(57)【要約】【課題】  圧電素子の電極形成工程を簡略化することができ、正逆にバランスよく駆動できる圧電素子の電極構造、電極形成方法、圧電アクチュエータおよび電子機器を提供する。【解決手段】  圧電素子１を有してなる振動体と、該振動体に圧接されて動作する移動体とを有する圧電アクチュエータ用の圧電素子の電極構造であって、圧電素子１の一方面には、複数のほぼ同一形状のコモン電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆが設けられており、圧電素子１の一方面に対向する他方面には、コモン電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆの形状の一部に対応した形状を有すると共に、複数のほぼ同一形状の駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ，１１ｊ，１１ｋ，１１ｌが設けられていることを特徴とするものである。【選択図】    図１
2005304184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を有してなる振動体と、該振動体に圧接されて動作する移動体とを有する圧電アクチュエータ用の圧電素子の電極構造であって、
前記圧電素子の一方面には、複数のほぼ同一形状のコモン電極が設けられており、
前記圧電素子の一方面に対向する他方面には、前記コモン電極の形状の一部に対応した形状を有すると共に、複数のほぼ同一形状の駆動電極が設けられていることを特徴とする圧電素子の電極構造。
【請求項２】
前記コモン電極は、隣り合う２つの前記駆動電極の存在領域に対向した領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の電極構造。
【請求項３】
前記コモン電極は、前記圧電素子の一方面を均等に分割してなる複数の領域である一方面領域それぞれに形成されており、
前記駆動電極は、前記圧電素子の他方面を均等に分割してなる複数の領域である他方面領域それぞれに形成されており、
前記一方面領域の数は、前記他方面領域の数の半分であることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電素子の電極構造。
【請求項４】
前記圧電素子の他方面には、複数の前記駆動電極と、該複数の駆動電極におけるいくつかの電極からなる第１群の電極同士を短絡する第１短絡電極と、該複数の駆動電極における第１群の電極以外の電極からなる第２群の電極同士を短絡する第２短絡電極とが設けられており、
前記第１短絡電極および第２短絡電極は、前記圧電素子の他方面における前記コモン電極に対向する領域以外の領域に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電素子の電極構造。
【請求項５】
前記圧電素子は、円板形状をしており、
前記一方面領域は、前記円板形状の中心と円周上の一点とを結ぶ直線を境界線として、該円板形状の円を分割してなる領域であり、
前記他方面領域は、前記円板形状の中心と円周上の一点とを結ぶ直線を境界線として、該円板形状の円を分割してなる領域であり、
前記第１短絡電極は、前記円板形状の外周近傍に配置されており、
前記第２短絡電極は、前記円板形状の中心近傍に配置されておいることを特徴とする請求項４に記載の圧電素子の電極構造。
【請求項６】
前記圧電素子は、矩形板形状をしており、
前記一方面領域は、前記矩形板形状を四角形に等分割してなる領域であり、
前記他方面領域は、前記矩形板形状を四角形に等分割してなる領域であって、前記一方面領域を２等分してなる領域であることを特徴とする請求項４に記載の圧電素子の電極構造。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の圧電素子の電極構造を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項８】
請求項７に記載の圧電アクチュエータを有することを特徴とする電子機器。
【請求項９】
圧電素子を有してなる振動体と、該振動体に圧接されて動作する移動体とを有する圧電アクチュエータ用の圧電素子の電極形成方法であって、
前記圧電素子の一方面側に、第１マスクを配置し、
前記圧電素子の他方面側に、溝を有する第２マスクを配置し、
前記圧電素子の一方面および他方面の両方について、同時に、電極をなす導電性薄膜をパターニングすることを特徴とする圧電素子の電極形成方法。
【請求項１０】
前記第１マスクは、複数のほぼ同一形状のコモン電極を、前記一方面にパターニングするためのマスクであり、
前記第２マスクは、複数のほぼ同一形状の駆動電極と、複数の該駆動電極における所定の電極同士を短絡する短絡電極とを、前記他方面にパターニングするためのマスクであることを特徴とする請求項９に記載の圧電素子の電極形成方法。
【請求項１１】
前記短絡電極は、前記圧電素子の他方面における前記コモン電極に対向する領域以外に形成することを特徴とする請求項１０に記載の圧電素子の電極形成方法。
【請求項１２】
前記コモン電極、駆動電極および短絡電極を形成した後に、該コモン電極と駆動電極および短絡電極との間に電圧を印加することにより、前記圧電素子における少なくとも前記短絡電極が設けられていない領域に、分極領域を形成することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の圧電素子の電極形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の電極構造、電極形成方法、圧電アクチュエータおよび電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子に電極を形成し、その電極に電圧を印加することにより圧電素子を変形させ、その変形を駆動源とする例えば超音波モータ等の圧電アクチュエータが開発されている。このような従来の圧電素子の電極構造としては、中心に穴を有する円板状圧電素子の一方面の全体について、１つの電極（コモン電極）を設け、その円板状圧電素子の他方面について、円周方向に等間隔に分割された扇形状の電極パターン（駆動電極）を設けたものが考え出されている。
