專利名稱：層疊壓電元件以及超聲波馬達的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及層疊壓電元件以及超聲波馬達。
背景技術(shù)：
近年來，作為取代電磁型馬達的新型馬達，利用了層疊壓電元件等的振動體的振 動的超聲波馬達被廣泛關(guān)注。該超聲波馬達與以往的電磁型馬達相比，在不使用齒輪就能 夠獲得低速高推動力的方面、保持力高的方面、沖程長、高分解度的方面、肅靜性優(yōu)秀的方 面、不產(chǎn)生磁噪聲且不受磁噪聲的影響的方面等具有優(yōu)勢。在這樣的超聲波馬達中，作為振動體主要使用層疊壓電元件。例如在與相同厚度 的單一的板狀的壓電體相比較的情況下，根據(jù)層疊壓電元件的不同，通過低的施加電壓能 夠獲得更大的變形扭轉(zhuǎn)和/或發(fā)生力。因此，近年來，特別是作為構(gòu)成超聲波馬達等的振動 驅(qū)動裝置的振動體而使用層疊壓電元件。然而，基于近年來層疊壓電元件的小型化以及高精度化等原因，因此希望能夠提 高對層疊壓電元件進行層疊化時的層疊精度。另外，若不能夠維持良好的層疊精度，則在層 疊時會產(chǎn)生偏差。若該偏差變大，當然層疊壓電元件本來的功能就不能夠得到充分的發(fā)揮。例如，電極層的偏差會招致作為壓電元件的對向電極的面積減少而壓電特性低 下，貫通孔電極的偏差在極端的情況下會招致不可導通，電極層間變得不能夠連接，即使連 接上了也不完全而導體電極的電阻抗會增加，從而會導致電力損失的發(fā)生。此外，在層疊精 度不良好的情況下，由于該層疊壓電元件的對象性會被破壞，在使用了該層疊壓電元件的 超聲波馬達中，會產(chǎn)生因驅(qū)動方向而引起的驅(qū)動速度的差和/或位置精度的差。鑒于這樣的情況，例如在日本特開平11-233846號公報中公開了下述這樣的層疊 壓電元件的制造方法。S卩，在日本特開平11-233846號公報所公開的層疊壓電元件的制造方法中，將交 替重疊層疊了多個由具有電氣-機械能變換功能的材料構(gòu)成的壓電體層和電極材料的電 極層作為一次層疊體，在對該一次層疊體進行燒結(jié)而形成層疊壓電元件的層疊壓電元件的 制造方法中，在上述壓電體層上設置用于檢測在相對于各電極層的平面內(nèi)二維方向上的位 置偏差的記號。由此，根據(jù)日本特開平11-233846號公報中所公開的技術(shù)，提供了能夠簡單地判 別層疊壓電元件的層疊狀態(tài)是否良好的層疊壓電元件的制造方法。然而，根據(jù)日本特開平11-233846號公報中所公開的技術(shù)，雖然在層疊工序中能 夠視覺辨認偏差，但在層疊工序后切斷成單個的層疊壓電元件(作為成品的層疊壓電元 件)中不能夠視覺辨認偏差。此外，在日本特開平11-233846號公報所公開的技術(shù)中，為了檢測在相對于各電 極層的平面內(nèi)二維方向上的位置偏差，上述壓電體層上所設置的記號是僅用于檢測位置偏 差而設置的記號。因此，另外需要用于設置該記號的空間以及材料。另外，使用日本特開平11-233846號公 報中所公開的技術(shù)，為了檢測出上述壓電體層的短邊方向、長邊方向、以及在與層疊方向垂直的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)方向的位置偏差，在各 個壓電體層上需要分別設置2個以上的用于檢測位置偏差的記號。在該情況下，進一步需 要設置用于檢測位置偏差的記號的空間以及材料，因而制造效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述的情況而作出的，目的在于提供一種層疊壓電元件以及具備該層疊壓電元件的超聲波馬達，上述層疊壓電元件在層疊壓電元件完成后能夠檢測出層疊壓 電元件的層疊精度(構(gòu)成該層疊壓電元件的矩形形狀的壓電材料的短邊方向、長邊方向、 以及與該層疊方向垂直的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)方向的偏差)，且不需要用于實現(xiàn)上述目的的新的 材料以及空間。為了達成上述的目的，本發(fā)明的第一方式的層疊壓電元件通過將第一壓電材料和 第二壓電材料交替層疊多個而構(gòu)成，所述第一壓電材料中形成有第一內(nèi)部電極組，與所述 第一內(nèi)部電極組的形成面平行的方向上的斷面形狀為矩形，所述第二壓電材料中形成有第 二內(nèi)部電極組，與所述第二內(nèi)部電極組的形成面平行的方向上的斷面形狀與上述第一壓電 材料相同，該層疊壓電元件的特征在于，上述第一內(nèi)部電極組具備第一露出部組，該第一露 出部組朝向構(gòu)成上述第一壓電材料的上述斷面形狀的4個邊中的、包含不相對的2個邊的 至少2個以上的邊延伸，并形成在上述第一壓電材料的端部，并且，上述第二內(nèi)部電極組具 備第二露出部組，該第二露出部組朝向構(gòu)成上述第二壓電材料的上述斷面形狀的4個邊中 的、包含不相對的2個邊的至少2個以上的邊延伸，并形成在上述第二壓電材料的端部，根 據(jù)上述第一露出部組和上述第二露出部組，能夠檢測上述第一壓電材料和上述第二壓電材 料的層疊精度。為了達成上述的目的，本發(fā)明的第二方式的超聲波馬達具備層疊壓電元件，該層 疊壓電元件通過將第一壓電材料和第二壓電材料交替層疊多個而構(gòu)成，所述第一壓電材料 中形成有第一內(nèi)部電極組，與所述第一內(nèi)部電極組的形成面平行的方向上的斷面形狀是矩 形，所述第二壓電材料中形成有第二內(nèi)部電極組，與所述第二內(nèi)部電極組的形成面平行的 方向上的斷面形狀與上述第一壓電材料相同，該超聲波馬達通過使上述層疊壓電元件中同 時產(chǎn)生縱向振動模式和彎曲振動模式來產(chǎn)生橢圓振動，通過該橢圓振動來獲得驅(qū)動力從而 驅(qū)動被驅(qū)動構(gòu)件，該超聲波馬達的特征在于，上述第一內(nèi)部電極組具備第一露出部組，該第 一露出部組朝向構(gòu)成上述第一壓電材料的上述斷面形狀的4個邊中的、包含不相對的2個 邊的至少2個以上的邊延伸，并形成在上述第一壓電材料的端部，并且，上述第二內(nèi)部電極 組具備第二露出部組，該第二露出部組朝向構(gòu)成上述第二壓電材料的上述斷面形狀的4個 邊中的、包含不相對的2個邊的至少2個以上的邊延伸，并形成在上述第二壓電材料的端 部，根據(jù)上述第一露出部組和上述第二露出部組，能夠檢測上述第一壓電材料和上述第二 壓電材料的層疊精度。


圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的超聲波馬達的一個構(gòu)成例的圖。圖2A是表示構(gòu)成上述層疊壓電元件3的壓電材料的一個構(gòu)成例的圖。圖2B是表示構(gòu)成上述層疊壓電元件3的壓電材料的一個構(gòu)成例的圖。
圖3A是表示層疊多個圖2A以及圖2B所示的壓電材料且進行燒結(jié)時的層疊的一 個例子的示意圖。圖3B是表示層疊壓電元件的外部電極設置面的圖。圖4A是表示在短邊方向上的層疊精度良好的情況下的外部電極設置面C'的一 個例子的圖。圖4B是表示在短邊方向上的層疊精度不良好的情況下的外部電極設置面C'的 一個例子的圖。圖5是表示對外部電極供電的供電構(gòu)件的一個連接例的圖。圖6是表示連接了保持構(gòu)件、驅(qū)動力導出構(gòu)件和供電構(gòu)件的壓電元件的圖。圖7是表示利用與驅(qū)動力導出構(gòu)件附近的壓電元件的位移有關(guān)的等價質(zhì)量m、由 驅(qū)動力導出構(gòu)件附近的壓電元件的振動而產(chǎn)生的力F、由供電構(gòu)件引起的負荷K、C，對本發(fā) 明的一個實施方式的超聲波馬達進行模型化的圖。圖8是表示以壓電元件的振動振幅為縱軸，以壓電元件的振動頻率為橫軸的圖表 的圖。圖9A是表示第一變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖9B是表示第一變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖IOA是表示第二變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖IOB是表示第二變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖IlA是表示第三變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖IlB是表示第三變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖12A是表示第四變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖12B是表示第四變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖13A是表示第五變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖13B是表示第五變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖14A是表示第六變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖14B是表示第六變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖15A是表示第七變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖15B是表示第七變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖16A是表示第八變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。圖16B是表示第八變形例中的壓電材料的構(gòu)成例的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的一個實施例的層疊壓電元件以及超聲波馬達進行說 明。圖1是表示使用了本發(fā)明的一個實施方式的層疊壓電元件的超聲波馬達的一個 構(gòu)成例的圖。如該圖所示，具備層疊壓電元件3、該層疊壓電元件3的保持構(gòu)件5、被驅(qū)動 構(gòu)件7、從上述層疊壓電元件3的橢圓振動(詳細在后面說明)獲得驅(qū)動力來驅(qū)動上述被 驅(qū)動構(gòu)件7的驅(qū)動力導出構(gòu)件9、層疊壓電元件3的外部電極11、用于向?qū)盈B壓電元件3供 電的由例如導線 構(gòu)成的供電構(gòu)件13。另外，外部電極11和供電構(gòu)件13通過焊接接合部15被焊接接合。在此，由保持構(gòu)件5保持的層疊壓電元件3利用驅(qū)動力導出構(gòu)件9，對被驅(qū)動構(gòu)件7施加垂直的壓力，并且與被驅(qū)動構(gòu)件7連接。然而，若經(jīng)由供電構(gòu)件13向?qū)盈B壓電元件3的外部電極11施加具有相位差的2 個交變信號，則在該層疊壓電元件3中產(chǎn)生合成了縱向振動模式和彎曲振動模式的橢圓振 動。并且，安裝在層疊壓電元件3上的驅(qū)動力導出構(gòu)件9當然也進行與上述層疊壓電 元件3相同的橢圓振動。通過該驅(qū)動力導出構(gòu)件9的橢圓運動，如上所述，與驅(qū)動力導出構(gòu) 件9連接的被驅(qū)動構(gòu)件7被驅(qū)動。圖2A、圖2B是表示構(gòu)成上述層疊壓電元件3的壓電材料的一個構(gòu)成例的圖。在本 實施方式中，上述層疊壓電元件3是通過交替層疊多個圖2A所示的壓電材料21a和圖2B 所示的壓電材料21b并進行燒結(jié)而構(gòu)成的。如圖2A所示，在壓電材料21a中，形成在其表面的3個區(qū)域的內(nèi)部電極23a、25a、 27a分別具有下述這樣的朝向外周的露出部。