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JP4460742B2 - Piezoelectric / electrostrictive device and manufacturing method thereof - Google Patents

Piezoelectric / electrostrictive device and manufacturing method thereof Download PDF

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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５３に示すように、圧電／電歪材料からなる板状体４００に孔部４０２を設けることにより、固定部４０４と可動部４０６とこれらを支持する梁部４０８とを一体に形成し、更に、梁部４０８に電極層４１０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４１０に電圧を印加すると、逆圧電効果や電歪効果により、梁部４０８が固定部４０４と可動部４０６とを結ぶ方向に伸縮するため、可動部４０６を板状体４００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４００の面内方向）の変位をそのまま可動部４０６に伝達していたため、可動部４０６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４０２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】
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、デバイスの長寿命化、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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、矩形体である固定部と、前記固定部の対向する一対の側面にそれぞれ固着された相対向する一対の矩形板状の薄板部と、一対の前記薄板部の互いに対向する一対の面にそれぞれ固着された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、前記一対の薄板部がそれぞれ金属製であり、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することを特徴とする。この場合、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ってもよい。
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、前記可動部の対向する一対の側面にそれぞれ固着された相対向する一対の矩形板状の薄板部と、一対の前記薄板部の互いに対向する一対の面にそれぞれ固着された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、前記一対の薄板部はそれぞれ金属製であり、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することを特徴とする。
【００１１】
この場合、薄板部が金属製であるため、強度や靱性に優れ、急激な変位動作にも対応できる。つまり、本発明においては、使用環境の変動や過酷な使用状態においても十分に対応でき、耐衝撃性に優れ、圧電／電歪デバイスの長寿命化、ハンドリング性の向上を図ることができ、しかも、相対的に低電圧で薄板部を大きく変位することができると共に、薄板部の剛性が高く、またアクチュエータ膜の膜厚が厚く、剛性が高いため、薄板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る。
【００１２】
前記圧電／電歪素子は膜状であって、前記薄板部に接着剤を介して固着するようにしてもよい。また、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ように構成してもよい。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。
【００１３】
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。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、圧電／電歪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。
【００１４】
前記接着剤は、有機樹脂あるいはガラス、ロウ材又は半田を用いることができる。
【００１５】
また、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。この場合、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、端面や部品の寸法精度が低くても、これらの寸法精度の影響を抑えやすくなるため、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
このように、本発明においては、圧電／電歪デバイスの軽量化、中でも可動部又は固定部の軽量化を図ることができる。
【００２２】
ところで、圧電／電歪デバイスの製造においては、金属製の薄板部に圧電／電歪素子を接着剤にて固着する際、特に、接着剤の固化段階において、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することになる。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、圧電／電歪デバイスの機械強度の向上も図ることができる。
【００２７】
また、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。
【００２８】
また、本発明においては、端面間に上述した複数の部材を介在させた場合に、前記複数の部材のうち、少なくとも１つの部材を有機樹脂としてもよい。
【００２９】
次に、第３の本発明は、矩形体である固定部と、前記固定部の対向する一対の側面にそれぞれ固着された相対向する一対の矩形板状の薄板部と、一対の前記薄板部の互いに対向する一対の面にそれぞれ固着された相対向する一対の可動部とを有し、前記一対の薄板部がそれぞれ金属製であり、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／電歪デバイスの製造方法であって、第１の基体に、後に薄板部となる金属板を固着して第２の基体を作製する工程と、前記第２の基体に対する少なくとも１回の切除処理によって、互いに対向する端面を有する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、前記可動部の対向する一対の側面にそれぞれ固着された相対向する一対の矩形板状の薄板部と、一対の前記薄板部の互いに対向する一対の面にそれぞれ固着された相対向する一対の可動部とを有し、前記一対の薄板部がそれぞれ金属製であり、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／電歪デバイスの製造方法であって、第１の基体に、後に薄板部となる金属板を固着して第２の基体を作製する工程と、前記第２の基体に対する少なくとも１回の切除処理によって、互いに対向する端面を有する前記固定部を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００３０】
これにより、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。特に、薄板部として金属を用いているため、強度や靱性に優れ、急激な変位動作にも対応できる。
【００３１】
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。
【００３２】
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、端面や部品の寸法精度が低くても、これらの寸法精度の影響を抑えやすくなるため、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。
【００３３】
そして、前記製造方法において、後に薄板部となる前記金属板の外表面に前記圧電／電歪素子を接着剤を介して固着する工程を有するようにしてもよい。これにより、圧電／電歪デバイスの製造において、特に、金属製の薄板部に圧電／電歪素子を接着剤にて固着する際、特に、接着剤の固化段階において、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、圧電／電歪デバイスを作製する場合において、圧電／電歪デバイスの軽量化、中でも可動部又は固定部の軽量化、圧電／電歪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、圧電／電歪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。
【００３４】
なお、前記第１の基体に、後に前記薄板部となる金属板を固着する前に、予め前記金属板の外表面に前記圧電／電歪素子を固着しておくようにしてもよい。
【００３５】
そして、前記第１の基体がセラミック積層体にて構成される場合は、少なくとも窓部を有する１以上のセラミックグリーンシートを積層焼成して、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に後に前記薄板部となる金属板を接着剤を介して固着してハイブリッド積層体を作製するハイブリッド積層体作製工程とを有するようにしてもよい。
【００３６】
この場合、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又は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を焼成して、前記セラミック積層体を作製するようにしてもよい。
【００３７】
また、前記第１の基体が金属にて構成される場合は、少なくとも窓部を有する１以上の金属シートを積層して前記第１の基体を作製する工程を有するようにしてもよいし、前記第１の基体をバルクの金属部材にて構成するようにしてもよい。
【００３８】
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。
【００３９】
また、前記接着剤として、有機樹脂からなる接着剤やガラス、ロウ材又は半田からなる接着剤を用いることができる。
【００４０】
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。
【００４１】
【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５２を参照しながら説明する。
【００４２】
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。
【００４３】
第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａは、図１に示すように、全体として長尺の直方体の形状を呈し、その長軸方向のほぼ中央部分に孔部１２が設けられた基体１４を有する。
【００４４】
基体１４は、相対向する一対の薄板部１６ａ及び１６ｂと、可動部２０と、前記一対の薄板部１６ａ及び１６ｂ並びに可動部２０を支持する固定部２２とを具備し、少なくとも薄板部１６ａ及び１６ｂの各一部にそれぞれ圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂが形成されている。
【００４５】
なお、前記基体１４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。また、基体１４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、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る。
【００４６】
この第１の実施の形態については、基体１４のうち、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂが金属製であって、他の可動部２０及び固定部２２がセラミック製とされたハイブリッド構造となっている。具体的には、金属製の薄板部１６ａ及び１６ｂがセラミック製の可動部２０と固定部２２の各側面に接着剤２００を介して固着されている。もちろん、薄板部１６ａ及び１６ｂ、可動部２０及び固定部２２を全て金属製にしてもよい。
【００４７】
そして、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂは、後述のとおり別体として圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを準備して、基体１４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１４に形成されることとなる。第１の実施の形態では、薄板部１６ａ及び１６ｂ上にそれぞれ圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂが接着剤２０２を介して固着されて構成されている。
【００４８】
また、この圧電／電歪デバイス１０Ａは、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの両内壁と可動部２０の内壁２０ａと固定部２２の内壁２２ａにより例えば矩形状の前記孔部１２が形成され、前記圧電／電歪素子２４ａ及び／又は２４ｂの駆動によって可動部２０が変位し、あるいは可動部２０の変位を圧電／電歪素子２４ａ及び／又は２４ｂにより検出する構成を有する。
【００４９】
圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂは、圧電／電歪層２６と、該圧電／電歪層２６の両側に形成された一対の電極２８及び３０とを有して構成され、該一対の電極２８及び３０のうち、一方の電極２８が少なくとも一対の薄板部１６ａ及び１６ｂに形成されている。
【００５０】
図１の例では、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを構成する一対の電極２８及び３０並びに圧電／電歪層２６の各先端面がほぼ揃っており、この圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの実質的駆動部分１８（一対の電極２８及び３０が圧電／電歪層２６を間に挟んで重なる部分）が固定部２２の外表面の一部から薄板部１６ａ及び１６ｂの外表面の一部にかけて連続的に形成されている。特に、この例では、一対の電極２８及び３０の各先端面が可動部２０の内壁２０ａよりもわずかに後端寄りに位置されている。もちろん、前記実質的駆動部分１８が可動部２０の一部から薄板部１６ａ及び１６ｂの一部にかけて位置するように圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを形成するようにしてもよい。
【００５１】
そして、上述の第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａにおいては、図１に示すように、可動部２０に互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂが形成されて構成されている。各端面３６ａ及び３６ｂは、可動部２０の側面、即ち、素子形成面にほぼ平行な面であって、可動部２０の上面から孔部１２にかけて互いに分離されている。このとき、例えば図１２に示すように、可動部２０の中心軸ｎから各端面３６ａ及び３６ｂまでの距離Ｄａ及びＤｂをほぼ等しくすることが好ましい。
【００５２】
また、これら端面３６ａ及び３６ｂの間には、例えば図１に示すように、空隙（空気）３８を介在させるようにしてもよいし、図９に示す第７の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｇや、図１２に示すように、これら端面３６ａ及び３６ｂの間に前記可動部２０の構成部材とは異なる部材、例えば樹脂等からなる部材４０を介在させるようにしてもよい。
【００５３】
ところで、第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａにおいて、一対の電極２８及び３０への電圧の印加は、各電極２８及び３０のうち、それぞれ固定部２２の両側面（素子形成面）上に形成された端子（パッド）３２及び３４を通じて行われるようになっている。各端子３２及び３４の位置は、一方の電極２８に対応する端子３２が固定部２２の後端寄りに形成され、外部空間側の他方の電極３０に対応する端子３４が固定部２２の内壁２２ａ寄りに形成されている。
【００５４】
この場合、圧電／電歪デバイス１０Ａの固定を、端子３２及び３４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１０Ａの固定と、回路と端子３２及び３４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３２及び３４と回路との電気的接続が行われる。
【００５５】
圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの構成としては、図１に示す構成のほか、図２に示す第１の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａａのように、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを構成する一対の電極２８及び３０の各先端部を揃え、圧電／電歪層２６の先端部のみを可動部２０側に突出させるようにしてもよく、また、図３に示す第２の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｂのように、一方の電極２８と圧電／電歪層２６の各先端部を揃え、他方の電極３０の先端部のみを固定部２２寄りに位置させるようにしてもよい。この図３に示す圧電／電歪デバイス１０Ａｂにおいては、可動部２０の代わりに固定部２２に互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを設けた例を示す。
【００５６】
その他、図４に示す第３の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｃのように、一方の電極２８及び圧電／電歪層２６の各先端部を可動部２０の側面にまで延ばし、他方の電極３０の先端部を薄板部１６ａ及び１６ｂの長さ方向（Ｚ軸方向）のほぼ中央に位置させるようにしてもよい。
【００５７】
上述の例では、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを、１層構造の圧電／電歪層２６と一対の電極２８及び３０で構成するようにしたが、その他、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを、圧電／電歪層２６と一対の電極２８及び３０の複数を積層形態にして構成することも好ましい。
【００５８】
例えば図５に示す第４の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｄのように、圧電／電歪層２６並びに一対の電極２８及び３０をそれぞれ多層構造とし、一方の電極２８と他方の電極３０をそれぞれ交互に積層して、これら一方の電極２８と他方の電極３０が圧電／電歪層２６を間に挟んで重なる部分（実質的駆動部分１８）が多段構成とされた圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂとしてもよい。この図５では、圧電／電歪層２６を３層構造とし、１層目の下面（薄板部１６ａ及び１６ｂの側面）と２層目の上面に一方の電極２８をそれぞれ分離して形成し、１層目の上面と３層目の上面に他方の電極３０をそれぞれ分離して形成し、更に、一方の電極２８の各端部にそれぞれ端子３２ａ及び３２ｂを設け、他方の電極３０の各端部にそれぞれ端子３４ａ及び３４ｂを設けた例を示している。
【００５９】
また、図６に示す第５の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｅのように、圧電／電歪層２６並びに一対の電極２８及び３０をそれぞれ多層構造とし、一方の電極２８と他方の電極３０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２８と他方の電極３０が圧電／電歪層２６を間に挟んで重なる部分（実質的駆動部分１８）が多段構成とされた圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂとしてもよい。この図６では、圧電／電歪層２６を３層構造とし、一方の電極２８が１層目の下面（薄板部１６ａ及び１６ｂ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３０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２８同士並びに他方の電極３０同士をそれぞれつなぎ共通化することで、図５の構成と比べて端子３２及び３４の数を減らすことができるため、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの多層化に伴うサイズの大型化を抑えることができる。
【００６０】
また、図７に示すように、前記第５の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｅの他の例において、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを、その先端部が薄板部１６ａ及び１６ｂ上にとどまるように形成するようにしてもよい。図７の例では、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの先端部を薄板部の長さ方向ほぼ中央部に位置された例を示す。この場合、可動部２０を大きく変位させることができるという利点がある。
【００６１】
また、図８に示す第６の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｆのように、２つの多段構成の圧電／電歪素子２４ａ１及び２４ｂ１をそれぞれ固定部２２と薄板部１６ａ及び１６ｂとを跨るように形成し、他の２つの多段構成の圧電／電歪素子２４ａ２及び２４ｂ２をそれぞれ可動部２０と薄板部１６ａ及び１６ｂとを跨るように形成するようにしてもよい。この場合、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを多段構造にする効果と、可動部２０を変位させるための作用点が増えるという効果により、可動部２０をきわめて大きく変位させることができ、また、高速応答性にも優れたものになり、好ましい。
【００６２】
また、図９に示す第７の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｇのように、圧電／電歪層２６を２層構造とし、一方の電極２８が１層目の下面（薄板部１６ａ及び１６ｂ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３０が１層目の上面に位置するように形成した多段構成の圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂとしてもよい。この例では、可動部２０の端面３６ａ及び３６ｂ間に可動部２０とは異なる部材が充填されている。
【００６３】
このような圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを多段構造とすることにより、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの発生力が増大し、もって大変位が図られると共に、圧電／電歪デバイス１０Ａ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。
【００６４】
なお、段数を多くすれば、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、実際に実施する場合には、用途、使用状態に応じて適宜段数等を決めればよい。また、この第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａでは、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを多段構造にして駆動力を上げても、基本的に薄板部１６ａ及び１６ｂ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。また、センサ（例えば加速度センサ）として使用する場合においても、多段構造とすることにより、静電容量が増加し、発生電荷が増加するため、センサが発生する電気信号のレベルが大きくなり、センサの後段に接続される信号処理回路での処理が容易になるという利点がある。
【００６５】
上述の圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂにおいては、一対の電極２８及び３０間に圧電／電歪層２６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１０に示すように、少なくとも薄板部１６ａ及び１６ｂの側面に形成された圧電／電歪層２６の一主面に櫛型の一対の電極２８及び３０を形成するようにしてもよいし、図１１に示すように、少なくとも薄板部１６ａ及び１６ｂの側面に形成された圧電／電歪層２６に櫛型の一対の電極２８及び３０を埋め込んで形成するようにしてもよい。
【００６６】
図１０に示す構造の場合、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１１に示す構造は、歪み、発生力の大きな電界方向の逆圧電効果を効果的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。
【００６７】
具体的には、図１０に示す圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂは、圧電／電歪層２６の一主面に櫛型構造の一対の電極２８及び３０が形成されてなり、一方の電極２８及び他方の電極３０が互い違いに一定の幅の間隙２９をもって相互に対向する構造を有する。図１０では、一対の電極２８及び３０を圧電／電歪層２６の一主面に形成した例を示したが、その他、薄板部１６ａ及び１６ｂと圧電／電歪層２６との間に一対の電極２８及び３０を形成するようにしてもよいし、圧電／電歪層２６の一主面並びに薄板部１６ａ及び１６ｂと圧電／電歪層２６との間にそれぞれ櫛型の一対の電極２８及び３０を形成するようにしてもよい。
【００６８】
一方、図１１に示す圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂは、圧電／電歪層２６に埋め込まれるように、櫛型構造の一対の電極２８及び３０が形成され、一方の電極２８及び他方の電極３０が互い違いに一定の幅の間隙２９をもって相互に対向する構造を有する。
【００６９】
このような図１０及び図１１に示すような圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂも第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａに好適に用いることができる。図１０及び図１１に示す圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂのように、櫛型の一対の電極２８及び３０を用いる場合は、各電極２８及び３０の櫛歯のピッチＤを小さくすることで、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの変位を大きくすることが可能である。
【００７０】
ここで、この第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａ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２４ａ及び２４ｂが自然状態、即ち、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂが共に変位動作を行っていない場合は、図１２に示すように、圧電／電歪デバイス１０Ａの長軸（固定部の長軸）ｍと可動部２０の中心軸ｎとがほぼ一致している。
【００７１】
この状態から、例えば図１３Ａの波形図に示すように、一方の圧電／電歪素子２４ａにおける一対の電極２８及び３０に所定のバイアス電位Ｖｂを有するサイン波Ｗａをかけ、図１３Ｂに示すように、他方の圧電／電歪素子２４ｂにおける一対の電極２８及び３０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。
