JPH11289781A

JPH11289781A - 圧電素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11289781A
Application number: JP9010698A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kawabata; 勉川畑
Original assignee: Star Micronics Co Ltd
Current assignee: Star Micronics Co Ltd
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】弾性体との接着強度の向上を図ることのでき
る超音波モータ用圧電素子及びその製造方法を提供する
こと。【解決手段】電圧が印加されることにより歪が生じる
圧電セラミック層４と、圧電セラミック層４の両面にそ
れぞれ配置された外部電極膜６ａ，６ｂとを有する圧電
素子であって、圧電セラミック層４に、一方の外部電極
膜６ａを介して焼成により接着されたセラミック膜８を
更に備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子及びその
製造方法に関し、より詳しくは、特に超音波モータに好
適に使用される圧電素子及びその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来から、超音波モータ用の圧電素子
（振動子）は、電圧が印加されることにより歪が生じる
圧電セラミック層と、この圧電セラミック層の両面に焼
き付けられたＡｇ等から成る外部電極とから形成されて
いる。そして、このような圧電素子の一方の外部電極に
アクリル系等の接着剤を塗布して金属製の弾性体へ固着
し、振動体であるステータ（固定子）を構成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、超音
波モータの使用される技術分野は広がる傾向にあり、使
用環境も多岐に渡ってきた。時には、外部から加えられ
る衝撃や振動の大きな状況下で超音波モータを使用せざ
るを得ない場合もあり、超音波モータの強度を向上させ
ることが要求されている。特に、超音波モータの振動源
である圧電素子の弾性体への接着を確実にすることは極
めて重要であり、接着強度の向上が期待されている。

【０００４】しかし、従来の技術では、上述のように、
圧電素子と金属製の弾性体とを接着する接着剤が接する
圧電素子側の部材は、軟質なＡｇ等から成る外部電極で
あるため、接着強度は強いとはいえない。また、圧電セ
ラミック用の外部電極として使用可能な材料は、Ａｕ、
Ｐｔ、Ａｇ等に限られており、これらの軟質な材料のう
ち何れを使用しても接着強度の向上は望めない。

【０００５】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、弾性体との接着強度の向上を図ることのでき
る超音波モータ用圧電素子及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく鋭意研究を重ねた結果、従来の圧電素子にお
いて、以下のような接着強度の低減理由を見出した。

【０００７】即ち、従来の圧電素子においては、図２０
に示すように、圧電素子のリング状圧電セラミック層４
上に設けられた外部電極６ａが金属製のステータ側弾性
体１０５ｅと接着する接着面は粗くなっており、多数の
凹凸部が存在する。そして、この凹部に溜められた接着
剤４０によってステータ側弾性体１０５ｅとの接着が図
られる一方、外部電極６ａ表面の凸部は接着剤を介さず
にステータ側弾性体１０５ｅと密着している。即ち、接
着剤４０によりステータ側弾性体１０５ｅと接着されて
いるのは、外部電極６ａの表面全体ではなく、表面の凹
部に相当する部分だけであり、このことも接着強度を低
減させる理由になっているのである。この際、外部電極
６ａの表面を平坦化して凹凸部を無くし、当該外部電極
６ａの表面全体に接着剤４０を塗布することも考えられ
るが、凹凸部が無くなると外部電極６ａとステータ側弾
性体１０５ｅとの間に電流が流れなくなり、圧電素子を
振動できなくなる。

【０００８】そこで、本発明は、かかる接着強度の低減
理由を解消して、圧電素子と弾性体との接着強度の向上
を図ることをも目的とし、請求項１記載の発明は、電圧
が印加されることにより歪が生じる圧電セラミック層
と、圧電セラミック層の両面にそれぞれ配置された外部
電極膜とを有する圧電素子であって、圧電セラミック層
に、一方の外部電極膜を介して焼成により接着されたセ
ラミック膜を更に備えることを特徴とする。

【０００９】請求項１記載の発明に係る圧電素子によれ
ば、圧電セラミック層に、一方の外部電極膜を介して焼
成により接着されたセラミック膜が設けられているた
め、圧電素子の最上部に存在するのは、軟質な外部電極
膜よりも硬いセラミック膜となる。このため、本発明に
係る圧電素子を例えば超音波モータ用ステータの弾性体
に接着剤で接着する場合に、当該接着剤が接するのは従
来の外部電極膜よりも硬いセラミック膜となるため、当
該圧電素子と弾性体との接着強度が高められる。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の圧
電素子において、圧電セラミック層とセラミック膜と
が、同じ材質で形成されていることを特徴とする。

【００１１】請求項２記載の発明に係る圧電素子によれ
ば、圧電セラミック層とセラミック膜とが同じ材質であ
るため、両者の熱膨張率は等しい。そのため、温度の高
い環境や低い環境で本発明の圧電素子を用いても、圧電
セラミック層とセラミック膜との体積変化率は等しく、
圧電セラミック層及びセラミック膜での歪みの発生が防
止される。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の圧電素子において、外部電極膜の電圧印加面
の周縁には、セラミック膜で被覆されない露出部が形成
されていることを特徴とする。

