JP4915435B2 - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、圧電アクチュエータに関し、詳細には、一方の端部に導電性を有する錘が設けられた圧電アクチュエータに関する。

従来、カメラのオートフォーカス機構においてレンズまたはレンズ群を移動させるために用いられるアクチュエータとして、圧電アクチュエータが知られている。例えば、下記の特許文献１には、そのような圧電アクチュエータの一例が開示されている。

図１３は、特許文献１に開示されている圧電アクチュエータの概略図である。図１３に示すように、圧電アクチュエータ１００は、電圧が印加されることにより伸縮する柱状の電気機械変換素子１０１を備えている。電気機械変換素子１０１の一方側の端部には、錘１０２が接続されている。電気機械変換素子１０１の他方側の端部には、振動部材１０３が接続されている。振動部材１０３は、摩擦係合部材１０４と係合している。

圧電アクチュエータ１００では、電気機械変換素子１０１が伸縮することにより、振動部材１０３が変位する。その結果、振動部材１０３と摩擦係合部材１０４との間に生じる摩擦力によって摩擦係合部材１０４が駆動される。

特開２００８−１９９７７３号公報

圧電アクチュエータ１００では、電気機械変換素子１０１の一方側の端部に錘１０２が取り付けられている。このため、圧電アクチュエータ１００の変位の重心が、錘１０２側にずらされている。従って、振動部材１０３を大きく変位させることができる。

振動部材１０３の変位量をより大きくする観点からは、錘１０２の密度を高くして、圧電アクチュエータ１００の変位の重心を錘１０２側により大きくずらすことが好ましい。しかしながら、高密度の材料は、一般的に導電性を有しているため、錘１０２の密度を高めるために、導電性材料により錘１０２を形成した場合、電気機械変換素子１０１の外部電極１０１ａ、１０１ｂが錘１０２を介して短絡してしまうおそれがある。よって、錘１０２を導電性材料により形成した場合は、図１３に示すように外部電極１０１ａ、１０１ｂと錘１０２とが接するように錘１０２を配置することができず、外部電極１０１ａ、１０１ｂと錘１０２とを隔離して配置する必要がある。従って、錘１０２を、密度が高い導電性材料により形成した場合は、圧電アクチュエータ１００が大型化してしまうという問題がある。

特に、図１３のように、圧電体の側面のみに、外部電極１０１ａ、１０１ｂをスパッタリング法や、ＣＶＤ法などの蒸着法により形成する場合は、マスクが必要となるため、外部電極１０１ａ、１０１ｂの形成の位置精度が低くなる。このため、外部電極１０１ａ、１０１ｂと錘１０２とをより大きく隔離して配置する必要がある。従って、圧電アクチュエータ１００の寸法がより大きくなる傾向にある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、小型でありつつ、大きな変位量を有する圧電アクチュエータを提供することにある。

本発明に係る圧電アクチュエータは、アクチュエータ本体と、第１の導電層と、第２の導電層とを備えている。アクチュエータ本体は、柱状の圧電体と、錘とを有する。圧電体は、高さ方向において互いに対向する第１及び第２の端面と、互いに対向する第１及び第２の側面とを有する。圧電体の内部には、第１及び第２の内部電極が高さ方向に対向するように形成されている。錘は、圧電体の第１の端面に接合されている。錘は、圧電体よりも密度が高い。錘は、導電性を有する。錘は、第１の側面と、第２の側面とを有する。錘の第１の側面は、圧電体の第１の側面に連なっている。錘の第２の側面は、圧電体の第２の側面に連なっている。第１の導電層は、圧電体の第１の側面と、錘の第１の側面との上に形成されている。第１の導電層には、第１の内部電極が接続されている。第２の導電層は、圧電体の第２の側面と、錘の第２の側面との上に形成されている。第２の導電層には、第２の内部電極が接続されている。本発明に係る圧電アクチュエータには、第１の導電層の表面からアクチュエータ本体の内部にまで至るように、圧電体の第１の端面に対して平行な第１の溝が形成されている。第１の導電層は、第１の溝により、第１の内部電極に接続されている一方、錘に接続されていない部分と、錘に接続されている一方、第１の内部電極には接続されていない部分とに分断されている。

本発明に係る圧電アクチュエータのある特定の局面では、第１及び第２の内部電極が、高さ方向に沿って交互に複数設けられており、複数の第１及び第２の内部電極のうちの最も圧電体の第１の端面側に位置している内部電極が第２の内部電極である。この構成では、第１の溝を、最も圧電体の第１の端面側に位置している内部電極である第２の内部電極よりも第２の端面側に位置させることができる。従って、圧電アクチュエータをより小型化することができる。

