(57)【要約】  【課題】  積層型電気−機械エネルギー変換素子を用いた振動体および振動型駆動装置において、製造工程の複雑化や特性のばらつき等の不都合を生じさせるおそれを少なくしつつ、効率および出力の向上を図る。  【解決手段】  積層型電気−機械エネルギー変換素子１は、電極を備えた電気−機械エネルギー変換層１１〜２１が積層されて構成される。本発明では、該複数の電気−機械エネルギー変換層のうち少なくとも１つの変換層の積層方向に直交する方向のサイズおよび外周部の形状のうち少なくとも一方を、他の電気−機械エネルギー変換層と異ならせている。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ電極を備えた電気−機械エネルギー変換層が複数積層されて構成された積層型電気−機械エネルギー変換素子であって、
前記複数の電気−機械エネルギー変換層のうち少なくとも１つの電気−機械エネルギー変換層の積層方向に直交する方向のサイズおよび外周部の形状のうち少なくとも一方が、他の電気−機械エネルギー変換層と異なることを特徴とする積層型電気−機械エネルギー変換素子。
【請求項２】
前記複数の電気−機械エネルギー変換層のうち積層方向端部の電気−機械エネルギー変換層の前記サイズおよび前記形状のうち少なくとも一方が、他の電気−機械エネルギー変換層と異なることを特徴とする請求項１に記載の積層型電気−機械エネルギー変換素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の積層型電気−機械エネルギー変換素子と、
該積層型電気−機械エネルギー変換素子により振動が励起される弾性体とを有することを特徴とする振動体。
【請求項４】
前記積層型電気−機械エネルギー変換素子の積層方向端面と前記弾性体の端面とが対向しており、
前記積層方向端面が、前記弾性体の端面よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の振動体。
【請求項５】
前記積層型電気−機械エネルギー変換素子は、前記弾性体に、振動方向が直交する２つの曲げ振動を励起することを特徴とする請求項３又は４に記載の振動体。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１つに記載の振動体と、
前記弾性体に接触する接触体とを有し、
前記弾性体に振動が励起されることにより、前記振動体と前記接触体とが相対移動することを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項７】
請求項３から５のいずれか１つに記載の振動体又は請求項６に記載の振動型駆動装置により被駆動部材を駆動することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子により弾性体に振動を励起する振動体および振動型駆動装置に関し、特に  積層型電気−機械エネルギー変換素子を用いた振動体および振動型駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気−機械エネルギー変換機能を有する圧電材料によって弾性体に振動を励起する振動体は、振動型駆動装置の一部や被駆動部材を駆動する駆動体として様々な用途に用いられている。このような振動体において、電極材料で形成された電極層（以下、内部電極と称する）を表面に設けた圧電セラミックス等の圧電層を複数積層した積層型圧電素子を用いる場合がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１１には、特許文献１にて開示された積層型圧電素子を示している。図１１において、積層型圧電素子８１を構成する圧電層８２の表面には、４分割された内部電極Ａ＋、Ｂ＋、Ａ−、Ｂ−が設けれ、圧電層８３の表面には４分割された内部電極ＡＧ＋、ＢＧ＋、ＡＧ−、ＢＧ−（Ｇはグランドを示す）が設けられている。
【０００４】
表面層の第１層の下には、第２層から最終層の第２５層まで、圧電層８２，８３が交互に配置されている。つまり、積層型圧電素子８１は形状の異なる２種類の内部電極を有する圧電層から構成されている。
