JP3313782B2 - 積層圧電素子及びその製造方法並びに分極方法、及び振動波駆動装置、振動波駆動装置を備えた機器 - Google Patents
積層圧電素子及びその製造方法並びに分極方法、及び振動波駆動装置、振動波駆動装置を備えた機器Info
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- JP3313782B2 JP3313782B2 JP26755192A JP26755192A JP3313782B2 JP 3313782 B2 JP3313782 B2 JP 3313782B2 JP 26755192 A JP26755192 A JP 26755192A JP 26755192 A JP26755192 A JP 26755192A JP 3313782 B2 JP3313782 B2 JP 3313782B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、積層圧電素子及びその
製造方法並びに分極方法、及び振動波駆動装置、振動波
駆動装置を備えた機器に関するものである。
製造方法並びに分極方法、及び振動波駆動装置、振動波
駆動装置を備えた機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】すでにたとえば、特開平３−４０７６７
号公報や特開平３−２８９３７５号公報等に棒状超音波
モータ（振動波モータ）は記載されている。図１０は棒
状超音波モータ（振動波モータ）の振動子の分解斜視図
であり、図１１は棒状超音波モータ（振動波モータ）の
縦断面図である。
号公報や特開平３−２８９３７５号公報等に棒状超音波
モータ（振動波モータ）は記載されている。図１０は棒
状超音波モータ（振動波モータ）の振動子の分解斜視図
であり、図１１は棒状超音波モータ（振動波モータ）の
縦断面図である。
【０００３】図１０に示す振動子は、２枚の圧電素子Ｐ
ＺＴ１，２を１群とする駆動用のＡ相圧電素子ａ１、同
様に２枚の圧電素子ＰＺＴ３，４を１群とする駆動用の
Ｂ相圧電素子ａ２、又１枚の圧電素子板からなるセンサ
用圧電素子ｓ１を図示のように積層するとともに、これ
らの圧電素子間に電気を供給するための電極板Ａ１，Ａ
２及びセンサ信号取り出し用の電極板Ｓがある。またそ
れらと共にＧＮＤ用電極板Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３もＧＮＤ電
位を与えるためにある。そしてこれらの圧電素子および
電極板を挟持するように前後に黄銅、ステンレスなどの
振動減衰の比較的小さい金属製ブロックｂ１，ｂ２を設
け、締め付けボルトｃにより金属ブロックｂ１，ｂ２を
締め付けることにより一体化し圧電素子に圧縮応力を付
与している。またこのときセンサ用圧電素子ｓ１を一枚
で済ませるためボルトｃと金属ブロックｂ２の間に絶縁
シートｄが入っている。
ＺＴ１，２を１群とする駆動用のＡ相圧電素子ａ１、同
様に２枚の圧電素子ＰＺＴ３，４を１群とする駆動用の
Ｂ相圧電素子ａ２、又１枚の圧電素子板からなるセンサ
用圧電素子ｓ１を図示のように積層するとともに、これ
らの圧電素子間に電気を供給するための電極板Ａ１，Ａ
２及びセンサ信号取り出し用の電極板Ｓがある。またそ
れらと共にＧＮＤ用電極板Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３もＧＮＤ電
位を与えるためにある。そしてこれらの圧電素子および
電極板を挟持するように前後に黄銅、ステンレスなどの
振動減衰の比較的小さい金属製ブロックｂ１，ｂ２を設
け、締め付けボルトｃにより金属ブロックｂ１，ｂ２を
締め付けることにより一体化し圧電素子に圧縮応力を付
与している。またこのときセンサ用圧電素子ｓ１を一枚
で済ませるためボルトｃと金属ブロックｂ２の間に絶縁
シートｄが入っている。
【０００４】このときＡ相圧電素子ａ１とＢ相圧電素子
ａ２は位置的に９０度ずれて配置されており各々が該振
動子の軸を含む直交する２つの面内方向の屈曲振動を励
振させ、かつ適当な時間的位相差を持たせることによ
り、振動子の表面粒子に円あるいは楕円運動を生ぜしめ
振動子上部に押圧された移動体を摩擦駆動する。
ａ２は位置的に９０度ずれて配置されており各々が該振
動子の軸を含む直交する２つの面内方向の屈曲振動を励
振させ、かつ適当な時間的位相差を持たせることによ
り、振動子の表面粒子に円あるいは楕円運動を生ぜしめ
振動子上部に押圧された移動体を摩擦駆動する。
【０００５】このような振動子を棒状超音波モータ（振
動波モータ）に用いた例を図１１に示す。この例では、
振動子の締結ボルトｃは、先端部に細径の支柱部ｃ２を
有し、この支柱部ｃ２の先端部に固定された固定部材ｇ
によりモータ自体の固定を行えるようにし、又ロータｒ
などの回転支持の作用も兼用している。
動波モータ）に用いた例を図１１に示す。この例では、
振動子の締結ボルトｃは、先端部に細径の支柱部ｃ２を
有し、この支柱部ｃ２の先端部に固定された固定部材ｇ
によりモータ自体の固定を行えるようにし、又ロータｒ
などの回転支持の作用も兼用している。
【０００６】ロータｒは前金属ブロックｂ１の先端面に
接触し、加圧は固定部材ｇからベアリング部材ｅとギヤ
ｆを介してロータｒに内装されたバネケースｉのコイル
バネｈを押圧することであたえられる。この棒状超音波
モータ（振動波モータ）に使用する圧電素子についてさ
らに詳しく説明すると、１枚の圧電素子ＰＺＴ１〜４は
図１２のように粉末から焼成して作った圧電セラミック
ス２０を円盤形状に機械加工し、厚さ０．５ｍｍとし、
表面にはスリット２１を介して２つのほぼ半円形状の電
極膜２２−１，２２−２を形成し、裏面には全面に電極
膜２３を形成させ、その後半円形状の電極膜２２−１，
２２−２の極性を右左で異なる方向（＋），（−）で分