【００７２】
そして、一方の圧電／電歪素子２４ａにおける一対の電極２８及び３０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２４ａにおける圧電／電歪層２６はその主面方向に収縮変位する。これにより、例えば図１４に示すように、一方の薄板部１６ａに対し、矢印Ａで示すように、該薄板部１６ａ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１６ａは右方向に撓み、このとき、他方の圧電／電歪素子２４ｂにおける一対の電極２８及び３０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１６ｂは一方の薄板部１６ａの撓みに追従して右方向に撓む。その結果、可動部２０は、圧電／電歪デバイス１０Ａ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２４ａ及び２４ｂ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。
【００７３】
特に、圧電／電歪層２６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１３Ａ及び図１３Ｂ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２４ｂ）の駆動によって、例えば他方の薄板部１６ｂに一方の薄板部１６ａの撓み方向と同じ方向の応力が発生し、可動部２０の変位量をより大きくすることが可能となる。つまり、図１３Ａ及び図１３Ｂにおける二点鎖線で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２４ｂ又は２４ａが、変位動作の主体となっている圧電／電歪素子２４ａ又は２４ｂをサポートとするという機能を持たせることができる。
【００７４】
なお、図８に示す圧電／電歪デバイス１０Ａｆの例では、対角線上に配置された例えば圧電／電歪素子２４ａ１と圧電／電歪素子２４ｂ２に、図１３Ａに示す電圧（サイン波Ｗａ参照）が印加され、他の圧電／電歪素子２４ａ２と圧電／電歪素子２４ｂ１に、図１３Ｂに示す電圧（サイン波Ｗｂ参照）が印加される。
【００７５】
このように、第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａにおいては、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの微小な変位が薄板部１６ａ及び１６ｂの撓みを利用して大きな変位動作に増幅されて、可動部２０に伝達することになるため、可動部２０は、圧電／電歪デバイス１０Ａ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、この第１の実施の形態では、可動部２０に互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを設けるようにしている。この場合、互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂの間を空隙３８にしたり、前記互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂの間に可動部２０の構成部材よりも軽い部材４０を介在させることで、可動部２０の軽量化を有効に図ることができ、可動部２０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２８及び３０に印加する電圧を交番的に切り換えて、可動部２０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、所定の正弦波電圧を印加した際に可動部２０の変位振幅が最大となる周波数を示す。
【００７８】
また、第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａにおいては、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂが金属製であって、他の可動部２０及び固定部２２がセラミック製とされたハイブリッド構造となっており、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、この第１の実施の形態においては、互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂの間を空隙３８とした場合、一方の端面３６ａを含む可動部２０の一部２０Ａと、他方の端面３６ｂを含む可動部２０の別の一部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１０Ａ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端面３６ａ及び３６ｂの存在により、可動部２０又は固定部２２の表面積が大きくなる。従って、図１に示すように、互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを有する可動部２０とした場合は、可動部２０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、接着剤は可動部２０の一主面（部品取付面）のほか端面３６ａ及び３６ｂにまで行き渡ることとなるため、接着剤の塗布不足等を解消することが可能となり、部品を確実に固着することができる。
【００８１】
この一例として、図１５に、本実施の形態に係る圧電／電歪デバイス（一方の圧電／電歪デバイス１０Ａ１）の可動部２０に別の本実施の形態に係る圧電／電歪デバイス（他方の圧電／電歪デバイス１０Ａ２）を固着した場合を示す。
【００８２】
一方の圧電／電歪デバイス１０Ａ１は、その固定部２２が接着剤１２０を介して基板１２２の表面に固着されている。この一方の圧電／電歪デバイス１０Ａ１の可動部２０には、他方の圧電／電歪デバイス１０Ａ２の固定部２２が接着剤１２４を介して固着されている。即ち、２つの圧電／電歪デバイス１０Ａ１及び１０Ａ２が直列に配置された構成となっている。なお、他方の圧電／電歪デバイス１０Ａ２における可動部２０の互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂ間には可動部２０とは異なる軽量な部材１２６が介在されている。
【００８３】
この場合、一方の圧電／電歪デバイス１０Ａ１における可動部２０の端面３６ａ及び３６ｂの間にまで、他方の圧電／電歪デバイス１０Ａ２を固着するための接着剤１２４が行き渡っており、これにより、他方の圧電／電歪デバイス１０Ａ２は一方の圧電／電歪デバイス１０Ａ１に対して強固に固着されることになる。また、このように圧電／電歪デバイス１０Ａ２を接着すれば、接着と同時に端面３６ａ及び３６ｂ間に可動部２０とは異なる軽量な部材（この例では接着剤１２４）を介在させることができるため、製造工程が簡略化できるという利点がある。
【００８４】
一方、図３に示すように、互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを有する固定部２２とした場合は、前述した可動部２０に互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを有する場合の効果に加え、この第２の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｂ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。
【００８５】
また、この第１の実施の形態においては、一対の電極２８及び３０が圧電／電歪層２６を間に挟んで重なる部分（実質的駆動部分１８）を固定部２２の一部から薄板部１６ａ及び１６ｂ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１８を更に可動部２０の一部にかけて形成した場合、可動部２０の変位動作が前記実質的駆動部分１８によって制限され、大きな変位を得ることができなくなるおそれがあるが、この第１の実施の形態では、前記実質的駆動部分１８を可動部２０にかけないように形成しているため、可動部２０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２０の変位量を大きくすることができる。
【００８６】
逆に、可動部２０の一部に圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを形成する場合は、前記実質的駆動部分１８が可動部２０の一部から薄板部１６ａ及び１６ｂ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１８が固定部２２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２０の変位動作が制限されるからである。
【００８７】
次に、第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａの好ましい構成例について説明する。
【００８８】
まず、可動部２０の変位動作を確実なものとするために、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの実質的駆動部分１８が固定部２２もしくは可動部２０にかかる距離ｇを薄板部１６ａ及び１６ｂの厚みｄの１／２以上とすることが好ましい。
【００８９】
そして、薄板部１６ａ及び１６ｂの内壁間の距離（Ｘ軸方向の距離）ａと薄板部１６ａ及び１６ｂの幅（Ｙ軸方向の距離）ｂとの比ａ／ｂが０．５〜２０となるように構成する。前記比ａ／ｂ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ａ／ｂの規定値は、可動部２０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。
【００９０】
一方、薄板部１６ａ及び１６ｂの長さ（Ｚ軸方向の距離）ｅと薄板部１６ａ及び１６ｂの内壁間の距離ａとの比ｅ／ａ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。
【００９１】
更に、孔部１２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２０の変位動作が制限を受けることになるが、この第１の実施の形態では、可動部２０への端面３６ａ及び３６ｂの形成に伴う軽量化や可動部２０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２０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２０の長さ（Ｚ軸方向の距離）ｆ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。しかしながら、可動部２０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１６ａ及び１６ｂの厚みｄとの比ｆ／ｄ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２０への部品の取り付けのための接合面積、固定部２２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１０Ａ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１６ａ及び１６ｂの内壁間の距離ａは、１００μｍ〜２０００μｍが好ましく、更に好ましくは２００μｍ〜１６００μｍである。薄板部１６ａ及び１６ｂの幅ｂは、５０μｍ〜２０００μｍが好ましく、更に好ましくは１００μｍ〜５００μｍである。薄板部１６ａ及び１６ｂの厚みｄ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１６ａ及び１６ｂの幅ｂとの関係においてｂ＞ｄ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１６ａ及び１６ｂの長さｅは、２００μｍ〜３０００μｍが好ましく、更に好ましくは３００μｍ〜２０００μｍである。可動部２０の長さｆは、５０μｍ〜２０００μｍが好ましく、更に好ましくは１００μｍ〜１０００μｍ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２０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１０Ａ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形状）ではなく、可動部２０と固定部２２が概ね直方体の形状を呈しており、可動部２０と固定部２２の側面が連続するように一対の薄板部１６ａ及び１６ｂが設けられているため、圧電／電歪デバイス１０Ａ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１０Ａでは、平面内（ＸＺ平面内）における可動部２０の動作のみを選択的に発生させることができ、可動部２０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、この第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａの各構成要素について説明する。
【０１００】
可動部２０は、上述したように、薄板部１６ａ及び１６ｂ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１０Ａ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１０Ａ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２２は、上述したように、薄板部１６ａ及び１６ｂ並びに可動部２０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２２を支持固定することにより、圧電／電歪デバイス１０Ａの全体が固定される。また、この固定部２２には、図１に示すように、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを駆動するための端子３２及び３４その他の部材が配置される場合もある。
【０１０２】
可動部２０及び固定部２２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のほか、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、黄銅、白銅、青銅等が挙げられる。
【０１０３】
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、ジルコニアは部分的にあるいは完全に安定することになるが、その安定化は、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。
【０１０４】
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２４ａ及び２４ｂ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。
【０１０５】
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１６ａ及び１６ｂについては、可動部２０並びに固定部２２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１０Ａの強度、製造の煩雑さの低減を図る上で有利である。
【０１０６】
薄板部１６ａ及び１６ｂは、上述したように、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの変位により駆動する部分である。薄板部１６ａ及び１６ｂ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２４ａ及び２４ｂの伸縮変位を屈曲変位として増幅して、可動部２０に伝達する機能を有する。従って、薄板部１６ａ及び１６ｂ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２０の応答性、操作性を考慮して適宜選択することができる。
【０１０７】
薄板部１６ａ及び１６ｂの厚みｄは、２μｍ〜１００μｍ程度とすることが好ましく、薄板部１６ａ及び１６ｂと圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂとを合わせた厚みは７μｍ〜５００μｍとすることが好ましい。電極２８及び３０の厚みは０．１〜５０μｍ、圧電／電歪層２６の厚みは３〜３００μｍとすることが好ましい。また、薄板部１６ａ及び１６ｂの幅ｂとしては、５０μｍ〜２０００μｍが好適である。
【０１０８】
一方、薄板部１６ａ及び１６ｂ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、金属が好ましく採用される。この場合、前述のとおり、可撓性を有し、屈曲変形が可能な金属材料、具体的には、ヤング率１００ＧＰａ以上の金属材料であればよい。
【０１０９】
好ましくは、鉄系材料としては、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＡＩＳＩ６５３、ＳＵＨ６６０等のオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０、４３４等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ６３０等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３１、ＡＩＳＩ６３２等のセミオーステナイト系等のステンレス鋼、マルエージングステンレス鋼、各種バネ鋼鋼材で構成することが望ましい。また、非鉄系材料としては、チタン−ニッケル合金をはじめとする超弾性チタン合金、黄銅、白銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン、ベリリウム銅、リン青銅、ニッケル、ニッケル鉄合金、チタン等で構成することが望ましい。
【０１１０】
薄板部１６ａ及び１６ｂとして、可動部２０や固定部２２と同様に、セラミックスを用いる場合はジルコニアが好適である。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２６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。
【０１１１】
圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂは、少なくとも圧電／電歪層２６と、該圧電／電歪層２６に電界をかけるための一対の電極２８及び３０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１６ａ及び１６ｂ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１０Ａに適している。
【０１１２】
例えば、図１に示すように、一方の電極２８、圧電／電歪層２６及び他方の電極３０が層状に積層された圧電／電歪素子等を好適に用いることができるほか、図５〜図９に示すように、多段構成にしてもよい。この場合、電極２８及び３０を構成する膜（電極膜）の位置ずれ、即ち、１層おきの例えば電極２８の垂直投影面における面方向の位置ずれが５０μｍ以下となっている。これは電極３０も同様である。
【０１１３】
前記圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂは、図１に示すように、圧電／電歪デバイス１０Ａの外面側に形成する方が薄板部１６ａ及び１６ｂをより大きく駆動させることができる点で好ましいが、使用形態などに応じて、圧電／電歪デバイス１０Ａの内面側、即ち、孔部１２の内壁面に形成してもよく、圧電／電歪デバイス１０Ａの外面側、内面側の双方に形成してもよい。
【０１１４】
圧電／電歪層２６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１０Ａ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２０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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
特に、高い電気機械結合係数と圧電定数を有し、薄板部１６ａ及び１６ｂをセラミックスとし、圧電／電歪層２６を一体焼成する場合には、薄板部１６ａ及び１６ｂ（セラミックス）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。
【０１１７】
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、スズ等の酸化物あるいは最終的に酸化物となる少なくとも１つの成分を含む化合物等を単独で、もしくは混合したセラミックスを用いてもよい。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
一方、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの一対の電極２８及び３０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２６と同じ材料あるいは違う材料のセラミックスを分散させたサーメット材料を用いてもよい。
【０１２１】
圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂにおける電極２８及び３０の材料選定は、圧電／電歪層２６の形成方法に依存して決定される。例えば薄板部１６ａ及び１６ｂ上に一方の電極２８を形成した後、該一方の電極２８上に圧電／電歪層２６を焼成により形成する場合は、一方の電極２８には、圧電／電歪層２６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２６を形成した後に、該圧電／電歪層２６上に形成される最外層に位置する場合の他方の電極３０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使用することができる。
【０１２２】
前記積層型圧電／電歪素子２４が薄板部１６ａ及び１６ｂに対して接着剤２０２で貼り合わされる場合は、圧電／電歪層２６と電極２８及び３０（電極膜）とは多層に積層されて一体にされた後、一括に焼成されることが好ましく、その際の電極２８及び３０は白金、パラジウム、それらの合金等の高融点金属を使用する。また、電極２８及び３０は、高融点金属と圧電／電歪材料、あるいは他のセラミックスとの混合物であるサーメットとすることが好ましい。
【０１２３】
また、電極２８及び３０の厚みは、少なからず圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの変位を低下させる要因ともなるため、特に圧電／電歪層２６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。
【０１２４】
次に、第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａのいくつかの製造方法を図１６Ａ〜図２３を参照しながら説明する。
【０１２５】
第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａは、薄板部１６ａ及び１６ｂを金属製とし、可動部２０及び固定部２２の構成材料をセラミックスとしている。従って、圧電／電歪デバイス１０Ａの構成要素として、薄板部１６ａ及び１６ｂ並びに圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを除く、固定部２２及び可動部２０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２４ａ及び２４ｂをはじめとして、各端子３２及び３４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。
【０１２６】
そして、可動部２０及び固定部２２の側面に対する薄板部１６ａ及び１６ｂの固着は接着剤２００による固着が好ましく、薄板部１６ａ及び１６ｂ上への圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの固着は接着剤２０２による固着が好ましい。
【０１２７】
圧電／電歪デバイス１０Ａの可動部２０や固定部２２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。
【０１２８】
この第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａでは、薄板部１６ａ及び１６ｂと固定部２２との境界部分並びに薄板部１６ａ及び１６ｂと可動部２０との境界部分は、変位発現の支点となるため、これら境界部分の信頼性は圧電／電歪デバイス１０Ａの特性を左右する重要なポイントである。
【０１２９】
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／電歪デバイスを短時間に、かつ、再現性よく得ることができる。
【０１３０】
以下、具体的に第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａ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１５８（例えば図１６Ｂ参照）と定義し、このセラミックグリーン積層体１５８を焼成して一体化したものをセラミック積層体１６０（例えば図１７Ａ参照）と定義し、セラミック積層体１６０と金属板を貼り合わせたものをハイブリッド積層体１６２（図１８参照）と定義し、このハイブリッド積層体１６２から不要な部分を切除して可動部２０、薄板部１６ａ及び１６ｂ並びに固定部２２が一体化されたものを基体１４Ｄ（図１９参照）と定義する。
【０１３１】
また、この第１の製造方法においては、最終的にハイブリッド積層体１６２をチップ単位に切断して、圧電／電歪デバイス１０Ａを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１０Ａの１個取りを主体にして説明する。
【０１３２】
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。
【０１３３】
次に、金型を用いた打抜き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１６Ａ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、具体的には、少なくとも後に孔部１２を形成する窓部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、後に孔部１２を形成する窓部５４と互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを有する可動部２０を形成するための窓部１００とが連続形成されたセラミックグリーンシート１０２とを用意する。
【０１３４】
その後、図１６Ｂに示すように、セラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄ及び１０２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１０２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１７Ａ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。
【０１３５】
次に、図１７Ｂに示すように、別体として構成した圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂをそれぞれ薄板部となる金属板１５２Ａ及び１５２Ｂの表面にエポキシ系接着剤２０２で接着する。
【０１３６】
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にエポキシ系の接着剤２００で接着し、ハイブリッド積層体１６２（図１８参照）とする。
【０１３７】
次に、図１８に示すように、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂ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１９に示すように、基体１４Ｄのうち、金属板で構成された薄板部１６ａ及び１６ｂに圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂが形成され、かつ、互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを有する可動部２０が形成された第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａを得る。
