特許 6937214 超音波モーター用積層型圧電素子、および超音波モーター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6937214

(24)【登録日】2021年9月1日

(45)【発行日】2021年9月22日

(54)【発明の名称】超音波モーター用積層型圧電素子、および超音波モーター

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/16 20060101AFI20210909BHJP

   H01L 41/09 20060101ALI20210909BHJP

   H01L 41/257 20130101ALI20210909BHJP

   H01L 41/083 20060101ALI20210909BHJP

【ＦＩ】

   H02N2/16

   H01L41/09

   H01L41/257

   H01L41/083

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-197588(P2017-197588)

(22)【出願日】2017年10月11日

(65)【公開番号】特開2019-71743(P2019-71743A)

(43)【公開日】2019年5月9日

【審査請求日】2020年9月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】519315280

【氏名又は名称】ＮＪコンポーネント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】一色国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】大場 佳成

(72)【発明者】

【氏名】小林 亮介

(72)【発明者】

【氏名】三谷 明洋

(72)【発明者】

【氏名】八幡 信隆

【審査官】 若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１７９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−８５４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−２１３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１９７１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ ２／１６

Ｈ０１Ｌ ４１／０９

Ｈ０１Ｌ ４１／２５７

Ｈ０１Ｌ ４１／０８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下方に超音波モーターのステーターが接触した状態で配置される積層型圧電素子であって、
ｎを２以上の整数として、平板状の一つの圧電体からなる１層分の単層型圧電素子が、上下方向にｎ層分積層されてなり、
前記単層型圧電素子には、前記圧電体に、位相が互いに９０゜ずれたＡ相とＢ相のそれぞれの駆動信号が上下方向に印加されるＡ相領域とＢ相領域が、所定の外径と内径とを有する円環に沿って円弧状に配置され、
上下方向と直交する一方向を前後方向とし、上下方向と前後方向とに直交する方向を左右方向として、
前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域は、前記円環の表面を二等分する前後方向の直線に対して左右対称となるように、中心角θ１の領域に分割して配置され、
前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域には、前記円環に沿って所定の中心角θ２で区切られた扇状の複数の分極領域が配置され、
前記分極領域の分極極性は、前記前後方向の直線に対して左右対称であるとともに、前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域では、隣接する分極領域の分極極性が互いに逆方向であり、
各層の前記単層型圧電素子は、上方から見たときに、同じ位置に同じ分極極性の分極領域が配置され、
前記単層型圧電素子の表裏一方の面は、前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域が接地される接地面であり、他方の面は前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域に、それぞれ、Ａ相信号とＢ相信号が印加される駆動面であり、
最下層の前記単層型圧電素子を第１層とし、最上層の前記単層型圧電素子を第ｎ層としし、ｋを自然数として、
第２ｋ−１層の上面と第２ｋ層の下面は前記駆動面であり、第２ｋ層の上面と第２ｋ＋１層の下面は前記接地面であり、
上下方向で駆動面同士が対面する二つの単層型圧電素子の一方の駆動面、およびｎ＝２ｋであるときの第ｎ層の上面には、前記Ａ相領域を包含しつつ前記円環に沿う円弧状のＡ相信号電極と、前記Ｂ相領域を包含しつつ前記円環に沿う円弧状のＢ相信号電極とが形成され、
上下方向で接地面同士が対面する二つの単層型圧電素子の一方の接地面、およびｎ＝２ｋ＋１であるときの第ｎ層の上面には、前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域を隔てる前後一方の間隙を残して前記円環に沿って円弧状に連続するＣ字状の接地電極が形成され、
ｎ≧３である場合、上下方向で駆動面同士が対面する二つの単層型圧電素子の一方の駆動面、およびｎ＝２ｋ＋１であるときの第ｎ層の上面と第１層の下面のいずれかには、前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域とを隔てる前後他方の間隙に扇状の接地用端子電極が形成され、
第１層以外の各層には、接地面の前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域とを隔てる前後一方の間隙にＡ相端子電極とＢ相端子電極とが形成されているとともに、Ａ相端子電極とＢ相端子電極と駆動面の前記Ａ相端子電極と前記Ｂ相端子電極のそれぞれに対向する位置に形成された電極とを端面接続させるＡ相側面電極とＢ相側面電極とが形成され、
ｎ＝２ｋであるときの第ｎ層のＡ相信号電極とＢ相信号電極のそれぞれ、あるいはｎ＝２ｋ＋１であるときの第ｎ相のＡ相端子電極とＢ相端子電極のそれぞれと、第１層〜第ｎ−１層の駆動面のＡ相領域とＢ相領域のそれぞれに形成されている電極とが、Ａ相側面電極とＢ相側面電極とを介して接続され、
ｎ≧３である場合、駆動面に前記接地用端子電極が形成されている単層型圧電素子には、当該接地用端子電極と、接地面において前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域とを隔てる前後他方の間隙に形成されている電極とを端面接続させる接地用側面電極が形成されているとともに、各層の接地面において前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域とを隔てる前後他方の領域に形成されている電極とが接地用端子を介して接続されている、
ことを特徴とする超音波モーター用積層型圧電素子。

【請求項2】

請求項１に記載の積層型圧電素子において、
前記単層型圧電素子は、表裏一方の面が、前記複数の分極領域のそれぞれの表面に分極用信号電極が形成された分極パターン面であり、表裏他方の面が、Ａ相領域を包含しつつ前記円環に沿う円弧状のＡ相用の分極用接地電極と、前記Ｂ相領域を包含しつつ前記円環に沿う円弧状のＢ相用の分極用接地電極とが形成された分極接地面であり、
前記Ａ相の信号電極と前記Ｂ相の信号電極は、前記分極接地面に形成された前記Ａ相用の分極用接地電極と前記Ｂ相用の分極用接地電極であり、
前記接地電極は、前記分極駆動面に形成された前記分極用信号電極が導電体により前記Ｃ字状に接続されてなる、
ことを特徴とする超音波モーター用積層型圧電素子。

【請求項3】

請求項２に記載の積層型圧電素子において、ｎ≧３であり、上下方向で分極パターン面同士が対面する二つの単層型圧電素子は、前記分極用信号電極が薄膜で形成されているとともに、当該二つの単層型圧電素子の一方の分極パターン面の表層に薄膜による前記Ａ相信号電極と前記Ｂ相信号電極が形成されていることを特徴とする超音波モーター用積層型圧電素子。

【請求項4】

請求項１に記載の積層型圧電素子において、
ｎ≧３であり、
第１の単層型圧電素子と第２の単層型圧電素子とを備え、
前記第１の単層型圧電素子は、表裏一方の面が、前記複数の分極領域のそれぞれの表面に分極用信号電極が形成された分極パターン面で、表裏他方の面が、Ａ相領域を包含しつつ前記円環に沿う円弧状のＡ相用の分極用接地電極と、前記Ｂ相領域を包含しつつ前記円環に沿う円弧状のＢ相用の分極用接地電極とが形成された分極接地面であり、
第２の単層型圧電素子は、表裏一方の面が、前記複数の分極領域のそれぞれの表面に分極用信号電極が形成された分極パターン面で、表裏他方の面が、前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域を隔てる前後一方の間隙を残して前記円環に沿って円弧状に連続するＣ字状の分極用接地電極が形成された分極接地面であり、
第１層は、前記第１の単層型圧電素子であり、
ｋ≧２である場合、第２ｋ−１層は、前記第２の単層型圧電素子であり、第２ｋ層は、前記第１の単層型圧電素子であり、
第ｎ層の上面である最上面が前記接地面である場合、当該最上面の当該前記分極用信号電極が導電体で接続されて前記Ｃ字状の接地電極に形成され、
前記最上面が前記駆動面である場合、当該最上面の所定の前記分極用信号電極が導電体で接続されて、前記Ａ相信号電極と前記Ｂ相信号電極に形成されている、
ことを特徴とする超音波モーター用積層型圧電素子。