【００１３】請求項３記載の発明に係る圧電素子によれ
ば、外部電極膜の電圧印加面の周縁に、セラミック膜で
被覆されない露出部分が存在するため、当該セラミック
膜の露出部分によって、セラミック膜が設けられていな
い他方の外部電極との導通が図られる。このため、本発
明に係る圧電素子を例えば超音波モータ用ステータの弾
性体に接着剤で接着する場合に、セラミック膜の表面全
体に接着剤を塗布することができ、接着強度が更に高め
られる。

【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の圧電素子において、セラミック膜に穿設され
たスルーホールと、当該スルーホール内に設けられたス
ルーホール電極とを備えることを特徴とする。

【００１５】請求項４記載の発明に係る圧電素子によれ
ば、セラミック膜に穿設されたスルーホール内のスルー
ホール電極によって、当該セラミック膜側の外部電極と
他方の外部電極との導通が図られる。このため、本発明
に係る圧電素子を例えば超音波モータ用ステータの弾性
体に接着剤で接着する場合に、セラミック膜の表面全体
に接着剤を塗布することができ、接着強度が更に高めら
れる。

【００１６】請求項５記載の発明に係る超音波モータ
は、請求項１〜請求項４のうち何れか一項記載の圧電素
子を弾性体の裏面に接着剤で貼着して成る振動体を、固
定子として備えたことを特徴とする。

【００１７】請求項５記載の発明に係る超音波モータに
よれば、振動体を形成するために接着剤が接着している
のは、弾性体の裏面と、外部電極膜よりも硬いセラミッ
ク層とであるため、当該圧電素子と弾性体との接着強
度、さらには、固定子の強度が高められる。

【００１８】請求項６記載の発明に係る超音波モータ
は、請求項１〜請求項４のうち何れか一項記載の圧電素
子を弾性体の裏面に接着剤で貼着して成る振動体を、固
定子及び移動子としてそれぞれ備えたことを特徴とす
る。

【００１９】請求項６記載の発明に係る超音波モータに
よれば、振動体を形成するために接着剤が接着している
のは、弾性体の裏面と、外部電極膜よりも硬いセラミッ
ク層とであるため、当該圧電素子と弾性体との接着強
度、さらには、固定子及び移動子の強度が高められる。

【００２０】請求項７記載の発明に係る圧電素子の製造
方法は、圧電セラミック層となるべき第１グリーンシー
ト層を準備する工程と、第１グリーンシート層の上面及
び下面に、それぞれ外部電極膜となるべき導電ペースト
を塗布する工程と、一方の導電ペーストの上面に、当該
導電ペーストの周縁を残してセラミック膜となるべき第
２グリーンシート層を積層する工程と、第１グリーンシ
ート層、導電ペースト及び第２グリーンシート層を同時
に焼成して、圧電セラミック層、外部電極膜及びセラミ
ック膜を一体的に形成することを特徴とする。

【００２１】請求項７記載の発明に係る圧電素子の製造
方法によれば、圧電セラミック層となるべき第１グリー
ンシート層、外部電極膜となるべき導電ペースト、及び
一方の当該導電ペーストの上面に設けられ、セラミック
膜となるべき第２グリーンシート層を同時に焼成するた
め、外部電極膜の上に、セラミック膜が形成されること
になる。即ち、圧電素子の最上部に存在するのは、軟質
な外部電極膜よりも硬いセラミック膜となる。このた
め、本発明に係る圧電素子を例えば超音波モータ用ステ
ータの弾性体に接着剤で接着する場合に、接着剤が接す
るのは、従来の外部電極膜よりも硬いセラミック膜とな
るため、当該圧電素子と弾性体との接着強度が高められ
る。

【００２２】また、外部電極膜の上面に形成されるセラ
ミック膜は、導電ペースト、即ち、外部電極膜の周縁が
露出する形状及び寸法であるため、この露出部分によっ
て、セラミック膜が設けられていない他方の外部電極と
の導通が図られる。このため、セラミック膜の表面全体
に接着剤を塗布することができ、接着強度が更に高めら
れる。

【００２３】請求項８記載の発明に係る圧電素子の製造
方法は、圧電セラミック層となるべき第１グリーンシー
ト層を準備する工程と、第１グリーンシート層の上面及
び下面に、それぞれ外部電極膜となるべき導電ペースト
を塗布する工程と、セラミック膜となるべき第２グリー
ンシート層を準備する工程と、第２グリーンシート層に
スルーホールを穿設し、当該スルーホール内に、焼成さ
れることによりスルーホール電極となるスルーホール電
極材を設ける工程と、一方の導電ペーストの上面に第２
グリーンシート層を積層する工程と、第１グリーンシー
ト層、導電ペースト及び第２グリーンシート層を同時に
焼成して、圧電セラミック層、外部電極膜及びセラミッ
ク膜を一体的に形成することを特徴とする。

【００２４】請求項８記載の発明に係る圧電素子の製造
方法によれば、圧電セラミック層となるべき第１グリー
ンシート層、外部電極膜となるべき導電ペースト、及び
一方の当該導電ペーストの上面に設けられ、セラミック
膜となるべき第２グリーンシート層を同時に焼成するた
め、外部電極膜の上に、セラミック膜が形成されること
になる。即ち、圧電素子の最上部に存在するのは、軟質
な外部電極膜よりも硬いセラミック膜となる。このた
め、本発明に係る圧電素子を例えば超音波モータ用ステ
ータの金属弾性体に接着剤で接着する場合に、接着剤が
接するのは、従来の外部電極膜よりも硬いセラミック膜
となるため、当該圧電素子と弾性体との接着強度が高め
られる。