【０１３８】
一方、第２の製造方法は、まず、図２０Ａに示すように、少なくとも後に孔部１２を形成する窓部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、後に孔部１２を形成する窓部５４と互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを有する可動部２０を形成するための窓部１００とが連続形成されたセラミックグリーンシート１０２とを用意する。
【０１３９】
その後、図２０Ｂに示すように、セラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄ及び１０２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２１Ａ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。
【０１４０】
次に、図２１Ｂ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にエポキシ系の接着剤２００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２４ａ及び２４ｂ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２１Ａ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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
次に、図２１Ｂ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２４ａ及び２４ｂをエポキシ系の接着剤２０２で接着する。別体の圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂは、例えばセラミックグリーンシート積層法、印刷多層法により形成することができる。
【０１４３】
次に、図２２に示すように、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂ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２３に示すように、基体１４Ｄのうち、金属板で構成された薄板部１６ａ及び１６ｂに圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂが形成され、かつ、互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを有する可動部２０が形成された第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａを得る。
【０１４４】
また、基体部をすべて金属とする場合には、例えば図１７Ａ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、バルク状部材を研削加工、ワイヤ放電加工、金型打抜き加工、ケミカルエッチングの方法で形成したり、薄板状の金属を積層し、クラッディング法により形成すればよい。
【０１４５】
次に、第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂについて図２４〜図５２を参照しながら説明する。
【０１４６】
この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂは、図２４に示すように、相対向する一対の薄板部１６ａ及び１６ｂと、これら薄板部１６ａ及び１６ｂを支持する固定部２２とを具備し、前記一対の薄板部１６ａ及び１６ｂのうち、一方の薄板部１６ａに積層型圧電／電歪素子２４が配設されて構成されている。なお、積層型圧電／電歪素子２４は構造が複雑であるため、図２４及び図２５において、簡略化して示し、図２６〜図２９において、その詳細な拡大図を示してある。
【０１４７】
一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの各後端部の間には、固定部２２が例えば接着剤２００によって固着され、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの各先端部は開放端となっている。
【０１４８】
一対の薄板部１６ａ及び１６ｂにおける各先端部の間には、例えば図２５に示すように、上述の可動部２０、あるいは種々の部材や部品が例えば接着剤２００を介して固着される。図２５の例では、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂにおける各先端部の間に、固定部２２と同一の部材で構成された可動部２０を接着剤２００を介して固着した例を示す。
【０１４９】
一対の薄板部１６ａ及び１６ｂは、それぞれ金属にて構成され、固定部２２や可動部２０については、セラミックスもしくは金属を用いて構成される。特に、図２４や図２５の例では、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂのうち、積層型圧電／電歪素子２４が形成される一方の薄板部１６ａの厚みが他方の薄板部１６ｂの厚みよりも大とされている。
【０１５０】
また、積層型圧電／電歪素子２４は、薄板部１６ａに対して有機樹脂、ガラス、ロウ付け、半田付け、共晶接合等の接着剤２０２で貼り付けられる。即ち、金属製の薄板部１６ａに前記積層型圧電／電歪素子２４が接着剤２０２を介して固着されることによって、圧電／電歪デバイス１０Ｂの駆動源であるアクチュエータ部２０４が構成されることになる。
【０１５１】
そして、この圧電／電歪デバイス１０Ｂは、アクチュエータ部２０４の駆動によって薄板部１６ａ（図２５の例では１６ａ及び１６ｂ）における先端部（可動部２０が取り付けられた部分）が変位する。あるいは薄板部１６ａにおける先端部の変位がアクチュエータ部（センサとして使用する場合はドランスデューサ部）２０４を通じて電気的に検出されることになる。この場合、センサとして利用されることになる。
【０１５２】
積層型圧電／電歪素子２４は、例えば図２６に示すように、圧電／電歪層２６並びに一対の電極２８及び３０をそれぞれ多層構造とし、一方の電極２８と他方の電極３０をそれぞれ交互に積層して、これら一方の電極２８と他方の電極３０が圧電／電歪層２６を間に挟んで重なる部分が多段構成とされている。
【０１５３】
図２６では、圧電／電歪層２６並びに一対の電極２８及び３０をそれぞれ多層構造とし、一方の電極２８と他方の電極３０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２８と他方の電極３０が圧電／電歪層２６を間に挟んで重なる部分が多段構成とされている。
【０１５４】
詳しくは、前記積層型圧電／電歪素子２４は、ほぼ直方体形状を呈し、複数の圧電／電歪層２６と電極膜２８及び３０から構成されている。そして、各圧電／電歪層２６の上下面に接する電極膜２８及び３０が互い違いに反対の端面２０８及び２０９にそれぞれ導出され、当該互い違いの反対の端面２０８及び２０９に導出された各電極膜２８及び３０を電気的に接続する端面電極２８ｃ及び３０ｃが、最外層の圧電／電歪層２６の表面に設けられ、かつ、所定距離Ｄｋだけ離れて配置された端子部２８ｂ及び３０ｂに電気的に接続されている。
【０１５５】
前記端子部２８ｂ及び３０ｂ間の所定距離Ｄｋは、２０μｍ以上であることが好ましい。また、圧電／電歪層の上下面に接する電極膜２８及び３０の材質と端面電極２８ｃ及び３０ｃの材質を異ならせるようにしてもよい。また、少なくとも一方の端子部（図２６の例では、端子部２８ｂ）と該端子部２８ｂと対応する端面電極２８ｃとを、これら端子部２８ｂや端面電極２８ｃより薄い薄膜の電極膜（外表面電極）２８ｄで電気的に接続するようにしてもよい。
【０１５６】
また、圧電／電歪層２６の焼成後に形成される表面の電極膜２８ｄ、端面電極２８ｃ及び３０ｃ、端子部２８ｂ及び３０ｂは、圧電／電歪層２６の焼成前に形成される、あるいは同時に焼成される電極層２８及び３０よりも薄く、また、耐熱性の低いものとしてもよい。
【０１５７】
この図２６では、圧電／電歪層２６を５層構造とし、一方の電極２８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３０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いる。
【０１５８】
また、図２８では、圧電／電歪層２６を同じく５層構造とし、一方の電極２８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３０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した例を示している。
【０１５９】
これらの構成の場合、一方の電極２８同士並びに他方の電極３０同士をそれぞれつなぎ共通化することで、端子の数の増加を抑制することができるため、積層型圧電／電歪素子２４を用いたことによるサイズの大型化を抑えることができる。
【０１６０】
このように積層型圧電／電歪素子２４を用いることにより、アクチュエータ部２０４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１０Ｂ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。
【０１６１】
なお、段数を多くすれば、アクチュエータ部２０４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、この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂでは、積層型圧電／電歪素子２４を用いることによって、アクチュエータ部２０４の駆動力を上げても、基本的に薄板部１６ａ及び１６ｂ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。
【０１６２】
ここで、薄板部１６ａに対する積層型圧電／電歪素子２４の形成位置に関しては、前記積層型圧電／電歪素子２４を構成する多層体の先端２０８が、平面的に少なくとも固定部２２を含まない位置（図２５の例では、可動部２０と固定部２２との間に形成される孔に含まれる位置）で、前記積層型圧電／電歪素子２４を構成する多層体の後端２０９が、平面的に少なくとも固定部２２を含む位置であって、電極２８の端部２８ａは平面的に少なくとも固定部２２を含む位置であって、電極３０の端部３０ａは平面的に固定部２２を含まない位置（図２５の例では、同じく可動部２０と固定部２２との間に形成される孔に含まれる位置）に形成されることが好ましい。
【０１６３】
なお、一対の電極２８及び３０への電圧の印加は、５層目の圧電／電歪層２６上に形成された各電極２８及び３０の端部（以下、端子部２８ｂ及び３０ｂと記す）を通じて行われるようになっている。各端子部２８ｂ及び３０ｂは電気的に絶縁できる程度に離間して形成されている。
【０１６４】
端子部２８ａ及び３０ｂの所定間隔Ｄｋは、２０μｍ以上が好ましく、更に、端子部２８ｂ及び３０ｂの厚みが１μｍ〜３０μｍの場合は、５０μｍ以上が好ましい。また、端子部２８ｂ及び３０ｂは、内部電極２８及び３０と同じ材質であっても異なる材質であっても構わない。例えば、圧電／電歪層２６と同時焼成する場合は、同じ材質とし、別焼成では異なる材質とすればよい。
【０１６５】
端面電極２８ｃ及び３０ｃは、内部電極２８及び３０並びに圧電／電歪層２６の焼成後、これらの端面を研削、研磨等して内部電極と端面電極との電気的接続することが好ましい。端面電極２８ｃ及び３０ｃの材質も内部電極２８及び３０と同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、内部電極２８及び３０を白金ペースト、外表面電極２８ｄを金レジネート、端面電極２８ｃ及び３０ｃ並びに端子部２８ｂ及び３０ｂには金ペーストを利用することが好ましいが、上述した第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスとほぼ同じ構成をとることもできる。
【０１６６】
この場合、圧電／電歪デバイス１０Ｂの固定を、端子部２８ｂ及び３０ｂ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１０Ｂの固定と、回路と端子部２８ｂ及び３０ｂ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、フレキシブルフラットケーブル、ワイヤボンディング等によって端子部２８ｂ及び３０ｂと回路との電気的接続が行われる。
【０１６７】
このように、第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂにおいては、アクチュエータ部２０４を、金属製の薄板部１６ａ上に接着剤２０２を介して積層型圧電／電歪素子２４を固着させて構成するようにしているため、積層型圧電／電歪素子２４の平面上の面積を広げなくても薄板部１６ａ（及び１６ｂ）を大きく変位させることができ、しかも、薄板部１６ａ（及び１６ｂ）が金属製であるため、強度や靱性に優れ、急激な変位動作にも対応できる。
【０１６８】
つまり、この第２の実施の形態では、使用環境の変動や過酷な使用状態においても十分に対応でき、耐衝撃性に優れ、圧電／電歪デバイス１０Ｂの長寿命化、ハンドリング性の向上を図ることができ、しかも、相対的に低電圧で薄板部１６ａ及び１６ｂを大きく変位させることができると共に、薄板部１６ａ（及び１６ｂ）の剛性が高く、またアクチュエータ部２０４の膜厚が厚く、剛性が高いため、薄板部１６ａ（及び１６ｂ）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る。
【０１６９】
通常、薄板部１６ａと、歪み変形する圧電／電歪素子２４とを組み合わせたアクチュエータ部２０４について、これを高速に駆動するにはアクチュエータ部２０４の剛性を高めることが必要であり、大きな変位を得るにはアクチュエータ部２０４の剛性を低めることが必要である。
【０１７０】
しかし、この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂにおいては、アクチュエータ部２０４を構成する薄板部１６ａ及び１６ｂを対向させて一対の薄板部１６ａ及び１６ｂとし、この一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの各後端部の間に固定部２２を接着剤２００により固着し、圧電／電歪素子２４を多段構造とし、当該圧電／電歪素子２４の位置及び構成部材の材質、大きさを適宜選択して、圧電／電歪デバイス１０Ｂを構成するようにしたので、上述のような相反する特性を両立させることが可能となり、前記一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの開放端の間に固定部２２と実質的に同程度の大きさの物体が介在する場合の構造体の最小共振周波数が２０ｋＨｚ以上であって、前記物体と固定部２２との相対変位量が、前記共振周波数の１／４以下の周波数で実体的な印加電圧３０Ｖで０．５μｍ以上とすることが可能となる。
【０１７１】
その結果、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂを大きく変位させることができると共に、圧電／電歪デバイス１０Ｂ、特に、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂ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る。
【０１７２】
また、この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂにおいては、圧電／電歪素子２４の微小な変位が薄板部１６ａ及び１６ｂの撓みを利用して大きな変位動作に増幅されて、可動部２０に伝達することになるため、可動部２０は、圧電／電歪デバイス１０Ｂの長軸ｍ（図１４参照）に対して大きく変位させることが可能となる。
【０１７３】
また、この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂにおいては、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。
【０１７４】
また、図２４に示すように、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの先端部を開放端としているため、この圧電／電歪デバイス１０Ｂに種々の部材や部品を取り付ける場合に、前記一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの先端部を利用することができ、これら先端部で部材や部品を挟み込むようにして取り付けることができる。この場合、部材や部品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。しかも、取り付けられる部材や部品が一対の薄板部１６ａ及び１６ｂ内に含まれる形になるため、部材や部品を取り付けた後の圧電／電歪デバイスのＹ方向の大きさを小さくすることができ、小型化において有利となる。
【０１７５】
もちろん、図２５に示すように、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂにおける各先端部の間に可動部２０を固着した場合は、可動部２０の一主面に種々の部材や部品が例えば接着剤を介して固着されることになる。
【０１７６】
また、この第２の実施の形態においては、前記積層型圧電／電歪素子２４を構成する多層体の先端２０８が平面的に少なくとも固定部２２を含まない位置で、前記多層体の後端２０９が、平面的に少なくとも固定部２２を含む位置であって、電極２８の端部２８ａは平面的に少なくとも固定部２２を含む位置であって、電極３０の端部３０ａは平面的に固定部２２を含まない位置に形成するようにしている。
【０１７７】
例えば一対の電極２８及び３０の各端部を、可動部２０に含まれる位置に形成した場合、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの変位動作が積層型圧電／電歪素子２４によって制限され、大きな変位を得ることができなくなるおそれがあるが、この第２の実施の形態では、上述の位置関係としているため、可動部２０の変位動作が制限されるという不都合が回避され、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの変位量を大きくすることができる。
【０１７８】
次に、第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂの好ましい構成例について説明する。好ましい構成例については、上述した第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａとほぼ同じであるため、この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂに特有の好ましい構成例のみ説明する。
【０１７９】
まず、この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂにおいては、該圧電／電歪デバイス１０Ｂの形状が従来のような板状ではなく、可動部２０を設けた場合、可動部２０と固定部２２が直方体の形状を呈しており、可動部２０と固定部２２の側面が連続するように一対の薄板部１６ａ及び１６ｂが設けられて、矩形の環状構造となっているため、圧電／電歪デバイス１０ＢのＹ軸方向の剛性を選択的に高くすることができる。
【０１８０】
即ち、この圧電／電歪デバイス１０Ｂでは、平面内（ＸＺ平面内）における可動部２０の動作のみを選択的に発生させることができ、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂ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。
【０１８１】
薄板部１６ａ及び１６ｂは金属であることが望ましく、固定部２２や可動部２０は異種材料であってもよいが、金属であることがより好ましい。薄板部１６ａ及び１６ｂと固定部２２、薄板部１６ａ及び１６ｂと可動部２０とは、有機樹脂、ロウ材、半田等で接着してもよいが、金属間で拡散接合あるいは溶接させた一体構造がより好ましい。更に、冷間圧延加工された金属を利用すると、転位が多く存在することから高強度であり、更に望ましい。
【０１８２】
また、この第２の実施の形態では、一方の薄板部１６ａのみに積層型圧電／電歪素子２４を形成するようにしたので、図３０に示すように、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂにそれぞれ積層型圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを形成したもの（変形例）と比して安価に作製することができる。更に、この第２の実施の形態では、可動部２０を固着した状態で見た場合、積層型圧電／電歪素子２４が形成された厚みの大きい薄板部１６ａが直接変位し、これに連動して積層型圧電／電歪素子２４が形成されていない厚みの薄い薄板部１６ｂが変位することになるため、より大きく変位させることができる。
【０１８３】
また、薄板部１６ａへの積層型圧電／電歪素子２４の形成は、薄板部１６ａに積層型圧電／電歪素子２４を有機樹脂、ロウ材、半田等で接着させることにより実現させることができるが、低温で接着させる場合は、有機樹脂が望ましく、高温で接着させてもよい場合は、ロウ材、半田、ガラス等が好ましい。しかし、薄板部１６ａと積層型圧電／電歪素子２４と接着剤２０２は、一般に熱膨張率が異なることが多いため、積層型圧電／電歪素子２４に熱膨張率の差による応力を生じさせないようにするために、接着温度は低いことが望ましい。有機樹脂であれば、概ね１８０℃以下の温度で接着が可能であるため、好ましく採用される。更に好ましくは、室温硬化型の接着剤を用いることが望ましい。また、薄板部１６ａ及び１６ｂと圧電／電歪素子２４との固定が、固定部２２、可動部２０と薄板部１６ａ及び１６ｂとの固定後あるいは同時固定の場合、固定部２２あるいは可動部２０が開放型の構造であれば、異種材料間に発生する歪みを効果的に低減することができる。
【０１８４】
積層型圧電／電歪素子２４に熱応力を及ぼさないようにするために、積層型圧電／電歪素子２４と薄板部１６ａとの接着は、有機樹脂で行い、薄板部１６ａ及び１６ｂと固定部２２や可動部２０の固定は別工程にすることが好ましい。
【０１８５】
また、図３１に示すように、圧電／電歪素子２４の一部が固定部２２に位置する場合において、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂにおける可動部２０との境界部分と固定部２２との境界部分との間の最短距離をＬａ、可動部２０と薄板部１６ａとの境界部分から積層型圧電／電歪素子２４の一対の電極２８及び３０におけるいずれかの端部２８ａ又は３０ａまでの距離のうち、最も短い距離をＬｂとしたとき、（１−Ｌｂ／Ｌａ）が０．４以上であることが好ましく、０．５〜０．８がより好ましい。０．４以下の場合は、変位を大きくとれない。０．５〜０．８の場合は、変位と共振周波数の両立が達成しやすいが、この場合、一方の薄板部１６ａにのみ積層型圧電／電歪素子２４が形成された構造のものがより適している。これは、圧電／電歪素子２４の一部が可動部２０に位置する場合においても同様である。
【０１８６】
積層型圧電／電歪素子２４の総厚は、４０μｍ以上とすることが好ましい。４０μｍ未満であると、積層型圧電／電歪素子２４を薄板部１６ａに接着することが困難である。また、前記総厚は１８０μｍ以下が望ましい。１８０μｍを超過すると、圧電／電歪デバイス１０Ｂの小型化が困難となる。
【０１８７】
積層型圧電／電歪素子２４のうち、薄板部１６ａと接する部分は、接着剤２０２としてロウ材や半田層等の金属を利用する場合、図２８や図２９に示すように、濡れ性の関係から最下層に電極膜が存在することが好ましい。図２８や図２９では、他方の電極３０を構成する電極膜を配置した状態を示す。
【０１８８】
また、図２６や図２８に示す積層型圧電／電歪素子２４を薄板部１６ａにロウ材や半田層等の金属層を介して接着する場合は、図２７や図２９に示すように、積層型圧電／電歪素子２４の下面うち、少なくとも一方の電極２８が存在する角部を面取りすることが好ましい。これは、一対の電極２８及び３０が金属層及び薄板部１６ａを通じて短絡するのを防止するためである。図２７は、一対の電極２８及び３０が存在する２つの角部を面取りした例を示し、図２９は一方の電極２８が存在する角部を面取りした例を示す。
【０１８９】
薄板部１６ａに積層型圧電／電歪素子２４を接着するための接着剤２０２や薄板部１６ａ及び１６ｂを固定部２２等に接着するための接着剤２００としては、エポキシ、イソシアネート系のような２液型の反応性接着剤、シアノアクリレート系等の瞬間接着剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のホットメルト接着剤等でよいが、特に、薄板部１６ａに積層型圧電／電歪素子２４を接着するための接着剤２０２としては、硬度がショアＤで８０以上のものが好ましい。
【０１９０】
また、薄板部１６ａ及び１６ｂと圧電／電歪素子２４（２４ａ及び２４ｂ）とを接着する接着剤２０２としては、金属、セラミックス等のフィラーを含有した有機接着剤とすることが望ましい。この場合、接着剤２０２の厚みは、１００μｍ以下の厚みにすることが望ましい。フィラーを含有させることで、実質的な樹脂分の厚みが小さくなることと、接着剤の硬度を高く保つことができるからである。
【０１９１】
接着剤２００及び２０２としては、上述の有機接着剤のほか、無機接着剤でもよく、この無機接着剤としては、ガラス、セメント、半田、ロウ材等がある。
【０１９２】
一方、薄板部１６ａ及び１６ｂ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、金属が好ましく採用される。この場合、前述のとおり、可撓性を有し、屈曲変形が可能な金属材料、具体的には、ヤング率１００ＧＰａ以上の金属材料であればよい。
【０１９３】
好ましくは、鉄系材料としては、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＡＩＳＩ６５３、ＳＵＨ６６０等のオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０、４３４等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ６３０等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３１、ＡＩＳＩ６３２等のセミオーステナイト系等のステンレス鋼、マルエージングステンレス鋼、各種バネ鋼鋼材で構成することが望ましい。また、非鉄系材料としては、チタン−ニッケル合金をはじめとする超弾性チタン合金、黄銅、白銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン、ベリリウム銅、リン青銅、ニッケル、ニッケル鉄合金、チタン等で構成することが望ましい。
【０１９４】
次に、第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂを作製するためのいくつかの製造方法を図３２〜図４０を参照しながら説明する。
【０１９５】
第３の製造方法は、まず、図３２に示すように、縦１．６ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．９ｍｍのステンレス板２５０の中央部に縦１ｍｍ×横８ｍｍの矩形状の孔２５２を穿設して、該孔２５２の両側にそれぞれ支持部２５４及び２５６が配された矩形の環状構造を有する基体２５８を作製する。
【０１９６】
その後、図３３に示すように、縦１．６ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．０５ｍｍの第１のステンレス薄板２６０と、縦１．６ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．０２ｍｍの第２のステンレス薄板２６２（図３５参照）を用意する。
【０１９７】
その後、図３３に示すように、第１のステンレス薄板２６０の上面のうち、積層型圧電／電歪素子２４が形成される部分に接着剤２０２（例えばエポキシ樹脂製接着剤）をスクリーン印刷によって形成する。その後、図３４に示すように、第１のステンレス薄板２６０に接着剤２０２を介して積層型圧電／電歪素子２４を接着する。
【０１９８】
その後、図３５に示すように、基体２５８の各支持部２５４及び２５６上に接着剤２００（例えばエポキシ樹脂製接着剤）をスクリーン印刷によって形成する。
