(57)【要約】 【課題】  圧電セラミックス素子の表面電極の一部で未分極や極性反転が発生せず、表面電極を引き出すための結線に未接続や接続不良が起こらず、信頼性が高く、安価な圧電セラミックス素子を提供することを課題とする。【解決手段】  圧電セラミックス素子２１の表面に設けられた複数の表面電極２３、２４２５、２６が接続電極２７、２８、２９、３０で接続される電極構造にする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状の圧電セラミックス板からなる圧電セラミックス素子であって、前記圧電セラミックス素子の厚みをなす２面のうち少なくとも一方の面に極性が異なる複数の表面電極が設けられ、前記複数の表面電極が同一面内において接続電極により接続されてなることを特徴とする圧電セラミックス素子。
【請求項２】
円環状の圧電セラミックス板からなる圧電セラミックス素子であって、前記圧電セラミックス素子の厚みをなす２面のうち少なくとも一方の面に極性が異なる複数の表面電極が設けられ、前記複数の表面電極が前記円環状の圧電セラミックス板の外周面内又は内周面内において接続電極により接続されてなることを特徴とする圧電セラミックス素子。
【請求項３】
前記接続電極は前記表面電極と同じ電極材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の圧電セラミックス素子。
【請求項４】
前記接続電極は前記複数の表面電極のうち極性が同じ表面電極を接続してなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の圧電セラミックス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータに好適な圧電セラミックス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波モータは機械振動子上の点に楕円運動や往復運動を生成し、この点にロータ或いはスライダを接触させることにより、機械的出力を取り出す摩擦駆動型のモータである。この超音波モータには、ジルコン酸チタン酸鉛系の材料をはじめとする各種圧電材料からなる圧電セラミックス素子がその駆動源として利用されている。
【０００３】
図１は、従来の圧電セラミックス素子の上面図である。従来の超音波モータに利用されている圧電セラミックス素子１１は、円環状の圧電セラミックス板１２の厚さをなす２面の一方の表面に複数設けられた極性の異なる表面電極１３と表面電極１４およびフィードバック用電極１５を具備する。
【０００４】
図２は、従来の圧電セラミックス素子の底面図であり、図１に示した圧電セラミックス素子１１の裏面を示している。従来の圧電セラミックス素子１１をなす円環状の圧電セラミックス板１２の表面には円環状に裏面電極１６が設けられている。
【０００５】
図３は、従来の圧電セラミックス素子を説明する図であり、図１及び図２に示した圧電セラミックス素子１１の結線を示している。前記従来の圧電セラミックス素子１１は複数設けられた表面電極１３と表面電極１４を２つのグループに分けて、それぞれを結線１７および結線１８で共通にして引き出し、端子１９と端子２０の２端子が駆動するための電気信号を入力する端子として使用される。
【０００６】
前記表面電極を引き出すための結線には、例えばフレキシブル基板を使用する提案がなされている。このような超音波モータは特許文献１に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１９１９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記従来の圧電セラミックス素子は、複数ある表面電極の一部で未分極や極性反転が生じた場合、超音波モータとしての特性の低下や動作不良という問題点がある。また、未分極や極性反転などの不具合を有する圧電セラミックス素子が音波モータに組み込まれないように、すべての表面電極に対して電気特性の測定や極性の検査を実施する工程が必要となり、作業工数が増えるという問題点がある。
【０００９】
さらに、従来の圧電セラミックス素子は、圧電セラミックス素子表面に設けられた複数ある表面電極を、例えばフレキシブル基板で引き出す場合、各表面電極とフレキシブル基板の導体部との接触による接続となり、未接続や接続不良が起き易いという問題点がある。
【００１０】
従って、本発明は上記従来技術の問題点を解決することを課題とする。具体的には、表面電極の一部で未分極や極性反転が発生せず、表面電極を引き出すための結線に未接続や接続不良が起こらず、信頼性が高く、安価な圧電セラミックス素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。即ち、本発明は、圧電セラミックス素子の表面に設けられた複数の表面電極が接続電極により接続される電極構造とすることを、その要旨とする。
【００１２】