【請求項5】

請求項２〜４のいずれかに記載の積層型圧電素子において、前記側面電極は、銀ペーストを焼き付けてなる焼き付け銀であることを特徴とする超音波モーター用積層型圧電素子。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれかに記載の積層型圧電素子において、
層間にフレキシブル配線基板が配置され、
二つの前記単層型圧電素子同士が前記駆動面で対面している層間では、前記フレキシブル配線基板の表裏両面に、前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域のそれぞれに対面するように二つの円弧状の配線パターンが形成されているとともに、それぞれの円弧状の配線パターンが層間の外方に導出され、
二つの前記単層型圧電素子同士が前記接地面で対面している層間では、前記フレキシブル配線基板の表裏両面に、前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域を隔てる後方の間隙が開放するＣ字状の配線パターンが形成されているとともに、当該配線パターンの一部が層間の外方に導出され、
前記フレキシブル配線基板の表面と裏面に形成されている、二つの前記円弧状の配線パターン同士、および前記Ｃ字状の配線パターンが配線部材により接続されている、
ことを特徴とする超音波モーター用積層型圧電素子。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれかに記載の積層型圧電素子の下面にステーターが接着されてなることを特徴とする超音波モーター。

【請求項8】

請求項７に記載の超音波モーターにおいて、前記積層型圧電素子と前記ステーターとが導電性を有するフィラーが添加された接着剤によって接着されていることを特徴とする超音波モーター。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波モーター用積層型圧電素子、および超音波モーターに関する。

【背景技術】

【0002】

周知のごとく、進行波形超音波モーター（以下、超音波モーター）は、円板状、あるいは円環状の圧電素子に貼着された金属製の弾性体からなるステーターに円周方向の進行波を発生させ、その進行波を、摩擦力を介してローターに伝達することでローターを回転させている。そして、電磁石を用いたモーターと比べ、低速で高トルク、高速応答性、停止時におけるトルクの保持、静粛性、磁気ノイズが発生しない、などの特徴を有している。なお、超音波モーターの基本的な構造や原理については以下の非特許文献１や２に記載されている。

【0003】

ところで、超音波モーターを構成する圧電素子は、普通、１枚（以下、１層とも言う）の円板状、あるいは円環状の圧電体の表裏両面に電極が形成された構造を有している。しかし、１層の圧電体からなる圧電素子（以下、単層型圧電素子とも言う）を用いた超音波モーターでは、機械的振幅が小さく、大きな振幅を得るために高い電圧で駆動する必要がある。そこで、１層分の単層型圧電素子を複数層分積層させた積層型圧電素子を用いることで低電圧での駆動を可能にした超音波モーターが提案されている。そして、以下の特許文献１には、その積層型圧電素子を用いた超音波モーターに相当する振動波モーターについて記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−１７９０８号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】新和商事株式会社、”超音波モーターカタログ”、[online]、[平成２９年９月２１日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.shinwa-syoji.com/others/img/motor.pdf＞

【非特許文献2】公益社団法人日本セラミックス協会、”セラミックスアーカイブズ「超音波モーター」”、[online]、[平成２９年９月２１日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.ceramic.or.jp/museum/contents/pdf/2007_6_02.pdf＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したように、積層型圧電素子を用いた超音波モーターは、低電圧での駆動が可能となる。ところで、積層型圧電素子の各層を構成する単層型圧電素子は、表裏の一方の面に進行波を発生するための駆動信号が印加される信号電極が形成され、他方の面に接地電極が形成されている。ここで、単層型圧電素子の法線方向を上下方向とすると、１層分の圧電体を上下方向に複数層分積層させてなる積層型圧電素子では、複数の単層型圧電素子のそれぞれに形成されている信号電極同士、および接地電極同士を上下方向で接続することになる。積層型圧電素子の内層側にある電極については、外部回路に直接接続することができないことから、積層圧電素子の表層まで何らかの配線を形成する必要がある。従来の積層型圧電素子では、各単層型圧電素子の接地電極や信号電極が、圧電体の表面の周縁まで形成されているとともに、平板状の圧電体の端面に金属ペースト（銀ペーストなど）が塗布されている。例えば、特許文献１に記載の振動波モーターでは、積層型圧電素子に相当する電気機械変換素子積層体は、単層型圧電素子に相当する単層電気機械変換素子が三層分積層されてなる。各単層電気機械変換素子は、表裏一方の面に、接地電極に相当する円環状の共通電極パターンが形成され、他方の面には信号電極に相当する扇状の駆動信号印加電極パターンが円環に沿って複数形成されている。そして、電気機械変換素子積層体は、下面にステーターが接触し、その下面には共通電極パターンが形成され、上面に向かって、順次駆動信号印加電極パターン、共通電極パターン、駆動信号印加電極パターンが配置されることになる。そして、各単層電気機械変換素子のそれぞれに形成されている同種の電極パターン同士が端面に塗布された金属ペーストを介して上下方向で接続されている。

【0007】

しかし、特許文献１に記載の振動波モーターでは、粘性を有する金属ペーストが互いに積層されている単層電気機械変換素子の層間を跨ぐように塗布されている。そのため、例えば、積層方向で駆動信号印加電極パターン同士を接続する金属ペーストが単層電気機械変換素子の層間に入り込んだ際、共通電極パターンに位置ずれがあると、その金属ペーストが共通電極パターンと接触し、駆動信号印加電極パターンと共通電極パターンが短絡する可能性がある。また、共通電極パターンに位置ずれがなくても、金属ペーストが層間に深く入り込めば、やはり短絡が発生する可能性がある。駆動信号印加電極パターンと共通電極パターンが短絡していなくても、金属ペーストが層間に入り込めば、電気機械変換素子積層体を大きな振幅で振動させるために高い電圧を印加した際、駆動信号印加電極パターンと共通電極パターンの一方に接続された金属ペーストと、他方の電極パターンとの間で放電を起こす可能性がある。放電が発生すれば、その放電時の熱で、層間の接着剤や電極パターンが溶けるなどして、電気機械変換素子積層体が破損する可能性がある。