【０１９９】
その後、各支持部２５４及び２５６の一方の面上に接着剤２００を介して、すでに前記積層型圧電／電歪素子２４が形成されている第１のステンレス薄板２６０を接着し、各支持部２５４及び２５６の他方の面上に接着剤２００を介して第２のステンレス薄板２６２を接着し、更に、これら第１及び第２のステンレス薄板２６０及び２６２を基体２５８を挟む方向に加圧して、図３６に示すデバイス原盤２７０を作製する。なお、加圧力は０．１〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2である。
【０２００】
その後、図３６に示すように、デバイス原盤２７０を切断線２７２の部分で切断して、図２５に示すような、個々の圧電／電歪デバイス１０Ｂに分離する。この切断処理は、線径０．１ｍｍ、間隔０．２ｍｍのワイヤソーを使って行った。ワイヤソーを使用することにより、それぞれ材料が異なるにも拘わらず、圧電／電歪素子２４の幅と薄板部１６ａの幅並びに接着剤２００及び２０２の幅をほぼ同一に規定することができる。
【０２０１】
次に、第４の製造方法は、図３７に示すように、縦１．６ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．９ｍｍのステンレス板２５０の中央部に縦１ｍｍ×横８ｍｍの矩形状の孔２５２を穿設して、該孔２５２の両側にそれぞれ支持部２５４及び２５６が配された矩形の環状構造を有する基体２５８を作製する。
【０２０２】
その後、基体２５８の各支持部２５４及び２５６上に接着剤２００（例えばエポキシ樹脂製接着剤）をスクリーン印刷によって形成する。
【０２０３】
その後、図３８に示すように、各支持部２５４及び２５６の一方の面上に接着剤２００を介して縦１．６ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．０５ｍｍの第１のステンレス薄板２６０を接着し、各支持部２５４及び２５６の他方の面上に接着剤２００を介して縦１．６ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．０２ｍｍの第２のステンレス薄板２６２を接着し、更に、これら第１及び第２のステンレス薄板２６０及び２６２を基体２５８を挟む方向に加圧する。なお、加圧力は０．１〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2である。
【０２０４】
その後、第１のステンレス薄板２６０の上面のうち、積層型圧電／電歪素子２４が形成される部分に接着剤２０２（例えばエポキシ樹脂製接着剤）をスクリーン印刷によって形成する。
【０２０５】
その後、図４０に示すように、第１のステンレス薄板２６０に接着剤２０２を介して積層型圧電／電歪素子２４を接着してデバイス原盤２７０を作製する。
【０２０６】
その後、図３６に示すように、デバイス原盤２７０を切断線２７２の部分で切断して、図２５に示すような、個々の圧電／電歪デバイス１０Ｂに分離する。
【０２０７】
これら第３及び第４の製造方法にて作製された圧電／電歪デバイス１０Ｂの一部（例えば固定部２２）を固定し、積層型圧電／電歪素子２４の一対の電極２８及び３０間にバイアス電圧１５Ｖ、正弦波電圧±１５Ｖを印加して、可動部２０の変位を測定したところ、±１．２μｍであった。また、正弦波電圧±０．５Ｖとして、周波数を掃引して変位の最大を示す最低共振周波数を測定したところ、５０ｋＨｚであった。
【０２０８】
上述の第３及び第４の製造方法では、基体２５８の構成として、後に可動部２０となる支持部２５４と後に固定部２２となる支持部２５６を有する矩形の環状構造としたが、その他、図４１に示すように、孔２５２を広くし、第１及び第２のステンレス薄板２６０及び２６２を支持する枠状の部分２５４ａ（少なくとも後に可動部２０が介在する部分の厚みを実質的に規定する部分）と後に固定部２２となる支持部２５６を有する矩形の環状構造としてもよい。
【０２０９】
この場合、基体２５８を第１及び第２のステンレス薄板２６０及び２６２で挟むように接着剤２００を介して固着して図３６に示すものと同様のデバイス原盤２７０を作製し、更に、図３６で示すような切断線２７２に沿って切断することにより、例えば図４４に示すように、薄板部１６ａ及び１６ｂの先端部間に可動部２０が存在しない圧電／電歪デバイスを作製することができる。
【０２１０】
また、その他の製造方法としては、例えば図４４に示すように、各薄板部１６ａ及び１６ｂの後端部間にそれぞれ接着剤２００と固定部２２を配置し、二点鎖線で示すように、各薄板部１６ａ及び１６ｂの先端部間にそれぞれ接着剤２００と可動部２０並びに加圧用スペーサ３１０を配置し、その後、例えば各薄板部１６ａ及び１６ｂの両側から加圧することによって、各薄板部１６ａ及び１６ｂの後端部間に固定部２２が接着剤２００を介して固着され、各薄板部１６ａ及び１６ｂの先端部にそれぞれ接着剤２００を介して可動部２０が固着される。この場合、加圧用スペーサ３１０は、可動部２０に対して接着剤等で固着されていないため、切断線２７２に沿った切断後は、簡単に取り外すことができる。なお、固定部２２と各薄板部１６ａ及び１６ｂとの間に、厚み（固定部２２と各薄板部１６ａ及び１６ｂとの間の距離）を調整するため、可動部２０とほぼ同じ厚みの第２の固定部（図示せず）をその両側に接着剤２００を介して固定部２２と各薄板部１６ａ及び１６ｂの間に固定してもよい。
【０２１１】
次に、上述した第３及び第４の製造方法とは異なる第５の製造方法について図４２〜図４６を参照しながら説明する。
【０２１２】
この第５の製造方法は、上述した第３及び第４の製造方法と同様に、第１のステンレス薄板２６０と第２のステンレス薄板２６２に、支持部２５４及び２５６を接着してデバイス原盤２７０を作製し、その後、個々の圧電／電歪デバイス１０Ｂに分離する場合にも適用できるし、薄板部１６ａ及び１６ｂに積層型圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを形成してなる各アクチュエータ部２０４に分離形成された単位を、同様に分離して用意された固定部２２（及び適宜に可動部２０）と固着することで圧電／電歪デバイス１０Ｂを作製する場合にも適用できる。
【０２１３】
以下の説明では、後に固定部２２となる支持部２５６並びに固定部２２を便宜的に「固定部２２」と記し、後に薄板部１６ａ及び１６ｂとなる第１及び第２のステンレス薄板２６０及び２６２並びに薄板部１６ａ及び１６ｂを便宜的に「薄板部１６ａ及び１６ｂ」と記す。
【０２１４】
そして、図４２に示すように、固定部２２に接着剤２００を介して薄板部１６ａ及び１６ｂを接着する際に、流動性のある接着剤を用いる場合は、接着剤２００の形成場所を規定するために、各薄板部１６ａ及び１６ｂに段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍを設けることが好ましい。もちろん、粘性の高い接着剤を用いる場合は、このような段差を設ける必要はない。また、この例では、各薄板部１６ａ及び１６ｂの開放端の間に図示しない物体を接着する際に、流動性のある接着剤を使用することを想定して、各薄板部１６ａ及び１６ｂの開放端の互いに対向する面にも段差２８０ａｎ及び２８０ｂｎを設けるようにしている。なお、段差２８０ａｍ及び２８０ａｎ並びに２８０ｂｍ及び２８０ｂｎは、板状物の積層によって形成してもよい。
【０２１５】
図４３は、固定部２２と各薄板部１６ａ及び１６ｂとの接着に用いる接着剤２００として粘性の高い接着剤を用いた場合であって、少なくとも前記固定部２２が接着される部分に上述のような段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍを設けない例を示す。
【０２１６】
図４４は、固定部２２と各薄板部１６ａ及び１６ｂとの接着に用いる接着剤２００として共に粘性の高い接着剤を用いた場合を示し、上述のような段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍを設けていない構造を示す。また、この例では、各薄板部１６ａ及び１６ｂの開放端の間に図示しない物体を接着する際に、粘性の高い接着剤を使用することを想定して、各薄板部１６ａ及び１６ｂの開放端の互いに対向する面にも段差２８０ａｎ及び２８０ｂｎを設けないようにしている。
【０２１７】
図４５は、固定部２２と各薄板部１６ａ及び１６ｂとの接着に用いる接着剤２００として共に流動性の高い接着剤を用いた場合であって、特に、各薄板部１６ａ及び１６ｂに接着剤２００の形成領域を区画するための突起２８２ａｍ及び２８２ｂｍを設けた例を示す。また、この例では、各薄板部１６ａ及び１６ｂの開放端の間に図示しない物体を接着する際に、流動性のある接着剤を使用することを想定して、各薄板部１６ａ及び１６ｂの開放端の互いに対向する面にも突起２８２ａｎ及び２８２ｂｎを設けるようにしている。
【０２１８】
図４６に示すように、図４２に示す例において、固定部２２の大きさ、特に、薄板部１６ａ及び１６ｂの段差２８０と対向する面の面積を段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍの面積よりも大きくするようにしてもよい。これにより、例えば薄板部１６ａ及び１６ｂのうち、実質的な駆動部分（段差２８０ａｍ及び２８０ａｎ間の部分並びに２８０ｂｍ及び２８０ｂｎ間の部分）を、段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍによって規定することができる。図４２に示すように、固定部２２における各薄板部１６ａ及び１６ｂの段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍと対向する面の面積を段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍの面積とほぼ同じにした場合は、固定部２２と段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍとの大きさのばらつきが前記実質的駆動部分の長さに影響するおそれがある。なお、図４６では、固定部２２を薄板部１６ａ及び１６ｂの開放端の方向に向けて大きくさせた例を示したが、前記方向とは反対方向に向けて大きくするようにしてもよい。
【０２１９】
図４２〜図４６では、段差２８０ａｍ、２８０ｂｍ、２８０ａｎ及び２８０ｂｎや突起２８２ａｍ、２８２ｂｍ、２８２ａｎ及び２８２ｂｎと、薄板部１６ａ及び１６ｂとが一体化しているが、適宜加工した板を図１９や図２３と同様に、接着剤を介して積層して設けてもよい。一体化して設ける場合は、板部材をエッチングや切削等で薄くすることによって薄板部１６ａ及び１６ｂを形成すると同時に前記段差２８０ａｍ、２８０ｂｍ、２８０ａｎ及び２８０ｂｎや突起２８２ａｍ、２８２ｂｍ、２８２ａｎ及び２８２ｂｎを一体的に設けることができる。
【０２２０】
なお、上述の例では、接着剤２００及び２０２の形成をスクリーン印刷により行った例を示したが、その他、デッピング、ディスペンサ、転写等を用いることができる。
【０２２１】
次に、例えば、薄板部１６ａと積層型圧電／電歪素子２４との間に介在する接着剤２０２並びに各薄板部１６ａ及び１６ｂと固定部２２との間に介在する接着剤２００に関する様々な構成例について図４７〜図５２を参照しながら説明する。
【０２２２】
まず、図４７に示す第１の手法においては、薄板部１６ａに多数の孔２９０を設け、これら孔２９０が設けられた部分に接着剤２０２を介して積層型圧電／電歪素子２４を接着するようにする。この場合、孔２９０内に接着剤２０２が入り込むことから、接着面積が実質的に大きくなると共に、接着剤２０２の厚みを薄くすることが可能となる。前記接着剤２０２の厚みとしては、積層型圧電／電歪素子２４の総厚の５％以下であって、薄板部１６ａと接着剤２０２の熱膨張率の差による熱ストレスを吸収できる程度の厚み以上であることが好ましい。
【０２２３】
孔２９０の径としては、５μｍ〜１００μｍが好ましく、その配列パターンはマトリックス状でもよいし、千鳥配列でもよい。もちろん、複数の孔２９０を１列に配列させてもよい。孔２９０の配列ピッチとしては、１０μｍ〜２００μｍが好ましい。また、孔２９０の代わりに凹部（穴）であってもよい。この場合、穴の径は、５μｍ〜１００μｍが好ましく、その配列パターンはマトリックス状でもよいし、千鳥配列でもよい。穴の配列ピッチとしては、１０μｍ〜２００μｍが好ましい。特に、凹部（穴）の場合は、例えば平面矩形状とし、その開口面積を圧電／電歪素子２４の薄板部１６ａに対する投影面積よりも僅かに小さくするようにしてもよい。なお、薄板部１６ａに孔２９０や穴を形成する手法としては、例えばエッチングやレーザ加工、打抜き、ドリル加工、放電加工、超音波加工等を採用することができる。
【０２２４】
図４８に示す第２の手法においては、薄板部１６ａのうち、積層型圧電／電歪素子２４が形成される部分の表面２９２を、ブラスト処理、エッチング処理あるいはめっき処理によって粗くする。この場合、積層型圧電／電歪素子２４の下面２９４も粗くする。これにより、接着面積が実質的に大きくなるため、接着剤２０２の厚みを薄くすることが可能となる。
【０２２５】
図４８では、薄板部１６ａの表面と圧電／電歪素子２４の下面（薄板部１６ａと対向する面）を粗くした例を示したが、接着剤２０２との接着力が小さい方の面を粗くすればよく、例えば薄板部１６ａの表面のみを粗くしただけでも十分に効果がある。表面粗さとしては、例えば中心線平均粗さでみたとき、Ｒａ＝０．１μｍ〜５μｍが好ましく、より好ましくは、０．３μｍ〜２μｍである。
【０２２６】
図４９に示す第３の手法においては、接着剤２００のはみ出し形状、特に、固定部２２の内壁２２ａへの接着剤２００のはみ出し形状に曲率２９６を持たせるようにする。この場合、曲率半径を０．０５ｍｍ以上とし、はみ出し形状が直線状になる、あるいは直線部分を含むようにすることが好ましい。接着剤２００の前記はみ出し部分に対する曲率２９６の形成は、接着剤２００の硬化前に例えば円筒状の心材を、薄板部１６ａ及び１６ｂと固定部２２の内壁２２ａにて形成される空間に挿通させることで実現させることができる。実際には、接着剤２００の物性、塗布量によって制御し、少なくともはみ出し形状が凸状にならないようにする。
【０２２７】
これにより、固定部２２の内壁２２ａや各薄板部１６ａ及び１６ｂの内壁も接着面として利用されることから、接着面積が大きくなり、接着強度を大きくすることができる。また、固定部２２の内壁２２ａと各薄板部１６ａ及び１６ｂの内壁との接合部分（角部）への応力集中を効果的に分散させることができる。
【０２２８】
図５０に示す第４の手法は、固定部２２の内壁２２ａにおける角部をそれぞれ面取りしてテーパ面２９８とすることである。面取りの角度や曲率半径を適宜調整することにより、接着剤２００のはみ出し量を安定化することができ、接着強度の局部的なばらつきを抑制することができ、歩留まりの向上を図ることができる。
【０２２９】
前記角部を面取りする方法としては、例えば、組立前において、支持部２５６の前記角部となる部分に対して事前に研削・研磨を行ってテーパ面２９８としておくことが好ましい。もちろん、組立後において、前記面取りを行ってもよい。この場合は、レーザ加工や超音波加工、サンドブラスト等が好ましく採用される。
【０２３０】
図５１に示す第５の手法は、例えば薄板部１６ａ及び１６ｂを作製する際に、通常、打抜き加工を行うが、この場合、ばり３００が発生することになる。発生したばり３００を組立前に除去するようにしてもよいが、そのまま残すようにしてもよい。その場合、発生するばり３００の方向をハンドリングや各部材の接着方向、接着剤の量に対する制御の容易さ等を考慮して規定することが好ましい。図５１の例では、薄板部１６ａ及び１６ｂのばり３００を外方に向けた状態を示す。
【０２３１】
図５２に示す第６の手法は、上述したように、一方の薄板部１６ａの厚みを、他方の薄板部１６ｂの厚みよりも大きくする。そして、アクチュエータ部２０４として使用する場合には、一方の薄板部１６ａ上に積層型圧電／電歪素子２４を形成することが好ましい。センサとして使用する場合においても一方の薄板部１６ａ上に積層型圧電／電歪素子２４を形成することが好ましい。
【０２３２】
なお、その他の手法としては、例えば積層型圧電／電歪素子２４を薄板部１６ａ及び１６ｂに接着剤２０２を介して接着する際に、積層型圧電／電歪素子２４の下面に例えばＺｒＯ2層を下地層として介在させるようにしてもよい。
【０２３３】
また、ステンレス薄板２６０及び２６２（図３３等参照）を薄板部１６ａ及び１６ｂとして使用する場合は、薄板部１６ａ及び１６ｂの長手方向とステンレス薄板２６０及び２６２の冷間圧延方向とがほぼ一致するようにすることが好ましい。
【０２３４】
なお、積層型圧電／電歪素子２４を構成する圧電／電歪層２６は、３層〜１０層ほど積層することが好ましい。
【０２３５】
上述した圧電／電歪デバイス１０Ａ及び１０Ｂ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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
【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、圧電／電歪デバイスの長寿命化、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させることができると共に、圧電／電歪デバイス、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の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】第１の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３】第１の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４】第１の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５】第１の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６】第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの第５の変形例を示す斜視図である。
【図７】第５の変形例に係る圧電／電歪デバイスの他の例を示す斜視図である。
【図８】第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの第６の変形例を示す斜視図である。
【図９】第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの第７の変形例を示す斜視図である。
【図１０】圧電／電歪素子の他の例を一部省略して示す斜視図である。
【図１１】圧電／電歪素子の更に他の例を一部省略して示す斜視図である。
【図１２】第１の実施の形態に係る圧電／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１３】図１３Ａ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１３Ｂ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１４】第１の実施の形態に係る圧電／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１５】一方の圧電／電歪デバイスの可動部に他方の圧電／電歪デバイスを固着した場合を示す斜視図である。
【図１６】図１６Ａは第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り、図１６Ｂは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１７】図１７Ａは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り、図１７Ｂは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１８】第１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１９】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１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２０】図２０Ａは第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り、図２０Ｂは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２１】図２１Ａは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り、図２１Ｂは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２２】別体として構成した圧電／電歪素子をハイブリッド積層体の金属板の表面に接着した状態を示す説明図である。
【図２３】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１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２４】第２の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２５】第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの他の構成を示す斜視図である。
【図２６】積層型圧電／電歪素子の一構成例を示す拡大図である。
【図２７】図２６に示す積層型圧電／電歪素子の好ましい構成例を示す拡大図である。
【図２８】積層型圧電／電歪素子の他の構成例を示す拡大図である。
【図２９】図２８に示す積層型圧電／電歪素子の好ましい構成例を示す拡大図である。
【図３０】第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの更に他の構成を示す斜視図である。
【図３１】第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの好ましい寸法関係を示す説明図である。
【図３２】第３の製造方法において、ステンレス板の中央部に矩形状の孔を穿設して矩形の環状構造の基体を作製した状態を示す説明図である。
【図３３】第１のステンレス薄板に接着剤を形成する状態を示す説明図である。
【図３４】第１のステンレス薄板に接着剤を介して積層型圧電／電歪素子を接着した状態を示す説明図である。
【図３５】基体に接着剤を介して第１及び第２のステンレス薄板を接着する状態を示す説明図である。
【図３６】作製されたデバイス原盤を切断する状態を示す説明図である。
【図３７】第４の製造方法において、ステンレス板の中央部に矩形状の孔を穿設して矩形の環状構造の基体を作製し、更に、該基体に接着剤を介して第１及び第２のステンレス薄板を接着する状態を示す説明図である。
【図３８】基体に接着剤を介して第１及び第２のステンレス薄板を接着した状態を示す説明図である。
【図３９】第１のステンレス薄板に接着剤を形成する状態を示す説明図である。
【図４０】第１のステンレス薄板に接着剤を介して積層型圧電／電歪素子を接着した状態を示す説明図である。
【図４１】他の例の基体に接着剤を介して第１及び第２のステンレス薄板を接着する状態を示す説明図である。
【図４２】第５の製造方法において、各薄板部のうち、少なくとも固定部が接着される部分に段差を設けた例を示す説明図である。
【図４３】第５の製造方法において、各薄板部のうち、少なくとも固定部が接着される部分に段差を設けない例を示す説明図である。
【図４４】第５の製造方法において、各薄板部に段差を設けない例を示す説明図である。
【図４５】第５の製造方法において、各薄板部のうち、固定部が接着される部分に接着の区画を形成するための突起を設けた例を示す説明図である。
【図４６】第５の製造方法において、固定部を大きくした例を示す説明図である。
【図４７】第１の手法（薄板部に孔を設ける）を示す説明図である。
【図４８】第２の手法（薄板部及び圧電／電歪素子の表面を粗くする）を示す説明図である。
【図４９】第３の手法（接着剤のはみ出し部分に曲率を設ける）を示す説明図である。
【図５０】第４の手法（固定部の角部を面取りする）を示す説明図である。
【図５１】第５の手法（ばりを外方に向ける）を示す説明図である。
【図５２】第６の手法（薄板部の厚みを変える）を示す説明図である。
【図５３】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】
１０Ａ、１０Ａａ〜１０Ａｇ、１０Ｂ…圧電／電歪デバイス
１２…孔部 １６ａ、１６ｂ…薄板部
２４…圧電／電歪素子 １５２Ａ、１５２Ｂ…金属板
２００、２０２…接着剤 ２０４…アクチュエータ部
２０８…多層体の先端 ２５８…基体
２７０…デバイス原盤
２８０ａｍ、２８０ｂｍ、２８０ａｎ、２８０ｂｎ…段差
２８２ａｍ、２８２ｂｍ、２８２ａｎ、２８２ｂｎ…突起[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric / electrostrictive device having a movable part that operates based on a displacement operation of a piezoelectric / electrostrictive element, or a piezoelectric / electrostrictive device that can detect displacement of the movable part by a piezoelectric / electrostrictive element and its manufacture. More specifically, the present invention relates to a piezoelectric / electrostrictive device that is excellent in strength, impact resistance, and moisture resistance, and that can efficiently move a movable part to a large extent, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Recently, in the fields of optics, magnetic recording, precision processing, etc., a displacement element capable of adjusting the optical path length and position on the submicron order is required, and voltage is applied to a piezoelectric / electrostrictive material (for example, a ferroelectric material). Development of a displacement element using displacement due to the inverse piezoelectric effect or electrostrictive effect caused by the application of is being advanced.
[0003]
Conventionally, as such a displacement element, for example, as shown in FIG. 53, by providing a hole 402 in a plate-like body 400 made of a piezoelectric / electrostrictive material, the fixed portion 404 and the movable portion 406 are supported. A piezoelectric actuator is disclosed in which a beam portion 408 is integrally formed and an electrode layer 410 is provided on the beam portion 408 (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-136665).
[0004]
In the piezoelectric actuator, when a voltage is applied to the electrode layer 410, the beam portion 408 expands and contracts in the direction connecting the fixed portion 404 and the movable portion 406 due to the inverse piezoelectric effect or the electrostrictive effect. An arcuate displacement or a rotational displacement in the plane of the body 400 is possible.
