JP4058223B2 - 圧電／電歪デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電／電歪素子の変位動作に基づいて作動する可動部を備えた圧電／電歪デバイス、もしくは可動部の変位を圧電／電歪素子により検出できる圧電／電歪デバイス及びその製造方法に関し、詳しくは、強度、耐衝撃性、耐湿性に優れ、効率よく可動部を大きく作動させることができる圧電／電歪デバイス及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、光学や磁気記録、精密加工等の分野において、サブミクロンオーダーで光路長や位置を調整可能な変位素子が必要とされており、圧電／電歪材料（例えば強誘電体等）に電圧を印加したときに惹起される逆圧電効果や電歪効果による変位を利用した変位素子の開発が進められている。
【０００３】
従来、このような変位素子としては、例えば図４１に示すように、圧電／電歪材料からなる板状体２００に孔部２０２を設けることにより、固定部２０４と可動部２０６とこれらを支持する梁部２０８とを一体に形成し、更に、梁部２０８に電極層２１０を設けた圧電アクチュエータが開示されている（例えば特開平１０−１３６６６５号公報参照）。
【０００４】
前記圧電アクチュエータにおいては、電極層２１０に電圧を印加すると、逆圧電効果や電歪効果により、梁部２０８が固定部２０４と可動部２０６とを結ぶ方向に伸縮するため、可動部２０６を板状体２００の面内において弧状変位又は回転変位させることが可能である。
【０００５】
一方、特開昭６３−６４６４０号公報には、バイモルフを用いたアクチュエータに関して、そのバイモルフの電極を分割して設け、分割された電極を選択して駆動することにより、高精度な位置決めを高速に行う技術が開示され、この公報（特に第４図）には、例えば２枚のバイモルフを対向させて使用する構造が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記圧電アクチュエータにおいては、圧電／電歪材料の伸縮方向（即ち、板状体２００の面内方向）の変位をそのまま可動部２０６に伝達していたため、可動部２０６の作動量が小さいという問題があった。
【０００７】
また、圧電アクチュエータは、すべての部分を脆弱で比較的重い材料である圧電／電歪材料によって構成しているため、機械的強度が低く、ハンドリング性、耐衝撃性、耐湿性に劣ることに加え、圧電アクチュエータ自体が重く、動作上、有害な振動（例えば、高速作動時の残留振動やノイズ振動）の影響を受けやすいという問題点があった。
【０００８】
前記問題点を解決するために、孔部２０２に柔軟性を有する充填材を充填することが提案されているが、単に充填材を使用しただけでは、逆圧電効果や電歪効果による変位の量が低下することは明らかである。
【０００９】
更に、前記特開昭６３−６４６４０号公報に記載されたアクチュエータは、固定部材ないしは中継部材に対してバイモルフを貼り付けたものであることに加え、バイモルフ自身２枚の圧電子を貼り合わせてなる構造のものであることから、それらの貼り付け、貼り合わせにかかる加熱処理や接着剤の硬化収縮等に起因した応力を残留しやすく、その内部残留応力によって、変位動作が妨げられ、設計通りの変位、共振周波数を実現できないおそれがある。特に、アクチュエータがサイズ的に小さい場合、接着剤の影響は自ずから大きくなってしまう。
【００１０】
そこで、貼り付けにかかる接着剤の影響を排除する方法として、アクチュエータを例えばセラミックスの一体焼成物で構成し、接着剤を使用しない構造とすることが考えられる。しかしながら、この場合においても、焼成時の各部材の熱収縮挙動の違いによって、内部残留応力が発生するおそれは免れ得ない。
【００１１】
また更に、アクチュエータがサイズ的に小さい場合には、そのアクチュエータの固定性及びアクチュエータへの他の部品の取付性が低下するという問題を内在していた。
【００１２】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、デバイスの軽量化、中でも可動部又は固定部の軽量化、デバイスのハンドリング性並びに可動部への部品の取付性又はデバイスの固定性を向上させることができ、これにより、相対的に低電圧で可動部を大きく変位することができると共に、デバイス、特に、可動部の変位動作の高速化（高共振周波数化）を達成させることができ、しかも、有害な振動の影響を受け難く、高速応答が可能で、機械的強度が高く、ハンドリング性、耐衝撃性、耐湿性に優れた変位素子、並びに可動部の振動を精度よく検出することが可能なセンサ素子を得ることができる圧電／電歪デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明に係る圧電／電歪デバイスは、矩形体である固定部と、前記固定部の一面の相対向する端部に設けられた相対向する一対の矩形板状の薄板部と、前記薄板部の前記固定部が設けられるのと対向する端に、相対向する一対の可動部とを有し、前記一対の薄板部のうち、少なくとも一方の薄板部に圧電／電歪素子が形成された圧電／電歪デバイスであって、一方の前記薄板部のうち、他方の前記薄板部と対向する面とは反対の面上に前記圧電／電歪素子が形成され、前記一対の可動部は、互いに対向する端面を有し、前記一対の可動部の端面間の距離は、前記可動部の前記端面のうち、前記固定部に向かって延びる辺の長さ以上であることを特徴とする。
また、第２の本発明に係る圧電／電歪デバイスは、矩形体である可動部と、前記可動部の一面の相対向する端部に設けられた相対向する一対の矩形板状の薄板部と、前記薄板部の前記可動部が設けられるのと対向する端に、相対向する一対の固定部とを有し、前記一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に圧電／電歪素子が形成された圧電／電歪デバイスであって、一方の前記薄板部のうち、他方の前記薄板部と対向する面とは反対の面上に前記圧電／電歪素子が形成され、前記一対の固定部は、互いに対向する端面を有し、前記一対の固定部の端面間の距離は、前記可動部のうち、前記一面と、該一面と反対側の面との間の最短距離以上であることを特徴とする。
【００１４】
前記可動部、固定部、薄板部は、セラミックスもしくは金属を用いて構成されていてもよく、また、各部をセラミック材料同士で構成することもできるし、あるいは金属材料同士で構成することもできる。更には、セラミックスと金属の材料とから製造されたものを組み合わせたハイブリッド構造として構成することもできる。
【００１５】
そして、前記可動部又は固定部のいずれか一方に切除部を設け、前記切除部の一部が前記互いに対向する端面を構成するようにしてもよい。更に、前記薄板部と前記可動部と前記固定部は、セラミックグリーン積層体を同時焼成することによって一体化し、更に不要な部分を切除してなるセラミック基体で構成するようにしてもよい。また、前記圧電／電歪素子を膜状とし、焼成によって前記セラミック基体に一体化するようにしてもよい。
【００１６】
この場合、前記圧電／電歪素子は、圧電／電歪層と、該圧電／電歪層に形成された一対の電極とを有して構成することができる。また、前記圧電／電歪素子は、圧電／電歪層と、該圧電／電歪層の両側に形成された一対の電極とを有し、該一対の電極のうち、一方の電極を少なくとも前記薄板部に形成するようにしてもよい。この場合、圧電／電歪素子による振動を薄板部を通じて効率よく可動部又は固定部に伝達することができ、応答性の向上を図ることができる。特に、前記圧電／電歪素子は、前記圧電／電歪層と前記一対の電極の複数が積層形態で構成されていることが好ましい。
【００１７】
このような構成にすることにより、圧電／電歪素子の発生力が増大し、もって大変位が図られると共に、デバイス自体の剛性が増すことで、高共振周波数化が図られ、変位動作の高速化を容易に達成できるという特徴がある。
【００１８】
そして、前記互いに対向する端面の間を空隙としてもよいし、前記互いに対向する端面の間に前記可動部又は固定部のいずれか一方の構成部材と同じ部材あるいは異なる複数の部材、例えばガラス、セメント、有機樹脂などが挙げられ、好ましくは有機樹脂、例えばエポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、フェノール系、シリコーン系、テルペン系、キシレン系、スチレン系、メラミン系、メタクリル系、ゴム系等もしくはこれらの混合物、共重合体を介在させるようにしてもよい。中でも接合性、取り扱い性、硬さ等の点から、エポキシ系、アクリル系、メタクリル系の有機樹脂などを介在させることが好ましい。また、更に硬度を上げる目的で無機材料等のフィラーを混入させることも好ましい。
【００１９】
特に、前記互いに対向する端面の間を空隙とした場合や、前記互いに対向する端面の間に前記可動部又は固定部の構成部材よりも軽い部材を介在させる、あるいは前記部材でも小さなものにより端面間を接合させることで、可動部又は固定部の軽量化を有効に図ることができるため、可動部又は固定部の変位量を低下させることなく、共振周波数を高めることが可能となる。
【００２０】
また、前記互いに対向する端面の間を空隙とした場合は、一方の端面を含む可動部又は固定部の一部と、他方の端面を含む可動部又は固定部の別の一部とが撓みやすくなり、変形に強くなる。そのため、圧電／電歪デバイスのハンドリング性に優れることとなる。
【００２１】
更に、端面間の距離が前記可動部の長さ以上であるため、可動部に他の部品を取り付ける場合に、その取付面積を大きくとることができ、部品の取付性を向上させることができる。ここで、部品を例えば接着剤等によって固着する場合を考えると、物品を両側から挟んで保持することができるため、部品を確実に固着することができる。
【００２２】
更に、物品を両側から挟んで保持することで、物品の高さと可動部の高さが単純に加算されなくなり、物品を含めた全体の高さを低く保つことができる。また、更に、可動部の長さを端面側の距離よりも小さくできることから、部品を接着する接着剤等の物性が有効に作用し、変位を大きくすることができる。
【００２３】
一方、互いに対向する端面を有する固定部とした場合は、この発明に係る圧電／電歪デバイスを所定の固定部分に強固に固定することが可能となり、信頼性の向上を図ることができる。
【００２４】
このように、本発明においては、デバイスの軽量化、中でも可動部又は固定部の軽量化、デバイスのハンドリング性、並びに可動部への部品の取付性、小型化、デバイスの固定性を向上させることができ、これにより、可動部を大きく変位させることができると共に、可動部の変位動作の高速化（高共振周波数化）を達成させることができ、しかも、有害な振動の影響を受け難く、高速応答が可能で、機械的強度が高く、ハンドリング性、耐衝撃性、耐湿性に優れた変位素子、並びに可動部の振動を精度よく検出することが可能なセンサ素子を得ることができる。
【００２５】
ところで、圧電／電歪デバイスの製造においては、例えば貼り合わせや後述する膜形成法を用いた一体焼成等によって、例えばセラミック積層体（セラミックグリーンシートを積層し、一体焼成したもの）に圧電／電歪素子を形成したとき、圧電／電歪素子及び／又は薄板部となる部分に内部残留応力が発生することになる。特に、一体焼成によって圧電／電歪素子をセラミック積層体に形成する場合は、焼成時に生じる構成部材の収縮や熱膨張率の違いによって圧電／電歪素子及び／又は薄板部となる部分に内部残留応力が発生しやすくなる。
【００２６】
この状態から、圧電／電歪デバイスを作製し、使用すると、圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪層に所定電界を与えても、可動部において所望の変位を示さない場合がある。これは、圧電／電歪層の材料特性及び可動部の変位動作が、圧電／電歪素子及び／又は前記薄板部に発生している内部残留応力によって阻害されているからである。
【００２７】
この発明では、可動部又は固定部のいずれか一方に互いに対向する端面を設けるようにしているため、端面間の距離が、前記圧電／電歪素子及び／又は薄板部に発生している内部残留応力によって、例えば縮まることになる。即ち、圧電／電歪素子及び／又は薄板部に生じていた内部残留応力が端面の移動によって解放されることとなる。
【００２８】
更に、この発明では、端面間の距離を広くとるようにしているため、内部残留応力によって端面間の距離が狭まっても、該端面間に他の部品を取り付けるだけの余裕を持たせることができる。
【００２９】
このように、本発明では、可動部の変位動作が前記内部残留応力によって阻害されることがなくなり、ほぼ設計通りの可動部の変位動作を得ることができる。加えて、この内部残留応力の解放によって、デバイスの機械強度の向上も図ることができる。
【００３０】
また、前記一対の薄板部の両内壁と前記可動部の内壁と前記複数の部材の内壁と前記固定部の内壁とにより孔部が形成される場合に、該孔部内に、ゲル状の材料を充填するようにしてもよい。この場合、通常は、充填材の存在によって、可動部の変位動作が制限を受けることになるが、上述の発明は、可動部又は固定部への端面の形成に伴う軽量化や可動部の変位量の増大化を図るようにしているため、前記充填材による可動部の変位動作の制限が打ち消され、充填材の存在による効果、即ち、高共振周波数化や剛性の確保を実現させることができる。
【００３１】
次に、第３の本発明に係る圧電／電歪デバイスの製造方法は、矩形体である固定部と、前記固定部の一面の相対向する端部に設けられた相対向する一対の矩形板状の薄板部と、前記薄板部の前記固定部が設けられるのと対向する端に、相対向する一対の可動部とを有し、前記一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に圧電／電歪素子が形成された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、一方の前記薄板部のうち、他方の前記薄板部と対向する面とは反対の面上に前記圧電／電歪素子を形成した後に、前記可動部となる部分の所定部位を切除して、互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が前記端面のうち、前記固定部に向って延びる辺の長さ以上とされた前記可動部を形成する工程を有することを特徴とする。
また、第４の本発明に係る圧電／電歪デバイスの製造方法は、矩形体である可動部と、前記可動部の一面の相対向する端部に設けられた相対向する一対の矩形板状の薄板部と、前記薄板部の前記可動部が設けられるのと対向する端に、相対向する一対の固定部とを有し、前記一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に圧電／電歪素子が形成された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、一方の前記薄板部のうち、他方の前記薄板部と対向する面とは反対の面上に前記圧電／電歪素子を形成した後に、前記固定部となる部分の所定部位を切除して、互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が前記可動部の一面と、該一面と反対側の面との間の最短距離以上とされた前記固定部を形成する工程を有することを特徴とする。
【００３２】
互いに対向する端面を有する可動部又は固定部が設けられることとなるため、製造時に圧電／電歪素子及び／又は薄板部に発生していた内部残留応力が、端面間の距離が例えば縮まることによって解放されることになり、可動部の変位動作が前記内部残留応力によって阻害されることがない。
【００３３】
ここでいう圧電／電歪素子を作製した後とは、少なくとも圧電／電歪層が形成された状態を示し、圧電／電歪層の形成後に形成される電極に対しては、互いに対向する端面を有する可動部又は固定部を形成するための切除を行った後に形成するようにしてもかまわない。
【００３４】
また、互いに対向する端面を有する可動部又は固定部を設けることによって、可動部又は固定部が軽量化されるため、可動部の変位量を低下させることなく、共振周波数を高めることが可能となる圧電／電歪デバイスを効率よく、かつ、容易に製造することができ、高性能の圧電／電歪デバイスの量産化を実現させることができる。
【００３５】
しかも、可動部又は固定部が撓みやすくなり、変形に強くなるため、圧電／電歪デバイスのハンドリング性に優れることとなり、また、前記互いに対向する端面の存在と、該端面間の距離を広くするようにしているため、可動部に他の部品を取り付ける場合に、その取付面積を大きくとることができ、部品の取付性を向上させることができる。また、部品を挟んで接着する際、変位を向上させることができる。
【００３６】