本発明に係る圧電アクチュエータの他の特定の局面では、第１の溝が、最も圧電体の第１の端面側に位置している内部電極よりも第２の端面側に位置している。この構成によれば、圧電アクチュエータをより小型化することができる。

本発明に係る圧電アクチュエータの別の特定の局面では、第１の溝の少なくとも一部が、錘に形成されており、第１の溝の第２の端面側の側壁が、圧電体の第１の端面と面一か、圧電体の第１の端面よりも第２の端面側に位置している。この構成によれば、圧電アクチュエータをより小型化することができる。

本発明に係る圧電アクチュエータのさらに他の特定の局面では、第１及び第２の導電層は、Ａｇ及びＣｕのうちの少なくとも一方を含む。第１及び第２の導電層がＡｇやＣｕを含む場合、第１及び第２の導電層からＡｇやＣｕのマイグレーションが生じ、短絡不良が生じやすくなる傾向にある。しかしながら、本発明においては、第１の溝が形成されているため、ＡｇやＣｕのマイグレーションに起因する短絡不良の発生が効果的に抑制されている。

本発明に係る圧電アクチュエータのさらに別の特定の局面では、第２の導電層の表面からアクチュエータ本体の内部にまで至るように、圧電体の第１の端面に対して平行に形成されている第２の溝が形成されており、第２の導電層は、第２の溝により、第２の内部電極に接続されている一方、錘に接続されていない部分と、錘に接続されている一方、第２の内部電極には接続されていない部分とに分断されている。この構成によれば、短絡不良の発生をより確実に抑制することができる。また、圧電体と錘との接合部の破損をより効果的に抑制することができる。

本発明に係る圧電アクチュエータのまた他の特定の局面では、第２の溝の少なくとも一部が、錘に形成されており、第２の溝の圧電体の第２の端面側の側壁が、圧電体の第１の端面と面一か、圧電体の第１の端面よりも圧電体の第２の端面側に位置している。この構成によれば、圧電アクチュエータをより小型化することができる。

本発明に係る圧電アクチュエータのまた別の特定の局面では、圧電体と錘とが接着剤により接着されている。この構成によれば、圧電体と錘とを容易に接合することができる。

本発明に係る圧電アクチュエータのさらにまた他の特定の局面では、接着剤が、エポキシ系樹脂を主成分とする接着剤である。

本発明に係る圧電アクチュエータのさらにまた別の特定の局面では、錘は、導電性粒子が分散された樹脂部材からなる。錘が、導電性微粒子が分散された樹脂部材からなる場合、導電性微粒子が錘から脱落しやすくなる。しかしながら、本発明においては、錘の側面にも導電層が形成されているため、導電性微粒子の脱落をより効果的に抑制することができる。

本発明に係る圧電アクチュエータのまたさらに他の特定の局面では、第１及び第２の導電層のそれぞれが、金属薄膜または合金薄膜からなる。この構成によれば、第１及び第２の導電層の電気抵抗を低くできるため、圧電アクチュエータの駆動効率を高めることができる。

本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、上記本発明に係る圧電アクチュエータを製造するための方法に関する。本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、溝をダイシングにより形成することを特徴とする。

本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法のある特定の局面では、第１及び第２の導電層を、薄膜形成方法により形成する。この構成によれば、例えば、焼き付けにより第１及び第２の導電層を形成する場合と比較して、第１及び第２の導電層を形成するときの雰囲気温度を低くすることができるため、例えば、錘と圧電体とを接着剤により接合している場合には、第１及び第２の導電層の形成時における接着剤の劣化を抑制することができる。

本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法の他の特定の局面では、第１及び第２の主面を有し、内部に第１の主面に平行な第１及び第２の内部導電層が厚さ方向に対向するように形成されている圧電体と、圧電体の第１の主面に接合されており、圧電体よりも密度が高く、かつ導電性を有する部材とを備えるマザー積層体を準備する工程と、マザー積層体を複数に分断することにより、複数のアクチュエータ本体を形成する工程と、複数のアクチュエータ本体のそれぞれに第１及び第２の導電層を形成する工程と、溝を形成する工程とを備えている。この構成では、一度に複数のアクチュエータ本体を形成することができるため、高効率に圧電アクチュエータを製造することができる。