【０００３】
そして、圧電素子に配置された駆動電極のうち、隣接する２つの駆動電極を１組として各組について交互に逆方向の分極処理が施される。その後、各駆動電極は、リード線又は短絡電極により１つおきに短絡されて、２群の駆動電極とされる。このように構成された圧電素子の電極構造において、各群の駆動電極にそれぞれに所定電圧を印加することにより、圧電素子およびその圧電素子に接着された弾性体を変形させ、その弾性体に接触する移動体などを駆動させる。ここで、圧電素子における弾性体との接着面は、上記コモン電極（単一の電極）が形成された面となる（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特許第３０１８０８３号公報
【特許文献２】特開平５−２８４７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１，２に記載された従来の圧電素子の電極構造およびその製造方法では、分極処理を行う前に、一方面にコモン電極を形成し、さらに他方面に分割電極を形成しなければならない。さらにまた、従来の圧電素子の電極構造およびその製造方法では、分極処理を行った後に、他方面にリード線又は短絡電極を形成する必要がある。したがって、従来の圧電素子の電極構造では、少なくとも２回又は３回の電極形成が必要であり、これが低コスト化を阻害していた。
【０００５】
また、特許文献１に記載された従来の圧電素子の電極構造では、円板状圧電素子の外周側に配置される短絡電極と内周側に配置される短絡電極との２種類の短絡電極が必要となる。内周側の短絡電極で短絡される駆動電極は、外周側の短絡電極で短絡される駆動電極よりも、コモン電極に対向する面積が大きくなる。また、内周側で短絡される駆動電極の形状が分極の形状となる。これらにより、特許文献１に記載された従来の圧電素子の電極構造では、分極面積および分極形状がアンバランスとなり、正逆の回転特性に差が生じてしまう。
【０００６】
さらに、特許文献１に記載された圧電素子の電極構造では、駆動電極の一部上に短絡電極を重ねるので、この部分の電極膜厚が他の部分よりも厚くなる。これにより、質量および剛性のバランスが悪くなり、正逆の回転特性の差違が生じてしまう。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、圧電素子の電極形成工程を簡略化することができる圧電素子の電極構造、電極形成方法、圧電アクチュエータおよび電子機器を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、圧電素子への電極形成を１回の薄膜形成処理で完了できる圧電素子の電極構造、電極形成方法、圧電アクチュエータおよび電子機器を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、正逆にバランスよく駆動できる圧電素子の電極構造、電極形成方法、圧電アクチュエータおよび電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
【００１１】
本発明の圧電素子の電極構造は、圧電素子を有してなる振動体と、該振動体に圧接されて動作する移動体とを有する圧電アクチュエータ用の圧電素子の電極構造であって、前記圧電素子の一方面には、複数のほぼ同一形状のコモン電極が設けられており、前記圧電素子の一方面に対向する他方面には、前記コモン電極の形状の一部に対応した形状を有すると共に、複数のほぼ同一形状の駆動電極が設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明に係る圧電素子の電極構造においては、各コモン電極に対向するように各駆動電極を配置することができる。そして、例えばコモン電極を共通電極として、各コモン電極に所定電位（プラス電位、マイナス電位）を印加して、駆動電極に他の所定電位（マイナス電位、プラス電位）を印加することで、圧電素子を複数の領域に分割して分極することができる。ここで、複数のコモン電極における一方群にはプラス電位を印加して、他方群にはマイナス電位を印加する分極処理をすることで、分極方向の異なる２種類の分極領域を構成することができる。さらに、本発明では、各駆動電極はほぼ同一形状であって、且つ、駆動電極はコモン電極の形状の一部に対応している。すなわち、本発明では、各コモン電極について２又は３以上に等分割した形状を各駆動電極の形状とすることができる。これらにより、本発明は、各コモン電極と各駆動電極とが重なる領域にそれぞれ分極領域を設けることができ、各分極領域の面積および形状を正確に均一化することができる。
【００１３】
また、本発明においては、所望の駆動電極同士を接続する短絡電極について、コモン電極とは重ならない領域に形成することができる。これにより、本発明は、短絡電極の形成領域が分極領域となることを回避でき、各分極領域の面積および形状をさらに正確に均一化することができる。
【００１４】
これらにより、本発明の圧電素子の電極構造においては、各分極領域の不均一化による振動のアンバランスを回避でき、回転体に本構造を適用したときに、正逆の回転特性の差を無くすことができる。したがって、本発明の圧電素子の電極構造を用いて、高性能な超音波モータなどを構成することができる。ここで、本発明の圧電素子の電極構造は、圧電アクチュエータ全般に適用できるものであり、超音波モータなどの回転体に限らず、リニアモータなどの直線移動体にも適用可能である。そして、本発明の圧電素子の電極構造で適用される圧電素子は、円板形状に限らず、矩形板の形状にも適用することができる。
【００１５】
