JP2007227872A - 圧電／電歪アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電体の内部に発生する最大応力が小さく、長寿命の圧電／電歪アクチュエータを提供すること。
【解決手段】 圧電／電歪アクチュエータ１０は、圧電体１１、複数の内部電極層１２、側面電極１３及び複数の電極引出部１４を備えている。内部電極層は、圧電体の中央部にのみ形成されている。これにより、圧電体の中央部には活性部が形成され、圧電体の中央部を取り囲む圧電体の周部には電圧が印加されることなく圧電体が伸縮しない不活性部が形成されている。内部電極層は、圧電体の外縁から活性部までの距離（不活性部の幅）が互いに対向する一対の内部電極層間の距離である圧電体一層分の厚さ以上であり、且つ、内部電極層のそれぞれが形成されている面において不活性部の面積が同面全体の面積の５０％以下となるように形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、実質的に積層された複数の圧電体の伸縮動作を利用する圧電／電歪アクチュエータに関する。

図３７乃至図３９に示したように、従来から知られる圧電／電歪アクチュエータ１１０は、略直方体或いは円筒体の圧電体１１１と、圧電体１１１の内部に互いに平行に形成された複数の内部電極層１１２と、圧電体１１１の側面に形成された一対の側面電極１１３と、を備えている。内部電極層１１２は、一対の側面電極１１３が形成されている圧電体１１１の一対の側面の何れか一方から離間するとともに、圧電体１１１の外径に沿うように形成され、且つ、同一対の側面の他方において側面電極１１３と接続されている。

このような構造により、複数の内部電極層１１２には極性の異なる電圧が側面電極１１３を通して交互に印加される。これにより、図３７に矢印にて示したように、圧電体に電界が加わるので、圧電体１１１が伸縮する。圧電／電歪アクチュエータ１１０は、その伸縮をアクチュエータの発生する力として利用している。このような圧電／電歪アクチュエータは、例えば、燃料噴射弁に適用されている（特許文献１を参照。）。
特開２００４−２９７０４２号公報

しかしながら、従来の圧電／電歪アクチュエータ１１０においては、内部電極層１１２が対称形状ではないので、図３７に示したように、内部電極層１１２の端部近傍において圧電体１１１の軸方向（Ｚ軸方向）以外の方向の電界が圧電体１１１に印加される。このため、圧電体１１１の端部近傍の伸縮方向が中央部の伸縮方向と相違するから、圧電体１１１の端部に大きな応力が発生する。この結果、圧電／電歪アクチュエータ１１０の寿命が低下する恐れがある。

本発明は上記課題を解決するために為されたものである。
本発明の圧電／電歪アクチュエータは、
圧電体内部に複数の内部電極層が互いに平行に形成されるとともに同複数の内部電極層に所定の電圧を印加して同圧電体を伸縮させる圧電／電歪アクチュエータであって、
前記内部電極層のそれぞれは、前記圧電体の中央部に電圧が印加されて同圧電体が伸縮する活性部と同圧電体の中央部を取り囲む同圧電体の周部であって電圧が印加されることなく同圧電体が伸縮しない不活性部とが同圧電体に形成されるように同圧電体の中央部に配置され、且つ、同圧電体の外縁から同活性部までの距離である同不活性部の幅は互いに対向する一対の内部電極層間の距離である圧電体一層分の厚さ以上であり、且つ、同内部電極層のそれぞれが形成されている面において同不活性部の面積が同面全体の面積の５０％以下であるように形成されてなる。

これによれば、活性部をなす圧電体の中央部を取り囲む圧電体の周部の全体に不活性部が形成され、表面粗さ或いは表面の傷等によって応力集中が発生しやすい圧電体の外縁（側面）に活性部と不活性部の境界が露出することがないので、圧電体に発生する最大応力が低下する。この結果、圧電／電歪アクチュエータの寿命を長期化することができる。

更に、不活性部の幅は、互いに対向する一対の内部電極層間の距離（即ち、互いに対向する一対の内部電極に挟まれた圧電体一層分の厚さ）以上であるから、活性部と不活性部との境界に発生する活性部の変形に基づく応力は、活性部と不活性部とで略等しく且つ小さくなる。換言すると、活性部と不活性部とは活性部の変形に基づく歪を均等に分け合って吸収するので、活性部と不活性部との境界における不活性部内に生じる応力は最小となる。これは、所謂「サンブナンの原理」からも説明することができる。

加えて、本発明の圧電／電歪アクチュエータの内部電極層のそれぞれは、内部電極層が形成されている面（圧電体の軸線に直交する平面）における不活性部の面積がその面全体の面積（活性部の面積と不活性部の面積の和）の５０％以下となるように形成されている。不活性部の幅が大きくなれば、上述したように不活性部に生じる応力（引張り応力）は小さくなる。ところが、不活性部は活性部の変形を阻害するように機能するため、不活性部の占める割合が大きいと変形量が小さくなる。従って、不活性部の占める割合が大きい場合、所望の変形量を得ようとすれば圧電体を大型化せざるを得ない。そこで、発明者は実験を試みたところ、不活性部の面積が活性部の面積と不活性部の面積の和の５０％以下であれば、圧電／電歪アクチュエータは十分な変形量をもたらし得ることを見出した。従って、本発明の構成によれば、小型で変形量（或いは、その変形に基づく力）が大きい圧電／電歪アクチュエータが提供される。

本発明の一態様に係る圧電／電歪アクチュエータにおいて、
前記内部電極層のそれぞれは、前記圧電体の中央部に電圧が印加されて同圧電体が伸縮する活性部と同圧電体の中央部を取り囲む同圧電体の周部であって電圧が印加されることなく同圧電体が伸縮しない不活性部とが同圧電体に形成されるように同圧電体の中央部に配置され、
更に、前記圧電／電歪アクチュエータは、
前記内部電極層から前記圧電体の側面（側端部）まで略帯状を有するように延在し、且つ、同帯の幅が同内部電極層の外縁から外部に出ることなく同内部電極層に描くことができる最大面積の円の直径の３０％以下である電極引出部と、
前記圧電体の側端部に露呈した電極引出部の端部同士を接続するように同圧電体の側面に形成された側面電極と、
を備えている。

活性部を構成するための内部電極層には電圧を印加しなければならない。そのような電圧は、圧電体側面に形成される側面電極からもたらされることが圧電／電歪アクチュエータの構造を簡素化する点において有利である。しかしながら、側面電極と内部電極層とを接続するために帯状に形成される電極引出部の幅が過大であると、その電極引出部からも圧電体を変形させるに足る電界が発生してしまうから、大きな応力が発生する恐れがある。換言すると、電極引出部が圧電体の周部に活性部を構成してしまう恐れがある。

これに対し、発明者は、電極引出部（内部電極層から圧電体の側端部まで略帯状を有するように延在する電極引出部）の幅が、圧電体の中央に配置された内部電極層の外縁から外部に出ることなく同内部電極層に描くことができる最大面積の円（内部電極層の形状が例えば正多角形であれば内接円に相当する）の直径の３０％以下であれば、その電極引出部が形成されている部分も実質的に不活性部として機能することを見出した。従って、上記構成によれば、圧電体の中央部にのみ活性部（即ち、内部電極層）を形成し、中央部を取り囲む圧電体の周部に電極引出部を形成した場合であっても、同周部に確実に不活性部を形成しておくことができる。その結果、過大な応力の発生を回避することができるので、寿命の長い圧電／電歪アクチュエータを提供することができる。

この場合、前記内部電極層の形状（平面視の形状、厚さ方向に直交する面における形状）は、２以上の整数ｎのｎ回対称性を有する形状、長方形、楕円形及び長円形の何れかひとつであることが好適である。これによれば、内部電極の形状が高い対称性を備えるから、過大な応力が発生することのない圧電／電歪アクチュエータが提供され得る。

以下、本発明による圧電／電歪アクチュエータの各実施形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
本発明の一実施形態に係る圧電／電歪アクチュエータ１０は、図１乃至図５に示したように、圧電体１１、複数の内部電極層（内部電極）１２（１２ａ，１２ｂ）、一対の側面電極１３（１３ａ，１３ｂ）及び複数の電極引出部１４（１４ａ，１４ｂ）を備えている。

