JP6795343B2 - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Description

本開示は、例えば、磁気ヘッドのずれを補正する精密な位置決め、カメラのシャッター駆動、編機や織機の選針駆動あるいはリレースイッチなどに用いられる圧電アクチュエータに関するものである。

圧電素子とシムとを貼り合わせた圧電アクチュエータが、例えば、磁気ヘッドのずれを補正する精密な位置決め、カメラのシャッター駆動、編機や織機の選針駆動あるいはリレースイッチなどに広く用いられている。そして、圧電素子とシム板との貼り合わせに、紫外線硬化型接着剤を用いた圧電アクチュエータが知られている（例えば、特許文献１および２を参照）。

特開２０００−０９２８７６号公報 特開平７−０６６４６６号公報

近年、圧電アクチュエータにおいては、変位量向上のために高電圧で駆動させて変位量を大きくすることが行なわれるようになっている。従来の圧電素子とシム板とを紫外線硬化型接着剤で接着した圧電アクチュエータでは、長期間の高電圧駆動により、圧電素子とシム板とが剥離する場合があった。これは、圧電素子は電圧を印加するための表面電極を備えており、この表面電極により紫外線が遮られて、紫外線硬化型接着剤に紫外線が充分照射され難いことによるものであった。

圧電アクチュエータは、紫外線を透過する板状の圧電体、該圧電体の第１主面に設けられた第１表面電極、および前記圧電体の第１主面と対向する第２主面に設けられた第２表面電極を含む圧電素子と、該圧電素子の前記第２表面電極が設けられた側に接合されたシム板と、前記圧電素子と前記シム板とを接合するためにこれらの間に介在された紫外線硬化型接着剤とを備え、前記第１表面電極は第１開口部を有し、前記第２表面電極は第２開口部を有しており、前記第１開口部と前記第２開口部とは互いに対向し、前記第１主面および前記第２主面に垂直な方向から見て、前記第２開口部の周縁が前記第１開口部の周縁よりも外側にある。

他の圧電アクチュエータは、紫外線を透過する圧電体と内部電極とが積層された板状の積層体、積層体の第１主面に設けられた第１表面電極、および前記積層体の第１主面と対向する第２主面に設けられた第２表面電極を含む圧電素子と、圧電素子の前記第２表面電極が設けられた側に接合されたシム板と、圧電素子とシム板とを接合するためにこれらの間に介在された紫外線硬化型接着剤とを備え、第１表面電極は第１開口部を有し、第２表面電極は第２開口部を有し、内部電極層は第３開口部を有しており、第１開口部、第２開口部および第３開口部は互いに対向し、前記第１主面および前記第２主面に垂直な方向から見て、前記第２開口部の周縁が前記第１開口部の周縁よりも外側にある。

本開示の圧電アクチュエータによれば、長期間の高電圧駆動における、圧電素子とシム板との剥離が抑制される。

本実施形態の圧電アクチュエータの一例を示す斜視図である。 本実施形態の圧電アクチュエータの一例を示す分解斜視図である。 本実施形態の圧電アクチュエータの一例を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線における断面図である。 本実施形態の圧電アクチュエータの他の例を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線における断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本実施形態の圧電アクチュエータの他の例を示す上面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本実施形態の圧電アクチュエータの他の例を示す上面図である。 本実施形態の圧電アクチュエータの他の例の要部を拡大して示す断面図である。 本実施形態の圧電アクチュエータの他の例を示す斜視図である。 本実施形態の圧電アクチュエータの他の例を示す分解斜視図である。 本実施形態の圧電アクチュエータの他の例を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線における断面図である。

以下、添付図面を参照して、圧電アクチュエータ１の実施形態の一例を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本実施形態の圧電アクチュエータ１の実施の形態を示す模式的な斜視図である。図２は図１の圧電アクチュエータ１を分解して示した一例である分解斜視図である。図３は、図１の圧電アクチュエータ１の一例を示しており、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線における断面図である。