【０００５】
各圧電層の内径側にはスル−ホ−ル８４が形成され、１枚おきに重ねられた圧電層８２における４分割された内部電極Ａ＋、Ｂ＋、Ａ−、Ｂ−に積層方向で導通するように、４本のスルーホールが設けられている。
【０００６】
同様に、圧電層８３においても、４分割された内部電極ＡＧ＋、ＢＧ＋、ＡＧ−、ＢＧ−が積層方向で導通するように、さらに４本のスルーホールが電極部に設けられている。ただし、第２５層は最下層でその下には層がないのでスルーホールは設けられていない。また、積層型圧電素子８１の表面には、スルーホール８４の端部が露出した表面電極８５が形成されている。
【０００７】
このように構成された積層型圧電素子８１は、駆動に適した振動が発生するように分極処理が施されている。
【０００８】
図１２には、積層型圧電素子８１を用いた振動型駆動装置９０を示している。積層型圧電素子８１は、金属製の弾性体９２，９３の間に配置され、ボルト９４により固定されることにより、振動子９１を構成する。また、積層型圧電素子８１は、外部電源と接続する配線基板９５と直接接触している。そして、積層型圧電素子８１の８個の表面電極８５と配線基板９５の電極パターンは電気的に接続される。
【０００９】
このように構成された振動型駆動装置９０において、積層型圧電素子８１におけるＡ＋とＡ−からなるＡ相に振動子９１の固有振動数にほぼ一致した高周波電圧を印加し、さらに、Ａ相と空間位相位置が９０度異なるＢ＋とＢ−からなるＢ相に、Ａ相とは電気的に９０度位相の異なる同じ振動数の高周波電圧を印加すると、弾性体に２つの曲げ振動を発生させる歪（厚み方向の歪）が積層型圧電素子８１に発生し、該２つの曲げ振動の合成により駆動振動を得ることができる。
【００１０】
そして、振動子９１に駆動振動が発生すると、弾性体９２に加圧接触するロータ９８が駆動され、該ロータ９８と一体に回転するギア９９から駆動力が出力される。
【００１１】
以上のように構成された振動体又は振動型駆動装置においては、これらを駆動源として使用する各種装置の小型に伴い、小型化が強く望まれている。さらに、単に小型化だけではなく、高効率化および高出力化も望まれている。
【００１２】
ここで、特許文献２には、単層型の圧電素子を用いた振動型駆動装置において、振動体および振動型駆動装置の高効率化および高出力化を図るため、該単層型圧電素子の外径エッジ部をＲ形状（曲面形状）としたり該エッジ部に面取りを施したりする手法が提案されている。
【特許文献１】特許第３４３２３２１号公報（段落００２９、図１等）
【特許文献２】特開２００４−２０１４４１号公報（段落００４１〜００４５、図１１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、発明者らが詳細に検討したところ、振動子を効率良く振動させるために積層型圧電素子において発生させるべき歪は、従来に比べて、厚さ方向や半径方向において大きな分布を有していることが明らかになってきた。
【００１４】
すなわち、従来のように、内部電極を積層型圧電素子の内部全体に一様に形成すると、弾性体を振動させるために本来歪を必要としない領域や駆動振動に有効な方向の歪であるべき領域においても、駆動振動に対してマイナスの歪の発生が起こる。これは、供給電力の損失を引き起こす原因になる。この結果、効率が低下し、出力も十分に得られないことが分かった。
【００１５】
この点、特許文献２では、上記手法によって単層型圧電素子の歪がマイナスとなる領域を除去し、圧電素子の歪の総和を大きくしている。しかしながら、この手法では、単層型圧電素子の外径エッジ部をＲ形状や面取り形状に加工する必要があり、製造工程の複雑化につながるだけでなく、加工精度のばらつきによる振動子又は振動型駆動装置の特性の個体差が大きくなる。
【００１６】
本発明は、積層型電気−機械エネルギー変換素子を用いた振動体および振動型駆動装置において、製造工程の複雑化や特性のばらつき等の不都合を生じさせるおそれを少なくしつつ、効率および出力の向上を図ることを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