【００２５】また、外部電極膜の上面に形成されるセラ
ミック膜には、スルーホールが穿設され、このスルーホ
ール内にはスルーホール電極が設けられているため、こ
のスルーホール電極によって、セラミック膜が設けられ
た外部電極膜は、セラミック膜上に配置される金属弾性
体との導通が図られる。このため、セラミック膜の表面
全体に接着剤を塗布することができ、金属弾性体との接
着強度が更に高められる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧電素子の好
適な実施形態について詳細に説明する。同一要素又は同
一機能を有する要素には同一符号を用いるものとし、重
複する記載は省略する。

【００２７】（圧電素子：第１実施形態）図１（ａ）
は、本発明に係る超音波モータ用の圧電素子の第１実施
形態の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の圧電
素子を分解して示した分解斜視図である。

【００２８】図１（ａ）に示されているように、本実施
形態の圧電素子２は、上下方向に分極されたリング状圧
電セラミック層４と、このリング状圧電セラミック層４
の上下面にそれぞれ設けられたリング状の外部電極６
ａ，６ｂと、外部電極６ａの上面に設けられたリング状
のセラミック膜８とから構成されている。外部電極６
ａ，６ｂはＡｇＰｄ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ等から形成され
ており、リング状圧電セラミック層４とセラミック膜８
はＡｇＰｄ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ等から成る外部電極６
ａ，６ｂよりも硬く、ともにチタン酸ジルコン酸鉛で形
成されている。

【００２９】また、リング状圧電セラミック層４、外部
電極６ａ，６ｂ及びセラミック膜８は、接着剤などを介
さず、同時に焼成することで一体に形成されており、接
着剤を使用して接着する場合よりも強固に接着されてい
る。尚、リング状圧電セラミック層４とセラミック膜８
とが同じ材質で形成されているため、両者の熱膨張率が
等しくなっている。そのため、温度の高い環境や低い環
境で圧電素子２を用いても、リング状圧電セラミック層
４とセラミック膜８との体積変化率は等しく、リング状
圧電セラミック層４とセラミック膜８における歪みの発
生が防止される。

【００３０】さらに、セラミック膜８の外径は、外部電
極６ａの外径よりも小さくなっており、外部電極６ａ上
面の周縁には、露出部１０が形成されている。そして、
この露出部１０により、外部電極６ａと外部電極６ｂと
の導通を図ることができる。尚、説明の便宜のため、図
１（ａ）の圧電素子２における外部電極６ａ，６ｂ等の
厚さは誇張して示してある。実際は、リング状圧電セラ
ミック層４の厚さは約０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ、外部電
極６ａ，６ｂの厚さは約２μｍ〜４μｍ、セラミック膜
８の厚さは約３０μｍ〜１００μｍとすることが望まし
い。図１（ｂ）は、圧電素子２の理解し易さを考慮し
て、セラミック膜８を圧電素子２から分離させた分解斜
視図である。この図のように、リング状圧電セラミック
層４の内径とセラミック膜８の内径とは、同じ寸法にな
っている。また、外部電極６ａが所定の角度で配分され
ていることが分かるが、この点については後述する。

【００３１】図２は、セラミック膜８を除去した状態の
圧電素子２の一方面側の平面図である。この図より、リ
ング状圧電セラミック層４の一方面上に形成された外部
電極６ａは、それぞれ４個のｓｉｎ側電極部Ｓ１〜Ｓ４
及びｃｏｓ側電極部Ｃ１〜Ｃ４とを備えていることがわ
かる。ｓｉｎ側電極部Ｓ１〜Ｓ４及びｃｏｓ側電極部Ｃ
１〜Ｃ４は、圧電素子２が周方向全体で５波長（５λ）
の定在波を発生し得るように機械角で３６゜で等配され
ている。ｓｉｎ側電極部Ｓ１〜Ｓ４、ｃｏｓ側電極部Ｃ
１〜Ｃ４は、各々隣り合う領域で厚み方向の分極方向が
互いに逆向き（図示＋−参照）となるように予め分極処
理が施されている。尚、区分された各電極をセグメント
と呼ぶことにする。

【００３２】図３は、圧電素子２の他方面側の平面図で
ある。この図より、リング状圧電セラミック層４の他方
面上に形成された外部電極６ｂは、外部電極６ａのｓｉ
ｎ側電極部Ｓ１〜Ｓ４の形成領域全体に対向するｓｉｎ
側電極部ＳＳと、ｃｏｓ側電極部Ｃ１〜Ｃ４の形成領域
全体に対向するｃｏｓ側電極部ＣＣとを備えていること
がわかる。ｓｉｎ側電極部ＳＳとｃｏｓ側電極部ＣＣと
の間には、機械角で１８゜、電気角で９０゜をなして互
いに対向するフィードバック用電極部ＦＢ，ＦＢ’が設
けられている。

【００３３】続いて、本実施形態に係る圧電素子２の製
造方法の好適な一例について説明する。

【００３４】図４は、圧電素子２の製造工程図である。
まず、第１の工程で、図５に示すような５枚の第１グリ
ーンシート１２ａ〜１２ｅを所望の大きさに切り出す。
この第１グリーンシート１２ａ〜１２ｅから成る第１グ
リーンシート層１２は、焼成することによりリング状圧
電セラミック層４となるものである。次に、第２の工程
で、図６に示すように、最上部に位置する第１グリーン
シート１２ａの上面に、焼成することにより外部電極６
ａとなるリング状の導電ペースト６ａ’を厚膜印刷技法
によって所定の位置にパターン印刷する。また、最下部
に位置する第１グリーンシート１２ｅの下面には、焼成
することにより外部電極６ｂとなるリング状の導電ペー
スト６ｂ’を、導電ペースト６ａ’と対向する位置にパ
ターン印刷する。