本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法の別の特定の局面では、第１及び第２の主面を有し、内部に第１の主面に平行な第１及び第２の内部導電層が厚さ方向に対向するように形成されている圧電体と、圧電体の第１の主面に接合されており、圧電体よりも密度が高く、かつ導電性を有する部材とを備えるマザー積層体を準備する工程と、マザー積層体を第１の方向に沿って分断することにより、複数の短冊状部材を形成する工程と、複数の短冊状部材のそれぞれに第１及び第２の導電層を形成する工程と、第１及び第２の導電層を形成した複数の短冊状部材のそれぞれを第１の方向と直交する第２の方向に沿って分断することにより、第１及び第２の導電層が形成されたアクチュエータ本体を複数形成する工程と、溝を形成する工程とを備える。この構成では、一度に複数のアクチュエータ本体を形成することができるため、高効率に圧電アクチュエータを製造することができる。

本発明では、第１の導電層が、第１の溝により、第１の内部電極に接続されている一方、錘に接続されていない部分と、錘に接続されている一方、第１の内部電極には接続されていない部分とに分断されている。溝は、例えばダイシングなどにより、細い溝幅で、正確な位置に形成することが可能であるため、圧電アクチュエータの高さ寸法を小さくすることができる。

また、第１の溝を形成することにより、圧電体と錘との接合部の破損を効果的に抑制することができる。

第１の実施形態の圧電アクチュエータの略図的斜視図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線部分の略図的断面図である。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線部分の略図的断面図である。 図１におけるＩＶ−ＩＶ線部分の略図的断面図である。 図１におけるＶ−Ｖ線部分の略図的断面図である。 マザー積層体の略図的斜視図である。 比較例に係る圧電アクチュエータの略図的斜視図である。 第２の実施形態の圧電アクチュエータの略図的斜視図である。 第３の実施形態の圧電アクチュエータの略図的斜視図である。 第４の実施形態の圧電アクチュエータの略図的斜視図である。 第５の実施形態の圧電アクチュエータの略図的斜視図である。 第６の実施形態の圧電アクチュエータの略図的斜視図である。 特許文献１に開示されている圧電アクチュエータの概略図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の圧電アクチュエータの略図的斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線部分の略図的断面図である。図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線部分の略図的断面図である。図４は、図１におけるＩＶ−ＩＶ線部分の略図的断面図である。図５は、図１におけるＶ−Ｖ線部分の略図的断面図である。

図１に示すように、圧電アクチュエータ１は、柱状のアクチュエータ本体１０を備えている。詳細には、本実施形態では、アクチュエータ本体１０は、直方体状に形成されている。アクチュエータ本体１０は、直方体状の圧電体２０と、直方体状の錘４０とを備えている。

図１〜図５に示すように、圧電体２０は、第１及び第２の端面２０ａ、２０ｂと、第１〜第４の側面２０ｃ〜２０ｆとを有する。第１及び第２の端面２０ａ、２０ｂは、長さ方向Ｌ及び幅方向Ｗに沿っている。第１及び第２の端面２０ａ、２０ｂは、高さ方向Ｈにおいて互いに対向している。第１及び第２の側面２０ｃ、２０ｄは、高さ方向Ｈ及び長さ方向Ｌに沿って設けられている。第３及び第４の側面２０ｅ、２０ｆは、高さ方向Ｈ及び幅方向Ｗに沿って設けられている。

圧電体２０は、実質的に、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系セラミックなどの圧電セラミックからなる。図１及び図３に示すように、圧電体２０の内部には、複数の第１及び第２の内部電極２１，２２が設けられている。複数の第１及び第２の内部電極２１，２２は、高さ方向Ｈに沿って交互に配置されている。図１〜図３に示すように、第１及び第２の内部電極２１，２２は、圧電体層２０ｇを介して、高さ方向Ｈに互いに対向している。本実施形態では、複数の第１及び第２の内部電極２１，２２のうち、錘４０が接合されている第１の端面２０ａに最も近接して位置している内部電極は、第２の内部電極２２である。

図２〜図４に示すように、具体的には、第１及び第２の内部電極２１，２２のそれぞれは、長さ方向Ｌと幅方向Ｗに沿って設けられている。第１の内部電極２１は、第２の側面２０ｄを除く、第１，第３及び第４の側面２０ｃ、２０ｅ、２０ｆに露出している。一方、第２の内部電極２２は、第１の側面２０ｃを除く、第２〜第４の側面２０ｄ〜２０ｆに露出している。

第１及び第２の内部電極２１，２２は、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄなどの金属や、Ａｇ−Ｐｄ合金などの、上記金属の少なくとも１種以上を主成分として含む合金などにより形成されている。