[0005]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-64640 discloses an actuator using a bimorph, in which the bimorph electrode is divided and provided, and the divided electrode is selected and driven to achieve high-precision positioning at high speed. This technique (especially FIG. 4) discloses a structure in which two bimorphs are used facing each other, for example.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the piezoelectric actuator, the displacement in the expansion / contraction direction of the piezoelectric / electrostrictive material (that is, the in-plane direction of the plate-like body 400) is directly transmitted to the movable portion 406, so that the operation amount of the movable portion 406 is small. There was a problem.
[0007]
In addition, since all parts of piezoelectric actuators are made of piezoelectric / electrostrictive materials, which are fragile and relatively heavy materials, they have low mechanical strength and are inferior in handling properties, impact resistance, and moisture resistance. However, the piezoelectric actuator itself is heavy, and has a problem that it is easily affected by vibrations that are harmful to the operation (for example, residual vibrations and noise vibrations during high-speed operation).
[0008]
In order to solve the above problems, it has been proposed to fill the hole 402 with a flexible filler. However, if the filler is simply used, the amount of displacement due to the inverse piezoelectric effect or the electrostrictive effect is proposed. It is clear that is reduced.
[0009]
The present invention has been made in consideration of such problems, and can improve the life of the device, the handleability of the device, the mounting property of the component to the movable part, or the fixing property of the device. The movable part can be greatly displaced at a relatively low voltage, and the speed of displacement of the device, particularly the movable part, can be increased (high resonance frequency), and the influence of harmful vibrations can be achieved. To obtain a displacement element that is not easily affected, can respond at high speed, has high mechanical strength, has excellent handling properties, impact resistance, and moisture resistance, and a sensor element that can accurately detect vibrations of moving parts. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric / electrostrictive device that can be manufactured and a method for manufacturing the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  FirstThe present inventionFixed to a fixed portion that is a rectangular body, a pair of opposing rectangular plate-like thin plate portions fixed to a pair of opposing side surfaces of the fixed portion, and a pair of opposed surfaces of the pair of thin plate portions, respectively A pair of opposed movable parts,Of the pair of thin plate portions, at leaston the other handThin platePressureElectro / electrostrictive elementFormationPiezoelectric / electrostrictive device, comprising:Each of the pair of thin plate portions is made of metal, and the piezoelectric / electrostrictive element is formed on a surface of the one thin plate portion opposite to a surface facing the other thin plate portion,AboveA pair ofMovablePart isHave end faces facing each otherDoIt is characterized by that.In this case, the distance between the end surfaces of the pair of movable portions may be equal to or longer than the length of the side extending toward the fixed portion of the end surfaces of the movable portions.
  The piezoelectric / electrostrictive device according to the second aspect of the present invention includes a movable portion that is a rectangular body, and a pair of opposing rectangular plate-like thin plate portions that are fixed to a pair of opposite side surfaces of the movable portion, respectively. A pair of opposing fixed portions fixed respectively to a pair of opposing surfaces of the pair of thin plate portions, and a piezoelectric / electrostrictive element is disposed on at least one of the pair of thin plate portions. In the formed piezoelectric / electrostrictive device, each of the pair of thin plate portions is made of metal, and one of the thin plate portions is on the surface opposite to the surface facing the other thin plate portion. / An electrostrictive element is formed, and the pair of fixing portions have end faces facing each other.
[0011]
In this case, since the thin plate portion is made of metal, it is excellent in strength and toughness and can cope with an abrupt displacement operation. In other words, the present invention can sufficiently cope with fluctuations in the usage environment and severe usage conditions, has excellent impact resistance, can extend the life of the piezoelectric / electrostrictive device, and can improve handling properties. The thin plate part can be displaced greatly with relatively low voltage, and the thin plate part has high rigidity, and the actuator film is thick and the rigidity is high. Frequency) can be achieved.
[0012]
The piezoelectric / electrostrictive element may be in the form of a film and may be fixed to the thin plate portion with an adhesive. The piezoelectric / electrostrictive element may include a piezoelectric / electrostrictive layer and a pair of electrodes formed on the piezoelectric / electrostrictive layer. In this case, the vibration by the piezoelectric / electrostrictive element can be efficiently transmitted to the movable part or the fixed part through the thin plate part, and the responsiveness can be improved.
[0013]
In particular, in the piezoelectric / electrostrictive element, it is preferable that a plurality of the piezoelectric / electrostrictive layer and the pair of electrodes are configured in a laminated form. With such a configuration, the generation force of the piezoelectric / electrostrictive element is increased, so that a large displacement is achieved, and the rigidity of the piezoelectric / electrostrictive device itself is increased, so that a high resonance frequency is achieved. There is a feature that speeding up of the displacement operation can be easily achieved.
[0014]
As the adhesive, an organic resin, glass, brazing material, or solder can be used.
[0015]
Moreover, a cut part may be provided in either one of the movable part or the fixed part, and a part of the cut part may constitute the end surfaces facing each other. In this case, it is good also as a space | gap between the said opposing end surfaces, Between the said mutually opposing end surfaces, the same member as any one structural member of the said movable part or a fixed part, or different members, for example, glass, Cement, organic resin etc. are mentioned, preferably organic resin such as epoxy, acrylic, polyimide, phenol, silicone, terpene, xylene, styrene, melamine, methacryl, rubber, etc. or these A mixture or copolymer may be interposed. Among these, it is preferable to interpose an epoxy-based, acrylic-based, methacryl-based organic resin, or the like from the viewpoints of bondability, handleability, hardness, and the like. It is also preferable to mix a filler such as an inorganic material for the purpose of further increasing the hardness.
[0016]
In particular, when a gap is formed between the opposed end surfaces, a member that is lighter than the constituent member of the movable portion or the fixed portion is interposed between the opposed end surfaces, or even between the end surfaces by a small member. By joining, it is possible to effectively reduce the weight of the movable part or the fixed part. Therefore, it is possible to increase the resonance frequency without reducing the amount of displacement of the movable part or the fixed part.
[0017]
Further, when a gap is formed between the opposing end surfaces, a part of the movable part or the fixed part including one end surface and another part of the movable part or the fixed part including the other end surface are easily bent. Become stronger against deformation. Therefore, the handling property of the piezoelectric / electrostrictive device is excellent.
[0018]
Furthermore, since the distance between the end faces is equal to or greater than the length of the movable part, when other parts are attached to the movable part, the influence of these dimensional precisions can be easily suppressed even if the dimensional precision of the end faces and parts is low. Therefore, the mounting property of the components can be improved. Here, considering the case where the component is fixed with an adhesive or the like, for example, the article can be held between both sides, so that the component can be securely fixed.
[0019]
Further, by holding the article sandwiched from both sides, the height of the article and the height of the movable part are not simply added, and the overall height including the article can be kept low. Furthermore, since the length of the movable part can be made smaller than the distance on the end face side, physical properties such as an adhesive that adheres the components act effectively, and the displacement can be increased.
[0020]
On the other hand, when the fixing portion has end faces facing each other, the piezoelectric / electrostrictive device according to the present invention can be firmly fixed to a predetermined fixing portion, and the reliability can be improved.
[0021]
Thus, in the present invention, it is possible to reduce the weight of the piezoelectric / electrostrictive device, and in particular, to reduce the weight of the movable part or the fixed part.
[0022]
By the way, in the manufacture of a piezoelectric / electrostrictive device, when a piezoelectric / electrostrictive element is fixed to a metal thin plate portion with an adhesive, the piezoelectric / electrostrictive element and / or the thin plate, particularly in the solidifying stage of the adhesive. Internal residual stress is generated in the part to be the part.
[0023]
From this state, when a piezoelectric / electrostrictive device is manufactured and used, even if a predetermined electric field is applied to the piezoelectric / electrostrictive layer constituting the piezoelectric / electrostrictive element, a desired displacement may not be exhibited in the movable portion. This is because the material characteristics of the piezoelectric / electrostrictive layer and the displacement operation of the movable part are hindered by the internal residual stress generated in the piezoelectric / electrostrictive element and / or the thin plate part.
[0024]
In the present invention, since the end surfaces facing each other are provided on either the movable portion or the fixed portion, the distance between the end surfaces is the internal residual generated in the piezoelectric / electrostrictive element and / or the thin plate portion. For example, it shrinks due to the stress. That is, the internal residual stress generated in the piezoelectric / electrostrictive element and / or the thin plate portion is released by the movement of the end face.
[0025]
Furthermore, in the present invention, since the distance between the end faces is increased, even if the distance between the end faces is reduced by the internal residual stress, it is possible to provide a margin for attaching other parts between the end faces. .
[0026]
As described above, in the present invention, the displacement operation of the movable portion is not hindered by the internal residual stress, and the displacement operation of the movable portion almost as designed can be obtained. In addition, the mechanical strength of the piezoelectric / electrostrictive device can be improved by releasing the internal residual stress.
[0027]
  Further, the pair of thin plate portionsOppositeWith the inner wallOpposing to the fixed portions of the plurality of membersOf the inner wall and the fixing partOpposite the inner walls of the plurality of membersWhen a hole is formed by the inner wall, the hole may be filled with a gel material. In this case, normally, the displacement operation of the movable part is limited due to the presence of the filler, but the above-described invention is reduced in weight and displacement of the movable part due to the formation of the end face on the movable part or the fixed part. Since the amount is increased, the restriction of the displacement operation of the movable part by the filler is canceled out, and the effect due to the presence of the filler, that is, higher resonance frequency and securing of rigidity can be realized. .
[0028]
In the present invention, when the plurality of members described above are interposed between the end surfaces, at least one member of the plurality of members may be an organic resin.