【００３５】第３の工程では、図７に示すような４枚の
円盤状の第２グリーンシート１４ａ〜１４ｄを所望の大
きさに切り出す。この第２グリーンシート１４ａ〜１４
ｄから成る第２グリーンシート層１４は、焼成すること
によりセラミック膜８となるものであり、第２グリーン
シート層１４の直径は、第１グリーンシート１２上に印
刷されたリング状の導電ペースト６ａ’の直径よりも小
さくなるように切り出す。

【００３６】第４の工程では、まず、図８に示すよう
に、第１グリーンシート層１２に印刷された導電ペース
ト６ａ’上に、第２グリーンシート層１４を積層して、
積層グリーンシート１６を形成する。この際、第２グリ
ーンシート層１４の円の中心がリング状の導電ペースト
６ａ’の中心と一致するように、即ち、導電ペースト６
ａ’の上面の周縁に露出部１０が形成されるように第２
グリーンシート層１４を積層する。そして、積層グリー
ンシート１６を真空パックにて包装し、この真空パック
された積層グリーンシート１６を、約４０℃から約１２
０℃に昇温し、等方圧プレス機によって１０００ｋｇ／
ｃｍ²以上の圧力を加えて一定時間保持することによ
り、各グリーンシートを密着させる。

【００３７】第５の工程では、加圧した積層グリーンシ
ート１６を焼成する。この工程では、グリーンシート及
び導電ペースト内に含まれる有機物を分解するために約
５００℃で焼く仮焼と、グリーンシートをセラミックと
して成形するために約１０００℃から約１２００℃で焼
く本焼が行われる。

【００３８】第６の工程では、まず、焼成されたセラミ
ックを切削治具にてリング状に加工する。続いて、リン
グ状のセラミックの表面を研磨する。第７の工程では、
切削、研磨されたセラミックに約３ｋＶ／ｍｍの直流電
圧を印加し、分極処理を施すことにより、図１に示す本
実施形態に係る超音波モータ用の圧電素子２が完成す
る。尚、分極の方向は、図２の説明で述べたように、円
周方向に左右に隣り合う領域同士で逆向きになってい
る。

【００３９】（圧電素子：第２実施形態）図９（ａ）
は、本発明に係る超音波モータ用の圧電素子の第２実施
形態の斜視図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の圧電
素子を分解して示した分解斜視図である。

【００４０】図９（ａ）に示されているように、本実施
形態の圧電素子２２は、上下方向に分極されたリング状
圧電セラミック層２４と、このリング状圧電セラミック
層２４の上下面に設けられたリング状の外部電極２６
ａ，２６ｂと、外部電極２６ａの上面に設けられたリン
グ状のセラミック膜２８とから構成されている。第１実
施形態の圧電素子２と同様に、本実施形態においても、
外部電極２６ａ，２６ｂはＡｇＰｄ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ
等から形成されており、リング状圧電セラミック層２４
とセラミック膜２８はＡｇＰｄ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ等か
ら成る外部電極２６ａ，２６ｂよりも硬く、ともにチタ
ン酸ジルコン酸鉛で形成されている。また、リング状圧
電セラミック層２４、外部電極２６ａ，２６ｂ及びセラ
ミック膜２８は、接着剤などを介さず、同時に焼成する
ことで一体に形成されている。

【００４１】さらに、セラミック膜２８には、スルーホ
ール３０がセグメントの数だけ形成されており、このス
ルーホール３０の中にはＡｇＰｄまたはＡｕ、Ｐｔ、Ｐ
ｄ等からなるスルーホール電極３２が充填されている。
そして、このスルーホール電極３２により、セラミック
膜２８を介しても外部電極２６ａとの導通を図ることが
可能となり、セラミック膜２８の上に金属弾性体を配置
すれば、金属弾性体と外部電極２６ａとの電気的接続が
できる。尚、リング状圧電セラミック層２４の厚さは約
０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ、外部電極２６ａ，２６ｂの厚
さは約２μｍ〜４μｍ、セラミック膜２８の厚さは約３
０μｍ〜１００μｍで、スルーホール３０の直径は２０
０μｍとなっている。図９（ｂ）は、圧電素子２２の理
解し易さを考慮して、セラミック膜２８を圧電素子２２
から分離させた分解斜視図である。この図のように、リ
ング状圧電セラミック層２４とセラミック膜２８の内径
及び外径は、同じ寸法になっている。尚、外部電極２６
ａ，２６ｂは、第１実施形態と同様に、ｓｉｎ側電極部
及びｃｏｓ側電極部を備えている（図示しない）。