【0008】

そこで本発明は、信号電極と接地電極との短絡や放電が発生し難い積層型圧電素子と、その積層型圧電素子を用いた超音波モーターとを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するための本発明の一態様は、下方に超音波モーターのステーターが接触した状態で配置される積層型圧電素子であって、
ｎを２以上の整数として、平板状の一つの圧電体からなる１層分の単層型圧電素子が、上下方向にｎ層分積層されてなり、
前記単層型圧電素子には、前記圧電体に、位相が互いに９０゜ずれたＡ相とＢ相のそれぞれの駆動信号が上下方向に印加されるＡ相領域とＢ相領域が、所定の外径と内径とを有する円環に沿って円弧状に配置され、
上下方向と直交する一方向を前後方向とし、上下方向と前後方向とに直交する方向を左右方向として、
前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域は、前記円環の表面を二等分する前後方向の直線に対して左右対称となるように、中心角θ１の領域に分割して配置され、
前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域には、前記円環に沿って所定の中心角θ２で区切られた扇状の複数の分極領域が配置され、
前記分極領域の分極極性は、前記前後方向の直線に対して左右対称であるとともに、前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域では、隣接する分極領域の分極極性が互いに逆方向であり、
各層の前記単層型圧電素子は、上方から見たときに、同じ位置に同じ分極極性の分極領域が配置され、
前記単層型圧電素子の表裏一方の面は、前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域が接地される接地面であり、他方の面は前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域に、それぞれ、Ａ相信号とＢ相信号が印加される駆動面であり、
最下層の前記単層型圧電素子を第１層とし、最上層の前記単層型圧電素子を第ｎ層としし、ｋを自然数として、
第２ｋ−１層の上面と第２ｋ層の下面は前記駆動面であり、第２ｋ層の上面と第２ｋ＋１層の下面は前記接地面であり、
上下方向で駆動面同士が対面する二つの単層型圧電素子の一方の駆動面、およびｎ＝２ｋであるときの第ｎ層の上面には、前記Ａ相領域を包含しつつ前記円環に沿う円弧状のＡ相信号電極と、前記Ｂ相領域を包含しつつ前記円環に沿う円弧状のＢ相信号電極とが形成され、
上下方向で接地面同士が対面する二つの単層型圧電素子の一方の接地面、およびｎ＝２ｋ＋１であるときの第ｎ層の上面には、前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域を隔てる前後一方の間隙を残して前記円環に沿って円弧状に連続するＣ字状の接地電極が形成され、
ｎ≧３である場合、上下方向で駆動面同士が対面する二つの単層型圧電素子の一方の駆動面、およびｎ＝２ｋ＋１であるときの第ｎ層の上面と第１層の下面のいずれかには、前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域とを隔てる前後他方の間隙に扇状の接地用端子電極が形成され、
第１層以外の各層には、接地面の前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域とを隔てる前後一方の間隙にＡ相端子電極とＢ相端子電極とが形成されているとともに、Ａ相端子電極とＢ相端子電極と駆動面の前記Ａ相端子電極と前記Ｂ相端子電極のそれぞれに対向する位置に形成された電極とを端面接続させるＡ相側面電極とＢ相側面電極とが形成され、
ｎ＝２ｋであるときの第ｎ層のＡ相信号電極とＢ相信号電極のそれぞれ、あるいはｎ＝２ｋ＋１であるときの第ｎ相のＡ相端子電極とＢ相端子電極のそれぞれと、第１層〜第ｎ−１層の駆動面のＡ相領域とＢ相領域のそれぞれに形成されている電極とが、Ａ相側面電極とＢ相側面電極とを介して接続され、
ｎ≧３である場合、駆動面に前記接地用端子電極が形成されている単層型圧電素子には、当該接地用端子電極と、接地面において前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域とを隔てる前後他方の間隙に形成されている電極とを端面接続させる接地用側面電極が形成されているとともに、各層の接地面において前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域とを隔てる前後他方の領域に形成されている電極とが接地用端子を介して接続されている、
ことを特徴とする超音波モーター用積層型圧電素子としている。

【0010】

また、表裏一方の面が、前記複数の分極領域のそれぞれの表面に分極用信号電極が形成された分極パターン面であり、表裏他方の面が、Ａ相領域を包含しつつ前記円環に沿う円弧状のＡ相用の分極用接地電極と、前記Ｂ相領域を包含しつつ前記円環に沿う円弧状のＢ相用の分極用接地電極とが形成された分極接地面であり、
前記Ａ相の信号電極と前記Ｂ相の信号電極は、前記分極接地面に形成された前記Ａ相用の分極用接地電極と前記Ｂ相用の分極用接地電極であり、
前記接地電極は、前記分極駆動面に形成された前記分極用信号電極が導電体により前記Ｃ字状に接続されてなる、
超音波モーター用積層型圧電素子としてもよい。

【0011】

さらに、ｎ≧３であり、上下方向で分極パターン面同士が対面する二つの単層型圧電素子は、前記分極用信号電極が薄膜で形成されているとともに、当該二つの単層型圧電素子の一方の分極パターン面の表層に薄膜による前記Ａ相信号電極と前記Ｂ相信号電極が形成されている超音波モーター用積層型圧電素子とすることもできる。

【0012】

あるいは、ｎ≧３であり、
第１の単層型圧電素子と第２の単層型圧電素子とを備え、
前記第１の単層型圧電素子は、表裏一方の面が、前記複数の分極領域のそれぞれの表面に分極用信号電極が形成された分極パターン面で、表裏他方の面が、Ａ相領域を包含しつつ前記円環に沿う円弧状のＡ相用の分極用接地電極と、前記Ｂ相領域を包含しつつ前記円環に沿う円弧状のＢ相用の分極用接地電極とが形成された分極接地面であり、
第２の単層型圧電素子は、表裏一方の面が、前記複数の分極領域のそれぞれの表面に分極用信号電極が形成された分極パターン面で、表裏他方の面が、前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域を隔てる前後一方の間隙を残して前記円環に沿って円弧状に連続するＣ字状の分極用接地電極が形成された分極接地面であり、
第１層は、前記第１の単層型圧電素子であり、
ｋ≧２である場合、第２ｋ−１層は、前記第２の単層型圧電素子であり、第２ｋ層は、前記第１の単層型圧電素子であり、
第ｎ層の上面である最上面が前記接地面である場合、当該最上面の当該前記分極用信号電極が導電体で接続されて前記Ｃ字状の接地電極に形成され、
前記最上面が前記駆動面である場合、当該最上面の所定の前記分極用信号電極が導電体で接続されて、前記Ａ相信号電極と前記Ｂ相信号電極に形成されている、
超音波モーター用積層型圧電素子とすることもできる。

【0013】

なお、分極用信号電極と分極用接地電極を備えた積層型圧電素子は、前記側面電極が銀ペーストを焼き付けてなる焼き付け銀であればより好ましい。

【0014】

上記いずれかに記載の積層型圧電素子において、
層間にフレキシブル配線基板が配置され、
二つの前記単層型圧電素子同士が前記駆動面で対面している層間では、前記フレキシブル配線基板の表裏両面に、前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域のそれぞれに対面するように二つの円弧状の配線パターンが形成されているとともに、それぞれの円弧状の配線パターンが層間の外方に導出され、
二つの前記単層型圧電素子同士が前記接地面で対面している層間では、前記フレキシブル配線基板の表裏両面に、前記Ａ相領域と前記Ｂ相領域を隔てる後方の間隙が開放するＣ字状の配線パターンが形成されているとともに、当該配線パターンの一部が層間の外方に導出され、
前記フレキシブル配線基板の表面と裏面に形成されている、二つの前記円弧状の配線パターン同士、および前記Ｃ字状の配線パターンが配線部材により接続されている、
超音波モーター用積層型圧電素子とすることもできる。