圧電体（圧電セラミックス、ＰＺＴ）１１は、互いに直交するＸ，Ｙ及びＺ軸に沿った辺を備える略直方体である。圧電体１１のＺ軸方向の軸（長手方向の軸、積層方向）に直交する平面（Ｘ−Ｙ平面）に沿った形状は、正方形である。圧電体１１はＺ軸に沿った電界が加えられると電界の向き（Ｚ軸に沿った向き）に伸びるようになっている。

内部電極層１２（１２ａ，１２ｂ）は、導電体（例えば、Ａｇ−Ｐｄ合金）からなる薄膜（例えば、膜厚が２〜３μｍ）である。複数の内部電極層１２は、互いに平行となるように（Ｘ−Ｙ平面に沿って）圧電体１１の内部に埋設（形成）されている。内部電極層１２ａと内部電極層１２ｂは（Ｚ軸方向において）交互に配置されている。内部電極層１２（１２ａ，１２ｂ）のＺ軸に直交する平面（Ｘ−Ｙ平面）における形状は正方形であり、その重心は圧電体１１の同平面（Ｘ−Ｙ平面）における重心と一致している。更に、内部電極層１２の各辺は、圧電体１１の前記平面（Ｘ−Ｙ平面）における各辺と平行となっている。即ち、内部電極層１２は圧電体１１の中央部に配置され、内部電極層１２の周部は圧電体１１により満たされている。

一対の側面電極１３は、圧電体１１の互いに対向する一対の側面に層状（薄膜状）に形成されている。即ち、一つの側面電極１３ａは圧電体１１の相対的にＸ軸負方向側に位置するＹ−Ｚ平面に形成され、他の側面電極１３ｂは圧電体１１の相対的にＸ軸正方向側に位置するＹ−Ｚ平面に形成されている。側面電極１３ａ及び側面電極１３ｂの各幅は、圧電体１１のＹ軸方向に沿った辺の長さの略半分程度である。側面電極１３ａ及び側面電極１３ｂのそれぞれは、それぞれが形成されている圧電体１１の側面の中心軸に沿って圧電体１１の下端部近傍位置から上端部近傍位置まで延在している。

電極引出部１４は、内部電極層１２と同じ導電体（例えば、Ａｇ−Ｐｄ合金）からなる薄膜であり、内部電極層１２と同一平面上に形成されている。電極引出部１４の形状は、Ｘ軸方向に沿って延びる幅（Ｙ軸方向長さ）Ｗａの帯状である。電極引出部１４の厚さは内部電極層１２の厚さと同一である。電極引出部１４の一端は内部電極層１２の一辺と接続され、他端は側面電極１３が形成された圧電体１１の側面に露呈している。

より具体的に述べると、電極引出部１４の一つである電極引出部１４ａは、圧電体１１の相対的にＸ軸負方向側に位置するＹ−Ｚ平面の中心軸を含む領域において内部電極層１２ａと側面電極１３ａとを接続（連結）している。電極引出部１４の他の一つである電極引出部１４ｂは、圧電体１１の相対的にＸ軸正方向側に位置するＹ−Ｚ平面の中心軸を含む領域において内部電極層１２ｂと側面電極１３ｂとを接続（連結）している。後述するように、幅（Ｙ軸方向長さ）Ｗａは、内部電極層１２の内接円Ｃの直径Ｄの３０％以下の長さに設定されている。なお、本明細書において、内部電極層の内接円とは「内部電極層の外縁（輪郭線）から外部に出ることなく内部電極層に描くことができる最大面積の円」であると定義される。

このような構造を備える圧電／電歪アクチュエータ１０は、上記複数の内部電極層（内部電極）１２を使用して分極処理される。そして、圧電／電歪アクチュエータ１０を駆動する際、側面電極１３ａと側面電極１３ｂとに圧電体１１を伸縮させるための所定の電圧が印加される。例えば、側面電極１３ａには＋Ｖ（Ｖ）が印加され、側面電極１３ｂには基準電圧（例えば、０（Ｖ））が印加される。これにより、互いに対向する一対の内部電極層１２の一つの内部電極層１２ａに＋Ｖ（Ｖ）が印加され、他の一つの内部電極層１２ｂに基準電圧（例えば、０（Ｖ））が印加される。この結果、圧電体１１の中央部（対向する一対の内部電極層１２ａ，１２ｂにより挟まれている部分）に、圧電／電歪アクチュエータ１０の縦断面図である図３において矢印にて示した方向の電界が加えられる。この電界は圧電体１１の各層の分極方向と同方向となるから、圧電体１１はＺ軸方向に伸長する。その後、側面電極１３ａと側面電極１３ｂとを同電位（例えば、基準電圧である０（Ｖ））に維持すると、圧電体１１は収縮し、初期の（元の）状態に復帰する。圧電／電歪アクチュエータ１０は、係る伸縮動作を利用して例えば燃料噴射弁の弁体を移動させる。

一方、圧電体１１の上記分極処理がなされた圧電／電歪アクチュエータ１０を駆動する際、複数の内部電極層１２に互いに極性の異なる電圧（大きさは互いに等しい電圧）が交互に印加されてもよい。例えば、側面電極１３ａに＋Ｖ（Ｖ）が印加され、側面電極１３ｂに−Ｖ（Ｖ）が印加されれば、対向する一対の内部電極層１２ａ，１２ｂには互いに極性の異なる電圧が印加されるので、図３に矢印にて示した方向の電界が圧電体１１の中央部に加えられる。その結果、電界が圧電体１１の分極方向と同方向に加わるから、圧電体１１はＺ軸方向に伸長する。その後、側面電極１３ａと側面電極１３ｂとが同電位（例えば、基準電圧である０（Ｖ））に維持される。これにより圧電体１１は収縮し、初期の状態に復帰する。なお、図３は、図４の１−１線に沿った平面にて切断した断面図である。

このように、圧電体１１には、圧電体１１の中央部に電圧が印加されて圧電体１１が伸縮する活性部（互いに対向する一対の内部電極層１２により挟まれた部分）ＡＣと、圧電体１１の中央部（即ち、活性部）を取り囲む圧電体１１の周部であって電圧が印加されることなく圧電体１１が伸縮しない不活性部ＩＡと、が内部電極層１２によって形成されている。

本実施形態において、不活性部ＩＡの幅Ｗiaは、圧電体１１の全周に渡り一定であり、互いに対向する一対の内部電極層１２ａ，１２ｂ間の距離である圧電体一層分の厚さｔ以上に設定されている。以下、この寸法設定によりもたらされる利点について図６を参照しながら説明する。

活性部ＡＣは、電圧（電界）印加時において圧電体層の厚さ方向に伸長するように変形する。不活性部ＩＡは、この活性部ＡＣの伸長を妨げるように機能する。従って、活性部ＡＣと不活性部ＩＡとの境界近傍（以下、「境界近傍」と称呼する。）において、活性部ＡＣには圧縮応力が発生し、不活性部ＩＡには引張り応力が発生する。このとき、図６の（Ａ）に示したように、不活性部ＩＡの幅Ｗiaが圧電体一層分の厚さｔよりも小さいと、不活性部ＩＡは活性部ＡＣの伸長を妨げるために十分な幅Ｗiaを備えていないので、不活性部ＩＡの境界近傍には大きな引張り応力が発生する。一方、活性部ＡＣは不活性部ＩＡにより伸長動作が妨げられ難いので、境界近傍の活性部ＡＣに発生する圧縮応力は小さくなる。

これに対し、図６（Ｂ）に示した本実施形態のように、不活性部ＩＡの幅Ｗiaが圧電体一層分の厚さｔ以上であると、不活性部ＩＡは活性部ＡＣの伸長を妨げるために十分な幅Ｗiaを備えているから、境界近傍の不活性部ＩＡに発生する引張り応力は図６（Ａ）の場合よりも小さくなる。また、境界近傍の活性部ＡＣは不活性部ＩＡにより伸長動作が妨げられるので、活性部ＡＣに発生する圧縮応力は図６（Ａ）の場合よりも大きくなる。このとき、境界近傍の応力の状態に関与する活性部ＡＣと不活性部ＩＡの体積が同等となるので、境界近傍に発生した歪は活性部ＡＣと不活性部ＩＡとによって等しく吸収される。なお、このような現象は、「サンブナンの原理」として知られている。