[0029]
  next,ThirdThe present inventionFixed to a fixed portion that is a rectangular body, a pair of opposing rectangular plate-like thin plate portions fixed to a pair of opposing side surfaces of the fixed portion, and a pair of opposed surfaces of the pair of thin plate portions, respectively A pair of opposed movable parts, each of the pair of thin plate parts is made of metal,Of the pair of thin plate portions, at leaston the other handThin platePressureElectro / electrostrictive elementFormationA method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device, comprising: attaching a metal plate that will later become a thin plate portion to a first substrate;WorkAs a result, at least one excision process on the second substrate has end faces facing each other.DoMovablePartIt has the process of forming, It is characterized by the above-mentioned.
  According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device comprising: a movable portion that is a rectangular body; and a pair of opposed rectangular plates that are respectively fixed to a pair of opposing side surfaces of the movable portion. A pair of opposed movable parts fixed to a pair of opposed surfaces of the pair of thin plate portions, the pair of thin plate portions being made of metal, and the pair of thin plate portions A method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device in which a piezoelectric / electrostrictive element is formed on at least one thin plate portion, wherein a metal plate that will later become a thin plate portion is fixed to a first base, The method includes a step of manufacturing a base and a step of forming the fixing portion having end faces facing each other by at least one excision process on the second base.
[0030]
As a result, a movable portion or a fixed portion having end faces facing each other is provided, so that the internal residual stress generated in the piezoelectric / electrostrictive element and / or the thin plate portion at the time of manufacture is such that the distance between the end faces is, for example, It is released by shrinking, and the displacement operation of the movable part is not hindered by the internal residual stress. In particular, since a metal is used as the thin plate portion, it is excellent in strength and toughness and can cope with a sudden displacement operation.
[0031]
Moreover, since the movable part or the fixed part is reduced in weight by providing the movable part or the fixed part having opposite end surfaces, it becomes possible to increase the resonance frequency without reducing the displacement amount of the movable part. A piezoelectric / electrostrictive device can be manufactured efficiently and easily, and mass production of a high-performance piezoelectric / electrostrictive device can be realized.
[0032]
In addition, since the movable part or the fixed part is easily bent and is resistant to deformation, the handling property of the piezoelectric / electrostrictive device is excellent, and the existence of the end faces facing each other and the distance between the end faces are increased. Therefore, when attaching other components to the movable part, even if the dimensional accuracy of the end face and the components is low, the influence of these dimensional accuracy can be easily suppressed, so that the mounting property of the components can be improved. . Further, the displacement can be improved when the components are bonded to each other.
[0033]
And in the said manufacturing method, you may make it have the process of adhering the said piezoelectric / electrostrictive element through the adhesive agent to the outer surface of the said metal plate used as a thin-plate part later. Accordingly, in the manufacture of the piezoelectric / electrostrictive device, particularly when the piezoelectric / electrostrictive element is fixed to the metal thin plate portion with the adhesive, particularly in the solidifying stage of the adhesive, the piezoelectric / electrostrictive element and / or Alternatively, since the internal residual stress generated in the thin plate portion can be effectively released, when manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device, the weight of the piezoelectric / electrostrictive device, particularly the movable portion or the fixed portion, The handling property of the piezoelectric / electrostrictive device, the attachment property of the component to the movable part, and the fixing property of the piezoelectric / electrostrictive device can be improved, whereby the movable part can be greatly displaced.
[0034]
Note that the piezoelectric / electrostrictive element may be fixed to the outer surface of the metal plate in advance before the metal plate to be the thin plate portion is fixed to the first base.
[0035]
And when the first substrate is composed of a ceramic laminate, a ceramic laminate production step of producing a ceramic laminate by laminating and firing at least one ceramic green sheet having at least a window, and You may make it have the hybrid laminated body production process which adheres the metal plate used as the said thin-plate part to a ceramic laminated body later via an adhesive agent, and produces a hybrid laminated body.
[0036]
In this case, in the ceramic laminate manufacturing step, the ceramic laminate is manufactured by firing a plurality of ceramic green sheets having window portions for forming the movable portion or the fixed portion having at least end surfaces facing each other. You may do it.
[0037]
In the case where the first substrate is made of metal, the first substrate may include a step of manufacturing the first substrate by laminating at least one metal sheet having a window portion. You may make it comprise a 1st base | substrate with a bulk metal member.
[0038]
In addition, you may make it include the process of interposing the some member different from the structural member of the said movable part or a fixed part between the said end surfaces which mutually oppose. In this case, an organic resin can be used as at least one member among the plurality of members.
[0039]
As the adhesive, an adhesive made of an organic resin or an adhesive made of glass, brazing material, or solder can be used.
[0040]
Therefore, according to the piezoelectric / electrostrictive device and the manufacturing method thereof according to the present invention, various transducers, various actuators, frequency domain functional components (filters), transformers, vibrators and resonators for communication and power, resonators, In addition to active elements such as discriminators, it can be used as sensor elements for various sensors such as ultrasonic sensors, acceleration sensors, angular velocity sensors, impact sensors, and mass sensors. It can be suitably used for various actuators used in mechanisms for displacement, positioning adjustment, and angle adjustment of precision parts.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a piezoelectric / electrostrictive device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0042]
Here, the piezoelectric / electrostrictive device is a concept including an element that mutually converts electrical energy and mechanical energy by a piezoelectric / electrostrictive element. Therefore, it is most suitably used as an active element such as various actuators and vibrators, particularly as a displacement element utilizing displacement due to the inverse piezoelectric effect or electrostriction effect, and also suitable as a passive element such as an acceleration sensor element or an impact sensor element. Can be used.
[0043]
As shown in FIG. 1, the piezoelectric / electrostrictive device 10 </ b> A according to the first embodiment has an elongated rectangular parallelepiped shape as a whole, and is provided with a hole 12 at a substantially central portion in the major axis direction. A substrate 14 is provided.
[0044]
The base 14 includes a pair of opposed thin plate portions 16a and 16b, a movable portion 20, a pair of thin plate portions 16a and 16b, and a fixed portion 22 that supports the movable portion 20, and at least the thin plate portions 16a and 16b. Piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are respectively formed on the respective parts.
[0045]
In addition, about the said base | substrate 14, it is good also as a hybrid structure which combined what was manufactured with the material of ceramics and a metal besides what was comprised using ceramics or the metal. Further, the base 14 may adopt a structure such as a structure in which each part is bonded with an adhesive such as an organic resin or glass, a metal integrated structure integrated by brazing, soldering, eutectic bonding, welding, or the like. it can.
[0046]
In the first embodiment, the base 14 has a hybrid structure in which the pair of thin plate portions 16a and 16b are made of metal, and the other movable portion 20 and the fixed portion 22 are made of ceramic. . Specifically, the metal thin plate portions 16 a and 16 b are fixed to the respective side surfaces of the ceramic movable portion 20 and the fixed portion 22 via an adhesive 200. Of course, the thin plate portions 16a and 16b, the movable portion 20 and the fixed portion 22 may all be made of metal.
[0047]
The piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are prepared separately as described later, and the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are prepared separately, and an adhesive such as organic resin or glass, brazing, soldering, In addition to being attached by eutectic bonding or the like, by using a film forming method, it is formed directly on the substrate 14 instead of the attachment. In the first embodiment, the piezoelectric / electrostrictive elements 24 a and 24 b are fixed to the thin plate portions 16 a and 16 b with an adhesive 202, respectively.
[0048]
Further, in this piezoelectric / electrostrictive device 10A, for example, the rectangular hole 12 is formed by the inner walls of the pair of thin plate portions 16a and 16b, the inner wall 20a of the movable portion 20, and the inner wall 22a of the fixed portion 22. / The movable portion 20 is displaced by driving the electrostrictive elements 24a and / or 24b, or the displacement of the movable portion 20 is detected by the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and / or 24b.
[0049]
The piezoelectric / electrostrictive elements 24 a and 24 b include a piezoelectric / electrostrictive layer 26 and a pair of electrodes 28 and 30 formed on both sides of the piezoelectric / electrostrictive layer 26, and the pair of electrodes 28. And 30, one electrode 28 is formed on at least one pair of thin plate portions 16a and 16b.
[0050]
In the example of FIG. 1, the pair of electrodes 28 and 30 constituting the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b and the respective tip surfaces of the piezoelectric / electrostrictive layer 26 are substantially aligned, and the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b A substantial driving portion 18 (a portion where the pair of electrodes 28 and 30 overlap with the piezoelectric / electrostrictive layer 26 sandwiched therebetween) extends from a part of the outer surface of the fixing portion 22 to a part of the outer surface of the thin plate portions 16a and 16b. It is formed continuously. In particular, in this example, the front end surfaces of the pair of electrodes 28 and 30 are positioned slightly closer to the rear end than the inner wall 20a of the movable portion 20. Of course, the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b may be formed so that the substantial driving portion 18 is located from a part of the movable part 20 to a part of the thin plate parts 16a and 16b.
[0051]
In the piezoelectric / electrostrictive device 10A according to the first embodiment described above, as shown in FIG. 1, end surfaces 36a and 36b facing each other are formed on the movable portion 20. The end faces 36a and 36b are side surfaces of the movable portion 20, that is, surfaces substantially parallel to the element formation surface, and are separated from each other from the upper surface of the movable portion 20 to the hole portion 12. At this time, for example, as shown in FIG. 12, it is preferable that distances Da and Db from the central axis n of the movable portion 20 to the end faces 36a and 36b are substantially equal.
[0052]
Further, a gap (air) 38 may be interposed between the end faces 36a and 36b, for example, as shown in FIG. 1, or the piezoelectric / electrostrictive according to the seventh modification shown in FIG. As shown in FIG. 12, the device 10 </ b> Ag or a member 40 made of a resin or the like different from the constituent members of the movable portion 20 may be interposed between the end surfaces 36 a and 36 b.
[0053]
By the way, in the piezoelectric / electrostrictive device 10A according to the first exemplary embodiment, voltage application to the pair of electrodes 28 and 30 is performed on both side surfaces (element formation surfaces) of the fixed portion 22 of the electrodes 28 and 30, respectively. ) Through the terminals (pads) 32 and 34 formed thereon. The positions of the terminals 32 and 34 are such that the terminal 32 corresponding to one electrode 28 is formed near the rear end of the fixing portion 22, and the terminal 34 corresponding to the other electrode 30 on the external space side is the inner wall 22 a of the fixing portion 22. It is formed close.
[0054]
In this case, the piezoelectric / electrostrictive device 10A can be fixed separately using a surface different from the surface on which the terminals 32 and 34 are arranged. As a result, the piezoelectric / electrostrictive device 10A is fixed. And high reliability in both the circuit and the electrical connection between the terminals 32 and 34. In this configuration, the terminals 32 and 34 and the circuit are electrically connected by a flexible printed circuit (also referred to as FPC), a flexible flat cable (also referred to as FFC), wire bonding, or the like.
[0055]
As the configuration of the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b, in addition to the configuration shown in FIG. 1, the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are similar to the piezoelectric / electrostrictive device 10Aa according to the first modification shown in FIG. The tip portions of the pair of electrodes 28 and 30 constituting the same may be aligned so that only the tip portion of the piezoelectric / electrostrictive layer 26 protrudes to the movable portion 20 side, or the second modification shown in FIG. As in the piezoelectric / electrostrictive device 10Ab according to the example, the tip portions of one electrode 28 and the piezoelectric / electrostrictive layer 26 are aligned, and only the tip portion of the other electrode 30 is positioned closer to the fixed portion 22. Also good. In the piezoelectric / electrostrictive device 10Ab shown in FIG. 3, an example in which end faces 36a and 36b facing each other are provided on the fixed portion 22 instead of the movable portion 20 is shown.
[0056]
In addition, as in the piezoelectric / electrostrictive device 10Ac according to the third modification shown in FIG. 4, each electrode 28 and each tip of the piezoelectric / electrostrictive layer 26 are extended to the side surface of the movable portion 20, and the other The distal end portion of the electrode 30 may be positioned substantially at the center in the length direction (Z-axis direction) of the thin plate portions 16a and 16b.
[0057]
In the above-described example, the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are configured by the single-layered piezoelectric / electrostrictive layer 26 and the pair of electrodes 28 and 30, but in addition, the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b. It is also preferable that the piezoelectric / electrostrictive layer 26 and a plurality of the pair of electrodes 28 and 30 are formed in a laminated form.
[0058]
For example, like the piezoelectric / electrostrictive device 10Ad according to the fourth modification shown in FIG. 5, the piezoelectric / electrostrictive layer 26 and the pair of electrodes 28 and 30 each have a multilayer structure, and one electrode 28 and the other electrode 30. Of the piezoelectric / electrostrictive element in which the one electrode 28 and the other electrode 30 overlap each other with the piezoelectric / electrostrictive layer 26 interposed therebetween (substantially driving portion 18). It is good also as 24a and 24b. In FIG. 5, the piezoelectric / electrostrictive layer 26 has a three-layer structure, and one electrode 28 is formed separately on the lower surface of the first layer (side surfaces of the thin plate portions 16a and 16b) and the upper surface of the second layer, The other electrode 30 is formed separately on the upper surface of the first layer and the upper surface of the third layer, and terminals 32 a and 32 b are provided at each end of one electrode 28, respectively. The example which provided the terminal 34a and 34b in the part, respectively is shown.
[0059]
Further, like the piezoelectric / electrostrictive device 10Ae according to the fifth modification shown in FIG. 6, the piezoelectric / electrostrictive layer 26 and the pair of electrodes 28 and 30 have a multilayer structure, respectively, and one electrode 28 and the other electrode. 30 are alternately stacked so as to have a substantially comb-shaped cross section, and the portion where the one electrode 28 and the other electrode 30 overlap with the piezoelectric / electrostrictive layer 26 interposed therebetween (substantially driving portion 18) is multistage. The piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b may be configured. In FIG. 6, the piezoelectric / electrostrictive layer 26 has a three-layer structure, and one electrode 28 is in a comb-like shape so as to be positioned on the lower surface of the first layer (side surfaces of the thin plate portions 16a and 16b) and the upper surface of the second layer. In this example, the other electrode 30 is formed in a comb shape so as to be positioned on the upper surface of the first layer and the upper surface of the third layer. In the case of this configuration, the number of terminals 32 and 34 can be reduced as compared with the configuration of FIG. 5 by connecting one electrode 28 and the other electrode 30 in common, so that the piezoelectric / electrostrictive element can be reduced. The increase in size due to the multi-layering of 24a and 24b can be suppressed.
[0060]
Further, as shown in FIG. 7, in another example of the piezoelectric / electrostrictive device 10Ae according to the fifth modification, the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are arranged so that the tips thereof are on the thin plate portions 16a and 16b. You may make it form so that it may stay. In the example of FIG. 7, an example in which the tip portions of the piezoelectric / electrostrictive elements 24 a and 24 b are positioned at the substantially central portion in the length direction of the thin plate portion is shown. In this case, there is an advantage that the movable part 20 can be largely displaced.
[0061]
Further, like the piezoelectric / electrostrictive device 10Af according to the sixth modification shown in FIG. 8, two multi-stage piezoelectric / electrostrictive elements 24a1 and 24b1 are respectively straddled between the fixed portion 22 and the thin plate portions 16a and 16b. The other two multi-stage piezoelectric / electrostrictive elements 24a2 and 24b2 may be formed so as to straddle the movable portion 20 and the thin plate portions 16a and 16b, respectively. In this case, the movable part 20 can be displaced greatly due to the effect of the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b having a multi-stage structure and the effect of increasing the action point for displacing the movable part 20, and the high speed It is excellent in responsiveness and is preferable.
[0062]
Further, as in the piezoelectric / electrostrictive device 10Ag according to the seventh modification shown in FIG. 9, the piezoelectric / electrostrictive layer 26 has a two-layer structure, and one electrode 28 has a lower surface (thin plate portion 16a and 16b) and a multi-stage piezoelectric / electrostrictive element 24a and 24b formed in a comb shape so as to be positioned on the upper surface of the second layer and the other electrode 30 positioned on the upper surface of the first layer. It is good. In this example, a member different from the movable portion 20 is filled between the end faces 36 a and 36 b of the movable portion 20.
[0063]
By forming the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b in a multi-stage structure, the generated force of the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b is increased, so that a large displacement is achieved and the piezoelectric / electrostrictive device 10A itself By increasing the rigidity, the resonance frequency can be increased and the speed of the displacement operation can be easily increased.
[0064]
If the number of stages is increased, the driving force can be increased, but the power consumption increases accordingly. Therefore, in actual implementation, the number of stages may be appropriately determined according to the application and use state. Further, in the piezoelectric / electrostrictive device 10A according to the first embodiment, even if the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b have a multi-stage structure and the driving force is increased, the widths of the thin plate portions 16a and 16b ( Since the distance in the Y-axis direction is unchanged, it is a very preferable device for application to actuators such as positioning and ringing control of a magnetic head for a hard disk used in a very narrow gap. In addition, even when used as a sensor (for example, an acceleration sensor), the multi-stage structure increases the capacitance and increases the generated charge, so that the level of the electric signal generated by the sensor increases, There is an advantage that the processing in the signal processing circuit connected to the subsequent stage becomes easy.
[0065]
In the above-described piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b, a case of a so-called sandwich structure in which a piezoelectric / electrostrictive layer 26 is interposed between a pair of electrodes 28 and 30 has been shown. In addition, as shown in FIG. In addition, a pair of comb-shaped electrodes 28 and 30 may be formed on one main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 26 formed on at least the side surfaces of the thin plate portions 16a and 16b, as shown in FIG. Alternatively, a pair of comb-shaped electrodes 28 and 30 may be embedded in the piezoelectric / electrostrictive layer 26 formed at least on the side surfaces of the thin plate portions 16a and 16b.