また、本発明の圧電素子の電極構造は、前記コモン電極が隣り合う２つの前記駆動電極の存在領域に対向した領域に形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明に係る圧電素子の電極構造において、駆動電極の存在領域とは、圧電素子の他方面における駆動電極が形成されている領域をいう。そして、駆動電極の存在領域に対向した領域とは、圧電素子の一方面における前記駆動電極に対向した領域をいう。すなわち例えば圧電素子が透明だと仮定すると、本発明に係る圧電素子を一方面側からみると、コモン電極のみが見えて、隣り合う２つの駆動電極が１つのコモン電極の影となって見えず、本発明に係る圧電素子を他方面側からみると、駆動電極のみが見えて、各コモン電極が隣り合う２つの駆動電極の影となって見えないこととなる。
【００１７】
この発明に係る圧電素子の電極構造によれば、例えば各コモン電極について２つに等分割した形状を、各駆動電極の形状とすることができる。したがって、本発明は、各コモン電極と各駆動電極とが重なる領域にそれぞれ分極領域を設けることができ、各分極領域の面積および形状について、簡便に正確な均一化をすることができる。そこで、本発明の圧電素子の電極構造は、各分極領域の不均一化による振動のアンバランスを回避でき、回転体又は移動体などに本構造を適用したときに、正逆の回転特性又は移動特性の差を無くすことができる。
【００１８】
また、本発明の圧電素子の電極構造は、前記コモン電極が前記圧電素子の一方面を均等に分割してなる複数の領域である一方面領域それぞれに形成されており、前記駆動電極は前記圧電素子の他方面を均等に分割してなる複数の領域である他方面領域それぞれに形成されており、前記一方面領域の数は、前記他方面領域の数の半分であることを特徴とするものである。
【００１９】
この発明に係る圧電素子の電極構造によれば、例えば圧電素子が円板形状である場合、その円板形状を扇形状に均等分割した各領域（一方面領域）に、その領域内のほぼいっぱいに扇形状のコモン電極を形成することができる。ここで、駆動電極の形成領域は、コモン電極の形成領域を２つに分割した各領域に対向する領域（他方面領域）とすることができる。したがって、本発明は、各コモン電極と各駆動電極とが重なる領域にそれぞれ分極領域を設けることができ、各分極領域の面積および形状について、より簡便に正確な均一化をすることができる。また、本発明が適用される圧電素子は例えば矩形板の形状であってもよく、その矩形板を複数（２個、４個など）の四角形に均等分割した領域をコモン電極の形成領域とすることもできる。
【００２０】
また、本発明の圧電素子の電極構造は、前記圧電素子の他方面に、複数の前記駆動電極と、該複数の駆動電極におけるいくつかの電極からなる第１群の電極同士を短絡する第１短絡電極と、該複数の駆動電極における第１群の電極以外の電極からなる第２群の電極同士を短絡する第２短絡電極とが設けられており、前記第１短絡電極および第２短絡電極は前記圧電素子の他方面における前記コモン電極に対向する領域以外の領域に配置されていることを特徴とするものである。
【００２１】
この発明に係る圧電素子の電極構造によれば、複数の駆動電極が所定間隔で並べられて配置されている場合、その並びの１つおきの駆動電極群を第１群の駆動電極として、第１群以外のものを第２群の駆動電極とすることができる。そして、第１群の駆動電極同士は第１短絡電極で短絡され、第２群の駆動電極同士は第２短絡電極で短絡される。これらにより、コモン電極を所定の共通電位（例えばアース電位）として、第１群の駆動電極および第２群の駆動電極それぞれに所定の駆動電圧を印加することで、圧電素子を所定の形状に変形させ振動させることができる。さらに、本発明では、第１短絡電極および第２短絡電極が形成される領域を、コモン電極が形成されている領域とは重ならない領域に配置することができる。これにより、本発明は、短絡電極の形成領域が分極領域となることを回避でき、各分極領域の面積および形状を正確に均一化することができる。
【００２２】
また、本発明の圧電素子の電極構造は、前記圧電素子が円板形状をしており、前記一方面領域は、前記円板形状の中心と円周上の一点とを結ぶ直線を境界線として、該円板形状の円を分割してなる領域であり、前記他方面領域は、前記円板形状の中心と円周上の一点とを結ぶ直線を境界線として、該円板形状の円を分割してなる領域であり、前記第１短絡電極は、前記円板形状の外周近傍に配置されており、前記第２短絡電極は、前記円板形状の中心近傍に配置されておいることを特徴とするものである。
【００２３】
この発明に係る圧電素子の電極構造によれば、コモン電極の形成領域である一方面領域について扇形状に形成でき、駆動電極の形成領域である他方面領域についても扇形状に形成できる。ここで、他方面領域は一方面領域を２つに等分割した形状となる。そして、本発明では、第１短絡電極を円板形状の外周近傍に配置して、第２短絡電極を円板形状の中心近傍する。これにより、本発明は、第１短絡電極および第２短絡電極をコモン電極の形成領域に重ならない位置に配置することができる。したがって、本発明は、短絡電極の形成領域が分極領域となることを回避でき、各分極領域の面積および形状を正確に均一化することができ、移動体を精密に正逆に回転させることができる圧電素子の電極構造を提供できる。
【００２４】
また、本発明の圧電素子の電極構造は、前記圧電素子が矩形板形状をしており、前記一方面領域は、前記矩形板形状を四角形に等分割してなる領域であり、前記他方面領域は、前記矩形板形状を四角形に等分割してなる領域であって、前記一方面領域を２等分してなる領域であることを特徴とするものである。
【００２５】
この発明に係る圧電素子の電極構造によれば、コモン電極の形成領域である一方面領域について四角形に形成でき、駆動電極の形成領域である他方面領域についても四角形に形成できる。そこで、本発明は、矩形板形状の圧電素子を所望形状に精密に変形および振動させることができる圧電素子の電極構造を提供できる。
【００２６】
本発明の圧電アクチュエータは、前記圧電素子の電極構造を有することを特徴とするものである。
【００２７】
