(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対して同軸的に挿入された異なる径を有し且つ円筒状の圧電素子を形成する複数の分離した円筒状の圧電層と、前記円筒状の圧電層の夫々の円周面上にある電極層とを備える積層圧電素子であって、
前記積層圧電素子は芯材に圧電材料を塗布後焼成した焼成体を含み、
前記各電極層は前記円筒状の圧電層の夫々の前記円周面に沿った複数の分離した電極層領域に分割されていることを特徴とする積層圧電素子。
【請求項２】
同一電極層にある前記複数の電極層領域の少なくとも一つに交流電圧が印加されることによって、前記円筒状の圧電層は、その中心軸方向に対して曲げ振動を起こすことを特徴とする請求項１記載の積層圧電素子。
【請求項３】
前記積層圧電素子の端面に設けられた複数の層間電極を更に備え、
前記層間電極は、異なる電極層にあって前記交流電圧が印加される電極領域の一つと中心角が同一である複数の前記電極層領域を導通させることを特徴とする請求項２記載の積層圧電素子。
【請求項４】
前記層間電極は、異なる電極層にある第１の電極層領域を導通させる第１の層間電極、異なる電極層にある第２の電極層領域を導通させる第２の層間電極、および異なる電極層にある第３の電極層領域を導通させる第３の層間電極を少なくとも備えることを特徴とする請求項３記載の積層圧電素子。
【請求項５】
前記複数の電極層は、それぞれ前記円周面に沿って複数の分離した電極層領域に分割される第１の電極層および第２の電極層を少なくとも備え、
前記積層圧電素子は、前記円周面に沿って一周に形成される単一の電極層領域を有する第３の電極層をさらに備えることを特徴とする請求項４記載の積層圧電素子。
【請求項６】
前記各電極層は、前記円筒状の圧電層の夫々１つの内周上又は外周上に形成されることを特徴とする請求項１記載の積層圧電素子。
【請求項７】
圧電材料粉末と有機ビヒクルを主成分とする圧電材料ペースト、および導電材料粉末と有機ビヒクルを主成分とする導電材料ペーストを交互に円筒状に塗布することにより、互いに対して同軸的に挿入された異なる径を有し且つ円筒状の圧電素子を形成する複数の分離した円筒状の圧電層と、前記円筒状の圧電層の夫々の円周面上にある電極層とを積層する積層工程と、
前記積層工程で積層された圧電層及び電極層を焼成する焼成工程とを備え、
前記導電材料ペーストは、前記円筒状の圧電層の円周面に沿った複数の分離した領域に分割して塗布されることを特徴とする積層圧電素子の製造方法。
【請求項８】
円筒状の芯材を回転可能に支持する支持工程と、
前記支持された芯材の外周面との接触部に前記圧電材料ペースト又は前記導電材料ペーストを塗布する塗布工程とをさらに備え、
前記塗布工程では、前記芯材を回転させることにより、前記芯材の周りに前記圧電材料ペースト又は前記導電材料ペーストを円筒状に塗布することを特徴とする請求項７記載の積層圧電素子の製造方法。
【請求項９】
前記芯材は前記圧電材料粉末をその主成分として含むことを特徴とする請求項８記載の積層圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
互いに対して同軸的に挿入された異なる径を有し且つ円筒状の圧電素子を形成する複数の分離した円筒状の圧電層と、前記円筒状の圧電層の夫々の円周面上にある電極層とを交互に積層する積層工程を備え、
前記圧電層は、圧電材料ペーストを芯材に塗布することにより形成され、
前記電極層は、前記円筒状の圧電層の円周面に沿った複数の分離した領域に分割して塗布されることを特徴とする積層圧電素子の製造方法。
【請求項１１】
少なくとも２つの曲げ振動によって首振り運動を行う振動体と、
前記振動体に接触し、前記振動体に前記振動を発生させることにより、摩擦接触により自身を移動させる接触体とを有し、
前記振動体は、互いに対して同軸的に挿入された異なる径を有し且つ円筒状の圧電素子を形成する複数の分離した円筒状の圧電層と、前記円筒状の圧電層の夫々の円周面上にある電極層とを備える積層圧電素子を有し、
前記積層圧電素子は芯材に圧電材料を塗布後焼成した焼成体を含み、