【００４２】続いて、本実施形態に係る圧電素子２２の
製造方法の好適な一例について説明する。

【００４３】図１０は、圧電素子２２の製造工程図であ
る。まず、第１の工程で、図１１に示すような５枚の第
１グリーンシート３４ａ〜３４ｅを所望の大きさに切り
出す。この第１グリーンシート３４ａ〜３４ｅから成る
第１グリーンシート層３４は、焼成することによりリン
グ状圧電セラミック層２４となるものである。次に、第
２の工程で、第１実施形態と同様に、図１２に示すよう
に、最上部に位置する第１グリーンシート３４ａの上面
にリング状の導電ペースト２６ａ’を、また、最下部に
位置する第１グリーンシート３４ｅの下面にはリング状
の導電ペースト２６ｂ’をそれぞれ厚膜印刷技法によっ
て所定の位置にパターン印刷する。

【００４４】第３の工程では、図１３に示すような４枚
の円盤状の第２グリーンシート３６ａ〜３６ｄを所望の
大きさに切り出す。この第２グリーンシート３６ａ〜３
６ｄから成る第２グリーンシート層３６は、焼成するこ
とによりセラミック膜２８となるものであり、第２グリ
ーンシート層３６の直径は、第１グリーンシート３４上
に印刷された導電ペースト２６ａ’の直径と等しくなる
ように切り出す。第４の工程では、図１４のように、第
２グリーンシート層３６に、直径約２４０μｍのスルー
ホール３０をセグメントの数だけ穿設する。尚、スルー
ホール３０は後の焼成工程により径が小さくなり、最終
的には直径約２００μｍとなる。続いて、第５の工程で
は、図１５のように、各スルーホール３０内に、焼成す
ることによりスルーホール電極３２となる導電ペースト
３２’を埋め込む。

【００４５】第６の工程では、まず、図１６に示すよう
に、第１グリーンシート層３４に印刷された導電ペース
ト２６ａ’上に、第２グリーンシート層３６を積層し
て、積層グリーンシート３８を形成する。この際、第２
グリーンシート層３６の円の中心がリング状の導電ペー
スト２６ａ’の中心と一致するように、第２グリーンシ
ート層３６を積層する。そして、積層グリーンシート３
８を真空パックにて包装し、この真空パックされた積層
グリーンシート３８を、約４０℃から約１２０℃に昇温
し、等方圧プレス機によって１０００ｋｇ／ｃｍ²以上
の圧力を加えて一定時間保持することにより、各グリー
ンシートを密着させる。

【００４６】第７の工程では、加圧した積層グリーンシ
ート３８を焼成する。この工程では、グリーンシート及
び導電ペースト内に含まれる有機物を分解するために約
５００℃で焼く仮焼と、グリーンシートをセラミックと
して成形するために約１０００℃から約１２００℃で焼
く本焼が行われる。

【００４７】第８の工程では、まず、焼成されたセラミ
ックを切削治具にてリング状に加工する。続いて、リン
グ状に加工されたセラミックの表面を研磨する。第９の
工程では、切削、研磨されたセラミックに約３ｋＶ／ｍ
ｍの直流電圧を印加し、分極処理を施すことにより、図
９に示す本実施形態に係る超音波モータ用の圧電素子２
２が完成する。

【００４８】次に、本発明に係る圧電素子を用いた超音
波モータの実施形態について説明する。

【００４９】（超音波モータ：第１実施形態）図１７
は、図１に示す圧電素子２を用いた第１実施形態に係る
超音波モータを示す断面図である。この超音波モータ
は、機械的駆動機構から成る超音波モータ本体１０１
と、この超音波モータ本体１０１の駆動を行う駆動回路
１０２とから構成される。

【００５０】超音波モータ本体１０１は、超音波モータ
が適用される例えばカメラ等の本体機器の固定側に固定
される固定用ベース１０３と、この固定用ベース１０３
に重ねて固定された外縁円形のステータ１０５と、固定
用ベース１０３及びステータ１０５の中央部を貫通し、
当該ステータ１０５に固定された軸受１０７により回転
自在に支持された回転軸１０４と、この回転軸１０４に
圧入固定され、上記ステータ１０５に対向する外縁円形
のロータ（移動子）１０６と、を備えている。ロータ１
０６は、ステータ１０５の表面（図中上側）の円周方向
に進行する進行波により回転する（詳しくは後述す
る）。

【００５１】上記ステータ１０５は、金属から成る円環
状の弾性体１０５ｅの裏面外周部に、圧電素子２を貼着
して構成されている。この弾性体１０５ｅの外周部１０
５ｏ及び内周部１０５ｉは厚肉であり、外周部１０５ｏ
の裏面に上記圧電素子２が貼着され、内周部１０５ｉ
が、例えばネジ留め等により固定用ベース１０３に固定
される。弾性体１０５ｅの外周部１０５ｏと内周部１０
５ｉとの間の円環状の中間部１０５ｍは薄肉であり、こ
の中間部１０５ｍが外周部１０５ｏの振動を容易にさせ
ると共に、外周部１０５ｏと内周部１０５ｉとの間の振
動伝達を抑制している。