この発明に係る圧電アクチュエータによれば、各分極領域の面積および形状を均一化した圧電素子の電極構造を有するので、正逆の回転特性の差が無い高性能なモータを構成することができる。発明に係る圧電アクチュエータは、リニアモータなどにも構成でき、正逆の移動特性の差が無い高性能なリニアモータを構成することができる。
【００２８】
本発明の電子機器は、前記圧電アクチュエータを有することを特徴とするものである。
【００２９】
この発明に係る電子機器によれば、圧電アクチュエータを駆動源とした高性能な電子機器を実現することができる。ここで、電子機器には、電子時計（アナログ式時計など）、カメラ、プリンタなどのマイクロモータを適用可能な分野はすべて含まれる。
【００３０】
本発明の圧電素子の電極形成方法は、圧電素子を有してなる振動体と、該振動体に圧接されて動作する移動体とを有する圧電アクチュエータ用の圧電素子の電極形成方法であって、前記圧電素子の一方面側に、第１マスクを配置し、前記圧電素子の他方面側に、溝を有する第２マスクを配置し、前記圧電素子の一方面および他方面の両方について、同時に、電極をなす導電性薄膜をパターニングすることを特徴とするものである。
【００３１】
この発明に係る圧電素子の電極形成方法によれば、圧電素子の一方面にコモン電極を形成する工程と、圧電素子の他方面に駆動電極を形成する工程とを、２種類のマスクを用いて、同時に実行することができる。したがって、本発明は、マスク、圧電素子およびそれらの固定治具などの交換回数が１つの圧電素子に対して１回となり、圧電素子の電極形成工程について、従来よりも大幅に簡素化することができる。そこで、本発明は、従来よりも低コストで、圧電素子の両面に電極を形成することができる。
【００３２】
また、本発明の第２マスクは溝を有するので、その溝部分についても、マスクの開口部領域と同様に、電極を形成することができる。そこで、本発明は、所望形状の電極を第２マスクによって形成でき、例えば複数の駆動電極同士を短絡する短絡電極について第２マスクで形成することができる。これらにより、本発明は、従来よりも低コストで、所望形状の圧電素子の電極を形成でき、高性能な圧電アクチュエータなどを低コストで提供することができる。
【００３３】
本発明の圧電素子の電極形成方法は、前記第１マスクが、複数のほぼ同一形状のコモン電極を、前記一方面にパターニングするためのマスクであり、前記第２マスクは、複数のほぼ同一形状の駆動電極と、複数の該駆動電極における所定の電極同士を短絡する短絡電極とを、前記他方面にパターニングするためのマスクであることを特徴とするものである。
【００３４】
この発明に係る圧電素子の電極形成方法によれば、第１マスクによってコモン電極を形成でき、第２マスクによって駆動電極と短絡電極とを形成できる。したがって、圧電素子に対して、コモン電極、駆動電極および短絡電極を１回の工程で形成することができる。そして、駆動電極と短絡電極とを同時に形成できるので、駆動電極と短絡電極と接続箇所の膜厚を駆動電極および短絡電極の膜厚と同一にすることができる。従来では、駆動電極を形成するマスクと短絡電極を形成するマスクとを別個に用意する必要があり、駆動電極形成工程と短絡電極形成工程とを別個に行う必要があった。そこで、従来の圧電素子の電極構造では、駆動電極の上に短絡電極の一部が重なるように形成され、質量および剛性がアンバランスとなっていた。本発明によれば、駆動電極と短絡電極とが重なるように形成されることを回避することができ、質量および剛性についてバランスがとれた圧電素子の電極構造を形成することができる。
【００３５】
本発明の圧電素子の電極形成方法は、前記短絡電極について、前記圧電素子の他方面における前記コモン電極に対向する領域以外に形成することを特徴とするものである。
【００３６】
この発明に係る圧電素子の電極形成方法によれば、短絡電極の形成領域が分極領域となることを回避でき、各分極領域の面積および形状を正確に均一化することができる。そこで、本発明は、各分極領域の不均一化による振動のアンバランスを回避でき、回転体又は移動体に本発明を適用したときに、正逆の回転特性又は移動特性の差を無くすことができる。
【００３７】
本発明の圧電素子の電極形成方法は、前記コモン電極、駆動電極および短絡電極を形成した後に、該コモン電極と駆動電極および短絡電極との間に電圧を印加することにより、前記圧電素子における少なくとも前記短絡電極が設けられていない領域に、分極領域を形成することを特徴とするものである。
【００３８】
この発明に係る圧電素子の電極形成方法によれば、コモン電極と駆動電極とが重なる領域を分極領域とすることができ、各分極領域の面積および形状を正確に均一化することができる。そこで、本発明は、各分極領域の不均一化による振動のアンバランスを回避でき、回転体又は移動体に本発明を適用したときに、正逆の回転特性又は移動特性の差を無くすことができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、圧電素子の電極形成工程を簡略化することができる圧電素子の電極構造、電極形成方法、圧電アクチュエータおよび電子機器を提供することができる。
【００４０】
また、本発明によれば、圧電素子への電極形成を１回の薄膜形成処理で完了できる圧電素子の電極構造、電極形成方法、圧電アクチュエータおよび電子機器を提供することができる。
【００４１】
また、本発明によれば、正逆にバランスよく駆動できる圧電素子の電極構造、電極形成方法、圧電アクチュエータおよび電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る圧電素子の電極構造について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電素子の電極構造を示す図であり、図１（Ａ）は裏面図、図１（Ｂ）は表面図である。本実施形態の圧電素子の電極構造は、圧電素子を有してなる振動体と、その振動体に圧接されて動作する移動体とを有する圧電アクチュエータの構成要素となるものである。
【００４３】