即，上述內(nèi)部電極23a具有朝向短邊C延伸 出的露出部29a。上述內(nèi)部電極25a具有朝向短邊B延伸出的露出部33a。上述內(nèi)部電極 27a具有朝向長邊A延伸出的露出部31a。同樣地，如圖2B所示，在壓電材料21b中，形成在其表面的3個區(qū)域的內(nèi)部電極 23b、25b、27b具有下述這樣的朝向外周的露出部。即，上述內(nèi)部電極23b具有朝向短邊C延 伸出的露出部29b。上述內(nèi)部電極25b具有朝向短邊B延伸出的露出部33b。上述內(nèi)部電 極27b具有朝向長邊A延伸出的露出部31b。在此，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中的內(nèi) 部電極23a、25a、27a和上述壓電材料21b中的內(nèi)部電極23b、25b、27b以分別對應重疊的方
式被配置。另一方面，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中 的露出部29a、31a、33a和上述壓電材料21b中的露出部29b、31b、33b以分別不互相重疊的 方式(不互相重復的方式)被配置。另外，作為壓電材料21a以及壓電材料21b的材料，可以使用例如鋯酸鈦酸鉛等。 此外，壓電材料21a以及壓電材料21b的紙面垂直方向的厚度為IOym 200μπι程度的任
意厚度。此外，作為內(nèi)部電極23a、25a、27a以及內(nèi)部電極23b、25b、27b的材料，可以使用例 如能夠耐住壓電材料燒結(jié)時的溫度的銀鈀等的高融點的導電性材料。圖3A、圖3B是表示圖2A、圖2B所示的壓電材料21a、21b被交替層疊多個且被燒結(jié) 時的層疊的一個例子的示意圖。同圖所示那樣，在交替層疊并燒結(jié)了上述的壓電材料21a、 21b之后，如下述那樣，上述露出部之間被短路而形成外部電極。S卩，上述露出部29a之間被短路而形成外部電極43。上述露出部29b之間被短路 而形成外部電極41。上述露出部31a之間被短路而形成外部電極45。上述露出部31b之 間被短路而形成外部電極47。上述露出部33a之間被短路而形成外部電極51。上述露出 部33b之間被短路而形成外部電極49。另外，外部電極41、43、45、47、49、51的材料為厚度10 μ m以上的銀鈀或銀等的導電性材料。然而，通過在例如上述外部電極41、43間進行分極處理，僅層疊方向上的公共區(qū) 域即內(nèi)部電極23a、23b成為壓電活性區(qū)域。在此，若向外部電極41、43間施加交變信號，則 在該層疊壓電元件3上產(chǎn)生振動。同樣地，通過在例如上述外部電極45、47間進行分極處理，僅層疊方向上的公共 區(qū)域即內(nèi)部電極27a、27b成為壓電活性區(qū)域。在此，若向外部電極45、47間施加交變信號， 則在該層疊壓電元件3上產(chǎn)生振動。此外同樣地，通過在例如上述外部電極49、51間進行 分極處理，僅層疊方向上的公共區(qū)域即內(nèi)部電極25a、25b成為壓電活性區(qū)域。在此，若向外 部電極49、51間施加交變信號，則在該層疊壓電元件3上產(chǎn)生振動。在層疊壓電元件3中同時激發(fā)縱向振動模式以及彎曲振動模式時，或者僅彎曲振 動模式的激發(fā)時，使用上述內(nèi)部電極23a、23b的壓電活性區(qū)域以及內(nèi)部電極25a、25b的壓 電活性區(qū)域。另一方面，在層疊壓電元件3中的縱向振動模式的激發(fā)或該層疊壓電元件3 的振動狀態(tài)的檢測中使用內(nèi)部電極27a、27b的壓電活性區(qū)域。另外，上述的分極的方向是任意的。即，在相同的壓電材料中，對于內(nèi)部電極23a、 23b間的壓電活性區(qū)域和內(nèi)部電極25a、25b間的壓電活性區(qū)域，分極的方向也可以不是相 同的。此外，層疊的壓電材料21a、21b的個數(shù)也是任意的。然而，若產(chǎn)生了內(nèi)部電極23a、25a、27a、23b、25b、27b的尺寸偏差、污點、或者壓電 材料21a、21b的層疊精度低下(長邊方向的偏差、短邊方向的偏差、或與層疊方向垂直的 面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)偏差)，則產(chǎn)生了該偏差等的內(nèi)部電極和與其相對的內(nèi)部電極之間的公共區(qū)域 (重合區(qū)域)會減少，壓電活性區(qū)域占壓電材料整體的比例也會減少。而且，這會成為引起 該層疊壓電元件的驅(qū)動特性的低下、導通不良的原因。另外，一般來講，作為引起層疊壓電元件的驅(qū)動特性低下、導通不良的原因，與內(nèi) 部電極的尺寸偏差、污點相比，由內(nèi)部電極的層疊精度低下所引起的情況更多。因此，雖然 希望對各個層疊壓電元件進行層疊精度的檢查，但由于壓電材料包含有鉛系物質(zhì)，因此很 難通過X線透過圖像進行檢查。因此，在上述的偏差量的測定中，通常進行基于抽出斷面觀 察的破壞檢查，而不進行各個層疊壓電元件的檢查。然而，根據(jù)本實施方式的層疊壓電元件3，使用在外部電極設置面A'以及外部電 極設置面B'、C'上露出的各個上述露出部，可以如下所述那樣對該層疊壓電元件3的層 疊精度進行檢查，其中所述外部電極設置面A'由圖3B所示的層疊的壓電材料21a、21b的 長邊(圖2A、圖2B中的邊A)而形成，所述外部電極設置面B'、C'由短邊(圖2A、圖2B中 的邊B、C)而形成。以下，參照圖4A、圖4B，對上述外部電極設置面C'的層疊精度的檢查方法進行說 明。圖4A是表示短邊方向的層疊精度良好的情況下的外部電極設置面C'的一個例子的 圖，圖4B是表示短邊方向的層疊精度不良好的情況下的外部電極設置面C'的一個例子的 圖。在壓電材料21a、21b的短邊方向的層疊精度良好的情況下，如圖4A所示，從上述外部電極43伸出的上述露出部29a以及從上述外部電極41伸出的上述露出部29b在大致 一條直線上排列。