本実施形態の圧電アクチュエータ１は圧電素子２と、シム板３と紫外線硬化型接着剤４とを備えている。圧電素子２は、板状の圧電体２１、圧電体２１の第１主面に設けられた第１表面電極２２、および圧電体２１を挟んで第１主面と対向する第２主面に設けられた第２表面電極２３を含んでいる。シム板３は圧電素子２の第２表面電極２３が設けられた側（圧電体２１の第２の主面）に、紫外線硬化型接着剤４で接合されている。言い換えれば、圧電素子２とシム板３とを接合するためにこれらの間に紫外線硬化型接着剤４が介在されている。また、第１表面電極２２は第１開口部２２１を有し、第２表面電極２３は第２開口部２３１を有している。そして、第１開口部２２１と第２開口部２３１とは互いに対向している。

従来の圧電アクチュエータでは、圧電素子とシム板との間に紫外線硬化型接着剤を介在させた状態で紫外線を照射しても、紫外線硬化型接着剤の外縁部にしか紫外線が照射されずに、紫外線硬化型接着剤の硬化が不十分となりやすかった。紫外線が圧電素子に設けられた表面電極等の電極を透過しないためである。そのため、従来の圧電アクチュエータは、長期間の高電圧駆動により、圧電素子とシム板とが剥離する場合があった。

本実施形態の圧電アクチュエータ１によれば、圧電体２１の第１主面に設けられた第１表面電極２２が第１開口部２２１を有しているので、紫外線は第１開口部２２１から圧電体２１の内部へ入射し、圧電体２１を透過する。圧電体２１を挟んで第１主面と対向する第２主面に設けられた第２表面電極２３には第２開口部２３１が設けられている。そして、第１開口部２２１と第２開口部２３１とは互いに対向しているので、圧電体２１を透過した紫外線は、第２開口部２３１を通って紫外線硬化型接着剤４に到達する。よって、紫外線硬化型接着剤４の、圧電素子２の第２開口部２３１とシム板３との間およびその周辺に位置する部分が硬化する。すなわち、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、紫外線硬
化型接着剤４の外縁部だけでなく、内側部分も硬化しているので、圧電素子２とシム板３との接合強度が高く、長期間の高電圧駆動においても圧電素子２とシム板３との剥離が抑制される。

ここで、図４は、圧電アクチュエータ１の他の例を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線における断面図である。図４に示す例のように、第１主面および第２主面に垂直な方向から見て（透視して）、第２開口部２３１の周縁が第１開口部２２１の周縁よりも外側にあってもよい。

第１主面から圧電体２１に入射した紫外線は、圧電体２１の内部では散乱しながら第２主面へ進んでいく。そのため、圧電体２１の第１主面に対して垂直に入射した紫外線は、圧電体２１の第２主面においては、第１開口部２２１を第２主面に投影した領域だけでなく、この領域の外側まで広がることとなる。第１主面に対して傾斜して入射し、直進する紫外線もまた、第２主面においてはこの領域の外側に到達する。すなわち、第２の主面においては、第１開口部２２１より広い領域に紫外線が照射されることとなる。

ここで、図４に示す例のような圧電アクチュエータ１は、第２開口部２３１の周縁が第１開口部２２１の周縁よりも外側にある。言い換えれば、第２開口部２３１は第１開口部２２１より大きい。そのため、圧電体２１の内部を透過して広がった紫外線も紫外線硬化型接着剤４に照射されるので、紫外線硬化型接着剤４の硬化する領域が増加する。よって、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、圧電素子２とシム板３との接合強度がさらに向上し、長期間の高電圧駆動においても圧電素子２とシム板３との剥離が抑制される。

ここで、図５（ａ）〜（ｃ）および図６（ａ）〜（ｃ）は、圧電アクチュエータ１の他の例を示す上面図である。図１〜図４に示した例では、第１開口部２２１および第２開口部２３１の平面視の形状、つまり周縁の形状は円形である。これに対して、図５および図６に示す例では、第１開口部２２１の周縁の形状は正方形状、長方形状、および長円形状である。第２開口部２３１の形状は、図５および図６には表れていないが、第１開口部２２１の形状と同様の形状である。第１開口部２２１および第２開口部２３１の形状については、図１〜図６に示した形状に限られるものではなく、三角形や四角形等の多角形や円形、楕円形など特に制限はない。図４および図５に示す例のように、第２開口部２３１は、第１開口部２２１と同様の形状で一回り大きいものであって、第２開口部２３１の周縁は、第１開口部２２１の周縁に対して全周に渡って同程度の距離だけ外側に位置していてもよい。