【００５２】ここで、図１８を用いて、弾性体１０５ｅ
の外周部１０５ｏと圧電素子２の接着状態をより詳しく
説明する。図１８は、図１７の外周部１０５ｏと圧電素
子２との接着部分近傍の拡大図である。この図に示され
ているように、圧電素子２は、外部電極６ａ上に設けら
れたセラミック膜８の全面に塗布された接着剤４０によ
って、弾性体１０５ｅの外周部１０５ｏの裏面に貼着さ
れている。そして、外部電極６ａ上のセラミック膜８で
覆われていない露出部１０が、グランド（ＧＮＤ）に接
続されている。一方、セラミック膜８の設けられていな
い外部電極６ｂには、超音波モータ本体１０１の駆動を
行う駆動回路１０２が接続されているが、詳しくは後述
する。尚、本実施形態では、接着剤４０として、日本ロ
ックタイト社製のアクリル系紫外線硬化型接着剤ＬＩＤ
−１３１６（商品名）を用いたが、接着剤の種類はこれ
に限られず、同社製接着剤で言えば、同タイプの３５
２，３８５、嫌気性タイプの３２４、シアノ系の４０
１，４０６、エポキシ系の４５，５３（商品名）等さま
ざまなタイプの接着剤を用いることができる。

【００５３】再び図１７を用いて、超音波モータ本体１
０１を説明する。上記ロータ１０６は、金属から成る円
環状の弾性体から構成される。このロータ１０６の内周
部１０６ｉ及びステータ１０５の外周部１０５ｏに対向
する外周部１０６ｏは厚肉であり、ロータ１０６の外周
部１０６ｏと内周部１０６ｉとの間に、円環状の薄肉中
間部１０６ｍを備え、内周部１０６ｉが上記回転軸１０
４に圧入固定される。この回転軸１０４の上部には、フ
ランジ部１０４ｆが設けられ、さらに下部には、例えば
Ｃリング等のスナップリング１０９が取り付けられてお
り、このスナップリング１０９と上記軸受１０７との間
に、スペーサ１１０を介して圧縮バネ１１１が介挿され
ている。この圧縮バネ１１１とフランジ部１０４ｆによ
って、回転軸１０４及びロータ１０６は常時下方に付勢
されている。

【００５４】ロータ１０６は、外周部１０６ｏにおける
上記ステータ１０５の外周部１０５ｏに対向する面の略
中央部に、幅狭円環状の凸部１０６ｐを有する。ステー
タ側弾性体１０５ｅとロータ１０６を全面接触させる
と、励振側（ステータ側弾性体）の振動が相手側（ロー
タ）に大部分伝わって進行波の変位量が減衰してしまう
が、ロータ１０６は凸部１０６ｐを有しており、圧接面
が全面接触に比して狭小にされることから、ステータ側
弾性体１０５ｅに正常な進行波を形成することができ
る。ロータ側凸部１０６ｐとステータ１０５の外周部１
０５ｏとの間には、例えば樹脂等より成る環状の緩衝摩
擦部材１１２が介在し、緩衝摩擦部材１１２はこれらと
圧接状態にある。すなわち、ロータ側凸部１０６ｐは、
圧縮バネ１１１の弾性力によって緩衝摩擦部材１１２を
介してステータ１０５の外周部１０５ｏを押圧してい
る。

【００５５】以上が超音波モータ本体１０１の構成であ
り、当該超音波モータ本体１０１の圧電素子２のｓｉｎ
側電極部及びｃｏｓ側電極部に、前述した駆動回路１０
２が接続されている。この駆動回路１０２は、グランド
（ＧＮＤ）と圧電素子２のｓｉｎ側電極部との間に正弦
波電圧信号（ｓｉｎ波電圧信号）を印加し、グランドと
ｃｏｓ側電極部との間にこれと電気角で９０°の位相差
を有する正弦波電圧信号（ｃｏｓ波電圧信号）を同時に
印加する。この時、印加される電圧信号の周波数は、ス
テータ１０５自身が最も共振する周波数（共振周波数）
若しくはその近傍の周波数である。このような周波数の
信号が圧電素子２に印加されると、圧電素子２が振動し
て、ステータ１０５の外周部１０５ｏの表面に、位相の
異なる二つの定在波が発生する。そして、これら二つの
定在波が合成されることにより、外周部１０５ｏの表面
を円周方向に進む進行波が発生する。

【００５６】進行波が発生すると、ステータ１０５の外
周部１０５ｏの表面上の微小領域各点は、進行波の進行
方向及びステータ側弾性体１０５ｅの厚み方向で規定さ
れる平面内で、上記進行波の進行方向とは逆回りの楕円
運動を行う。この楕円運動による駆動力は、当該ステー
タ１０５の外周部１０５ｏに圧接する緩衝摩擦部材１１
２を介して、正確にロータ側凸部１０６ｐに摩擦伝達さ
れる。これにより、ロータ１０６は、進行波の進行方向
とは逆方向に回転する。この時、緩衝摩擦部材１１２に
より、異音（囓り音）の発生が防止されると共に圧接部
の耐久性が向上される。また、印加電圧の位相を逆にす
れば、進行波の進行方向が逆となり、ロータ１０６も上
記回転方向とは逆方向に回転する。

【００５７】ここで、特に、本実施形態における超音波
モータ１０１は、図１８を用いて説明したように、接着
剤４０が接するのはＡｇＰｄまたはＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等
から成る外部電極６ａよりも硬いセラミック膜８である
ため、セラミック層８を介さずに外部電極６ａとステー
タ側弾性体１０５ｅとを接着する場合よりも接着強度が
高くなる。また、セラミック膜８の表面全体に接着剤４
０が塗布されているため、図２０に示される従来型のよ
うに、外部電極６ａ表面の凹部に溜められた接着剤４０
でステータ側弾性体１０５ｅとの接着を図り、外部電極
６ａ表面の凸部は接着剤４０を介さずにステータ側弾性
体１０５ｅと密着しているタイプのものよりも、圧電素
子２とステータ側弾性体１０５ｅの接着強度が高くな
る。

