(57)【要約】【課題】圧電素子の製造の際に、圧電材料がキュリー温度よりも高い温度にさらされて脱分極を起こし、圧電特性が大幅に低下するのを防止する。【解決手段】圧電材料に複数の電極を設け、該複数の電極のうち２つ以上の電極を電気的に短絡して圧電材料を熱処理する第一の工程と、該第一の工程の後、前記圧電材料の温度が熱処理の際の温度より下がった時点で前記２つ以上の電極の短絡を電気的に開放する第二の工程と、を備えた圧電素子の製造方法。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料に複数の電極を設け、該複数の電極のうち２つ以上の電極を電気的に短絡して該圧電材料を熱処理する第一の工程と、該第一の工程の後、前記圧電材料の温度が熱処理の際の温度より下がった時点で前記２つ以上の電極の短絡を電気的に開放する第二の工程と、を備えることを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項２】
前記圧電素子を構成する圧電材料は、一定方向にそろった分極軸を有することを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項３】
電気的に短絡する前記２つ以上の電極は、前記分極軸と交わる方向に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項４】
前記第一の工程における熱処理の際の前記圧電材料の到達最高温度は、前記圧電材料のキュリー温度Ｔｃより高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項５】
前記第二の工程における前記電極の短絡の電気的な開放は、圧電素子の温度が（Ｔｃ／２）以下に下がった時に実施することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項６】
前記圧電素子を構成する圧電材料の圧電定数の絶対値ｄａｆｔｅｒが、該圧電材料の熱処理前の圧電定数の絶対値ｄｂｅｆｏｒｅの８０％以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項７】
前記圧電材料は非鉛系であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項８】
前記圧電材料は、チタン酸バリウムを主成分とする金属酸化物であることを特徴とする請求項７に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項９】
前記圧電材料は、ニオブ酸ナトリウムとチタン酸バリウムの固溶体を含む金属酸化物であることを特徴とする請求項７に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
前記２つ以上の電極は、フレキシブルプリント基板を介して電気的に短絡されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の圧電素子の製造方法により製造した圧電素子を振動体に配し、該振動体に移動体を接触させることを含む振動波モータの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の振動波モータの前記移動体に光学部材を力学的に接続することを特徴とする光学機器の製造方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の圧電素子の製造方法により製造した圧電素子を含む部材を設けることを特徴とする電子機器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の製造方法、ならびに、その方法により製造した圧電素子を用いる振動波モータ、光学機器および電子機器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（以下「ＰＺＴ」という）のようなＡＢＯ３型ペロブスカイト型金属酸化物がよく用いられる。しかしながら、ＰＺＴはＡサイト元素として鉛を含有するために、環境に対する影響が問題視されている。このため、鉛を含有しないペロブスカイト型金属酸化物を用いた圧電材料が求められている。
【０００３】
鉛を含有しないペロブスカイト型金属酸化物の圧電材料としては、チタン酸バリウムが知られている。また、その圧電特性を改良する目的で、チタン酸バリウムの組成をベースとした材料開発が行われている。しかし、これまでに開発された鉛を含まないペロブスカイト型金属酸化物には次のような問題がある。
【０００４】
たとえば、特許文献１には、チタン酸バリウムのＡサイトの元素であるＢａの一部をＣａで置換し、Ｂサイトの元素であるＴｉの一部をＺｒで置換することにより、圧電特性を向上させたチタン酸バリウムを主成分とする金属酸化物からなる圧電材料が開示されている。しかし、これらの材料は特許文献１の図１によるとキュリー温度が１００℃以下と低いため、キュリー温度以上の高温に曝されて圧電特性が低下するというリスクを抱えている。
【０００５】
他方、圧電素子を用いる装置の製造に際しては、特許文献２に開示されるように、フレキシブルプリント基板のような給電部材を圧電素子に熱圧着することで、複雑な配線を簡便に製造することが多い。このとき、圧電素子を構成する圧電材料は給電部材を熱圧着する際に高温に曝されることになる。
【０００６】
これらのことを考慮すると、たとえ圧電定数が大きい非鉛系の（すなわち実質的に鉛を含有しない）圧電材料であっても、そのキュリー温度が低い場合には、当該圧電素子に給電部材を熱圧着する際に加熱された部位が脱分極してしまい、圧電特性が大幅に低下してしまう可能性が少なくないといえる。
【０００７】
また、圧電材料のキュリー温度がそれほど低くない場合であっても、その圧電材料が圧電素子の製造時や使用時にキュリー温度よりも高い温度に曝されれば、その圧電材料は脱分極を起こし、圧電特性が大幅に低下してしまう可能性があるため、製造時や使用時の温度条件には常に注意が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２１５１１１号公報
【特許文献２】特開２００９−２６８１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の問題に鑑み、圧電素子を製造する際における当該圧電材料の圧電定数の大幅な低下を防ぐことができる、新たな熱処理方法を用いた圧電素子の製造方法を提供しようとするものである。また、本発明は、そのような方法により製造した圧電素子を用いて、振動波モータ、光学機器あるいは電子機器を製造する方法を提供しようとするものでもある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の圧電素子の製造方法は、圧電材料に複数の電極を設け、該複数の電極のうち２つ以上の電極を電気的に短絡して圧電材料を熱処理する第一の工程と、該第一の工程の後、前記圧電材料の温度が熱処理の際の温度より下がった時点で前記２つ以上の電極の短絡を電気的に開放する第二の工程と、を備えるものである。
【００１１】
また、本発明の振動波モータの製造方法は、前記圧電素子の製造方法により製造した圧電素子を振動体に配し、その振動体に移動体を接触させて振動波モータを構成するものである。
【００１２】
また、本発明の光学機器の製造方法は、前記振動波モータの製造方法により製造した振動波モータの移動体に、光学部材を力学的に接続して光学機器を構成するものである。
【００１３】