極処理を行い圧電特性を与えている。
接触し、加圧は固定部材ｇからベアリング部材ｅとギヤ
ｆを介してロータｒに内装されたバネケースｉのコイル
バネｈを押圧することであたえられる。この棒状超音波
モータ（振動波モータ）に使用する圧電素子についてさ
らに詳しく説明すると、１枚の圧電素子ＰＺＴ１〜４は
図１２のように粉末から焼成して作った圧電セラミック
ス２０を円盤形状に機械加工し、厚さ０．５ｍｍとし、
表面にはスリット２１を介して２つのほぼ半円形状の電
極膜２２−１，２２−２を形成し、裏面には全面に電極
膜２３を形成させ、その後半円形状の電極膜２２−１，
２２−２の極性を右左で異なる方向（＋），（−）で分
極処理を行い圧電特性を与えている。
【０００７】このような１枚の圧電素子を図１０のよう
に、例えば、Ａ相においてはＰＺＴ１，ＰＺＴ２が電極
板Ａ１をはさんで分極の同極性が向かい合うようにし同
時にスリットも重なるように重ね合わせている。同様に
Ｂ相についても重ね合せている。
に、例えば、Ａ相においてはＰＺＴ１，ＰＺＴ２が電極
板Ａ１をはさんで分極の同極性が向かい合うようにし同
時にスリットも重なるように重ね合わせている。同様に
Ｂ相についても重ね合せている。
【０００８】すなわち、図１３のようにＡ相の圧電素子
ａ１の分極の方向は矢印１５のように表わされ、電極板
Ａ１に駆動用の交流電圧が作用すると、圧電素子ＰＺＴ
１，ＰＺＴ２の右側と左側で一方が伸びると一方が収縮
しこれを交互にくり返し振動子に屈曲振動を起こさせる
ことになる。Ｂ相についてもＡ相とスリットの向きが９
０°異なる点を除き同様の状態で屈曲振動を起こさせ
る。
ａ１の分極の方向は矢印１５のように表わされ、電極板
Ａ１に駆動用の交流電圧が作用すると、圧電素子ＰＺＴ
１，ＰＺＴ２の右側と左側で一方が伸びると一方が収縮
しこれを交互にくり返し振動子に屈曲振動を起こさせる
ことになる。Ｂ相についてもＡ相とスリットの向きが９
０°異なる点を除き同様の状態で屈曲振動を起こさせ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では１枚１枚の圧電素子をあらかじめ分極処理
を行ってから、電極板と交互に重ね積層を行っているた
め、分極処理に多大な時間を要しており、また、振動子
の組立てにも時間を要していた。さらに、圧電素子の分
極処理工程時や組立工程時のハンドリングを考慮すると
強度上、圧電セラミックスの厚さもある程度厚くする必
要があり、その結果さらに多層化しようにも、素子全体
の寸法が大きくなり、例えば鉛筆と略同径あるいはそれ
以下の超小型化を実現できる超音波モータの小型化の障
害ともなっており、しいては、多層化により可能な超音
波モータの大出力化や低電圧駆動化も難しくしていた。
記従来例では１枚１枚の圧電素子をあらかじめ分極処理
を行ってから、電極板と交互に重ね積層を行っているた
め、分極処理に多大な時間を要しており、また、振動子
の組立てにも時間を要していた。さらに、圧電素子の分
極処理工程時や組立工程時のハンドリングを考慮すると
強度上、圧電セラミックスの厚さもある程度厚くする必
要があり、その結果さらに多層化しようにも、素子全体
の寸法が大きくなり、例えば鉛筆と略同径あるいはそれ
以下の超小型化を実現できる超音波モータの小型化の障
害ともなっており、しいては、多層化により可能な超音
波モータの大出力化や低電圧駆動化も難しくしていた。
【００１０】本発明は、このような従来の問題を解決し
た積層圧電素子及びその製造方法並びに分極方法、及び
振動波駆動装置、振動波駆動装置を備えた機器を提供す
ることを目的とする。
た積層圧電素子及びその製造方法並びに分極方法、及び
振動波駆動装置、振動波駆動装置を備えた機器を提供す
ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を実現する
積層圧電素子は、片面側に複数に分割された電極膜を形
成した第１の圧電素子層と片面側に前記第１の圧電素子
層とは異なる形状の電極膜を形成した第２の圧電素子層
とを互い違いに複数組重ね合わせた層を有し、前記第１
の圧電素子層の電極膜が形成された部位と前記第２の圧
電素子の電極膜が形成されていない部位とを厚さ方向に
貫通して各々の前記第１の圧電素子層の電極膜を導通す
る導電体と、前記第１の圧電素子層の電極膜が形成され
ていない部位と前記第２の圧電素子の電極膜が形成され
た部位とを厚さ方向に貫通して各々の前記第２の圧電素
子層の電極膜を導通する導電体とを有することを特徴と
する。本発明の目的を実現する他の積層圧電素子は、上
記した積層圧電素子において、前記第１の圧電素子層と
前記第２の圧電素子層とを互い違いに複数組重ね合わせ
た層の両端層の表面に前記各導電体と夫々導通する互い
に非接触の電極膜を有することを特徴とする。 本発明の
目的を実現する積層圧電素子の製造方法は、上記いずれ
かの積層圧電素子の製造方法であって、圧電セラミック
材料からなる所定形状の複数のシートに前記電極膜と前
記導電体とを形成する工程と、該複数のシートを積層す
る工程と、該積層したシートを加圧しながら加熱して密
着させ、焼成する工程とを含むことを特徴とする。本発
明の目的を実現する積層圧電素子の他の製造方法は、上
記の積層圧電素子の製造方法であって、圧電セラミック
材料からなる所定形状の複数のシートに前記電極膜と前
記導電体とを形成する工程と、該複数のシートを積層す
る工程と、該積層したシートを加圧しながら加熱して密
着させ、焼成する工程と、焼成後に両端に位置するシー
トの端面を平滑に加工する工程とを含むことを特徴とす
る。本発明の目的を実現する積層圧電素子の分極方法
は、上記した他の積層圧電素子の分極方法であって、両
端層の表面の電極膜を介して、前記積層圧電素子の前記
第1の圧電素子層の電極膜と前記第２の圧電素子層の電