前記各電極層は前記円筒状の圧電層の夫々の前記円周面に沿った複数の分離した電極層領域に分割されていることを特徴とする振動波駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電層および電極層が積層化された積層圧電素子、その製造方法および振動波駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電材料は、電気機械エネルギ変換機能を有する代表的な材料であり、圧電素子として様々な用途に用いられる。最近では、複数層に重ねられ、一体に成形かつ焼結された積層圧電素子が多く使われるようになってきた。
【０００３】
例えば、振動波駆動装置としての振動波モータ、特に柱状に形成された振動波モータには、積層圧電素子が用いられている（特許文献１、２、３参照）。なお、積層圧電素子を用いることなく、円筒状で単一層の圧電素子を用い、振動体として曲げ振動を発生させる振動波モータも知られている（特許文献４参照）。
【０００４】
積層圧電素子の特長として、単一の層からなる圧電素子と比べ、積層化によって低い電圧で大きな変形歪や大きな力が得られること、積層される一層の厚さを薄くできるため小型化が可能であること等が挙げられる。
【０００５】
この積層圧電素子は、複数層の圧電材料からなる圧電層、およびこの圧電層に隣接して形成された導電材料からなる電極層から構成される。積層圧電素子の製造方法は、以下の通りである。シート化製造工程では、圧電材料粉末と有機バインダから、ドクターブレード法やダイコータ等の方法により、圧電層となるグリーンシートを作り、このグリーンシート上の所定位置に導電材料ペーストを印刷して電極層とする。積層化工程では、このグリーンシートを所定の枚数平面状に重ね、プレスにより加圧して積層化する。この後、焼成、分極処理を行い、最終的に円盤状あるいはリング状に機械加工を行う。このような工程を経て、積層圧電素子は製造される。
【０００６】
図９は従来の柱状振動波モータの振動体に用いられる積層圧電素子を示す斜視図である。同図（Ａ）は複数層が平面状に重ねられた積層圧電素子を示し、同図（Ｂ）は各層に分解された積層圧電素子を示す。
【０００７】
積層圧電素子３０は、平面状に重ねられた、中空を有する複数の圧電層３２を有する。圧電層３２の表面には、４分割された電極層３３（図中、斜線部分）が形成されている。また、圧電層３２の表面には、電極層３３に形成され、圧電層３２の外周まで延びる接続電極３３ａが形成されている。
【０００８】
各電極層３３に接続される接続電極３３ａは、一層おきに同一位相位置（角度位置）に設けられている。積層圧電素子３０の外周部には、層間電極３４が形成されており、同一位相位置となる複数の接続電極３３ａを導通させる。また、最上層に位置する圧電層３２の表面周縁部には、複数の表面電極３５が周方向に沿って形成されており、それぞれ対応する層間電極３４と接続される。この表面電極３５に電圧を加えることで分極処理を行い、柱状振動波モータとしての駆動を可能にする。
【０００９】
ここで、柱状振動波モータの原理を示す。振動体は、積層圧電素子を金属部材で挟持して構成される。この積層圧電素子に、駆動回路（図示せず）から所定の交流電圧が印加されると、振動体には、その軸方向に対して直交する２つの曲げ振動が時間的位相差を持って発生する。この２つの曲げ振動によって、金属部材の先端部に首振り運動が生じ、この金属部材の先端部を駆動部として、この先端部と加圧・接触する接触体を摩擦接触により回転させる。
【００１０】
図１０は柱状振動波モータの構造を示す断面図である。この柱状振動波モータ４０には、振動体４１が組み込まれている。振動体４１では、高分子材料を基材とする中空の配線基板４２が積層圧電素子３０の表面電極３５と接触するように、積層圧電素子３０は、配線基板４２とともに、中空を有する金属部材４３、４４の間に配置される。そして、金属部材４３側から挿入されたボルト４５を金属部材４４にねじ込むことで、積層圧電素子３０は、配線基板４２とともに両金属部材４３、４４間に挟持・固定される。
【００１１】
従って、配線基板４２を介して、積層圧電素子３０の表面電極３５には、駆動回路からの交流電圧が印加される。この結果、ばね４６およびばね支持体４７によって金属部材４４の先端部と加圧・接触するロータ４８（接触体）は、前述した首振り運動により回転し、ロータ４８と一体となって回転するギヤ４９を介して回転出力を取り出すことができる。
【特許文献１】特開平６−７７５５０号公報
【特許文献２】特開平６−１２０５８０号公報
【特許文献３】特開平８−２１３６６４号公報