また、本発明の電子機器の製造方法は、前記圧電素子の製造方法により製造した圧電素子を含む部材を設けて電子機器を構成するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧電素子を製造する際における当該圧電材料の圧電定数の大幅な低下を防ぐことができる。特にキュリー温度よりも高い温度での熱処理工程においても、圧電材料の圧電定数の大幅な低下を防ぐことができる。従って、本発明の圧電素子の製造方法により製造した圧電素子を用いて振動波モータ、光学機器あるいは電子機器を製造すれば、その圧電素子の優れた圧電特性を利用することにより、機能的に優れた製品が得られることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の製造方法により製造される圧電素子の構成の一例を模式的に示す概略斜視図である。
【図２】本発明の製造方法により製造される積層圧電素子の各種構成の例をそれぞれ模式的に示す概略断面図である。
【図３】本発明の製造方法により製造される振動波モータの各種構成の例をそれぞれ模式的に示す概略（一部）断面図である。
【図４】本発明の製造方法により製造される光学機器の一例を模式的に示す概略断面図およびその一部をより詳細に示す図である。
【図５】本発明の製造方法により製造される光学機器の一例を模式的に示す概略分解斜視図である。
【図６】本発明の製造方法により製造される電子機器の一例を模式的に示す概略斜視図である。
【図７】本発明の圧電素子の製造方法の一例を示す概略工程図である。
【図８】本発明の製造方法により圧電素子に給電部材を設けて給電部材付き圧電素子を製造する手順の一例を示す概略工程図である。
【図９】本発明の製造方法により振動波モータ用ステータを製造する手順の一例を示す概略工程図である。
【図１０】本発明の製造方法の実施例および比較例において製造された圧電素子について、熱処理条件と熱処理前後圧電定数保持率との関係を示す図である。
【図１１】本発明の製造方法の実施例および比較例において製造された圧電素子について、熱処理条件と熱処理前後圧電定数保持率との関係を示す図である。
【図１２】本発明の圧電素子の製造方法の製造フローを示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の圧電素子の製造方法、ならびに、その製造方法により製造される圧電素子を用いて振動波モータ、光学機器および電子機器を製造する方法の各種形態について説明する。
【００１７】
本発明の圧電素子の製造方法は、圧電材料に複数の電極を設け、前記複数の電極のうち２つ以上の電極を電気的に短絡して圧電材料を熱処理する第一の工程と、前記第一の工程の後に前記２つ以上の電極の短絡を電気的に開放する第二の工程と、を有する。図１２は本発明の圧電素子の製造方法の製造フローを示したものである。
【００１８】
（圧電材料）
本発明の製造方法で製造される圧電素子を構成する圧電材料は、セラミックス（多結晶のバルク体）、単結晶、薄膜等のいずれの形態であってもよく、材質や製造方法は特に限定されないが、セラミックスであることが好ましい。本明細書中で「セラミックス」というときは、基本成分が金属酸化物であり、熱処理によって焼き固められた結晶粒子の凝集体、すなわち多結晶のバルク体を指す。なお、焼結後に加工されたものも含まれる。以下では、圧電材料としてセラミックスを用いる好ましい形態を例にとって、本発明を説明する。
【００１９】
本発明の圧電素子の製造方法に用いる圧電材料としてのセラミックスは特に限定されず、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムカルシウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウムナトリウム、鉄酸ビスマスなどの圧電セラミックスや、これらを主成分とした圧電セラミックス、あるいはニオブ酸ナトリウムと少量のチタン酸バリウムの固溶体からなる圧電セラミックスを用いることができる。ここで、前記固溶体におけるニオブ酸ナトリウムとチタン酸バリウムの比は特に限定されないが、例えばニオブ酸ナトリウム：チタン酸バリウムが８８：１２や、９０：１０で表すことができる。
【００２０】
ただし、本発明の圧電素子の製造方法が特に好ましく適用される圧電材料は鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満である非鉛系の圧電材料である。そのなかでも特に好ましいものは、チタン酸バリウムを主成分とする金属酸化物からなる圧電セラミックスである。従来、圧電素子を構成する圧電材料はそのほとんどがチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックスであるが、これを用いた場合には、例えば圧電素子が廃却され酸性雨を浴びたり、過酷な環境に放置されたりした際、圧電材料中の鉛成分が土壌に溶け出し生態系に害を成す可能性が指摘されている。鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満であるチタン酸バリウムを主成分とする金属酸化物からなる圧電材料であれば、圧電素子が廃却され酸性雨を浴びたり、過酷な環境に放置されたりしても、圧電材料中の鉛成分が環境に悪影響を及ぼす可能性は低い。また鉛成分を含まない圧電セラミックスの中で、チタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックスは圧電定数ｄの絶対値が大きい。従って、同じ歪量を得るために必要な電圧を小さくすることができる。
【００２１】
（圧電素子）
図１は本発明の製造方法で製造される圧電素子の構成の一例を示す概略斜視図である。図１の圧電素子は、第一の電極１と第二の電極３の間に、圧電材料２が挟まれた構造を少なくとも有する。以下、図１の圧電素子について説明するが、本発明の製造方法で製造される圧電素子は図１の圧電素子の構成に限定されず、例えば３つ以上の電極を有しても良いし、圧電材料の一つの面に２つの電極を有していてもよい。例えば振動波モータのステータに用いられる円環形状の圧電素子は図８に例示されるように３つ以上の電極を有している。少なくとも第一の電極と第二の電極とで圧電材料を挟んだ構造を有する圧電素子にすることにより、例えばその圧電材料に交番電圧を印加することが可能となる。また、第一の電極と第二の電極の間に電圧をかけたときの挙動を調べることでそれらの電極間に挟まれた圧電材料の圧電特性を評価することもできる。前記第一の電極および第二の電極は、５ｎｍ〜１０μｍ程度の厚さを有する導電層よりなり、厚さ方向の抵抗値が１０Ω未満、好ましくは１Ω未満であるとよい。
【００２２】
圧電層に設ける電極の材料は、上に述べた抵抗値を示すものが好ましいことを除けば特に限定されず、圧電素子に通常用いられているものでよい。例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属およびこれらの金属を含む化合物を挙げることができる。前記第一の電極および第二の電極は、これらのうちの１種からなるものであっても、あるいはこれらの２種以上を積層してなるものであってもよい。また、第一の電極と第二の電極が、それぞれ異なる材料であってもよい。
【００２３】
前記第一の電極と第二の電極の形成方法は限定されず、金属ペーストの焼き付けにより形成してもよいし、スパッタ、蒸着法などにより形成してもよい。また、第一の電極および第二の電極ともに、所望の形状にパターニングしてもよい。
【００２４】
本発明に係る圧電素子は圧電材料層と、内部電極（層）を含む電極層とが交互に積層された積層圧電素子であってもよい。
【００２５】
図２（ａ）（ｂ）は、本発明の製造方法により製造される積層圧電素子の各種構成の例をそれぞれ模式的に示す概略断面図である。図２（ａ）の積層圧電素子は、２層の圧電材料層と、３層の電極層とで構成されており、圧電材料層と電極層とが交互に積層された構造を有している。２層の圧電材料層５４は上に述べたような圧電材料よりなる。３層の電極層は、外部電極である第一の電極５１および第二の電極５３に加えて内部電極５５を含んでいる。
【００２６】
一方、図２（ｂ）の積層圧電素子は、９層の圧電材料層５０４と８層の内部電極５０５（５０５ａおよび５０５ｂ）が交互に積層されている。その積層構造体は、さらに第一の電極５０１と第二の電極５０３で挟持され、加えて、交互に形成された内部電極を短絡するための外部電極５０６（５０６ａおよび５０６ｂ）を有する。このように、本発明の製造方法で製造される積層圧電素子においては、圧電材料層と内部電極の数に上限はない。