図１及び図３に示すように、圧電体２０の第１の端面２０ａには、直方体状の錘４０が接合されている。錘４０と圧電体２０との接合方法は、特に限定されないが、本実施形態では、錘４０と圧電体２０とを接着剤により接着することにより錘４０と圧電体２０とを接合している。錘４０と圧電体２０との接着に使用する接着剤は、特に限定されないが、弾性率の高い接着剤により錘４０と圧電体２０とを接着することが好ましい。そうすることにより、接着剤による振動吸収を抑制することができる。従って、圧電アクチュエータ１の変位量が小さくなることを効果的に抑制することができる。なお、弾性率の高い接着剤の具体例としては、例えば、エポキシ系樹脂を主成分とする接着剤などが挙げられる。

錘４０は、第１及び第２の端面４０ａ、４０ｂと、第１〜第４の側面４０ｃ〜４０ｆとを備えている。圧電体２０の第１の端面２０ａには、錘４０の第１の端面４０ａが接合されている。錘４０の第１の側面４０ｃは、圧電体２０の第１の側面２０ｃに連なっている。すなわち、錘４０の第１の側面４０ｃと、圧電体２０の第１の側面２０ｃとは、同一平面上に位置している。錘４０の第２の側面４０ｄは、圧電体２０の第２の側面２０ｄに連なっている。すなわち、錘４０の第２の側面４０ｄと、圧電体２０の第２の側面２０ｄとは、同一平面上に位置している。

錘４０は、導電性を有している。ここで、「錘が導電性を有する」とは、錘４０の第１の側面４０ｃと第２の側面４０ｄとの間の抵抗が１ｋΩ以下であることをいう。

また、錘４０は、圧電体２０の密度よりも高い密度を有している。詳細には、錘４０の密度は、圧電体２０の密度の１．６倍以上であることが好ましい。この場合、圧電アクチュエータ１の変位の重心を、より錘４０側に位置させることができる。従って、圧電アクチュエータ１の第２の端面２０ｂ側の端部の変位量をより大きくすることができる。錘４０の密度の圧電体２０に対する密度の大きさ（錘４０の密度／圧電体２０に対する密度）の上限は、特に限定されないが、例えば、２．４倍とすることができる。

錘４０の形成材料は、導電性を有し、圧電体２０よりも密度が高い材料であれば特に限定されない。例えば、金属、合金や、若しくは、金属微粒子や合金微粒子などの導電性微粒子が分散された樹脂などにより錘４０を形成することができる。なかでも、錘４０は、導電性微粒子が分散された樹脂部材により構成されていることが好ましい。導電性微粒子が分散された樹脂部材は、例えば、金属部材などと比較して、加工性が良好であり、切削により錘４０を作製する場合に、バリなどが生じ難く、錘４０の重さがばらつくことを抑制することができる。従って、所定の変位量の圧電アクチュエータ１を安定して製造することが容易となる。

但し、導電性微粒子が分散された樹脂により錘４０を形成した場合、経時的に導電性微粒子が錘４０から脱落していくおそれがある。しかしながら、本実施形態では、後述のように、錘４０の側面に導電層３１，３２が形成されているため、導電性微粒子の錘４０からの脱落を効果的に抑制することができる。

また、錘４０の側面に導電層３１，３２が形成されているため、錘４０に静電気が帯電することが抑制される。従って、錘４０にゴミ等の異物が付着することを抑制することができる。

なお、錘４０の形成に使用する導電性微粒子の具体例としては、例えば、タングステン微粒子、鉄微粒子、銅微粒子などの金属微粒子やステンレス微粒子などの合金微粒子などが挙げられる。導電性微粒子の平均粒子径は、５〜１００μｍ程度とすることができる。錘４０の形成に使用する樹脂の具体例としては、例えば、アクリルニトリルブタジエンスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイドなどが挙げられる。

図１及び図３に示すように、アクチュエータ本体１０のひとつの側面と、そのひとつの側面に対向するもうひとつの側面の上には、第１及び第２の導電層３１，３２が形成されている。具体的には、第１の導電層３１は、圧電体２０の第１の側面２０ｃと、錘４０の第１の側面４０ｃとの上に形成されている。第１の導電層３１には、第１の内部電極２１が接続されている。一方、第２の導電層３２は、圧電体２０の第２の側面２０ｄと、錘４０の第２の側面４０ｄとの上に形成されている。第２の導電層３２には、第２の内部電極２２が接続されている。

第１及び第２の導電層３１，３２は、第１及び第２の内部電極２１，２２と同様に、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄなどの金属や、Ａｇ−Ｐｄ合金などの、上記金属の少なくとも１種以上を主成分として含む合金などの適宜の導電材料により形成することができる。