【特許文献４】特許公報第２９６１５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の積層圧電素子では、以下に掲げる問題があった。現在、振動波モータでは、小型・高出力化は勿論のこと、さらなる製造コストの低減が望まれている。
【００１３】
上記従来の柱状振動波モータでは、小型化しようとすると、積層圧電素子と金属部材との接触面の密着が難しくなり、振動減衰の影響が大きくなってしまう。これにより、振動波モータの性能を低下させる原因となっていた。
【００１４】
また、従来の製造方法では、圧電材料粉末からシートを作るシート化製造工程や、プレスして積層化する積層化工程では、製造装置が大型化して設備投資額も大きかった。また、シートから作る圧電素子に対し、最終的に機械加工が必要になる等、材料の歩留まりも悪くなる可能性があり、これらも製造コストを高くする一因であった。
【００１５】
一方、円筒状で単一層の圧電素子を用い、振動体として曲げ振動を発生させる振動波モータでは、単層であることから、曲げ振動の変位を大きくする場合、大きな電圧が必要となっていた。このため、トランスなどの電気部品の部品コストが高くなっていた。また、これらの部品のため、小型化に反し、電気回路部として大きなスペースが必要であった。
【００１６】
そこで、本発明は、振動波モータの小型化に際し、振動の減衰を抑え、その性能を向上させることができる積層圧電素子、その製造方法および振動波駆動装置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】
【００１７】
上述の目的を達成するために、本発明の積層圧電素子は、互いに対して同軸的に挿入された異なる径を有し且つ円筒状の圧電素子を形成する複数の分離した円筒状の圧電層と、前記円筒状の圧電層の夫々の円周面上にある電極層とを備える積層圧電素子であって、前記各電極層は前記円筒状の圧電層の夫々の前記円周面に沿った複数の分離した電極層領域に分割されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る積層圧電素子によれば、積層圧電素子自体で振動体を作ることが可能であるので、振動波モータの小型化に際し、振動の減衰を抑え、その性能を向上させることができる。即ち、従来、金属との締結や接着のため、振動波モータの性能を悪化させていた振動の減衰の原因が取り除かれ、振動波モータの性能向上に繋がる。また、製造コストの低減が図れる。このことは、今後、新たな小型・高出力化を狙った振動波モータを開発する際、非常に有益である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の積層圧電素子、その製造方法および振動波駆動装置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の積層圧電素子は、円筒状に形成され、振動波モータに組み込まれる。
【００２０】
（積層圧電素子の構造）
図１は実施の形態における積層圧電素子１の外観を示す図である。積層圧電素子１は、芯材５の外周に同心円（円筒）状に積層された４層からなる圧電層２を有する。各圧電層２の外周面には、電極層３およびこの電極層３から端面まで延設された接続用電極Ｔが形成されている。即ち、複数の圧電層２および複数の電極層３が交互に円筒状に重なるように形成されている。また、積層圧電素子１の端面には、各圧電層２の接続用電極Ｔを導通させる層間電極４が形成されている。
【００２１】
図２は積層圧電素子１の構造を示す分解斜視図である。前述したように、中空を有する芯材５を中心に、直径の異なる円筒状の圧電層２−１、２−２、２−３、２−４が順に内径部から外径部に同心円（円筒）状に重ねるように形成され、各圧電層２は電極層３を介して密着している。
【００２２】
図３は積層圧電素子１の構造を示す断面図である。同図（Ａ）は積層圧電素子１の中心軸に直交する水平な断面（Ｃ−Ｃ断面）を示す。同図（Ｂ）は積層圧電素子１の中心軸を通る垂直な断面（Ｄ−Ｄ断面）を示す。
【００２３】