極膜に直流電圧を印加して分極処理を行う工程を含むこ
とを特徴とする。本発明の目的を実現する振動波駆動装
置は、上記いずれかの積層圧電素子を金属ブロックの間
に挟持固定し、該積層圧電素子に駆動用の交流電圧を印
加することにより、該金属ブロックに振動を形成する棒
状の振動子を有することを特徴とする。本発明の目的を
実現する振動波駆動装置を備えた機器は、上記振動波駆
動装置を駆動源とし、レンズを保持するレンズ保持部材
を回転駆動させて合焦動作を行うことを特徴とする。
積層圧電素子は、片面側に複数に分割された電極膜を形
成した第１の圧電素子層と片面側に前記第１の圧電素子
層とは異なる形状の電極膜を形成した第２の圧電素子層
とを互い違いに複数組重ね合わせた層を有し、前記第１
の圧電素子層の電極膜が形成された部位と前記第２の圧
電素子の電極膜が形成されていない部位とを厚さ方向に
貫通して各々の前記第１の圧電素子層の電極膜を導通す
る導電体と、前記第１の圧電素子層の電極膜が形成され
ていない部位と前記第２の圧電素子の電極膜が形成され
た部位とを厚さ方向に貫通して各々の前記第２の圧電素
子層の電極膜を導通する導電体とを有することを特徴と
する。本発明の目的を実現する他の積層圧電素子は、上
記した積層圧電素子において、前記第１の圧電素子層と
前記第２の圧電素子層とを互い違いに複数組重ね合わせ
た層の両端層の表面に前記各導電体と夫々導通する互い
に非接触の電極膜を有することを特徴とする。 本発明の
目的を実現する積層圧電素子の製造方法は、上記いずれ
かの積層圧電素子の製造方法であって、圧電セラミック
材料からなる所定形状の複数のシートに前記電極膜と前
記導電体とを形成する工程と、該複数のシートを積層す
る工程と、該積層したシートを加圧しながら加熱して密
着させ、焼成する工程とを含むことを特徴とする。本発
明の目的を実現する積層圧電素子の他の製造方法は、上
記の積層圧電素子の製造方法であって、圧電セラミック
材料からなる所定形状の複数のシートに前記電極膜と前
記導電体とを形成する工程と、該複数のシートを積層す
る工程と、該積層したシートを加圧しながら加熱して密
着させ、焼成する工程と、焼成後に両端に位置するシー
トの端面を平滑に加工する工程とを含むことを特徴とす
る。本発明の目的を実現する積層圧電素子の分極方法
は、上記した他の積層圧電素子の分極方法であって、両
端層の表面の電極膜を介して、前記積層圧電素子の前記
第1の圧電素子層の電極膜と前記第２の圧電素子層の電
極膜に直流電圧を印加して分極処理を行う工程を含むこ
とを特徴とする。本発明の目的を実現する振動波駆動装
置は、上記いずれかの積層圧電素子を金属ブロックの間
に挟持固定し、該積層圧電素子に駆動用の交流電圧を印
加することにより、該金属ブロックに振動を形成する棒
状の振動子を有することを特徴とする。本発明の目的を
実現する振動波駆動装置を備えた機器は、上記振動波駆
動装置を駆動源とし、レンズを保持するレンズ保持部材
を回転駆動させて合焦動作を行うことを特徴とする。
【００１２】
【実施例】図１及び図２は本発明による積層圧電素子の
第１の実施例を示し、図３はその分極方法における分極
処理工程を示し、図１のＡ―Ａ線断面図を示す。
第１の実施例を示し、図３はその分極方法における分極
処理工程を示し、図１のＡ―Ａ線断面図を示す。
【００１３】１は５枚の圧電素子層としての圧電素子部
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅを積層した積層圧電素子
で、圧電素子部１Ｂと１Ｄ、１Ｃと１Ｅは夫々同一構造
に形成され、圧電素子部１Ａとは別構造であるが、外径
及び内径は夫々同径に形成されている。
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅを積層した積層圧電素子
で、圧電素子部１Ｂと１Ｄ、１Ｃと１Ｅは夫々同一構造
に形成され、圧電素子部１Ａとは別構造であるが、外径
及び内径は夫々同径に形成されている。
【００１４】これら圧電素子部１Ａ〜１Ｅは、予め仮焼
後粉砕した粉末に有機バインダーを混ぜ、シート状に成
形した圧電セラミックス材料からなるシートをリング状
に打ち抜き、このリング状シート２、３、４、５、６を
ベースにし、これらリング状シート３〜６についてはそ
の片面にのみ金属電極ペーストをスクリーン印刷にてス
リットにて絶縁された分割電極膜、又は全面電極膜を形
成し、またシート２については同様にして図２に示すよ
うに両面に２分割した分割電極膜と、全面電極膜を形成
している。
後粉砕した粉末に有機バインダーを混ぜ、シート状に成
形した圧電セラミックス材料からなるシートをリング状
に打ち抜き、このリング状シート２、３、４、５、６を
ベースにし、これらリング状シート３〜６についてはそ
の片面にのみ金属電極ペーストをスクリーン印刷にてス
リットにて絶縁された分割電極膜、又は全面電極膜を形
成し、またシート２については同様にして図２に示すよ
うに両面に２分割した分割電極膜と、全面電極膜を形成
している。
【００１５】そして、これら圧電素子部１Ａ〜１Ｅの構
造の相違は、厚み方向に形成した導電用穴の位置や個数
の相違と、全面電極膜や分割電極膜に形成した切欠き部
の位置等の相違による。
造の相違は、厚み方向に形成した導電用穴の位置や個数
の相違と、全面電極膜や分割電極膜に形成した切欠き部
の位置等の相違による。
【００１６】圧電素子部１Ａは、図２に示すように、シ
ート２に１つの導電穴９ｄのみ形成され、この導電穴９
ｄは上記した場合と同様に形成された表面の２つの分割
電極膜８−１、８−２を絶縁する一方のスリット１１−
１Ｂに臨むと共に、裏面の全面電極膜７に臨むようにし
ている。
ート２に１つの導電穴９ｄのみ形成され、この導電穴９
ｄは上記した場合と同様に形成された表面の２つの分割
電極膜８−１、８−２を絶縁する一方のスリット１１−