【００５８】さらに、図２０の従来型では、外部電極６
ａに接着剤４０を埋め込むための凹部を設ける必要があ
るため、外部電極６ａは凹部よりも必然的に厚くなって
いたが、本実施形態では、凹部を設ける必要がないため
従来型よりも外部電極６ａの厚さを薄くすることができ
る。そのため、軟質な外部電極６ａによる振動減衰を抑
えることができ、振動伝達効率が向上する。尚、本発明
者の実験により、従来約１３〜１６μｍ程あった外部電
極６ａの厚さが、本実施形態では約２〜３μｍ程になる
ことがわかった。

【００５９】（超音波モータ：第２実施形態）次に、図
１９を用いて、本発明に係る超音波モータの第２実施形
態を説明する。図１９は、図９に示す圧電素子２２を用
いた第２実施形態に係る超音波モータを示す断面図であ
る。この超音波モータは、機械的駆動機構から成る超音
波モータ本体２０１及び超音波モータ本体１０１の駆動
を行う駆動回路１０２から構成されている。本実施形態
の超音波モータ本体２０１は、圧電素子２２及びグラン
ド（ＧＮＤ）との接続を除いて、第１実施形態の超音波
モータ本体１０１と同様の構成をしている。

【００６０】本実施形態においても、圧電素子２２は、
セラミック膜２８の全面に塗布された接着剤によって、
弾性体１０５ｅの外周部１０５ｏの裏面に貼着されてい
る。そして、セラミック膜２８に穿設されたスルーホー
ル３０内に設けられたスルーホール電極３２によって、
外部電極２６ａは、金属製のステータ１０５を介してグ
ランド（ＧＮＤ）に接続されている。一方、セラミック
膜２８の設けられていない外部電極２６ｂには、超音波
モータ本体２０１の駆動を行う駆動回路１０２が接続さ
れている本実施形態における超音波モータ２０１は、図
１９を用いて説明したように、接着剤が接するのはＡｇ
ＰｄまたはＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等から成る外部電極２６ａ
よりも硬いセラミック膜２８であるため、セラミック層
２８を介さずに外部電極２６ａとステータ側弾性体１０
５ｅとを接着する場合よりも接着強度が高くなる。ま
た、セラミック膜２８のスルーホール３０が穿設された
部分を除く表面全体に接着剤が塗布されているため、従
来のように、外部電極表面の凹部に溜められた接着剤で
ステータ側弾性体との接着を図り、外部電極表面の凸部
は接着剤を介さずにステータ側弾性体と密着しているタ
イプのものよりも、圧電素子２２とステータ側弾性体１
０５ｅの接着強度が高くなる。

【００６１】（超音波モータ：第３実施形態）次に、本
発明に係る超音波モータの第３実施形態について説明す
る。本実施形態の超音波モータでは、ロータを弾性体で
構成すると共に、ステータのみならず当該ロータの裏面
にも圧電素子２を固定し、この圧電素子２に、上述のよ
うな位相の異なる２相の信号を印加することにより、ロ
ータ表面にも円周方向に進む進行波を発生させる。そし
て、このロータ表面に発生した進行波と前述のステータ
表面に発生した進行波との位相差を利用して、ロータを
回転駆動するものである。

【００６２】本実施形態の超音波モータにおいても、接
着剤が接するのはＡｇＰｄまたはＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等か
ら成る外部電極よりも硬いセラミック膜であるため、セ
ラミック層を介さずに外部電極とステータ側弾性体及び
ロータ側弾性体とを接着する場合よりも接着強度が高く
なる。また、セラミック膜の表面全体に接着剤が塗布さ
れているため、従来のように、外部電極表面の凹部に溜
められた接着剤でステータ側弾性体及びロータ側弾性体
との接着を図り、外部電極表面の凸部は接着剤を介さず
にステータ側弾性体及びロータ側弾性体と密着している
タイプのものよりも、圧電素子とステータ側弾性体及び
ロータ側弾性体の接着強度が高くなる。

【００６３】尚、本実施形態において、図１に示す圧電
素子２の代わりに、図９に示すスルーホール３０を備え
た圧電素子２２を用いても、同様の効果が得られる。

【００６４】以上、本発明者によってなされた発明を実
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施
形態に限定されるものではない。例えば、圧電素子の形
状はリング状に限られず、リニア型超音波モータ等に使
用される角状にすることもできる。また、圧電素子を製
造するにあたって第１グリーンシート及び第２グリーン
シートは必ずしも複数枚重ねる必要はなく、各グリーン
シートは１枚づつでもよい。第１グリーンシートが１枚
の場合は、この表裏面に導電ペースト６ａ’，６ｂ’を
印刷することになる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電素子
によれば、圧電セラミック層に、一方の外部電極膜を介
して焼成により接着されたセラミック膜が設けられてい
るため、圧電素子の最上部に存在するのは、軟質な外部
電極膜よりも硬いセラミック膜となる。このため、本発
明に係る圧電素子を超音波モータ用ステータの弾性体に
接着剤で接着する場合に、当該接着剤が接するのは従来
の外部電極膜よりも硬いセラミック膜となるため、当該
圧電素子と弾性体との接着強度の向上を図ることができ
る。