第１及び第２の導電層３１，３２は、金属薄膜または合金薄膜からなることが好ましい。この場合、第１及び第２の導電層３１，３２の電気抵抗を低くできるため、圧電アクチュエータ１の駆動効率を高めることができる。

本実施形態では、圧電アクチュエータ１には、第１の導電層３１の表面からアクチュエータ本体１０の内部にまで至る溝３５が形成されている。溝３５は、圧電体２０の第１の端面２０ａに対して平行である。本実施形態では、溝３５は、高さ方向Ｈにおいて、圧電体２０と重なる位置に位置している。より詳細には、溝３５は、高さ方向Ｈにおいて、複数の第１及び第２の内部電極２１，２２のうちの最も圧電体２０の第１の端面２０ａ側に位置している第２の内部電極２２ａよりも第２の端面２０ｂ側であって、複数の第１の内部電極２１のうちの最も圧電体２０の第１の端面２０ａ側に位置している第１の内部電極２１ａよりも第１の端面２０ａ側に形成されている。

溝３５は、第３の端面２０ｅから第４の端面２０ｆにわたって形成されている。換言すれば、溝３５は、長さ方向Ｌにおいて、圧電アクチュエータ１の全体に形成されている。このため、第１の導電層３１は、溝３５により、第１の内部電極２１に接続されている一方、錘４０には接続されていない第１の部分３１ａと、錘４０に接続されている一方、第１の内部電極２１には接続されていない第２の部分３１ｂとに分断されている。本実施形態では、第１の部分３１ａにより第１の外部電極３３が構成されている。第２の導電層３２と、錘４０と、第１の導電層３１の第２の部分３１ｂにより第２の外部電極３４が構成されている。

次に、本実施形態における圧電アクチュエータ１の製造方法について説明する。まず、図６に示すマザー積層体５０を用意する。具体的には、第１及び第２の内部電極２１，２２形成用の導電パターンを形成したセラミックグリーンシートを複数積層し、さらに、錘４０形成用の導電性微粒子含有樹脂部材を接着剤により接合する。これにより、第１及び第２の主面５１ａ、５１ｂを有し、内部に、第１及び第２の内部導電層５２，５３が厚さ方向に対向するように形成されている圧電体５１と、圧電体５１の第１の主面５１ａに接合されている導電性微粒子含有樹脂部材５４とを備えるマザー積層体５０を用意する。次に、図６に一点破線で示す切断線５５に沿ってマザー積層体を複数に分断することにより、複数のアクチュエータ本体１０（図１を参照）を形成する。

次に、複数のアクチュエータ本体１０のそれぞれの第１及び第２の側面に第１及び第２の導電層３１，３２を形成する。第１及び第２の導電層３１，３２の形成方法は特に限定されず、スクリーン印刷法などの印刷法により導電性ペーストを塗布した後に焼き付けを行うことにより形成してもよい。また、第１及び第２の導電層３１，３２を、スパッタリング法、ＣＶＤ法などの蒸着法、イオンプレーティング法等の薄膜形成方法により形成してもよい。第１及び第２の導電層３１，３２を薄膜形成方法により形成する場合、Ａｇペーストなどの導電性ペーストの印刷及び焼き付けにより第１及び第２の導電層３１，３２を形成する場合よりも、導電層の形成工程における温度が低温となる。従って、圧電体２０と錘４０とを接着している接着剤の劣化を抑制することができる。また、熱的耐久性の低い接着剤の使用も可能となる。例えば、弾性率が高いエポキシ系樹脂を主成分とする接着剤の使用も可能となる。

次に、第１の導電層３１に溝３５を形成することにより、圧電アクチュエータ１を完成させる。なお、溝３５の形成は、ダイシングにより行うことが好ましい。

以上のように、マザー積層体５０を形成し、それを複数に分断することにより、アクチュエータ本体１０を形成することにより、多数のアクチュエータ本体１０を一度に形成することができる。従って、多数の圧電アクチュエータ１を容易に作製することができる。