１Ｂに臨むと共に、裏面の全面電極膜７に臨むようにし
ている。
【００１７】圧電素子部１Ｂ、１Ｄは、シート３、５の
片側に予め導電穴９ａを形成すると共に、他側に２つの
導電穴９ｂと９ｃを対向して形成し、また、上面には全
面電極膜７’が形成されていて、この全面電極膜７’に
は該導電穴９ａと９ｂとを避けるように切欠き部１１−
２Ａと１１−２Ｂを形成している。
片側に予め導電穴９ａを形成すると共に、他側に２つの
導電穴９ｂと９ｃを対向して形成し、また、上面には全
面電極膜７’が形成されていて、この全面電極膜７’に
は該導電穴９ａと９ｂとを避けるように切欠き部１１−
２Ａと１１−２Ｂを形成している。
【００１８】圧電素子部１Ｃと１Ｅは、シート４、６に
シート３、５と同様に導電穴９ａ，９ｂ，９ｃとを形成
し、上面にはスリット１１−１Ａと１１−１Ｂにより絶
縁された第１分割電極膜８−１と第２分割電極膜８−２
が形成され、第１分割電極膜８−１には導電穴９ｂが臨
み、第２分割電極膜８−２には導電穴９ａが臨み、さら
にスリット１１−Ｂには導電穴９ｃが形成されている。
シート３、５と同様に導電穴９ａ，９ｂ，９ｃとを形成
し、上面にはスリット１１−１Ａと１１−１Ｂにより絶
縁された第１分割電極膜８−１と第２分割電極膜８−２
が形成され、第１分割電極膜８−１には導電穴９ｂが臨
み、第２分割電極膜８−２には導電穴９ａが臨み、さら
にスリット１１−Ｂには導電穴９ｃが形成されている。
【００１９】以上のようにして電極膜の形成されたシー
ト２〜６は図１のように積層されるが、シート２は分割
電極膜の形成された面を上面にして第１層をなし、第１
層をなすシート２の上面に、第２層をなすシート３の全
面電極膜７’の形成された面を上にし、同じく第３層、
第４層、第５層をなすシート４、５、６の分割電極膜又
は全面電極膜の形成された電極膜形成面を上にして積層
し、このときシート２、４、６の各第１分割電極膜８−
１と第２分割電極膜８−２の位相を合わせるように配置
している。
ト２〜６は図１のように積層されるが、シート２は分割
電極膜の形成された面を上面にして第１層をなし、第１
層をなすシート２の上面に、第２層をなすシート３の全
面電極膜７’の形成された面を上にし、同じく第３層、
第４層、第５層をなすシート４、５、６の分割電極膜又
は全面電極膜の形成された電極膜形成面を上にして積層
し、このときシート２、４、６の各第１分割電極膜８−
１と第２分割電極膜８−２の位相を合わせるように配置
している。
【００２０】そして、第１層をなすシート２の第２分割
電極膜８−２と対向するシート３の導電穴９ａ、シート
４、５、６の導電穴９ａとが上下方向において繋がり、
第３の貫通孔１０−３を形成している。そして、この第
３の貫通孔１０−３に電極膜を形成した金属電極ペース
トと略同じペーストを充填し、第２分割電極膜用導電部
を形成している。すなわち、シート２、４、６におい
て、導電穴９ａは第２分割電極膜８−２に臨んでいるの
で、この第３の貫通孔１０−３に充填形成された該第２
分割電極膜用導電部は、シート２、４、６の各第２分割
電極膜８−２と導通することになる。
電極膜８−２と対向するシート３の導電穴９ａ、シート
４、５、６の導電穴９ａとが上下方向において繋がり、
第３の貫通孔１０−３を形成している。そして、この第
３の貫通孔１０−３に電極膜を形成した金属電極ペース
トと略同じペーストを充填し、第２分割電極膜用導電部
を形成している。すなわち、シート２、４、６におい
て、導電穴９ａは第２分割電極膜８−２に臨んでいるの
で、この第３の貫通孔１０−３に充填形成された該第２
分割電極膜用導電部は、シート２、４、６の各第２分割
電極膜８−２と導通することになる。
【００２１】また、シート２の第１分割電極膜８−１と
対向するシート３の導電穴９ｂ、同じくシート４、５、
６の導電穴９ｂとが上下方向において繋がり第２の貫通
孔１０−２を形成している。そして、この第２の貫通孔
１０−２に上記の場合と同様に金属電極ペーストと略同
様のペーストを充填し、第１分割電極膜用導電部を形成
している。すなわち、シート２、４、６において、導電
穴９ｂは第１分割電極膜８−１に臨んでいるので、第２
の貫通孔１０−２に充填形成された該第１分割電極膜用
導電部は、シート２、４、６の各第１分割電極膜８−１
と導通することになる。
対向するシート３の導電穴９ｂ、同じくシート４、５、
６の導電穴９ｂとが上下方向において繋がり第２の貫通
孔１０−２を形成している。そして、この第２の貫通孔
１０−２に上記の場合と同様に金属電極ペーストと略同
様のペーストを充填し、第１分割電極膜用導電部を形成
している。すなわち、シート２、４、６において、導電
穴９ｂは第１分割電極膜８−１に臨んでいるので、第２
の貫通孔１０−２に充填形成された該第１分割電極膜用
導電部は、シート２、４、６の各第１分割電極膜８−１
と導通することになる。
【００２２】さらに、シート２の下面の全面電極膜７
と、該全面電極膜７に臨んだ導電穴９ｄと、シート３、
４、５、６の各導電穴９ｃが上下方向において繋がり第
１の貫通孔１０−１を形成している。そして、この第１
の貫通孔１０−１に上記と同様にして充填した電極ペー
ストにより全面電極膜用導電部を形成しており、つま
り、シート２の下面、シート３、５において導電穴９
ｄ，９ｃは全面電極膜７，７’に臨んでいるので、該全
面電極膜用導電部と導通することになる。
と、該全面電極膜７に臨んだ導電穴９ｄと、シート３、
４、５、６の各導電穴９ｃが上下方向において繋がり第
１の貫通孔１０−１を形成している。そして、この第１
の貫通孔１０−１に上記と同様にして充填した電極ペー
ストにより全面電極膜用導電部を形成しており、つま
り、シート２の下面、シート３、５において導電穴９
ｄ，９ｃは全面電極膜７，７’に臨んでいるので、該全
面電極膜用導電部と導通することになる。