本実施形態の圧電素子の電極構造は、圧電素子１と、圧電素子１の表面（一方面）に設けられた複数のコモン電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆと、圧電素子１の裏面（他方面）に設けられた複数の駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ，１１ｊ，１１ｋ，１１ｌとを有した構造となっている。圧電素子１は、円板形状をしている。その円板形状の中心には穴１０が形成されている。そして、圧電素子１は、圧電セラミック又は圧電性結晶体からなる圧電素子である。コモン電極１２ａ〜１２ｆおよび各駆動電極１１ａ〜１１ｌは、クロム，銅，ニッケル，金などの導電材料からなる。コモン電極１２ａ〜１２ｆおよび各駆動電極１１ａ〜１１ｌは、前記導電材料について、蒸着又はスパッタリングなどの手法を用いて、圧電素子１に形成されたものである。
【００４４】
各コモン電極１２ａ〜１２ｆは、同一形状をしている。隣り合う各コモン電極１２ａ〜１２ｆ同士の間には、隙間が設けられている。また、各駆動電極１１ａ〜１１ｌは、同一形状をしている。各駆動電極１１ａ〜１１ｌ同士の間には、隙間が設けられている。各コモン電極１２ａ〜１２ｆは、円板形状の圧電素子１の表面について、中心点を分割の共通点として、その中心点と円板形状の円周上の１点とを結ぶ直線を境界線として、扇形状に６等分に分割した各領域（一方面領域）に、その領域内のほぼいっぱいに扇形状に形成されている。各駆動電極１１ａ〜１１ｌは、円板形状の圧電素子１の裏面について、中心点を分割の共通点として、その中心点と円板形状の円周上の１点とを結ぶ直線を境界線として、扇形状に１２等分に分割した各領域（他方面領域）に、その領域内のほぼいっぱいに扇形状に形成されている。コモン電極１２ａ〜１２ｆについての円板形状の前記分割数は、６等分に限定されるものではなく、２の倍数であればよい。また、駆動電極１１ａ〜１１ｌについての円板形状の前記分割数は、１２等分に限定されるものではなく、４の倍数であればよい。
【００４５】
そして、各駆動電極１１ａ〜１１ｌの形状は、コモン電極１２ａ〜１２ｆの形状の一部に対応した形状を有している。すなわち、圧電素子１の中心から各コモン電極１２ａ〜１２ｆの扇形状における内側端までの距離ａは、圧電素子１の中心から各駆動電極１１ａ〜１１ｌの扇形状における内側端までの距離ａと同一となっている。また、圧電素子１の中心から各コモン電極１２ａ〜１２ｆの扇形状における外側端までの距離ｂは、圧電素子１の中心から各駆動電極１１ａ〜１１ｌの扇形状における外側端までの距離ｂと同一となっている。１つのコモン電極１２ｆにおける扇形状の内周側の円弧ｃは、２つの駆動電極１１ｋ，１１ｌにおける扇形状の内周側の円弧ｃと同一となっている。また、１つのコモン電極１２ｆにおける扇形状の外周側の円弧ｄは、２つの駆動電極１１ｋ，１１ｌにおける扇形状の外周側の円弧ｄと同一となっている。
【００４６】
したがって、隣り合う２つの駆動電極１１ａ〜１１ｌからなる扇形状が、１つのコモン電極１２ａ〜１２ｆの扇形状に一致している。ここで、圧電素子１を上方又は下方から見て、コモン電極１２ａと駆動電極１１ｃ，１１ｄがぴったり重なるように、すなわちコモン電極１２ａが対応する２つの駆動電極１１ｃ，１１ｄに対向するように、配置されている。換言すれば、コモン電極１２ａが２つの駆動電極１１ｃ，１１ｄの存在領域に対向した領域に形成されている。ここで、駆動電極１１ｃ，１１ｄの存在領域とは、圧電素子１の裏面における駆動電極１１ｃ，１１ｄが形成されている領域をいう。そして、駆動電極の存在領域１１ｃ，１１ｄに対向した領域とは、圧電素子１の表面における駆動電極１１ｃ，１１ｄに対向した領域、すなわちコモン電極１２ａが形成されている領域をいう。
【００４７】
同じく、コモン電極１２ｂと駆動電極１１ａ，１１ｂがぴったり重なるように、コモン電極１２ｃと駆動電極１１ｋ，１１ｌがぴったり重なるように、コモン電極１２ｄと駆動電極１１ｉ，１１ｊがぴったり重なるように、コモン電極１２ｅと駆動電極１１ｇ，１１ｈがぴったり重なるように、コモン電極１２ｆと駆動電極１１ｅ，１１ｆがぴったり重なるように、それぞれ配置されている。
【００４８】
さらに本実施形態の圧電素子の電極構造では、圧電素子１の裏面（他方面）に、第１短絡電極２１と第２短絡電極２２とを配置している。第１短絡電極２１は、圧電素子１の円板形状の外周近傍に配置されている。第２短絡電極２２は、圧電素子１の円板形状の中心近傍に配置されている。そして、第１短絡電極２１は、複数の駆動電極１１ａ〜１１ｌにおける第１群をなす駆動電極１１ｂ，１１ｄ，１１ｆ，１１ｈ，１１ｊ，１１ｌの相互を短絡している。第２短絡電極２２は、複数の駆動電極１１ａ〜１１ｌにおける第２群をなす駆動電極１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｉ，１１ｋの相互を短絡している。また、第１短絡電極２１および第２短絡電極２２は、コモン電極１２ａ〜１２ｆに対向する領域以外の領域に配置されている。
【００４９】
図２は、図１に示す圧電素子の電極構造における分極領域を示す図であり、図２（Ａ）は表面図、図２（Ｂ）は裏面図である。図２における「＋」および「−」は分極方向を示している。このような分極は、コモン電極１２ａ〜１２ｆと駆動電極１１ａ〜１１ｌとの間に、所望の電圧を印加する分極処理をすることで、形成することができる。
【００５０】
具体的には、圧電素子１の表面（一方面）は、コモン電極１２ａ〜１２ｆの形成領域がそれぞれ分極されており、分極領域３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆが形成されている。圧電素子１の裏面（他方面）は、コモン電極１２ａ〜１２ｆの形成領域に対向する領域、すなわち駆動電極１１ａ〜１１ｌの形成領域に、分極領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ，３１ｇ，３１ｈ，３１ｉ，３１ｊ，３１ｋ，３１ｌが形成されている。