【００６６】さらに、本発明の圧電素子では、外部電極
膜に接着剤を埋め込むための凹部を設ける必要がないた
め、従来よりも外部電極膜の厚さを薄くすることができ
る。そのため、軟質な外部電極膜による振動減衰を抑え
ることができ、振動伝達効率の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の圧電素子の第１実施形態の
斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の圧電素子において、
セラミック膜を分離させた分解斜視図である。

【図２】第１実施形態に係るリング状圧電セラミック層
の平面図である。

【図３】第１実施形態に係るリング状圧電セラミック層
の裏面図である。

【図４】第１実施形態に係る圧電素子の製造工程図であ
る。

【図５】第１実施形態に係る第１グリーンシートを示す
斜視図である。

【図６】第１実施形態に係る第１グリーンシートに導電
ペーストを印刷した状態を示す斜視図である。

【図７】第１実施形態に係る第２グリーンシートを示す
斜視図である。

【図８】第１実施形態に係る第１グリーンシート層に第
２グリーンシート層を積層した状態を示す斜視図であ
る。

【図９】（ａ）は、本発明の圧電素子の第２実施形態の
斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の圧電素子において、
セラミック膜を分離させた分解斜視図である。

【図１０】第２実施形態に係る圧電素子の製造工程図で
ある。

【図１１】第２実施形態に係る第１グリーンシートを示
す斜視図である。

【図１２】第２実施形態に係る第１グリーンシートに導
電ペーストを印刷した状態を示す斜視図である。

【図１３】第２実施形態に係る第２グリーンシートを示
す斜視図である。

【図１４】第２実施形態に係る第２グリーンシート層に
スルーホールを穿設した状態を示す斜視図である。

【図１５】第２実施形態に係るスルーホールに導電ペー
ストを埋め込んだ状態を示す斜視図である。

【図１６】第２実施形態に係る第１グリーンシート層に
第２グリーンシート層を積層した状態を示す斜視図であ
る。

【図１７】超音波モータの第１実施形態の断面図であ
る。

【図１８】第１実施形態に係る超音波モータの拡大断面
図である。

【図１９】超音波モータの第２実施形態の断面図であ
る。

【図２０】従来の超音波モータの拡大断面図である。

【符号の説明】

２，２２…圧電素子、４，２４…リング状圧電セラミッ
ク層、６ａ，６ｂ，２６ａ，２６ｂ…外部電極、８，２
８…セラミック膜、１０…露出部、１２…第１グリーン
シート層、１４…第２グリーンシート層、３０…スルー
ホール、３２…スルーホール電極、４０…接着剤。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電圧が印加されることにより歪が生じる
圧電セラミック層と、前記圧電セラミック層の両面にそ
れぞれ配置された外部電極膜とを有する圧電素子であっ
て、前記圧電セラミック層に、一方の前記外部電極膜を介し
て焼成により接着されたセラミック膜を更に備えること
を特徴とする圧電素子。
【請求項２】前記圧電セラミック層と前記セラミック
膜とは、同じ材質で形成されていることを特徴とする請
求項１記載の圧電素子。
【請求項３】前記セラミック膜が設けられた一方の前
記外部電極膜の電圧印加面の周縁には、前記セラミック
膜で被覆されない露出部が形成されていることを特徴と
する請求項１又は請求項２記載の圧電素子。
【請求項４】前記セラミック膜に穿設されたスルーホ
ールと、当該スルーホール内に設けられたスルーホール
電極とを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２
記載の圧電素子。
【請求項５】請求項１〜請求項４のうち何れか一項記
載の圧電素子を弾性体の裏面に接着剤で貼着して成る振
動体を、固定子として備えたことを特徴とする超音波モ
ータ。
【請求項６】請求項１〜請求項４のうち何れか一項記
載の圧電素子を弾性体の裏面に接着剤で貼着して成る振
動体を、固定子及び移動子としてそれぞれ備えたことを
特徴とする超音波モータ。
【請求項７】圧電セラミック層となるべき第１グリー
ンシート層を準備する工程と、前記第１グリーンシート層の上面及び下面に、それぞれ
外部電極膜となるべき導電ペーストを塗布する工程と、一方の前記導電ペーストの上面に、当該導電ペーストの
周縁を残してセラミック膜となるべき第２グリーンシー
ト層を積層する工程と、前記第１グリーンシート層、前記導電ペースト及び前記
第２グリーンシート層を同時に焼成して、前記圧電セラ
ミック層、前記外部電極膜及び前記セラミック膜を一体
的に形成することを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項８】圧電セラミック層となるべき第１グリー
ンシート層を準備する工程と、前記第１グリーンシート層の上面及び下面に、それぞれ
外部電極膜となるべき導電ペーストを塗布する工程と、セラミック膜となるべき第２グリーンシート層を準備す
る工程と、前記第２グリーンシート層にスルーホールを穿設し、当
該スルーホール内に、焼成されることによりスルーホー
ル電極となるスルーホール電極材を設ける工程と、一方の前記導電ペーストの上面に前記第２グリーンシー
ト層を積層する工程と、前記第１グリーンシート層、前記導電ペースト及び前記
第２グリーンシート層を同時に焼成して、前記圧電セラ
ミック層、前記外部電極膜及び前記セラミック膜を一体
的に形成することを特徴とする圧電素子の製造方法。