【0015】

本発明の範囲には、上記いずれかに記載の積層型圧電素子の下面にステーターが接着されてなる超音波モーターも含まれている。そして、前記超音波モーターにおいて、前記積層型圧電素子と前記ステーターとが導電性を有するフィラーが添加された接着剤によって接着されていればより好ましい。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、信号電極と接地電極との短絡や放電が発生し難い超音波モーター用積層型圧電素子と、その積層型圧電素子を用いた超音波モーターとが提供される。なお、その他の効果については、以下の記載で明らかにする。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施例に係る超音波モーター用積層型圧電素子の分極領域の配置を説明するための図である。

【図2】上記分極領域を形成するために用いる電極の構造を示す図である

【図3】本発明の第１の実施例に係る積層型圧電素子の外観を示す図である。

【図4】上記第１の実施例に係る積層型圧電素子の電極構造を示す図である。

【図5】本発明の第２の実施例に係る積層型圧電素子の電極構造を示す図である。

【図6】本発明の第２の実施例に係る積層型圧電素子の変形例における電極構造を示す図である。

【図7】本発明の第２の実施例に係る積層型圧電素子のその他の変形例における電極構造を示す図である。

【図8】本発明のその他の実施例に係る積層型圧電素子の電極構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一又は類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。図面によっては説明に際して不要な符号を省略することもある。

【0019】

＝＝＝単層型圧電素子の分極状態＝＝＝
＜分極領域＞
本発明の実施例に係る積層型圧電素子は、複数の平板状の単層型圧電素子が積層されてなる。単層型圧電素子では、平板状の圧電体に扇状の複数の分極領域が円環状に配置されている。積層型圧電素子における単層型圧電素子の積層方向を上下方向とすると、上下一方から見ると、一つの積層型圧電素子を構成する全ての単層型圧電素子が同じ分極状態となっている。図１に、単層型圧電素子１０の分極状態の一例を示した。単層型圧電素子１０は、所定のサイズ（例えば、外形６２ｍｍ、内径４２ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）の円環状の圧電体１１からなり、その圧電体１１に互いに位相が９０゜ずれたＡ相の駆動信号とＢ相の駆動信号が、中心角θ１の円弧状のＡ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂとに印加される。Ａ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂは、円環を二等分する直線１００、すなわち、円環の直径を含む所定の直線１００に対して線対称となるように配置されている。Ａ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂには、それぞれ中心角がθ２の扇状の分極領域１３が複数形成されている。図中では、各分極領域１３が網点のパターンによって示されている。なお、以下では、上記所定の直線１００の延長方向を前後方向とし、平板状の圧電体１１の法線方向(図中、紙面奥行き方向)を上下方向とする。そして、上下方向と前後方向とに直交する方向を左右方向とする。したがって、圧電体１１の表裏の面は、前後方向と左右方向とを含む平面となる。

【0020】

図１に示した単層型圧電素子１０は、Ａ相とＢ相の各領域（１２ａ、１２ｂ）のそれぞれが１０箇所の分極領域１３に区分されている。ここで、平板状の圧電体１１の表裏両面に対する法線方向を上下方向とすると、各分極領域１３は、上下方向に分極している。また、Ａ相とＢ相の各領域（１２ａ、１２ｂ）では、隣接する分極領域（１３、１３）の分極極性の方向が逆方向となっている。なお、図１では、上下一方から上下他方に向かう分極方向の極性を「＋」、その逆方向を「−」としている。さらに、例えば、Ａ相領域１２ａに属するとともに分極極性が＋となる分極領域１３であれば、この領域を「Ａ＋」と標記している。すなわち単層型圧電素子１０には、「Ａ＋」「Ａ−」「Ｂ＋」「Ｂ−」の４種類の分極領域１３が存在することになる。なお、図１に示した単層型圧電素子１０のＡ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂは、前後方向に対して線対称であるものの、左右方向に対しては線対称ではなく、円環上に配置されたＡ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂとを隔てる間隙（１０１、１０２）の中心角の大きさに差がある。

【0021】

図１に示した分極状態を得るためには、圧電体１１の各分極領域１３に上下方向の電界を印加すればよい。なお、分極処理の手順は、従来の積層型圧電素子における単層型圧電素子と同様である。しかし、本発明の実施例に係る積層型圧電素子では、単層型圧電素子１０に分極領域を形成する際に使用される電極の構造と、積層型圧電素子においてＡ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂのそれぞれにＡ相の駆動信号（以下、Ａ相信号とも言う）とＢ相の駆動信号（以下、Ｂ相信号とも言う）を印加するための電極の構造とが従来の積層型圧電素子とは異なっている。以下では、まず、図１に示した分極状態を得るために形成した電極の構造について説明し、その上で、積層型圧電素子を駆動するための各種電極の形状や、電極間の接続構造などについて説明する。

【0022】

＜分極処理用の電極＞
図２は、単層型圧電素子１０に形成されている分極領域１３を形成するための分極処理に際して使用される電極の構造の一例を示す図である。図２（Ａ）と図２（Ｂ）は、それぞれ、分極処理時に単層型圧電素子１０の表裏一方の面と表裏他方の面とに形成される電極（１４〜１６）の構造の一例を示す図である。なお、図２（Ａ）と図２（Ｂ）では、単層型圧電素子１０に形成されている電極（１４〜１６）を用途ごとに異なるハッチングで示した。

【0023】

図２（Ａ）に示したように、圧電体１１の表裏一方の面１１１において、前後方向の直線１００に対して左右対称に配置された中心角θ１の円弧状のＡ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂのそれぞれには、中心角θ２の電極(以下、分極用信号電極１４とも言う)が１０個ずつ形成されている。また、Ａ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂとを隔てる間隙（１０１、１０２）には、中心角θ３の扇状の電極(以下、端子電極１５とも言う)も形成されている。

【0024】

Ａ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂは、左右対称であるものの、前後対称ではなく、円環上に配置されたＡ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂとを隔てる間隙（１０１、１０２）の幅に差があり、図示した例では、前後一方の間隙１０１は、中心角θ３の端子電極１５が一つだけ配置され、前後他方の間隙１０２には、端子電極１５が三つ配置されている。ここで、単層型圧電素子１０において、分極処理時に分極用信号電極１４が形成される面を分極パターン面１１１と称することとする。そして、以下では、図中に示したように、圧電体１１の分極パターン面１１１におけるＡ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂとを隔てる間隙（１０１、１０２）について、幅が狭い方を前方として前後方向を規定することとし、左と右の各方向については、図中に示したように後方から前方を見たときの状態で規定することとする。

【0025】

図２（Ｂ）に示したように、圧電体１１の表裏他方の面１１２には、Ａ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂのそれぞれを包含しつつ、前後方向に対して左右対称に形成された二つの円弧状の電極（以下、分極用接地電極１６とも言う）が形成されている。すなわち、上下方向から見ると、分極パターン面１１１の後方の間隙１０２に配置された三つの端子電極１５のうち、左右の二つの端子電極１５が、分極用接地電極１６の後端側の領域と重複している。なお、以下では、分極用接地電極１６が形成された面を分極接地面１１２と称することとする。

