JPH02111083A - 圧電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、両面に電極パターンを有する圧電素子の電極
構造ならびにその製造方法に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は両面に電極パターンを有する圧電素子の電極構
造及びその製造方法において、第１の面に１体電極及び
位置決めパターンを形成し、次に第１の面に形成された
位置決めパターンを基準に相対する第２の面に複数の分
割電極パターンを形成し、分極処理を施した後に再度第
１の面に形成された位置決めパターンを基準に第２の面
に導通用電極パターンを形成するといった電極構造なら
びに製造方法を用いることにより、電極パターン形成時
に圧電素子のマスク治具への位置決めを容易にすると共
に、第２の面に形成された各電極パターンの位置ズレを
防止するようにしたものである。

さらに、本発明による圧電素子をたわみ進行波成分を利
用した超音波モータに利用することにより、モータの高
効率化ならびに生産性の向上が実現できるようにしたも
のである。

〔従来の技術〕

従来の圧電素子の電極構造は、第８図及び第９図に示す
ようなものであった。第９図に示すような電極パターン
を実現する際には、電気的に導通のある電極パターンを
異方向に分極処理することが不可能であるため、初めに
複数の分割電極パターンを形成した後に一度、圧電素子
を薄膜形成装置から取り出し、分極処理を施した後に再
度薄膜形成装置内のマスク治具に位置決めしなおして、
内外周導通用パターンを形成しなければならない。

その際に、従来は第８図に示すように複数分割電極パタ
ーンを形成した第２の面と相対する第１の面は圧電素子
と同心円形状の１体電漸パターンが形成されているだけ
であり、マスク治具への位置決めは非常に困難とされて
きた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような圧電素子の電極構造では、圧電素子が円板
形状であるがゆえに、位置決めの案内がなく一度マスク
治具から取り外した圧電素子を再びマスク治具に位置決
めして配置するのは容易なことではないがために、電極
パターンの位置ズレ等の課題を有していた。さらに、薄
膜形成手段として良く用いられる真空蒸着法は、多くの
場合、蒸着装置が第７図に示すようなものであるため、
電極パターンを形成しようとする面倒を下向きにマスク
治具上にセットする必要性があり、第９図に示すような
複雑な電極パターンを形成する際にも下側から位置合わ
せしなければならない等多くの欠点を有していた。

また、位置決めの案内として圧電素子の一部に切り欠き
を設けるとか、インク等で印をつける等、の手段も考え
られるが、切り火きを設けるとスプリアス等圧電素子が
振動特性上不都合を生じるとか、インク等を用いても分
極処理後に超音波洗浄を行なう際に消えてしまう等の欠
点を有していた。

そこで、本発明の目的は上記のような課題を解決し、圧
電素子の同一面上に電極パターンを異なる形状で複数回
にわけて形成する際の位置決めが容易にできるような圧
電素子の電極構造ならびに製造方法を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明は両面に電極パター
ンを有する圧電素子において、最初に第１の面に１体電
極及び位置決めパターンを形成し、次に第１の面に形成
された位置決めパターンを基準に相対する第２の面に複
数の分割パターンを形成し、次に分極処理を施した後に
再度第１の面に形成された位置決めパターンを基準に相
対する第２の面に導通用電極パターン等別の電極パター
ンを形成するといった手段により、第２の面に形成され
る各電極パターン相互の位置ズレを防止するようにした
ものである。

〔作用〕 上記の様な構成によれば、両面に電極パターンを有する
圧電素子の一方の面に、蒸着手段等により電極パターン
を複数回に分けて形成する際には、圧電素子の形状的な
変化をつけることなく、マスり治具等への位置決めが容
易になり、電極パターン形成時の位置ズレは防止するこ
とができる。

また、本発明による圧電素子を超音波モータに用いた際
にも、位置ズレのない均等な電極パターンが得られるた
めに、モータの小型径小化における生産性の向上ならび
に高効率化にとっても大変有利となる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図〜第３図は本発明に係る圧電素子の電極構造の一
例を示した図であり、順に第１の面の平面図、第２の面
の平面図、縦断面図を示したものである。第１図は中心
孔１０４を有する圧電素子１０１の第１の面に、１体電
極パターン１０２を形成すると共に、外周部の２カ所に
位置決め電極パターン１０３を設定した様子を示したも
のである。すなわち、１体電極パターンの２カ所に形状
的な異部を形成することにより、相対する面に電極を形
成する際のマスク治具への位置決め用の目印として使用
できることになる。一般に第２図に示すような隣接する
分割電極パターン同志が異方向に分極処理されるべき場
合には、圧電素子２０１上に始めがら外周短絡パターン
２０２と内周短絡パターン２０３を形成するわけにはい
かず、少なくとも分割電極パターンを設けた後に分極処
理を施し、再度、内外周の導通用電極パターンを形成し
なければならない。