図１〜図５においては、第１表面電極２２は第１開口部２２１を２つ有しており、これに対向する第２表面電極２３もまた第２開口部２３１を２つ有している。第１開口部２２１および第２開口部２３１の数は１つでもよいし、図６（ａ）に示す例のように３つであってもよいし、図６（ａ）および図６（ｂ）に示す例のように３つより多くてもよい。

第１開口部２２１および第２開口部２３１の面積が大きいと紫外線硬化型接着剤４の広い領域を硬化させることができるが、圧電体２１へ電圧を印加する表面電極の面積は小さくなるので圧電素子２の変位量が小さくなる。そのため、第１開口部２２１および第２開口部２３１の面積（寸法および数）は、紫外線硬化型接着剤４の硬化と圧電素子２の変位量のバランスを考慮して設定することができる。

紫外線は圧電体２１の内部で散乱して広がるので、同じ面積の第１開口部２２１および第２開口部２３１であれば、周縁の長さが長い方が広がった紫外線によって紫外線硬化型接着剤４が硬化する領域が大きくなる。具体的には、図５（ａ）の第１開口部２２１が正方形状であるのに対して、図５（ｂ）の第１開口部２２１は、長方形状のように細長い形
状であってもよい。図５（ａ）の第１開口部２２１の面積と図５（ｂ）の第１開口部２２１の面積とは同程度であるが、図５（ｂ）の第１開口部２２１の周縁の長さは図５（ａ）の図５（ｂ）の第１開口部２２１の周縁の長さより長い。また、図５（ｂ）に示す例のように、圧電体２１が長方形のような長手方向を有する形状の場合は、第１開口部２２１および第２開口部２３１の長手方向を圧電素子２の長手方向にそろえてもよい。このようにすると、紫外線硬化型接着剤４の硬化した領域が偏った配置になり難く、圧電アクチュエータ１の変形が一様になり易いので、信頼性の高いものとなる。

また、同じ面積の開口部で周縁の長さが長い例として、１つの大きい第１開口部２２１（および第２開口部２３１）ではなく、複数の小さい第１開口部２２１（および第２開口部２３１）とすることもできる。図６（ａ）に示す例の３個の第１開口部２２１の合計の面積と図６（ｂ）に示す例の２１個の第１開口部２２１の合計の面積とは同程度である。一方、図６（ｂ）に示す例の２１個の第１開口部２２１の周縁長の合計は、図６（ａ）に示す例の３個の第１開口部２２１の周縁長の合計の約２．７倍である。また、２１個の第１開口部２２１は、第１表面電極２２内に一様に分布するように配列されている。このように、多数の第１開口部２２１が第１表面電極２２内に一様に分布するように配列されていると、紫外線硬化型接着剤４の硬化した領域が偏った配置になり難く、圧電アクチュエータ１の変形が一様になり易いので、信頼性の高いものとなる。

複数の第１開口部２２１（および第２開口部２３１）のそれぞれの大きさが小さいと、縁端効果による電界の回り込みによって、第１開口部２２１と第２開口部２３１との間の圧電体２１における電圧が印加される領域の割合が増加する。そのため、第１開口部２２１および第２開口部２３１を設けたことに伴う第１表面電極２２および第２表面電極２３の面積の減少による圧電素子２の変位量の低下を抑制することができる。このような効果を得るとともに紫外線硬化型接着剤４の硬化した領域を大きくするために、図６（ｃ）に示す例のように、第１表面電極２２（および第２表面電極２３）の形状はメッシュ状であってもよい。このときのメッシュの線幅を例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍとして、第１開口部２２１（および第２開口部２３１）の大きさを例えば０．１ｍｍ角〜１ｍｍ角（あるいは径が０．１ｍｍ〜１ｍｍ）に設定することができる。