【0026】

このように、単層型圧電素子１０には、分極処理の実行時点では、分極用信号電極１４、分極用接地電極１６、および端子電極１５の３種類の電極が形成されていることになる。そして、分極処理に際しては、分極用信号電極１４と分極用接地電極１６とを用いる。分極処理は、例えば、図２に示した電極構造を有する圧電体１１をシリコンオイルに浸漬しつつ、分極用接地電極１６を接地するとともに、分極用接地電極１６と個々の分極用信号電極１４との間に各分極領域１３の分極極性に応じた方向の強電界を印加することで行われる。

【0027】

＝＝＝第１の実施例＝＝＝
本発明の第１の実施例として、２層分の単層型圧電素子を上下方向に積層させてなる積層型圧電素子を挙げる。そして、以下では、積層型圧電素子を用いて超音波モーターを形成する際、ステーターに接触させる側の面を下面として、上方と下方を規定することとする。

【0028】

＜積層型圧電素子の概略＞
第１の実施例に係る積層型圧電素子では、分極処理に際して用いた電極と、進行波を発生させるために駆動信号を印加する電極とが異なる構造を有している。図３は、第１の実施例に係る積層型圧電素子１ａを上後方から見たときの斜視図である。積層型圧電素子１ａは、上下方向に二つの単層型圧電素子（１０ｕ、１０ｄ）が積層されてなる。上述したように、この積層型圧電素子１ａの下面にステーターを接触させることになる。周知のごとく、金属製のステーターは、それ自体が接地される。それによって、ステーターと接する積層型圧電素子１ａの下面も接地されることになる。

【0029】

積層型圧電素子１ａの上面には、円環の一部が開放するＣ字状の電極(以下、接地電極２１とも言う)が形成されている。この接地電極２１は、図２に示した分極用信号電極１４や分極用接地電極１６とは異なる形状を有する。そして、接地電極２１は、図１に示したＡ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂの双方を包含する領域に形成されている。また、Ｃ字状の接地電極２１によって円環が開放する領域には分極処理時に用いた三つの端子電極１５が残存している。接地電極２１は、外部配線を介してステーターに接続されるなどして接地され、所定の端子電極２２には、印刷配線基板（ＦＰＣ）などの外部からの配線が接続されて、当該配線を介して外部回路から駆動信号が供給される。また、上側圧電素子１０ｕの端面において、外部からの配線が接続される所定の端子電極２２に対応する位置には、圧電体１１の表裏に跨がる側面電極２３が形成されている。

【0030】

＜積層型圧電素子の電極構造＞
第１の実施例に係る積層型圧電素子は、側面電極(図３、符号２３)を有しながら、個々の単層型圧電素子に形成されている電極の形状や配置、一つの単層型圧電素子における表裏間での電極の接続構造、および複数の単層型圧電素子同士の層間での電極の接続構造などに特徴を有している。そして、その特徴により、短絡や放電を確実に防止できるものとなっている。

【0031】

図４は、第１の実施例に係る積層型圧電素子１ａの電極構造を示す図である。図４では、電極のみが示されており、積層型圧電素子１ａを上後方から見たときの各単層型圧電素子（１０ａ、１０ｂ）の上面と下面のそれぞれに形成されている電極の形状と配置が示されている。すなわち、単層型圧電素子（１０ａ、１０ｂ）の下面の電極については、上方に透過させた状態で示している。

【0032】

第１の実施例に係る積層型圧電素子１ａにおいて、上方と下方の単層型圧電素子（１０ａ、１０ｂ)が対面する層間では、分極処理時に形成される電極の形状が、互いに前後と左右の各方向を含む面に対して面対称となる関係になっている。そして、上方の単層型圧電素子（以下、上側圧電素子１０ｕとも言う）の上面２１１は、分極処理時においては分極パターン面１１１となっていた。すなわち、分極処理時には、上側圧電素子１０ｕの下面２１２は分極接地面１１２となっていた。

【0033】

しかし、先に図３に示したように、上側圧電素子１０ｕの上面２１１にはＣ字状の接地電極２１が形成されている。第１の実施例に係る積層型圧電素子１ａでは、上側圧電素子１０ｕの上面２１１に導電性ペースト（例えば、ドータイト（登録商標：藤倉化成株式会社））などを塗布し、分極用信号電極同士（１４、１４）が接続されて、Ａ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂを一括して包含するＣ字状の接地電極２１が形成されている。すなわち、分極処理時には、中心角θ２の分極用信号電極１４が形成されていた分極パターン面１１１に接地電極２１が形成されている。

【0034】

上側圧電素子１０ｕの下面２１２には、分極処理時に接地していた二つの円弧状の分極用接地電極１６が形成されている。積層型圧電素子１ａでは、この二つの分極用接地電極１６を、Ａ相信号が印加される電極（以下、Ａ相信号電極２４ａとも言う）とＢ相信号が印加される電極（以下、Ｂ相信号電極２４ｂとも言う）として使用している。また、上面２１１の後方に形成されている三つの端子電極１５のうち、Ａ相領域１２ａに隣接する左側の端子電極(以下、Ａ相端子電極２２ａとも言う)とＢ相領域に隣接する右側の端子電極（以下、Ｂ相端子電極と２２ｂも言う）が、それぞれ、側面電極２３を介して下面２１２のＡ相端子電極２２ａとＢ相端子電極２２ｂとに接続されている。なお、以下では、必要に応じ、Ａ相端子電極２２ａに接続される側面電極２３をＡ相側面電極２３ａと称し、Ｂ相側面電極２３ｂと称することとする。

【0035】

下側圧電素子１０ｄは、上面２１３が分極接地面１１２であり、下面２１４が分極パターン面１１１である。また、下側圧電素子１０ｄの上面２１３と下面２１４には、分極処理で用いた電極（１６、１４）がそのまま残存している。そして、以上の電極構造を有する積層型圧電素子１ａでは、上側圧電素子１０ｕのＡ相信号電極２４ａとＢ相信号電極２４ｂが、それぞれ、Ａ相側面電極２３ａとＢ相側面電極２３ｂを介してＡ相端子電極２２ａとＢ相端子電極２２ｂとに接続されている。

【0036】

さらに、上側圧電素子１０ｕの下面２１２と下側圧電素子１０ｄの上面２１３が、例えば、エポキシ系接着剤などによって接着されている。そのため、下側圧電素子１０ｄの上面２１３に形成されている左方と右方の分極用接地電極１６は、それぞれ、上側圧電素子１０ｕの下面２１２に形成されている円弧状のＡ相信号電極２４ａとＢ相信号電極２４ｂに接触する。それによって、下側圧電素子１０ｄの上面２１３に形成されている左方と右方の分極用接地電極１６が、それぞれ、Ａ相信号電極２４ａとＢ相信号電極２４ｂとなる。また、下側圧電素子１０ｄの下面２１４に形成されている扇状の分極用信号電極１４は、下側圧電素子１０ｄの下面２１４に接触するステーターを介して接地される。