次に、第５の本発明に係る圧電／電歪デバイスの製造方法は、矩形体である固定部と、前記固定部の一面の相対向する端部に設けられた相対向する一対の矩形板状の薄板部と、前記薄板部の前記固定部が設けられるのと対向する端に、相対向する一対の可動部とを有し、前記一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に圧電／電歪素子が形成された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、少なくとも窓部を有するセラミックグリーンシートと、後に前記薄板部となるセラミックグリーンシートとを含むセラミックグリーン積層体を一体焼成して、セラミック積層体を作製するセラミック積層体作製工程と、前記セラミック積層体のうち、一方の前記薄板部となる部分の外表面であって、後に他方の前記薄板部となる部分と対向する面とは反対の面上に前記圧電／電歪素子を形成する工程と、前記圧電／電歪素子が形成されたセラミック積層体に対する少なくとも１回の切除処理によって、少なくとも前記互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が前記端面のうち、前記固定部に向って延びる辺の長さ以上とされた前記可動部を形成する切除工程とを含むことを特徴とする。
また、第６の本発明に係る圧電／電歪デバイスの製造方法は、矩形体である可動部と、前記可動部の一面の相対向する端部に設けられた相対向する一対の矩形板状の薄板部と、前記薄板部の前記可動部が設けられるのと対向する端に、相対向する一対の固定部とを有し、前記一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に圧電／電歪素子が形成された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、少なくとも窓部を有するセラミックグリーンシートと、後に前記薄板部となるセラミックグリーンシートとを含むセラミックグリーン積層体を一体焼成して、セラミック積層体を作製するセラミック積層体作製工程と、前記セラミック積層体のうち、一方の前記薄板部となる部分の外表面であって、後に他方の前記薄板部となる部分と対向する面とは反対の面上に前記圧電／電歪素子を形成する工程と、前記圧電／電歪素子が形成されたセラミック積層体に対する少なくとも１回の切除処理によって、少なくとも前記互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が、前記可動部のうち、前記一面と、該一面と反対側の面との間の最短距離長さ以上とされた前記固定部を形成する切除工程とを含むことを特徴とする。
【００３７】
これにより、圧電／電歪デバイスの製造において、特に、焼成によって、セラミック積層体に圧電／電歪素子を形成したときに、圧電／電歪素子及び／又は薄板部に発生する内部残留応力を効果的に解放することができるため、セラミックグリーンシート積層法を用いて圧電／電歪デバイスを作製する場合において、デバイスの軽量化、中でも可動部又は固定部の軽量化、デバイスのハンドリング性、並びに可動部への部品の取付性、デバイスの固定性を向上させることができ、これにより、可動部を大きく変位することができる。
【００３８】
そして、第５の本発明において、少なくとも互いに対向する端面を有する前記可動部を形成するための窓部を有する複数のセラミックグリーンシートと、後に前記薄板部となるセラミックグリーンシートとを含むセラミックグリーン積層体を一体焼成して、前記セラミック積層体を作製し、前記切除工程は、前記圧電／電歪素子が形成されたセラミック積層体に対する切除処理によって、少なくとも前記互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が前記端面のうち、前記固定部に向って延びる辺の長さ以上とされた前記可動部を形成するようにしてもよい。
また、第６の本発明において、前記セラミック積層体作製工程は、少なくとも互いに対向する端面を有する前記固定部を形成するための窓部を有する複数のセラミックグリーンシートと、後に前記薄板部となるセラミックグリーンシートとを含むセラミックグリーン積層体を一体焼成して、前記セラミック積層体を作製し、前記切除工程は、前記圧電／電歪素子が形成されたセラミック積層体に対する切除処理によって、少なくとも前記互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が、前記可動部のうち、前記一面と、該一面と反対側の面との間の最短距離長さ以上とされた前記固定部を形成するようにしてもよい。
【００３９】
また、第５の本発明において、前記セラミック積層体作製工程は、少なくとも互いに対向する端面が一部連結された前記可動部となる部分を形成するための窓部を有する複数のセラミックグリーンシートと、後に前記薄板部となるセラミックグリーンシートとを含むセラミックグリーン積層体を一体焼成して、前記セラミック積層体を作製し、前記切除工程は、前記圧電／電歪素子が形成された前記セラミック積層体に対する切除処理によって、少なくとも互いに対向する端面が一部連結された前記可動部となる部分を形成し、更に、前記連結部分を切除して互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が前記端面のうち、前記固定部に向って延びる辺の長さ以上とされた前記可動部を形成するようにしてもよい。
また、第６の本発明において、前記セラミック積層体作製工程は、少なくとも互いに対向する端面が一部連結された前記固定部となる部分を形成するための窓部を有する複数のセラミックグリーンシートと、後に前記薄板部となるセラミックグリーンシートとを含むセラミックグリーン積層体を一体焼成して、前記セラミック積層体を作製し、前記切除工程は、前記圧電／電歪素子が形成された前記セラミック積層体に対する切除処理によって、少なくとも互いに対向する端面が一部連結された前記固定部となる部分を形成し、更に、前記連結部分を切除して互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が、前記可動部のうち、前記一面と、該一面と反対側の面との間の最短距離以上とされた前記固定部を形成するようにしてもよい。
【００４０】
なお、前記互いに対向する端面の間に、前記可動部又は固定部の構成部材と異なる複数の部材を介在させる工程を含めるようにしてもよい。この場合、前記複数の部材のうち、少なくとも１つの部材として有機樹脂を用いることができる。
【００４１】
従って、本発明に係る圧電／電歪デバイス及びその製造方法によれば、各種トランスデューサ、各種アクチュエータ、周波数領域機能部品（フィルタ）、トランス、通信用や動力用の振動子や共振子、発振子、ディスクリミネータ等の能動素子のほか、超音波センサや加速度センサ、角速度センサや衝撃センサ、質量センサ等の各種センサ用のセンサ素子として利用することができ、特に、光学機器、精密機器等の各種精密部品等の変位や位置決め調整、角度調整の機構に用いられる各種アクチュエータに好適に利用することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る圧電／電歪デバイス及びその製造方法の実施の形態例を図１〜図４０を参照しながら説明する。
【００４３】
ここで、圧電／電歪デバイスは、圧電／電歪素子により電気的エネルギと機械的エネルギとを相互に変換する素子を包含する概念である。従って、各種アクチュエータや振動子等の能動素子、特に、逆圧電効果や電歪効果による変位を利用した変位素子として最も好適に用いられるほか、加速度センサ素子や衝撃センサ素子等の受動素子としても好適に使用され得る。
【００４４】
この実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０は、図１に示すように、相対向する一対の薄板部１２ａ及び１２ｂと、これら薄板部１２ａ及び１２ｂを支持する固定部１４とが一体に形成された基体１６を具備し、一対の薄板部１２ａ及び１２ｂの各一部にそれぞれ圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成されて構成されている。
【００４５】
つまり、この圧電／電歪デバイス１０は、前記圧電／電歪素子１８ａ及び／又は１８ｂの駆動によって一対の薄板部１２ａ及び１２ｂが変位し、あるいは薄板部１２ａ及び１２ｂの変位を圧電／電歪素子１８ａ及び／又は１８ｂにより検出する構成を有する。従って、図１の例では、薄板部１２ａ及び１２ｂと圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂにてアクチュエータ部１９ａ及び１９ｂが構成されることになる。
【００４６】
更に、一対の薄板部１２ａ及び１２ｂは、各先端部分が内方に向かって肉厚とされ、該肉厚部分は、薄板部１２ａ及び１２ｂの変位動作に伴って変位する可動部２０ａ及び２０ｂとして機能することになる。以下、一対の薄板部１２ａ及び１２ｂの先端部分を可動部２０ａ及び２０ｂと記す。
【００４７】
なお、前記基体１６については、全体をセラミックスもしくは金属を用いて構成されたもののほか、セラミックスと金属の材料で製造されたものを組み合わせたハイブリッド構造としてもよい。
【００４８】
また、基体１６は、各部を有機樹脂、ガラス等の接着剤で接着してなる構造、セラミックグリーン積層体を焼成により一体化してなるセラミック一体構造、ロウ付け、半田付け、共晶接合もしくは溶接等で一体化した金属一体構造等の構成を採用することができ、好ましくはセラミックグリーン積層体を焼成により一体化したセラミック積層体で基体１６を構成することが望ましい。
【００４９】
このようなセラミックスの一体化物は、各部の接合部に接着剤が介在しないことから、経時的な状態変化がほとんど生じないため、接合部位の信頼性が高く、かつ、剛性確保に有利な構造であることに加え、後述するセラミックグリーンシート積層法により、容易に製造することが可能である。
【００５０】
そして、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、後述のとおり別体として圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを準備して、基体１６に有機樹脂、ガラス等の接着剤や、ロウ付け、半田付け、共晶接合等で貼り付けられるほか、膜形成法を用いることにより、前記貼り付けではなく直接基体１６に形成されることとなる。
【００５１】
圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、圧電／電歪層２２と、該圧電／電歪層２２の両側に形成された一対の電極２４及び２６とを有して構成され、該一対の電極２４及び２６のうち、一方の電極２４が少なくとも一対の薄板部１２ａ及び１２ｂに形成されている。
【００５２】
本実施の形態では、圧電／電歪層２２並びに一対の電極２４及び２６をそれぞれ多層構造とし、一方の電極２４と他方の電極２６を断面ほぼ櫛歯状となるようにそれぞれ互い違いに積層し、これら一方の電極２４と他方の電極２６が圧電／電歪層２２を間に挟んで重なる部分が多段構成とされた圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂとした場合を主体に説明するが、多層構造に限らず単層構造であってもよい。この場合、多層の数は特に限定しないが、１０層以下が好ましく、更に好ましくは５層以下である。
【００５３】
図１では、圧電／電歪層２２を３層構造とし、一方の電極２４が１層目の下面（薄板部１２ａ及び１２ｂの側面）と２層目の上面に位置するように櫛歯状に形成し、他方の電極２６が１層目の上面と３層目の上面に位置するように櫛歯状に形成した例を示している。この構成の場合、一方の電極２４同士並びに他方の電極２６同士をそれぞれつなぎ共通化することで、端子２８及び３０の数を減らすことができるため、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの多層化に伴うサイズの大型化を抑えることができる。
【００５４】
なお、一対の電極２４及び２６への電圧の印加は、各電極２４及び２６のうち、それぞれ固定部１４の両側面（素子形成面）上に形成された端子（パッド）２８及び３０を通じて行われるようになっている。各端子２８及び３０の位置は、一方の電極２４に対応する端子２８が固定部１４の後端寄りに形成され、外部空間側の他方の電極２６に対応する端子３０が固定部１４の内壁寄りに形成されている。
【００５５】
この場合、圧電／電歪デバイス１０の固定を、端子２８及び３０が配置された面とは別の面を利用してそれぞれ別個に行うことができ、結果として、圧電／電歪デバイス１０の固定と、回路と端子２８及び３０間の電気的接続の双方に高い信頼性を得ることができる。この構成においては、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣとも称される）、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣとも称される）、ワイヤボンディング等によって端子２８及び３０と回路との電気的接続が行われる。
【００５６】
このように多層構造の圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを用いることにより、アクチュエータ部１９ａ及び１９ｂの駆動力が増大し、もって大変位が図られると共に、圧電／電歪デバイス１０自体の剛性が増すことで、高共振周波数化が図られ、変位動作の高速化が容易に達成できる。
【００５７】
なお、段数を多くすれば、アクチュエータ部１９ａ及び１９ｂの駆動力の増大は図られるが、それに伴い消費電力も増えるため、実施する場合には、用途、使用状態に応じて適宜段数等を決めればよい。また、この実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０では、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを用いることによって、アクチュエータ部１９ａ及び１９ｂの駆動力を上げても、基本的に薄板部１２ａ及び１２ｂの幅（Ｙ軸方向の距離）は不変であるため、例えば非常に狭い間隙において使用されるハードディスク用磁気ヘッドの位置決め、リンギング制御等のアクチュエータに適用する上で非常に好ましいデバイスとなる。
【００５８】
圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの他の例としては、例えば図２に示すように、圧電／電歪層２２を５層構造とし、一方の電極２４を１層目の上面と３層目の上面と５層目の上面に位置するように櫛歯状に形成し、他方の電極２６を２層目の上面と４層目の上面に位置するように櫛歯状に形成した例を示してもよい。
【００５９】
また、図３に示すように、圧電／電歪層２２を同じく５層構造とし、一方の電極２４を１層目の上面と３層目の上面と５層目の上面に位置するように櫛歯状に形成し、他方の電極２６を１層目の下面と２層目の上面と４層目の上面に位置するように櫛歯状に形成するようにしてもよい。
【００６０】
なお、一対の電極２４及び２６への電圧の印加は、５層目の圧電／電歪層２２上に形成された各電極２４及び２６の端部（以下、端子部２４ａ及び２６ａと記す）を通じて行われるようになっている。各端子部２４ａ及び２６ａは電気的に絶縁できる程度に離間して形成されている。
【００６１】
上述の圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂにおいては、一対の電極２４及び２６間に圧電／電歪層２２を介在させたいわゆるサンドイッチ構造で構成した場合を示したが、その他、図４に示すように、少なくとも薄板部１２ａ及び１２ｂの側面に形成された圧電／電歪層２２の一主面に櫛型の一対の電極２４及び２６を形成するようにしてもよいし、図５に示すように、少なくとも薄板部１２ａ及び１２ｂの側面に形成された圧電／電歪層２２に櫛型の一対の電極２４及び２６を埋め込んで形成するようにしてもよい。
【００６２】
図４に示す構造の場合は、消費電力を低く抑えることができるという利点があり、図５に示す構造の場合は、歪み、発生力の大きな電界方向の逆圧電効果を有効に利用できる構造であることから、大変位の発生に有利になる。
【００６３】
具体的には、図４に示す圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、圧電／電歪層２２の一主面に櫛型構造の一対の電極２４及び２６が形成されてなり、一方の電極２４及び他方の電極２６が互い違いに一定の幅の間隙３２をもって相互に対向する構造を有する。図４では、一対の電極２４及び２６を圧電／電歪層２２の一主面に形成した例を示したが、その他、薄板部１２ａ及び１２ｂと圧電／電歪層２２との間に一対の電極２４及び２６を形成するようにしてもよいし、圧電／電歪層２２の一主面並びに薄板部１２ａ及び１２ｂと圧電／電歪層２２との間にそれぞれ櫛型の一対の電極２４及び２６を形成するようにしてもよい。