図５および図６に示す例では、第１開口部２２１（および第２開口部２３１）の形状は、正方形あるいは長方形の角部が丸められた形状である。このように、第１開口部２２１および第２開口部２３１は、ともに周縁の形状が角のない形状であってもよい。角のない形状には、角が丸められた多角形だけでなく、例えば、図１〜図６に示す例のような円形や長円形、あるいは楕円形等も含まれる。

圧電体２１の第１開口部２２１と第２開口部２３１とで挟まれた領域は、駆動電圧が印加され難いので、圧電素子２に電圧を印加しても伸長し難い領域となる。そのため、この領域とその周囲の領域との間で電圧印加時の圧電体２１の挙動が異なる。そして、この領域とその周囲の領域との境界、すなわち第１開口部２２１および第２開口部２３１の周縁に沿って応力が発生して、この応力によって圧電体２１にクラックが発生する場合がある。第１開口部２２１および第２開口部２３１が、ともに周縁の形状が角のない形状であると、この応力が集中する角部がないので、圧電体２１に発生するクラックを抑制できる。

図７は、圧電アクチュエータ１の一例の要部を拡大して示す断面図である。圧電体２１の第１主面および第２主面に垂直な断面における、第１開口部２２１および第２開口部２３１を示している。このように、第１開口部２２１および第２開口部２３１の内周面は、それぞれ圧電体２１の第１主面および第２主面に垂直ではなく、傾斜していてもよい。具体的には、第１開口部２２１および第２開口部２３１は、いずれも第１表面電極２２および第２表面電極２３の圧電体２１とは反対側の面における開口の大きさの方が、圧電体２
１側の面における開口の大きさより大きくてもよい。言い換えれば、第１表面電極２２および第２表面電極２３の圧電体２１とは反対側の面における開口が、圧電体２１に接する面における開口より大きくなるように第１開口部２２１の内面が傾斜していてもよい。

第１開口部２２１の内面が、第１表面電極２２および第２表面電極２３の圧電体２１とは反対側の面の開口が大きくなるように傾斜していると、圧電体２１の第１主面に対して傾斜した方向から、言い換えれば第１開口部２２１の周囲から第１開口部２２１へ紫外線が入射しやすくなる。また、圧電体２１を透過して第２開口部２３１まで到達した紫外線が、第２開口部２３１の周囲方向へ広がって第２開口部２３１から紫外線硬化型接着剤４に照射される。つまり、紫外線硬化型接着剤４のより広い領域に紫外線が照射されることになる。そのため、紫外線硬化型接着剤４の硬化する領域が増加する。よって、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、圧電素子２とシム板３との接合強度がさらに向上し、長期間の高電圧駆動においても圧電素子２とシム板３との剥離が抑制される。

図８〜図１０は、圧電アクチュエータ１の他の実施形態の一例を示し、図８は斜視図、図９は分解斜視図、図１０（ａ）は上面図、図１０（ｂ）は断面図である。これまで説明した実施形態の圧電素子２が単板型であったのに対して、圧電素子２が積層型である点が異なっている。すなわち、本実施形態の圧電アクチュエータ１は圧電素子２と、シム板３と紫外線硬化型接着剤４とを備えている。圧電素子２は、圧電体２１と内部電極２４とが積層された板状の積層体、積層体の第１主面に設けられた第１表面電極２２、および積層体の第１主面と対向する第２主面に設けられた第２表面電極２３を含んでいる。シム板３は圧電素子２の第２表面電極２３が設けられた側（積層体の第２の主面）に、紫外線硬化型接着剤４で接合されている。言い換えれば、圧電素子２とシム板３とを接合するためにこれらの間に紫外線硬化型接着剤４が介在されている。また、第１表面電極２２は第１開口部２２１を有し、第２表面電極２３は第２開口部２３１を有し、内部電極２４は第３開口部２４１を有している。そして、第１開口部２２１、第２開口部２３１および第３開口部２４１は互いに対向している。