【0037】

なお、図４に示した積層型圧電素子１ａでは、上側圧電素子１０ｕと下側圧電素子１０ｄの上面（２１１、２１３）と下面（２１２、２１４）における前方の端子電極同士（２２ｇ、２２ｇ）が側面電極２３ｇによって接続されている。この側面電極２３ｇは、上側圧電素子１０ｕの上面２１１の接地電極２１と、下側圧電素子１０ｄの下面２１４の分極用信号電極１４を確実に接地させるための電極であり、下側圧電素子１０ｄの下面２１４がステーターに接触して前方の端子電極（以下、接地端子電極２２ｇとも言う）が接地されることで、上側圧電素子１０ｕと下側圧電素子１０ｄのそれぞれにおける前方の側面電極(以下、接地側面電極２３ｇとも言う）を介して上側圧電素子１０ｕの上面２１１から下側圧電素子１０ｄの下面２１４までの接地経路が形成される。

【0038】

以上の電極構造を有する第１の実施例に係る積層型圧電素子１ａでは、側面電極２３が上側圧電素子１０ｕと下側圧電素子１０ｄの層間を跨ぐことがない。そのため、側面電極２３を金属ペーストで形成したとしても、層間に入り込む可能性が少なく、短絡や放電が発生し難くなる。さらに、側面電極２３は、上側圧電素子１０ｕにのみ形成すればよいことから、金属ペーストのような流動性がない焼き付け銀で形成することができる。側面電極２３を焼き付け銀で形成すれば、確実に短絡や放電を防止することができる。また、焼き付け銀は、金属ペーストよりも低抵抗であることから、側面電極２３を焼き付け銀で形成すれば、信号電極を介して印加される駆動信号の電圧降下を低減させることができ、積層型圧電素子１ａをより低電圧で駆動することが可能となる。

【0039】

なお、圧電体１１の分極領域１３は、熱によって分極状態が崩れてしまうことから、焼き付け銀による側面電極２３は、分極処理よりも前に形成しておく必要がある。そして、従来の積層型圧電素子では、層間を跨ぐように側面電極が形成されていることから、必然的に分極処理後に側面電極を形成する必要があった。すなわち従来の積層型圧電素子では、側面電極を焼き付け銀で形成することができなかった。一方、第１の実施例に係る積層型圧電素子１ａでは、側面電極２３が層間を跨がない構造であり、焼き付け銀からなる側面電極２３を、分極用信号電極１４や分極用接地電極１６と同時に形成することができる。また、側面電極２３を、分極用信号電極１４や分極用接地電極１６と同時に形成すれば、金属ペーストを塗布して側面電極を形成する工程が不要になるため、積層型圧電素子１ａの製造コストを低減させることができる。

【0040】

＝＝＝第２の実施例＝＝＝
上記第１の実施例に係る積層型圧電素子１ａは、二つの単層型圧電素子（１０ａ、１０ｂ）を積層した２層型であった。そして、第１の実施例に係る積層型圧電素子１ａは、層間を跨がない側面電極２３を用いながら、層間に形成されているＡ相とＢ相の信号電極（２２ａ、２２ｂ）に駆動信号を印加することができる基本構造を備えていた。そして、この基本構造は、３層以上の積層型圧電素子にも適用することができる。そこで、第２の実施例として、３層型の積層型圧電素子を挙げる。

【0041】

図５は、第２の実施例に係る積層型圧電素子１ｂを上後方から見たときの電極構造を示している。なお、図５では、図４と同様に、各単層型圧電素子（１０ｕ、１０ｍ、１０ｄ）の圧電体を省略し、各単層型圧電素子（１０ｕ、１０ｍ、１０ｄ）の下面（２１２、２１６、２１４）の電極を上方へ透過させた状態で示している。なお、以下では、積層型圧電素子１ｂを構成する３層分の単層型圧電素子（１０ｕ、１０ｍ、１０ｄ）について、最下層の単層型圧電素子１０ｄを第１層１０ｄと言うこともある。そして、第１層１０ｄから順次上方に向かって、第２層１０ｍ、第３層１０ｕと言うこともある。また、各層（１０ｕ、１０ｍ、１０ｄ）の表裏の面について、電極の形状を問わず、Ａ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂの表面が接地される面を接地面２００ｇと称し、Ａ相領域１２ａおよびＢ相領域１２ｂの表面にＡ相およびＢ相の駆動信号が印加される面を駆動面２００ｓと称することとする。

【0042】

第２の実施例に係る積層型圧電素子１ｂにおいても、最下層の第１層１０ｄの下面２１４にステーターが配置される。また、図５に示したように、第２の実施例に係る積層型圧電素子１ｂは、第１層１０ｄの下面２１４の接地面２００ｇから第３層１０ｕの上面２１１の駆動面２００ｓまで、上方に向かって、各層の層間（１０ｄ−１０ｍ、１０ｍ−１０ｕ）で互いに対面する面が駆動面２００ｓ、接地面２００ｇの順となっている。そして、第２の実施例に係る積層型圧電素子１ｂは、第１層１０ｄと第２層１０ｍの電極の形成状態が、第１の実施例に係る積層型圧電素子１ａと同様であり、第３層１０ｕの単層型圧電素子の電極形状が第１層１０ｄや第２層１０ｍのいずれとも異なっている。

【0043】

第３層１０ｕは、分極処理に際しては、下面２１２が分極パターン面１１１であり、上面２１１が分極接地面１１２である。そして、積層型圧電素子１ｂの状態では、下面２１２が接地面２００ｇで上面２１１が駆動面２００ｓとなる。第３層１０ｕは、上面２１１の円弧状の二つの分極用接地電極１６が、それぞれＡ相とＢ相の信号電極（２４ａ、２４ｂ）として使用される。また、下面２１２のＡ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂには、分極用信号電極１４が形成され、Ａ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂとを区切る前方および後方の間隙（１０１、１０２）のそれぞれには一つの端子電極１５および三つの端子電極１５が形成されている。そして、後方の間隙１０２に形成されている三つの端子電極１５のうち、左方と右方の端子電極（２２ａ、２２ｂ）が、それぞれＡ相端子電極２２ａとＢ相端子電極２２ｂとなっている。また、Ａ相端子電極２２ａとＢ相端子電極２２ｂは、それぞれ、Ａ相側面電極２３ａとＢ相側面電極２３ｂとを介してＡ相信号電極２４ａとＢ相信号電極２４ｂとに接続されている。さらに、上面２１１と下面２１２の前方の一つの接地端子電極同士（２２ｇ、２２ｇ）が接地側面電極２３ｇを介して接続されている。

【0044】

第２の実施例に係る積層型圧電素子１ｂでは、以上の構成により、第３層１０ｕの上面２１１に形成されているＡ相信号電極２４ａとＢ相信号電極２４ｂに、それぞれＡ相信号とＢ相信号が印加されると、そのＡ相とＢ相の駆動信号が、第３層１０ｕのＡ相側面電極２３ａとＢ相側面電極２３ｂ、第３層の下面２１２のＡ相端子電極２２ａとＢ相端子電極２２ｂを介して第２層１０ｍの上面２１５のＡ相端子電極２２ａとＢ相端子電極２２ｂに印加される。