【００２７】
図２（ａ）（ｂ）に示される積層圧電素子において、内部電極５５、５０５、外部電極５０６、第一の電極５１、５０１および第二の電極５３、５０３の大きさや形状は必ずしも圧電材料層５４、５０４と同一である必要はなく、またそれぞれの電極は複数に分割されていてもよい。
【００２８】
内部電極５５、５０５、外部電極５０６、第一の電極５１、５０１および第二の電極５３、５０３は、それぞれ５ｎｍから１０μｍ程度の厚さを有する導電層よりなる。その材料は特に限定されず、上に述べたように、圧電素子に通常用いられているものであればよい。例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属およびこれらの金属を含む化合物を挙げることができる。内部電極５５、５０５および外部電極５０６は、これらのうちの１種からなるものであっても２種以上の混合物あるいは合金であってもよく、あるいはこれらの２種以上を積層してなるものであってもよい。また複数の電極が、それぞれ異なる材料であってもよい。
【００２９】
内部電極５５、５０５はＡｇとＰｄを含み、Ａｇの含有重量Ｍ１とＰｄの含有重量Ｍ２の比Ｍ１／Ｍ２は、０．２５≦Ｍ１／Ｍ２≦４．０であることが好ましい。前記重量比Ｍ１／Ｍ２が０．２５未満であると内部電極の焼結温度が高くなるので望ましくない。一方で、前記重量比Ｍ１／Ｍ２が４．０よりも大きくなると、内部電極が島状になり面内で不均一になるので望ましくない。より好ましくは０．３≦Ｍ１／Ｍ２≦３．０である。
【００３０】
電極材料が安価であるという観点に立つと、内部電極５５、５０５はＮｉおよびＣｕの少なくともいずれか１種を主成分として含むことが好ましい。内部電極５５、５０５にＮｉおよびＣｕの少なくともいずれか１種を用いる場合、本発明の積層圧電素子は還元雰囲気で焼成することが好ましい。
【００３１】
図２（ｂ）に示すように、内部電極５０５を含む複数の電極は、駆動電圧の位相をそろえる目的で互いに短絡させてもよい。例えば、内部電極５０５ａの全てと第一の電極５０１を外部電極５０６ａで短絡させ、内部電極５０５ｂの全てと第二の電極５０３を外部電極５０６ｂで短絡させてもよい。複数の内部電極５０５ａと複数の内部電極５０５ｂが交互に配置されていることが好ましい。また、電極同士を短絡させる形態は限定されない。積層圧電素子の側面に短絡のための電極や配線を設けてもよいし、圧電材料層５０４を貫通するスルーホールを設け、その内側に導電材料を設けて電極同士を短絡させてもよい。
【００３２】
（分極軸と分極処理）
本発明の圧電素子の製造方法に用いる圧電材料は残留分極（外部電場を０にした時に残っている分極）を有し、特に一定方向に分極軸が揃っていることが好ましい。ここで、分極軸とは圧電材料であるセラミックスを構成する多結晶の各結晶粒における自発分極の向きのことである。前記分極軸が一定方向に揃っているとは、前記各結晶における自発分極が概ね同じ方向を向いていることを意味する。分極軸が一定方向に揃っていることで前記圧電素子の圧電定数は大きくなる。分極軸が一定方向に揃っているかは、例えばｄ３３メータを用いて応力を加えたときに発生する電荷量を測定することにより確認することができる。当該圧電素子を、第一の電極が上になるように設置してｄ３３メータで測定したときの電荷量の符号と、第二の電極が上になるように設置してｄ３３メータで測定したときの電荷量の符号が、逆向きであれば、分極軸が一定方向に揃っているといえる。
【００３３】
セラミックスは一般的に細かい結晶（粒）の集まりであり、１つ１つの結晶は正の電荷を持つ原子と負の電荷を持つ原子とから構成されている。セラミックスの多くはこの正の電荷の中心と負の電荷の中心が各結晶中でずれていない状態になっている。しかし、セラミックスの中には、強誘電体と言って、自然状態（外部電界が印加されていない状態）でも、各結晶中の正負の電荷の中心がずれていて、電荷の偏り（自発分極）を生じているものがある。
【００３４】
焼成後の強誘電体セラミックスは、この自発分極の向きがバラバラで、セラミックス全体としては、見かけ上、電荷の偏りがないように見える。しかし、これに高い電圧を加えると、自発分極の向きが一定の方向にそろい、電圧を取り除いても元に戻らなくなる。このように自発分極の向きをそろえ、一定方向に分極軸を揃えることを一般に分極処理という。また、分極処理が施された強誘電体セラミックスに外部から電圧を加えると、セラミックス内部の正負それぞれの電荷の中心が外部電荷と引き合ったり、しりぞけ合ったりして、セラミックス本体が伸びたり縮んだりする（逆圧電効果）。
【００３５】
圧電素子を構成する圧電材料の分極処理方法は特に限定されない。分極処理は、大気中で行ってもよいし、シリコーンオイル中で行ってもよい。分極処理の温度は、前記圧電素子を構成する圧電材料の組成によって最適な条件は異なり、たとえばチタン酸バリウムを主成分とする金属酸化物からなる圧電材料においては、キュリー温度近傍の８０℃〜１５０℃の温度で分極処理を行うことが好ましい。また、分極処理をするために印加する電界は８００Ｖ／ｍｍから２．０ｋＶ／ｍｍが好ましい。
【００３６】
（キュリー温度）
キュリー温度Ｔｃとは、一般的にその温度以上で当該圧電材料の圧電性が消失する摂氏表記（℃）での温度である。本明細書においては、強誘電相（正方晶相）と常誘電相（立方晶相）の相転移温度近傍で誘電率が極大となる温度をＴｃとする。チタン酸バリウムを主成分とする金属酸化物からなる圧電材料のＴｃはだいたい１００℃〜１３０℃くらいである。誘電率は、たとえばインピーダンスアナライザを用いて周波数が１ｋＨｚ、電界強度が１０Ｖ／ｃｍの交流電界を印加して測定することができる。
【００３７】
（圧電定数）
前記圧電素子の圧電定数は、市販のインピーダンスアナライザを用いて得られる共振周波数および反共振周波数の測定結果から、電子情報技術産業協会規格（ＪＥＩＴＡ  ＥＭ−４５０１）に基づいて、計算により求めることができる。以下、この方法を共振−反共振法と呼ぶ。また本明細書において前記熱処理を行う前の圧電定数ｄの値をｄｂｅｆｏｒｅ、前記熱処理を行った後の圧電定数ｄの値をｄａｆｔｅｒ、ｄｂｅｆｏｒｅに対するｄａｆｔｅｒの割合ｄａｆｔｅｒ／ｄｂｅｆｏｒｅを熱処理前後圧電定数保持率と定義する。熱処理前後圧電定数保持率は５０％以上であることが好ましい。より好ましくは８０％以上である。熱処理前後圧電定数保持率が８０％以上であると、圧電材料の圧電特性を十分に発現することができる。
【００３８】
（短絡）
電極を電気的に短絡するとは、たとえば図１の圧電素子にあっては、前記第一の電極１と前記第二の電極３を圧電材料２の抵抗値よりも相対的に抵抗の小さい導体で接続することである。導体の抵抗の絶対値は特に限定されない。その材料は特に限定されず、後で取り除くことができる材料であればよい。例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属およびこれらの金属を含む化合物を挙げることができる。別の方法として、フレキシブルプリント基板の様なパターニングされた部材を前記各電極に接触させ、そのフレキシブルプリント基板の導体露出部を、例えばアルミホイルで包むことで短絡したり、コネクタにより短絡処理を行ってもよい。あるいは、前記各電極に直接接触することができる工具を用いて短絡処理をおこなっても良い。
【００３９】
（熱処理）
熱処理とは圧電材料に外部から熱を加え、圧電材料の温度を室温（例えば２５℃）以上にすることをいう。昇温方法等は限定されない。熱処理の温度は、例えばフレキシブルプリント基板の接続に異方性導電ペースト（ＡＣＰ）や異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を熱圧着する場合、前記圧電材料の温度は１２０℃〜１６０℃に達する。また、例えば鉛フリーはんだを用いたリフローはんだ付け方法を用いて圧電素子を製造する場合、圧電材料は１５０℃〜２６０℃に加熱される。なお、圧電材料の温度は熱電対等の公知の温度計測手段を用いて計測することができる。以下では圧電材料表面の温度を挙げることがあるが、圧電材料の温度を代表する限り、どのように計測してもよい。