なお、上記製造方法の説明では、マザー積層体５０を幅方向Ｗ及び長さ方向Ｌのそれぞれに沿って分断し、アクチュエータ本体１０を形成した後に、第１及び第２の導電層３１，３２を形成する例について説明した。但し、第１及び第２の導電層３１，３２の形成を、アクチュエータ本体１０を形成した後にする必要は必ずしもない。例えば、以下のような手順で第１及び第２の導電層３１，３２を形成してもよい。すなわち、マザー積層体５０を長さ方向Ｌに沿って分断し、複数のアクチュエータ本体１０が長さ方向Ｌに連なった短冊状部材５６を複数形成する。複数の短冊状部材５６のそれぞれの幅方向Ｗを向く両側面に、第１及び第２の導電層３１，３２を形成する。その後、第１及び第２の導電層３１，３２を形成した複数の短冊状部材５６のそれぞれを、長さ方向Ｌと直交する幅方向Ｗに沿って分断することにより、第１及び第２の導電層３１，３２が形成されたアクチュエータ本体１０を複数形成する。

ところで、例えば、図７に示すように、導電層１３１，１３２に溝を形成せず、導電層１３１，１３２を、導電性の錘１４０と高さ方向Ｈに隔離して薄膜形成方法により形成することにより、導電層１３１，１３２間の短絡を防止することも考えられる。しかしながら、マスクを高い位置精度で配置すること、マスクを高い形状精度で形成することが困難であり、かつマスクとアクチュエータ本体１０との熱膨張量差などのため、マスクを高い位置精度で保持することも困難である。このため、導電層１３１，１３２と錘１４０との間の距離Ｌ２を大きくする必要がある。通常、薄膜形成方法では、位置精度は、±０．０５ｍｍ（±５０μｍ）程度であるため、Ｌ２を０．１ｍｍ以上とする必要がある。このため、導電層１３１，１３２と錘１４０との間の、内部電極１２１，１２２が配置されておらず、圧電アクチュエータの伸縮に寄与しない非活性領域の高さ方向Ｈに沿った寸法が大きくなる。従って、圧電アクチュエータが大型化してしまう。

それに対して、本実施形態では、溝３５により第１の導電層３１が、第１の部分３１ａと、第２の部分３１ｂとに分断されており、これにより、第１の外部電極３３と、第２の外部電極３４との間が絶縁されている。このため、第１の導電層３１の形成時に、高精度な位置合わせなどが困難であるマスクが不要である。また、溝３５は、ダイシングにより、細い溝幅で正確な位置に形成することができる。具体的には、ダイシングによれば、溝３５の位置精度は、一般的には、１０μｍ以下となる。よって、非活性領域の高さ方向Ｈに沿った寸法を小さくすることができる。従って、圧電アクチュエータが大型化することを抑制することができる。

すなわち、導電性を有し、密度が高い錘４０を用い、溝３５により第１の外部電極３３と、第２の外部電極３４との間を絶縁することにより、端部の変位量が大きく、小型な圧電アクチュエータ１を実現することができる。

また、本実施形態では、図１及び図３に示すように、最も第１の端面２０ａ側に位置する第２の内部電極２２ａよりも第２の端面２０ｂ側に溝３５が形成されている。すなわち、溝３５が活性領域に形成されている。このため、溝３５を形成するために、非活性領域を拡張する必要がない。従って、より小型な圧電アクチュエータ１を実現することができる。

また、本実施形態では、溝３５により第１の導電層３１の第１の部分３１ａと第２の部分３１ｂとを分断するため、第１及び第２の導電層３１，３２の形成の位置精度がそれほど高くなくてもよい。従って、第１及び第２の導電層３１，３２を容易に形成することができる。

また、圧電体２０に錘４０が接合された圧電アクチュエータ１では、圧電体２０の活性領域において発生する歪みの量と、圧電体２０の非活性領域及び錘４０において発生する歪みの量とに差があるため、駆動時に、圧電体２０と錘４０との接合部に応力が加わり、接合部が破損しやすい。それに対して、本実施形態では、圧電体２０と錘４０との接合部に溝３５が形成されている。このため、圧電体２０と錘４０との接合部にかかる応力が緩和される。従って、圧電体２０と錘４０との接合部が破損することが効果的に抑制されている。

また、本実施形態では、錘４０が導電性を有している場合、第１及び第２の導電層３１，３２に、ＡｇやＣｕなどのマイグレーションしやすい材料が含まれていると、駆動時に生じる第１の導電層３１の第１の部分３１ａと錘４０及び第２の部分３１ｂとの間の電圧差により、ＡｇやＣｕがマイグレーションし、第１及び第２の外部電極３３，３４間が短絡するおそれがある。しかしながら、本実施形態では、第１の部分３１ａと第２の部分３１ｂとが溝３５により分断されている。このため、第１の部分３１ａと第２の部分３１ｂとの間の表面上の距離が長くされている。従って、ＡｇやＣｕのマイグレーションによる短絡不良の発生が効果的に抑制されている。逆に言えば、溝３５を設けることにより第１の部分３１ａと第２の部分３１ｂとの間の表面上の長さを、溝３５を設けない場合よりも長くできるため、その分、溝３５の幅を小さくしても、ＡｇやＣｕのマイグレーションを抑制することができる。具体的には、例えば、溝３５の横断面が矩形状であり、アスペクト比が１である場合は、第１の部分３１ａと第２の部分３１ｂとの間の表面上の長さを、溝３５を設けない場合よりも、溝３５の幅の２倍分長くできる。従って、溝３５の幅の２倍分だけ第１の部分３１ａと第２の部分３１ｂとの間の距離を短くすることができる。その結果、圧電アクチュエータ１の小型化を図ることができる。