各圧電層２（２−１、２−２、２−３、２−４）の外周面に形成された電極層３−１、３−２、３−３、３−４は、それぞれ４つの領域に分割されている。具体的に、圧電層２−１では、電極層３−１は、４つの電極層３−１−１、３−１−２、３−１−３、３−１−４の領域に等間隔に分割されている。同様に、圧電層２−２では、電極層３−２は、４つの電極層３−２−１、３−２−２、３−２−３、３−２−４の領域に等間隔に分割されている。圧電層２−３では、電極層３−３は、４つの電極層３−３−１、３−３−２、３−３−３、３−３−４の領域に等間隔に分割されている。圧電層２−４では、電極層３−４は、４つの電極層３−４−１、３−４−２、３−４−３、３−４−４の領域に等間隔に（中心角が等しくなるように）分割されている。
【００２４】
図４は積層圧電素子１の一端面を示す図である。各圧電層２の端面には、各電極層３が分割された４つの領域からそれぞれ延設され、一層当たり４つの接続用電極Ｔが露出している。４つの接続用電極Ｔは、層毎に９０°位置的位相（角度位置）をずらして配置されている。
【００２５】
また、積層圧電素子１の一端面には、各層の接続用電極Ｔを導通させる８つの層間電極４（４−１−１〜４−４−２）が形成されている。即ち、層間電極４−１−１は、グランド（ＧＮＤ）用電極として、接続用電極Ｔを介して電極層３−１−１、３−３−１間を導通させる。同様に、層間電極４−２−１、４−３−１、４−４−１は、それぞれＧＮＤ用電極として、接続用電極Ｔを介して電極層３−１−２、３−３−２間、電極層３−１−３、３−３−３間、電極層３−１−４、３−３−４間を導通させる。
【００２６】
また、層間電極４−１−２は、プラス（＋）用電極として、接続用電極Ｔを介して電極層３−２−１、３−４−１間を導通させる。同様に、層間電極４−２−２は、プラス（＋）用電極として、接続用電極Ｔを介して電極層３−２−２、３−４−２間を導通させる。
【００２７】
また、層間電極４−３−２は、マイナス（−）用電極として、接続用電極Ｔを介して電極層３−２−３、３−４−３間を導通させる。同様に、層間電極４−４−２は、マイナス（−）用電極として、接続用電極Ｔを介して電極層３−２−４、３−４−４間を導通させる。
【００２８】
（積層圧電素子の製造方法）
つぎに、積層圧電素子１の製造方法を示す。まず、主成分である圧電セラミックス粉末と有機ビヒクルを混合し、厚膜を形成可能な圧電材料ペーストを作る。この圧電材料ペーストを、円筒状の芯材５である圧電セラミックスの外周面にスクリーン印刷法などにより塗布する。そして、この塗布された圧電材料ペーストを乾燥させることで、圧電層２−１を形成する。
【００２９】
この後、銀または銀とパラジウムを主成分とする導電材料粉末と有機ビヒクルを混合し、導電材料ペーストを作る。この導電材料ペーストを、同様に、スクリーン印刷法などにより圧電層２−１の表面に塗布する。そして、この塗布された導電材料ペーストを乾燥させることで、電極層３−１および接続用電極Ｔを形成する。
【００３０】
同様の工程で、圧電層と電極層（接続用電極含む）とを交互に塗布・乾燥させて積層化することで、圧電層２−２、２−３、２−４、電極層３−２、３−３、３−４および接続用電極Ｔが形成される。
【００３１】
この後、２００℃から５００℃で有機ビヒクルを燃やし、１１００℃〜１２００℃の鉛雰囲気で焼成する。
【００３２】
焼成後、積層圧電素子１の両端面をわずかに研削加工し、最終的に所定の長さに仕上げ、端面を平坦にする。この結果、端面には、電極層３に導通する接続用電極Ｔが露出する。さらに、加熱により硬化する接着剤が含まれる銀導電材料を、スクリーン印刷により端面の８ヶ所の位置に塗布し、加熱することで、層間電極４を形成する。
【００３３】
本実施形態では、圧電層を形成する圧電材料ペーストを作る際、圧電材料粉末に、多少の添加物を加え、エチルセルロースのような有機バインダとテルピネオールのような有機溶剤を用いた有機ビヒクルを、三本ロールで混練して作った。
【００３４】
同様に、電極層を形成する導電材料ペーストを作る際、導電材料粉末に、多少の添加物を加え、エチルセルロースのような有機バインダとテルピネオールのような有機溶剤を用いた有機ビヒクルを、三本ロールで混練して作った。
【００３５】
ここで、添加物として、圧電材料ペーストには、焼結助剤や微量の金属酸化物などを添加し、また、導電材料ペーストには、圧電材料粉末や他の金属粉末などを少量添加し、主に焼結による収縮量の調整や電気特性の改善を行った。
【００３６】