１つの側面としての本発明の積層型電気−機械エネルギー変換素子は、それぞれ電極を備えた電気−機械エネルギー変換層が複数積層されて構成されている。そして、該複数の電気−機械エネルギー変換層のうち少なくとも１つの変換層の積層方向に直交する方向のサイズおよび外周部の形状のうち少なくとも一方が、他の電気−機械エネルギー変換層と異なることを特徴とする。
【００１８】
なお、上記振動体を用いることにより、該弾性体に振動が励起されることにより、該振動体と弾性体に接触する接触体とが相対移動する振動型駆動装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、特定の電気−機械エネルギー変換層を、予め上記サイズや外周部形状が他の変換層と異なるように製造し、これら複数の変換層を積層することによって、積層型電気−機械エネルギー変換素子全体としての形状を効率や出力向上に適したものとすることができる。つまり、製造工程が増加することなく、また加工精度のばらつきによる特性の個体差が発生する可能性を低くしながらも効率の向上や出力の増加を図ることができる。
【００２０】
なお、積層型電気−機械エネルギー変換素子の積層方向端面がこれに対向する弾性体の端面よりも小さい場合に本発明を適用することで、積層型電気−機械エネルギー変換素子の積層方向端面が弾性体の端面より大きい場合に対して、弾性体との密着性を高めることが可能になり、振動体自体での振動減衰を少なくする効果がある。したがって、より効率と出力の向上に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１には、本発明の実施例１である積層型圧電素子１（積層型電気−機械エネルギー変換素子）の構成を示している。
【００２３】
図１（Ａ）に示すように、積層型圧電素子１は、積層された複数の圧電層（電気−機械エネルギー変換層）１１〜２１により構成されている。図中最上層（表面層）の圧電層１１を除く圧電層１２〜２１の上面には、４分割された内部電極パターン（図中にハッチングで示す）が形成されている。４分割された内部電極パターンの間には、圧電層の略中心を通って直交するように延びる十字形のスリット（未電極形成部）が形成されている。
【００２４】
圧電層１２は、４分割の内部電極パターンに対応するようにＡ＋，Ｂ＋，Ａ−，Ｂ−の４つの領域からなり、その下の圧電層１３は、４分割の内部電極パターンに対応するように、ＡＧ＋，ＢＧ＋，ＡＧ−，ＢＧ−の４つの領域からなっている。Ｇはグランドを意味する。以下同様に、圧電層１４，１６，１８，２０には、圧電層１２と同様の４分割内部電極パターンとそれに対応する４つの領域を有し、圧電層１５，１７，１９，２１には、圧電層１３と同様の４分割内部電極パターンとそれに対応する４つの領域を有する。すなわち、最上層の圧電層１１の下方では、Ａ＋，Ｂ＋，Ａ−，Ｂ−という４つの領域を持つ圧電層と、ＡＧ＋，ＢＧ＋，ＡＧ−，ＢＧ−という４つの領域を持つ圧電層とが交互に積層されている。
【００２５】
ここで、本実施例では、最上層の圧電層１１の外径（積層方向に直交する方向のサイズ）が、これより下層の圧電層１２〜２１の外径に比べて小さい。その結果、積層状態での圧電素子１は、図１（Ｂ）に示すように、上端部分の外周部２２の径が、それよりも下側の外周部の径よりも小さい段差付きの円盤又は円筒形状を有する。
【００２６】
また、圧電層１２〜２０の内径側には、図中に丸で示す８つのスルーホール２３が形成されている。圧電層１２，１４，１６，１８，２０に形成されたＡ＋，Ｂ＋，Ａ−，Ｂ−の内部電極パターンはそれぞれ、該内部電極パターン内に形成された４つのスルーホール２３および圧電層１３，１５，１７，１９における内部電極パターン外に形成された４つのスルーホール２３を介して他の圧電層における同じ内部電極パターンに導通している。また、圧電層１３，１５，１７，１９に形成されたＡＧ＋，ＢＧ＋，ＡＧ−，ＢＧ−の内部電極パターンはそれぞれ、該内部電極パターン内に形成された４つのスルーホール２３および圧電層１２，１４，１６，１８，２０における内部電極パターン外に形成された４つのスルーホール２３を介して他の圧電層における同じ内部電極パターンに導通している。