【００６４】
一方、図５に示す圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、圧電／電歪層２２に埋め込まれるように、櫛型構造の一対の電極２４及び２６が形成され、一方の電極２４及び他方の電極２６が互い違いに一定の幅の間隙３２をもって相互に対向する構造を有する。
【００６５】
このような図４及び図５に示すような圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂも本実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０に好適に用いることができる。図４及び図５に示す圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂのように、櫛型の一対の電極２４及び２６を用いる場合は、各電極２４及び２６の櫛歯のピッチＤを小さくすることで、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの変位を大きくすることが可能である。
【００６６】
そして、可動部２０ａ及び２０ｂの互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂ間の距離Ｌｃは、可動部２０ａ及び２０ｂの長さ（正確には可動部２０ａ及び２０ｂのＺ軸方向の長さ）Ｄｆ以上とされ、これら端面３４ａ及び３４ｂ間に例えば図１に示すように、空隙（空気）３６を介在させるようにしてもよいし、図６及び図７に示す第１及び第２の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ａ及び１０ｂのように、これら端面３４ａ及び３４ｂの間に可動部２０ａ及び２０ｂの構成部材と同じ材質あるいは異なる材質からなる複数の部材を介在させるようにしてもよい。この場合、各可動部２０ａ及び２０ｂの互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂは取付面３４ａ及び３４ｂとして機能することになる。
【００６７】
図６に示す第１の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ａでは、取付面３４ａ及び３４ｂ間の距離Ｌｃを可動部２０ａ及び２０ｂの長さＤｆの約１．５倍に設定し、かつ、取付面３４ａ及び３４ｂ間にそれぞれほぼ同じ厚みの３つのスペーサ部材３７Ａ、３７Ｂ及び３７Ｃを介在させた場合を示す。
【００６８】
図７に示す第２の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｂでは、取付面３４ａ及び３４ｂ間の距離Ｌｃを可動部２０ａ及び２０ｂの長さＤｆの約１．５倍に設定し、かつ、１つの大きなスペーサ部材３７を接着剤３８を介して取付面３４ａ及び３４ｂ間に接着させた場合を示す。
【００６９】
更に、例えば第２の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｂにおいては、例えば図８に示すように、スペーサ部材３７の中心軸ｎから各端面３４ａ及び３４ｂまでの距離Ｌａ及びＬｂをほぼ等しくすることが好ましい。
【００７０】
これら第１及び第２の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ａ及び１０ｂでは、３つのスペーサ部材３７Ａ〜３７Ｃ（図６参照）並びにスペーサ部材３７（図７参照）は、ほぼ直方体の形状を呈し、各側面（薄板部１２ａ及び１２ｂの可動部２０ａ及び２０ｂに対向する面）の面積は、薄板部１２ａ及び１２ｂの可動部２０ａ及び２０ｂにおける取付面３４ａ及び３４ｂの面積とほぼ同じに設定されている。
【００７１】
ここで、例えば第２の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｂの動作について説明する。まず、例えば２つの圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが自然状態、即ち、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが共に変位動作を行っていない場合は、図８に示すように、圧電／電歪デバイス１０ｂの長軸（固定部１４の中心軸）ｍとスペーサ部材３７の中心軸ｎとがほぼ一致している。
【００７２】
この状態から、例えば図９Ａの波形図に示すように、一方の圧電／電歪素子１８ａにおける一対の電極２４及び２６に所定のバイアス電位Ｖｂを有するサイン波Ｗａをかけ、図９Ｂに示すように、他方の圧電／電歪素子１８ｂにおける一対の電極２４及び２６に前記サイン波Ｗａとはほぼ１８０°位相の異なるサイン波Ｗｂをかける。
【００７３】
そして、一方の圧電／電歪素子１８ａにおける一対の電極２４及び２６に対して例えば最大値の電圧が印加された段階においては、一方の圧電／電歪素子１８ａにおける圧電／電歪層２２はその主面方向に収縮変位する。これにより、例えば図１０に示すように、一方の薄板部１２ａに対し、矢印Ａに示すように、該薄板部１２ａを例えば右方向に撓ませる方向の応力が発生することから、該一方の薄板部１２ａは、右方向に撓み、このとき、他方の圧電／電歪素子１８ｂにおける一対の電極２４及び２６には、電圧は印加されていない状態となるため、他方の薄板部１２ｂは一方の薄板部１２ａの撓みに追従して右方向に撓む。その結果、可動部２０ａ及び２０ｂ並びにスペーサ部材３７は、圧電／電歪デバイス１０ｂの長軸ｍに対して例えば右方向に変位する。なお、変位量は、各圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂに印加される電圧の最大値に応じて変化し、例えば最大値が大きくなるほど変位量も大きくなる。
【００７４】
特に、圧電／電歪層２２の構成材料として、高い抗電界を有する圧電／電歪材料を適用した場合には、図９Ａ及び図９Ｂの二点鎖線の波形に示すように、最小値のレベルが僅かに負のレベルとなるように、前記バイアス電位を調整するようにしてもよい。この場合、該負のレベルが印加されている圧電／電歪素子（例えば他方の圧電／電歪素子１８ｂ）の駆動によって、例えば他方の薄板部１２ｂに一方の薄板部１２ａの撓み方向と同じ方向の応力が発生し、可動部２０ａ及び２０ｂ並びにスペーサ部材３７の変位量をより大きくすることが可能となる。つまり、図９Ａ及び図９Ｂにおける二点鎖線に示すような波形を使用することで、負のレベルが印加されている圧電／電歪素子１８ｂ又は１８ａが、変位動作の主体となっている圧電／電歪素子１８ａ又は１８ｂをサポートとするという機能を持たせることができる。
【００７５】
このように、本実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０においては、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの微小な変位が薄板部１２ａ及び１２ｂの撓みを利用して大きな変位動作に増幅されて、可動部２０ａ及び２０ｂに伝達することになるため、可動部２０ａ及び２０ｂを、圧電／電歪デバイス１０ｂの長軸ｍに対して大きく変位させることが可能となる。
【００７６】
特に、この実施の形態では、可動部２０ａ及び２０ｂに互いに対向する取付面３４ａ及び３４ｂを設けるようにしている。この場合、互いに対向する取付面３４ａ及び３４ｂの間を空隙３６にしたり、前記互いに対向する取付面３４ａ及び３４ｂの間に可動部２０ａ及び２０ｂの構成部材よりも軽い部材を介在させることで、可動部２０ａ及び２０ｂの軽量化を有効に図ることができ、可動部２０ａ及び２０ｂの変位量を低下させることなく、共振周波数を高めることが可能となる。
【００７７】
ここで、周波数とは、一対の電極２４及び２６に印加する電圧を交番的に切り換えて、可動部２０ａ及び２０ｂを左右に変位させたときの電圧波形の周波数を示し、共振周波数とは、可動部２０ａ及び２０ｂの変位動作が所定の振動モードで追従できる最大の周波数を示す。
【００７８】
また、この実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０においては、可動部２０ａ及び２０ｂ、薄板部１２ａ及び１２ｂ並びに固定部１４が一体化されており、すべての部分を脆弱で比較的重い材料である圧電／電歪材料によって構成する必要がないため、機械的強度が高く、ハンドリング性、耐衝撃性、耐湿性に優れ、動作上、有害な振動（例えば、高速作動時の残留振動やノイズ振動）の影響を受け難いという利点を有する。
【００７９】
更に、この実施の形態においては、互いに対向する取付面３４ａ及び３４ｂの間を空隙３６とした場合、一方の取付面３４ａを含む可動部２０ａと、他方の取付面３４ｂを含む可動部２０ｂとが撓みやすくなり、変形に強くなる。そのため、圧電／電歪デバイス１０のハンドリング性に優れることとなる。
【００８０】
また、前記互いに対向する取付面３４ａ及び３４ｂの存在により、可動部２０ａ及び２０ｂの表面積が大きくなる。従って、可動部２０ａ及び２０ｂに他の部品を取り付ける場合に、その取付面積を大きくとることができ、部品の取付性を向上させることができる。ここで、部品を例えば接着剤等によって固着する場合を考えると、物品は、可動部２０ａ及び２０ｂの主面（前面及び／又は背面）だけでなく、互いに対向する取付面３４ａ及び３４ｂを通じて接着されることになり、部品を確実に固着することができる。
【００８１】
また、この実施の形態においては、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを、圧電／電歪層２２と、該圧電／電歪層２２の両側に形成された一対の電極２４及び２６とを有して構成し、一対の電極２４及び２６のうち、一方の電極２４を少なくとも薄板部１２ａ及び１２ｂの側面に直接形成するようにしたので、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂによる振動を薄板部１２ａ及び１２ｂを通じて効率よく可動部２０ａ及び２０ｂに伝達することができ、応答性の向上を図ることができる。
【００８２】
また、この実施の形態においては、例えば図１に示すように、一対の電極２４及び２６が圧電／電歪層２２を間に挟んで重なる部分（実質的駆動部分４０）を固定部１４の一部から薄板部１２ａ及び１２ｂの一部にかけて連続的に形成するようにしている。実質的駆動部分４０を更に可動部２０ａ及び２０ｂの一部にかけて形成した場合、可動部２０ａ及び２０ｂの変位動作が前記実質的駆動部分４０の変形と薄板部１２ａ及び１２ｂの変形とが相反し、大きな変位を得ることができなくなるおそれがあるが、この実施の形態では、前記実質的駆動部分４０を可動部２０ａ及び２０ｂと固定部１４の両方にかけないように形成しているため、可動部２０ａ及び２０ｂの変位動作が制限されるという不都合が回避され、可動部２０ａ及び２０ｂの変位量を大きくすることができる。
【００８３】
逆に、可動部２０ａ及び２０ｂの一部に圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成する場合は、前記実質的駆動部分４０が可動部２０ａ及び２０ｂの一部から薄板部１２ａ及び１２ｂの一部にかけて位置させるように形成することが好ましい。これは、実質的駆動部分４０が固定部１４の一部にまでわたって形成されると、上述したように、可動部２０ａ及び２０ｂの変位動作が制限されるからである。
【００８４】
上述の例では、可動部２０ａ及び２０ｂに取付面３４ａ及び３４ｂを設けた例を示したが、その他、図１１に示す第３の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｃのように、固定部１４に端面３４ａ及び３４ｂを設けるようにしてもよい。この場合、例えば一対の薄板部１２ａ及び１２ｂの先端部分に設けられる可動部２０ａ及び２０ｂは一体に連結された形状を有し、固定部１４に互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂが設けられることとなる。
【００８５】
これにより、前述した可動部２０ａ及び２０ｂに互いに対向する取付面３４ａ及び３４ｂを有する場合の効果に加え、この第３の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｃを所定の固定部分に強固に固定することが可能となり、信頼性の向上を図ることができる。実質的駆動部分４０の長さは、薄板部１２ａ及び１２ｂの長さの２０％〜９５％とすることが好ましく、４０％〜８０％とすることが更に好ましい。
【００８６】
次に、本実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０の好ましい構成例について説明する。
【００８７】
まず、可動部２０ａ及び２０ｂの変位動作を確実なものとするために、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの実質的駆動部分４０が固定部１４もしくは可動部２０ａ及び２０ｂにかかる距離Ｄｇを薄板部１２ａ及び１２ｂの厚みＤｄの１／２以上とすることが好ましい。
【００８８】
そして、薄板部１２ａ及び１２ｂの内壁間の距離（Ｘ軸方向の距離）Ｄａと薄板部１２ａ及び１２ｂの幅（Ｙ軸方向の距離）Ｄｂとの比Ｄａ／Ｄｂが０．５〜２０となるように構成する。前記比Ｄａ／Ｄｂは、好ましくは１〜１５とされ、更に好ましくは１〜１０とされる。この比Ｄａ／Ｄｂの規定値は、可動部２０ａ及び２０ｂの変位量を大きくし、Ｘ−Ｚ平面内での変位を支配的に得られることの発見に基づく規定である。
【００８９】
一方、薄板部１２ａ及び１２ｂの長さ（Ｚ軸方向の距離）Ｄｅと薄板部１２ａ及び１２ｂの内壁間の距離Ｄａとの比Ｄｅ／Ｄａにおいては、好ましくは０．５〜１０とされ、更に好ましくは０．５〜５とすることが望ましい。この比Ｄｅ／Ｄａの規定値は、スペーサ部材（３７Ａ〜３７Ｃや３７）が介在された可動部２０ａ及び２０ｂの変位量を大きくでき、かつ、高い共振周波数で変位動作を行うことができる（高い応答速度を達成できる）という発見に基づく規定である。
【００９０】
従って、この実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０をＹ軸方向への煽り変位、あるいは振動を抑制し、かつ、高速応答性に優れ、相対的に低電圧で大きな変位を併せ持つ構造とするには、比Ｄａ／Ｄｂを０．５〜２０とし、かつ、比Ｄｅ／Ｄａを０．５〜１０にすることが好ましく、更に好ましくは比Ｄａ／Ｄｂを１〜１０とし、かつ、比Ｄｅ／Ｄａを０．５〜５にすることである。
【００９１】
更に、例えば第２の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｂにおいては、一対の薄板部１２ａ及び１２ｂの両内壁と可動部２０ａ及び２０ｂの内壁とスペーサ部材３７の内壁（及び接着剤３８の内壁）と固定部１４の内壁とにより孔部４２が形成されることになるが、この孔部４２にゲル状の材料、例えばシリコンゲルを充填することが好ましい。通常は、充填材の存在によって、可動部２０ａ及び２０ｂの変位動作が制限を受けることになるが、この第２の変形例では、可動部２０ａ及び２０ｂへの端面３４ａ及び３４ｂの形成に伴う軽量化や可動部２０ａ及び２０ｂの変位量の増大化を図るようにしているため、前記充填材による可動部２０ａ及び２０ｂの変位動作の制限が打ち消され、充填材の存在による効果、即ち、高共振周波数化や剛性の確保を実現させることができる。
【００９２】
また、可動部２０ａ及び２０ｂの長さ（Ｚ軸方向の距離）Ｄｆは、短いことが好ましい。短くすることで軽量化と共振周波数の増大が図られるからである。更に、物品を挟持する際、変位を向上させることができる。しかしながら、可動部２０ａ及び２０ｂのＸ軸方向の剛性を確保し、その変位を確実なものとするためには、薄板部１２ａ及び１２ｂの厚みＤｄとの比Ｄｆ／Ｄｄを２以上、好ましくは５以上とすることが望ましい。
【００９３】
なお、各部の実寸法は、可動部２０ａ及び２０ｂへの部品の取り付けのための接合面積、固定部１４を他の部材に取り付けるための接合面積、電極用端子などの取り付けのための接合面積、圧電／電歪デバイス１０全体の強度、耐久度、必要な変位量並びに共振周波数、そして、駆動電圧等を考慮して定められることになる。
【００９４】
具体的には、例えば薄板部１２ａ及び１２ｂの内壁間の距離Ｄａは、１００μｍ〜２０００μｍが好ましく、更に好ましくは２００μｍ〜１６００μｍである。薄板部１２ａ及び１２ｂの幅Ｄｂは、５０μｍ〜２０００μｍが好ましく、更に好ましくは１００μｍ〜５００μｍである。薄板部１２ａ及び１２ｂの厚みＤｄは、Ｙ軸方向への変位成分である煽り変位が効果的に抑制できるように、薄板部１２ａ及び１２ｂの幅Ｄｂとの関係においてＤｂ＞Ｄｄとされ、かつ、２μｍ〜１００μｍが好ましく、更に好ましくは１０μｍ〜８０μｍである。