[0066]
The structure shown in FIG. 10 has the advantage that power consumption can be kept low, and the structure shown in FIG. 11 is a structure that can effectively use the reverse piezoelectric effect in the electric field direction with large distortion and generated force. Therefore, it is advantageous for occurrence of a large displacement.
[0067]
Specifically, the piezoelectric / electrostrictive elements 24 a and 24 b shown in FIG. 10 are formed by forming a pair of comb-shaped electrodes 28 and 30 on one main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 26, and one electrode 28. The other electrodes 30 are alternately opposed to each other with a gap 29 having a constant width. FIG. 10 shows an example in which the pair of electrodes 28 and 30 are formed on one main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 26. In addition, a pair of electrodes 28 and 30 are disposed between the thin plate portions 16a and 16b and the piezoelectric / electrostrictive layer 26. The electrodes 28 and 30 may be formed, or a pair of comb-shaped electrodes 28 and 30 between one principal surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 26 and the thin plate portions 16a and 16b and the piezoelectric / electrostrictive layer 26, respectively. 30 may be formed.
[0068]
On the other hand, in the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b shown in FIG. 11, a pair of comb-shaped electrodes 28 and 30 are formed so as to be embedded in the piezoelectric / electrostrictive layer 26, and one electrode 28 and the other electrode are formed. 30 have a structure in which the gaps 29 are alternately opposed to each other with a gap 29 having a constant width.
[0069]
Such piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b as shown in FIGS. 10 and 11 can also be suitably used for the piezoelectric / electrostrictive device 10A according to the first embodiment. When using a pair of comb-shaped electrodes 28 and 30 like the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b shown in FIGS. 10 and 11, by reducing the pitch D of the comb teeth of each electrode 28 and 30, It is possible to increase the displacement of the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b.
[0070]
Here, the operation of the piezoelectric / electrostrictive device 10A according to the first embodiment will be described. First, for example, when the two piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are in a natural state, that is, when the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are not performing a displacement operation, as shown in FIG. The long axis 10A (long axis of the fixed portion) m and the central axis n of the movable portion 20 substantially coincide with each other.
[0071]
From this state, for example, as shown in the waveform diagram of FIG. 13A, a sine wave Wa having a predetermined bias potential Vb is applied to a pair of electrodes 28 and 30 in one piezoelectric / electrostrictive element 24a, and as shown in FIG. 13B. Then, a sine wave Wb having a phase substantially different from that of the sine wave Wa is applied to the pair of electrodes 28 and 30 in the other piezoelectric / electrostrictive element 24b.
[0072]
At a stage where, for example, a maximum voltage is applied to the pair of electrodes 28 and 30 in one piezoelectric / electrostrictive element 24a, the piezoelectric / electrostrictive layer 26 in one piezoelectric / electrostrictive element 24a Shrinks and displaces in the main surface direction. As a result, for example, as shown in FIG. 14, a stress is generated in the direction of bending the thin plate portion 16a in the right direction, for example, as indicated by an arrow A, as shown in FIG. The portion 16a bends in the right direction. At this time, since no voltage is applied to the pair of electrodes 28 and 30 in the other piezoelectric / electrostrictive element 24b, the other thin plate portion 16b is one thin plate portion. Following the bending of 16a, it bends to the right. As a result, the movable portion 20 is displaced, for example, in the right direction with respect to the long axis m of the piezoelectric / electrostrictive device 10A. The amount of displacement changes in accordance with the maximum value of the voltage applied to each piezoelectric / electrostrictive element 24a and 24b. For example, the amount of displacement increases as the maximum value increases.
[0073]
In particular, when a piezoelectric / electrostrictive material having a high coercive electric field is applied as the constituent material of the piezoelectric / electrostrictive layer 26, as shown in the two-dot chain line waveforms of FIGS. 13A and 13B, the minimum level is obtained. The bias potential may be adjusted so that becomes a slightly negative level. In this case, by driving the piezoelectric / electrostrictive element (for example, the other piezoelectric / electrostrictive element 24b) to which the negative level is applied, for example, the same direction as the bending direction of the one thin plate portion 16a on the other thin plate portion 16b. Thus, the amount of displacement of the movable portion 20 can be increased. That is, by using a waveform as shown by a two-dot chain line in FIGS. 13A and 13B, the piezoelectric / electrostrictive element 24b or 24a to which a negative level is applied is the main component of the displacement operation. A function of supporting the electrostrictive element 24a or 24b can be provided.
[0074]
In the example of the piezoelectric / electrostrictive device 10Af shown in FIG. 8, the voltage (see sine wave Wa) shown in FIG. 13A is applied to, for example, the piezoelectric / electrostrictive element 24a1 and the piezoelectric / electrostrictive element 24b2 arranged on the diagonal line. The voltage shown in FIG. 13B (see sine wave Wb) is applied to the other piezoelectric / electrostrictive element 24a2 and the piezoelectric / electrostrictive element 24b1.
[0075]
As described above, in the piezoelectric / electrostrictive device 10A according to the first embodiment, a minute displacement of the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b is amplified to a large displacement operation using the bending of the thin plate portions 16a and 16b. Thus, since it is transmitted to the movable part 20, the movable part 20 can be largely displaced with respect to the major axis m of the piezoelectric / electrostrictive device 10A.
[0076]
In particular, in the first embodiment, the movable portion 20 is provided with end faces 36a and 36b facing each other. In this case, a gap 38 is formed between the end faces 36a and 36b facing each other, or a member 40 that is lighter than the constituent members of the movable section 20 is interposed between the end faces 36a and 36b facing each other. It is possible to effectively reduce the weight, and it is possible to increase the resonance frequency without reducing the amount of displacement of the movable portion 20.
[0077]
Here, the frequency indicates the frequency of the voltage waveform when the voltage applied to the pair of electrodes 28 and 30 is alternately switched and the movable part 20 is displaced left and right, and the resonance frequency is a predetermined sine. The frequency at which the displacement amplitude of the movable part 20 becomes maximum when the wave voltage is applied is shown.
[0078]
In the piezoelectric / electrostrictive device 10A according to the first embodiment, the pair of thin plate portions 16a and 16b is made of metal, and the other movable portion 20 and the fixed portion 22 are made of ceramic. Because all parts need not be made of a fragile and relatively heavy piezoelectric / electrostrictive material, it has high mechanical strength, excellent handling, impact resistance, and moisture resistance. This has the advantage that it is less susceptible to harmful vibrations (for example, residual vibrations and noise vibrations during high-speed operation).
[0079]
Further, in the first embodiment, when the gap 38 is formed between the opposing end faces 36a and 36b, a part 20A of the movable portion 20 including one end face 36a and a movable including the other end face 36b. Another part 20B of the part 20 is easily bent and is strong against deformation. Therefore, the handling property of the piezoelectric / electrostrictive device 10A is excellent.
[0080]
Moreover, the surface area of the movable part 20 or the fixed part 22 is increased due to the presence of the end faces 36a and 36b facing each other. Therefore, as shown in FIG. 1, in the case of the movable part 20 having the end faces 36a and 36b facing each other, when other parts are attached to the movable part 20, the attachment area can be increased. Attachment property can be improved. Here, considering the case where the component is fixed by, for example, an adhesive or the like, the adhesive spreads to the end surfaces 36a and 36b in addition to one main surface (component mounting surface) of the movable portion 20, so that the adhesive is applied. It is possible to solve the shortage and the like, and it is possible to securely fix the components.
[0081]
As an example of this, FIG. 15 shows another piezoelectric / electrostrictive device according to the present embodiment (the other piezoelectric / electrostrictive device 10A1) on the movable portion 20 of the piezoelectric / electrostrictive device according to the present embodiment. The case where the piezoelectric / electrostrictive device 10A2) is fixed is shown.
[0082]
One piezoelectric / electrostrictive device 10 </ b> A <b> 1 has a fixing portion 22 fixed to the surface of the substrate 122 with an adhesive 120. The fixed portion 22 of the other piezoelectric / electrostrictive device 10A2 is fixed to the movable portion 20 of the one piezoelectric / electrostrictive device 10A1 via an adhesive 124. That is, the two piezoelectric / electrostrictive devices 10A1 and 10A2 are arranged in series. Note that a lightweight member 126 different from the movable portion 20 is interposed between the end faces 36a and 36b of the movable portion 20 facing each other in the other piezoelectric / electrostrictive device 10A2.
[0083]
In this case, the adhesive 124 for fixing the other piezoelectric / electrostrictive device 10A2 is spread between the end faces 36a and 36b of the movable portion 20 in the one piezoelectric / electrostrictive device 10A1. The piezoelectric / electrostrictive device 10A2 is firmly fixed to the one piezoelectric / electrostrictive device 10A1. Further, if the piezoelectric / electrostrictive device 10A2 is bonded in this way, a lightweight member (in this example, an adhesive 124) different from the movable portion 20 can be interposed between the end faces 36a and 36b simultaneously with the bonding, There is an advantage that the manufacturing process can be simplified.
[0084]
On the other hand, as shown in FIG. 3, in the case of the fixed portion 22 having the end surfaces 36a and 36b facing each other, in addition to the effect obtained when the movable portion 20 has the end surfaces 36a and 36b facing each other, the second portion. The piezoelectric / electrostrictive device 10Ab according to the modified example can be firmly fixed to a predetermined fixing portion, and the reliability can be improved.
[0085]
Further, in the first embodiment, a portion (substantially driving portion 18) where the pair of electrodes 28 and 30 overlap with the piezoelectric / electrostrictive layer 26 interposed therebetween is changed from a part of the fixing portion 22 to the thin plate portion 16 a. And 16b are continuously formed. When the substantial driving portion 18 is formed over a part of the movable portion 20, the displacement operation of the movable portion 20 is limited by the substantial driving portion 18 and a large displacement may not be obtained. In one embodiment, since the substantial drive portion 18 is formed so as not to be applied to the movable portion 20, the disadvantage that the displacement operation of the movable portion 20 is limited is avoided, and the displacement amount of the movable portion 20 is reduced. Can be bigger.
[0086]
On the contrary, when the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are formed on a part of the movable part 20, the substantial driving part 18 is positioned from a part of the movable part 20 to a part of the thin plate parts 16a and 16b. It is preferable to form. This is because, when the substantial driving portion 18 is formed over a part of the fixed portion 22, the displacement operation of the movable portion 20 is limited as described above.
[0087]
Next, a preferred configuration example of the piezoelectric / electrostrictive device 10A according to the first embodiment will be described.
[0088]
First, in order to ensure the displacement operation of the movable portion 20, the distance g applied to the fixed portion 22 or the movable portion 20 by the substantial drive portion 18 of the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b is set to be equal to that of the thin plate portions 16a and 16b. It is preferable to set it to 1/2 or more of thickness d.
[0089]
The ratio a / b between the distance between the inner walls of the thin plate portions 16a and 16b (distance in the X-axis direction) a and the width (distance in the Y-axis direction) b of the thin plate portions 16a and 16b is 0.5 to 20. Configure as follows. The ratio a / b is preferably 1 to 15, and more preferably 1 to 10. The specified value of the ratio a / b is a specification based on the discovery that the displacement amount of the movable part 20 is increased and the displacement in the XZ plane can be obtained predominantly.
[0090]
On the other hand, the ratio e / a of the length (distance in the Z-axis direction) e of the thin plate portions 16a and 16b and the distance a between the inner walls of the thin plate portions 16a and 16b is preferably 0.5 to 10, and Preferably it is 0.5-5.
[0091]
Furthermore, it is preferable to fill the hole 12 with a gel material, for example, silicon gel. Normally, the displacement operation of the movable portion 20 is limited by the presence of the filler, but in the first embodiment, the weight reduction and the movement due to the formation of the end surfaces 36a and 36b on the movable portion 20 are limited. Since the displacement amount of the portion 20 is increased, the restriction of the displacement operation of the movable portion 20 by the filler is canceled out, and the effect due to the presence of the filler, that is, high resonance frequency and securing of rigidity are ensured. Can be realized.
[0092]
The length (distance in the Z-axis direction) f of the movable part 20 is preferably short. This is because shortening can reduce the weight and increase the resonance frequency. However, in order to ensure the rigidity of the movable portion 20 in the X-axis direction and ensure the displacement, the ratio f / d with the thickness d of the thin plate portions 16a and 16b is 2 or more, preferably 5 or more. It is desirable to do.
[0093]
Note that the actual dimensions of each part are the bonding area for mounting the component to the movable part 20, the bonding area for mounting the fixed part 22 to another member, the bonding area for mounting the electrode terminal, etc. It is determined in consideration of the strength, durability, required displacement amount, resonance frequency, drive voltage, and the like of the entire electrostrictive device 10A.
[0094]
Specifically, for example, the distance a between the inner walls of the thin plate portions 16a and 16b is preferably 100 μm to 2000 μm, and more preferably 200 μm to 1600 μm. The width b of the thin plate portions 16a and 16b is preferably 50 μm to 2000 μm, more preferably 100 μm to 500 μm. The thickness d of the thin plate portions 16a and 16b is set to b> d in relation to the width b of the thin plate portions 16a and 16b so as to effectively suppress the turning displacement that is a displacement component in the Y-axis direction, and 2 micrometers-100 micrometers are preferable, More preferably, they are 10 micrometers-80 micrometers.
[0095]
The length e of the thin plate portions 16a and 16b is preferably 200 μm to 3000 μm, more preferably 300 μm to 2000 μm. The length f of the movable part 20 is preferably 50 μm to 2000 μm, more preferably 100 μm to 1000 μm.
[0096]
By adopting such a configuration, the displacement in the Y-axis direction does not exceed 10% with respect to the displacement in the X-axis direction. It is possible and exhibits a very excellent effect that the displacement component in the Y-axis direction can be suppressed to 5% or less. That is, the movable portion 20 is displaced substantially in one axial direction, that is, the X-axis direction, and is excellent in high-speed response and can obtain a large displacement at a relatively low voltage.
[0097]
Further, in this piezoelectric / electrostrictive device 10A, the shape of the device is not a conventional plate shape (a shape having a small thickness in the direction orthogonal to the displacement direction), and the movable portion 20 and the fixed portion 22 are substantially rectangular parallelepiped shapes. Since the pair of thin plate portions 16a and 16b are provided so that the side surfaces of the movable portion 20 and the fixed portion 22 are continuous, the rigidity in the Y-axis direction of the piezoelectric / electrostrictive device 10A is selectively increased. can do.
[0098]
That is, in this piezoelectric / electrostrictive device 10A, only the operation of the movable part 20 in the plane (in the XZ plane) can be selectively generated, and the operation in the YZ plane of the movable part 20 (the operation in the so-called turning direction). ) Can be suppressed.
[0099]
Next, each component of the piezoelectric / electrostrictive device 10A according to the first embodiment will be described.
[0100]
As described above, the movable portion 20 is a portion that operates based on the driving amount of the thin plate portions 16a and 16b, and various members are attached according to the purpose of use of the piezoelectric / electrostrictive device 10A. For example, if the piezoelectric / electrostrictive device 10A is used as a displacement element, an optical shutter shielding plate or the like is attached. In particular, if it is used for a magnetic head positioning or ringing suppression mechanism of a hard disk drive, the magnetic Members that require positioning, such as a head, a slider having a magnetic head, and a suspension having a slider, are attached.
[0101]
As described above, the fixed portion 22 is a portion that supports the thin plate portions 16a and 16b and the movable portion 20, and is attached to a VCM (voice coil motor) when used for positioning the magnetic head of the hard disk drive, for example. The entire piezoelectric / electrostrictive device 10A is fixed by supporting and fixing the fixing portion 22 to a carriage arm, a fixing plate or a suspension attached to the carriage arm, and the like. In addition, as shown in FIG. 1, there are cases where terminals 32 and 34 and other members for driving the piezoelectric / electrostrictive elements 24 a and 24 b are disposed on the fixing portion 22.
[0102]
The material constituting the movable portion 20 and the fixed portion 22 is not particularly limited as long as it has rigidity, but ceramics to which a ceramic green sheet laminating method described later can be applied can be suitably used. Specifically, in addition to zirconia such as stabilized zirconia and partially stabilized zirconia, materials mainly composed of alumina, magnesia, silicon nitride, aluminum nitride, titanium oxide, etc., and materials mainly composed of a mixture thereof. In view of high mechanical strength and toughness, zirconia, in particular, a material mainly composed of stabilized zirconia and a material mainly composed of partially stabilized zirconia are preferable. In addition, the metal material is not limited as long as it has rigidity, but examples include stainless steel, nickel, brass, white bronze, bronze and the like.
[0103]
In the stabilized zirconia and the partially stabilized zirconia, those stabilized and partially stabilized as follows are preferable. That is, as a compound that stabilizes and partially stabilizes zirconia, there are yttrium oxide, ytterbium oxide, cerium oxide, calcium oxide, and magnesium oxide. By adding and containing at least one of these compounds, zirconia is partially However, the stabilization of the target zirconia is possible not only by adding one kind of compound but also by adding these compounds in combination.
[0104]
The amount of each compound added is 1 to 30 mol%, preferably 1.5 to 10 mol% in the case of yttrium oxide or ytterbium oxide, and 6 to 6 in the case of cerium oxide. 50 mol%, preferably 8 to 20 mol%, and in the case of calcium oxide or magnesium oxide, it is desirable that the content be 5 to 40 mol%, preferably 5 to 20 mol%. It is preferable to use it as a stabilizer, and in that case, it is desirable that the content be 1.5 to 10 mol%, more preferably 2 to 4 mol%. Further, it is possible to add alumina, silica, transition metal oxide or the like as an additive such as a sintering aid in the range of 0.05 to 20 wt%, but a method for forming the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b. In the case of adopting the integration by firing by the film forming method, it is also preferable to add alumina, magnesia, transition metal oxide or the like as an additive.