本発明によれば、円環状の圧電セラミックス板からなる圧電セラミックス素子であって、前記圧電セラミックス素子の厚みをなす２面のうち少なくとも一方の面に極性が異なる複数の表面電極が設けられ、前記複数の表面電極が同一面内において接続電極により接続されてなることを特徴とする圧電セラミックス素子が得られる。
【００１３】
本発明による圧電セラミックス素子は、円環状の圧電セラミックス板からなる。この圧電セラミックス板の厚みをなす２面のうち、少なくとも一方の面には、複数の表面電極を設ける。この表面電極は少なくとも２種類以上の異なる極性を有する表面電極からなる。さらにこれらの複数の表面電極は用途に応じた組合せで電気的に接続される。この接続は接続電極で行う。接続電極は円環状をなす圧電セラミックス板の前記複数の表面電極が設けられた面と同じ面内に設ければ良く、円環の外側縁部又は内側縁部であればさらに良い。
【００１４】
前記構造とすることにより、例えば従来、複数の表面電極１つ１つに配線を設けて電源と接続して行っていた分極処理などは、配線する数が減り、電源との未接続や誤配線による未分極や極性反転の発生する頻度が著しく減少することとなる。また、検査工程においても、検査をする表面電極数が減るので、工数の削減が図られる。
【００１５】
また、表面電極を引き出すためにフレキシブル基板を表面電極に接着する場合、本発明による圧電セラミックス素子は、複数の表面電極自体が既に接続電極により接続されているので、部分的にフレキシブル基板との接着部に不良が発生しても、その表面電極に対する導通は無くならないので、高い信頼性が得られる圧電セラミックス素子となる。
【００１６】
本発明によれば、円環状の圧電セラミックス板からなる圧電セラミックス素子であって、前記圧電セラミックス素子の厚みをなす２面のうち少なくとも一方の面に極性が異なる複数の表面電極が設けられ、前記複数の表面電極が前記円環状の圧電セラミックス板の外周面内又は内周面内において接続電極により接続されてなることを特徴とする圧電セラミックス素子が得られる。
【００１７】
本発明による圧電セラミックス素子は、円環状の圧電セラミックス板からなる。この圧電セラミックス板の厚みをなす２面のうち、少なくとも一方の面には、複数の表面電極を設ける。この表面電極は少なくとも２種類以上の異なる極性を有する表面電極からなる。さらに、これらの複数の表面電極は用途に応じて、電気的に接続される。この接続は接続電極で行う。接続電極は円環状をなす圧電セラミックス板の外周面内又は内周面内に設ける。
【００１８】
前記の構造にすることで、これまで、複数の表面電極１つ１つに配線を設けて電源と接続して行っていた分極処理は、配線の数が減り、電源との未接続や誤配線による未分極や極性反転の発生する頻度が著しく減少することとなる。また、検査工程においても、検査をする表面電極数が減るので、工数の削減が図られる。
【００１９】
また、表面電極を引き出すためにフレキシブル基板を表面電極に接着する場合、本発明による圧電セラミックス素子は、複数の表面電極自体が既に接続電極により接続されているので、部分的にフレキシブル基板との接着部に不良が発生しても、その部分で表面電極に対する導通が無くならないので、高い信頼性が得られる圧電セラミックス素子となる。
【００２０】
また、本発明による圧電セラミックス素子は、表面電極が設けてある面ではなく、外周面内又は内周面内に接続電極が設けてあるので、表面電極の面積を小さくする必要が無い。これは、すなわち、対向する面に設けてある裏面電極と重なる面積である有効電極面積が小さくならないので、本発明による圧電セラミックス素子の特性も低下しない。
【００２１】
本発明によれば、前記接続電極は前記表面電極と同じ電極材料からなることを特徴とする圧電セラミックス素子が得られる。本発明による圧電セラミックス素子は、パターンニングされたスクリーンでペースト状の電極材料を圧電セラミックス素子表面に印刷して複数の表面電極を設ける。この印刷された電極材料は、その後、４００℃前後の高温で焼付け処理され、圧電セラミックス素子表面に定着する。接続電極は、この表面電極の焼き付け処理の後にスパッタや蒸着など、他の工法で形成しても良いが、表面電極に使用する電極材料と同じ電極材料を使用し、表面電極形成のための前記電極材料の印刷と同時に印刷することで、表面電極形成と接続電極形成とが同時にでき、工数が削減できるので安価な圧電セラミックス素子が得られる。
【００２２】
本発明によれば、前記接続電極は前記複数の表面電極のうち極性が同じ表面電極を接続してなることを特徴とする圧電セラミックス素子が得られる。本発明による圧電セラミックス素子は、複数の表面電極の中で、極性が同じ表面電極同士を接続電極で接続することにより、分極処理や駆動時に複数の表面電極１つ１つに配線を設けることなく、配線数が減らせるので分極処理や組立作業が簡易となる。
【発明の効果】
【００２３】