図５はスクリーン印刷により圧電層および電極層を形成する原理を示す図である。支持部６に、芯材５となる圧電セラミックスを内径部で支えるように取り付ける。このとき、平面状のスクリーン７と芯材５の外周面との間に適当なすき間を設ける。そして、スクリーン７上に適当な面圧で当接されたスキージ８を水平方向に移動させる。このとき、スキージ８の移動位置と芯材５の回転を同期させておく。スキージ８で押し下げられ、撓みながら芯材５に接触したスクリーン７を通して、粘性のある圧電材料ペースト９は、芯材５の外周に塗布され、圧電層２が形成される。
【００３７】
さらに、電極層のパターンが形成された別のスクリーン１７を用い、同様の工程を行うことで、導電材料ペースト１９が圧電層２の外周面に塗布され、分割された電極層３が形成される。
【００３８】
本実施形態では、積層圧電素子１は、外径５ｍｍ、内径４ｍｍ、長さ約１０ｍｍの寸法を有する。芯材５は、焼成した圧電セラミックスからなり、外径４．８ｍｍ、内径４ｍｍ、長さ約６ｍｍ の寸法を有する。圧電層の厚さは２０μｍである。電極層の厚さは２〜３μｍである。圧電層および電極層はそれぞれ４層からなる。
【００３９】
本製造法では、厚さ２、３μｍから３０μmまでの圧電層（厚膜）を高精度に作ることができる。電極層も同じ厚さで作ることが可能であるが、あまり厚くする必要もなく、また厚いと材料コストも高くなるので、厚さ２〜３μｍから１０μｍで作られる。
【００４０】
芯材の材質には、圧電層と重ねて焼成しても異常な化学反応が起って異物が生成されることの少ない、健全な圧電特性を持つ圧電層が形成されるような材料が望ましい。この点から、化学反応が起ることの少ない、圧電層と主成分がほぼ同じである材料が好ましい。
【００４１】
また、芯材は、圧電層と主成分がほぼ同じであれば、焼成したセラミックスでもよいし、未焼成のセラミックスでもよい。芯材が焼成したセラミックスである場合、焼成時、積層化した圧電層および電極層の積層部だけが収縮し、寸法が大きく変化することもなく、期待した寸法の積層圧電素子を作ることができる。
【００４２】
しかし、芯材が焼成したセラミックスである場合、圧電層や電極層は焼成時に収縮するが、芯材は収縮しないので、芯材から圧電層や電極層が剥離し易い。
【００４３】
本実施形態では、芯材の外周に圧電層を形成することで、芯材表面における焼結セラミックスを構成する個々の結晶粒子と、圧電層を形成する個々の結晶粒子がほぼ同成分であるので、結合し易くなり、密着化が容易になる。
【００４４】
また、芯材の表面は滑らかな面よりも荒れた面である方が好ましく、圧電層との接触面積が広くなり、剥離が起き難くなる。従って、圧電層を形成する前に、芯材の表面を、ダイヤモンドを含む砥石などで機械的に荒らす前処理を行うことが望ましい。
【００４５】
一方、芯材が未焼成のセラミックスである場合、積層部と一緒に芯材も収縮し、寸法の変化も大きいが、積層部と芯材との結合が良好となり、積層部の剥離などの不良が起りにくい。なお、芯材は従来の製造法である粉末成形や押出成形で作ることが可能である。
【００４６】
圧電層や芯材となる圧電材料には、現在、鉛を含んだペロブスカイト型の結晶構造を有するチタン酸鉛とジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３） を主成分とし、この他に複数の金属元素からなる化合物を少量添加して固溶させた三成分系や多成分系の圧電セラミックスが主に使われている。なお、最近では、鉛を使用していない非鉛圧電材料も開発されてきている。これらの成分を有する圧電材料を用いて、圧電層を形成する場合、芯材もほぼ同成分であるので、化学反応は極力抑えられ、健全な圧電層および電極層が形成可能である。
【００４７】
さらに、他の製造方法として、芯材を用いて層を形成し、焼成前に芯材を抜き取り、積層部だけ焼成してもよい。この場合、芯材の材質は、圧電セラミックスでなく、高分子材料などでもよい。この製造方法は、小径の積層圧電素子を作る場合に適している。
【００４８】
（分極処理）
上記圧電層および電極層が形成された積層圧電素子に対し、層間電極を用い、圧電層を振動波モータに適した特定の分極方向に分極させる処理を行う。８本の層間電極４（図４参照）に金属ピン（図示せず）を押し当てることで、分極処理を行う。層間電極４−１−１、４−２−１、４−３−１、４−４−１をグランド（Ｇ）電極とし、層間電極４−１−２、４−２−２をプラス（＋）電極とし、層間電極４−３−２、４−４−２をマイナス（−）電極とする。プラス（＋）電極、マイナス（−）電極にそれぞれ電圧＋６０Ｖ、− ６０Ｖを印加し、温度１２０〜１４０℃のオイル中、約３０ 分〜６０分かけて、分極処理を行った。