【００４０】
圧電材料に設けた電極材料にＡｇを用いた場合、電極表面が大気中の硫黄化合物と反応し硫化銀を生成してしまうことがある。生成された硫化銀は導電性がないため、電極の抵抗値が上昇し圧電特性への影響を引き起こす可能性がある。前記電極表面に生成された硫化銀を除去する方法としては、例えば還元雰囲気において３００℃程度の温度におけるアニールを行うことが挙げられる。
【００４１】
昇温方法としては、例えばホットプレートの上で直接加熱する方法や、乾燥炉や還元炉のように加熱されている空間に設置する方法がある。
【００４２】
本発明の圧電素子の製造方法においては、熱処理における圧電材料の到達最高温度は、前記圧電材料のキュリー温度Ｔｃを多少超えてもよいが、あまり大きく超えるべきではない。具体的には、熱処理における圧電材料の到達最高温度は、前記圧電材料のキュリー温度Ｔｃに対してＴｃ＋５０℃以下の範囲が好ましい。さらに前記圧電材料のキュリー温度Ｔｃに対してＴｃ−５０℃からＴｃ＋３０℃の範囲がより好ましい。圧電材料の到達最高温度がこの範囲であれば、熱処理における脱分極を大幅に抑制することができる。
【００４３】
従って、許容される到達最高温度は、熱処理を受ける圧電材料のキュリー温度によって異なる。チタン酸バリウムを主成分とする金属酸化物からなる圧電材料の場合は、８０℃以上１５０℃以下であることが好ましい。ニオブ酸ナトリウムと少量のチタン酸バリウムの固溶体からなる圧電材料の場合は、１５０℃以上２５０℃以下であることが好ましい。また、非鉛系の材料ではないが、チタン酸ジルコン酸鉛系の場合は、２８０℃以上３５０℃以下であることが好ましい。
【００４４】
熱処理における到達最高温度での保持時間は脱分極の観点から短い方がよい。到達最高温度と当該圧電材料のキュリー温度Ｔｃとの関係にもよるが、たとえば１秒〜１０分程度が好ましい範囲である。
【００４５】
なお、分極処理を施した圧電材料を熱処理するとキュリー温度以下であっても部分的に脱分極することがある。脱分極とは一定方向に揃った分極軸の整列状態が熱振動によって乱れる現象のことである。脱分極が生じると圧電定数が低下する。
【００４６】
本発明の圧電素子の製造方法においては、熱処理時に圧電材料に設けた２つ以上の電極を短絡してから熱処理を行い、好ましくは冷却後に電極の短絡を電気的に開放することにより、脱分極を大幅に抑制できる。
【００４７】
これは、圧電材料が焦電効果によって生じた電位差を短絡で消滅させることにより、分極軸の整列状態を乱すエネルギーを減少させているためであると考えられる。なお、短絡に用いる一対の電極は、分極軸と交わる方向、より好ましくは分極軸と垂直な方向に配置されていると好ましい。
【００４８】
（開放）
電極の短絡を電気的に開放するとは、前記短絡した材料や工具を取り除き、前記電極間が圧電材料を介して絶縁されている状態に戻すことをいう。ここで絶縁されている状態とは、たとえば図１の圧電素子の場合には、第一の電極１と第二の電極３の間の抵抗値が１ＭΩ以上であることを意味する。より好ましくは、前記抵抗値は１ＧΩ以上である。
【００４９】
本発明の圧電素子の製造方法においては、前記電極の短絡を電気的に開放する時点の温度を変化させることで、熱処理前後圧電定数保持率を任意に変化させることが可能である。すなわち、当該圧電材料の温度が、熱処理において到達最高温度に達した後、所定の温度まで下がった時点で電極の短絡を開放する際の、その所定の温度を変えることで、熱処理前後圧電定数保持率を変えることができる。
【００５０】
前記電極の短絡を電気的に開放するのは、一般に当該圧電材料の温度がキュリー温度Ｔｃ以下に下がった時点で行うことが好ましい。キュリー温度以下で電極の短絡を電気的に開放することで熱処理前後圧電定数保持率を大きくすることができる。
【００５１】
前記電極の短絡を電気的に開放する温度はＴｃ／２以下であることがより好ましい。Ｔｃ／２以下の温度になった時点で電極の短絡を電気的に開放することで、熱処理前後圧電定数保持率を８０％以上にすることができる。たとえばチタン酸バリウムを主成分とする金属酸化物からなる圧電材料の場合、５５℃以下で開放すると保持率を８０％以上にできる。
【００５２】
（フレキシブルプリント基板）
フレキシブルプリント基板とは、薄くてやわらかい絶縁材（プラスチックフィルム、ポリイミド等）と銅箔などの導電性金属から構成され、簡単に曲げることができる構造のプリント配線基板のことを意味し、特許文献２に開示されるように、電子機器に数多く使われているものである。
【００５３】
フレキシブルプリント基板は本発明の圧電素子の製造方法において、圧電素子への給電部材として使用することができる。フレキシブルプリント基板は寸法精度も高く、治具等を用いることで位置決めも容易である。このため、給電部材を圧電素子に接続する位置のばらつき等によって生じる圧電性能のばらつきに起因した品質低下を抑制することができる。フレキシブルプリント基板を圧電素子に接続するには、エポキシ系接着剤等を用いて熱圧着することも可能であるが、好ましくは導電性を有する異方性導電ペースト（ＡＣＰ）や異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を熱圧着することで導通不良の軽減やプロセス速度の向上を図ることができるため、量産性の点で好ましい。
【００５４】
フレキシブルプリント基板の導体露出部を、例えばアルミホイルで包む、または前記導体露出部をコネクタ端子を用いた工具により短絡させた状態でフレキシブルプリント基板を熱圧着することで、本発明の圧電素子の製造方法を実現することができる。
【００５５】
そして、たとえばチタン酸バリウムを主成分とする金属酸化物のようにキュリー温度がフレキシブルプリント基板の熱圧着温度よりも低い圧電材料にフレキシブル基板を熱圧着する場合においても、本発明の圧電素子の製造方法を適用すると圧電定数ｄａｆｔｅｒの低下を防ぐことができる。
【００５６】
（振動波モータ）
本発明の振動波モータの製造方法は、本発明の圧電素子の製造方法により製造した圧電素子を振動体に配し、前記振動体に移動体を接触させることからなる。
【００５７】
圧電素子を振動体に配するとは、例えば圧電素子と振動体を有機系接着剤により接着した状態を意味する。また振動体に移動体を接触させるとは、振動体表面と移動体表面の間に摩擦力が発生している状態を意味し、例えば加圧バネによる加圧力を用いて振動体と移動体とが互いに圧接しあうように構成することができる。
【００５８】
図３は、本発明の振動波モータの製造方法により製造される振動波モータの各種構成の例をそれぞれ模式的に示す概略（一部）断面図である。圧電素子が単板からなる振動波モータを、図３（ａ）に示す。図３（ａ）の振動波モータは、振動子２０１、振動子２０１の摺動面に不図示の加圧バネによる加圧力で接触しているロータ２０２、ロータ２０２と一体的に設けられた出力軸２０３を有する。前記振動子２０１は、金属の弾性体リング２０１１、本発明の製造方法で製造される圧電素子２０１２、圧電素子２０１２を弾性体リング２０１１に接着する有機系接着剤２０１３（エポキシ系、シアノアクリレート系など）で構成される。本発明の製造方法で製造される圧電素子２０１２は、不図示の第一の電極と第二の電極によって挟まれた圧電材料で構成される。
【００５９】
本発明の製造方法で製造される圧電素子に位相がπ／２の奇数倍異なる二相の交番電圧を印加すると、振動子２０１に屈曲進行波が発生し、振動子２０１の摺動面上の各点は楕円運動をする。この振動子２０１の摺動面にロータ２０２が圧接されていると、ロータ２０２は振動子２０１から摩擦力を受け、屈曲進行波とは逆の方向へ回転する。不図示の被駆動体は、出力軸２０３と接合されており、ロータ２０２の回転力で駆動される。