【００２７】
ただし、圧電層２１には、その下層に導通する必要がないのでスルーホールは設けられていない。
【００２８】
また、最上層の圧電層１１には、これよりも下層の圧電層１２〜２０に形成された８つのスルーホール２３と同径で、これら８つのスルーホール２３に導通する８つのスルーホール２４が形成されており、この８つのスルーホール２４は圧電層１１の上面（表面）に露出して表面電極を形成している。
【００２９】
上記のように構成された積層型圧電素子１には、次のように分極処理が施され、振動型駆動装置に適した分極極性が与えられる。例えば、各圧電層の４分割された領域Ａ＋、Ｂ＋、Ａ−、Ｂ−のうち互いに１８０度の位置関係にあるＡ＋領域とＡ−領域とで分極極性が＋（プラス）と−（マイナス）とに異なるように、また互いに１８０度の位置関係にあるＢ＋領域とＢ−領域とで分極極性が＋と−とに異なるように、それぞれＡＧ＋，ＢＧ＋，ＡＧ−，ＢＧ−をグランドとして、Ａ＋とＢ＋に＋の電圧を印加し、Ａ−とＢ−に−の電圧を印加して分極処理を行う。
【００３０】
図２には、上記積層型圧電素子１を、従来よりも全長を短くした小型の振動型駆動装置６０に振動子（振動体）６１の一部として組み込んだ様子を示す。
【００３１】
積層型圧電素子１は、第１の弾性体６２に接触する円盤状の第２の弾性体６３と第３の弾性体６４との間に配置されている。そして、第１の弾性体６２、第２の弾性体６３および積層型圧電素子１の順でそれらの内径部にシャフト６５を通し、該シャフト６５と第１の弾性体６２により第２の弾性体６３を押さえた状態で第３の弾性体６４とシャフト６５とのねじ結合により積層型圧電素子１を締め付けて固定することにより、振動子６１が形成される。
【００３２】
配線基板６６は、厚さ２５μｍのポリイミド樹脂からなり、該配線基板６６には、配線用の厚さ３５μｍの銅箔からなる電極パターンが形成されている。該電極パターンの一端は、積層型圧電素子１の各表面電極２４と機械的に密着して電気的に導通している。また、電極パターンの他端は、不図示の外部電源に接続されている。そして、積層型圧電素子１は、図１に示した圧電層１１側、すなわち外周部２２の径が小さい側の端面（上端面）が、配線基板６６を挟んで第２の弾性体６３の端面と対向している。言い換えれば、積層型圧電素子１の上端面は、配線基板６６−１を間に挟んで第２の弾性体６３の端面に間接的に接触している。
【００３３】
また、積層型圧電素子１の圧電層２１側の端面（下端面）は、第３の弾性体６４に直接接触している。
【００３４】
本実施例では、積層型圧電素子１の両端面の外径は、それぞれに対向する第２および第３の弾性体６３，６４の端面の外径よりも小さい。
【００３５】
Ａ＋とＡ−をＡ相、Ｂ＋とＢ−をＢ相とし、Ａ相とＢ相のそれぞれに対向するＡＧ相とＢＧ相をグランドとして、Ａ相に振動子６１の固有振動数とほぼ一致する高周波の電圧を印加し、さらにＡ相と空間位相位置が９０度異なるＢ相に、Ａ相とは電気的に９０度位相の異なる同一振動数の高周波電圧を印加する。これにより、振動子６１に２つの曲げ振動が発生し、これら曲げ振動の合成によって得られた駆動振動と、バネ６８の付勢力によって第２の弾性体６３における積層型圧電素子１側とは反対側の面に加圧接触した接触リング（接触体）７０との摩擦により、接触リング７０とともにこれを保持するロータ６９が回転駆動される。そして、ロータ６９と一体に回転する出力部材であるギア７１から駆動力が出力される。
【００３６】
ギヤ７１からの駆動力は、不図示の動力伝達機構を介して被駆動部材１００に伝達され、これが駆動される。被駆動部材１００は、一般にＤＣモータやステップモータ等、振動型駆動装置以外の駆動源によって駆動される部材と同様のものである。
【００３７】
前述したように、本実施例の積層型圧電素子１は、表面側の圧電層１１が他の圧電層に比べて外径が小さくなっているために、上端外周部２２の径がこれよりも下方の外周部の径よりも小さくなっている。この理由について以下に説明する。