【００５１】
ここで、分極領域３２ａは、分極領域３１ｃ，３１ｄに対応している。分極領域３２ｂは、分極領域３１ａ，３１ｂに対応している。分極領域３２ｃは、分極領域３１ｋ，３１ｌに対応している。分極領域３２ｄは、分極領域３１ｉ，３１ｊに対応している。分極領域３２ｅは、分極領域３１ｇ，３１ｈに対応している。分極領域３２ｆは、分極領域３１ｅ，３１ｆに対応している。
【００５２】
これらにより、本実施形態の圧電素子の電極構造によれば、分極領域３１ａ〜３１ｌおよび分極領域３２ａ〜３２ｆについて、第１短絡電極２１および第２短絡電極２２の形成領域以外に形成している。そして、本実施形態の圧電素子の電極構造は、各分極領域３１ａ〜３１ｌおよび分極領域３２ａ〜３２ｆについて、相互に同一面積および同一形状に、正確に形成することができる。したがって、本実施形態の圧電素子の電極構造は、各分極領域の不均一化による振動のアンバランスを回避でき、超音波モータなどの回転体に本構造を適用したときに、正逆の回転特性の差を無くすことができる。
【００５３】
（圧電素子の電極形成方法）
次に、本発明の実施形態に係る圧電素子の電極形成方法について、図３および図４を参照して説明する。本実施形態の圧電素子の電極形成方法では、図１および図２に示す圧電素子の電極構造を形成する方法を一例に挙げて説明する。図３は、本発明の実施形態に係る圧電素子の電極形成方法の主要工程を示す図である。すなわち、図３は、圧電素子１の表面にコモン電極を形成し、圧電素子１の裏面に駆動電極を形成する手法を示している。
【００５４】
図３に示す工程を実施する前に、円板形状の圧電素子１を形成する。その後、図３に示すように、第１マスク６０と第２マスク５０とを用いて、圧電素子１の表面にコモン電極１２ａ〜１２ｆを形成し、圧電素子１の裏面に駆動電極１１ａ〜１１ｌを形成する。この電極形成方法について具体的に説明する。圧電素子１の表面側（一方面側）に第１マスク６０を配置し、その圧電素子１の裏面側（他方面側）に第２マスク５０を配置する。ここで、圧電素子１と第１マスク６０および第２マスク５０との位置関係がずれないように、圧電素子１の両端にはそれぞれ固定部材をなす素子ガイド７０が配置されている。
【００５５】
第１マスク６０は、コモン電極１２ａ〜１２ｆを形成するためのマスクである。第１マスク６０は、例えば厚さ０．１ｍｍのステンレス板６１を構成部材とする。そのステンレス板６１には、コモン電極１２ａ〜１２ｆの形成領域に対応する領域に、貫通孔をなす開口部６２が形成されている。
【００５６】
図４は、図３における第２マスク５０を示す図である。そして、図４（Ａ）は第２マスク５０の一方面側（図３における圧電素子１側とは反対側）を示す平面図であり、図４（Ｂ）は第２マスク５０の他方面側（図３における圧電素子１側）を示す平面図であり、図４（Ｃ）は第２マスク５０の部位ａａ’の断面図である。第２マスク５０は、駆動電極１１ａ〜１１ｌ、第１短絡電極２１および第２短絡電極２２を形成するためのマスクである。第２マスク５０は、例えば厚さｄ１が０．１ｍｍのステンレス板５１を構成部材とする。
【００５７】
図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、ステンレス板５１には、図１における駆動電極１１ａ〜１１ｌに対応する領域に、貫通孔をなす開口部５３が形成されている。ここで、ステンレス板５１ついて、第１短絡電極２１および第２短絡電極２２に対応する領域の全部を貫通孔とすると、各駆動電極１１ａ〜１１ｌの隙間を形成する部分を固定できなくなる。そこで、ステンレス板５１についてハーフエッチングを施すことで、図４（Ｂ）の斜線部および図４（Ｃ）に示すように、ステンレス板５１に溝５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄを設ける。この溝５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、第１短絡電極２１又は第２短絡電極２２の形成領域の一部に対応した位置に形成されている。また、溝５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄの形成手法は、ハーフエッチングに限定されるものではなく、プレス加工又は切削加工などを用いてもよい。ステンレス板５１における溝５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ部分の厚さｄ２は、例えば０．０５ｍｍとする。
【００５８】
このような溝５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄを有するステンレス板５１の第２マスク５０を用いて、圧電素子１に対して蒸着処理などを行う。すると、溝５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄの形成部位には、蒸着物質が回り込み、第１短絡電極２１又は第２短絡電極２２の一部が形成されることとなる。
【００５９】
そこで、本実施形態の圧電素子の電極形成方法によれば、第２マスク５０を用いることにより、圧電素子１の裏面に、駆動電極１１ａ〜１１ｌ、第１短絡電極２１および第２短絡電極２２を一度で形成することができる。
【００６０】
また、本実施形態の圧電素子の電極形成方法によれば、図３に示すように、圧電素子１を第１マスク６０と第２マスク５０とで挟んで、その圧電素子１の表面および裏面について同時に、蒸着処理などを施すことができる。この蒸着処理では、例えば、１つの蒸着物質放射源に対して、図３に示す状態でマスクに覆われた圧電素子１の表面および裏面が交互に向くように、その圧電素子１を動かしながら蒸着することが好ましい。また、複数の蒸着物質放射源について、図３に示す状態でマスクに覆われた圧電素子１の表面側および裏面側に分散配置することで、前記蒸着処理を行ってもよい。
【００６１】