【００４９】
図６は分極処理後における積層圧電素子の分極状態を示す図である。積層圧電素子１の中心軸を通る垂直な断面（Ｄ−Ｄ断面）には、分極方向が示されている。分極処理の結果、電気的なグランド（Ｇ）に対し、プラス（＋）の電圧が印加された電極層側、およびマイナス（−）の電圧が印加された電極層側にある圧電層の圧電活性領域Ｉ（図中、破線部分）は、それぞれ矢印Ｈで示す方向に分極される。
【００５０】
層間電極４−１−１（Ｇ）および層間電極４−１−２（＋）側をＡ＋相とし、このＡ＋相と１８０°の位置関係にあり、層間電極４−３−１（Ｇ）および層間電極４−３−２（−）側をＡ−相とし、さらに、Ａ＋相およびＡ−相をＡ相とする（図４参照）。
【００５１】
一方、層間電極４−２−１（Ｇ）および層間電極４−２−２（＋）側をＢ＋相とし、このＢ＋相と１８０°の位置関係にあり、層間電極４−４−１（Ｇ）および層間電極４−４−２（−）側をＢ−相とし、さらに、Ｂ＋相およびＢ−相をＢ相とする。
【００５２】
Ａ相、すなわち、層間電極４−１−１と層間電極４−１−２間、および層間電極４−３−１と層間電極４−３−２間に積層圧電素子1の固有振動数とほぼ一致した高周波電圧を印加すると、Ａ＋相、Ａ−相が軸方向に互い違いに伸縮し、矢印Ｅと矢印Ｆに示すような曲げ振動が交互に起きる。同様に、Ｂ相においても、層間電極４−２−１と層間電極４−２−２間、および層間電極４−４−１と層間電極４−４−２間に積層圧電素子１の固有振動数と略一致した高周波電圧を印加すると、A相と直交する方向に曲げ振動が起きる。
【００５３】
図７は積層圧電素子１が組み込まれた振動波モータを示す図である。この振動波モータでは、積層圧電素子１の端面１ａに位置する層間電極４にフレキシブル回路基板１１が貼り付けられている。このフレキシブル回路基板１１は、駆動回路（図示せず）に接続されている。ここで、共通のグランド（Ｇ）に対し、Ａ相には、駆動回路から振動体の固有振動数と略一致した高周波電圧が印加され、さらに、Ｂ相にはＡ相と９０°位相の異なる高周波電圧が印加される。これにより、２つの曲げ振動が振動体に発生し、振動体は、時間的位相差を有する２つの曲げ振動により、首振り運動を行う。
【００５４】
一方、積層圧電素子１の他端面１ｂには、加圧力１５を与えられた凸型のロータ１２が突起部で端面１ｂに接触しており、このロータ１２は、他端面１ｂを駆動部として摩擦により回転する。また、ロータ１２には、一体となるギヤ１３が設けられており、ロータ１２の回転動力は、ギヤ１３を介して取り出すことができる。
【００５５】
また、積層圧電素子１の端面１ｂに直接にロータ１２が加圧・接触すると、圧電層２に摩耗が起り易いので、本実施形態では、ロータ１２と端面１ｂの間に、耐摩耗性の良好な金属やセラミックスからなる摩擦板１４を設けることで、耐久性を高めている。
【００５６】
このように、本実施形態の積層圧電素子によれば、圧電層および電極層が交互に同心円（円筒）状に重ねられた（複数層）構造となっているので、低電圧で駆動可能な積層圧電素子自体で、２つの曲げ振動を起こすことができる。従って、振動波モータの振動体に用いた場合、従来の振動波モータと異なり、金属部材を使用しないで済むので、金属との締結や接着により振動波モータの性能を悪化させていた振動の減衰の原因を取り除くことができる。これにより、振動の減衰は非常に少なく、モータ性能の向上に繋がり、何よりも製造コストの低減が可能となる。このことは、今後、新たな小型・高出力化を狙った振動波モータを開発する際、非常に有益である。
【００５７】
また、本製造法によれば、圧電材料粉末から圧電材料ペーストを作り、そのまま直接、円筒または柱状の芯材の外周面に塗布することで圧電層が形成でき、さらに、導電材料ペーストも塗布することで積層化も簡単に行える。さらに、圧電材料ペーストの塗布による圧電層の厚さは、２、３μｍから３０μｍと薄く、高精度化が可能である。
【００５８】
また、従来の製造方法のように、大型の製造設備を必要とするシート化工程や積層化工程が不要となり、製造装置の小型化や省スペース化、製造工程の簡略化、時間の短縮化、ひいては低コスト化に繋がる。また、シートを作らないことや、圧電層を高精度に外周に形成できることから、外径の機械加工をかなり減らすことができ、材料の歩留まりを向上できる。