したがって、分極処理前後で別々のマスク治具に位置決
め配置しなければならず、位置決めが不十分だと第２図
に示す電極パターンは位置ズレをおこすとか、非導通と
なるなどの不都合を生じることになる。したがって、何
らかの位置決め手段が必要とされるわけであるが、本発
明によれば１体電極パターン形成面の電極パターンの一
部を利用して位置決めの目印を作るという構造ならびに
製造上の工夫で、第２図に示すような難解な電極パター
ンも容易に形成可能となるわけである。なお、位置決め
電極パターン１０３は本実施例では２ヵ所設けているが
、通常は１力所以上あれば良い。

また、位置決めパターンの形状も本実施例に限定される
ものではなく、１体電極パターンの一部分を利用したも
のであれば本発明に該当するものであることは言うまで
もない。

なお、分極方向の異なる分割電極パターン同志を内外周
で導通１橿パターンを用いて電気的に接、続する理由は
、多くの圧電素子の場合、その用途が振動子として利用
されるため、結線されるリード線の本数を最小限に押さ
えて振動子のｔ置火を抑制する必要性があるからである
。

第４図は第１図に示した圧電素子の電極構造を実現する
ためのマスクを示した平面図である。マスク基体４０１
に九人形状の１体電極形成用穴部４０２を設けると共に
、穴部外周の２カ所に位置決め電瓶形成用六部４０３を
設けるこというｆ’Ｊｆｔｉな設定で、容易に圧電素子
上に位置決め電極パターンが形成されることになる。

なお、通常はマスク基体４０１の上に、圧電素子１０１
．２０１の外周をガイド可能となるような案内わくを重
ねて使用するので本発明ではマスク基体４０１と案内わ
くを合わせたものをマスク治具と呼ぶことにする。した
がって、電極形成用穴部４０３によって形成された位置
決め電極パターン１０３は、相対する第２の面の、電極
パターンを形成する際に、案内わくの一部に設けた位置
決め用の印に合わせるようにマスク治具にセントされる
ことになり、実際の圧電素子１０１，２０１の位置決め
が行われることになるのである。

第５図及び第６図は本発明に係る圧電素子の製造方法を
説明する図である。ここでは、先に示した本発明に係る
圧電素子の電極構造（第１図から第３図に示す）を例と
して、以下にその製造方法の一例を順に説明することに
する。

■第４図に示すマスクを有するマスク治具上に圧電素子
の第１の面を下側（電極パターン形成面側）にして、薄
膜形成装置内（真空蒸着装置、スパッタリング装置等）
にセントする。

■第１図示すような１体電極パターン１０２及び位置決
め電極パターン１０３を形成する。

■第５図に示す分割電極パターンａ　５０１及び分側電
極パターンｂ５０２が形成可能となるようなマスクを有
するマスク治具上に、圧電素子の第２の面（第２図参照
）を下側にしてセットする。その際、先に形成した位置
決め電極パターン１０３をマスク治具の案内わく等に設
けられた位置決め用の印と合わせることにより、圧電素
子の位置決めを行った上で、圧電素子２０１上に分割電
極パターンａ　５０１及び分割電極パターンｂ５０２を
形成する。

■圧電素子２０１上に形成された各分割電極パターンａ
５０１及びｂ５０２をそれぞれ適切な方向に分極処理を
施す。尚、本実施例の場合は超音波モータに適用可能な
圧電素子を示しており、その分権形態を第６図の各電極
パターン中に（＋）及び（−）で示している。

また、圧電素子の分極処理は第１の面に形成した１体電
極パターン１０２と、それに相対する第２の面に形成さ
れた各分割電極パターンａ５０１及びｂ５０２との間に
各電極パターンごとに分極したい方向に従って直流高電
圧は印加することによって行われる。図中（＋）とある
のは、第１の面に形成した１体電極パターン１０２に対
して正の電界を印加したことを示し、（−）とあるのは
逆に負の電界を印加したことを示している。