本実施形態の圧電アクチュエータ１によれば、紫外線は、第１開口部２２１から圧電体２１の内部へ入射して、第３開口部２４１および第２開口部２３１を通って紫外線硬化型接着剤４に到達する。よって、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、紫外線硬化型接着剤４の外縁部だけでなく、内側部分も硬化しているので、圧電素子２とシム板３との接合強度が高く、長期間の高電圧駆動においても圧電素子２とシム板３との剥離が抑制される。

ここで、図１０に示す例のように、第１主面および前記第２主面に垂直な方向から見て（透視して）、第２開口部２３１および第３開口部２４１の周縁が第１表面電極２２にある開口部の周縁よりも外側にあってもよい。言い換えれば、第２開口部２３１および第３開口部２４１は第１開口部２２１より大きい。そのため、第１開口部２２１を通り、圧電体２１の内部を透過して広がった紫外線も第３開口部２４１および第２開口部２３１を通って紫外線硬化型接着剤４に照射されるので、紫外線硬化型接着剤４の硬化する領域が増加する。よって、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、圧電素子２とシム板３との接合強度がさらに向上し、長期間の高電圧駆動においても圧電素子２とシム板３との剥離が抑制される。

図１０に示す例では、第１開口部２２１より第３開口部２４１の方が大きく、第３開口部２４１より第２開口部２３１の方が大きい。また、第３開口部２４１が複数設けられており、第１開口部２２１から第２開口部２３１に向かうにつれて、開口の大きさが大きくなっている。このような構成であると、複数の第３開口部２４１間の圧電体２１および第３開口部２４１と第２開口部２３１との間の圧電体２１において紫外線が広がった紫外線
も第３開口部２４１および第２開口部２３１を通過し易くなる。よって、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、圧電素子２とシム板３との接合強度がさらに向上し、長期間の高電圧駆動においても圧電素子２とシム板３との剥離が抑制される。

第１開口部２２１および第２開口部２３１の平面視の形状、つまり周縁の形状は、単板型の圧電素子２の場合と同様に、三角形や四角形等の多角形や円形、楕円形など特に制限はない。また、第１開口部２２１および第２開口部２３１は、ともに周縁の形状が角のない形状であってもよい。そして、これらについては第３開口部２４１についても同様である。第１開口部２２１、第２開口部２３１および第３開口部２４１がともに周縁の形状が角のない形状であると、応力が集中する角部がないので、圧電体２１に発生するクラックを抑制できる。第１開口部２２１、第２開口部２３１および第３開口部２４１の形状、数、配置等については、圧電素子２が単板型である場合と同様である。

圧電素子２は、板状の圧電体２１、第１表面電極２２および第２表面電極２３を含んでいる。圧電素子２が単板型である場合は、第１表面電極２２は板状の圧電体２１の第１主面に設けられ、また第２表面電極２３は第１主面と対向する第２主面に設けられている。圧電素子２が積層型である場合は、板状の圧電体２１と内部電極２４とが積層された板状の積層体、第１表面電極２２および第２表面電極２３を含んでいる。第１表面電極２２は板状の積層体の第１主面に、また第２表面電極２３は第１主面と対向する第２主面に設けられている。内部電極２４の端部がそれぞれ積層体の対向する一対の側面（第１側面および第２側面）に互い違いに導出されている。図８，９に示す例のように、内部電極２４は、第１主面、第２主面、第１側面および第２側面に囲まれた他の一対の側面にも導出されていてよい。なお、図８〜図１０に示す例では、圧電体２１は３層で内部電極２４は２層であるが、圧電体２１および内部電極２４の層数はこれに限られるものではない。

図８〜図１０に示す例では、積層型の圧電素子２はさらに第１側面電極２５および第２側面電極２６を含んでいる。第１側面電極２５は第１側面に設けられており、第１側面に導出された内部電極２４と第１表面電極２２とを接続している。第２側面電極２６は第２側面に設けられており、第２側面に導出された内部電極２４と第２表面電極２３とを接続している。単板型の圧電素子２では圧電体２１の第１主面の全面に第１表面電極２２が設けられ、第２主面の全面に第２表面電極２３が設けられている。これに対して、積層型の圧電素子２では、第１表面電極２２と第２側面電極２６との間、および第２表面電極２３と第１側面電極２５との間で電気的に絶縁させている。そのため、第１表面電極２２は積層体の第１主面の全面に設けず、第２側面電極２６との間に隙間を設けている。また、第２表面電極２３は積層体の第２主面の全面に設けず、第１側面電極２５との間に隙間を設けている。