【００２３】このようにして重ね合わせて積層化した積
層圧電素子１をプレスにより温度５０〜１００℃に加熱
しながら、加圧力８０ＭＰａ〜１５０ＭＰａで２〜３分
間加圧し、各シートを密着化させた。そして、焼成炉を
用いて鉛雰囲気中で温度１２００〜１３００℃で焼成し
た。この際、昇温過程でシートや電極ペーストに含まれ
た有機バインダーは焼失し、焼成後一体化した積層圧電
素子１を得た。
層圧電素子１をプレスにより温度５０〜１００℃に加熱
しながら、加圧力８０ＭＰａ〜１５０ＭＰａで２〜３分
間加圧し、各シートを密着化させた。そして、焼成炉を
用いて鉛雰囲気中で温度１２００〜１３００℃で焼成し
た。この際、昇温過程でシートや電極ペーストに含まれ
た有機バインダーは焼失し、焼成後一体化した積層圧電
素子１を得た。
【００２４】次に、このようにして作った積層圧電素子
を図３のように、２つの１００ＭΩの高抵抗１２を用い
て分圧ができるように結線し、積層圧電素子１の上端面
の第１分割電極膜８−１及び第２分割電極膜８−２と、
最下層の圧電素子部１Ａの電極膜７’にコンタクトピン
１３を各々接触させた。
を図３のように、２つの１００ＭΩの高抵抗１２を用い
て分圧ができるように結線し、積層圧電素子１の上端面
の第１分割電極膜８−１及び第２分割電極膜８−２と、
最下層の圧電素子部１Ａの電極膜７’にコンタクトピン
１３を各々接触させた。
【００２５】そして、直流電源１４により直流電圧５０
０Ｖを３０分間、１４０℃の恒温槽の空気雰囲気中で印
加し分極処理を行った。第１分割電極膜８−１は０Ｖ、
全面電極膜７、７’には２５０Ｖ、第２分割電極膜８−
２には５００Ｖが印加されるので、対向する第１分割電
極膜８−１、第２分割電極膜８−２と、全面電極膜７の
間の圧電セラミックスは矢印１５の方向に分極される。
０Ｖを３０分間、１４０℃の恒温槽の空気雰囲気中で印
加し分極処理を行った。第１分割電極膜８−１は０Ｖ、
全面電極膜７、７’には２５０Ｖ、第２分割電極膜８−
２には５００Ｖが印加されるので、対向する第１分割電
極膜８−１、第２分割電極膜８−２と、全面電極膜７の
間の圧電セラミックスは矢印１５の方向に分極される。
【００２６】なお、図３に示す積層圧電素子１の断面図
は、図１のＡ−Ａ線断面を示し、本断面図では厳密には
電極膜７、７’がない部分は分極はされないが、電極膜
７、７’の存在する部分は矢印１５の方向に分極され
る。
は、図１のＡ−Ａ線断面を示し、本断面図では厳密には
電極膜７、７’がない部分は分極はされないが、電極膜
７、７’の存在する部分は矢印１５の方向に分極され
る。
【００２７】このようにして分極処理された本実施例の
積層圧電素子を棒状超音波モータ（振動波モータ）に組
み込み、駆動電圧である交流電圧を印加すれば、従来例
でも説明したように、左右の分割電極膜８−１と８−２
で交互に伸縮が繰り返される。
積層圧電素子を棒状超音波モータ（振動波モータ）に組
み込み、駆動電圧である交流電圧を印加すれば、従来例
でも説明したように、左右の分割電極膜８−１と８−２
で交互に伸縮が繰り返される。
【００２８】本実施例では、積層圧電素子の直径は８ｍ
ｍ、シートの厚みは焼成後０．１ｍｍとなるように予め
収縮分を見込んで約０．１２ｍｍで積層し、本素子の厚
みは０．５ｍｍとしている。また電極膜の厚さは、５〜
６μｍとし、貫通孔の孔径は直径０．２〜０．４ｍｍと
した。なお、電極膜の材料は、白金、パラジウム、また
は銀とパラジウムとを混ぜたものを使用した。穴の位置
は棒状超音波モータ（振動波モータ）の動作原理上なる
べく内径側に近いところで移動体の振幅の大きい外径部
から離れた所に設けるのが望ましい。
ｍ、シートの厚みは焼成後０．１ｍｍとなるように予め
収縮分を見込んで約０．１２ｍｍで積層し、本素子の厚
みは０．５ｍｍとしている。また電極膜の厚さは、５〜
６μｍとし、貫通孔の孔径は直径０．２〜０．４ｍｍと
した。なお、電極膜の材料は、白金、パラジウム、また
は銀とパラジウムとを混ぜたものを使用した。穴の位置
は棒状超音波モータ（振動波モータ）の動作原理上なる
べく内径側に近いところで移動体の振幅の大きい外径部
から離れた所に設けるのが望ましい。
【００２９】実施例２ 上記した実施例１では、焼成後の寸法、形状精度は外径
（直径）８±０．２ｍｍ、厚み精度はシート毎のバラツ
キもあり、厚さ０．５±０．０４ｍｍ、上下端面は凸又
は凹状の反りを生じた。このため、焼成したままで、本
素子を棒状超音波モータ（振動波モータ）に組み込んで
使用すると、モータ性能のバラツキの一因となり易い。
（直径）８±０．２ｍｍ、厚み精度はシート毎のバラツ
キもあり、厚さ０．５±０．０４ｍｍ、上下端面は凸又
は凹状の反りを生じた。このため、焼成したままで、本
素子を棒状超音波モータ（振動波モータ）に組み込んで
使用すると、モータ性能のバラツキの一因となり易い。
【００３０】そこで、図４に示すように、図２に示す実
施例１の場合と異なり、本実施例では、積層圧電素子
１’の上下端面に当たるシート２’とシート６’の厚さ
を他のシート３、４、５よりも予め厚くし、また上下面
の電極膜を設けないで形成している。なお、他のシート
３、４、５については実施例１と同じとしている。
施例１の場合と異なり、本実施例では、積層圧電素子
１’の上下端面に当たるシート２’とシート６’の厚さ
を他のシート３、４、５よりも予め厚くし、また上下面
の電極膜を設けないで形成している。なお、他のシート
３、４、５については実施例１と同じとしている。
【００３１】そして、焼成後、研削加工又はラップ加工
を行い、シート２’とシート６’の端面を削り、表面を
平削にした。
を行い、シート２’とシート６’の端面を削り、表面を
平削にした。
【００３２】その結果素子１の上下端面の反りはなくな
り、平面度３μｍ以下とすることができた。
り、平面度３μｍ以下とすることができた。