在壓電材料21a、21b的短邊方向的層疊精度不良好的情況下，如圖4B所示，從上述外部電極43伸出的上述露出部29a以及從上述外部電極41伸出的上述露出部29b沒有排列在大致一條直線上而是雜亂排列的。同樣地，對于壓電材料21a、21b的短邊方向的層疊精度，也可以根據(jù)外部電極設 置面B'上的露出部33a、33b的排列精度來檢查。此外，對于壓電材料21a、21b的長邊方向 的層疊精度，也可以根據(jù)外部電極設置面A'上的露出部31a、31b的排列精度來檢查。而且當然，對于與層疊方向垂直的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)方向的層疊精度，可以根據(jù)如上 述那樣而求出的長邊方向的露出部的偏差和短邊方向的露出部的偏差來導出。另外，如圖4A、圖4B所示，通過將露出部29a、29b、31a、31b、33a、33b的寬度形成 為比外部電極41、43、45、47、49、51的寬度大，即使在通過印刷等而形成了外部電極41、43、 45、47、49、51之后，也能夠觀察從外部電極41、43、45、47、49、51伸出的露出部29a、29b、 31a、31b、33a、33b的排列精度。在此，露出部29a、29b、31a、31b、33a、33b的寬度優(yōu)選例如 0. 2mm以上。然而，如圖4A、圖4B所示，即使露出部29a、29b、31a、31b、33a、33b的寬度沒有形成 為比外部電極41、43、45、47、49、51的寬度大，通過使外部電極41、43、45、47、49、51的厚度 為例如10 μ m左右，即使在通過印刷而形成了外部電極41、43、45、47、49、51之后，也能夠通 過該外部電極41、43、45、47、49、51來觀察露出部29a、29b、31a、31b、33a、33b，從而能夠檢 測露出部29a、29b、31a、31b、33a、33b的排列精度。另外，當然在層疊壓電元件3上形成外部電極41、43、45、47、49、51的工序以前，露 出部29a、29b、31a、31b、33a、33b的視覺辨認性更加良好，更容易進行上述的層疊精度的檢查。然而，在通過上述方法進行了層疊精度的檢查后，對于具有超過了規(guī)定的層疊精 度基準的層疊精度的層疊壓電元件3，使外部電極41、43、45、47、49、51與例如導線、彈性印 刷基板等的供電構(gòu)件63、65、61連接。在圖5所示的例子中，使外部電極41、43與供電構(gòu)件 61連接，使外部電極45、47與供電構(gòu)件63連接，使外部電極49、51與供電構(gòu)件65連接。圖6是表示連接了保持構(gòu)件5、驅(qū)動力導出構(gòu)件9、供電構(gòu)件13a的層疊壓電元件 3的一個例子的圖。如同圖所示的供電構(gòu)件13a那樣，例如使用彈性印刷基板，將來自多個外部電極 的連接線集約到一個供電構(gòu)件13a上，從而能夠減少部件數(shù)，能夠使得供電構(gòu)件13a的連接 工序簡單化。即，能夠?qū)崿F(xiàn)外部電極的印刷工序以及供電構(gòu)件的連接工序都簡略化的、生產(chǎn) 性高的層疊壓電元件以及超聲波馬達。另外，由于彈性印刷基板比較輕，因此與將導線焊接 接合在外部電極上的情況相比，振動損失的降低效果更大。另外，在參照圖1而說明的超聲波馬達中的層疊壓電元件3中，各個上述露出部延 伸，并設有外部電極11以及供電構(gòu)件13，以使得至少與該超聲波馬達的驅(qū)動方向大致平行 的方向上的層疊精度能夠被檢測。由此，如上所述，能夠通過非破壞的方式對相對于該超聲波馬達的驅(qū)動方向的層 疊壓電元件3的對稱性進行檢查。因此，能夠防止因超聲波馬達的驅(qū)動方向上的壓電材料 的層疊精度的不良而產(chǎn)生的問題，即產(chǎn)生基于行進方向的特性的差。如以上說明的那樣，根據(jù)本實施方式，能夠提供一種層疊壓電元件以及具備該層 疊壓電元件的超聲波馬達，該層疊壓電元件能夠在層疊壓電元件完成后檢測在構(gòu)成該層疊壓電元件的矩形形狀的壓電材料的短邊方向、長邊方向、以及與其層疊方向垂直的平面內(nèi) 的旋轉(zhuǎn)方向上的偏差，并且不需要用于實現(xiàn)上述目的的新的材料以及空間的。具體地講，本實施方式的層疊壓電元件中，將從各個內(nèi)部電極向外面延伸而形成 的各個露出部兼用作用于檢測層疊精度的標記。因此，僅為了該層疊壓電元件的層疊精度檢測，不需要另外的材料以及空間，在上 述的長邊方向、短邊方向以及在與層疊方向垂直的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)方向，能夠以非破壞的方 式對各個壓電材料進行檢查。然而，根據(jù)本實施方式的超聲波馬達，能夠?qū)崿F(xiàn)抑制由供電構(gòu)件引起的振動損失 且能夠?qū)崿F(xiàn)高效率化的效果。以下，參照圖1、圖7以及圖8來詳細說明。首先，圖1所示的上述外部電極11以及上述供電構(gòu)件13是用于驅(qū)動該超聲波馬 達的必需構(gòu)成要件。然而，供電構(gòu)件13也是使上述層疊壓電元件3的振動損失的負荷。即， 供電構(gòu)件13以往一直是超聲波馬達的效率低下的原因。具體地講，在例如供電構(gòu)件13的延伸方向與層疊壓電元件3的縱向振動或者彎曲 振動的方向一致的情況下，層疊壓電元件3的振動損失更加顯著。圖7是將圖1所示的超聲波馬達通過與驅(qū)動力導出構(gòu)件9附近的位移有關(guān)的等價 質(zhì)量m、因驅(qū)動力導出構(gòu)件9附近的振動而產(chǎn)生的力F、表示供電構(gòu)件13的負荷的負荷系數(shù) K、C來進行模型化的圖。在此，驅(qū)動力導出構(gòu)件9附近的振動方向上的運動方程式如下算式1HlX = F-KK-Cii(Sl)負荷系數(shù)K、C是通過供電構(gòu)件13的延伸方向、種類、大小、接合方法以及到驅(qū)動力 導出構(gòu)件9為止的距離等來決定的系數(shù)。