第１側面電極２５および第２側面電極２６を設ける代わりに、圧電体２１を貫通する貫通導体を設けて内部電極２４と第１表面電極２２との接続、および内部電極２４と第２表面電極２３との接続を行なってもよい。この場合は、積層体の第１主面の全面に第１表面電極２２を設け、第２主面の全面に第２表面電極２３を設けることができる。

圧電素子２の形状（単板型の圧電素子２の圧電体２１の形状および積層型の圧電素子２の積層体の形状）は、図１および図８に示す例では長方形板状（直方体状）である。圧電素子２の形状は、特に制限はなく、長方形以外の多角形状であってもよいし、円形状や楕円形状であってもよい。圧電素子２の寸法は、例えば、長さが１８ｍｍ〜４５ｍｍ、幅が１ｍｍ〜１０ｍｍ、厚みが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとすることができる。

圧電体２１は、圧電特性を有するセラミックスからなるものである。このようなセラミックスとしては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）からなる
ペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などを用いることができる。積層型の圧電素子２の場合の圧電体２１の一層の厚みは、例えば０．０１〜０．１ｍｍに設定することができる。また、圧電体２１は２００ｐｍ／Ｖ以上の圧電ｄ３１定数を有する材料を用いることができる。これにより、大きな屈曲振動を得ることができる。

第１表面電極２２および第２表面電極２３は、いわゆる厚膜導体でもよいしスパッタや蒸着などで形成した薄膜導体でもよい。第１表面電極２２および第２表面電極２３は、厚膜導体の場合であれば、圧電体２１および内部電極２４との同時焼成によって形成してもよいし、焼成された圧電体２１や積層体に焼き付けて形成してもよい。第１表面電極２２および第２表面電極２３の材料としては、厚膜導体の場合であれば、例えば低温焼成が可能な銀や銀−パラジウム合金を主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができる。また、第１表面電極２２および第２表面電極２３は、これらの導体材料に加えて、セラミック成分やガラス成分を含有していてもよい。薄膜導体の場合であれば、上記の導体材料に加えて、例えば、銅、クロム、ニッケル等の導体を用いることができる。

内部電極２４は、圧電体２１のセラミックスと同時焼成により形成されたものである。この材料としては、例えば低温焼成が可能な銀や銀−パラジウム合金を主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができる。また、内部電極２４は、これらの導体材料に加えてセラミック成分やガラス成分を含有していてもよい。

第１開口部２２１、第２開口部２３１および第３開口部２４１（以下、３つをまとめて開口部という。）は、第１表面電極２２、第２表面電極２３および内部電極２４を形成する際に形成することができる。これらが厚膜導体の場合であれば、導体ペーストを印刷する際の製版により開口部を有するパターン形状に印刷することで形成できる。また、印刷したパターンを転写することでも形成できる。薄膜導体の場合であれば、薄膜形成時に開口部となる部分にマスクを形成しておくことができる。またいずれの場合でも、開口部を有さないパターンで厚膜や薄膜を形成した後に、マスク等を用いてエッチングすることで形成することができる。

第１側面電極２５および第２側面電極２６は、第１表面電極２２および第２表面電極２３と同様にして形成することができる。第１側面電極２５および第２側面電極２６を設ける代わりに貫通導体を設ける場合の貫通導体は、圧電体２１のセラミックスと同時焼成により形成することができ、内部電極２４と同様の材料を用いることができる。

シム板３は、例えば、鉄ニッケル合金、ステンレス等の金属や、カーボン等の導電性材料を用いることができる。あるいは、絶縁性材料でもよく、例えば、樹脂材や樹脂と繊維の複合材料である繊維強化樹脂を用いることができる。樹脂材としては、エポキシ、ポリイミド、ビスマレイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリイミドなどを用いることができる。繊維強化樹脂の強化繊維材としては、炭素（カーボン）繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、ガラス繊維などを用いることができる。導電性材料および絶縁性材料のいずれの場合であっても、これらの材料の板状のものを、例えば切断や打ち抜き等の加工によって所定形状することで作製することができる。