【００３３】また、外径及び内径部も研削加工により±
０．０３以下に仕上げた。そして、加工後、積層圧電素
子の上下端面には、図１及び図２に示したのと同様に、
電極膜をスクリーン印刷により形成し、８００℃に加熱
し焼付けた。また、分極処理は図２に示す方法と同様し
て行った。
０．０３以下に仕上げた。そして、加工後、積層圧電素
子の上下端面には、図１及び図２に示したのと同様に、
電極膜をスクリーン印刷により形成し、８００℃に加熱
し焼付けた。また、分極処理は図２に示す方法と同様し
て行った。
【００３４】なお、加工代として、シート２’とシート
６’の厚みは予め０．１〜０．２ｍｍ程度他のシートよ
り厚く形成した。
６’の厚みは予め０．１〜０．２ｍｍ程度他のシートよ
り厚く形成した。
【００３５】このように、本実施例では加工コストは実
施例１よりも高くなるものの、棒状超音波モータ（振動
波モータ）に組み込む際、電極板との接触が均一密着化
でき、外径精度、厚み精度も良くなるので、モータの性
能向上化、並びにバラツキの減少が図れる。
施例１よりも高くなるものの、棒状超音波モータ（振動
波モータ）に組み込む際、電極板との接触が均一密着化
でき、外径精度、厚み精度も良くなるので、モータの性
能向上化、並びにバラツキの減少が図れる。
【００３６】次に、本実施例の積層圧電素子を棒状超音
波モータ（振動波モータ）に組み込んだ実施例を図５に
示す。
波モータ（振動波モータ）に組み込んだ実施例を図５に
示す。
【００３７】図５の（ａ）は、従来例の圧電セラミック
スと同様に、Ａ、Ｂ両相の各々に２この積層圧電素子を
用いた例であり、電極板Ａ１とＡ２の両側に、各々２
個、合計４個の本実施例による積層圧電素子１を、図２
に示す分割電極膜８−１と８−２がある駆動電位面
（Ａ）を電極板Ａ１、Ａ２に向かい合わせてスリットの
向きが一致するようにして組み込んでいる。
スと同様に、Ａ、Ｂ両相の各々に２この積層圧電素子を
用いた例であり、電極板Ａ１とＡ２の両側に、各々２
個、合計４個の本実施例による積層圧電素子１を、図２
に示す分割電極膜８−１と８−２がある駆動電位面
（Ａ）を電極板Ａ１、Ａ２に向かい合わせてスリットの
向きが一致するようにして組み込んでいる。
【００３８】一方、図５の（ｂ）は、電極板Ａ１とＡ２
に各々１個の圧電素子を絶縁板１６を介して重ねた電極
板Ａ１、Ａ２に駆動電位面（Ａ）が接するように組み込
んだ例を示す。
に各々１個の圧電素子を絶縁板１６を介して重ねた電極
板Ａ１、Ａ２に駆動電位面（Ａ）が接するように組み込
んだ例を示す。
【００３９】なお、本実施例ではシートの積層枚数は５
枚としているが、奇数枚であればさらに枚数を増加して
も差異はない。また、偶数枚の場合には、積層圧電素子
の上下端面に電極膜７と７’が位置し、両方ともＧＮＤ
面（Ｇ）となるので異なることになる。
枚としているが、奇数枚であればさらに枚数を増加して
も差異はない。また、偶数枚の場合には、積層圧電素子
の上下端面に電極膜７と７’が位置し、両方ともＧＮＤ
面（Ｇ）となるので異なることになる。
【００４０】実施例３ 図６は実施例３を示し、本実施例は偶数枚のシートを積
層した積層圧電素子を示す。
層した積層圧電素子を示す。
【００４１】本実施例の積層圧電素子１’’は４枚のシ
ート２、３、４’、５を重ね、実施例１と同様に電極
膜、貫通孔を設けているが、シート５の上面の電極膜は
全面電極膜７となっているため、上下端面はＧＮＤ面
（Ｇ）となっている。
ート２、３、４’、５を重ね、実施例１と同様に電極
膜、貫通孔を設けているが、シート５の上面の電極膜は
全面電極膜７となっているため、上下端面はＧＮＤ面
（Ｇ）となっている。
【００４２】このため、シート４’の分割電極膜８−１
と８−２に各々切欠き部１７を電極膜形成後に設け、積
層し一体焼結後に、図７に示すように、これら切欠き部
１７に電極材を充填し、リード線１９−１、１９−２を
取り付けた。この電極材は、銀粉末とエポキシ樹脂を混
ぜたペーストを温度１６０℃で焼付けた。分極処理は電
極膜８−１と８−２に導通のとれたリード線１９−１、
１９−２に図２に示す電極膜８−１、８−２に接するコ
ンタクトピンのリード線を結び、実施例１と同条件にて
行った。
と８−２に各々切欠き部１７を電極膜形成後に設け、積
層し一体焼結後に、図７に示すように、これら切欠き部
１７に電極材を充填し、リード線１９−１、１９−２を
取り付けた。この電極材は、銀粉末とエポキシ樹脂を混
ぜたペーストを温度１６０℃で焼付けた。分極処理は電
極膜８−１と８−２に導通のとれたリード線１９−１、
１９−２に図２に示す電極膜８−１、８−２に接するコ
ンタクトピンのリード線を結び、実施例１と同条件にて
行った。
【００４３】このようにして形成した本実施例の積層圧
電素子を棒状超音波モータ（振動波モータ）に組み込む
例として、例えばＡ、Ｂ両相について積層圧電素子
１’’各１個用いる場合には、図８に示すように、リー
ド線１９−１と１９−２を予め導通させておき、どちら
か一方のリード線に駆動電圧を印加すればよい。
電素子を棒状超音波モータ（振動波モータ）に組み込む
例として、例えばＡ、Ｂ両相について積層圧電素子
１’’各１個用いる場合には、図８に示すように、リー
ド線１９−１と１９−２を予め導通させておき、どちら
か一方のリード線に駆動電圧を印加すればよい。
【００４４】図９は本発明による積層圧電素子１を組み
込んだ棒状超音波モータ（振動波モータ）を用いた駆動
装置を示す。
込んだ棒状超音波モータ（振動波モータ）を用いた駆動
装置を示す。
【００４５】この棒状超音波モータ（振動波モータ）の
基本的構造は図１０に示すものと同じであり、積層圧電
素子１を用いる点が従来例と異なっており、超音波モー
タと一体的に組付けられているギアｆはギア伝達機構Ｇ
の入力ギアＧＩに噛合し、その出力ギアＧＯはレンズＬ
１を保持するレンズ保持部材Ｈに形成されたギアＨＩに