この結果、本実施形態の圧電／電歪アクチュエータ１０は、活性部ＡＣと不活性部ＩＡとの境界近傍の不活性部ＩＡに過大な応力（引張り応力）が発生しないので、耐久性に優れ、長寿命のアクチュエータとなっている。なお、本実施形態とは異なり不活性部の幅Ｗiaが変化する場合（即ち、周方向において一定でない場合）、不活性部の幅Ｗiaの最小値が圧電体一層分の厚さｔ以上であることが必要である。

更に、本実施形態においては、内部電極層１２のそれぞれが形成されている面（Ｘ−Ｙ平面）において不活性部ＩＡの面積がその面全体の面積（活性部ＡＣの面積と不活性部ＩＡの面積の和）の５０％以下であるように、内部電極層１２が形成されている。以下、この設定によりもたらされる利点について図７を参照しながら説明する。

図７は、活性部占有率に対する圧電／電歪アクチュエータ１０の伸縮量を示したグラフである。活性部占有率とは、内部電極層１２が形成されている平面における活性部ＡＣの面積と不活性部ＩＡの面積の和に対する活性部ＡＣの面積の比である。なお、図７中の円のプロットは本実施形態に係る圧電／電歪アクチュエータ１０についての伸縮量を示し、三角形のプロットは図３７乃至図３９に示した従来の圧電／電歪アクチュエータについての伸縮量を示している。

図７から明らかなように、活性部占有率が５０％より小さくなると圧電／電歪アクチュエータ１０の伸縮量は急激に低下する。換言すると、本実施形態の圧電／電歪アクチュエータ１０は、活性部占有率が５０％以上であるから、小型であって且つ伸縮量の大きなアクチュエータとなっている。

更に、上述したように、圧電／電歪アクチュエータ１０の電極引出部１４の幅Ｗａは、内部電極層１２の外縁から外部に出ることなく内部電極層１２に描くことができる最大面積の円（圧電／電歪アクチュエータ１０にあっては内部電極層１２の内接円）の直径Ｄの３０％以下に設定されている。以下、この設定によりもたらされる利点について図８を参照しながら説明する。

図８は、圧電／電歪アクチュエータ１０の駆動サイクル数に対する圧電体１１の伸縮量の変化を示したグラフである。ここでは、内部電極層１２に電圧を印加して圧電体１１を伸長させ、その後、内部電極層１２への電圧印加を停止して圧電体１１を初期状態に縮小（復元）させるまでの動作が一駆動サイクルである。図８において、四角形、三角形、円、五角形、ひし形のプロットは、内接円の直径Ｄに対する電極引出部１４の幅Ｗａの比（Ｗａ／Ｄ）が１０、３０、５０、８０及び１００％である場合の伸縮量をそれぞれ示している。なお、比（Ｗａ／Ｄ）が１００％であるとは、図３８に示した従来の圧電／電歪アクチュエータ１１０のように、電極引出部が圧電体１１１の幅と等しい場合である。

図８から明らかなように、内接円の直径Ｄに対する電極引出部１４の幅Ｗａ（即ち、Ｗａ／Ｄ）が５０％以上になると、駆動サイクル数が１０^６サイクルを超えた領域で伸縮量が減少する。これに対し、内接円の直径Ｄに対する電極引出部１４の幅Ｗａが３０％以下であると、駆動サイクル数が１０^９サイクルまで伸縮量が低下しない。このことから、本実施形態の圧電／電歪アクチュエータ１０は、内接円の直径Ｄに対する電極引出部１４の幅Ｗａが３０％以下となるように設定される。従って、圧電／電歪アクチュエータ１０は、駆動サイクル数が多くなってもその伸縮量が低下し難く、従って、高い耐久性を備えていることが理解される。

このように、圧電／電歪アクチュエータ１０においては、電極引出部１４の幅Ｗａが小さいので、電極引出部１４から実質的な電界（圧電体１１を伸縮させる電界）が発生しない。従って、活性部ＡＣを取り囲むように不活性部ＩＡを圧電体１１に形成することができる。この点について図９を参照して説明する。

図９は、圧電体の活性部占有率に対する圧電体内部の最大応力を示したグラフである。図９において円のプロットは圧電／電歪アクチュエータ１０の最大応力を示し、三角形のプロットは図３７乃至図３９に示した圧電／電歪アクチュエータ１１０の最大応力を示している。

図９から明らかなように、圧電体１１の周部全体に不活性部を備える圧電／電歪アクチュエータ１０は、電極引出部の幅が大きいことにより圧電体１１１の周部全体には不活性部が形成されていない圧電／電歪アクチュエータ１１０よりも、最大応力が小さくなっている。これは、圧電／電歪アクチュエータ１０においては、（１）活性部と不活性部の配置の対称性が良いので、活性部の発生した歪が所望の伸縮方向（この場合、Ｚ軸方向）の伸縮に効率良く利用されるようになること、（２）表面粗さ或いは表面の傷等によって応力集中が発生しやすい圧電体の外縁（側面）に活性部と不活性部の境界が露出することがないこと、の２点が主たる要因であると考えられる。

＜第１実施形態の変形例＞
次に、第１実施形態の変形例について説明する。
（第１変形例）
第１変形例は、第１変形例の圧電／電歪アクチュエータを内部電極層に沿った面にて切断した図１０に示したように、第１実施形態（圧電／電歪アクチュエータ１０）の電極引出部１４を電極引出部２４に置換した点のみにおいて第１実施形態と相違している。

この電極引出部２４は、圧電体１１の側面電極１３が形成されている側において最も幅が小さく、内部電極層１２に近づくにつれて幅が次第に増大する形状を有している。これによれば、内部電極層１２と電極引出部２４との接続箇所に生じる応力集中を抑制することができるので、同接続箇所にクラックがはいり難くなっている。なお、このような形状の電極引出部２４の幅Ｗａ（内接円の直径Ｄと相対比較すべき幅）は、電極引出部２４の最大幅である。

（第２変形例）
第２変形例は、第２変形例の圧電／電歪アクチュエータを内部電極層に沿った面にて切断した図１１に示したように、第１実施形態（圧電／電歪アクチュエータ１０）の電極引出部１４を電極引出部３４に置換した点のみにおいて第１実施形態と相違している。

この電極引出部３４は、幅が、圧電体１１の側面電極１３が形成されている側面と内部電極層１２との略中央位置において最も小さく、側面電極１３が形成されている側面に近づくにつれて次第に増大するとともに、内部電極層１２に近づくにつれて次第に増大する形状を有している。これによれば、内部電極層１２と電極引出部３４との接続箇所に生じる応力集中を抑制することができるので、同接続箇所にクラックがはいり難くなっている。更に、電極引出部３４と側面電極１３との接続部分の長さが長くなるので、両者の接続を確実に行う（接続の信頼性を向上する）ことができる。なお、このような形状の電極引出部３４においても、その幅Ｗａ（内接円の直径Ｄと相対比較すべき幅）は電極引出部３４の最大幅である。

（第３変形例）
第３変形例は、第３変形例の圧電／電歪アクチュエータを内部電極層に沿った面にて切断した図１２の（Ａ）に示したように、第１実施形態（圧電／電歪アクチュエータ１０）の圧電体１１、内部電極層１２及び電極引出部１４を、圧電体２１、内部電極層２２及び電極引出部２４にそれぞれ置換した点のみにおいて第１実施形態と相違している。

この圧電体２１は、外形（平面視における形状）が正方形の各角部を直線状に切除した８角形である。内部電極層２２は内部電極層１２の角部にＲ形状を付した形状を有している。電極引出部２４は先に説明した通りである。図１２の（Ｂ）は、第３変形例の圧電／電歪アクチュエータについて、駆動サイクル数に対する圧電体２１の伸縮量の変化を示したグラフである。図１２の（Ｂ）において、円、ひし形、三角形、正方形であって半分が黒塗りされている四角形及び正方形のプロットは、内接円の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａの比（Ｗａ／Ｄ）が１０、３０、５０、８０及び１００％である場合の伸縮量をそれぞれ示している。

図１２の（Ｂ）から明らかなように、内接円の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａ（Ｗａ／Ｄ）が５０％以上になると、駆動サイクル数が１０^６サイクルを超えた領域で伸縮量が減少する。これに対し、内接円の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａが３０％以下であると、駆動サイクル数が１０^９サイクルまで伸縮量が低下しない。このことからも、内接円の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａが３０％以下となるように設定されることが圧電／電歪アクチュエータの耐久性向上の点で望ましいということが導き出される。