【００９５】
薄板部１２ａ及び１２ｂの長さＤｅは、２００μｍ〜３０００μｍが好ましく、更に好ましくは３００μｍ〜２０００μｍである。可動部２０ａ及び２０ｂの長さＤｆは、５０μｍ〜２０００μｍが好ましく、更に好ましくは１００μｍ〜１０００μｍであり、より好ましくは２００μｍ〜６００μｍである。
【００９６】
このような構成にすることにより、Ｘ軸方向の変位に対してＹ軸方向の変位が１０％を超えないが、上述の寸法比率と実寸法の範囲で適宜調整を行うことで低電圧駆動が可能で、Ｙ軸方向への変位成分を５％以下に抑制できるというきわめて優れた効果を示す。つまり、可動部２０ａ及び２０ｂは、実質的にＸ軸方向という１軸方向に変位することになり、しかも、高速応答性に優れ、相対的に低電圧で大きな変位を得ることができる。
【００９７】
また、この圧電／電歪デバイス１０においては、デバイスの形状が従来のような板状（変位方向に直交する方向の厚みが小さい）ではなく、可動部２０ａ及び２０ｂと固定部１４が直方体の形状（変位方向に直交する方向の厚みが大きい）を呈しており、可動部２０ａ及び２０ｂと固定部１４の側面が連続するように一対の薄板部１２ａ及び１２ｂが設けられているため、圧電／電歪デバイス１０のＹ軸方向の剛性を選択的に高くすることができる。
【００９８】
即ち、この圧電／電歪デバイス１０では、平面内（ＸＺ平面内）における可動部２０ａ及び２０ｂの動作のみを選択的に発生させることができ、可動部２０ａ及び２０ｂのＹＺ面内の動作（いわゆる煽り方向の動作）を抑制することができる。
【００９９】
次に、この実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０の各構成要素について説明する。
【０１００】
可動部２０ａ及び２０ｂは、上述したように、薄板部１２ａ及び１２ｂの駆動量に基づいて作動する部分であり、圧電／電歪デバイス１０の使用目的に応じて種々の部材が取り付けられる。例えば、圧電／電歪デバイス１０を変位素子として使用する場合であれば、光シャッタの遮蔽板等が取り付けられ、特に、ハードディスクドライブの磁気ヘッドの位置決めやリンギング抑制機構に使用するのであれば、磁気ヘッド、磁気ヘッドを有するスライダ、スライダを有するサスペンション等の位置決めを必要とする部材が取り付けられる。
【０１０１】
固定部１４は、上述したように、薄板部１２ａ及び１２ｂ並びに可動部２０ａ及び２０ｂを支持する部分であり、例えば前記ハードディスクドライブの磁気ヘッドの位置決めに利用する場合には、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）に取り付けられたキャリッジアーム、該キャリッジアームに取り付けられた固定プレート又はサスペンション等に固定部１４を支持固定することにより、圧電／電歪デバイス１０の全体が固定される。また、この固定部１４には、図１に示すように、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを駆動するための端子２８及び３０その他の部材が配置される場合もある。
【０１０２】
可動部２０ａ及び２０ｂ並びに固定部１４を構成する材料としては、剛性を有する限りにおいて特に限定されないが、後述するセラミックグリーンシート積層法を適用できるセラミックスを好適に用いることができる。具体的には、安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニアをはじめとするジルコニア、アルミナ、マグネシア、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化チタンを主成分とする材料等が挙げられるほか、これらの混合物を主成分とした材料が挙げられるが、機械的強度や靱性が高い点において、ジルコニア、特に安定化ジルコニアを主成分とする材料と部分安定化ジルコニアを主成分とする材料が好ましい。また、金属材料においては、剛性を有する限り、限定されないが、ステンレス鋼、ニッケル等が挙げられる。
【０１０３】
薄板部１２ａ及び１２ｂは、上述したように、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの変位により駆動する部分である。薄板部１２ａ及び１２ｂは、可撓性を有する薄板状の部材であって、表面に配設された圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの伸縮変位を屈曲変位として増幅して、可動部２０ａ及び２０ｂに伝達する機能を有する。従って、薄板部１２ａ及び１２ｂの形状や材質は、可撓性を有し、屈曲変形によって破損しない程度の機械的強度を有するものであれば足り、可動部２０ａ及び２０ｂの応答性、操作性を考慮して適宜選択することができる。
【０１０４】
薄板部１２ａ及び１２ｂの厚みＤｄは、２μｍ〜１００μｍ程度とすることが好ましく、薄板部１２ａ及び１２ｂと圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂとを合わせた厚みは７μｍ〜５００μｍとすることが好ましい。電極２４及び２６の厚みは０．１μｍ〜５０μｍ、圧電／電歪層２２の厚みは３μｍ〜３００μｍとすることが好ましい。
【０１０５】
薄板部１２ａ及び１２ｂを構成する材料としては、可動部２０ａ及び２０ｂや固定部１４と同様のセラミックスを好適に用いることができ、ジルコニア、中でも安定化ジルコニアを主成分とする材料と部分安定化ジルコニアを主成分とする材料は、薄肉であっても機械的強度が大きいこと、靱性が高いこと、圧電／電歪層や電極材との反応性が小さいことから最も好適に用いられる。
【０１０６】
また、金属材料で構成する場合にも、前述のとおり、可撓性を有し、屈曲変形が可能な金属材料であればよいが、好ましくは、鉄系材料としては、各種ステンレス鋼、各種バネ鋼鋼材で構成することが望ましく、非鉄系材料としては、ベリリウム銅、リン青銅、ニッケル、ニッケル鉄合金で構成することが望ましい。
【０１０７】
前記安定化ジルコニア並びに部分安定化ジルコニアにおいては、次のように安定化並びに部分安定化されたものが好ましい。即ち、ジルコニアを安定化並びに部分安定化させる化合物としては、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム、酸化カルシウム、及び酸化マグネシウムがあり、少なくともそのうちの１つの化合物を添加、含有させることにより、あるいは１種類の化合物の添加のみならず、それら化合物を組み合わせて添加することによっても、目的とするジルコニアの安定化は可能である。
【０１０８】
なお、それぞれの化合物の添加量としては、酸化イットリウムや酸化イッテルビウムの場合にあっては、１〜３０モル％、好ましくは１．５〜１０モル％、酸化セリウムの場合にあっては、６〜５０モル％、好ましくは８〜２０モル％、酸化カルシウムや酸化マグネシウムの場合にあっては、５〜４０モル％、好ましくは５〜２０モル％とすることが望ましいが、その中でも特に酸化イットリウムを安定化剤として用いることが好ましく、その場合においては、１．５〜１０モル％、更に好ましくは２〜４モル％とすることが望ましい。また、焼結助剤等の添加物としてアルミナ、シリカ、遷移金属酸化物等を０．０５〜２０ｗｔ％の範囲で添加することが可能であるが、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの形成手法として、膜形成法による焼成一体化を採用する場合は、アルミナ、マグネシア、遷移金属酸化物等を添加物として添加することも好ましい。
【０１０９】
なお、機械的強度と安定した結晶相が得られるように、ジルコニアの平均結晶粒子径を０．０５〜３μｍ、好ましくは０．０５〜１μｍとすることが望ましい。また、上述のように、薄板部１２ａ及び１２ｂについては、可動部２０ａ及び２０ｂ並びに固定部１４と同様のセラミックスを用いることができるが、好ましくは、実質的に同一の材料を用いて構成することが、接合部分の信頼性、圧電／電歪デバイス１０の強度、製造の煩雑さの低減を図る上で有利である。
【０１１０】
圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、少なくとも圧電／電歪層２２と、該圧電／電歪層２２に電界をかけるための一対の電極２４及び２６を有するものであり、ユニモルフ型、バイモルフ型等の圧電／電歪素子を用いることができるが、薄板部１２ａ及び１２ｂと組み合わせたユニモルフ型の方が、発生する変位量の安定性に優れ、軽量化に有利であるため、このような圧電／電歪デバイス１０に適している。
【０１１１】
前記圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、図１に示すように、薄板部１２ａ及び１２ｂの側面に形成する方が薄板部１２ａ及び１２ｂをより大きく駆動させることができる点で好ましい。
【０１１２】
圧電／電歪層２２には、圧電セラミックスが好適に用いられるが、電歪セラミックスや強誘電体セラミックス、あるいは反強誘電体セラミックスを用いることも可能である。但し、この圧電／電歪デバイス１０をハードディスクドライブの磁気ヘッドの位置決め等に用いる場合は、可動部２０ａ及び２０ｂの変位量と駆動電圧又は出力電圧とのリニアリティが重要とされるため、歪み履歴の小さい材料を用いることが好ましく、抗電界が１０ｋＶ／ｍｍ以下の材料を用いることが好ましい。
【０１１３】
具体的な材料としては、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス等を単独であるいは混合物として含有するセラミックスが挙げられる。
【０１１４】
特に、高い電気機械結合係数と圧電定数を有し、圧電／電歪層２２の焼結時における薄板部（セラミックス）１２ａ及び１２ｂとの反応性が小さく、安定した組成のものが得られる点において、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、及びマグネシウムニオブ酸鉛を主成分とする材料、もしくはチタン酸ナトリウムビスマスを主成分とする材料が好適に用いられる。
【０１１５】
更に、前記材料に、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン、セリウム、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、リチウム、ビスマス、スズ等の酸化物等を単独で、もしくは混合したセラミックスを用いてもよい。
【０１１６】
例えば、主成分であるジルコン酸鉛とチタン酸鉛及びマグネシウムニオブ酸鉛に、ランタンやストロンチウムを含有させることにより、抗電界や圧電特性を調整可能となる等の利点を得られる場合がある。
【０１１７】
なお、シリカ等のガラス化し易い材料の添加は避けることが望ましい。なぜならば、シリカ等の材料は、圧電／電歪層２２の熱処理時に、圧電／電歪材料と反応し易く、その組成を変動させ、圧電特性を劣化させるからである。
【０１１８】
一方、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの一対の電極２４及び２６は、室温で固体であり、導電性に優れた金属で構成されていることが好ましく、例えばアルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、鉛等の金属単体、もしくはこれらの合金が用いられ、更に、これらに圧電／電歪層２２あるいは薄板部１２ａ及び１２ｂと同じ材料を分散させたサーメット材料を用いてもよい。
【０１１９】
圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂにおける電極２４及び２６の材料選定は、圧電／電歪層２２の形成方法に依存して決定される。例えば薄板部１２ａ及び１２ｂ上に一方の電極２４を形成した後、該一方の電極２４上に圧電／電歪層２２を焼成により形成する場合は、一方の電極２４には、圧電／電歪層２２の焼成温度においても変化しない白金、パラジウム、白金−パラジウム合金、銀−パラジウム合金等の高融点金属を使用する必要があるが、圧電／電歪層２２を形成した後に、該圧電／電歪層２２上に形成される最外層の他方の電極２６は、低温で電極形成を行うことができるため、アルミニウム、金、銀等の低融点金属を主成分として使用することができる。
【０１２０】
また、電極２４及び２６の厚みは、少なからず圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの変位を低下させる要因ともなるため、特に圧電／電歪層２２の焼成後に形成される電極には、焼成後に緻密でより薄い膜が得られる有機金属ペースト、例えば金レジネートペースト、白金レジネートペースト、銀レジネートペースト等の材料を用いることが好ましい。
【０１２１】
上述の例では、薄板部１２ａ及び１２ｂの先端部分に一体に形成される可動部２０ａ及び２０ｂの厚みを薄板部１２ａ及び１２ｂの厚みＤｄよりも厚くした場合を示したが、その他、図１２に示す第４の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｄのように、可動部２０ａ及び２０ｂの厚みを薄板部１２ａ及び１２ｂの厚みＤｄとほぼ同じにしてもよい。これにより、可動部２０ａ及び２０ｂに物品を取り付ける場合に、可動部２０ａ及び２０ｂ間に薄板部１２ａ及び１２ｂ間の距離に相当する大きさの物品を挟み込むように取り付けることが可能となる。この場合、物品を取り付けるための接着剤領域（例えば図７の接着剤３８）が可動部２０ａ及び２０ｂに対応することになる。
【０１２２】
そして、圧電／電歪デバイス１０は、超音波センサや加速度センサ、角速度センサや衝撃センサ、質量センサ等の各種センサに好適に利用でき、端面３４ａ及び３４ｂないし薄板部１２ａ及び１２ｂ間に取り付けられる物体のサイズを適宜調整することにより、センサの感度調整が容易に行えるという更なる利点がある。
【０１２３】
次に、本発明のより好ましい実施の形態としての第５〜第７の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｅ〜１０ｇについて図１３〜図１５を参照しながら説明する。
【０１２４】
まず、第５の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｅは、図１３に示すように、これまでに説明した圧電／電歪デバイス１０とほぼ同様の構成を有するが、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの構成等が以下の点で異なる。
【０１２５】
即ち、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、圧電／電歪層２２が４層構造とされ、一方の電極２４が１層目の上面と３層目の上面に位置するように櫛歯状に形成され、他方の電極２６が１層目の下面と２層目の上面と４層目の上面に位置するように櫛歯状に形成されている。
【０１２６】
特に、１層目の下面に位置する他方の電極２６は、薄板部１２ａ及び１２ｂ、可動部２０ａ及び２０ｂ、固定部１４の各側面にかけてほぼ連続して形成され、更に、固定部１４の側面において一部分離されてスリット７０を構成している。
【０１２７】
このスリット７０を設けた趣旨は、▲１▼：圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの後端部７２（スリット７０の後端側端部から固定部１４の後端までの部分）におけるアクチュエータを駆動させないこと、▲２▼：一方の端子２８の端部で短絡が生じにくくすること、▲３▼：圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの後端部における圧電／電歪層２２の下面に電極材料を配置することである。
【０１２８】
なお、スリット７０を設けることが反対に好ましくない場合は、スリット７０は必ずしも設ける必要はなく、省略してもかまわない。
【０１２９】
ここで、図１３にあっては、薄板部１２ａ及び１２ｂの厚みＤｄは０．０５ｍｍ、一方の薄板部１２ａの側面から他方の薄板部１２ｂの側面までの距離Ｄｈは１．３ｍｍ、固定部１４の長さＤｉ（圧電／電歪デバイス１０ｆの軸方向に沿った固定部１４の長さ）は０．４ｍｍ、可動部２０ａ及び２０ｂの長さＤｆは０．３ｍｍ、可動部２０ａ及び２０ｂの幅Ｄｊは０．２５ｍｍ、可動部２０ａ及び２０ｂの突出量Ｄｋは０．０５ｍｍ、圧電／電歪デバイス１０ｆの全体の長さＤｍ（可動部２０ａ及び２０ｂの先端から固定部１４の後端までの距離）は１．９ｍｍであり、端面３４ａおよび３４ｂ間の最小距離（図１の距離Ｌｃに相当する）が１．０４ｍｍである場合を示している。