【0045】

また、第３層１０ｕの上面２１１の前方の接地端子電極２２ｇと接地側面電極２３ｇにより、第２層１０ｍの接地電極２１が接地されている。第３層の前方の接地端子電極２２ｇが接地されることで、第３層１０ｕの前方の接地側面電極２３ｇを介して第３層１０ｕの下面２１２の接地端子電極２２ｇも接地される。そして、その第３層１０ｕの下面２１２の接地端子電極２２ｇが第２層１０ｍの上面２１５の接地電極２１に接触している。第２層１０ｍと第１層１０ｄについては、第１の実施例における上側圧電素子１０ｕと下側圧電素子１０ｄと同様の電極構造や導通経路によって、第２層１０ｍの下面２１６と第１層１０ｄの上面２１３が駆動面２００ｓとなり、第１層１０ｄの下面２１４が接地面２００ｇとなる。なお、第２層１０ｍの上面２１５に形成されている接地電極２１は、第３層１０ｕの下面２１２に形成されていてもよい。いずれにしても、上下方向で電極パターン面同士（１１１、１１１）が対面する層間では、上下いずれかの単層型圧電素子（１０ｕ、１０ｍ）に接地電極２１を形成すればよい。

【0046】

ところで、複数の単層型圧電素子同士を接着して積層型圧電素子を作製する際には、普通、層間の接着剤の厚さを可能な限り薄くするために、積層させた複数の単層型圧電素子を圧着して層間の接着剤を外方に押し出している。そして、第２の実施例に係る積層型圧電素子１ｂでは、第２層１０ｍの上面２１５と第３層１０ｕの下面２１２に分極用信号電極１４が形成されている。そのため、分極用信号電極１４を厚膜である焼き付け銀などで形成すると、第２層１０ｍと第３層の層間には、円環に沿う複数の厚い凹凸によって、上下方向に大きな高低差を有する間隙が円環状に断続的に並ぶことになる。そのため、圧着時に第２層１０ｍと第３層１０ｄが凹凸に沿って撓み、第２層１０ｍや第３層１０ｕを含め、積層型圧電素子１ｂを構成するいずれかの単層型圧電素子（１０ｕ、１０ｍ、１０ｄ）が破損する可能性がある。あるいは、圧着条件を厳密に管理する必要が生じ、製造コストを増大させる可能性がある。そこで、分極パターン面１１１が対面し合う構造を有する第２の実施例に係る積層型圧電素子１ｂでは、少なくとも分極パターン面１１１の電極（１４、１５）、さらには、その電極（１４、１５）の表層に形成する接地電極２１を、スパッタリングなどを用いて形成される薄膜電極にすることが望ましい。

【0047】

＜変形例＞
３層分の単層型圧電素子（１０ｕ、１０ｍ、１０ｄ）を用いた第２の実施例に係る積層型圧電素子１ｂには、種々の変形例が考えられる。例えば、図６に示した積層型圧電素子１ｃでは、図５に示した積層型圧電素子１ｂに対し、第２層１０ｍの上面２１５に接地電極２１が形成されておらず、さらに、第３層１０ｕは、分極処理時では上面２１１が分極パターン面１１１であり、下面２１２が分極接地面１１２である。そして、第３層１０ｕの下面２１２の分極接地面１１２には、図３〜図５に示した円弧状の二つの分極用接地電極１６に代え、Ａ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂの双方を包含しつつ、円環の後方が開放するＣ字状の電極１７が形成されている。すなわち、第３層１０ｕの下面２１２には、図５に示した積層型圧電素子１ｂの第２層１０ｍの上面２１５に形成されていた接地電極２１と同様の形状の分極用接地電極１７が形成されている。また、第３層１０ｕの上面２１１には、Ａ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂのそれぞれに対応する分極用信号電極１４が導電性ペーストなどによって接続されてなる円弧状の二つの電極（２５ａ、２５ｂ）が形成されている。そして、第３層１０ｕの上面２１１のＡ相領域１２ａに形成された円弧状の電極２５ａが、Ａ相信号が印加されるＡ相信号電極２５ａとなり、Ｂ相領域１２ｂに形成された円弧状の電極２５ｂが、Ｂ相信号が印加されるＢ相信号電極２５ｂとなる。なお、この図６に示した積層型圧電素子１ｃでは、第２層１０ｍの上面２１５と第３層１０ｕの下面２１２の両方が分極パターン面１１１にならず、第３層１０ｕの下面２１２が分極接地面１１２になっている。分極接地面１１２には、Ａ相領域１２ａおよびＢ相領域１２ｂを包含する円弧状の二つの分極用接地電極１６が形成されていることから、層間に大きな高低差が生じず、分極用信号電極１４や分極用接地電極１６を薄膜で形成しなくても、圧着時に単層型圧電素子（１０ｕ、１０ｍ、１０ｄ）が破損し難くなる。また、第２層１０ｍの上面２１５に接地電極２１を追加で形成する必要がない。

【0048】

図７は、第２の実施例に係る積層型圧電素子１ｂのその他の変形例を示す図である。図７に示した積層型圧電素子１ｄは、第１層１０ｄ、第２層１０ｍ、および第３層１０ｕの上面（２１１、２１５、２１３）と下面（２１２、２１６、２１４）の電極の形状や構造は、第２の実施例に係る積層型圧電素子１ｂと同様である。しかし、第３層１０ｕの上面２１１に接地端子電極２２ｇがなく、第１層１０ｄの上面２１３と下面２１４、および第２層１０ｍの上面２１５と下面２１６の端子電極１５を接地端子電極２２ｇとしている。そして、第１層１０ｄおよび第２層１０ｍの上面（２１３および２１５）と下面（２１４、および２１６）の接地端子電極同士（２２ｇ、２２ｇ）が、接地側面電極２３ｇを介して接続されている。

【0049】

いずれにしても、３層分以上の単層型圧電素子を備えた積層型圧電素子では、層間で対面する二つの単層型圧電素子の上面と下面が、下方から上方に向かって順次接地面、駆動面の順に配置されていればよい。そして、一つの側面電極が一つの単層型圧電素子の端面にのみ形成され、端子電極と側面電極とによって、層間の接地面や駆動面から外方への接地経路や駆動信号の導通経路が形成されていればよい。

【0050】

＝＝＝超音波モーター＝＝＝
本発明の実施例に係る超音波モーターは、上述した本発明の実施例に係る積層型圧電素子の下面にステーターが接着された構造を有する。積層型圧電素子とステーターとの層間には、接着剤が層状に介在している。接着剤の層（以下、接着層とも言う）は、厚さが過大であると、緩衝材として作用し、積層型圧電素子からステーターへの振動の伝達効率が低下する。また、接着層が誘電体層として作用して、接地電位が不安定になる可能性もある。しかし、ステーターと積層型圧電素子との接着強度を確保するためには、接着層にはある程度の厚さ（例えば、５μｍ〜１０μｍ）が必要である。そこで、積層型圧電素子とステーターとの層間に、金属や炭素材料などの導電性のフィラーを混在させてもよい。