（第４変形例）
第４変形例は、第４変形例の圧電／電歪アクチュエータを内部電極層に沿った面にて切断した図１３の（Ａ）に示したように、第１実施形態（圧電／電歪アクチュエータ１０）の圧電体１１及び内部電極層１２を、圧電体２１及び内部電極層３２にそれぞれ置換した点のみにおいて第１実施形態と相違している。

圧電体２１は先に説明した通りである。内部電極層３２は円形であり、その重心が圧電体２１の重心と一致するように配置されている。図１３の（Ｂ）は、第４変形例の圧電／電歪アクチュエータについて、駆動サイクル数に対する圧電体２１の伸縮量の変化を示したグラフである。図１３の（Ｂ）における各プロットは図内に示したとおり（図１２（Ｂ）と同一）である。

図１３の（Ｂ）から明らかなように、内接円の直径Ｄに対する電極引出部１４の幅Ｗａ（Ｗａ／Ｄ）が５０％以上になると、駆動サイクル数が１０^６サイクルを超えた領域で伸縮量が減少する。これに対し、内接円の直径Ｄに対する電極引出部１４の幅Ｗａが３０％以下であると、駆動サイクル数が１０^９サイクルまで伸縮量が低下しない。このことからも、内接円の直径Ｄに対する電極引出部１４の幅Ｗａが３０％以下となるように設定されることが圧電／電歪アクチュエータの耐久性向上の点で望ましいということが導き出される。

（第５変形例）
第５変形例は、第５変形例の圧電／電歪アクチュエータを内部電極層に沿った面にて切断した図１４の（Ａ）に示したように、第１実施形態（圧電／電歪アクチュエータ１０）の圧電体１１及び内部電極層１２を、圧電体２１及び内部電極層２２にそれぞれ置換した点のみにおいて第１実施形態と相違している。圧電体２１及び内部電極層２２は先に説明した通りである。図１４の（Ｂ）は、第５変形例の圧電／電歪アクチュエータについて、駆動サイクル数に対する圧電体２１の伸縮量の変化を示したグラフである。図１４の（Ｂ）における各プロットは図内に示したとおり（図１２（Ｂ）と同一）である。

図１４の（Ｂ）から明らかなように、内接円の直径Ｄに対する電極引出部１４の幅Ｗａ（Ｗａ／Ｄ）が５０％以上になると、駆動サイクル数が１０^６サイクルを超えた領域で伸縮量が減少する。これに対し、内接円の直径Ｄに対する電極引出部１４の幅Ｗａが３０％以下であると、駆動サイクル数が１０^９サイクルまで伸縮量が低下しない。このことからも、内接円の直径Ｄに対する電極引出部１４の幅Ｗａが３０％以下となるように設定されることが圧電／電歪アクチュエータの耐久性向上の点で望ましいということが導き出される。

（第６変形例）
第６変形例は、第６変形例の圧電／電歪アクチュエータを内部電極層に沿った面にて切断した図１５の（Ａ）に示したように、第１実施形態（圧電／電歪アクチュエータ１０）の圧電体１１、内部電極層１２及び電極引出部１４を、圧電体３１、内部電極層３２及び電極引出部２４にそれぞれ置換した点のみにおいて第１実施形態と相違している。圧電体３１は、外形が略円形で、側面電極が形成される一対の側面が平面となるように形成されている。内部電極層３２及び電極引出部２４は先に説明した通りである。図１５の（Ｂ）は、第６変形例の圧電／電歪アクチュエータについて、駆動サイクル数に対する圧電体３１の伸縮量の変化を示したグラフである。図１５の（Ｂ）における各プロットは図内に示したとおり（図１２（Ｂ）と同一）である。

図１５の（Ｂ）から明らかなように、内接円の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａ（Ｗａ／Ｄ）が５０％以上になると、駆動サイクル数が１０^６サイクルを超えた領域で伸縮量が減少する。これに対し、内接円の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａが３０％以下であると、駆動サイクル数が１０^９サイクルまで伸縮量が低下しない。このことからも、内接円の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａが３０％以下となるように設定されることが圧電／電歪アクチュエータの耐久性向上の点で望ましいということが導き出される。

（第７変形例）
第７変形例は、第７変形例の圧電／電歪アクチュエータを内部電極層に沿った面にて切断した図１６の（Ａ）に示したように、第１実施形態（圧電／電歪アクチュエータ１０）の圧電体１１、内部電極層１２及び電極引出部１４を、圧電体４１、内部電極層３２及び電極引出部２４にそれぞれ置換した点のみにおいて第１実施形態と相違している。圧電体４１は、外形が円形である。内部電極層３２及び電極引出部２４は先に説明した通りである。図１６の（Ｂ）は、第７変形例の圧電／電歪アクチュエータについて、駆動サイクル数に対する圧電体４１の伸縮量の変化を示したグラフである。図１６の（Ｂ）における各プロットは図内に示したとおり（図１２（Ｂ）と同一）である。

図１６の（Ｂ）から明らかなように、内接円の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａ（Ｗａ／Ｄ）が５０％以上になると、駆動サイクル数が１０^６サイクルを超えた領域で伸縮量が減少する。これに対し、内接円の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａが３０％以下であると、駆動サイクル数が１０^９サイクルまで伸縮量が低下しない。このことからも、内接円の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａが３０％以下となるように設定されることが圧電／電歪アクチュエータの耐久性向上の点で望ましいということが導き出される。

（第８変形例）
第８変形例は、第８変形例の圧電／電歪アクチュエータを内部電極層に沿った面にて切断した図１７の（Ａ）に示したように、第１実施形態（圧電／電歪アクチュエータ１０）の圧電体１１、内部電極層１２及び電極引出部１４を、圧電体５１、内部電極層４２及び電極引出部２４にそれぞれ置換した点のみにおいて第１実施形態と相違している。圧電体５１は、外形が長方形の各角部を直線状に切除した８角形である。内部電極層４２の外形は、圧電体５１の外形より僅かに小さい長方形であって角部にＲ形状を付した形状を有している。内部電極層４２の各辺は圧電体５１の各辺と平行であり、内部電極層４２の重心は圧電体５１の重心と一致している。電極引出部２４は先に説明した通りである。図１７の（Ｂ）は、第８変形例の圧電／電歪アクチュエータについて、駆動サイクル数に対する圧電体５１の伸縮量の変化を示したグラフである。図１７の（Ｂ）における各プロットは図内に示したとおり（図１２（Ｂ）と同一）である。

図１７の（Ｂ）から明らかなように、内接円（この場合、長方形の一対の長辺に接する円）の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａ（Ｗａ／Ｄ）が５０％以上になると、駆動サイクル数が１０^６サイクルを超えた領域で伸縮量が減少する。これに対し、内接円の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａが３０％以下であると、駆動サイクル数が１０^９サイクルまで伸縮量が低下しない。このことからも、内接円の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａが３０％以下となるように設定されることが圧電／電歪アクチュエータの耐久性向上の点で望ましいということが導き出される。

（第９変形例）
第９変形例は、第９変形例の圧電／電歪アクチュエータを内部電極層に沿った面にて切断した図１８の（Ａ）に示したように、第１実施形態（圧電／電歪アクチュエータ１０）の圧電体１１、内部電極層１２及び電極引出部１４を、圧電体６１、内部電極層５２及び電極引出部２４にそれぞれ置換した点のみにおいて第１実施形態と相違している。圧電体６１は、外形が楕円形である。内部電極層５２の外形は、圧電体６１の外形より僅かに小さい楕円形であり、その長軸及び短軸は圧電体６１の長軸及び短軸にそれぞれ一致する（重なる）ように形成されている。電極引出部２４は先に説明した通りである。図１８の（Ｂ）は、第９変形例の圧電／電歪アクチュエータについて、駆動サイクル数に対する圧電体６１の伸縮量の変化を示したグラフである。図１８の（Ｂ）における各プロットは図内に示したとおり（図１２（Ｂ）と同一）である。