また、本実施形態では、第２の導電層３２が錘４０と接続されているため、第２の外部電極３４の一部が、第１の外部電極３３と同じ平面上に位置している。このため、第１及び第２の外部電極３３，３４に片側からのプローブ接触が可能となり、圧電体層２０ｇの分極を容易に行うことができる。また、配線基板などの上への実装も容易である。

なお、本実施形態では、圧電体２０が直方体状である場合について説明したが、圧電体２０の形状は、第１及び第２の端面並びに第１及び第２の側面を有する柱状である限りにおいて特に限定されない。例えば、圧電体は、六角柱状や八角柱状などの多角柱状であってもよい。

以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２及び第３の実施形態）
上記第１の実施形態では、第１の導電層３１を分断する溝３５が設けられている例について説明した。但し、本発明において、溝は、第１の導電層を分断するものでなくてもよい。例えば、図８に示すように、第２の導電層３２を、第２の内部電極２２に接続されている一方、錘４０には接続されていない第１の部分３２ａと、錘４０に接続されている一方、第２の内部電極２２には接続されていない第２の部分３２ｂとに分断する溝３６を設けてもよい。なお、溝３６は、第１の端面２０ａに平行である。溝３６は、第２の導電層３２の表面から圧電体２０の内部にまで至るように形成されている。

また、図９に示すように、溝３５と溝３６とを両方設けてもよい。この場合は、第１及び第２の外部電極３３，３４のそれぞれと、錘４０との間が絶縁されることとなる。

（第４〜第６の実施形態）
上記第１の実施形態では、溝３５が第１の導電層３１及び圧電体２０に形成されている場合について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図１０に示すように、溝３５の一部が錘４０に形成されていてもよい。図１０では、溝３５の圧電体２０の第２の端面２０ｂ側の側壁３５ａが圧電体２２０の第１の端面２０ａよりも第２の端面２０ｂ側に位置しており、溝３５は、錘４０と圧電体２０とにわたって形成されている。

また、図１１に示すように、溝３５を圧電体２０に形成せずに、錘４０にのみ形成してもよい。具体的には、溝３５の側壁３５ａが圧電体２０の第１の端面２０ａと面一となるように形成してもよい。さらには、図１２に示すように、溝３５と共に、溝３６の側壁３６ａが圧電体２０の第１の端面２０ａと面一となるように溝３６を形成してもよい。

このように、溝３５，３６を圧電体２０に形成しないことにより、圧電体２０にクラック等が生じることを抑制することができる。

１…圧電アクチュエータ
１０…アクチュエータ本体
２０…圧電体
２０ａ…圧電体の第１の端面
２０ｂ…圧電体の第２の端面
２０ｃ…圧電体の第１の側面
２０ｄ…圧電体の第２の側面
２０ｅ…圧電体の第３の端面
２０ｆ…圧電体の第４の端面
２０ｇ…圧電体層
２１…第１の内部電極
２２…第２の内部電極
３１…第１の導電層
３１ａ…第１の導電層の第１の部分
３１ｂ…第１の導電層の第２の部分
３２…第２の導電層
３２ａ…第２の導電層の第１の部分
３２ｂ…第２の導電層の第２の部分
３３…第１の外部電極
３４…第２の外部電極
３５，３６…溝
３５ａ、３６ａ…側壁
４０…錘
４０ａ…錘の第１の端面
４０ｂ…錘の第２の端面
４０ｃ…錘の第１の側面
４０ｄ…錘の第２の側面
４０ｅ…錘の第３の側面
４０ｆ…錘の第４の側面
５０…マザー積層体
５１…圧電体
５１ａ…圧電体の第１の主面
５１ｂ…圧電体の第２の主面
５２，５３…内部導電層
５４…導電性微粒子含有樹脂部材
５５…切断線
５６…短冊状部材

Claims (15)