■分極処理後適時洗浄処理を行った上で、第６図に示す
外周短絡パターン６０１及び内周短絡電極パターン６０
２が形成可能となるようなマスクを有するマスク治具上
に、再び圧電素子の第２の面が下側になるようにセット
する。

その際にも、先に形成した位置決め電極パターン１０３
をマスク治具の案内わく等に設けられた位置決め用の印
と合わせるといった簡単な方法で、第６図に示すような
外周短絡パターン６０１−及び内周短絡パターン６０２
が、先に形成されている各分割電極パターンａ５０１及
びｂ５０２と位置ズレをおこすことなく形成可能となり
、結果的に第２図に示すような電極パターンが容易かつ
ネｎ度良く形成されることになるわけである。

第７図は本発明において各電極パターンを形成するため
の薄膜形成装置の例として、−殻内な真空薄着装置の原
理図を示したものである。真空槽７０３内に蒸着された
マスク基体４０１と案内わく等からなるマスク治具７０
２に、電極パターンを形成しようとする面倒を下向きに
して圧電素子７０１をセットし、蒸発源７０４上にのせ
られた、電極パターンを形成するための材質成分からな
る薄膜材料７０５をのせ、抵抗加熱や電子ビーム等の手
段により薄膜材料７０５を蒸発させ、圧電素子７０１の
下面に所望の電極パターンを形成するというのが概略で
ある。この際、本発明において使用する薄膜材料７０５
としては、例えばクロム、ニッケル、金等である。クロ
ムは圧電素子とのコンタクトメタルであり圧電素子と電
極パターンとの密着強度を高める意味で用いられている
。また、ニッケルは電極パターンへのリード線の半田付
は等を良好にし、金は導通抵抗を下げる目的で用いられ
ている。

また、膜厚計７０６は膜厚をコントロールする意味で用
いられ、シャッター７０７は蒸発物の安定化が図られる
まで圧電素子７０１に蒸着されるのを防（意味で利用さ
れる。さらに、真空ポンプ７０８は真空槽７０３内の真
空度を一定に保つ役目をしている。

第１１図は本発明に係る圧電素子を用いた超音波モータ
の縦断面図を示したものである。本発明により第１図か
ら第３図に示した圧電素子の電極構造が容易にかつ精度
良く形成されることになるため、本発明による圧電素子
んたわみ進行波成分を利用した超音波モータに利用する
ことが有効となる。以下に本発明に係る圧電素子を用い
た超音波モータの構造について説明する。

圧電素子１１０１を接着してなる振動体１１０２は金属
等からなる弾性部材で、中心軸１１０３に打ち込み等に
より支持され、該中心軸１１０３は固定台１１０４に固
定されている。ロータ１１０５は振動体１’１０２の上
方から中心軸１１０３を案内として組み込まれ、上方に
ある加圧ばね１１０６により振動体１１０２に加圧接触
するように配置されている。２本のリードＬ？ｔｌ１０
７のうちの１本が外周短絡電極パターン２０２に、他の
１本が、内周短絡電極パターン２０３に半田付は等によ
り取り付けられている。ここで２本のリード線１１０７
に時間的位相がほぼ９０°異なる信号を印加することに
よって、圧電素子１１０１と振動体１１０２は屈曲振動
により機械的進行波を周方向に３波発生し、振動体１１
０２に加圧接触されたロータ１１０５が回転運動するこ
とになるわけである。