【０１３０】
各部の寸法は、上述の寸法に対して±１０％の範囲で制御され、この場合、端面３４ａ及び３４ｂ間に、図７に示すような構成部材と同じ材質のスペーサ部材３７で可動部２０ａ及び２０ｂを接続すると、共振周波数４５±１０ｋＨｚ、変位０．５μｍ以上（３０Ｖｐｐ）の圧電／電歪デバイスが得られる。
【０１３１】
図１３では、４層構造の圧電／電歪層２２の各端面を揃えるように示しているが、圧電／電歪層２２の端面を上層になるにつれて徐々に内方に向かうようにし、段差を設けることが好ましい。
【０１３２】
次に、第６の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｆは、図１４に示すように、第５の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｅとほぼ同様の構成を有するが、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの構成が以下の点で異なる。
【０１３３】
即ち、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、圧電／電歪層２２が３層構造とされ、一方の電極２４が１層目の下面の一部と２層目の上面に位置するように櫛歯状に形成され、他方の電極２６が１層目の下面の一部と１層目の上面と３層目の上面に位置するように櫛歯状に形成されている。
【０１３４】
特に、１層目の下面に位置する一方の電極２４及び他方の電極２６は、薄板部１２ａ及び１２ｂの一部においてスリット７０を介して分離されており、１層目の下面に位置する他方の電極は、スリット７０から可動部２０ａ及び２０ｂの上端にかけて連続して形成され、１層目の下面に位置する一方の電極２４は、スリット７０から固定部１４の後端にかけて連続して形成されている。
【０１３５】
次に、第７の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｇは、図１５に示すように、第６の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｆとほぼ同様の構成を有するが、一対の電極２４及び２６の形成パターンが以下の点で異なる。
【０１３６】
即ち、一方の電極２４は、１層目の圧電／電歪層２２の下面と２層目の上面に位置するように櫛歯状に形成され、他方の電極２６は、１層目の圧電／電歪層２２の上面と３層目の上面に位置するように櫛歯状に形成されている。
【０１３７】
特に、１層目の下面に位置する一方の電極２４は、薄板部１２ａ及び１２ｂ、可動部２０ａ及び２０ｂ、固定部１４の各側面にかけて連続して形成されている。
【０１３８】
ここで、第６の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｆとの違いを説明すると、第６の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｆは、図１４に示すように、薄板部１２ａ上において一方の電極２４と他方の電極２６が共に形成されていることから、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの両端（可動部２０ａ及び２０ｂの先端に対応した端部と固定部１４の後端に対応した端部）において、極性が互いに逆とされた電極２４及び２６が位置することになる。
【０１３９】
これに対して、第７の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｇでは、図１５に示すように、薄板部１２ａ及び１２ｂ上において一方の電極２４のみが形成されているため、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの両端において、極性が互いに同一とされた電極２４が位置することになる。これら端部の極性の特徴は、圧電／電歪デバイス１０ｇが利用される回路と適宜組み合わせて利用されることになる。
【０１４０】
また、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの実質的駆動部分は、一対の電極２４及び２６が重なる部分であるが、第６の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｆでは、図１４に示すように、圧電／電歪層２２の各層に形成された電極２４及び２６が重なる部分であって、範囲Ｃで示す部分の一種である。
【０１４１】
これに対して、第７の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｇの実質的駆動部分は、圧電／電歪層２２の各層に形成された電極２４及び２６が重なる部分（範囲Ｃで示す部分）と、２層目の圧電／電歪層２２の上面に形成された一方の電極２４の端部よりも可動部２０ａ及び２０ｂ側に位置し、１層目の圧電／電歪層２２を介して一対の電極２４及び２６が重なる部分（範囲Ｄで示す部分）の２種であり、範囲Ｄで示す部分も駆動源となっているところに特徴がある。
【０１４２】
次に、この実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０のいくつかの製造方法を図１６〜図４０を参照しながら説明する。
【０１４３】
この実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０は、各部材の構成材料をセラミックスとし、圧電／電歪デバイス１０の構成要素として、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを除く基体１６、即ち、薄板部１２ａ及び１２ｂ、固定部１４並びに可動部２０ａ及び２０ｂについてはセラミックグリーンシート積層法を用いて製造することが好ましく、一方、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂをはじめとして、各端子２８及び３０については、薄膜や厚膜等の膜形成手法を用いて製造することが好ましい。
【０１４４】
圧電／電歪デバイス１０の基体１６における各部材を一体的に成形することが可能なセラミックグリーンシート積層法によれば、各部材の接合部の経時的な状態変化がほとんど生じないため、接合部位の信頼性が高く、かつ、剛性確保に有利な方法である。
【０１４５】
この実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０では、薄板部１２ａ及び１２ｂと固定部１４との境界部分（接合部分）並びに薄板部１２ａ及び１２ｂと可動部２０ａ及び２０ｂとの境界部分（接合部分）は、変位発現の支点となるため、接合部分の信頼性は圧電／電歪デバイス１０の特性を左右する重要なポイントである。
【０１４６】
また、以下に示す製造方法は、生産性や成形性に優れるため、所定形状の圧電／電歪デバイス１０を短時間に、かつ、再現性よく得ることができる。
【０１４７】
以下、具体的に本実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０の第１の製造方法について説明する。ここで、定義付けをしておく。セラミックグリーンシートを積層して得られた積層体をセラミックグリーン積層体５８（例えば図１７参照）と定義し、このセラミックグリーン積層体５８を焼成して一体化したものをセラミック積層体６０（例えば図１８参照）と定義し、このセラミック積層体６０から不要な部分を切除して可動部２０ａ及び２０ｂ、薄板部１２ａ及び１２ｂ並びに固定部１４が一体化されたものをセラミック基体１６Ｃ（図１９参照）と定義する。
【０１４８】
また、この第１の製造方法においては、圧電／電歪デバイス１０を同一基板内に縦方向及び横方向にそれぞれ複数個配置した形態で、最終的にセラミック積層体６０をチップ単位に切断して、圧電／電歪デバイス１０を同一工程で多数個取りするものであるが、説明を簡単にするために、圧電／電歪デバイス１０の１個取りを主体にして説明する。
【０１４９】
まず、ジルコニア等のセラミック粉末にバインダ、溶剤、分散剤、可塑剤等を添加混合してスラリーを作製し、これを脱泡処理後、リバースロールコーター法、ドクターブレード法等の方法により、所定の厚みを有するセラミックグリーンシートを作製する。
【０１５０】
次に、金型を用いた打抜加工やレーザ加工等の方法により、セラミックグリーンシートを図１６のような種々の形状に加工して、複数枚の基体形成用のセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｉ、５２Ａ及び５２Ｂを得る。
【０１５１】
これらセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｉ、５２Ａ及び５２Ｂは、少なくとも薄板部１２ａ及び１２ｂ間に空間を形成するための窓部５４が形成された複数枚（例えば９枚）のセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｉと、後に薄板部１２ａ及び１２ｂとなる複数枚（例えば２枚）のセラミックグリーンシート５２Ａ及び５２Ｂとを有する。なお、セラミックグリーンシートの枚数は、あくまでも一例である。
【０１５２】
その後、図１７に示すように、セラミックグリーンシート５２Ａ及び５２Ｂでセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｉを挟み込むようにして、これらセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｉ、５２Ａ及び５２Ｂを積層・圧着して、セラミックグリーン積層体５８とした後、該セラミックグリーン積層体５８を焼成してセラミック積層体６０（図１８参照）を得る。
【０１５３】
なお、積層一体化のための圧着回数や順序は限定されない。構造に応じて、例えば窓部５４の形状、セラミックグリーンシートの枚数等により所望の構造を得るように適宜決めることができる。
【０１５４】
窓部５４の形状は、すべて同一である必要はなく、所望の機能に応じて決定することができる。また、セラミックグリーンシートの枚数、各セラミックグリーンシートの厚みも特に限定されない。
【０１５５】
圧着は、熱を加えることで、より積層性を向上させることができる。また、セラミック粉末（セラミックグリーンシートに使用されたセラミックスと同一又は類似した組成であると、信頼性確保の点で好ましい）、バインダを主体としたペースト、スラリー等をセラミックグリーンシート上に塗布、印刷して、接合補助層とすることで、セラミックグリーンシート界面の積層性を向上させることができる。なお、セラミックグリーンシート５２Ａ及び５２Ｂが薄い場合には、プラスチックフィルム、中でも表面にシリコーン系の離型剤をコーティングしたポリエチレンテレフタレートフィルムを用いて取り扱うことが好ましい。
【０１５６】
次に、図１８に示すように、前記セラミック積層体６０の両表面、即ち、セラミックグリーンシート５２Ａ及び５２Ｂが積層された表面に相当する表面にそれぞれ圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成する。圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの形成法としては、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、電気泳動法等の厚膜形成法や、イオンビーム法、スパッタリング法、真空蒸着、イオンプレーティング法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、めっき等の薄膜形成法を用いることができる。
【０１５７】
このような膜形成法を用いて圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成することにより、接着剤を用いることなく、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂと薄板部１２ａ及び１２ｂとを一体的に接合、配設することができ、信頼性、再現性を確保できると共に、集積化を容易にすることができる。
【０１５８】
この場合、厚膜形成法により圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成することが好ましい。特に、圧電／電歪層２２の形成において厚膜形成法を用いれば、平均粒径０．０１〜５μｍ、好ましくは０．０５〜３μｍの圧電セラミックスの粒子、粉末を主成分とするペーストやスラリー、又はサスペンションやエマルジョン、ゾル等を用いて膜化することができ、それを焼成することによって良好な圧電／電歪特性を得ることができるからである。
【０１５９】
なお、電気泳動法は、膜を高い密度で、かつ、高い形状精度で形成できるという利点がある。また、スクリーン印刷法は、膜形成とパターン形成とを同時にできるため、製造工程の簡略化に有利である。
【０１６０】
具体的に、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの形成について説明する。まず、セラミックグリーン積層体５８を１２００℃〜１６００℃の温度で焼成、一体化してセラミック積層体６０を得た後、該セラミック積層体６０の両表面の所定位置に薄板部１２ａ及び１２ｂの第１の一方の電極２４を印刷、焼成し、次いで、圧電／電歪層２２を印刷、焼成し、更に、前記第１の一方の電極２４と対をなす他方の電極２６を印刷、焼成し、これらを所定回数繰り返して（圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが多層の圧電／電歪層２２から構成される場合）、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成する。その後、各電極２４及び２６を駆動回路に電気的に接続するための端子２８及び３０を印刷、焼成する。
【０１６１】
また、最下層の第１の一方の電極２４を印刷、焼成し、圧電／電歪層２２と第１の一方の電極２４と対をなす第１の他方の電極２６を印刷、焼成し、この単位で所定回数だけ印刷、焼成を繰り返して、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成してもよい。
【０１６２】
ここで、一方の電極２４として白金（Ｐｔ）、圧電／電歪層２２としてジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、他方の電極２６として金（Ａｕ）、更に、端子２８及び３０として銀（Ａｇ）というように、各部材の焼成温度が積層順に従って低くなるように材料を選定すると、ある焼成段階において、それより以前に焼成された材料の再焼結が起こらず、電極材等の剥離や凝集といった不具合の発生を回避することができる。
【０１６３】
なお、適当な材料を選択することにより、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの各部材と端子２８及び３０を逐次印刷して、１回で一体焼成することも可能であり、最外層の圧電／電歪層２２を形成した後に低温で最外層の電極２６等を設けることもできる。
【０１６４】
また、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの各部材と端子２８及び３０は、スパッタ法や蒸着法等の薄膜形成法によって形成してもよく、この場合には、必ずしも熱処理を必要としない。
【０１６５】
圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの形成においては、セラミックグリーン積層体５８の両表面、即ち、セラミックグリーンシート５２Ａ及び５２Ｂの各表面に予め圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成しておき、該セラミックグリーン積層体５８と圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂとを同時に焼成することも好ましく行われる。同時焼成にあたっては、セラミックグリーン積層体５８と圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂのすべての構成膜に対して焼成を行うようにしてもよく、一方の電極２４とセラミックグリーン積層体５８とを同時焼成したり、他方の電極２６を除く他の構成膜とセラミックグリーン積層体５８とを同時焼成する方法等が挙げられる。
【０１６６】
圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂとセラミックグリーン積層体５８とを同時焼成する方法としては、スラリー原料を用いたテープ成形法等によって圧電／電歪層２２の前駆体を成形し、この焼成前の圧電／電歪層２２の前駆体をセラミックグリーン積層体５８の表面上に熱圧着等で積層し、同時に焼成して可動部２０ａ及び２０ｂ、薄板部１２ａ及び１２ｂ、圧電／電歪層２２、固定部１４とを同時に作製する方法が挙げられる。但し、この方法では、上述した膜形成法を用いて、セラミックグリーン積層体５８の表面及び／又は圧電／電歪層２２に予め電極２４を形成しておく必要がある。
【０１６７】
その他の方法としては、セラミックグリーン積層体５８の少なくとも最終的に薄板部１２ａ及び１２ｂとなる部分にスクリーン印刷により圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの各構成層である電極２４及び２６、圧電／電歪層２２を形成し、同時に焼成することが挙げられる。
【０１６８】
圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの構成膜の焼成温度は、これを構成する材料によって適宜決定されるが、一般には、５００℃〜１５００℃であり、圧電／電歪層２２に対しては、好ましくは１０００℃〜１４００℃である。この場合、圧電／電歪層２２の組成を制御するためには、圧電／電歪層２２の材料の蒸発源の存在下に焼結することが好ましい。なお、圧電／電歪層２２とセラミックグリーン積層体５８を同時焼成する場合には、両者の焼成条件を合わせることが必要である。圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、必ずしもセラミック積層体６０もしくはセラミックグリーン積層体５８の両面に形成されるものではなく、片面のみでももちろんよい。
【０１６９】
次に、上述のようにして、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成されたセラミック積層体６０のうち、不要な部分を切除する。切除する位置は、セラミック積層体６０の側部、特に、該切除によってセラミック積層体６０の側面に窓部５４による孔部４２が形成される箇所（切断線Ｃ１及びＣ２参照）である。
【０１７０】
次いで、図１９に示すように、可動部２０ａ及び２０ｂとなる部分の中心部分２０ｃを切断線Ｃ３及びＣ４に沿って切断して除去して、可動部２０ａ及び２０ｂ、薄板部１２ａ及び１２ｂ並びに固定部１４が一体化されたセラミック基体１６Ｃに圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成された圧電／電歪デバイス１０を作製する。切除の方法としては、ダイシング加工、ワイヤソー加工等の機械加工のほか、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ等のレーザ加工や電子ビーム加工を適用することが可能である。
【０１７１】
また、セラミック基体１６Ｃの切り出しには、これらの加工方法を組み合わせて加工することになる。例えば切断線Ｃ１及びＣ２（図１８参照）は、ワイヤソー加工とし、切断線Ｃ１及びＣ２に直交する固定部１４、可動部２０ａ及び２０ｂの端面３４ａ及び３４ｂをダイシング加工とすることが好ましい。
【０１７２】
ところで、上述の圧電／電歪デバイス１０の第１の製造方法においては、一体焼成によって薄板部１２ａ及び１２ｂ上に圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成するようにしているため、図２０Ａに示すように、焼成時に生じる圧電／電歪層２２の収縮や一対の電極２４及び２６と圧電／電歪層２２並びに薄板部１２ａ及び１２ｂとの熱膨張率の違い等によって、例えば、薄板部１２ａ及び１２ｂ並びに圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、孔部４２に向かって凸となるようにわずかに変位し、形状的に歪みが生じた状態となり、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂ（特に圧電／電歪層２２）や薄板部１２ａ及び１２ｂに内部残留応力が発生しやすくなる。
【０１７３】
この薄板部１２ａ及び１２ｂや圧電／電歪層２２での内部残留応力の発生は、上述した一体焼成のほか、薄板部１２ａ及び１２ｂに別体の圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを例えば接着剤で貼り合わせる場合にも生じる。即ち、接着剤を固定化もしくは硬化する際に、接着剤等の硬化収縮によって薄板部１２ａ及び１２ｂや圧電／電歪層２２に内部残留応力が発生することとなる。更に、その固定化もしくは硬化に加熱が必要な場合には、内部残留応力が大きなものとなる。
【０１７４】
この状態で圧電／電歪デバイス１０を使用すると、圧電／電歪層２２に所定電界を与えても、可動部２０ａ及び２０ｂにおいて所望の変位を示さない場合がある。これは、圧電／電歪層２２の材料特性及び可動部２０ａ及び２０ｂの変位動作が、前記薄板部１２ａ及び１２ｂや圧電／電歪層２２に発生している内部残留応力によって阻害されているからである。
【０１７５】
そこで、この第１の製造方法では、図２０Ａに示すように、可動部２０ａ及び２０ｂの中心部分２０ｃを所定幅Ｗ１（例えば１００μｍ）だけ切除するようにしている。この中心部分２０ｃの切除によって、図２０Ｂに示すように、可動部２０ａ及び２０ｂに互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂが形成されるが、薄板部１２ａ及び１２ｂや圧電／電歪層２２に発生していた内部残留応力によって、これら端面３４ａ及び３４ｂが互いに近づく方向に移動し、移動後の各端面３４ａ及び３４ｂの幅は、前記所定幅Ｗ１よりも短い例えば第２の所定幅Ｗ２（例えば３０μｍ）となる。より詳述すると、第２の所定幅Ｗ２は、先端の方がより短くなる。
【０１７６】
これら端面３４ａ及び３４ｂの移動は、薄板部１２ａ及び１２ｂや圧電／電歪層２２に発生していた内部残留応力の解放に伴うものである。内部残留応力を解放した状態で圧電／電歪デバイス１０を使用すると、可動部２０ａ及び２０ｂは、ほぼ設計通りの変位動作を示し、良好なデバイス特性を示すこととなる。この効果は、固定部１４となる部分の一部を切除して、例えば図１１に示すように、固定部１４に互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂを形成した場合においても同様であり、この場合は、薄板部１２ａ及び１２ｂや圧電／電歪層２２に発生していた内部残留応力が、固定部１４に形成された互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂの移動によって解放されることとなる。なお、対向する端面３４ａ及び３４ｂについては、必ずしも可動部２０ａ及び２０ｂもしくは固定部１４の中心部分の切除のみならず、中心からそれた部分を切除して形成することによっても同様の効果が得られる。
【０１７７】
図１８に示す切除や図１９に示す切除に当たっては、切除後に３００℃〜８００℃で加熱処理することが好ましい。これは、加工により圧電／電歪デバイス１０内にマイクロクラック等の欠陥が生じやすいが、前記熱処理によって前記欠陥を取り除くことができ、信頼性が向上するからである。更に、前記熱処理後に８０℃程度の温度で少なくとも１０時間程度放置し、エージング処理を施すことが好ましい。このエージング処理で、製造過程の中で受けた種々の応力等を更に緩和でき、特性の向上に寄与するからである。
【０１７８】
次に、第２の製造方法について図２１〜図２４を参照しながら説明する。まず、図２１に示すように、少なくとも薄板部１２ａ及び１２ｂ間に空間を形成するための窓部５４が形成された複数枚（例えば４枚）のセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄと、薄板部１２ａ及び１２ｂ間に空間を形成するための窓部５４と互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂを有する可動部２０ａ及び２０ｂを形成するための窓部１００とが連続形成された複数枚（例えば７枚）のセラミックグリーンシート１０２Ａ〜１０２Ｇと、後に薄板部１２ａ及び１２ｂとなる複数枚（例えば２枚）のセラミックグリーンシート５２Ａ及び５２Ｂとを用意する。
【０１７９】
その後、図２２に示すように、セラミックグリーンシート５２Ａ及び５２Ｂでセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄ並びに１０２Ａ〜１０２Ｇを挟み込むようにして、これらセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄ、５２Ａ及び５２Ｂ並びに１０２Ａ〜１０２Ｇを積層・圧着して、セラミックグリーン積層体５８とする。この積層にあたってはセラミックグリーンシート１０２Ａ〜１０２Ｇを中央に位置させて積層する。このとき、窓部１００の存在により、圧着時に圧力がかからない部位が発生するため、積層、圧着の順番等を変更し、そのような部位が生じないようにする必要がある。これは、後述する第３及び第４の製造方法でも同様である。その後、セラミックグリーン積層体５８を焼成してセラミック積層体６０（図２３参照）を得る。
【０１８０】
次に、図２３に示すように、前記セラミック積層体６０の両表面、即ち、セラミックグリーンシート５２Ａ及び５２Ｂが積層された表面に相当する表面にそれぞれ多層構造の圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成し、焼成によって圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂをセラミック積層体６０に一体化させる。もちろん、圧電／電歪素子１０は片側の表面のみに形成してもよい。これは、後述する第３及び第４の製造方法でも同様である。
【０１８１】
次に、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成されたセラミック積層体６０のうち、切断線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５に沿って切断することにより、セラミック積層体６０の側部と先端部を切除する。この切除によって、図２４に示すように、セラミック基体１６Ｃに圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成され、かつ、互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂを有する可動部２０ａ及び２０ｂが形成された圧電／電歪デバイス１０を得る。切断のタイミングは、切断線Ｃ１及びＣ２に沿って切断した後に切断線Ｃ５に沿って切断してもよく、切断線Ｃ５に沿って切断した後に切断線Ｃ１及びＣ２に沿って切断してもよい。もちろん、これらの切断を同時に行うようにしてもよい。また、切断線Ｃ５と対向する固定部１４の端面も適宜切断するようにしてもよい。
【０１８２】
この第２の製造方法においては、セラミック積層体６０から不要な部分を切除したと同時に、セラミック基体１６Ｃに圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成され、かつ、互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂを有する可動部２０ａ及び２０ｂが形成された圧電／電歪デバイス１０を得ることができるため、製造工程の簡略化を図ることができると共に、圧電／電歪デバイス１０の歩留まりを向上させることができる。この場合、同一基板内に圧電／電歪デバイス１０を縦方向及び横方向にそれぞれ複数個配置して、同一工程で多数個取りする際に特に好ましい。第１の製造方法に比べ、端面３４ａおよび３４ｂの形成を同一工程で多数個処理しやすいからである。
【０１８３】
次に、第３の製造方法について図２５〜図２８を参照しながら説明する。まず、図２５に示すように、少なくとも薄板部１２ａ及び１２ｂ間に空間を形成するための窓部５４が形成された複数枚（例えば４枚）のセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄと、薄板部１２ａ及び１２ｂ間に空間を形成するための窓部５４と互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂが一部連結された可動部２０ａ及び２０ｂとなる部分２０Ｄ（図２８参照）を形成するための窓部１０４とが連続形成され、窓部５４に向かって一部張り出した張出し部１０６が形成された複数枚（例えば７枚）のセラミックグリーンシート１０８Ａ〜１０８Ｇと、後に薄板部１２ａ及び１２ｂとなる複数枚（例えば２枚）のセラミックグリーンシート５２Ａ及び５２Ｂとを用意する。
【０１８４】
その後、図２６に示すように、セラミックグリーンシート５２Ａ及び５２Ｂでセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄ、１０８Ａ〜１０８Ｇを挟み込むようにして、これらセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄ、５２Ａ及び５２Ｂ、１０８Ａ〜１０８Ｇを積層・圧着して、セラミックグリーン積層体５８とする。この積層にあたってはセラミックグリーンシート１０８Ａ〜１０８Ｇを中央に位置させて積層する。その後、セラミックグリーン積層体５８を焼成してセラミック積層体６０（図２７参照）を得る。
【０１８５】
次に、図２７に示すように、前記セラミック積層体６０の両表面、即ち、セラミックグリーンシート５２Ａ及び５２Ｂが積層された表面に相当する表面にそれぞれ多層構造の圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成し、焼成によって圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂをセラミック積層体６０に一体化させる。
【０１８６】
次に、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成されたセラミック積層体６０のうち、切断線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５に沿って切断することにより、セラミック積層体６０の側部と先端部を切除する。この切除によって、図２８に示すように、固定部１４と薄板部１２ａ及び１２ｂ並びに圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは形作られるが、可動部２０ａ及び２０ｂとなる部分２０Ｄは互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂが張出し部１０６によって一部連結された状態となっている。
【０１８７】
次に、互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂを一部連結している前記張出し部１０６を切除して、可動部２０ａ及び２０ｂ、薄板部１２ａ及び１２ｂ並びに固定部１４が一体化されたセラミック基体１６Ｃに圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成された圧電／電歪デバイス１０を作製する。
【０１８８】
この第３の製造方法においては、最終段階において、互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂを一部連結している細い張出し部１０６を切除すればよいため、簡単に、かつ、確実に切除することができ、製造工程の簡略化を図ることができると共に、圧電／電歪デバイス１０の歩留まりを向上させることができる。
【０１８９】
次に、第４の製造方法について図２９〜図３２を参照しながら説明する。まず、図２９に示すように、少なくとも薄板部１２ａ及び１２ｂ間に空間を形成するための窓部５４が形成された複数枚（例えば４枚）のセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄと、薄板部１２ａ及び１２ｂ間に空間を形成するための窓部５４と互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂが一部連結された可動部２０ａ及び２０ｂとなる部分２０Ｄ（図３２参照）を形成するための窓部１０４とが形成され、窓部５４と窓部１０４を分離するように桟部１１２が形成された複数枚（例えば７枚）のセラミックグリーンシート１１４Ａ〜１１４Ｇと、後に薄板部１２ａ及び１２ｂとなる複数枚（例えば２枚）のセラミックグリーンシート５２Ａ及び５２Ｂとを用意する。
【０１９０】