1. 高さ方向において互いに対向する第１及び第２の端面と、互いに対向する第１及び第２の側面とを有し、第１及び第２の内部電極が高さ方向に対向するように内部に形成されている柱状の圧電体と、前記圧電体の第１の端面に接合されており、前記圧電体よりも密度が高く、かつ導電性を有し、前記圧電体の第１の側面に連なる第１の側面と、前記圧電体の第２の側面に連なる第２の側面とを有する錘とを有するアクチュエータ本体と、
   前記圧電体の第１の側面と、前記錘の第１の側面との上に形成されており、前記第１の内部電極が接続されている第１の導電層と、
   前記圧電体の第２の側面と、前記錘の第２の側面との上に形成されており、前記第２の内部電極が接続されている第２の導電層とを備え、
   前記第１の導電層の表面から前記アクチュエータ本体の内部にまで至るように、前記圧電体の前記第１の端面に対して平行な第１の溝が形成されており、
   前記第１の導電層は、前記第１の溝により、前記第１の内部電極に接続されている一方、前記錘に接続されていない部分と、前記錘に接続されている一方、前記第１の内部電極には接続されていない部分とに分断されている、圧電アクチュエータ。
2. 前記第１及び第２の内部電極が、高さ方向に沿って交互に複数設けられており、前記複数の第１及び第２の内部電極のうちの最も前記圧電体の前記第１の端面側に位置している内部電極が前記第２の内部電極である、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
3. 前記第１の溝が、最も前記圧電体の前記第１の端面側に位置している内部電極よりも前記第２の端面側に位置している、請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記第１の溝の少なくとも一部が、前記錘に形成されており、前記第１の溝の前記第２の端面側の側壁が、前記圧電体の前記第１の端面と面一か、前記圧電体の前記第１の端面よりも前記第２の端面側に位置している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記第１及び第２の導電層は、Ａｇ及びＣｕのうちの少なくとも一方を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
6. 前記第２の導電層の表面から前記アクチュエータ本体の内部にまで至るように、前記圧電体の前記第１の端面に対して平行な第２の溝が形成されており、
   前記第２の導電層は、前記第２の溝により、前記第２の内部電極に接続されている一方、前記錘に接続されていない部分と、前記錘に接続されている一方、前記第２の内部電極には接続されていない部分とに分断されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
7. 前記第２の溝の少なくとも一部が、前記錘に形成されており、前記第２の溝の前記圧電体の前記第２の端面側の側壁が、前記圧電体の前記第１の端面と面一か、前記圧電体の前記第１の端面よりも前記圧電体の前記第２の端面側に位置している、請求項６に記載の圧電アクチュエータ。
8. 前記圧電体と前記錘とが接着剤により接着されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
9. 前記接着剤が、エポキシ系樹脂を主成分とする接着剤である、請求項８に記載の圧電アクチュエータ。
10. 前記錘は、導電性粒子が分散された樹脂部材からなる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
11. 前記第１及び第２の導電層のそれぞれが、金属薄膜または合金薄膜からなる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータの製造方法であって、
    前記溝をダイシングにより形成することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
13. 前記第１及び第２の導電層を、薄膜形成方法により形成する、請求項１２に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
14. 第１及び第２の主面を有し、内部に第１の主面に平行な第１及び第２の内部導電層が厚さ方向に対向するように形成されている圧電体と、前記圧電体の前記第１の主面に接合されており、前記圧電体よりも密度が高く、かつ導電性を有する部材とを備えるマザー積層体を準備する工程と、
    前記マザー積層体を複数に分断することにより、前記複数のアクチュエータ本体を形成する工程と、
    前記複数のアクチュエータ本体のそれぞれに前記第１及び第２の導電層を形成する工程と、
    前記溝を形成する工程とを備える、請求項１２または１３に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
15. 第１及び第２の主面を有し、内部に第１の主面に平行な第１及び第２の内部導電層が厚さ方向に対向するように形成されている圧電体と、前記圧電体の前記第１の主面に接合されており、前記圧電体よりも密度が高く、かつ導電性を有する部材とを備えるマザー積層体を準備する工程と、
    前記マザー積層体を第１の方向に沿って分断することにより、複数の短冊状部材を形成する工程と、
    前記複数の短冊状部材のそれぞれに前記第１及び第２の導電層を形成する工程と、
    前記第１及び第２の導電層を形成した複数の短冊状部材のそれぞれを前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って分断することにより、前記第１及び第２の導電層が形成された前記アクチュエータ本体を複数形成する工程と、
    前記溝を形成する工程とを備える請求項１２または１３に記載の圧電アクチュエータの製造方法。

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