シム板３の寸法は、例えば、長さが２０ｍｍ〜５０ｍｍ、幅が１ｍｍ〜１０ｍｍ、厚みが０．１ｍｍ〜３．０ｍｍとすることができる。シム板３は、圧電素子２より幅および長さの少なくともいずれか一方を大きくすることができる。シム板３の圧電素子２からはみ出した部分を圧電アクチュエータ１の取付部として用いることができる。また、シム板３
は、圧電素子２への電圧印加のためにリード線等を接続する端子電極として用いることもできる。シム板３の寸法は、圧電アクチュエータ１の取付けやリード線等の接続のしやすさにより設定すればよい。

図１〜図５および図８〜図１０に示す例においては、シム板３は圧電素子２の長さ方向の一端からはみ出している。シム板３の圧電素子２からはみ出す方向については特に制限はない。図６（ａ）に示す例のように、シム板３は圧電素子２の長さ方向の両端からはみ出していてもよい。また、シム板３は圧電素子２の幅方向にはみ出していてもよい。図６（ｂ）および図６（ｃ）に示す例のように、シム板３は圧電素子２の長さ方向および幅方向の両方向にはみ出していてもよい。また、シム板３の圧電素子２からのはみ出し長さについても特に制限はない。図６（ａ）に示す例のように、圧電素子２からのはみ出し長さは、圧電素子２を挟んで両側（図６（ａ）では圧電素子２の長さ方向の両側）で同じであってもよい。また、図６（ｃ）に示す例のように、圧電素子２からのはみ出し長さは、圧電素子２を挟んで両側（図６（ａ）では圧電素子２の長さ方向の両側）で異なっていてもよい。また、図６（ｂ）に示す例のように、圧電素子２からのはみ出し長さは、圧電素子２の長さ方向、および幅方向のそれぞれにおいて同じ長さであっても、圧電素子２の長さ方向と幅方向とでは異なっていてもよい。

圧電アクチュエータ１は、圧電素子２が長方形板状で、圧電素子２の長さ方向に屈曲するものである場合には、シム板３は圧電素子２の長さ方向の一端のみからはみ出していてもよい。このようにすると、シム板３に不要な部分がないので、変位量が大きく小型の圧電アクチュエータ１となる。

紫外線硬化型接着剤４としては、エポキシ系、アクリレート系、ポリエステル系など通常使用される接着剤を用いることができる。紫外線硬化型接着剤４が嫌気硬化性を有するものであれば、より硬化する領域を大きくすることができる。

圧電素子２またはシム板３に液状の紫外線硬化型接着剤を塗布して加圧した後に紫外線を照射することで、硬化した紫外線硬化型接着剤４で圧電素子２とシム板３とが接合された圧電アクチュエータ１となる。このとき、紫外線硬化型接着剤４の露出している外縁部は、紫外線が直接照射されて硬化している。第２開口部２３１の直下およびその周囲の紫外線硬化型接着剤４は、第１開口部２２１（および第３開口部２４１）を通り、圧電体２１を透過して第２開口部２３１を通った紫外線によって硬化している。

圧電素子２に電圧が印加されることで圧電素子２の圧電体２１が伸縮する。伸縮する圧電素子２と伸縮しないシム板３とが貼り合わされていることで、圧電アクチュエータ１は屈曲する。これは、圧電素子２がユニモルフ型である場合である。圧電素子２が積層型である場合は、圧電素子２はバイモルフ型とすることもできる。この場合は圧電素子２自身が屈曲し、シム板３とともに圧電アクチュエータ１としても屈曲する。圧電アクチュエータ１の屈曲の大きさが圧電アクチュエータ１の変位量となる。圧電素子２への電圧の印加は、圧電素子２の第１表面電極２２および第２表面電極２３を、それぞれ異なる極として行なわれる。