噛合している。このレンズ保持部材Ｈは固定筒Ｋにヘリ
コイド結合し、超音波モータの駆動力によりギア伝達機
構Ｇを介して回転駆動されて合焦動作が行なわれる。
基本的構造は図１０に示すものと同じであり、積層圧電
素子１を用いる点が従来例と異なっており、超音波モー
タと一体的に組付けられているギアｆはギア伝達機構Ｇ
の入力ギアＧＩに噛合し、その出力ギアＧＯはレンズＬ
１を保持するレンズ保持部材Ｈに形成されたギアＨＩに
噛合している。このレンズ保持部材Ｈは固定筒Ｋにヘリ
コイド結合し、超音波モータの駆動力によりギア伝達機
構Ｇを介して回転駆動されて合焦動作が行なわれる。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、積層した状態で分
極処理のできる薄い圧電素子層を多数枚重ねた積層圧電
素子を用いることにより、例えば棒状超音波モータ（振
動波モータ）の小型化や大出力化、さらには低電圧駆動
化も可能となるばかりでなく、複数の圧電素子層の分極
処理工程を容易にし、また超音波モータ（振動波モー
タ）の組立ての際も圧電素子を短時間で精度良く組み込
めるなどの効果があり、特に積層される複数の圧電素子
層間の導通を別部材で外付けする必要がないので、面倒
な外付け作業が不要となるばかりでなく、振動への影響
も少なくすることができる。
極処理のできる薄い圧電素子層を多数枚重ねた積層圧電
素子を用いることにより、例えば棒状超音波モータ（振
動波モータ）の小型化や大出力化、さらには低電圧駆動
化も可能となるばかりでなく、複数の圧電素子層の分極
処理工程を容易にし、また超音波モータ（振動波モー
タ）の組立ての際も圧電素子を短時間で精度良く組み込
めるなどの効果があり、特に積層される複数の圧電素子
層間の導通を別部材で外付けする必要がないので、面倒
な外付け作業が不要となるばかりでなく、振動への影響
も少なくすることができる。
【００４７】また、このようにして作った積層圧電素子
は多層化のほか１枚の圧電セラミックスも薄くでき、そ
の結果静電容量も大きくなり、モータとして使用する際
入力インピーダンスが小さくなり、それだけ入力電力も
投入できるので、低電圧駆動や大出力化に適した特性を
有する。
は多層化のほか１枚の圧電セラミックスも薄くでき、そ
の結果静電容量も大きくなり、モータとして使用する際
入力インピーダンスが小さくなり、それだけ入力電力も
投入できるので、低電圧駆動や大出力化に適した特性を
有する。
【図１】本発明の積層圧電素子の実施例１を示す図。
【図２】図１の積層圧電素子を構成する最下層の圧電素
子部を示す図。
子部を示す図。
【図３】図１の積層圧電素子の分極処理方法を示す図。
【図４】本発明の積層圧電素子の実施例２を示す図。
【図５】実施例２の積層圧電素子を棒状超音波モータ
（振動波モータ）に組み込んだ状態を示す図。
（振動波モータ）に組み込んだ状態を示す図。
【図６】本発明の積層圧電素子の実施例３を示す分解斜
視図。
視図。
【図７】本発明の積層圧電素子の実施例３を示す図。
【図８】実施例３の積層圧電素子を棒状超音波モータ
（振動波モータ）に組み込んだ状態を示す図。
（振動波モータ）に組み込んだ状態を示す図。
【図９】図１の積層圧電素子を有する超音波モータ（振
動波モータ）を駆動源とするレンズ駆動機構を組み込ん
だレンズ鏡筒の断面図。
動波モータ）を駆動源とするレンズ駆動機構を組み込ん
だレンズ鏡筒の断面図。
【図１０】従来の棒状超音波モータ（振動波モータ）の
振動子の分解斜視図。
振動子の分解斜視図。
【図１１】従来の棒状超音波モータ（振動波モータ）の
断面図。
断面図。
【図１２】従来の超音波モータ（振動波モータ）用の圧
電素子を示す図。
電素子を示す図。
【図１３】圧電素子の分極方向と伸縮方向との関係を示
す図。
す図。
１，１’，１’’…積層圧電素子 ２，３，４，５，６…シート ７，７’…全面電極膜 ８−１，８−２…分割電極膜 ９ａ〜９ｄ…導電穴 １０−１，１０−２，１０−３…貫通孔
Claims (7)
- 【請求項１】 片面側に複数に分割された電極膜を形成
した第１の圧電素子層と片面側に前記第１の圧電素子層
とは異なる形状の電極膜を形成した第２の圧電素子層と
を互い違いに複数組重ね合わせた層を有し、前記第１の
圧電素子層の電極膜が形成された部位と前記第２の圧電
素子の電極膜が形成されていない部位とを厚さ方向に貫
通して各々の前記第１の圧電素子層の電極膜を導通する
導電体と、前記第１の圧電素子層の電極膜が形成されて
いない部位と前記第２の圧電素子の電極膜が形成された
部位とを厚さ方向に貫通して各々の前記第２の圧電素子
層の電極膜を導通する導電体とを有することを特徴とす
る積層圧電素子。 - 【請求項２】 前記第１の圧電素子層と前記第２の圧電
素子層とを互い違いに複数組重ね合わせた層の両端層の
表面に前記各導電体と夫々導通する互いに非接触の電極
膜を有することを特徴とする請求項１に記載の積層圧電
素子。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の積層圧電素子
の製造方法であって、圧電セラミック材料からなる所定
形状の複数のシートに前記電極膜と前記導電体とを形成
する工程と、該複数のシートを積層する工程と、該積層
したシートを加圧しながら加熱して密着させ、焼成する
工程とを含むことを特徴とする積層圧電素子の製造方
法。 - 【請求項４】 請求項１に記載の積層圧電素子の製造方
法であって、圧電セラミック材料からなる所定形状の複
数のシートに前記電極膜と前記導電体とを形成する工程
と、該複数のシートを積層する工程と、該積層したシー
トを加圧しながら加熱して密着させ、焼成する工程と、
焼成後に両端に位置するシートの端面を平滑に加工する
工程とを含むことを特徴とする積層圧電素子の製造方
法。 - 【請求項５】 請求項２に記載の積層圧電素子の分極方