位移量X表示驅(qū)動力導出構(gòu)件9附近的向主要的 位移方向的位移量。另外，由于層疊壓電元件3的壓電效果而產(chǎn)生的上述力F是一定的，因此上述(式 1)可以表示如下算式2mx = (const) 一 (KX + CX)(式 2)在此，通過使供電構(gòu)件13的延伸方向是與圖7所示的振動方向X獨立的方向，能 夠減小(式2)中的K及C的值。即，即使不進行層疊壓電元件3的設計變更或制造方法的 變更，通過使供電構(gòu)件13的延伸方向是與上述振動方向X獨立的方向，能夠?qū)崿F(xiàn)降低了供 電構(gòu)件13的振動損失的高效率的超聲波馬達。另外，參照圖7所說明的模型中的上述振動方向X可以當做層疊壓電元件3的縱 向振動的振動方向以及彎曲振動的振動方向這兩者。即，參照圖7而說明的模型是能夠適 用層疊壓電元件3的縱向振動以及彎曲振動兩者的一般化的模型。因此，通過使供電構(gòu)件13的延伸方向成為與層疊壓電元件3的縱向振動以及彎曲 振動這兩者都獨立的方向，能夠最大地減少供電構(gòu)件13所引起的振動損失。具體地講，優(yōu) 選使供電構(gòu)件13的延伸方向是與層疊壓電元件3的縱向振動以及彎曲振動的振動方向成 90°的角度的方向。另外，供電構(gòu)件13所引起的 振動損失越小，上述驅(qū)動力導出構(gòu)件9附近的振動的加速度越大。即，成為更高效率的超聲波馬達。如以上說明那樣，如圖1所示，通過使供電構(gòu)件13的延伸方向成為與層疊壓電元件3的縱向振動的方向以及彎曲振動的方向獨立的方向，能夠如圖8所示的圖標所示降低 供電構(gòu)件13所引起的振動損失。圖8是表示了以層疊壓電元件3的振動振幅為縱軸、以層 疊壓電元件3的振動頻率為橫軸的圖表的圖。在圖8中，特性曲線71是本實施方式的超聲波馬達的特性曲線。另一方面，特性 曲線73是以往的超聲波馬達(供電構(gòu)件的延伸方向與層疊壓電元件3的縱向振動的方向 或者彎曲振動的方向一致的超聲波馬達)的特性曲線。S卩，如本實施方式的超聲波馬達所示，在供電構(gòu)件13的延伸方向是與層疊壓電元 件3的縱向振動的方向以及彎曲振動的方向獨立的方向的情況下，如特性曲線71所示，能 夠獲得振動振幅損失少的良好的驅(qū)動效率。在本實施方式的超聲波馬達中，這樣通過降低由供電構(gòu)件引起的振動損失來提高 驅(qū)動效率。而且，根據(jù)本實施方式，如上所述，由于降低了供電構(gòu)件13所引起的振動損失，因 此可以將供電構(gòu)件13以及外部電極41、43、45、47、49、51設置在層疊壓電元件3的振動中 的與波腹對應的位置，因此能夠提供對于供電構(gòu)件13以及外部電極41、43、45、47、49、51的 設置場所沒有限制的、設計的自由度高的超聲波馬達。以上，基于一個實施方式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不僅限于上述的實施方式的內(nèi) 容，在本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)當然可以進行多種的變形以及應用。如上所述，若能夠檢測長邊A方向的偏差、短邊B方向的偏差或者短邊C方向的偏 差，則必然能夠檢測在與層疊方向垂直的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)方向的偏差。鑒于這種情況，壓電材 料中的內(nèi)部電極以及露出部的構(gòu)成，除了參照圖2所說明的構(gòu)成以外，還可以是例如以下 的構(gòu)成。(第一變形例)圖9A是表示該第一變形例中的壓電材料21a的構(gòu)成的圖，圖9B是表示該第一變 形例中的壓電材料21b的構(gòu)成的圖。如圖9A所示，該第一變形例的壓電材料21a具有內(nèi)部電極101a、103a、105a。內(nèi)部 電極IOla具備向長邊A延伸出的露出部102a，內(nèi)部電極103a具備向長邊A延伸出的露出 部104a，內(nèi)部電極105a具備向短邊C延伸出的露出部106a。如圖9B所示，該第一變形例的壓電材料2Ib具有內(nèi)部電極10lb、103b、105b。內(nèi)部 電極IOlb具備向長邊A延伸出的露出部102b，內(nèi)部電極103b具備向長邊A延伸出的露出 部104b，內(nèi)部電極105b具備向短邊C延伸出的露出部106b。在此，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中的內(nèi) 部電極101a、103a、105a和上述壓電材料21b中的內(nèi)部電極101b、103b、105b以分別對應重
疊的方式被配置。另一方面，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中 的露出部102a、104a、106a和上述壓電材料21b中的露出部102b、104b、106b以分別不互相
重疊的方式(不互相重復的方式)被配置。(第二變形例)
圖IOA是表示該第二變形例中的壓電材料21a的構(gòu)成的圖，圖IOB是表示該第二 變形例中的壓電材料21b的構(gòu)成的圖。如圖IOA所示，該第二變形例中的壓電材料21a具備內(nèi)部電極llla、113a、115a、 117a。內(nèi)部電極Illa具備向向長邊A延伸出的露出部112a，內(nèi)部電極113a具備向長邊A 延伸出的露出部114a，內(nèi)部電極115a具備向短邊B延伸出的露出部116a，內(nèi)部電極117a 具備向短邊C延伸出的露出部118a。如圖IOB所示，該第二變形例中的壓電材料21b具有內(nèi)部電極11 lb、113b、115b、 117b。內(nèi)部電極Illb具備向長邊A延伸出的露出部112b，內(nèi)部電極113b具備向長邊A延 伸出的露出部114b，內(nèi)部電極115b具備向短邊B延伸出的露出部116b，內(nèi)部電極117b具 備向短邊C延伸出的露出部118b。在此，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中的內(nèi) 部電極llla、113a、115a、117a和上述壓電材料21b中的內(nèi)部電極111b、113b、115b、117b以