【００３８】
図１３には、構造解析から求めた、従来の積層型圧電素子８１に振動時に発生する厚み方向の伸縮歪のうち伸び歪の分布を示している。この歪み分布は、伸縮の違いはあるが、左右で対称であるため、積層型圧電素子８１の中心から右半分の断面での分布のみを示している。
【００３９】
従来の積層型圧電素子８１は、寸法が大きく、さらに該積層型圧電素子８１と同じ直径の２つの弾性体９２，９３により挟持されているので、振動子を振動させるために発生させるべき歪は、積層型圧電素子８１の内部で多少の大きさの違い（領域（ａ）での歪＞領域（ｂ）での歪＞領域（ｃ）での歪）はあるものの、比較的単純な分布を有する。この結果、従来の積層型圧電素子は、各圧電層の形状およびサイズが同一である円盤状又は円筒状の形状で支障が無く、各圧電層の内部電極パターン（図１５中の８６：例えば、Ａ＋とＡＧ＋を示す）も全層において一様に設けていた。
【００４０】
図４には、上述したように、全ての圧電層の形状およびサイズが同一である円筒形状の従来の積層型圧電素子１’を図２に示した振動子６１に組み込んだ場合の積層型圧電素子１’内の歪分布（図１５と同じように右半分の断面図）を示す。この場合の歪分布は、積層型圧電素子１’の上部に関しては内径側の領域（ａ）で最も大きく、下部に行くに従って徐々に小さくなり（領域（ａ）での歪＞領域（ｂ）での歪＞領域（ｃ）での歪＞領域（ｄ）での歪））、領域（ｄ）は外径側にも広がっている。（ｅ）は歪がほとんど０（ゼロ）の領域である。また、上部の外径側の領域（ｆ）では、発生する歪が内径側の領域（ａ）〜（ｄ）とは逆の圧縮歪になっている。
【００４１】
つまり、上部外径側の領域（ｆ）では、伸び歪によって駆動振動を発生させるときにこれとは逆の圧縮歪が発生しており、該圧縮歪は、ロータ６９等の駆動に役に立たないだけでなく、損失を引き起こす。
【００４２】
そこで、本実施例では、積層型圧電素子１における第３の弾性体６３に対向する端面側の外周部２２の径が他の外周部よりも小さくなった形状とした。その結果を図３に示す。
【００４３】
図３に示すように、積層型圧電素子１の歪分布は、外周部２２の凹みにより、上述した従来例にて存在していた上部外径側の領域（ｆ）、すなわち本来必要な歪とは逆の歪を発生する領域を消滅させている。これにより、積層型圧電素子１のほぼ全体に、振動子６１を効率良く振動させ、ロータ６９を十分な駆動トルクで駆動することができる歪分布を持たせることができる。
【００４４】
なお、このような歪分布は、積層型圧電素子１や弾性体６２〜６４およびシャフト６５の各材料のヤング率、寸法や平面度などが主要因で決まるものであり、小型化、特に全長が短いより扁平な振動子で発生し易くなると考えられる。また、積層型圧電素子１における外周部の径が小さい側の端面は、配線基板６６を挟んで第２の弾性体６３と対向しているが、配線基板６６の樹脂や箔は薄く、かつ軟らかいので、配線基板６６が介在することは、積層型圧電素子１の内部歪分布に対してほとんど影響がない。
【００４５】
図３に示す歪分布を得るための実験では、積層型圧電素子１の表面側圧電層１１の外径を４．５ｍｍ、他の圧電層の外径を６ｍｍとした。また、すべての圧電層の内径を、１．７ｍｍとした。さらに、各圧電層の厚さを約６０μｍとし、各内部電極の厚さを２〜３μｍとし、圧電層の全層数を１２とした。径が小さい上端外周部２２の厚み方向の寸法は、表面側圧電層１１の厚さと同じ約６０μｍである。
【００４６】
本実施例の積層型圧電素子の製造方法について簡単に述べる。まず、圧電層となる圧電セラミックス粉末と有機バインダーからなるグリーシート上に、スルーホールを形成するための孔を開け、その孔に銀・パラジウム粉末ペーストを充填する。次に、内部電極となる銀・パラジウム粉末ペーストをスクリーン印刷で形成する。そして、径が小さな表面側の圧電層１１と他の径の大きな圧電層１２〜１３とを打ち抜き、これらを重ねて、加熱しながら加圧して積層固着した。さらに、内径部を機械加工で開け、その後、鉛雰囲気中で約１１００℃で焼成する。焼成後、分極処理を行い、その後、両面ラップ加工を行った。