法であって、両端層の表面の電極膜を介して、前記積層
圧電素子の前記第1の圧電素子層の電極膜と前記第２の
圧電素子層の電極膜に直流電圧を印加して分極処理を行
う工程を含むことを特徴とする積層圧電素子の分極方
法。 - 【請求項６】 請求項１または２に記載の積層圧電素子
を金属ブロックの間に挟持固定し、該積層圧電素子に駆
動用の交流電圧を印加することにより、該金属ブロック
に振動を形成する棒状の振動子を有することを特徴とす
る振動波駆動装置。 - 【請求項７】 請求項６記載の振動波駆動装置を駆動源
とし、レンズを保持するレンズ保持部材を回転駆動させ
て合焦動作を行うことを特徴とする振動波駆動装置を備
えた機器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26755192A JP3313782B2 (ja) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | 積層圧電素子及びその製造方法並びに分極方法、及び振動波駆動装置、振動波駆動装置を備えた機器 |
| DE69315767T DE69315767T2 (de) | 1992-08-25 | 1993-08-24 | Verfahren zur Herstellung einer laminierten piezoelektrischen Anordnung und Polarisationsverfahren und vibrationswellengetriebener Motor |
| EP93113470A EP0584775B1 (en) | 1992-08-25 | 1993-08-24 | Production method of laminated piezoelectric device and polarization method thereof and vibration wave driven motor |
| US08/820,345 US6046526A (en) | 1992-08-25 | 1997-03-12 | Production method of laminated piezoelectric device and polarization method thereof and vibration wave driven motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26755192A JP3313782B2 (ja) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | 積層圧電素子及びその製造方法並びに分極方法、及び振動波駆動装置、振動波駆動装置を備えた機器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06120580A JPH06120580A (ja) | 1994-04-28 |
| JP3313782B2 true JP3313782B2 (ja) | 2002-08-12 |
Family
ID=17446388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26755192A Expired - Lifetime JP3313782B2 (ja) | 1992-08-25 | 1992-10-06 | 積層圧電素子及びその製造方法並びに分極方法、及び振動波駆動装置、振動波駆動装置を備えた機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3313782B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7183699B2 (en) | 2004-06-15 | 2007-02-27 | Canon Kabushi Kaisha | Stacked type electro-mechanical energy conversion element and vibration wave driving apparatus |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6198201B1 (en) | 1998-06-03 | 2001-03-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave apparatus |
| JP4578596B2 (ja) * | 1998-09-18 | 2010-11-10 | セイコーインスツル株式会社 | 振動子、圧電アクチュエータおよびこれらを用いた電子機器 |
| JP4881062B2 (ja) | 2006-05-15 | 2012-02-22 | キヤノン株式会社 | 積層圧電素子、その製造方法および振動波駆動装置 |
-
1992
- 1992-10-06 JP JP26755192A patent/JP3313782B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7183699B2 (en) | 2004-06-15 | 2007-02-27 | Canon Kabushi Kaisha | Stacked type electro-mechanical energy conversion element and vibration wave driving apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06120580A (ja) | 1994-04-28 |
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