その後、図３０に示すように、セラミックグリーンシート５２Ａ及び５２Ｂでセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄ、１１４Ａ〜１１４Ｇを挟み込むようにして、これらセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄ、５２Ａ及び５２Ｂ、１１４Ａ〜１１４Ｇを積層・圧着して、セラミックグリーン積層体５８とする。この積層にあたってはセラミックグリーンシート１１４Ａ〜１１４Ｇを中央に位置させて積層する。その後、セラミックグリーン積層体５８を焼成してセラミック積層体６０（図３１参照）を得る。
【０１９１】
次に、図３１に示すように、前記セラミック積層体６０の両表面、即ち、セラミックグリーンシート５２Ａ及び５２Ｂが積層された表面に相当する表面にそれぞれ多層構造の圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成し、焼成によって圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂをセラミック積層体６０に一体化させる。
【０１９２】
次に、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成されたセラミック積層体６０のうち、切断線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５に沿って切断することにより、セラミック積層体６０の側部と先端部を切除する。この切除によって、図３２に示すように、固定部１４と薄板部１２ａ及び１２ｂ並びに圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは形作られるが、可動部２０ａ及び２０ｂとなる部分２０Ｄは互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂが桟部１１２によって一部連結された状態となっている。
【０１９３】
次に、互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂを一部連結している前記桟部１１２を切除して、可動部２０ａ及び２０ｂ、薄板部１２ａ及び１２ｂ並びに固定部１４が一体化されたセラミック基体１６Ｃに圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成された圧電／電歪デバイス１０を作製する。
【０１９４】
この第４の製造方法においては、最終段階において、互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂを一部連結している桟部１１２を切除すればよいため、簡単に、かつ、確実に切除することができ、製造工程の簡略化を図ることができると共に、圧電／電歪デバイス１０の歩留まりを向上させることができる。
【０１９５】
上述の例では、前記可動部２０ａ及び２０ｂ、固定部１４、薄板部１２ａ及び１２ｂをセラミック基体１６Ｃにて構成した例を示したが、その他、各部を金属材料同士で構成することもできる。更には、セラミックスと金属の材料とから製造されたものを組み合わせたハイブリッド構造として構成することもできる。この場合、金属材料間の接合、セラミックスと金属材料間の接合においては、有機樹脂、ガラス等での接着、ロウ付け、半田付け、共晶接合、溶接等を用いることができる。
【０１９６】
例えば、可動部２０ａ及び２０ｂ、固定部１４をセラミックスとし、薄板部１２ａ及び１２ｂを金属としたハイブリッド構造の圧電／電歪デバイス（第８の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｈ）の製造方法（第５及び第６の製造方法）について図３３〜図４０を参照しながら説明する。従って、この第５及び第６の製造方法で形成される金属とセラミックスを含む基体を基体１６Ｄと記す。
【０１９７】
第５の製造方法は、まず、図３３に示すように、少なくとも薄板部１２ａ及び１２ｂ間に空間を形成するための窓部５４が形成された複数枚（例えば４枚）のセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄと、薄板部１２ａ及び１２ｂ間に空間を形成するための窓部５４と互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂを有する可動部２０ａ及び２０ｂを形成するための窓部１００とが連続形成された複数枚（例えば７枚）のセラミックグリーンシート１０２Ａ〜１０２Ｇとを用意する。
【０１９８】
その後、図３４に示すように、セラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄ、１０２Ａ〜１０２Ｇを積層・圧着して、セラミックグリーン積層体１５８とする。この積層にあたってはセラミックグリーンシート１０２Ａ〜１０２Ｇを中央に位置させて積層する。その後、セラミックグリーン積層体１５８を焼成して、図３５に示すように、セラミック積層体１６０を得る。このとき、セラミック積層体１６０には、窓部５４及び１００により孔部１３０が形成されたかたちとなる。
【０１９９】
次に、図３６に示すように、別体として構成した圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂをそれぞれ薄板部１２ａ及び１２ｂとなる金属板１５２Ａ及び１５２Ｂの表面にエポキシ系接着剤で接着する。別体の圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、例えばセラミックグリーンシート積層法により形成することができる。
【０２００】
次に、金属板１５２Ａ及び１５２Ｂでセラミック積層体１６０を挟み込むように、かつ、孔部１３０を塞ぐようにして、これら金属板１５２Ａ及び１５２Ｂをセラミック積層体１６０にエポキシ系接着剤で接着し、ハイブリッド積層体１６２（図３７参照）とする。
【０２０１】
次に、図３７に示すように、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成されたハイブリッド積層体１６２のうち、切断線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５に沿って切断することにより、ハイブリッド積層体１６２の側部と先端部を切除する。この切除によって、図３８に示すように、基体１６Ｄのうち、金属板で構成された薄板部１２ａ及び１２ｂに圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成され、かつ、互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂを有する可動部２０ａ及び２０ｂが形成された第８の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｈを得る。
【０２０２】
一方、第６の製造方法は、まず、図３４に示すように、セラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄ、１０２Ａ〜１０２Ｇを積層・圧着して、セラミックグリーン積層体１５８とする。その後、セラミックグリーン積層体１５８を焼成して、図３９に示すように、セラミック積層体１６０を得る。このとき、セラミック積層体１６０には、窓部５４及び１００による孔部１３０が形成されたかたちとなる。
【０２０３】
次に、図４０に示すように、金属板１５２Ａ及び１５２Ｂでセラミック積層体１６０を挟み込むように、かつ、孔部１３０を塞ぐようにして、これら金属板１５２Ａ及び１５２Ｂをセラミック積層体１６０にエポキシ系接着剤で接着し、ハイブリッド積層体１６２とする。このとき、接着した金属板１５２Ａ及び１５２Ｂの表面に圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを貼り合わせる際に、十分な接着圧力がかけられるように、図３９に示すように、必要に応じて、孔部１３０に充填材１６４を充填する。
【０２０４】
充填材１６４は、最終的には除去する必要があるため、溶剤等に溶解しやすく、また、硬い材料であることが好ましく、例えば有機樹脂やワックス、ロウなどが挙げられる。また、アクリル等の有機樹脂にセラミック粉末をフィラーとして混合した材料を採用することもできる。
【０２０５】
次に、図４０に示すように、ハイブリッド積層体１６２における金属板１５２Ａ及び１５２Ｂの表面に、別体として形成した圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂをエポキシ系接着剤で接着する。別体の圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、例えばセラミックグリーンシート積層法により形成することができる。
【０２０６】
後は、上述したように、図３７及び図３８と同様の工程を経て、基体１６Ｄのうち、金属板１５２Ａ及び１５２Ｂで構成された薄板部１２ａ及び１２ｂに圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成され、かつ、互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂを有する可動部２０ａ及び２０ｂが形成された第８の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０ｈを得る。
【０２０７】
また、基体１６Ｄをすべて金属とする場合には、例えば図３５におけるセラミック積層体１６０に相当する部位を鋳造により形成するほか、薄状の金属を積層し、クラッディング法により形成すればよい。
【０２０８】
上述した圧電／電歪デバイスによれば、各種トランスデューサ、各種アクチュエータ、周波数領域機能部品（フィルタ）、トランス、通信用や動力用の振動子や共振子、発振子、ディスクリミネータ等の能動素子のほか、超音波センサや加速度センサ、角速度センサや衝撃センサ、質量センサ等の各種センサ用のセンサ素子として利用することができ、特に、光学機器、精密機器等の各種精密部品等の変位や位置決め調整、角度調整の機構に用いられる各種アクチュエータに好適に利用することができる。
【０２０９】
なお、この発明に係る圧電／電歪デバイス及びその製造方法は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【０２１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る圧電／電歪デバイス及びその製造方法によれば、デバイスの軽量化、中でも固定部もしくは可動部の軽量化、デバイスのハンドリング性並びにデバイスの固定性もしくは可動部への部品の取付性を向上させることができ、これにより、可動部を大きく変位することができると共に、可動部の変位動作の高速化（高共振周波数化）を達成させることができ、しかも、有害な振動の影響を受け難く、高速応答が可能で、機械的強度が高く、ハンドリング性、耐衝撃性、耐湿性に優れた変位素子、並びに可動部の振動を精度よく検出することができるセンサ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの構成を示す斜視図である。
【図２】圧電／電歪素子の第１の変形例を示す拡大図である。
【図３】圧電／電歪素子の第２の変形例を示す拡大図である。
【図４】圧電／電歪素子の第３の変形例を一部省略して示す斜視図である。
【図５】圧電／電歪素子の第４の変形例を一部省略して示す斜視図である。
【図６】本実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの第１の変形例を示す斜視図である。
【図７】本実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの第２の変形例を示す斜視図である。
【図８】第２の変形例に係る圧電／電歪デバイスにおいて、圧電／電歪素子が共に変位動作を行っていない場合を示す説明図である。
【図９】図９Ａは一方の圧電／電歪素子に印加される電圧波形を示す波形図であり、図９Ｂは他方の圧電／電歪素子に印加される電圧波形を示す波形図である。
【図１０】第２の変形例に係る圧電／電歪デバイスにおいて、圧電／電歪素子が変位動作を行った場合を示す説明図である。
【図１１】本実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの第３の変形例を示す斜視図である。
【図１２】本実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの第４の変形例を示す斜視図である。
【図１３】第５の変形例に係る圧電／電歪デバイスを示す斜視図である。
【図１４】第６の変形例に係る圧電／電歪デバイスを示す斜視図である。
【図１５】第７の変形例に係る圧電／電歪デバイスを示す斜視図である。
【図１６】第１の製造方法において、必要なセラミックグリーンシートの積層過程を示す説明図である。
【図１７】第１の製造方法において、セラミックグリーン積層体とした状態を示す説明図である。
【図１８】第１の製造方法において、セラミックグリーン積層体を焼成したセラミック積層体とした後、該セラミック積層体に圧電／電歪素子を形成した状態を示す説明図である。
【図１９】第１の製造方法において、セラミック積層体を所定の切断線に沿って切断して、本実施の形態に係る圧電／電歪デバイスとする途中過程を示す説明図である。
【図２０】図２０Ａは薄板部や圧電／電歪層に内部残留応力が発生している状態を示す説明図であり、図２０Ｂは可動部の中心部分を切除した状態を示す説明図である。
【図２１】第２の製造方法において、必要なセラミックグリーンシートの積層過程を示す説明図である。
【図２２】第２の製造方法において、セラミックグリーン積層体とした状態を示す説明図である。
【図２３】第２の製造方法において、セラミックグリーン積層体を焼成したセラミック積層体とした後、該セラミック積層体に圧電／電歪素子を形成した状態を示す説明図である。
【図２４】第２の製造方法において、セラミック積層体を所定の切断線に沿って切断して、本実施の形態に係る圧電／電歪デバイスとした状態を示す説明図である。
【図２５】第３の製造方法において、必要なセラミックグリーンシートの積層過程を示す説明図である。
【図２６】第３の製造方法において、セラミックグリーン積層体とした状態を示す説明図である。
【図２７】第３の製造方法において、セラミックグリーン積層体を焼成したセラミック積層体とした後、該セラミック積層体に圧電／電歪素子を形成した状態を示す説明図である。
【図２８】第３の製造方法において、セラミック積層体を所定の切断線に沿って切断して、本実施の形態に係る圧電／電歪デバイスとする途中過程を示す説明図である。
【図２９】第４の製造方法において、必要なセラミックグリーンシートの積層過程を示す説明図である。
【図３０】第４の製造方法において、セラミックグリーン積層体とした状態を示す説明図である。
【図３１】第４の製造方法において、セラミックグリーン積層体を焼成したセラミック積層体とした後、該セラミック積層体に圧電／電歪素子を形成した状態を示す説明図である。
【図３２】第４の製造方法において、セラミック積層体を所定の切断線に沿って切断して、本実施の形態に係る圧電／電歪デバイスとする途中過程を示す説明図である。
【図３３】第５の製造方法において、必要なセラミックグリーンシートの積層過程を示す説明図である。
【図３４】第５の製造方法において、セラミックグリーン積層体とした状態を示す説明図である。
【図３５】第５の製造方法において、セラミックグリーン積層体を焼成してセラミック積層体とした状態を示す説明図である。
【図３６】第５の製造方法において、別体として構成した圧電／電歪素子をそれぞれ薄板部となる金属板の表面に接着した状態を示す説明図である。
【図３７】第５の製造方法において、金属板をセラミック積層体に接着してハイブリッド積層体とした状態を示す説明図である。
【図３８】第５の製造方法において、ハイブリッド積層体を所定の切断線に沿って切断して、第８の変形例に係る圧電／電歪デバイスを作製した状態を示す説明図である。
【図３９】第６の製造方法において、セラミックグリーン積層体を焼成してセラミック積層体とした後、孔部に充填材を充填した状態を示す説明図である。
【図４０】第６の製造方法において、それぞれ薄板部となる金属板をセラミック積層体に接着してハイブリッド積層体とした状態を示す説明図である。
【図４１】従来例に係る圧電／電歪デバイスを示す構成図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ〜１０ｈ…圧電／電歪デバイス