【００４７】
このように、本実施例の積層型圧電素子１では、弾性体に対向する圧電層１１における積層方向に直交する方向のサイズ（外径）を他の圧電層と異ならせることにより、圧電素子１の内部に発生する歪分布を、従来例のような単純な円盤状又は円筒状の積層型圧電素子に比べて、損失を低減し、振動子を効率良く振動させる分布に制御することが可能となる。したがって、振動型駆動装置の効率と出力（回転数×トルク）を向上させることができる。
【実施例２】
【００４８】
図５には、本発明の実施例２である積層型圧電素子２の構成を示している。実施例１では、最上層（表面側）の圧電層１１の外径を他の圧電層の外径よりも小さくした場合について説明したが、本実施例では、図５（Ａ）に示すように、最下層の圧電層２６の外径を最上層の圧電層２５や他の圧電層１１〜２０の外径よりも小さくしている。また、最下層の圧電層２６の外径を小さくしたことに伴い、該圧電層２６に形成される内部電極パターンも小さくしている。
【００４９】
この結果、積層状態での圧電素子２は、図５（Ｂ）に示すように、下端部分の外周部２７の径が、それよりも上側の外周部の径よりも小さい段差付きの円盤又は円筒形状を有する。
【００５０】
なお、本実施例における各圧電層の４分割内部電極パターンとスルーホールとの関係や分極方法、駆動振動の発生方法については、実施例１と同じである。
【００５１】
図６には、本実施例の積層型圧電素子２を、従来に比べて全長を短くした小型の振動型駆動装置６０−２に、振動子６１−２の一部として組み込んだ様子を示している。
【００５２】
積層型圧電素子２は、実施例１と同様に、第１の弾性体６２に接触する円盤状の第２の弾性体６３と第３の弾性体６４との間に配置されている。そして、第１の弾性体６２、第２の弾性体６３および積層型圧電素子２の順でそれらの内径部にシャフト６５を通し、該シャフト６５と第１の弾性体６２により第２の弾性体６３を押さえた状態で第３の弾性体６４とシャフト６５とのねじ結合により積層型圧電素子２を締め付けて固定することにより、振動子６１−２が形成される。
【００５３】
実施例１と同様に、配線基板６６−２には、電極パターンが形成されている。該電極パターンの一端は、積層型圧電素子２の各表面電極２４と機械的に密着して電気的に導通している。また、電極パターンの他端は、不図示の外部電源に接続されている。そして、積層型圧電素子２は、図５に示した圧電層２６側、すなわち外周部２７の径が小さい側の端面（下端面）が、配線基板６６−２を挟んで第３の弾性体６４の端面と対向している。言い換えれば、積層型圧電素子２の下端面は、配線基板６６−２を間に挟んで第３の弾性体６４の端面に間接的に接触している。
【００５４】
また、積層型圧電素子２の圧電層２５側の端面（上端面）は、第２の弾性体６３に直接接触している。積層型圧電素子２の両端面の外径は、それぞれに対向する第２および第３の弾性体６３，６４の端面の外径よりも小さい。該振動型駆動装置６０−２の駆動方法については、実施例１と同じである。
【００５５】
本実施例の積層型圧電素子２においても、弾性体に対向する圧電層２６における積層方向に直交する方向のサイズ（外径）を他の圧電層と異ならせることにより、圧電素子２の内部に発生する歪分布を、損失を低減し、振動子を効率良く振動させる分布に制御することが可能となる。したがって、振動型駆動装置の効率と出力（回転数×トルク）を向上させることができる。
【実施例３】
【００５６】
図７には、本発明の実施例３である積層型圧電素子３の構成を示している。本実施例の積層型圧電素子３は、最上層（表面側）の圧電層２８の形状以外は実施例１とすべて同じである。
【００５７】
本実施例では、図７に示すように、最上層の圧電層２８の外径全部を他の圧電層に比べて小さくするのではなく、厚み方向の上側部分の外径のみを小さくした段付き円盤形状としている。但し、圧電層２８の厚み方向の上側部分を切削加工して段付き円盤形状にするのではなく、上側の小径部分と下側の大径部分とをそれぞれ製作した後、両者を接合して段付き円盤形状の圧電層２８とするのが好ましい。