図１８の（Ｂ）から明らかなように、内接円（この場合、楕円形の長軸で同楕円形を切断した一対の弧に接する円）の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａ（Ｗａ／Ｄ）が５０％以上になると、駆動サイクル数が１０^６サイクルを超えた領域で伸縮量が減少する。これに対し、内接円の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａが３０％以下であると、駆動サイクル数が１０^９サイクルまで伸縮量が低下しない。このことからも、内接円の直径Ｄに対する電極引出部２４の幅Ｗａが３０％以下となるように設定されることが圧電／電歪アクチュエータの耐久性向上の点で望ましいということが導き出される。

（他の変形例）
本実施形態の圧電体及び内部電極層は、上記変形例以外にも図１９乃至図２１に示したように、種々の形状を有するように形成され得る。但し、いずれの実施形態及び変形例においおても、内部電極層は圧電体よりも高い対称性を有している。以下、各図に示した圧電体及び内部電極層の形状（平面視における形状）の特徴を列挙する。なお、これらの図において、圧電体、内部電極層、電極引出部及び側面電極は、符号８１、８２、８３及び８４が付されている。

図１９の（Ａ）：圧電体８１の形状は正方形であり、内部電極層８２の形状は正８角形（８回対称の形状）である。
図１９の（Ｂ）：圧電体８１の形状は正方形であり、内部電極層８２の形状は正方形の各角部にＲ形状を付した形状である。
図１９の（Ｃ）：圧電体８１の形状は正方形の各角部を直線状に切除した８角形である。内部電極層８２の形状は正方形である。

図２０の（Ａ）：圧電体８１の形状は正六角形であり、内部電極層８２の形状は圧電体の外形よりも僅かに小さい正六角形である。
図２０の（Ｂ）：圧電体８１の形状は正六角形であり、内部電極層８２の形状は円形である。
図２０の（Ｃ）：圧電体８１の形状は正八角形であり、内部電極層８２の形状は圧電体の外形よりも僅かに小さい正八角形である。
図２０の（Ｄ）：圧電体８１の形状は正八角形であり、内部電極層８２の形状は円形である。

図２１の（Ａ）に示した各一対の内部電極層８２は互いに対向する内部電極層８２である。圧電体８１の平面視における形状は正方形である。それぞれの内部電極層８２は、その平面形状が正方形であって、内部電極層８２の平面視における重心を通る直線上において延びる一対の電極引出部８３と接続されている。一つの内部電極層８２に接続された電極引出部８３が延びる方向は、その内部電極層８２に対向する内部電極層８２に接続された電極引出部８３が延びる方向と直交するようになっている。
図２１の（Ｂ）に示した各一対の内部電極層８２は互いに対向する内部電極層８２である。圧電体８１の平面視における形状は正六角形である。それぞれの内部電極層８２は、その平面形状が円形であって、内部電極層８２の平面視における重心を通る直線上において延びる一対の電極引出部８３と接続されている。一つの内部電極層８２に接続された電極引出部８３が延びる方向は、その内部電極層８２に対向する内部電極層８２に接続された電極引出部８３が延びる方向と６０°相違するようになっている。

図２１の（Ｃ）に示した各一対の内部電極層８２は互いに対向する内部電極層８２である。圧電体８１の平面視における形状は正八角形である。それぞれの内部電極層８２は、その平面形状が正八角形であって、内部電極層８２の平面視における重心を通り且つ互いに直交する一対の直線上において延びる４個の電極引出部８３と接続されている。一つの内部電極層８２に接続された電極引出部８３が延びる方向は、その内部電極層８２に対向する内部電極層８２に接続された電極引出部８３が延びる方向と４５度だけ相違するようになっている。

このように、内部電極層の形状（平面視の形状、厚さ方向に直交する面における形状）は、２以上の整数ｎのｎ回対称性を有する形状、長方形及び楕円形の何れかでよく、更に、長円形であってもよい。これによれば、内部電極の形状が高い対称性を備えるから、活性部の発生した歪が所望の伸縮方向（Ｚ軸方向）の伸縮に効率よく利用され、過大な応力が発生することのない圧電／電歪アクチュエータが提供され得る。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る圧電／電歪アクチュエータ９０について図２２乃至図２４を参照して説明する。圧電／電歪アクチュエータ９０は、圧電体１１と略同一の圧電体９１、内部電極層９２ａ，９２ｂ及び９２ｃ並びに電極引出部９３ａ及び９３ｂを備えている。

内部電極層９２ａ，９２ｂ及び９２ｃのそれぞれは、内部電極層１２と略同一である。但し、内部電極層９２ｂは図２３に示したように、電極引出部９３ａをＺ軸方向に貫通させる貫通孔９２ｂ１を備えている。内部電極層９２ｃは図２４に示したように、電極引出部９３ｂをＺ軸方向に貫通させる貫通孔９２ｃ１を備えている。内部電極層９２ａは、圧電体９１の最上部に配置され、次いで圧電体９１の下方に向うにつれて内部電極層９２ｂと内部電極層９２ｃとが交互に配列されている。

電極引出部９３ａは、圧電体９１の下端から圧電体９１の内部にＺ軸正方向に沿って進入し、次いで、内部電極層９２ｂに形成されている貫通孔９２ｂ１を通過しながら内部電極層９２ｃと接続され、最終的に内部電極層９２ａと接続されている。貫通孔９２ｂ１と電極引出部９３ａとの間は絶縁体（本例では、圧電体９１）により満たされている。
電極引出部９３ｂは、圧電体９１の下端から圧電体９１の内部にＺ軸正方向に沿って進入し、次いで、下端部の内部電極層９２ｂと接続され、更に、内部電極層９２ｃに形成されている貫通孔９２ｃ１を通過しながら複数の内部電極層９２ｂと接続され、最終的に最も上部の内部電極層９２ｂと接続されている。貫通孔９２ｃ１と電極引出部９３ｂとの間は絶縁体（本例では、圧電体９１）により満たされている。

この構造によれば、図２３及び図２４から明らかなように、第１実施形態のように電極引出部が内部電極層と同一平面上に延在しないので、活性部（中央部）を取り囲む部分に不活性部を確実に形成することができる。

ところで、第１実施形態のように、内部電極層１２を側面電極１３に接続する圧電／電歪アクチュエータにおいて、そのアクチュエータ内部に発生したクラックが進展し側面電極１３にクラックが生じると、所定の電圧を付与できない内部電極層１２が発生する。

そこで、実際には、図２５の（Ａ）及び図２５の（Ｂ）に示したように、側面電極１３（１３ａ，１３ｂ）に半田層２０１を介して第１補助電極２０２を固定する。半田層２０１は側面電極１３の略全面に形成される。第１補助電極２０２は、Ｘ軸方向に僅かな厚みを有する薄板状の電極である。第１補助電極２０２のＹ軸方向の長さは、側面電極１３のＹ軸方向の長さと同程度である。

第１補助電極２０２には、第２補助電極２０３が接触するように固定される。第２補助電極２０３は弾性を有するメッシュ状電極である。これにより、複数の内部電極層１２ａ及び複数の内部電極層１２ｂのそれぞれは、一つの側面電極１３を通して電気的に接続されるとともに、半田層２０１、第１補助電極２０２及び第２補助電極２０３からなる一つの補助電極を通して電気的に接続される。この結果、例えば、側面電極１３ａにクラックＣＲが生じて側面電極１３ａが破断しても、複数の内部電極層１２ａの総てに補助電極を通して所定の電圧が印加される。

一方、図２２に示した第２実施形態に係る圧電／電歪アクチュエータ９０のように、複数の内部電極層９２ｃを圧電体９１内を通る電極引出部９３ａにより接続するとともに、複数の内部電極層９２ｂを圧電体９１内を通る電極引出部９３ｂにより接続する構造を備えた圧電／電歪アクチュエータを「打抜同時積層法」により形成することによって、信頼性及び実装の容易性等が更に向上した圧電／電歪アクチュエータが提供される。以下、この「打抜同時積層法」により作成される圧電／電歪アクチュエータについて説明する。

図２６の（Ａ）は、打抜同時積層法により形成された圧電／電歪アクチュエータ３００を内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図である。図２６の（Ｂ）は、圧電／電歪アクチュエータ３００の縦断面図である。この圧電／電歪アクチュエータ３００は、圧電体３０１、複数の内部電極層３０２ａ、複数の内部電極層３０２ｂ、電極引出部３０３ａ及び電極引出部３０３ｂを備えている。