本実施形態の圧電素子の電極形成方法によれば、圧電素子１に対して、１回の蒸着処理などを施すことで、コモン電極１２ａ〜１２ｆ、駆動電極１１ａ〜１１ｌ、第１短絡電極２１および第２短絡電極２２の全ての電極を一度で形成することができる。そこで、本実施形態の圧電素子の電極形成方法は、マスクおよび素子ガイドなどの治具の交換回数を１回で済ますことができ、蒸着工数なども削減することができる。したがって、本実施形態の圧電素子の電極形成方法は、圧電素子の電極形成工程について、従来よりも大幅に簡素化でき、従来よりも低コストで、圧電アクチュエータの駆動源をなす圧電素子の電極構造を形成することができる。
【００６２】
また、本実施形態の圧電素子の電極形成方法によれば、１回の電極形成工程で、駆動電極１１ａ〜１１ｌ、第１短絡電極２１および第２短絡電極２２を形成するので、電極同士の重なりを回避することができる。そこで、本実施形態によれば、電極同士の重なり部分が存在することにより圧電素子の電極構造に質量および剛性のアンバランスが生じることについて、回避でき、正逆の回転特性が高精度に一致する超音波モータを製造することができる。
【００６３】
圧電素子１に対して、コモン電極１２ａ〜１２ｆ、駆動電極１１ａ〜１１ｌ、第１短絡電極２１および第２短絡電極２２を形成した後に、分極処理を行う。この分極処理は、コモン電極１２ａ〜１２ｆと駆動電極１１ａ〜１１ｌとの間に、所望の電圧を印加することで行う。これにより、図２に示すように、第１短絡電極２１および第２短絡電極２２が設けられていない領域に、圧電素子１の複数の分極領域が形成される。これにより、超音波モータの駆動源をなす圧電素子の電極構造が完成する。そして、第１群の駆動電極１１ｂ，１１ｄ，１１ｆ，１１ｈ，１１ｊ，１１ｌと第２群の駆動電極１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｉ，１１ｋとに、互いに９０度位相の異なる交流電圧を印加することで、移動体を駆動することができる。
【００６４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る圧電素子の電極構造について、図５から図７を参照して説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る圧電素子の電極構造を示す図であり、図５（Ａ）は裏面図、図５（Ｂ）は表面図である。図６は、図５に示す圧電素子の電極構造における分極領域を示す裏面図である。
【００６５】
本実施形態の圧電素子の電極構造は、圧電素子２と、圧電素子２の表面（一方面）に設けられた複数のコモン電極２１２ａ，２１２ｂと、圧電素子２の裏面（他方面）に設けられた複数の駆動電極２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄとを有した構造となっている。また、圧電素子２の裏面には、第１短絡電極２２１と第２短絡電極２２２とが配置されている。第１短絡電極２２１は、駆動電極２１１ａと駆動電極２１１ｃとを短絡するものである。第２短絡電極２２２は、駆動電極２１１ｂと駆動電極２１１ｄとを短絡するものである。
【００６６】
本実施形態の圧電素子２は、矩形板形状をしている。そして、各コモン電極２１２ａ，２１２ｂは、圧電素子２の表面を２等分した領域（一方面領域）のそれぞれに、同一形状の四角形に形成されている。各駆動電極２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄは、前記一方面領域をそれぞれ２等分してなる領域に対向する領域に、同一形状の四角形に形成されている。そして、２つの駆動電極２１１ａ，２１１ｂは１つのコモン電極２１２ｂに対向しており、２つの駆動電極２１１ｃ，２１１ｄは１つのコモン電極２１２ａに対向している。
【００６７】
これらにより、圧電素子２における分極領域は、図６に示すように、コモン電極２１２ａ，２１２ｂと駆動電極２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄとが重なる領域、すなわち駆動電極２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄの形成領域に、形成される。したがって、本実施形態の圧電素子の電極構造では、第１実施形態と同様に、短絡電極の形成領域が分極領域とはならないので、各分極領域の面積および形状を均一化することができる。そこで、本実施形態によれば、振動にアンバランスが生じることを回避でき、正逆の回転特性および移動特性の差を解消することができる。
【００６８】
また、本実施形態の圧電素子の電極構造は、図３および図４に示す形成方法を用いて形成することができる。したがって、本実施形態の圧電素子の電極構造は、１回の電極形成工程によってすべての電極を形成することができ、製造コストを削減することができる。また、本実施形態の圧電素子の電極構造は、図３および図４に示す形成方法を用いることにより、電極の接続箇所の膜厚が厚くなることを回避でき、質量および剛性のバランスを改善することができ、従来よりも、正逆の回転特性および移動特性の差を解消することができる。
【００６９】
図７は、本実施形態の圧電素子の電極構造を用いた圧電アクチュエータの一例を示す模式図である。図７では、実施形態の圧電素子の電極構造における圧電素子２の変形（振動）により回転運動体３００を回転させる構成を示している。圧電素子２の一端部に設けられている突起３１０は、円板形状の回転運動体３００における外周と接触している。
【００７０】
そして、駆動電極２１１ｂ，２１１ｄにはプラス電位を印加して、駆動電極２１１ａ，２１１ｃにはマイナス電位を印加する。ここで、コモン電極２１２ａ，２１２ｂにはアース電位を印加している。すると、圧電素子２において、駆動電極２１１ａ，２１１ｄが形成されている領域（図面上側）は膨張し、駆動電極２１１ｂ，２１１ｃが形成されている領域（図面下側）は縮小する。これにより、圧電素子２は、図７に示すように弓なりに変形する。この変形により圧電素子２の一端部は図面下側に移動し、その一端部に接触している回転運動体３００は反時計方向に回転する。回転運動体３００を時計方向に回転させるには、駆動電極２１１ｂ，２１１ｄにマイナス電位を印加して、駆動電極２１１ａ，２１１ｃにプラス電位を印加すればよい。