【００５８】
本実施例でも、実施例１で図３に示したのと同様な歪分布を得ることができる。実験では、各圧電層の厚さを６０μｍとし、最上層の圧電層２８のうち外径が小さい部分の厚さは２０μｍ、外径が大きい部分の厚さは４０μｍである。
【００５９】
本実施例の積層型圧電素子３においても、振動型駆動装置において弾性体に対向することとなる圧電層２８における積層方向に直交する方向のサイズ（外径）と外周部の形状（段付き形状）を他の圧電層と異ならせることにより、圧電素子３の内部に発生する歪分布を、損失を低減し、振動子を効率良く振動させる分布に制御することができる。したがって、振動型駆動装置の効率と出力（回転数×トルク）を向上させることができる。
【実施例４】
【００６０】
図８には、本発明の実施例４である積層型圧電素子４の構成を示している。本実施例の積層型圧電素子４は、最上層（表面側）の圧電層２９とそのすぐ下の圧電層２９’の形状以外は実施例１とすべて同じである。
【００６１】
本実施例では、図８に示すように、圧電層２９と圧電層２９’の外周面が連続した円錐面となるように、圧電層２９と圧電層２９’の外周部を斜めに切削加工したものである。この場合、圧電層の切削加工が必要であるが、圧電層の外周部の一部を小さくＲ形状加工や面取り加工する場合とは異なり、圧電層の外周部全体を所定の斜め角度で切削するだけであるので、Ｒ形状加工や面取り加工に比べて加工は容易であり、形状（加工精度）にばらつきが生じる可能性が少ない。
【００６２】
本実施例の積層型圧電素子４においても、振動型駆動装置において弾性体に対向することとなる圧電層２９およびこれに隣接する圧電層２９’における積層方向に直交する方向のサイズ（外径）と外周部の形状（円錐形状）を他の圧電層と異ならせることにより、圧電素子４の内部に発生する歪分布を、損失を低減し、振動子を効率良く振動させる分布に制御することができ、振動型駆動装置の効率と出力（回転数×トルク）を向上させることができる。
【実施例５】
【００６３】
図９には、本発明の実施例５である積層型圧電素子５の構成を示している。本実施例の積層型圧電素子５は、各圧電層３１〜４９が四角板形であり、積層状態において角柱形状となるものである。
【００６４】
図９（Ａ）に示すように、各圧電層の上面８箇所には、各圧電層の４分割内部電極パターンに接続された接続用電極５０が形成されており、図９（Ｂ）に示す積層状態で、該積層型圧電素子５の外周８箇所に設けられた外部電極５１によって各圧電層の接続用電極５０を繋ぐことにより、実施例１と同様に、各圧電層の４分割内部電極パターン間を導通させる。各圧電層が四角板形状であることおよび接続用電極５０と外部電極５１を有することを除いた他の構成や分極方法、駆動振動の発生方法については、実施例１と同じである。
【００６５】
本実施例の積層型圧電素子５では、実施例１と同様に、最上層の圧電層３１の積層方向に直交する方向のサイズ（対角サイズや一辺の長さ）が他の圧電層３２〜４８より小さい。また、最下層の圧電層４９では、他の圧電層に対して、中心部に形成された内径部、すなわち振動型駆動装置のシャフトを通す穴の内径サイズ（積層方向に直交する方向のサイズ）を大きくしている。これに伴い、圧電層４９では、内部電極パターンの形状を他の圧電層に対して異ならせている。
【００６６】
このように構成することで、実施例１と同様に、圧電素子５の内部に発生する歪分布を、損失を低減し、振動子を効率良く振動させる分布に制御することができる。
【００６７】
本実施例の積層型圧電素子５に関して、図３に示すような歪分布を得るために行った実験では、最上層の圧電層３１の縦横辺を４．５ｍｍとし、他の圧電層３２〜４９の縦横辺を５ｍｍとした。また、最下層の圧電層４９の内径を２．５ｍｍとし、他の圧電層３１〜４８の内径を１．７ｍｍとした。各圧電層の厚さを約３５μｍとし、内部電極の厚さを２〜３μｍとした。さらに、圧電層の全層数は１９とした。
【００６８】
図１０には、本実施例の積層型圧電素子５を小型の振動型駆動装置６０−３の振動子６１−３の一部として組み込んだ様子を示している。
【００６９】