圧電体３０１は、外形が円柱形である圧電体４１と類似の圧電体である。
内部電極層３０２ａは、内部電極９２ｂと類似の電極層であり、Ｘ−Ｙ平面に沿って形成されている。内部電極層３０２ａの径は、圧電体３０１の径と一致している。即ち、内部電極層３０２ａの外周端部は圧電／電歪アクチュエータ３００の側面に露呈している。内部電極層３０２ａは、円筒状の貫通孔３０２ａ１及び円筒状の貫通孔３０２ａ２を備えている。貫通孔３０２ａ１の半径は貫通孔３０２ａ２の半径よりも僅かに大きい。

内部電極層３０２ｂは、内部電極９２ｃと類似の電極層であり、Ｘ−Ｙ平面に沿って形成されている。内部電極層３０２ｂの径は、圧電体３０１の径と一致しいている。即ち、内部電極層３０２ｂの外周端部は圧電／電歪アクチュエータ３００の側面に露呈している。内部電極層３０２ｂは、円筒状の貫通孔３０２ｂ１及び円筒状の貫通孔３０２ｂ２を備えている。貫通孔３０２ｂ１の半径は貫通孔３０２ｂ２の半径よりも僅かに大きい。

内部電極層３０２ａ及び内部電極層３０２ｂは、互いに対向するようにＺ軸方向に沿って交互に配置されている。隣接する内部電極層３０２ａと内部電極層３０２ｂとの距離（即ち、圧電体一層分の厚さｔ）は一定である。

電極引出部３０３ａは、中空円筒部３０３ａ１、層状電極部３０３ａ２、導電性弾性部材３０３ａ３及びメッシュ状電極３０３ａ４からなっている。

中空円筒部３０３ａ１は、圧電体３０１の内部に形成された中空円筒状の空間である。中空円筒部３０３ａ１は、Ｚ軸に沿った中心軸を有している。中空円筒部３０３ａ１は圧電体３０１の下面に連通し、その下面に開口を形成している。中空円筒部３０３ａ１の中心軸、内部電極層３０２ａの大きい貫通孔３０２ａ１の中心軸及び内部電極層３０２ｂの小さい貫通孔３０２ｂ２の中心軸は同一直線上にある。中空円筒部３０３ａ１の半径は、内部電極層３０２ａの大きい貫通孔３０２ａ１より小さく、且つ、内部電極層３０２ｂの小さい貫通孔３０２ｂ２と一致している。中空円筒部３０３ａ１と内部電極層３０２ａの大きい貫通孔３０２ａ１との間は、絶縁体（本例では、圧電体３０１）により満たされている。

層状電極部３０３ａ２は、中空円筒部３０３ａ１を形成する内壁面上に形成された導電性の薄膜である。層状電極部３０３ａ２は、内部電極層３０２ｂと物理的及び電気的に接続されている。

導電性弾性部材３０３ａ３及びメッシュ状電極３０３ａ４は、中空円筒部３０３ａ１の内部に挿入されている。導電性弾性部材３０３ａ３及びメッシュ状電極３０３ａ４は、中空円筒部３０３ａ１の内部に挿入された状態において拡径しようとする筒状体である。即ち、導電性弾性部材３０３ａ３はメッシュ状電極３０３ａ４を広げるように作用する。更に、メッシュ状電極３０３ａ４は層状電極部３０３ａ２と図示しない半田層により接続される。この結果、メッシュ状電極３０３ａ４は層状電極部３０３ａ２と電気的に確実に接続されている。

同様に、電極引出部３０３ｂは、中空円筒部３０３ｂ１、層状電極部３０３ｂ２、導電性弾性部材３０３ｂ３及びメッシュ状電極３０３ｂ４からなっている。

中空円筒部３０３ｂ１は、圧電体３０１の内部に形成された中空円筒状の空間である。中空円筒部３０３ｂ１は、Ｚ軸に沿った中心軸を有している。中空円筒部３０３ｂ１の中心軸と中空円筒部３０３ａ１の中心軸とは、所定の距離だけ離間している。中空円筒部３０３ｂ１の半径は、中空円筒部３０３ａ１の半径と同じである。中空円筒部３０３ｂ１は圧電体３０１の下面に連通し、その下面に開口を形成している。中空円筒部３０３ｂ１の中心軸、内部電極層３０２ｂの大きい貫通孔３０２ｂ１の中心軸及び内部電極層３０２ａの小さい貫通孔３０２ａ２の中心軸は同一直線上にある。中空円筒部３０３ｂ１の半径は、内部電極層３０２ｂの大きい貫通孔３０２ｂ１より小さく、且つ、内部電極層３０２ａの小さい貫通孔３０２ａ２と一致している。中空円筒部３０３ｂ１と内部電極層３０２ｂの大きい貫通孔３０２ｂ１との間は、絶縁体（本例では、圧電体３０１）により満たされている。

層状電極部３０３ｂ２は、中空円筒部３０３ｂ１を形成する内壁面上に形成された導電性の薄膜である。層状電極部３０３ｂ２は、内部電極層３０２ａと物理的及び電気的に接続されている。

導電性弾性部材３０３ｂ３及びメッシュ状電極３０３ｂ４は、中空円筒部３０３ｂ１の内部に挿入されている。導電性弾性部材３０３ｂ３及びメッシュ状電極３０３ｂ４は、中空円筒部３０３ｂ１の内部に挿入された状態において拡径しようとする筒状体である。即ち、導電性弾性部材３０３ｂ３はメッシュ状電極３０３ｂ４を広げるように作用する。更に、メッシュ状電極３０３ｂ４は層状電極部３０３ｂ２と図示しない半田層により接続される。この結果、メッシュ状電極３０３ｂ４は層状電極部３０３ｂ２と電気的に確実に接続されている。

以上のように構成された圧電／電歪アクチュエータ３００は、上述した他の圧電／電歪アクチュエータと同様、層状電極部３０３ａ２及び層状電極部３０３ｂ２を通して内部電極層３０２ｂ及び内部電極層３０２ａにそれぞれ所定の電圧を印加することにより、Ｚ軸方向に伸縮するようになっている。

また、層状電極部３０３ａ２にクラックが生じても（層状電極部３０３ａ２が破断しても）、メッシュ状電極３０３ａ４を通して総ての内部電極層３０２ｂは互いに導通状態に維持される。同様に、層状電極部３０３ｂ２にクラックが生じても（層状電極部３０３ｂ２が破断しても）、メッシュ状電極３０３ｂ４により、複数の内部電極層３０２ａは互いに導通状態に維持される。この結果、層状電極部３０３ａ２及び層状電極部３０３ｂ２にクラックが生じた場合であっても、内部電極層３０２ａ及び内部電極層３０２ｂには所定の電圧が印加される。

（個別打抜積層法）
次に、圧電／電歪アクチュエータ３００を製造するための打抜同時積層法について、通常の個別打抜積層法と比較しながら説明する。圧電／電歪アクチュエータ３００は、個別打抜積層法によっても製造できる。しかしながら、圧電／電歪アクチュエータ３００を打抜同時積層法により製造することにより、後述する多くの利点がもたらされる。

先ず、通常の個別打抜積層法について説明する。個別打抜積層法においては、図２７に示したように、円筒状のパンチ４０１とダイ４０２とが準備される。これらは、中空円筒部３０３ａ１及び中空円筒部３０３ｂ１を構成する円形の貫通孔を形成するために使用される。ダイ４０２には、パンチ４０１を貫通させる円筒状の貫通孔４０２ａが設けられている。一般に、貫通孔４０２ａの半径はパンチ４０１の半径より距離Ｌだけ大きくなっている。即ち、パンチ４０１とダイ４０２との間にはクリアランスＬが設けられている。

一方、圧電セラミックスグリーンシートＳＧに印刷等により内部電極層３０２ａ（又は内部電極層３０２ｂ）となる層を形成しておく。このとき、貫通孔３０２ａ１及び３０２ａ２（又は貫通孔３０２ｂ１及び３０２ｂ２）も作成しておく。次に、ダイ４０２の上に前記圧電セラミックスグリーンシートＳＧを載置し、円筒状のパンチ４０１によってセラミックスグリーンシートＳＧを打ち抜く。このとき、図２７において破線により示したように、パンチ４０１とダイ４０２のそれぞれのエッヂからクラックが発生する。この結果図２８に示したように、貫通孔の断面形状は、打ち抜き方向に関して拡径したテーパ状となる。