【0051】

フィラーは、強度や機能性向上等を目的として接着剤、樹脂、ゴム、塗料などに添加される粒子あるいは粉体であり、積層型圧電素子とステーターとの層間に接着剤よりも硬い導電性のフィラーを介在させれば、積層型圧電素子とステーターとの接着強度を確保した上で、積層型圧電素子とステーターとの間の振動の伝達効率や導電性が向上する。なお、フィラーの粒子径については、接着層の厚さに応じて適宜に設定すればよく、第１の実施例および第２の実施例に係る積層型圧電素子（１０ａ、１０ｂ）では、厚さが５μｍ〜１０μｍ程度であった。したがって、接着層に混在させるフィラーには粒径が５μｍ〜１０μｍ程度のものを使用すればよい。

【0052】

＝＝＝その他の実施例＝＝＝
上記実施例に係る積層型圧電素子は、複数の単層型圧電素子が直接接触した状態で積層されていた。しかし、硬いセラミックスからなる単層型圧電素子同士を直接接触させ、かつ各単層型圧電素子を大きく振動させると、単層型圧電素子が破損する可能性がある。そこで、上下方向で単層型圧電素子が対面する層間にＦＰＣを介在させてもよい。図８に、層間にＦＰＣ３０を介在させた積層型圧電素子１ｅを示した。図８に示した積層型圧電素子１ｅは、第１の実施例の変形例であり、この図８は、積層型圧電素子１ｅを上後方から見たときの各単層型圧電素子（１０ｕ、１０ｄ）とＦＰＣ３０の電極構造を示している。

【0053】

ＦＰＣ３０の平面形状は、単層型圧電素子（１０ｕ、１０ｄ）の外形に沿う円環状で、上面３１には、上側圧電素子１０ｕの下面２１２に形成されているＡ相信号電極２４ａとＢ相信号電極２４ｂとに対面するように銅箔などの導体からなる２本の配線（３３ａ、３３ｂ）が円弧状に形成されている。また、下面３２にも、上方から見て同じ形状の２本の配線（図示せず）が同じ位置に形成されている。そして、上面３１に形成されている円弧状の２本の配線（３３ａ、３３ｂ）のそれぞれが、スルーホールなどの導通部３４を介して下面３２の同じ位置に形成されている同形状の配線に接続されている。なお、ＦＰＣ３０に形成されている配線（３３ａ、３３ｂ）は、導体が表面に露出しており、これらの配線（３３ａ、３３ｂ）が、それぞれ、上側圧電素子１０ｕの下面２１２および下側圧電素子１０ｄの上面２１３のそれぞれに形成されているＡ相信号電極２４ａとＢ相信号電極２４ｂとに金属ペーストなどによって接続されている。

【0054】

第１の実施例に係る積層型圧電素子１ａでは、上側圧電素子１０ｕの下面２１２に形成されているＡ相信号電極２４ａとＢ相信号電極２４ｂとを介してＡ相とＢ相の駆動信号が下側圧電素子１０ｄのＡ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂとに印加される。したがって、上方から見たときに同じ位置になる分極領域１３の分極極性が同じであれば、下側圧電素子１０ｄは、表裏が反転して分極接地面１１２が上面２１３となるように配置されていてもよい。

【0055】

また、第1の実施例に係る積層型圧電素子１ａでは、上側圧電素子１０ｕの上面２１１の接地電極２１が確実に接地電位になるように、接地側面電極２２ｇを用いて下側圧電素子１０ｄの下面２１４から、上側圧電素子１０ｕの上面２１１の接地電極２１までの接地経路が形成されていた。しかし、上側圧電素子１０ｕの上面２１１に形成されているＣ字状の接地電極２１を外部配線を介して接地させるのであれば、上側圧電素子１０ｕと下側圧電素子１０ｄの接地側面電極２２ｇを省略することもできる。

【0056】

上記各積層型圧電素子（１ａ〜１ｅ）を構成する単層型圧電素子（１０ｕ、１０ｍ、１０ｄ）の分極パターン面１１１と分極接地面１１２には、円環の全周に渡って円弧状や扇状の電極（１４〜１６）が形成されていた。しかし、これらの電極（１４〜１６）のうち、端子電極１５には、駆動に際して接地や外部回路との導通に関与しないものがある。そこで、駆動時に使用しない端子電極１５については、形成しなくてもよい。

【0057】

また、各単層型圧電素子（１０ｕ、１０ｍ、１０ｄ）の表裏一方の面におけるＡ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂを接地電位にして、表裏他方の面のＡ相領域１２ａとＢ相領域１２ｂに、Ａ相信号とＢ相信号を個別に印加することができるのであれば、分極処理後に単層型圧電素子の表面の電極（１４〜１６）を除去し、その上で、駆動に必要な電極を再形成してもよい。あるいは、圧電体の表面に個々の分極領域の形状に応じた電極を押し当て、その電極を介して圧電体に電界を印加することで各分極領域を分極させることも考えられる。

【0058】

なお、第１および第２の実施例では、全ての単層型圧電素子（１０ｕ、１０ｍ、１０ｄ）において、分極パターン面１１１と分極接地面１１２の電極構造が同じである。そのため、第１および第２の実施例に係る積層型圧電素子（１ａ、１ｂ）は、各層（１０ｕ、１０ｍ、１０ｄ）ごとに、電極構造を変える必要がなく、コストダウンし易い構造を備えていると言える。

【0059】

本発明の実施例に係る積層型圧電素子は、第１層の下面を接地面として、上方に向かって層間で対面し合う単層型圧電素子の面が、順次駆動面、接地面の順で配置されていればよい。そして、二つの単層型圧電素子が駆動面同士で対面する層間では、一方の単層型圧電素子の層間側の面にＡ相信号電極とＢ相信号電極が形成されていればよい。また、二つの単層型圧電素子が接地面同士で対面する層間では、一方の単層型圧電素子の層間側の面に接地電極が形成されていればよい。そして、各単層型圧電素子の駆動面のＡ相領域とＢ相領域にＡ相信号とＢ相信号が印加されるように、所定の単層型圧電素子に信号端子電極と信号側面電極とが形成されて層間の駆動面から最上層の単層型圧電素子の上面まで駆動信号の導通経路が確保されていればよい。また、各単層型圧電素子の接地面のＡ相領域とＢ相領域が接地されるように、所定の単層型圧電素子に接地電極が形成されて、層間の接地面から最上層の単層型圧電素子の上面あるいは第１層の下面まで接地経路が確保されていればよい。したがって、本発明の実施例に係る積層型圧電素子は、４層以上の単層型圧電素子で構成されていてもよい。

【符号の説明】

【0060】

１ａ〜１ｅ 積層型圧電素子、１０ｕ、１０ｍ，１０ｄ 単層型圧電素子、
１１ 圧電体、１２ａ Ａ相領域、１２ｂ Ｂ相領域、１３ 分極領域、
１４ 分極用信号電極、１５，２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｇ 端子電極、
１６，１７ 分極用接地電極、２１ 接地電極、
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｇ 側面電極、２４ａ，２５ａ Ａ相信号電極、
２４ｂ，２５ｂ Ｂ相信号電極、３０ ＦＰＣ、３３ａ，３３ｂ ＦＰＣの配線、
３４ ＦＰＣの導通部、１１１ 分極パターン面、１１２ 分極接地面、
２００ｓ 駆動面、２００ｇ 接地面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】