【００６０】
圧電材料に電圧を印加すると、圧電横効果によって圧電材料は伸縮する。金属などの弾性体が圧電素子に接合している場合、弾性体は圧電材料の伸縮によって曲げられる。ここで説明された種類の振動波モータは、この原理を利用したものである。
【００６１】
次に、積層構造を有した積層圧電素子を含む振動波モータを図３（ｂ）に例示する。振動子２０４は、筒状の金属弾性体２０４１に挟まれた積層圧電素子２０４２よりなる。積層圧電素子２０４２は、不図示の複数の積層された圧電材料層と電極層により構成される素子であり、積層構造の外面（最上層と最下層）に第一の電極と第二の電極、積層構造の内面（圧電材料層間）に内部電極を有する。積層構造の上下の金属弾性体２０４１はボルトによって締結され、積層圧電素子２０４２を挟持固定し、振動子２０４となる。
【００６２】
積層圧電素子２０４２に位相の異なる交番電圧を印加することにより、振動子２０４は互いに直交する２つの振動を励起する。この二つの振動は合成され、振動子２０４の先端部（金属弾性体２０４１の上端）を駆動するための円振動を形成する。なお、振動子２０４の上部にはくびれた周溝が形成され、駆動のための振動の変位を大きくしている。
【００６３】
ロータ２０５は、加圧用のバネ２０６により振動子２０４と加圧接触し、駆動のための摩擦力を得る。ロータ２０５はベアリングによって回転可能に支持されている。
【００６４】
（光学機器）
本発明の光学機器の製造方法は、本発明の製造方法により製造した駆動波モータの移動体に光学部材を力学的に接続することからなる。
【００６５】
前記移動体に光学部材を力学的に接続するとは、移動体（ロータ）の動きを駆動力として、たとえばレンズのような光学部材を摩擦力を用いて動かすことができる状態にすることを意味する。
【００６６】
図４は、本発明の光学機器の製造方法により製造される光学機器の好適な例である一眼レフカメラの交換レンズ鏡筒の主要部を模式的に示す概略断面図である。また、図５は本発明の光学機器の製造方法により製造される光学機器の好適な例である一眼レフカメラの交換レンズ鏡筒の構成を模式的に示す概略分解斜視図である。カメラとの着脱マウント７１１には、固定筒７１２と、直進案内筒７１３、前群鏡筒７１４が固定されており、前群鏡筒７１４により前群レンズ７０１が保持されている。これらは交換レンズ鏡筒の固定部材である。
【００６７】
直進案内筒７１３には、フォーカスレンズ７０２用の光軸方向の直進案内溝７１３ａが形成されている。フォーカスレンズ７０２を保持した後群鏡筒７１６には、径方向外方に突出するカムローラ７１７ａ、７１７ｂが軸ビス７１８により固定されており、このカムローラ７１７ａがこの直進案内溝７１３ａに嵌まっている。
【００６８】
直進案内筒７１３の内周には、カム環７１５が回動自在に嵌まっている。直進案内筒７１３とカム環７１５とは、カム環７１５に固定されたローラ７１９が、直進案内筒７１３の周溝７１３ｂに嵌まることで、光軸方向への相対移動が規制されている。このカム環７１５には、フォーカスレンズ７０２用のカム溝７１５ａが形成されていて、カム溝７１５ａには、前述のカムローラ７１７ｂが同時に嵌まっている。
【００６９】
固定筒７１２の外周側にはボールレース７２７により固定筒７１２に対して定位置回転可能に保持された回転伝達環７２０が配置されている。回転伝達環７２０には、回転伝達環７２０から放射状に延びた軸７２０ｆにコロ７２２が回転自由に保持されており、このコロ７２２の径大部７２２ａがマニュアルフォーカス環７２４のマウント側端面７２４ｂと接触している。またコロ７２２の径小部７２２ｂは接合部材７２９と接触している。コロ７２２は回転伝達環７２０の外周に等間隔に６つ配置されており、それぞれのコロが上術の関係で構成されている。
【００７０】
マニュアルフォーカス環７２４の内径部には低摩擦シート（ワッシャ部材）７３３が配置され、この低摩擦シートが固定筒７１２のマウント側端面７１２ａとマニュアルフォーカス環７２４の前側端面７２４ａとの間に挟持されている。また、低摩擦シート７３３の外径面はリング状とされマニュアルフォーカス環７２４の内径７２４ｃと径嵌合しており、さらにマニュアルフォーカス環７２４の内径７２４ｃは固定筒７１２の外径部７１２ｂと径嵌合している。低摩擦シート７３３は、マニュアルフォーカス環７２４が固定筒７１２に対して光軸周りに相対回転する構成の回転環機構における摩擦を軽減する役割を果たす。
【００７１】
なお、コロ７２２の径大部７２２ａとマニュアルフォーカス環のマウント側端面７２４ｂとは、波ワッシャ７２６が振動波モータ７２５をレンズ前方に押圧する力により、加圧力が付与された状態で接触している。また同じく、波ワッシャ７２６が振動波モータ７２５をレンズ前方に押圧する力により、コロ７２２の径小部７２２ｂと接合部材７２９の間も適度な加圧力が付与された状態で接触している。波ワッシャ７２６は、固定筒７１２に対してバヨネット結合したワッシャ７３２によりマウント方向への移動を規制されている。波ワッシャ７２６が発生するバネ力（付勢力）は、振動波モータ７２５、さらにはコロ７２２に伝わり、マニュアルフォーカス環７２４を固定筒７１２のマウント側端面７１２ａに押し付ける力ともなる。つまり、マニュアルフォーカス環７２４は、低摩擦シート７３３を介して固定筒７１２のマウント側端面７１２ａに押し付けられた状態で組み込まれている。
【００７２】
従って、不図示の制御部により振動波モータ７２５が固定筒７１２に対して回転駆動されると、接合部材７２９がコロ７２２の径小部７２２ｂと摩擦接触しているため、コロ７２２が軸７２０ｆ中心周りに回転する。コロ７２２が軸７２０ｆ回りに回転すると、結果として回転伝達環７２０が光軸周りに回転する（オートフォーカス動作）。
また、不図示のマニュアル操作入力部からマニュアルフォーカス環７２４に光軸周りの回転力が与えられると以下のように作用する。
【００７３】
すなわち、マニュアルフォーカス環７２４のマウント側端面７２４ｂがコロ７２２の径大部７２２ａと加圧接触しているため、摩擦力によりコロ７２２が軸７２０ｆ周りに回転する。コロ７２２の径大部７２２ａが軸７２０ｆ周りに回転すると、回転伝達環７２０が光軸周りに回転する。このとき振動波モータ７２５は、ロータ７２５ｃとステータ７２５ｂの摩擦保持力により回転しないようになっている（マニュアルフォーカス動作）。
【００７４】
回転伝達環７２０には、フォーカスキー７２８が２つ互いに対向する位置に取り付けられており、フォーカスキー７２８がカム環７１５の先端に設けられた切り欠き部７１５ｂと嵌合している。従って、オートフォーカス動作或いはマニュアルフォーカス動作が行われて、回転伝達環７２０が光軸周りに回転させられると、その回転力がフォーカスキー７２８を介してカム環７１５に伝達される。カム環が光軸周りに回転させられると、カムローラ７１７ａと直進案内溝７１３ａにより回転規制された後群鏡筒７１６が、カムローラ７１７ｂによってカム環７１５のカム溝７１５ａに沿って進退する。これにより、フォーカスレンズ７０２が駆動され、フォーカス動作が行われる。
【００７５】
ここで本発明の製造方法により製造される光学機器として、一眼レフカメラの交換レンズ鏡筒について説明したが、コンパクトカメラ、電子スチルカメラ等、カメラの種類を問わず、駆動部に振動波モータを有する光学機器の製造方法に適用することができる。
【００７６】
（電子機器）
本発明の電子機器の製造方法は、部材に圧電素子を備えた電子機器の製造方法であって、本発明の圧電素子の製造方法により製造した圧電素子を部材に設けることからなる。
【００７７】
すなわち、本発明の製造方法により製造される電子機器は、本発明の圧電素子の製造方法により製造した圧電素子を備えた圧電音響部品を含むものである。そのような圧電音響部品にはスピーカ、ブザー、マイク、表面弾性波（ＳＡＷ）素子が含まれる。
【００７８】