このようにして、貫通孔が形成された複数のセラミックスグリーンシートＳＧを個別に形成し、それらを別の場所において積層し、その後、焼成する。次に、中空円筒部３０３ａ１及び中空円筒部３０３ｂ１の内部にメッキ又はディッピングによって層状電極部３０３ａ２及び層状電極部３０３ｂ２を形成する。次いで、導電性弾性部材３０３ａ３及びメッシュ状電極３０３ａ４を中空円筒部３０３ａ１内に挿入し且つ半田により層状電極部３０３ａ２に固定する。同様に、導電性弾性部材３０３ｂ３及びメッシュ状電極３０３ｂ４を中空円筒部３０３ｂ１内に挿入し、半田により層状電極部３０３ｂ２に固定する。以上により、圧電／電歪アクチュエータ３００が製造される。

図２９は、このようにして製造された圧電／電歪アクチュエータ３００の中空円筒部３０３ａ１の拡大図である。前述したように、セラミックグリーンシートＳＧの貫通孔はテーパ形状を有する。従って、製造された中空円筒部３０３ａ１の内壁面は、そのテーパ形状の影響により平坦ではない。このため、ある圧電体層と隣接する圧電体層（これらは、焼成により一体化されている。）との境界部分に鋭利な角部が形成されることがある。その結果、鋭利な角部を起点として圧電体層にクラックが発生する恐れがある。

（打抜同時積層法）
次に、打抜同時積層法を用いた圧電／電歪アクチュエータ３００の製造方法について説明する。なお、打抜同時積層法は特開２００２−１６０１９５号公報に詳細に説明されている。特開２００２−１６０１９５号公報は本明細書に援用される。

打抜同時積層法においては、図３０に示したように、パンチ４１１、ダイ４１２及びストリッパー４１３が使用され、中空円筒部３０３ａ１及び中空円筒部３０３ｂ１を構成する円形の貫通孔が形成される。

先ず、ダイ４１２の上に１シート目の圧電セラミックスグリーンシートＳＧ１を載置する。この圧電セラミックスグリーンシートＳＧ１には印刷等により内部電極層３０２ａ（又は内部電極層３０２ｂ）となる層を形成しておく。このとき、貫通孔３０２ａ１及び３０２ａ２（又は貫通孔３０２ｂ１及び３０２ｂ２）も作成しておく。

次に、図３１に示したように、一対の円筒状部分を有するパンチ４１１によってセラミックスグリーンシートＳＧ１を打ち抜く。次いで、図３２に示したように、パンチ４１１をセラミックスグリーンシートＳＧ１から抜くことなく、セラミックスグリーンシートＳＧ１をストリッパー４１３に密着させながらパンチ４１１と共に上方に移動させる。セラミックスグリーンシートＳＧ１は、例えば、ストリッパー４１３に形成された貫通孔４１３ａを用いた吸引によりストリッパー４１３に密着される。このとき、パンチ４１１の先端を、セラミックスグリーンシートＳＧ１に形成された貫通孔の軸線方向における中央部よりも下方に位置させておく。即ち、パンチ４１１をセラミックスグリーンシートＳＧ１の下面から僅かに引き込んだ位置まで挿入しておく。

次に、図３２に示したように、ダイ４１２の上に２シート目の圧電セラミックスグリーンシートＳＧ２を載置する。この圧電セラミックスグリーンシートＳＧ２にも、１シート目と同様、印刷等により内部電極層となる層を形成しておく。そして、図３３に示したように、パンチ４１１、ストリッパー４１３及び１シート目のセラミックスグリーンシートＳＧ１を下方へ移動させ、パンチ４１１によって２シート目のセラミックスグリーンシートＳＧ２を打ち抜く。その後、図３４に示したように、パンチ４１１をセラミックスグリーンシートＳＧ１及びＳＧ２から抜くことなく、セラミックスグリーンシートＳＧ１及びＳＧ２をストリッパー４１３及びパンチ４１１と共に上方に移動させる。

以上の工程を繰り返し、必要な枚数のセラミックスグリーンシートを積層させながら、各セラミックグリーンシートに貫通孔を打ち抜きにより形成して行く。そして、必要な枚数のセラミックスグリーンシートの積層及び打抜き加工が完了したら、積層されたセラミックスグリーンシートからパンチ４１１を引き抜き、別の場所に移動してから焼成する。次いで、上述した方法と同様の方法を用いて、層状電極部３０３ａ２及び層状電極部３０３ｂ２を形成する。そして、導電性弾性部材３０３ａ３及びメッシュ状電極３０３ａ４を層状電極部３０３ａ２と半田により接続し、導電性弾性部材３０３ｂ３及びメッシュ状電極３０３ｂ４を層状電極部３０３ｂ２と半田により接続する。以上により、圧電／電歪アクチュエータ３００が製造される。

打抜同時積層法を用いて製造された圧電／電歪アクチュエータ３００は、次に述べる利点を有する。なお、以下においては、中空円筒部３０３ａ１に関連させながら説明するが、中空円筒部３０３ｂ１についても同様である。
（１）打抜同時積層法によって形成された中空円筒部３０３ａ１の壁面（図３５を参照。）は、個別打抜積層法によって形成された中空円筒部の壁面（図２９を参照。）に比較して、非常に平坦度が高い。これは、貫通孔を形成したセラミックスグリーンシートからパンチ４１１を引き抜くことなく、セラミックスグリーンシートを積層させて行くので、各シートに形成された貫通孔の軸を精度良く一致させることができることによるものと考えられる。また、新たなセラミックスグリーンシートに貫通孔を形成する際、既に形成された貫通孔内をパンチ４１１が移動するから、そのパンチ４１１の移動によって貫通孔壁面が平坦になることによるものと考えられる。即ち、打抜同時積層法によって形成された中空円筒部３０３ａ１の壁面は、研削加工（機械加工）により研削した壁面と同程度の平坦度を有する。従って、ある圧電体層と隣接する圧電体層との境界部分に鋭利な角部が形成され難いので、圧電体層にクラックが発生する可能性が低減する。

なお、打抜同時積層法によって厚さ１００μｍのセラミックスグリーンシートのテープを５００層分だけ積層した場合の上記中空円筒部に相当する貫通孔壁面の平坦度について調べたところ、表面粗さＲmaxは５〜１５μｍであり、算術平均表面粗さＲａは０．５〜２μｍであった。また、うねり曲線の最大断面高さＷｔは８〜１６μｍであり、算術平均うねりＷａは０．５〜１．５μｍであった。これらの値は、機械加工による研削を行った際の値と同程度の大きさであり、上記壁面の平坦度が非常に良好であることを示す。

（２）上述したように打抜同時積層法によって形成された中空円筒部３０３ａ１の壁面の平坦度が高いから、図３５に示した中空円筒部３０３ａ１の壁面と内部電極層３０２ａとの距離（絶縁状態を確保するための距離）Disを極めて小さくすることができる。従って、圧電体３０１の各層に電界が印加されない部分（不活性部領域）を極めて小さくすることができる。その結果、圧電体３０１の各層において、伸縮しない部分が実質的に存在しないので、伸縮する部分と伸縮しない部分とが存在する場合に比較して、内部応力を小さくすることができる。従って、打抜同時積層法によって形成された圧電／電歪アクチュエータ３００は耐久性に優れ、寿命が長い。なお、距離Disは、積層された圧電体一層分の厚さｔの２倍以上であることが絶縁性確保の観点から望ましい。

（３）打抜同時積層法によって形成された中空円筒部３０３ａ１の壁面の平坦度が高いから、中空円筒部３０３ａ１の内壁面に形成された層状電極部３０３ａ２と内部電極層３０２ｂとの接続を確実に行い且つそれらの接続状態を良好に維持することができる。

（４）第１実施形態のように側面電極を備えていないので、図３６の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）にそれぞれ示した円柱状、四角柱状及び六角柱状の他、様々な外形を有する圧電／電歪アクチュエータを容易に製造することができる。なお、この利点は、図２２に示した圧電／電歪アクチュエータ９０によってももたらされる。