分別對應重疊的方式被配置。 另一方面，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中 的露出部112a、114a、116a、118a和上述壓電材料21b中的露出部112b、114b、116b、118b以 分別不互相重疊的方式(不互相重復的方式)被配置。(第三變形例)圖IlA是表示該第三變形例中的壓電材料21a的構(gòu)成的圖，圖IlB是表示該第三 變形例中的壓電材料21b的構(gòu)成的圖。如圖IlA所示，該第三變形例中的壓電材料21a具有內(nèi)部電極121a、123a、125a、 127a。內(nèi)部電極121a具備向短邊C延伸出的露出部122a，內(nèi)部電極123a具備向長邊A延 伸出的露出部124a，內(nèi)部電極125a具備向長邊A延伸出的露出部126a，內(nèi)部電極127a具 備向短邊C延伸出的露出部128a。如圖IlB所示，該第三變形例中的壓電材料21b具有內(nèi)部電極121b、123b、125b、 127b。內(nèi)部電極121b具備向短邊C延伸出的露出部122b，內(nèi)部電極123b具備向長邊A延 伸出的露出部124b，內(nèi)部電極125b具備向長邊A延伸出的露出部126b，內(nèi)部電極127b具 備向短邊C延伸出的露出部128b。在此，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中的內(nèi) 部電極121a、123a、125a、127a和上述壓電材料21b中的內(nèi)部電極121b、123b、125b、127b以
分別對應重疊的方式被配置。另一方面，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中 的露出部122a、124a、126a、128a和上述壓電材料21b中的露出部122b、124b、126b、128b以 分別不互相重疊的方式(不互相重復的方式)被配置。(第四變形例)圖12A是表示該第四變形例中的壓電材料21a的構(gòu)成的圖，圖12B是表示該第四 變形例中的壓電材料21b的構(gòu)成的圖。如圖12A所示，該第四變形例中的壓電材料21a具有內(nèi)部電極131a、133a、135a、 137a、139a。內(nèi)部電極131a具備向短邊C延伸出的露出部132a，內(nèi)部電極133a具備向短邊 B延伸出的露出部134a，內(nèi)部電極135a具備向短邊B延伸出的露出部136a，內(nèi)部電極137a具備向短邊C延伸出的露出部138a，內(nèi)部電極139a具備向長邊A延伸出的露出部140a。如圖12B所示，該第四變形例中的壓電材料21b具有內(nèi)部電極131b、133b、135b、 137b、139b。內(nèi)部電極131b具備向短邊C延伸出的露出部132b，內(nèi)部電極133b具備向短邊 B延伸出的露出部134b，內(nèi)部電極135b具備向短邊B延伸出的露出部136b，內(nèi)部電極137b 具備向短邊C延伸出的露出部138b，內(nèi)部電極139b具備向長邊A延伸出的露出部140b。在此，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中的內(nèi) 部電極131a、133a、135a、137a、139a和上述壓電材料21b中的內(nèi)部電極131b、133b、135b、 137b、139b以分別對應重疊的方式被配置。另一方面，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中 的露出部132a、134a、136a、138a、140a和上述壓電材料21b中的露出部132b、134b、136b、 138b、140b以分別不互相重疊的方式(不互相重復的方式)被配置。(第五變形例)圖13A是表示該第五變形例中的壓電材料21a的構(gòu)成的圖，圖13B是表示該第五 變形例中的壓電材料21b的構(gòu)成的圖。如圖13A所示，該第五變形例中的壓電材料21a具有內(nèi)部電極141a、143a、145a、 147a、149a。內(nèi)部電極141a具備向短邊C延伸出的露出部142a，內(nèi)部電極143a具備向長邊 A延伸出的露出部144a，內(nèi)部電極145a具備向長邊A延伸出的露出部146a，內(nèi)部電極147a 具備向短邊C延伸出的露出部148a，內(nèi)部電極149a具備向長邊A延伸出的露出部150a。如圖13B所示，該第五變形例中的壓電材料21b具有內(nèi)部電極141b、143b、145b、 147b、149b。內(nèi)部電極141b具備向短邊C延伸出的露出部142b，內(nèi)部電極143b具備向長邊 A延伸出的露出部144b，內(nèi)部電極145b具備向長邊A延伸出的露出部146b，內(nèi)部電極147b 具備向短邊C延伸出的露出部148b，內(nèi)部電極149b具備向長邊A延伸出的露出部150b。在此，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中的內(nèi) 部電極141a、143a、145a、147a、149a和上述壓電材料21b中的內(nèi)部電極141b、143b、145b、 147b、149b以分別對應重疊的方式被配置。