図６は、本発明の製造方法により製造される電子機器の好適な一例であるデジタルカメラを、その本体９３１の前方から見た様子を模式的に示す全体斜視図である。本体９３１の前面には光学装置９０１、マイク９１４、ストロボ発光部９０９、補助発光部９１６が配置されている。マイク９１４は本体内部に組み込まれているため、破線で示している。マイク９１４の前方には外部からの音を拾うための穴が設けられている。
【００７９】
本体９３１の上面には電源ボタン９３３、スピーカ９１２、ズームレバー９３２、合焦動作を実行するためのレリーズボタン９０８が配置される。スピーカ９１２は本体９３１内部に組み込まれており、破線で示してある。スピーカ９１２の前方には音声を外部へ伝えるための穴が設けられている。
【００８０】
本発明の製造方法により製造される圧電素子は、マイク９１４、スピーカ９１２、また表面弾性波素子、の少なくとも一つに用いられる。
【００８１】
本発明の製造方法により製造される電子機器としてデジタルカメラについて説明したが、本発明の製造方法により製造される電子機器としては、音声再生機器、音声録音機器、携帯電話、情報端末等各種の圧電音響部品を有する電子機器の製造方法にも適用することができる。
【００８２】
以上のとおり、本発明の圧電素子の製造方法により製造した圧電素子は、振動波モータ、光学機器および電子機器の製造方法に好適に用いられる。
【実施例】
【００８３】
次に、実施例を挙げて本発明の圧電素子の製造方法を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。
【００８４】
圧電材料としてＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＮＮ−ＢＴ（ニオブ酸ナトリウムと少量のチタン酸バリウムの固溶体）およびＢＣＴＺ−Ｍｎ（Ｃａ、ＺｒおよびＭｎを添加したチタン酸バリウム）を用い、熱処理の際に電極の短絡を行う本発明の圧電素子の製造方法の実施例および熱処理の際に電極の短絡を行わない比較例において、それぞれ圧電素子を製造した。製造に用いた圧電材料の圧電特性として、キュリー温度Ｔｃおよび室温（２５℃）での圧電定数ｄ３１を評価した。キュリー温度Ｔｃは、周波数１ｋＨｚの微小交流電界を用いて測定温度を変えながら誘電率を測定し、誘電率が極大を示す温度から求めた。また、圧電定数ｄ３１は熱処理の前後において共振−反共振法によって測定し、熱処理を行う前の圧電定数ｄ３１の絶対値ｄｂｅｆｏｒｅと熱処理を行った後の圧電定数ｄ３１の絶対値ｄａｆｔｅｒを求めた。そして、ｄｂｅｆｏｒｅに対するｄａｆｔｅｒの割合ｄｂｅｆｏｒｅ／ｄａｆｔｅｒ×１００（これを「熱処理前後圧電定数保持率」（％）とよぶ）を用いて、それぞれの製造方法を評価した。各実施例または比較例における製造条件および評価結果を表１および表２に示す。
【００８５】
（圧電素子の製造）
（実施例１）
本実施例および以下の各実施例における操作手順を図７に模式的に示す。図７（ａ）に示す圧電材料２としては市販のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用い、これに図７（ｂ）に示すように銀ペーストによって上下２つの電極１、３を設けた。次に、図７（ｃ）に示すように、導電性の金属部および金属板で構成された工具４を用いて２つの電極１、３を短絡させ、その状態で加熱処理を行って圧電素子を製造した。加熱処理はホットプレートの上に工具４を置いて行った。加熱処理時の圧電材料２に設けた上側の電極１の表面の最高到達温度は３１５℃であり、そのまま３１５℃において１分間の温度保持を行った。加熱処理後、圧電素子を載せたまま工具４をホットプレートから降ろし、金属板の上で自然冷却を行った。前記電極表面の温度が３５℃となった時点で図７（ｄ）に示すように工具を取り外すことで前記２つの電極の短絡を電気的に開放した。
【００８６】
（実施例２）
加熱処理時の電極表面の最高到達温度を３２５℃としたこと以外は実施例１と同様にして圧電素子を製造した。
【００８７】
（実施例３）
電極の短絡を電気的に開放する時点の電極表面の温度を１５５℃としたこと以外は実施例２と同様にして圧電素子を製造した。
【００８８】
（実施例４）
電極の短絡を電気的に開放する時点の電極表面の温度を２５０℃としたこと以外は実施例２と同様にして圧電素子を製造した。
【００８９】
（実施例５）
図７（ａ）に示す圧電材料２として、Ｃａ、ＺｒおよびＭｎを添加したチタン酸バリウム（ＢＣＴＺ−Ｍｎ）を用い、これに図７（ｂ）に示すように銀ペーストによって上下２つの電極１、３を設けた。次に、図７（ｃ）に示すように工具４を用いて２つの電極１、３を短絡させ、その状態で加熱処理を行って圧電素子を製造した。加熱処理はホットプレートの上に工具４を置いて行った。加熱処理時の圧電材料２に設けた上側の電極１の表面の最高到達温度は１１５℃であり、そのまま１１５℃において１分間の温度保持を行った。加熱処理後、圧電素子を載せたまま工具４をホットプレートから降ろし、金属板の上で自然冷却を行った。前記電極表面の温度が３５℃となった時点で図７（ｄ）に示すように工具を取り外すことで前記２つの電極の短絡を電気的に開放した。なお、ＧＤＭＳ（グロー放電質量分析）を用いた半定量分析により圧電材料２に含まれる不純物元素を測定したところ、圧電材料２に含まれるＰｂは５０ｐｐｍ未満であった。
【００９０】
（実施例６）
加熱処理時の電極表面の最高到達温度を１２８℃としたこと以外は実施例５と同様にして圧電素子を製造した。
【００９１】
（実施例７）
加熱処理時の電極表面の最高到達温度を１４０℃としたこと以外は実施例５と同様にして圧電素子を製造した。
【００９２】
（実施例８）
電極の短絡を電気的に開放する時点の電極表面の温度を１０３℃としたこと以外は実施例７と同様にして圧電素子を製造した。
【００９３】
（実施例９）
電極の短絡を電気的に開放する時点の電極表面の温度を８９℃としたこと以外は実施例７と同様にして圧電素子を製造した。
【００９４】
（実施例１０）
電極の短絡を電気的に開放する時点の電極表面の温度を７５℃としたこと以外は実施例７と同様にして圧電素子を製造した。
【００９５】
（実施例１１）
電極の短絡を電気的に開放する時点の電極表面の温度を６３℃としたこと以外は実施例７と同様にして圧電素子を製造した。
【００９６】
（実施例１２）
電極の短絡を電気的に開放する時点の電極表面の温度を５５℃としたこと以外は実施例７と同様にして圧電素子を製造した。
【００９７】
（比較例１）
圧電材料２に設けた２つの電極１、３を開放したまま加熱処理したこと以外は実施例１と同様にして圧電素子を製造した。
【００９８】
（比較例２）
圧電材料２に設けた２つの電極１、３を開放したまま加熱処理したこと以外は実施例２と同様にして圧電素子を製造した。
【００９９】
（比較例３）
圧電材料２に設けた２つの電極１、３を開放したまま加熱処理したこと以外は実施例５と同様にして圧電素子を製造した。
【０１００】
（比較例４）
圧電材料２に設けた２つの電極１、３を開放したまま加熱処理したこと以外は実施例７と同様に圧電素子を製造した。
【０１０１】
また、実施例１〜１２および比較例１〜４における圧電材料表面（電極表面）の最高到達温度および電極間短絡開放温度（電極間の短絡を開放した時点での温度）と熱処理前後圧電定数保持率との関係を図１０に示す。
【０１０２】
【表１】
2018148203.tif 000003
（注）材料は下記の化合物を示す。
ＰＺＴ＝Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３
ＢＣＴＺ−Ｍｎ＝（Ｂａ０．８４Ｃａ０．１６）（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３  （１００重量部＋Ｍｎ（０．２６重量部））
【０１０３】
（実施例１〜１２および比較例１〜４の各製造方法の評価）
（実施例１と比較例１との比較）
実施例１および比較例１では、圧電材料の到達最高温度３１５℃はＰＺＴのキュリー温度３１０℃よりも高かったが、実施例１では熱処理において電極間を短絡させていたため、熱処理前後圧電定数保持率は９８％であり、８０％を大きく超える良好な結果が得られた。一方、比較例１では、熱処理において電極間を開放させていたため、熱処理前後圧電定数保持率は４２％であり、圧電定数は熱処理前の５０％未満に低下した。