（５）内部電極層へ電圧を印加するための端子を圧電／電歪アクチュエータ３００の下端面に設けることができるので、例えば、他の回路基板上に圧電／電歪アクチュエータ３００を載置する構成を採用することができる。換言すると、側面電極と電圧源とを接続するための引出導線を省略することができる。なお、この利点は、図２２に示した圧電／電歪アクチュエータ９０によってももたらされる。

以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る圧電／電歪アクチュエータは、耐久性に優れるとともに、伸縮量が大きいアクチュエータとなっている。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、内部電極層の平面視における形状は、正多角形以外の多角形であってもよく、正多角形又は多角形の角部にＲ形状を付した形状であってもよい。また、上記実施形態の圧電体は、加えられる電界の方向に沿って伸びる電歪体であってもよい。

本発明の第１実施形態に係る圧電／電歪アクチュエータの概略斜視図である。 図１に示した圧電／電歪アクチュエータの圧電体一層分（対向する一対の内部電極により挟まれた部分）の概略斜視図である。 図１に示した圧電／電歪アクチュエータの縦断面図である。 図１に示した圧電／電歪アクチュエータを内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図である。 図１に示した圧電／電歪アクチュエータの内部電極層と側面電極との接続関係を示した概念図である。 圧電体の活性部と不活性部とに発生する内部応力を示した概念図である。 活性部占有率に対する圧電／電歪アクチュエータの伸縮量を示したグラフである。 圧電／電歪アクチュエータの駆動サイクル数に対する圧電体の伸縮量の変化を示したグラフである。 圧電体の活性部占有率に対する圧電体内部の最大応力を示したグラフである。 図１に示した圧電／電歪アクチュエータの変形例を内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図である。 図１に示した圧電／電歪アクチュエータの他の変形例を内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図である。 図１２の（Ａ）は図１に示した圧電／電歪アクチュエータの他の変形例を内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図であり、図１２の（Ｂ）は図１２の（Ａ）に示した圧電／電歪アクチュエータの駆動サイクル数に対する圧電体の伸縮量の変化を示したグラフである。 図１３の（Ａ）は図１に示した圧電／電歪アクチュエータの他の変形例を内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図であり、図１３の（Ｂ）は図１３の（Ａ）に示した圧電／電歪アクチュエータの駆動サイクル数に対する圧電体の伸縮量の変化を示したグラフである。 図１４の（Ａ）は図１に示した圧電／電歪アクチュエータの他の変形例を内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図であり、図１４の（Ｂ）は図１４の（Ａ）に示した圧電／電歪アクチュエータの駆動サイクル数に対する圧電体の伸縮量の変化を示したグラフである。 図１５の（Ａ）は図１に示した圧電／電歪アクチュエータの他の変形例を内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図であり、図１５の（Ｂ）は図１５の（Ａ）に示した圧電／電歪アクチュエータの駆動サイクル数に対する圧電体の伸縮量の変化を示したグラフである。 図１６の（Ａ）は図１に示した圧電／電歪アクチュエータの他の変形例を内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図であり、図１６の（Ｂ）は図１６の（Ａ）に示した圧電／電歪アクチュエータの駆動サイクル数に対する圧電体の伸縮量の変化を示したグラフである。 図１７の（Ａ）は図１に示した圧電／電歪アクチュエータの他の変形例を内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図であり、図１７の（Ｂ）は図１７の（Ａ）に示した圧電／電歪アクチュエータの駆動サイクル数に対する圧電体の伸縮量の変化を示したグラフである。 図１８の（Ａ）は図１に示した圧電／電歪アクチュエータの他の変形例を内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図であり、図１８の（Ｂ）は図１８の（Ａ）に示した圧電／電歪アクチュエータの駆動サイクル数に対する圧電体の伸縮量の変化を示したグラフである。 図１９の（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示した圧電／電歪アクチュエータの他の変形例をそれぞれの内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図である。 図２０の（Ａ）〜（Ｄ）は、図１に示した圧電／電歪アクチュエータの他の変形例をそれぞれの内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図である。 図２１の（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示した圧電／電歪アクチュエータの他の変形例をそれぞれの内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧電／電歪アクチュエータの縦断面図である。 図２２に示した圧電／電歪アクチュエータを図２２の２−２線に沿った平面にて切断した断面図である。 図２２に示した圧電／電歪アクチュエータを図２２の３−３線に沿った平面にて切断した断面図である。 （Ａ）は本発明の他の変形例に係る圧電／電歪アクチュエータを内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図であり、（Ｂ）は同圧電／電歪アクチュエータの縦断面図である。 （Ａ）は本発明の更に別の変形例に係る圧電／電歪アクチュエータを内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図であり、（Ｂ）は同圧電／電歪アクチュエータの縦断面図である。 個別打抜積層法について説明するための図である。 個別打抜積層法により貫通孔が形成されたシートの拡大断面図である。 個別打抜積層法により形成された中空円筒部の拡大断面図である。 打抜同時積層法により貫通孔を形成する一つの工程を示した図である。 打抜同時積層法により貫通孔を形成する他の工程を示した図である。 打抜同時積層法により貫通孔を形成する他の工程を示した図である。 打抜同時積層法により貫通孔を形成する他の工程を示した図である。 打抜同時積層法により貫通孔を形成する他の工程を示した図である。 図２６に示した圧電／電歪アクチュエータの部分拡大断面図である。 打抜同時積層法により容易に形成される圧電／電歪アクチュエータの概略斜視図である。 従来の圧電／電歪アクチュエータの縦断面図である。 図３７に示した圧電／電歪アクチュエータを内部電極層に沿った平面にて切断した部分の平面図である。 図３７に示した圧電／電歪アクチュエータの内部電極層と側面電極との接続関係を示した概念図である。

符号の説明

１０，９０…圧電／電歪アクチュエータ、１１，２１，３１，４１，５１，６１，８１，９１…圧電体（又は電歪体）、１２（１２ａ，１２ｂ），２２，３２，４２，５２，８２，９２ａ，９２ｂ，９２ｃ…内部電極層、１３（１３ａ，１３ｂ），８４…側面電極、１４（１４ａ，１４ｂ），２４，３４，８３，９３ａ，９３ｂ…電極引出部。

Claims (3)

1. 圧電体内部に複数の内部電極層が互いに平行に形成されるとともに同複数の内部電極層に所定の電圧を印加して同圧電体を伸縮させる圧電／電歪アクチュエータであって、
   前記内部電極層のそれぞれは、前記圧電体の中央部に電圧が印加されて同圧電体が伸縮する活性部と同圧電体の中央部を取り囲む同圧電体の周部であって電圧が印加されることなく同圧電体が伸縮しない不活性部とが同圧電体に形成されるように同圧電体の中央部に配置され、且つ、同圧電体の外縁から同活性部までの距離である同不活性部の幅は互いに対向する一対の内部電極層間の距離である圧電体一層分の厚さ以上であり、且つ、同内部電極層のそれぞれが形成されている面において同不活性部の面積が同面全体の面積の５０％以下であるように形成されてなる圧電／電歪アクチュエータ。
2. 圧電体内部に複数の内部電極層が互いに平行に形成されるとともに同複数の内部電極層に所定の電圧を印加して同圧電体を伸縮させる圧電／電歪アクチュエータであって、
   前記内部電極層のそれぞれは、前記圧電体の中央部に電圧が印加されて同圧電体が伸縮する活性部と同圧電体の中央部を取り囲む同圧電体の周部であって電圧が印加されることなく同圧電体が伸縮しない不活性部とが同圧電体に形成されるように同圧電体の中央部に配置され、
   更に、前記圧電／電歪アクチュエータは、
   前記内部電極層から前記圧電体の側面まで略帯状を有するように延在し、且つ、同帯の幅が同内部電極層の外縁から外部に出ることなく同内部電極層に描くことができる最大面積の円の直径の３０％以下である電極引出部と、
   前記圧電体の側面に露呈した電極引出部の端部同士を接続するように同圧電体の側面に形成された側面電極と、
   を備えた圧電／電歪アクチュエータ。
3. 請求項２に記載の圧電／電歪アクチュエータにおいて、
   前記内部電極層の形状は、２以上の整数ｎのｎ回対称性を有する形状、長方形、楕円形及び長円形の何れかひとつである圧電／電歪アクチュエータ。

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