【００５９】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、特許請求の範囲で示した機能、または本実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても適用可能である。
【００６０】
例えば、上記実施形態では、積層圧電素子１の一方の端面１ａに層間電極４を設けたが、両端面１ａ、１ｂに分けて層間電極を設けてもよい。そして、その背部に金属やセラミックスからなる摩擦板１４を設けるようにしてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、電極層３−１、３−２、３−３、３−４はそれぞれ４つに分割されている（図４参照）。図８は他の実施形態における積層圧電素子の構造を示す断面図である。層間電極４−１−１、４−２−１、４−３−１、４−４−１は共通のグランド（Ｇ）になっているので、電極層３−１、３−３を分割する必要はなく、一層で一周した電極層であってもよい（同図（Ａ）参照）。このとき、層間電極４−１−１、４−２−１、４−３−１、４−４−１は、共通のグランド（Ｇ）として同電位になる。
【００６２】
また、原理的には、首振り運動が起きるように、積層圧電素子に２つもしくは本実施形態よりさらに多数の曲げ運動を起こさせてもよい。例えば、図４において、Ａ＋相とＢ＋相、Ａ＋相とＢ−相、Ａ−相とＢ＋相、あるいはＡ−相とＢ−相からなる２分割の電極層であってもよい。また、多数の曲げ振動を起こさせてもよく、その分、電極層の分割数を４分割からさらに増やすようにする。ただし、現実的には、電気回路部や製造工程の容易性などから、本実施形態のように、電極層を４分割にすることが低コストに繋がり、好ましい。
【００６３】
また、上記実施形態では、圧電層および電極層はそれぞれ４層であるが、圧電層が２層以上ある場合、圧電層が１層である場合よりも低電圧化が可能である。つまり、圧電層の数が多くなるほど低電圧化が可能となる。また、層間電極で繋ぐ必要はあるが芯材の内径部に電極層を設けても低電圧化が可能となる。
【００６４】
また、図８（Ｂ）に示すように、最外周の電極層３−４が存在せず、最外層の圧電層２−４が最外周の電極層３−３の外周に存在する場合、最外層の圧電層２−４を、圧電活性領域を有しない絶縁性の保護層として使うことができる。この場合、実際に分極された圧電活性領域を有する圧電層２−２、２−３の２層で低電圧化を図ることになる。このように、最外周層に保護層を設けることで、電極層が積層圧電素子の外周表面に露出せず、例えば何らかの物体が接触した際のショートや電流リークを防止できる。
【００６５】
また、図８（Ｃ）に示すように、圧電層２−１が存在せず、電極層３−１を直接、芯材５の外周に形成してもよい。この場合、圧電活性領域を有する圧電層２−２、２−３の２層で低電圧化が可能となる。ただし、前述したように、芯材５が焼結セラミックスである場合、両者間で剥離が起り易くなるので、この場合、未焼結のセラミックスを使用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施の形態における積層圧電素子１の外観を示す図である。
【図２】積層圧電素子１の構造を示す分解斜視図である。
【図３】積層圧電素子１の構造を示す断面図である。
【図４】積層圧電素子１の一端面を示す図である。
【図５】スクリーン印刷により圧電層および電極層を形成する原理を示す図である。
【図６】分極処理後における積層圧電素子の分極状態を示す図である。
【図７】積層圧電素子１が組み込まれた振動波モータを示す図である。
【図８】他の実施形態における積層圧電素子の構造を示す断面図である。
【図９】従来の柱状振動波モータの振動体に用いられる積層圧電素子を示す斜視図である。
【図１０】柱状振動波モータの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  積層圧電素子
２  圧電層
３  電極層
４  層間電極
５  芯材
Ｔ  接続用電極
【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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【図１０】
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