另一方面，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中 的露出部142a、144a、146a、148a、150a和上述壓電材料21b中的露出部142b、144b、146b、 148b、150b以分別不互相重疊的方式(不互相重復的方式)被配置。(第六變形例)圖14A是表示該第六變形例中的壓電材料21a的構(gòu)成的圖，圖14B是表示該第六 變形例中的壓電材料21b的構(gòu)成的圖。如圖14A所示，該第六變形例中的壓電材料21a具有內(nèi)部電極171a、173a、175a。 內(nèi)部電極171a具備向長邊A延伸出的露出部172a，內(nèi)部電極173a具備向長邊A延伸出的 露出部174al以及向短邊B延伸出的露出部174a2，內(nèi)部電極175a具備向長邊A延伸出的 露出部176al以及向短邊C延伸出的露出部176a2。如圖14B所示，該第六變形例中的壓電材料21b具有內(nèi)部電極171b、173b、175b。內(nèi)部電極171b具備向長邊A延伸出的露出部172b，內(nèi)部電極173b具備向長邊A延伸出的 露出部174bl以及向短邊B延伸出的露出部174b2，內(nèi)部電極175b具備向長邊A延伸出的 露出部176bl以及向短邊C延伸出的露出部176b2。
在此，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中的內(nèi)部電極171a、173a、175a和上述壓電材料21b中的內(nèi)部電極171b、173b、175b以分別對應重
疊的方式被配置。另一方面，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中 的露出部172a、174al、174a2、176al、176a2和上述壓電材料21b中的露出部172b、174bl、 174b2、176bl、176b2以分別不互相重疊的方式(不互相重復的方式)被配置。(第七變形例)圖15A是表示該第七變形例中的壓電材料21a的構(gòu)成的圖，圖15B是表示該第七 變形例中的壓電材料21b的構(gòu)成的圖。如圖15A所示，該第七變形例中的壓電材料21a具有內(nèi)部電極181a、183a、185a、 187a。內(nèi)部電極181a具備向長邊A延伸出的露出部182a，內(nèi)部電極183a具備向長邊A延 伸出的露出部184a，內(nèi)部電極185a具備向長邊A延伸出的露出部186al以及向短邊B延伸 出的露出部186a2，內(nèi)部電極187a具備向長邊A延伸出的露出部188al以及向短邊C延伸 出的露出部188a2。如圖15B所示，該第七變形例中的壓電材料21b具有內(nèi)部電極181b、183b、185b、 187b。內(nèi)部電極181b具備向長邊A延伸出的露出部182b，內(nèi)部電極183b具備向長邊A延 伸出的露出部184b，內(nèi)部電極185b具備向長邊A延伸出的露出部186bl以及向短邊B延伸 出的露出部186b2，內(nèi)部電極187b具備向長邊A延伸出的露出部188bl以及向短邊C延伸 出的露出部188b2。在此，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中的內(nèi) 部電極181a、183a、185a、187a和上述壓電材料21b中的內(nèi)部電極181b、183b、185b、187b以
分別對應重疊的方式被配置。另一方面，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a 中的露出部182a、184a，186al、186a2、188al、188a2和上述壓電材料21b中的露出部182b、 184b，186bl、186b2、188bl、188b2以分別不互相重疊的方式(不互相重復的方式)被配置。(第八變形例)另外，當然可以構(gòu)成為只有壓電材料21a能夠檢測出在與層疊方向垂直的平面內(nèi) 的旋轉(zhuǎn)方向的層疊精度，在采用了這樣的構(gòu)成的情況下也能夠提供實現(xiàn)了上述的效果的層 疊壓電元件以及具備該層疊壓電元件的超聲波馬達。例如，圖16A是表示該第八變形例中 的壓電材料21a的構(gòu)成的圖，圖16B是表示該第八變形例中的壓電材料21b的構(gòu)成的圖。如圖16A所示，該第八變形例中的壓電材料21a具有內(nèi)部電極191a、193a、195a、 197a、199a。內(nèi)部電極191a具備向長邊A延伸出的露出部192a，內(nèi)部電極193a具備向長邊 A延伸出的露出部194a，內(nèi)部電極195a具備向長邊A延伸出的露出部196al以及向短邊B 延伸出的露出部196a2，內(nèi)部電極197a具備向長邊A延伸出的露出部198al以及向短邊C 延伸出的露出部198a2，內(nèi)部電極199a具備向長邊A延伸出的露出部200a。如圖16B所示，該第八變形例中的壓電材料2Ib具有內(nèi)部電極19lb、193b、195b、 197b、199b。內(nèi)部電極191b具備向長邊A延伸出的露出部192b，內(nèi)部電極193b具備向長邊 A延伸出的露出部194b，內(nèi)部電極195b具備向長邊A延伸出的露出部196b，內(nèi)部電極197b 具備向長邊A延伸出的露出部198b，內(nèi)部電極199b具備向長邊A延伸出的露出部200b。