第１表面電極２２は露出しているので、例えば、はんだや導電性接着剤で接合されたリード線等を介して電圧を直接印加することができる。一方、圧電素子２の第２表面電極２３とシム板３とが紫外線硬化型接着剤４で接合されているので、第２表面電極２３はほとんど露出していない。そのため、第２表面電極２３への電圧の印加は、シム板３を介して行なってもよい。

例えば、図３（ｂ）に示す例のように、第２表面電極２３に突起２３２を設けて導電性
のシム板３に接触させるとともに電気的に接続することができる。同じくシム板３が導電性である場合には、紫外線硬化型接着剤４が導電性粒子を含む導電性接着剤であればシム板３と第２表面電極２３とを電気的に接続することができる。そして、シム板３に例えばリード線等を接続すれば、リード線および導電性のシム板３を介して第２表面電極２３に電圧を印加することができる。

シム板３が絶縁性である場合には、シム板３の表面に電極を設けて、この電極と第２表面電極２３とを電気的に接続してもよい。この電気的な接続は、上述したような第２表面電極２３に設けた突起２３２、導電性の紫外線硬化型接着剤４を用いることができる。このシム板３上の電極に例えばリード線等を接続すれば、リード線および電極を介して第２表面電極２３に電圧を印加することができる。

圧電素子２が積層型の場合であれば、第２表面電極２３に接続されている第２側面電極２６によい。また、第２側面電極２６から積層体の第１主面上へ延びる電極を設けて、この電極にリード線等を接続してもよい。

これまで圧電アクチュエータ１としてシム板３の片面に１つの圧電素子２が接合されている例で説明したが、圧電アクチュエータ１はシム板３を挟んでシム板３の両面にそれぞれ圧電素子２を接合したものであってもよい。

１：圧電アクチュエータ
２：圧電素子
２１：圧電体
２２：第１表面電極
２３：第２表面電極
２２１：第１開口部
２３１：第２開口部
２４：内部電極
２４１：第３開口部
２５：第１側面電極
２６：第２側面電極
３：シム板
４：紫外線硬化型接着剤

Claims (6)

1. 紫外線が透過する板状の圧電体、該圧電体の第１主面に設けられた第１表面電極、および前記圧電体の第１主面と対向する第２主面に設けられた第２表面電極を含む圧電素子と、
   該圧電素子の前記第２表面電極が設けられた側に接合されたシム板と、
   前記圧電素子と前記シム板とを接合するためにこれらの間に介在された紫外線硬化型接着剤とを備え、
   前記第１表面電極は第１開口部を有し、前記第２表面電極は第２開口部を有しており、前記第１開口部と前記第２開口部とは互いに対向し、前記第１主面および前記第２主面に垂直な方向から見て、前記第２開口部の周縁が前記第１開口部の周縁よりも外側にあることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記第１開口部および前記第２開口部は、ともに周縁の形状が角のない形状であることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
3. 前記第１開口部の内面が、前記第１表面電極の前記圧電体とは反対側の面の開口が大きくなるように傾斜していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
4. 紫外線が透過する圧電体と内部電極とが積層された板状の積層体、該積層体の第１主面に設けられた第１表面電極、および前記積層体の第１主面と対向する第２主面に設けられた第２表面電極を含む圧電素子と、
   該圧電素子の前記第２表面電極が設けられた側に接合されたシム板と、
   前記圧電素子と前記シム板とを接合するためにこれらの間に介在された紫外線硬化型接着剤とを備え、
   前記第１表面電極は第１開口部を有し、前記第２表面電極は第２開口部を有し、前記内部電極は第３開口部を有しており、前記第１開口部、前記第２開口部および前記第３開口部は互いに対向し、前記第１主面および前記第２主面に垂直な方向から見て、前記第２開口部および前記第３開口部の周縁が前記第１開口部の周縁よりも外側にあることを特徴とする圧電アクチュエータ。
5. 前記第１開口部、前記第２開口部および前記第３開口部は、ともに周縁の形状が角のない形状であることを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータ。
6. 前記第１開口部の内面が、前記第１表面電極の前記圧電体とは反対側の面の開口が大きくなるように傾斜していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータ。

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