【０１０４】
（実施例２と比較例２との比較）
実施例２では、圧電材料の到達最高温度３２５℃はＰＺＴのキュリー温度３１０℃よりも１５℃高かったが、実施例２では熱処理において電極間を短絡させていたため、熱処理前後圧電定数保持率は８６％であり、８０％を十分に超える良好な結果が得られた。一方比較例２では、熱処理前後圧電定数保持率は３４％であり、圧電定数は熱処理前の５０％未満に大きく低下した。
【０１０５】
（実施例１と実施例２との比較）
実施例２では、圧電材料の到達最高温度３２５℃は実施例１の製造方法（３１５℃）よりも高かったが、熱処理において電極間を短絡させていたため、熱処理前後圧電定数保持率は８６％であり、実施例１の９８％には及ばないが８０％以上を維持している。
【０１０６】
（実施例２から実施例４の比較）
実施例２から実施例４では、圧電材料の到達最高温度３２５℃はＰＺＴのキュリー温度３１０℃よりも１５℃高かったが、これらの実施例ではいずれも熱処理において電極間を短絡させていたため、熱処理前後圧電定数保持率は８６％、８２％、６１％と全て５０％以上であった。また、電極の短絡を開放させる温度によって、熱処理前後圧電定数保持率は変化した。特に、電極の短絡の電気的な開放を圧電材料の温度が（Ｔｃ／２）以下に下がった時点で実施することで熱処理前後圧電定数保持率が８０％以上となり、圧電材料の圧電定数の低下を抑制して圧電特性を十分に発現させることが可能である。
【０１０７】
（実施例５と比較例３との比較）
実施例５および比較例３では、圧電材料の到達最高温度１１５℃はＢＣＴＺ−Ｍｎのキュリー温度１１０℃よりも５℃高かったが、実施例５では熱処理において電極間を短絡させていたため、熱処理前後圧電定数保持率は９９％であり、８０％を大きく超える良好な結果が得られた。一方、比較例３では、熱処理において電極間を開放させていたため、熱処理前後圧電定数保持率は４３％であり、圧電定数は熱処理前の５０％未満に低下した。
【０１０８】
（実施例５から実施例７の比較）
実施例５から実施例７の製造方法では、圧電材料の到達最高温度１１５℃、１２８℃、１４０℃といずれもＢＣＴＺ−Ｍｎのキュリー温度１１０℃よりも高かったが、これらの実施例では熱処理において電極間を短絡させていたため、熱処理前後圧電定数保持率はそれぞれ９９％、９９％、９５％であり、全て８０％を大きく超える良好な結果が得られた。
【０１０９】
（実施例７と比較例４との比較）
実施例７および比較例４では、圧電材料の到達最高温度１４０℃はＢＣＴＺ−Ｍｎのキュリー温度１１０℃よりも３０℃も高かったが、実施例７では熱処理において電極間を短絡させていたため、熱処理前後圧電定数保持率は９５％であり、８０％を超える良好な結果が得られた。一方、比較例４では、熱処理において電極間を開放させていたため、熱処理前後圧電定数保持率は２３％であり、圧電定数は熱処理前の５０％未満に大きく低下した。
【０１１０】
（実施例７から実施例１２の比較）
実施例７から実施例１２の製造方法では、圧電材料の到達最高温度１４０℃はＢＣＴＺ−Ｍｎのキュリー温度１１０℃よりも３０℃高かったが、これらの実施例ではいずれも熱処理において電極間を短絡させているため、熱処理前後圧電定数保持率はそれぞれ９５％、５４％、６５％、７４％、７９％、８７％であり、全て５０％以上だった。また、短絡を開放させる温度によって熱処理前後圧電定数保持率は変化した。特に、電極の短絡の電気的な開放を圧電素子の温度が（Ｔｃ／２）以下に下がった時点で実施することで熱処理前後圧電定数保持率が８０％以上となり、圧電材料の圧電定数の低下を抑制して圧電特性を十分に発現させることが可能である。
【０１１１】
（実施例１４）
図７（ａ）に示す圧電材料２として、ニオブ酸ナトリウムと少量のチタン酸バリウムの固溶体（ＮＮ−ＢＴ）を用い、これに図７（ｂ）に示すように銀ペーストによって上下２つの電極１、３を設けた。次に、図７（ｃ）に示すように工具４を用いて２つの電極１、３を短絡させ、その状態で加熱処理を行って圧電素子を製造した。加熱処理はホットプレートの上に工具４を置いて行った。加熱処理時の圧電材料２に設けた上側の電極１の表面の最高到達温度は１９５℃であり、そのまま１９５℃において１分間の温度保持を行った。加熱処理後、圧電素子を載せたまま工具４をホットプレートから降ろし、金属板の上で自然冷却を行った。前記電極表面の温度が３５℃となった時点で図７（ｄ）に示すように工具を取り外すことで前記２つの電極の短絡を電気的に開放した。なお、ＧＤＭＳ（グロー放電質量分析）を用いた半定量分析により圧電材料２に含まれる不純物元素を測定したところ、圧電材料２に含まれるＰｂは５０ｐｐｍ未満であった。
【０１１２】
（実施例１５）
加熱処理時の電極表面の最高到達温度を２００℃としたこと以外は実施例１４と同様にして圧電素子を製造した。
【０１１３】
（実施例１６）
電極の短絡を電気的に開放する時点の電極表面の温度を９５℃としたこと以外は実施例１５と同様にして圧電素子を製造した。
【０１１４】
（実施例１７）
電極の短絡を電気的に開放する時点の電極表面の温度を１１０℃としたこと以外は実施例１５と同様にして圧電素子を製造した。
【０１１５】
（比較例６）
圧電材料２に設けた２つの電極１、３を開放したまま加熱処理したこと以外は実施例１４と同様にして圧電素子を製造した。
【０１１６】
（比較例７）
圧電材料２に設けた２つの電極１、３を開放したまま加熱処理したこと以外は実施例１５と同様にして圧電素子を製造した。
【０１１７】
また、実施例１４〜１７および比較例６〜７における圧電材料表面（電極表面）の最高到達温度および電極間短絡開放温度（電極間の短絡を開放した時点での温度）と熱処理前後圧電定数保持率との関係を図１１に示す。
【０１１８】
【表２】
2018148203.tif 000004
（注）材料は下記の化合物を示す。
ＮＮ−ＢＴ＝０．８８ＮａＮｂＯ３＋０．１２ＢａＴｉＯ３
【０１１９】
（実施例１４〜１７および比較例６〜７の各製造方法の評価）
（実施例１４と比較例６との比較）
実施例１４および比較例６では、圧電材料の到達最高温度１９５℃はＮＮ−ＢＴのキュリー温度１９０℃よりも高かったが、実施例１４では熱処理において電極間を短絡させていたため、熱処理前後圧電定数保持率は９８％であり、８０％を大きく超える良好な結果が得られた。一方、比較例６では、熱処理において電極間を開放させていたため、熱処理前後圧電定数保持率は４２％であり、圧電定数は熱処理前の５０％未満に低下した。
【０１２０】
（実施例１５と比較例７との比較）
実施例１５では、圧電材料の到達最高温度２００℃はＮＮ−ＢＴのキュリー温度１９０℃よりも１０℃高かったが、実施例１５では熱処理において電極間を短絡させていたため、熱処理前後圧電定数保持率は９３％であり、８０％を十分に超える良好な結果が得られた。一方比較例７では、熱処理前後圧電定数保持率は３２％であり、圧電定数は熱処理前の５０％未満に大きく低下した。
【０１２１】
（実施例１４と実施例１５との比較）
実施例１５では、圧電材料の到達最高温度２００℃は実施例１４の製造方法（１９５℃）よりも高かったが、熱処理において電極間を短絡させていたため、熱処理前後圧電定数保持率は９３％であり、実施例１４の９８％には及ばないが８０％以上を維持している。
【０１２２】
（実施例１５から実施例１７の比較）
実施例１５から実施例１７では、圧電材料の到達最高温度２００℃はＮＮ−ＢＴのキュリー温度１９０℃よりも１０℃高かったが、これらの実施例ではいずれも熱処理において電極間を短絡させていたため、熱処理前後圧電定数保持率は９３％、８３％、７０％と全て５０％以上であった。また、電極の短絡を開放させる温度によって、熱処理前後圧電定数保持率は変化した。特に、電極の短絡の電気的な開放を圧電材料の温度が（Ｔｃ／２）以下に下がった時点で実施することで熱処理前後圧電定数保持率が８０％以上となり、圧電材料の圧電定数の低下を抑制して圧電特性を十分に発現させることが可能である。