１２ａ、１２ｂ…薄板部 １４…固定部
１８ａ、１８ｂ…圧電／電歪素子 １９ａ、１９ｂ…アクチュエータ部
２０ａ、２０ｂ…可動部 ２２…圧電／電歪層
２４、２６…一対の電極 ３６…空隙
３７、３７Ａ〜３７Ｃ…スペーサ部材 ３８…接着剤
５０Ａ〜５０Ｉ、５２Ａ、５２Ｂ、１０２Ａ〜１０２Ｇ、１０８Ａ〜１０８Ｇ、１１４Ａ〜１１４Ｇ…セラミックグリーンシート
５８、１５８…セラミックグリーン積層体
６０、１６０…セラミック積層体 １０６…張出し部
１１２…桟部 １５２Ａ、１５２Ｂ…金属板
１６２…ハイブリッド積層体

Claims (27)

1. 矩形体である固定部と、前記固定部の一面の相対向する端部に設けられた相対向する一対の矩形板状の薄板部と、前記薄板部の前記固定部が設けられるのと対向する端に、相対向する一対の可動部とを有し、
   前記一対の薄板部のうち、少なくとも一方の薄板部に圧電／電歪素子が形成された圧電／電歪デバイスであって、
   一方の前記薄板部のうち、他方の前記薄板部と対向する面とは反対の面上に前記圧電／電歪素子が形成され、
   前記一対の可動部は、互いに対向する端面を有し、
   前記一対の可動部の端面間の距離は、前記可動部の前記端面のうち、前記固定部に向かって延びる辺の長さ以上であることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
2. 請求項１記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記可動部に切除部を有し、
   前記切除部の一部が前記互いに対向する端面を構成することを特徴とする圧電／電歪デバイス。
3. 請求項１又は２記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記互いに対向する端面の間に前記可動部の構成部材と同じ部材あるいは異なる複数の部材が介在され、
   前記部材における前記端面と対向する面の面積が前記端面の面積と同じであることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
4. 請求項３記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記複数の部材のうち、少なくとも１つの部材が有機樹脂であることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
5. 請求項３又は４記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記一対の薄板部の相対向する内壁と前記複数の部材の前記固定部と対向する内壁と前記固定部の前記複数の部材の前記内壁と対向する内壁とにより孔部が形成され、
   前記孔部内に、ゲル状の材料が充填されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
6. 矩形体である可動部と、前記可動部の一面の相対向する端部に設けられた相対向する一対の矩形板状の薄板部と、前記薄板部の前記可動部が設けられるのと対向する端に、相対向する一対の固定部とを有し、
   前記一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に圧電／電歪素子が形成された圧電／電歪デバイスであって、
   一方の前記薄板部のうち、他方の前記薄板部と対向する面とは反対の面上に前記圧電／電歪素子が形成され、
   前記一対の固定部は、互いに対向する端面を有し、
   前記一対の固定部の端面間の距離は、前記可動部のうち、前記一面と、該一面と反対側の面との間の最短距離以上であることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
7. 請求項６記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記固定部に切除部を有し、
   前記切除部の一部が前記互いに対向する端面を構成することを特徴とする圧電／電歪デバイス。
8. 請求項６又は７記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記互いに対向する端面の間に前記固定部の構成部材と同じ部材あるいは異なる複数の部材が介在され、
   前記部材における前記端面と対向する面の面積が前記端面の面積と同じであることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
9. 請求項８記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記複数の部材のうち、少なくとも１つの部材が有機樹脂であることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
10. 請求項８又は９記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記一対の薄板部の相対向する内壁と前記複数の部材の前記可動部と対向する内壁と前記可動部の前記複数の部材の前記内壁と対向する内壁とにより孔部が形成され、
    前記孔部内に、ゲル状の材料が充填されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記薄板部と前記可動部と前記固定部は、セラミックグリーン積層体を同時焼成することによって一体化し、更に不要な部分を切除してなるセラミック基体で構成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
12. 請求項１１記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記圧電／電歪素子は膜状であって、焼成によって前記セラミック基体に一体化されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記互いに対向する端面の間に空隙が形成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    製造時に前記薄板部及び／又は前記圧電／電歪素子に生じていた内部残留応力が、前記互いに対向する端面が形成されることによって解放された構造を有することを特徴とする圧電／電歪デバイス。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記圧電／電歪素子は、
    圧電／電歪層と、該圧電／電歪層に形成された一対の電極とを有することを特徴とする圧電／電歪デバイス。
16. 請求項１５記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記圧電／電歪素子は、
    前記圧電／電歪層と前記一対の電極の複数が積層形態で構成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
17. 矩形体である固定部と、前記固定部の一面の相対向する端部に設けられた相対向する一対の矩形板状の薄板部と、前記薄板部の前記固定部が設けられるのと対向する端に、相対向する一対の可動部とを有し、
    前記一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に圧電／電歪素子が形成された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、
    一方の前記薄板部のうち、他方の前記薄板部と対向する面とは反対の面上に前記圧電／電歪素子を形成した後に、前記可動部となる部分の所定部位を切除して、互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が前記端面のうち、前記固定部に向って延びる辺の長さ以上とされた前記可動部を形成する工程を有することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
18. 矩形体である可動部と、前記可動部の一面の相対向する端部に設けられた相対向する一対の矩形板状の薄板部と、前記薄板部の前記可動部が設けられるのと対向する端に、相対向する一対の固定部とを有し、
    前記一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に圧電／電歪素子が形成された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、
    一方の前記薄板部のうち、他方の前記薄板部と対向する面とは反対の面上に前記圧電／電歪素子を形成した後に、前記固定部となる部分の所定部位を切除して、互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が前記可動部の一面と、該一面と反対側の面との間の最短距離以上とされた前記固定部を形成する工程を有することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
19. 矩形体である固定部と、前記固定部の一面の相対向する端部に設けられた相対向する一対の矩形板状の薄板部と、前記薄板部の前記固定部が設けられるのと対向する端に、相対向する一対の可動部とを有し、
    前記一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に圧電／電歪素子が形成された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、
    少なくとも窓部を有するセラミックグリーンシートと、後に前記薄板部となるセラミックグリーンシートとを含むセラミックグリーン積層体を一体焼成して、セラミック積層体を作製するセラミック積層体作製工程と、
    前記セラミック積層体のうち、一方の前記薄板部となる部分の外表面であって、後に他方の前記薄板部となる部分と対向する面とは反対の面上に前記圧電／電歪素子を形成する工程と、
    前記圧電／電歪素子が形成されたセラミック積層体に対する少なくとも１回の切除処理によって、少なくとも前記互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が前記端面のうち、前記固定部に向って延びる辺の長さ以上とされた前記可動部を形成する切除工程とを含むことを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
20. 請求項１９記載の圧電／電歪デバイスの製造方法において、
    前記セラミック積層体作製工程は、少なくとも互いに対向する端面を有する前記可動部を形成するための窓部を有する複数のセラミックグリーンシートと、後に前記薄板部となるセラミックグリーンシートとを含むセラミックグリーン積層体を一体焼成して、前記セラミック積層体を作製し、
    前記切除工程は、前記圧電／電歪素子が形成されたセラミック積層体に対する切除処理によって、少なくとも前記互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が前記端面のうち、前記固定部に向って延びる辺の長さ以上とされた前記可動部を形成することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
21. 請求項１９又は２０記載の圧電／電歪デバイスの製造方法において、
    前記セラミック積層体作製工程は、少なくとも互いに対向する端面が一部連結された前記可動部となる部分を形成するための窓部を有する複数のセラミックグリーンシートと、後に前記薄板部となるセラミックグリーンシートとを含むセラミックグリーン積層体を一体焼成して、前記セラミック積層体を作製し、
    前記切除工程は、前記圧電／電歪素子が形成された前記セラミック積層体に対する切除処理によって、少なくとも互いに対向する端面が一部連結された前記可動部となる部分を形成し、更に、前記連結部分を切除して互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が前記端面のうち、前記固定部に向って延びる辺の長さ以上とされた前記可動部を形成することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
22. 請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスの製造方法において、
    前記互いに対向する端面の間に、前記可動部の構成部材と異なる複数の部材を介在させる工程を有することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
23. 矩形体である可動部と、前記可動部の一面の相対向する端部に設けられた相対向する一対の矩形板状の薄板部と、前記薄板部の前記可動部が設けられるのと対向する端に、相対向する一対の固定部とを有し、
    前記一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に圧電／電歪素子が形成された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、
    少なくとも窓部を有するセラミックグリーンシートと、後に前記薄板部となるセラミックグリーンシートとを含むセラミックグリーン積層体を一体焼成して、セラミック積層体を作製するセラミック積層体作製工程と、
    前記セラミック積層体のうち、一方の前記薄板部となる部分の外表面であって、後に他方の前記薄板部となる部分と対向する面とは反対の面上に前記圧電／電歪素子を形成する工程と、
    前記圧電／電歪素子が形成されたセラミック積層体に対する少なくとも１回の切除処理によって、少なくとも前記互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が、前記可動部のうち、前記一面と、該一面と反対側の面との間の最短距離長さ以上とされた前記固定部を形成する切除工程とを含むことを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
24. 請求項２３記載の圧電／電歪デバイスの製造方法において、
    前記セラミック積層体作製工程は、少なくとも互いに対向する端面を有する前記固定部を形成するための窓部を有する複数のセラミックグリーンシートと、後に前記薄板部となるセラミックグリーンシートとを含むセラミックグリーン積層体を一体焼成して、前記セラミック積層体を作製し、
    前記切除工程は、前記圧電／電歪素子が形成されたセラミック積層体に対する切除処理によって、少なくとも前記互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が、前記可動部のうち、前記一面と、該一面と反対側の面との間の最短距離長さ以上とされた前記固定部を形成することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
25. 請求項２３又は２４記載の圧電／電歪デバイスの製造方法において、
    前記セラミック積層体作製工程は、少なくとも互いに対向する端面が一部連結された前記固定部となる部分を形成するための窓部を有する複数のセラミックグリーンシートと、後に前記薄板部となるセラミックグリーンシートとを含むセラミックグリーン積層体を一体焼成して、前記セラミック積層体を作製し、
    前記切除工程は、前記圧電／電歪素子が形成された前記セラミック積層体に対する切除処理によって、少なくとも互いに対向する端面が一部連結された前記固定部となる部分を形成し、更に、前記連結部分を切除して互いに対向する端面を有し、かつ、前記端面間の距離が、前記可動部のうち、前記一面と、該一面と反対側の面との間の最短距離以上とされた前記固定部を形成することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
26. 請求項２３〜２５のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスの製造方法において、
    前記互いに対向する端面の間に、前記固定部の構成部材と異なる複数の部材を介在させる工程を有することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
27. 請求項２２又は２６記載の圧電／電歪デバイスの製造方法において、
    前記複数の部材のうち、少なくとも１つの部材として有機樹脂を用いることを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。

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