積層型圧電素子５は、実施例１と同様に、第１の弾性体６２に接触する円盤状の第２の弾性体６３と第３の弾性体６４との間に配置されている。そして、第１の弾性体６２、第２の弾性体６３および積層型圧電素子５の順でそれらの内径部（円形開口部）にシャフト６５を通し、該シャフト６５と第１の弾性体６２により第２の弾性体６３を押さえた状態で第３の弾性体６４とシャフト６５とのねじ結合により積層型圧電素子５を締め付けて固定することにより、振動子６１−３が形成される。
【００７０】
実施例１と同様に、配線基板６６−３には、電極パターンが形成されている。該配線基板６６−３は、積層型圧電素子５の外周部に巻きつけられ、外部電極５１と導通ができるように取り付けられている。また、電極パターンの他端は、不図示の外部電源に接続されている。そして、積層型圧電素子５は、図９に示した圧電層３１側、すなわち外周部のサイズが小さい側の端面（上端面）は、第２の弾性体６３の端面と直接接触している。また、積層型圧電素子５の圧電層４９側の端面（下端面）は、第３の弾性体６４に直接接触している。積層型圧電素子５の両端面の対角サイズは、それぞれに対向する第２および第３の弾性体６３，６４の端面の外径よりも小さい。該振動型駆動装置６０−３の駆動方法については、実施例１と同じである。
【００７１】
本実施例においても、振動型駆動装置において弾性体に対向することとなる圧電層３１および圧電層４９における積層方向に直交する方向のサイズを他の圧電層と異ならせることにより、圧電素子５の内部に発生する歪分布を、損失を低減し、振動子を効率良く振動させる分布に制御することができ、振動型駆動装置の効率と出力（回転数×トルク）を向上させることができる。
【００７２】
以上の実施例では、積層型圧電素子として、シャフトを通すための内径部を有する圧電層を積層したものを例として説明したが、本発明は、内径部のない積層型圧電素子にも適用は可能である。また、各圧電層の形状が、円板形状や四角板形状の場合について説明したが、他の形状の場合にも本発明を適用することができる。
【００７３】
また、上記各実施例では、積層型圧電素子を振動型駆動装置に組み込んだ場合について説明したか、本発明は、積層型圧電素子と弾性体のみで構成され、プリンタにおけるシート搬送等、直接、被駆動部材を駆動する用途に用いられる振動体にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施例１である積層型圧電素子の分解斜視図（Ａ）と積層状態での斜視図および断面図（Ｂ）。
【図２】実施例１の積層型圧電素子を組み込んだ振動型駆動装置の断面図。
【図３】振動型駆動装置に組み込まれた状態での実施例１の積層型圧電素子の歪分布を表す図。
【図４】振動型駆動装置に組み込まれた状態での従来の積層型圧電素子の歪分布を表す図。
【図５】本発明の実施例２である積層型圧電素子の分解斜視図（Ａ）と積層状態での斜視図および断面図（Ｂ）。
【図６】実施例２の積層型圧電素子を組み込んだ振動型駆動装置の断面図。
【図７】本発明の実施例３である積層型圧電素子の断面図。
【図８】本発明の実施例４である積層型圧電素子の断面図。
【図９】本発明の実施例５である積層型圧電素子の分解斜視図（Ａ）と積層状態での斜視図および断面図（Ｂ）。
【図１０】実施例５の積層型圧電素子を組み込んだ振動型駆動装置の断面図。
【図１１】従来の積層型圧電素子の斜視図と斜視図。
【図１２】従来の積層型圧電素子を組み込んだ振動型駆動装置の断面図。
【図１３】振動型駆動装置に組み込まれた状態での従来の積層型圧電素子の歪分布を表す図。
【符号の説明】
【００７５】
１〜５  積層型圧電素子
１１〜２１、２５〜２６、２８、２９、３１〜４９  圧電層
２３  スル−ホ−ル
２４  表面電極
５０  接続用電極
５１  外部電極  
６０  振動型駆動装置
６１  振動子
６２〜６４  弾性体
１００  被駆動部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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