【００７１】
（応用例）
図８は、上記第１実施形態に係る圧電素子の電極構造を超音波モータに適用した実施形態を示す断面図である。本超音波モータは、図１および図２に示す圧電素子１と、圧電素子１に接合された振動体５１２と、振動体５１２の上面に設けられた動力伝達突起５１３と、圧電素子１に結合されたリード線５１４と、振動体５１２の中心を貫く中心軸５２２と、中心軸５２２を固定する支持板５２３と、動力伝達突起５１３の上に当接する移動体５２４と、移動体５２４の中心部を圧接する加圧ばね５２５から構成されている。リード線５１４は、第１群の駆動電極１１ｂ，１１ｄ，１１ｆ，１１ｈ，１１ｊ，１１ｌに接続する第１リード線と、第２群の駆動電極１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｉ，１１ｋに接続する第２リード線とを有している。
【００７２】
移動体５２４を正方向に回転させるときは、第１リード線に電圧を印加すればよい。すると、圧電素子１は励振され、振動体５１２は屈曲振動されて周面上に定在波が生じる。これにより、動力伝達突起５１３の先端は、上下方向と、横方向の動きを伴う斜め方向の運動を行い、移動体５２４の表面に圧接して摩擦力を加える。これにより、移動体５２４が正方向に回転する。一方、移動体５２４を逆方向に回転させるときは、第２リード線に電圧を印加すればよい。
【００７３】
本実施形態の超音波モータでは、第１リード線に印加された電圧によって励振される各分極領域の面積および形状と、第２リード線に印加された電圧によって励振される各分極領域の面積および形状とを、正確に一致させることができる。したがって、本実施形態の超音波モータは、各分極領域の不均一化による振動のアンバランスを回避でき、正逆の回転特性の差を無くすことができる。
【００７４】
（電子機器）
図９は、図８に示す本発明の実施形態に係る超音波モータを電子機器に適用した実施形態を示すブロック図である。本電子機器は、前述の振動体５１３と、振動体５１３により移動される移動体５２４と、移動体５２４と振動体５１３を加圧する加圧機構５５１と、移動体５２４と一体に可動する伝達機構５５２と、伝達機構５５２の動作に基づいて動作する出力機構５５３とを備えることにより実現する。ここで、伝達機構５５２には、例えば、歯車、摩擦車等の伝達車を用いる。
【００７５】
出力機構５５３には、例えば、カメラにおいてはシャッタ駆動機構、レンズ駆動機構を、電子時計においては指針駆動機構、カレンダ駆動機構を、工作機械においては刃具送り機構、加工部材送り機構等を用いる。本発明に係わる電子機器としては、例えば、電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機械、ロボット、移動装置などが実現できる。さらに、移動体に出力軸を取り付け、出力軸からトルクを伝達するための動力伝達機構を有する構成にすれば、超音波モータの駆動機構が実現できる。
【００７６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００７７】
例えば、上記実施形態では、本発明に係る圧電素子の電極構造を回転モータに適用した例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明に係る圧電素子の電極構造はリニアモータなどに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電素子の電極構造を示す図である。
【図２】同上の圧電素子の電極構造における分極領域を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る圧電素子の電極形成方法の主要工程を示す図である。
【図４】同上の主要工程で用いられる第２マスクを示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る圧電素子の電極構造を示す図である。
【図６】同上の圧電素子の電極構造における分極領域を示す図である。
【図７】第２実施形態の構造を用いた圧電アクチュエータの一例を示す模式図である。
【図８】第１実施形態の構造を超音波モータに適用した例を示す断面図である。
【図９】図８に示す超音波モータを電子機器に適用した例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７９】
１，２…圧電素子、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ，１１ｊ，１１ｋ，１１ｌ…駆動電極、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ…コモン電極、２１…第１短絡電極、２２…第２短絡電極、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ，３１ｇ，３１ｈ，３１ｉ，３１ｊ，３１ｋ，３１ｌ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆ…分極領域、５０…第２マスク、５１…ステンレス板、５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ…溝、６０…第１マスク、２１２ａ，２１２ｂ…コモン電極、２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄ…駆動電極、２２１…第１短絡電極、２２２…第２短絡電極
【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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