【０１２３】
（振動波モータの製造）
（実施例１３）
圧電材料としてＢＣＴＺ−Ｍｎを用いて図８（ａ）に示す円環形状の圧電材料１００１を作製した。円環形状の圧電材料１００１に、銀ペーストのスクリーン印刷によって、一方の面には図８（ｃ）に示すように共通電極１００２を、もう一方の面には図８（ｂ）に示すように、１２の分極用電極１０３３、３つのグランド電極１００５、および１つの検知相電極１００８を形成した。この時、図８（ｂ）に示す各電極の隣り合う電極間の距離は０．５ｍｍとした。
【０１２４】
次に、共通電極１００２と、分極用電極１０３３、グランド電極１００５、および検知相電極１００８の間に、直流電源を用いて空気中で分極処理を行った。電圧は１．０ｋＶ／ｍｍの電界がかかる大きさとし、温度および電圧印加時間はそれぞれ１００℃、６０分とした。また、電圧は降温中４０℃になるまで印加した。
【０１２５】
次にグランド電極１００５に設けてあるスルーホール１０４１の内側に導電材料を設けて、共通電極１００２と短絡させた。
【０１２６】
次に図８（ｄ）に示すように、分極用電極１０３３を繋ぐため、銀ペーストによって接続電極１０１９ａ，１０１９ｂを形成し、圧電素子１０２０を得た。銀ペーストの乾燥は圧電材料１００１のキュリー温度より十分低い温度で行った。ここで、駆動相電極１００３の抵抗値を回路計（電気テスター）で測定した。テスターの一方は検知相電極１００８に最も近い分極用電極１０３３上に、もう一方は駆動相電極１００３のうち円環形状の周方向に最も離れた分極用電極１０３３上に接触させた。その結果、電極の抵抗値は０．６Ωであった。
【０１２７】
次に、図８（ｅ）に示すように、圧電素子１０２０に、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）を用いてフレキシブルプリント基板１００９を熱圧着し給電部材付き圧電素子１０３０を作製した。前記熱圧着の際にはフレキシブルプリント基板の先端部分の配線をコネクタにより短絡処理を行い、前記熱圧着後の冷却工程において駆動相電極の表面の温度が４０℃になってから前記コネクタを外し電極を開放させた。また給電部材を配した駆動相電極の表面は、前記熱圧着の際に１４０℃に到達していた。
【０１２８】
続けて、上で作製した給電部材付き圧電素子１０３０に、図９に示すように、ＳＵＳ製の振動板１０１３を熱圧着し、振動板１０１３とすべてのグランド電極１００５を銀ペーストからなる短絡配線１０１０で接続し、振動波モータ用ステータ１０４０を作製した。振動板の熱圧着および銀ペーストの乾燥は圧電材料１００１のキュリー温度より十分低い温度で行った。図９（ａ）は振動波モータ用ステータ１０４０の一方の面の概略平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）中のＢ−Ｂ線の位置の振動波モータ用ステータ１０４０の断面図、図９（ｃ）は、図９（ａ）と圧電素子１０２０を挟んで反対側から見たもう一方の面の概略平面図である。
【０１２９】
以上のようにして作製した振動波モータ用ステータ１０４０に移動体を加圧接触させて振動波モータを製造した。駆動相電極への交番電圧の印加に応じたモータの回転数が確認された。また検知相電極からは回転数に応じた電圧値が検出され、検知相電極から検出される電圧値を用いてモータの回転数を制御することができた。
【０１３０】
実施例１〜１２および実施例１４〜１７で製造した圧電素子に同様の条件でフレキシブルプリント基板を熱圧着して製造した振動波モータも同様なモータ回転挙動を示した。
【０１３１】
（比較例５）
グランド電極１００５と共通電極１００２を開放した状態でフレキシブルプリント基板を熱圧着したこと以外は実施例１３と同様にして給電部材付き圧電素子を作製した。
【０１３２】
続けて、上で作製した給電部材付き圧電素子１０３０に、図９に示すように、ＳＵＳ製の振動板１０１３を熱圧着し、振動板１０１３とすべてのグランド電極１００５を銀ペーストからなる短絡配線１０１０で接続し、振動波モータ用ステータ１０４０を作製した。振動板の熱圧着および銀ペーストの乾燥は圧電材料１００１のキュリー温度より十分低い温度で行った。図９（ａ）は振動波モータ用ステータ１０４０の一方の面の概略平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）中のＢ−Ｂ線の位置の振動波モータ用ステータ１０４０の断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）と圧電素子１０２０を挟んで反対側から見たもう一方の面の概略平面図である。
【０１３３】
以上のようにして作製した振動波モータ用ステータ１０４０に移動体を加圧接触させて振動波モータを製造した。駆動相電極への交番電圧の印加に応じたモータの回転数は実施例１３による圧電素子の製造方法を用いた振動波モータよりも小さかった。また検知相電極からは回転数に応じた電圧値が検出できず、検知相電極から検出される電圧値を用いたモータの回転数の制御はできなかった。
【０１３４】
（光学機器の製造）
実施例１３と同様にして製造した振動波モータの移動体に光学部材を力学的に接続して図４（ａ）に示される光学機器を製造した。交番電圧の印加に応じたオートフォーカス動作が確認された。
【０１３５】
（電子機器の製造）
実施例１３と同様にして製造した給電部材付き圧電素子を部材として設けた、図６に示される電子機器を作製した。交番電圧の印加に応じたスピーカ動作が確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明の圧電素子の製造方法を用いることで、高温での熱処理における圧電材料の圧電定数の大幅な低下を防ぐことができる。特にキュリー温度よりも高い温度での熱処理工程においても、圧電材料の圧電定数の大幅な低下を防ぐことができる。本発明の圧電素子の製造方法は、圧電素子を用いた振動波モータ、光学機器、電子機器の製造においても利用することができる。
【符号の説明】
【０１３７】
１  第一の電極
２  圧電材料
３  第二の電極
４  工具
５１  第一の電極
５３  第二の電極
５４  圧電材料層
５５  内部電極
５０１  第一の電極
５０３  第二の電極
５０４  圧電材料層
５０５  内部電極
２０１  振動子
２０１１  弾性体リング
２０１２  圧電素子
２０１３  有機系接着剤
２０２  ロータ
２０３  出力軸
２０４  振動子
２０４１  金属弾性体
２０４２  積層圧電素子
２０５  ロータ
２０６  加圧用のバネ
７０１  前群レンズ
７０２  フォーカスレンズ
７１１  着脱マウント
７１２  固定筒
７１３  直進案内筒
７１４  前群鏡筒
７１５  カム環
７１６  後群鏡筒
７１７  カムローラ
７１８  軸ビス
７１９  ローラ
７２０  回転伝達環
７２２  コロ
７２４  マニュアルフォーカス環
７２５  振動波モータ
７２６  波ワッシャ
７２７  ボールレース
７２８  フォーカスキー
７２９  接合部材
７３２  ワッシャ
７３３  低摩擦シート
９０１  光学装置
９０８  レリーズボタン
９０９  ストロボ発光部
９１２  スピーカ
９１４  マイク
９１６  補助発光部
９３１  本体
９３２  ズームレバー
９３３  電源ボタン
１００１  圧電材料
１００２  共通電極
１００３  分極用電極
１００４  分極用電極
１００５  グランド電極
１００８  短絡配線
１００９  フレキシブルプリント基板
１０１０  短絡配線
１０１３  振動板
１０１９  接続電極
１０２０  圧電素子
１０３０  給電部材付き圧電素子
１０３３  分極用電極
１０４０  振動波モータ用ステータ
１０４１  スルーホール
【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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