在此，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a中的內(nèi)部電極191a、193a、195a、197a、199a和上述壓電材料21b中的內(nèi)部電極191b、193b、195b、 197b、199b以分別對應重疊的方式被配置。另一方面，在交替層疊多個壓電材料21a和壓電材料21b時，上述壓電材料21a 中的露出部192a、194a, 196al、196a2、198al、198a2、200a和上述壓電材料21b中的露出部 192b、194b，196b、198b、20ob以分別不互相重疊的方式(不互相重復的方式)被配置。另外，上述的實施方式中包含了多個段階的發(fā)明，通過適當?shù)亟M合所公開的多個 構(gòu)成要件能夠提取出多種發(fā)明。例如，即使從實施方式中所公開的全部構(gòu)成要件中刪除幾 個構(gòu)成要素，也能夠解決在本發(fā)明所要解決的課題的部分中所述的課題，能夠獲得在發(fā)明 的效果的部分中所述的效果，在這種情況下，也能夠作為發(fā)明而提取出刪除了上述構(gòu)成要 件的構(gòu)成。
權(quán)利要求
一種層疊壓電元件(3)，通過交替層疊多個第一壓電材料(21a)和第二壓電材料(21b)而構(gòu)成，所述第一壓電材料(21a)中形成有第一內(nèi)部電極組(23a、25a、27a)，與該第一內(nèi)部電極組(23a、25a、27a)的形成面平行的方向上的斷面形狀為矩形，所述第二壓電材料(21b)中形成有第二內(nèi)部電極組(23b、25b、27b)，與該第二內(nèi)部電極組(23b、25b、27b)的形成面平行的方向上的斷面形狀與上述第一壓電材料(21a)相同，該層疊壓電元件(3)的特征在于，上述第一內(nèi)部電極組(23a、25a、27a)具備第一露出部組(29a、33a、31a)，該第一露出部組(29a、33a、31a)朝向構(gòu)成上述第一壓電材料(21a)的上述斷面形狀的4個邊中的、包含不相對的2個邊的至少2個以上的邊延伸，并形成在上述第一壓電材料(21a)的端部，并且，上述第二內(nèi)部電極組(23b、25b、27b)具備第二露出部組(29b、33b、31b)，該第二露出部組(29b、33b、31b)朝向構(gòu)成上述第二壓電材料(21b)的上述斷面形狀的4個邊中的、包含不相對的2個邊的至少2個以上的邊延伸，并形成在上述第二壓電材料(21b)的端部，根據(jù)上述第一露出部組(29a、33a、31a)和上述第二露出部組(29b、33b、31b)，能夠檢測上述第一壓電材料(21a)和上述第二壓電材料(21b)的層疊精度。
2.如權(quán)利要求1所述的層疊壓電元件(3)，其特征在于，還具有與上述第一露出部組(29a、33a、31a)電連接的第一外部電極組(43、51、45)；以及與上述第二露出部組(29b、33b、31b)電連接的第二外部電極組(41、49、47)，上述第一外部電極組(43、51、45)的寬度和/或厚度設定為能夠視覺辨認上述第一露 出部組(29a、33a、31a)的值，并且，上述第二外部電極組(41、49、47)的寬度和/或厚度設定為能夠視覺辨認上述第二露 出部組(29b、33b、3 lb)的值。
3.一種超聲波馬達，具備層疊壓電元件(3)，該層疊壓電元件(3)通過交替層疊多個第 一壓電材料(21a)和第二壓電材料(21b)而構(gòu)成，所述第一壓電材料(21a)中形成有第一 內(nèi)部電極組(23a、25a、27a)，與該第一內(nèi)部電極組(23a、25a、27a)的形成面平行的方向上 的斷面形狀是矩形，所述第二壓電材料(21b)中形成有第二內(nèi)部電極組(23b、25b、27b)，與 該第二內(nèi)部電極組(23b、25b、27b)的形成面平行的方向上的斷面形狀與上述第一壓電材 料(21a)相同，該超聲波馬達通過使上述層疊壓電元件(3)中同時產(chǎn)生縱向振動模式和彎 曲振動模式來產(chǎn)生橢圓振動，通過該橢圓振動來獲得驅(qū)動力從而驅(qū)動被驅(qū)動構(gòu)件(7)，該超 聲波馬達的特征在于，上述第一內(nèi)部電極組(23a、25a、27a)具備第一露出部組(29a、33a、31a)，該第一露出 部組(29a、33a、31a)朝向構(gòu)成上述第一壓電材料(21a)的上述斷面形狀的4個邊中的、包 含不相對的2個邊的至少2個以上的邊延伸，并形成在上述第一壓電材料(21a)的端部，并 且，上述第二內(nèi)部電極組(23b、25b、27b)具備第二露出部組(29b、33b、31b)，該第二露出 部組(29b、33b、31b)朝向構(gòu)成上述第二壓電材料(21b)的上述斷面形狀的4個邊中的、包 含不相對的2個邊的至少2個以上的邊延伸，并形成在上述第二壓電材料(21b)的端部，根據(jù)上述第一露出部組(29a、33a、31a)和上述第二露出部組(29b、33b、31b)，能夠檢測上述第一壓電材料(21a)和上述第二壓電材料(21b)的層疊精度。
4.如權(quán)利要求3所述的超聲波馬達，其特征在于， 還具有與上述第一露出部組(29a、33a、31a)電連接的第一外部電極組(43、51、45)；以及 與上述第二露出部組(29b、33b、31b)電連接的第二外部電極組(41、49、47)， 上述第一外部電極組(43、51、45)的寬度和/或厚度設定為能夠視覺辨認上述第一露 出部組(29a、33a、31a)的值，并且，上述第二外部電極組(41、49、47)的寬度和/或厚度設定為能夠視覺辨認上述第二露 出部組(29b、33b、3 lb)的值。
5.如權(quán)利要求3或4所述的超聲波馬達，其特征在于，上述第一壓電材料(21a)和上述第二壓電材料(21b)的層疊精度的檢測方向包括與上 述驅(qū)動方向大致平行的方向。
全文摘要
一種層疊壓電元件，第一內(nèi)部電極組(23a、25a、27a)具備形成在第一壓電材料(21a)的端部的第一露出部組(29a、33a、31a)，并且第二內(nèi)部電極組(23b、25b、27b)具備形成在第二壓電材料(21b)的端部的第二露出部組(29b、33b、31b)。
文檔編號H01L41/187GK101849299SQ20088011479
公開日2010年9月29日 申請日期2008年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月5日
發(fā)明者岡田淳二, 坂井長英, 堀內(nèi)勝司, 葛西靖明 申請人:奧林巴斯株式會社