本発明による圧電素子を利用することによって、リード
線数も最小の２本取り付けるだけで良（、また、小型径
小にしても電極パターンの位置ズレや偏心がほとんどな
いために、極めて高効率でバラツキの少ない超音波モー
タが実用可能となるのである。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように、両面に電極パターンを有
する圧電素子の一方の面に１体電極パターンを形成する
のと同時に位置決め用の電極パターン部を１カ所以上設
けるという簡単な構造ならびにその位置決めパターンを
基準として相対する面に複数回の異なる電極パターンを
形成するといった製造方法を用いることにより、複雑な
電極パターンの位置ズレや偏心を抑制するとともに、マ
スク治具への圧電素子の位置決めを容易にするといった
効果がある。また、圧電素子の電極パターン形成をこの
ような構造ならびに製造方法によって実現することによ
り、特に超音波モータ用圧電素子に適用した際には、径
小・小型化における性能安定化や高効率化が図れるとい
った数多くの効果が得られることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧電素子の電極構造を示す平面図
（１体電極形成面）、第２図は本発明に係る圧電素子の
電極構造を示す平面図（分割電極形成面）、第３図は本
発明に係る圧電素子の電極構造を示す縦断面図、第４図
は本発明に係る圧電素子の電極形成用マスクを示す平面
図、第５図、第６図は本発明に係る圧電素子の製造方法
を説明する図、第７図は真空蒸着装置の原理図、第８図
は従来の圧電素子の電極構造を示す平面図（１体電極形
成面）、第９図は従来の圧電素子の電極構造を示す平面
図（分割電極形成面）、第１０図は従来の圧電素子の電
極形成用マスクを示す平面図、第１１［ｉ５は本発明に
係る圧電素子を用いた超音波モータの縦断面図である。 １０１．２０１，３０１゜ １０２．８０２・　・　・ １０３　　・　・　・　・　・ １０４．２０４，８０３゜ ２０２．６０１　９０２ ３０２　　・　・　・　・　・ ３０３　・　・　・　・ ４０１、　１００１　　・　・ ４０２．１００２　　・　・ ４０３　・　・　・　・　・ ４０４．１００３　　・　・ ５０１　・　・　・　・　・ ５０２　・　・　・　・　・ ７０１．８０１，９０１．１１０１ ・・・圧電素子 ・・・１体電極パターン ・・・位置決め電極パターン ９０４・・・中心孔 ・・・外周短絡電極パターン ・・・内周短絡電極パターン ・・・１体電極形成面（第１の面） ・・・分割電極形成面（第２の面） ・・・マスク基体 ・・・１体電極形成用穴部 ・・・位置決め電極形成用穴部 ・・・取付穴部 ・・・分割電極パターンａ ・・・分割電極パターンｂ ７０２　　・・・・・・・・マスク治具１１０２・・・
・・・・・振動体 １１０３・・・・・・・・中心軸 １１０４・・・・・・・・固定台 １１０５・・・・・・・・ロータ １１０６・・・・・・・・加圧ばね １１０７・　・　・　・　・　・　・　・　リード綿以
上 出願人　セイコー電子工業株式会社 代理人　弁理士　林　　敬　之　助 （１体電極形成面） 第 図 窮 図 （分割電極形成面） 集 圏 第 図 創Ｕ（装置／）原遵回 垢　−７図 第 ら 図 （１体電；鮭パ１） ８０１冠医景フ （分割１恒形成面） ・百９ 図 第 回

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）両面に電極パターンを有する圧電素子において、 第１の面に１体電極及び位置決めパターンを形成すると
   共に、相対する第２の面に複数の分割電極パターンを形
   成したことを特徴とする圧電素子の電極構造。
2. （２）両面に電極パターンを有する圧電素子の製造方法
   において、 第１の面に１体電極及び位置決めパターンを形成し、 次に第１の面に形成された上記位置決めパターンを基準
   として、第１の面に相対する第２の面に複数の分割電極
   パターンを形成し、 次に分極処理をしたことを特徴とする圧電素子の製造方
   法。
3. （３）上記分極処理後に上記圧電素子の第１の面に形成
   された上記位置決めパターンを基準として、第１の面に
   相対する第２の面に導通用電極パターンを形成した特許
   請求の範囲第２項記載の圧電素子の製造方法。
4. （４）両面に電極パターンを有する圧電素子の製造装置
   に用いる１体電極形成用のマスク治具において、 １体電極形成用の穴と共に、位置決めパターン形成用の
   穴を１ヵ所以上に形成したことを特徴とする電極形成用
   マスク治具。
5. （５）圧電素子と、該圧電素子と金属等からなる弾性体
   を接合した振動体と、該振動体に圧接され、前記圧電素
   子の伸縮運動によるたわみ進行波で摩擦駆動するロータ
   とを有する超音波モータの圧電素子電極パターン構造に
   おいて、第１の面に１体電極および位置決めパターンを
   形成し、 相対する第２の面に複数の分割電極パターン及び導通用
   電極パターンを形成したことを特徴とする超音波モータ
   の圧電素子電極パターン構造。