前述の如く、本発明によれば、表面電極の一部で未分極や極性反転が発生せず、表面電極を引き出すための結線に未接続や接続不良が起こらず、信頼性が高く、安価な圧電セラミックス素子の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明による圧電セラミックス素子は、圧電セラミックス素子の表面に設けられた複数の表面電極が接続電極で接続される電極構造にする。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明による圧電セラミックス素子について具体例を挙げ、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
（実施例１）
図４は、実施例による圧電セラミックス素子の上面図である。本実施例による圧電セラミックス素子２１は、円環状をなす圧電セラミックス板２２の表面に複数の表面電極２３、２４、２５、２６とフィードバック用電極３１を設けた。
【００２７】
２つの表面電極２３は圧電セラミックス板２２の内側縁部に設けた接続電極２９で接続し、同様に、２つの表面電極２４は、圧電セラミックス板２２の内側縁部に設けた接続電極３０で接続した。また、２つの表面電極２５は、圧電セラミックス板２２の外側縁部に設けた接続電極２７で接続し、同様に、２つの表面電極２６は、圧電セラミックス板２２の外側縁部に設けた接続電極２８で接続した。
【００２８】
圧電セラミックス板２２は、ジルコン酸チタン酸鉛系の材料を使用し、外径寸法が直径３０ｍｍ、内径寸法が直径１０ｍｍの円環状とし、厚さが０．３ｍｍの圧電セラミックス板を使用した。表面電極２３、２４、２５、２６及び接続電極２７、２８、２９、３０はペースト状の銀を主成分とする電極材料を図４に示すような各表面電極の形状にパターンニングしたスクリーンを用いて印刷した。
【００２９】
図４に示した圧電セラミックス板２２の裏面には、図２に示した裏面電極１６と同じ形状に裏面電極（図示しない）を前記表面電極に使用した電極材料と同じ電極材料を用いてスクリーン印刷した。その後、約４００℃の高温で焼付け処理を行い、圧電セラミックス素子２１の表面に表面電極２３、２４、２５、２６、接続電極２７、２８、２９、３０、フィードバック用電極３１及び裏面電極を定着させた。
【００３０】
次に、前記裏面電極をアースにして、表面電極２５と表面電極２６とフィードバック用電極３１に正電界を印加して、表面電極２３と表面電極２４に負電界を印加して分極処理を行い、圧電セラミックス素子２１とした。
【００３１】
本実施例による圧電セラミックス素子２１は、前記の如く、分極処理時には、裏面電極をアースとして１つの配線をし、表面電極２５と表面電極２６と２つのフィードバック用電極３１と表面電極２３と表面電極２４の６つの配線を行えば良く、１０箇所の配線を行っていた従来の圧電セラミックス素子に比べ配線数が減り、分極処理が簡単になった。また、電源との未接続や誤配線による未分極や極性反転の発生頻度が著しく減少し、検査に要する時間も約４割削減できた。
【００３２】
本実施例では、表面電極とフィードバック用電極の合計が１０個となる表面電極を有する圧電セラミックス素子を作製したが、削減できる配線数は式（１）で表すことができる。
【００３３】
削減できる配線数＝表面電極数−６  ・・・・・・・（１）
【００３４】
また、配線数が削減されることにより、分極時の未接続及び誤接続が減少する。この効果は、削減できる配線数の比率で表すことができ、この比率を改善率として式（２）で表すことができる。従って、本実施例での改善率は４０％になる。
【００３５】
改善率（％）＝削減できた配線数÷表面電極数×１００  ・・・・・・（２）
【００３６】
（実施例２）
図５は、実施例による圧電セラミックス素子の上面図である。本実施例による圧電セラミックス素子４１は、円環状をなす圧電セラミックス板４２の表面に複数の表面電極４３、４４、４５、４６とフィードバック用電極５１を設けた。
【００３７】
２つの表面電極４３は圧電セラミックス板４２の内側端部に設けた接続電極４９で接続し、同様に、２つの表面電極４４は、圧電セラミックス板４２の内側端部に設けた接続電極５０で接続した。また、２つの表面電極４５は、圧電セラミックス板４２の外側端部に設けた接続電極４７で接続し、同様に、２つの表面電極４６は、圧電セラミックス板４２の外側端部に設けた接続電極４８で接続した。
【００３８】
圧電セラミックス板４２は、実施例１と同じ、ジルコン酸チタン酸鉛系の材料を使用し、外径寸法が直径３０ｍｍ、内径寸法が直径１０ｍｍの円環状とし、厚さが０．３ｍｍの圧電セラミックス板を使用した。表面電極４３、４４、４５、４６及びフィードバック用電極５１はペースト状の銀を主成分とする電極材料を図５に示すような各表面電極の形状にパターンニングしたスクリーンを用いて印刷した。接続電極４７、４８、４９、５０は転写装置を使用し、同じ電極材料を外側端部および内側端部に転写した。
【００３９】
図６は、実施例による圧電セラミックス素子の断面図である。図６は、図５に示した圧電セラミックス素子４１の破線Ａ−Ａ’における断面を図示している。図６に示すように、接続電極４８は表面電極４６に接続させ、圧電セラミックス板４２の外周面内に設けた。接続電極４９は表面電極４３に接続させ、圧電セラミックス板４２の内周面内に設けた。また接続電極５０も内周面内に設け、図５に示すように表面電極４４に接続させ、接続電極４７は外周面内に設け、表面電極４５に接続させた。
【００４０】
さらに、図６に示すように、裏面電極５２を表面電極４３、４６に対向する面の内側縁部と外側縁部に隙間を設け、図２に示した裏面電極１６と同じ形状に、表面電極４３、４６と同じ電極材料をスクリーン印刷した。その後、約４００℃の高温で焼付け処理を行い、図５および図６に示すように、圧電セラミックス板４２の表面に表面電極４３、４４、４５、４６、接続電極４７、４８、４９、５０、フィードバック用電極５１及び裏面電極５２を定着させた。
【００４１】
次に、前記裏面電極５２をアースにして、表面電極４５と表面電極４６とフィードバック用電極５１に正電界を印加して、表面電極４３と表面電極４４に負電界を印加して分極処理を行い、圧電セラミックス素子４１とした。
【００４２】
本実施例による圧電セラミックス素子４１は、実施例１による圧電セラミックス素子と同様の効果が得られる。すなわち、分極処理時には、裏面電極５２をアースとして１つの配線をし、表面電極４５と表面電極４６と２つのフィードバック用電極５１と表面電極４３と表面電極４４の６つの配線を行えば良く、従来１０箇所に配線を行っていた従来の圧電セラミックス素子に比べ配線数が減り、分極処理が簡単になる。また、電源との未接続や誤配線による未分極や極性反転の発生する頻度が著しく減少し、検査に要する時間も約４割削減できた。また、配線数が減ることにより、分極時の未接続及び誤接続が減少し、本実施例による改善率は４０％となった。
【００４３】
さらに、本実施例による圧電セラミックス素子４１は、図１に示す従来の圧電セラミックス素子と同じ表面電極の配置と面積を有し、表面電極の有効電極面積が減少せず、特性も低下しない。
【００４４】
ここで、前記実施例１及び実施例２による圧電セラミックス素子を使用して超音波モータを作製し、その特性を評価した。評価は、超音波モータのトルクを一定にしたときの超音波モータの回転数で評価した。比較のために、従来の圧電セラミックス素子を使用した超音波モータも作製し、同様の評価を行った。この結果を表１に示す。表には、圧電セラミックス素子に設けた表面電極の有効電極面積を従来の圧電セラミックス素子の有効電極面積を１００％とし、その比率を併記した。
【００４５】
【表１】
2007287839.tif 000003
【００４６】
評価の結果から、有効面積が小さい実施例１による圧電セラミックス素子は回転数が従来品に比べ低下しているが、実施例２による圧電セラミックス素子は従来品と同じ回転数であった。
【００４７】
実施例１による圧電セラミックス素子は、その製造や後の組立工程が簡単で、製造コストが削減でき安価で高信頼性を有する点で、従来品に比べ有利な圧電セラミックス素子である。実施例２による圧電セラミックス素子は、さらに従来品と同等の性能を有し、且つ安価で高信頼性を有する圧電セラミックス素子である。
【００４８】
前述の如く、本発明によれば、表面電極の一部で未分極や極性反転が発生せず、表面電極を引き出すための結線に未接続や接続不良が起こらず、信頼性が高く、安価な圧電セラミックス素子の提供が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明による圧電セラミックス素子は、超音波モータに利用でき、回転テーブルの微小制御装置や自動車用の各種モータ或いは位置決め装置として各種産業機器に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来の圧電セラミックス素子の上面図。
【図２】従来の圧電セラミックス素子の底面図。
【図３】従来の圧電セラミックス素子を説明する図。
【図４】実施例による圧電セラミックス素子の上面図。
【図５】実施例による圧電セラミックス素子の上面図。
【図６】実施例による圧電セラミックス素子の断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１１、２１、４１    圧電セラミックス素子
１２、２２、４２    圧電セラミックス板
１３、１４、２３、２４、２５、２６、４３、４４、４５、４６    表面電極
１６、５２    裏面電極
１５、３１、５１    フィードバック用電極
１７、１８    結線
１９、２０    端子
２７、２８、２９、３０、４７、４８、４９、５０    接続電極
【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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