[0105]
In order to obtain a mechanical strength and a stable crystal phase, the average crystal particle diameter of zirconia is desirably 0.05 to 3 μm, preferably 0.05 to 1 μm. Further, as described above, for the thin plate portions 16a and 16b, ceramics similar to the movable portion 20 and the fixed portion 22 can be used, but preferably, the thin plate portions 16a and 16b are configured using substantially the same material. This is advantageous in reducing the reliability of the bonded portion, the strength of the piezoelectric / electrostrictive device 10A, and the complexity of manufacturing.
[0106]
As described above, the thin plate portions 16a and 16b are portions that are driven by the displacement of the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b. The thin plate portions 16 a and 16 b are flexible thin plate-like members, and amplify the expansion / contraction displacement of the piezoelectric / electrostrictive elements 24 a and 24 b disposed on the surface as bending displacements and transmit them to the movable portion 20. It has the function to do. Therefore, the shape and material of the thin plate portions 16a and 16b need only be flexible and have a mechanical strength that is not damaged by bending deformation, and the responsiveness and operability of the movable portion 20 are considered. Can be selected as appropriate.
[0107]
The thickness d of the thin plate portions 16a and 16b is preferably about 2 μm to 100 μm, and the combined thickness of the thin plate portions 16a and 16b and the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b is preferably 7 μm to 500 μm. The thickness of the electrodes 28 and 30 is preferably 0.1 to 50 μm, and the thickness of the piezoelectric / electrostrictive layer 26 is preferably 3 to 300 μm. The width b of the thin plate portions 16a and 16b is preferably 50 μm to 2000 μm.
[0108]
On the other hand, as long as the shape and material of the thin plate portions 16a and 16b are flexible and have a mechanical strength that is not damaged by bending deformation, a metal is preferably employed. In this case, as described above, a metal material having flexibility and capable of bending deformation, specifically, a metal material having a Young's modulus of 100 GPa or more may be used.
[0109]
Preferably, as the iron-based material, austenitic stainless steel such as SUS301, SUS304, AISI653, SUH660, ferritic stainless steel such as SUS430, 434, martensitic stainless steel such as SUS410, SUS630, semi-material such as SUS631, AISI632, and the like. It is desirable to use austenitic stainless steel, maraging stainless steel, and various spring steel materials. Non-ferrous materials may be composed of superelastic titanium alloys including titanium-nickel alloys, brass, white copper, aluminum, tungsten, molybdenum, beryllium copper, phosphor bronze, nickel, nickel iron alloys, titanium, and the like. desirable.
[0110]
As the thin plate portions 16a and 16b, like the movable portion 20 and the fixed portion 22, zirconia is suitable when using ceramics. Among them, the material mainly composed of stabilized zirconia and the material mainly composed of partially stabilized zirconia have high mechanical strength and high toughness even if they are thin, and the piezoelectric / electrostrictive layer 26 and the electrode material Is most preferably used because of its low reactivity.
[0111]
The piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b have at least a piezoelectric / electrostrictive layer 26 and a pair of electrodes 28 and 30 for applying an electric field to the piezoelectric / electrostrictive layer 26, such as a unimorph type and a bimorph type. However, since the unimorph type combined with the thin plate portions 16a and 16b is more stable in the amount of generated displacement and is more advantageous for weight reduction, such a piezoelectric / electrostrictive element can be used. Suitable for the electrostrictive device 10A.
[0112]
For example, as shown in FIG. 1, a piezoelectric / electrostrictive element or the like in which one electrode 28, piezoelectric / electrostrictive layer 26 and the other electrode 30 are laminated in layers can be suitably used. As shown in FIG. In this case, the positional deviation of the films (electrode films) constituting the electrodes 28 and 30, that is, the positional deviation in the plane direction on the vertical projection plane of the electrodes 28 every other layer is 50 μm or less. The same applies to the electrode 30.
[0113]
The piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are preferably formed on the outer surface side of the piezoelectric / electrostrictive device 10A as shown in FIG. 1 in that the thin plate portions 16a and 16b can be driven more greatly. Depending on the form of use, it may be formed on the inner surface side of the piezoelectric / electrostrictive device 10A, that is, on the inner wall surface of the hole 12, or on both the outer surface side and inner surface side of the piezoelectric / electrostrictive device 10A. Also good.
[0114]
Piezoelectric ceramics are preferably used for the piezoelectric / electrostrictive layer 26, but electrostrictive ceramics, ferroelectric ceramics, or antiferroelectric ceramics can also be used. However, when this piezoelectric / electrostrictive device 10A is used for positioning of a magnetic head of a hard disk drive or the like, since the linearity between the displacement of the movable portion 20 and the drive voltage or output voltage is important, a material having a small strain history. It is preferable to use a material having a coercive electric field of 10 kV / mm or less.
[0115]
Specific materials include lead zirconate, lead titanate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate, lead zinc niobate, lead manganese niobate, lead antimony stannate, lead manganese tungstate, lead cobalt niobate, Examples thereof include ceramics containing barium titanate, sodium bismuth titanate, potassium sodium niobate, strontium bismuth tantalate, etc. alone or as a mixture.
[0116]
In particular, when the thin plate portions 16a and 16b are made of ceramics and the piezoelectric / electrostrictive layer 26 is integrally fired, the reactivity with the thin plate portions 16a and 16b (ceramics) is high. A material mainly composed of lead zirconate, lead titanate and lead magnesium niobate or a material mainly composed of sodium bismuth titanate is preferably used in that a small and stable composition can be obtained.
[0117]
In addition, the materials include oxidation of lanthanum, calcium, strontium, molybdenum, tungsten, barium, niobium, zinc, nickel, manganese, cerium, cadmium, chromium, cobalt, antimony, iron, yttrium, tantalum, lithium, bismuth, tin, etc. Or a ceramic containing at least one component that finally becomes an oxide or a mixture thereof may be used.
[0118]
For example, by incorporating lanthanum or strontium into the main components of lead zirconate, lead titanate, and lead magnesium niobate, there are cases where advantages such as adjustment of coercive electric field and piezoelectric characteristics can be obtained.
[0119]
Note that it is desirable to avoid the addition of a material that is easily vitrified, such as silica. This is because a material such as silica easily reacts with the piezoelectric / electrostrictive material during the heat treatment of the piezoelectric / electrostrictive layer, changes its composition, and deteriorates the piezoelectric characteristics.
[0120]
On the other hand, the pair of electrodes 28 and 30 of the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b is preferably made of a metal that is solid at room temperature and has excellent conductivity. For example, aluminum, titanium, chromium, iron, cobalt , Nickel, copper, zinc, niobium, molybdenum, ruthenium, palladium, rhodium, silver, tin, tantalum, tungsten, iridium, platinum, gold, lead, etc. A cermet material in which ceramics of the same material as the electrostrictive layer 26 or a different material is dispersed may be used.
[0121]
The material selection of the electrodes 28 and 30 in the piezoelectric / electrostrictive elements 24 a and 24 b is determined depending on the method of forming the piezoelectric / electrostrictive layer 26. For example, when one electrode 28 is formed on the thin plate portions 16 a and 16 b and then the piezoelectric / electrostrictive layer 26 is formed on the one electrode 28 by firing, the one electrode 28 has a piezoelectric / electrostrictive layer. Although it is necessary to use a refractory metal such as platinum, palladium, platinum-palladium alloy, silver-palladium alloy, etc. that does not change even at the firing temperature of 26, the piezoelectric / electrostrictive layer 26 is formed after the piezoelectric / electrostrictive layer 26 is formed. Since the other electrode 30 formed on the outermost layer formed on the layer 26 can form an electrode at a low temperature, a low-melting-point metal such as aluminum, gold, or silver can be used.
[0122]
When the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is bonded to the thin plate portions 16a and 16b with the adhesive 202, the piezoelectric / electrostrictive layer 26 and the electrodes 28 and 30 (electrode film) are laminated in multiple layers. Preferably, the electrodes 28 and 30 are made of a high melting point metal such as platinum, palladium, or an alloy thereof. The electrodes 28 and 30 are preferably cermets that are a mixture of a refractory metal and a piezoelectric / electrostrictive material or other ceramics.
[0123]
Further, since the thickness of the electrodes 28 and 30 is a factor that lowers the displacement of the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b, the electrode formed after the piezoelectric / electrostrictive layer 26 is fired is particularly dense after firing. It is preferable to use a material such as an organic metal paste that can provide a thinner film, such as a gold resinate paste, a platinum resinate paste, or a silver resinate paste.
[0124]
Next, several manufacturing methods of the piezoelectric / electrostrictive device 10A according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0125]
In the piezoelectric / electrostrictive device 10A according to the first embodiment, the thin plate portions 16a and 16b are made of metal, and the constituent materials of the movable portion 20 and the fixed portion 22 are ceramics. Therefore, as the components of the piezoelectric / electrostrictive device 10A, the fixed portion 22 and the movable portion 20 except for the thin plate portions 16a and 16b and the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are manufactured using a ceramic green sheet lamination method. On the other hand, it is preferable to manufacture each terminal 32 and 34 including the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b by using a film forming method such as a thin film or a thick film.
[0126]
The thin plate portions 16a and 16b are preferably fixed to the side surfaces of the movable portion 20 and the fixed portion 22 by the adhesive 200, and the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are fixed to the thin plate portions 16a and 16b. Adhesion by is preferred.
[0127]
According to the ceramic green sheet laminating method capable of integrally forming the movable portion 20 and the fixed portion 22 of the piezoelectric / electrostrictive device 10A, since the state change of the joint portion of each member over time hardly occurs. This is a method that is highly reliable at the joining site and is advantageous for securing rigidity.
[0128]
In the piezoelectric / electrostrictive device 10A according to the first embodiment, the boundary portions between the thin plate portions 16a and 16b and the fixed portion 22 and the boundary portions between the thin plate portions 16a and 16b and the movable portion 20 are fulcrums for the expression of displacement. Therefore, the reliability of these boundary portions is an important point that affects the characteristics of the piezoelectric / electrostrictive device 10A.
[0129]
Moreover, since the manufacturing method shown below is excellent in productivity and moldability, a piezoelectric / electrostrictive device having a predetermined shape can be obtained in a short time and with good reproducibility.
[0130]
Hereinafter, the first manufacturing method of the piezoelectric / electrostrictive device 10A according to the first embodiment will be specifically described. Here, definition is made. The laminate obtained by laminating the ceramic green sheets is defined as a ceramic green laminate 158 (see, for example, FIG. 16B), and the ceramic green laminate 158 is fired and integrated to form a ceramic laminate 160 (see, for example, FIG. 16). 17A), a laminate of the ceramic laminate 160 and the metal plate is defined as a hybrid laminate 162 (see FIG. 18), and unnecessary portions are cut out from the hybrid laminate 162 to move the movable portion 20, A substrate in which the thin plate portions 16a and 16b and the fixing portion 22 are integrated is defined as a base body 14D (see FIG. 19).
[0131]
Further, in this first manufacturing method, the hybrid laminate 162 is finally cut into chips, and a large number of piezoelectric / electrostrictive devices 10A are taken. For simplicity of explanation, A description will be given mainly of a single piece of the piezoelectric / electrostrictive device 10A.
[0132]
First, a binder, a solvent, a dispersant, a plasticizer, etc. are added to and mixed with a ceramic powder such as zirconia to prepare a slurry, and after defoaming, a predetermined method is used by a reverse roll coater method, a doctor blade method, or the like. A ceramic green sheet having a thickness is prepared.
[0133]
Next, the ceramic green sheet is processed into various shapes as shown in FIG. 16A by a method such as punching using a die or laser processing, specifically, a plurality of ceramic green sheets for forming a substrate, specifically, A plurality of (for example, four) ceramic green sheets 50A to 50D in which a window 54 for forming the hole 12 later is formed, and end faces 36a and 36b facing the window 54 for forming the hole 12 later. A ceramic green sheet 102 in which a window portion 100 for forming the movable portion 20 having the above is continuously formed is prepared.
[0134]
Thereafter, as shown in FIG. 16B, ceramic green sheets 50 </ b> A to 50 </ b> D and 102 are laminated and pressure-bonded to obtain a ceramic green laminate 158. In this lamination, the ceramic green sheets 102 are laminated in the center. Thereafter, the ceramic green laminate 158 is fired to obtain a ceramic laminate 160 as shown in FIG. 17A. At this time, the ceramic laminate 160 is formed with a hole 130 formed by the windows 54 and 100.
[0135]
Next, as shown in FIG. 17B, the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b configured separately are bonded to the surfaces of the metal plates 152A and 152B, which are thin plate portions, with an epoxy adhesive 202, respectively.
[0136]
Next, the metal plates 152A and 152B are bonded to the ceramic laminate 160 with the epoxy adhesive 200 so that the ceramic laminate 160 is sandwiched between the metal plates 152A and 152B and the hole 130 is closed. The hybrid laminate 162 (see FIG. 18).
[0137]
Next, as shown in FIG. 18, the hybrid laminate 162 in which the piezoelectric / electrostrictive elements 24 a and 24 b are formed is cut along the cutting lines C 1, C 2, and C 5, so that the hybrid laminate 162 side is cut. Cut out the tip and tip. By this cutting, as shown in FIG. 19, the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are formed in the thin plate portions 16a and 16b made of a metal plate in the base 14D, and the end faces 36a and 36b facing each other are formed. The piezoelectric / electrostrictive device 10 </ b> A according to the first embodiment in which the movable portion 20 is formed is obtained.
[0138]
On the other hand, in the second manufacturing method, first, as shown in FIG. 20A, a plurality of (for example, four) ceramic green sheets 50A to 50D in which window portions 54 for forming holes 12 are formed at least later, A ceramic green sheet 102 in which a window portion 54 for forming the hole portion 12 and a window portion 100 for forming the movable portion 20 having end faces 36a and 36b facing each other is continuously formed is prepared.
[0139]
Thereafter, as shown in FIG. 20B, ceramic green sheets 50 </ b> A to 50 </ b> D and 102 are laminated and pressure-bonded to obtain a ceramic green laminate 158. Thereafter, the ceramic green laminate 158 is fired to obtain a ceramic laminate 160 as shown in FIG. 21A. At this time, the ceramic laminate 160 is formed with a hole 130 formed by the windows 54 and 100.
[0140]
Next, as shown in FIG. 21B, the ceramic laminate 160 is sandwiched between the metal plates 152A and 152B, and the holes 130 are closed so that the metal plates 152A and 152B are bonded to the ceramic laminate 160 with an epoxy system. The hybrid laminate 162 is obtained by bonding with the adhesive 200. At this time, as shown in FIG. 21A, a hole is formed as necessary so that a sufficient bonding pressure is applied when the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are bonded to the surfaces of the bonded metal plates 152A and 152B. The portion 130 is filled with the filler 164.
[0141]
Since the filler 164 needs to be finally removed, the filler 164 is preferably dissolved in a solvent or the like and is preferably a hard material, and examples thereof include organic resins, waxes, and waxes. In addition, a material obtained by mixing ceramic powder as a filler with an organic resin such as acrylic may be employed.
[0142]
Next, as shown in FIG. 21B, piezoelectric / electrostrictive elements 24 a and 24 b formed separately are bonded to the surfaces of the metal plates 152 A and 152 B in the hybrid laminate 162 with an epoxy-based adhesive 202. Separate piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b can be formed by, for example, a ceramic green sheet lamination method or a printing multilayer method.
[0143]
Next, as shown in FIG. 22, the hybrid laminate 162 in which the piezoelectric / electrostrictive elements 24 a and 24 b are formed is cut along the cutting lines C <b> 1, C <b> 2, C <b> 5, thereby Cut out the tip and tip. By this cutting, as shown in FIG. 23, the piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are formed on the thin plate portions 16a and 16b made of a metal plate in the base 14D, and the end faces 36a and 36b facing each other are formed. The piezoelectric / electrostrictive device 10 </ b> A according to the first embodiment in which the movable portion 20 is formed is obtained.
[0144]
Further, when the base portion is made entirely of metal, for example, a portion corresponding to the ceramic laminate 160 in FIG. 17A is formed by casting, and the bulk-like member is ground, wire electric discharge machining, die punching, chemical etching The above method may be used, or a thin plate metal may be laminated and formed by a cladding method.
[0145]
Next, a piezoelectric / electrostrictive device 10B according to a second embodiment will be described with reference to FIGS.
[0146]
As shown in FIG. 24, the piezoelectric / electrostrictive device 10B according to the second embodiment includes a pair of opposed thin plate portions 16a and 16b and a fixing portion 22 that supports the thin plate portions 16a and 16b. The laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is arranged on one thin plate portion 16a of the pair of thin plate portions 16a and 16b. Since the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 has a complicated structure, it is shown in a simplified manner in FIGS. 24 and 25, and a detailed enlarged view thereof is shown in FIGS.
[0147]
Between each rear end part of a pair of thin plate part 16a and 16b, the fixing | fixed part 22 is fixed by the adhesive agent 200, for example, and each front-end | tip part of a pair of thin plate part 16a and 16b is an open end.
[0148]
For example, as shown in FIG. 25, the above-mentioned movable portion 20 or various members and parts are fixed between the tip portions of the pair of thin plate portions 16 a and 16 b through an adhesive 200, for example. In the example of FIG. 25, an example is shown in which the movable portion 20 made of the same member as the fixed portion 22 is fixed via an adhesive 200 between the tip portions of the pair of thin plate portions 16 a and 16 b.
[0149]
The pair of thin plate portions 16a and 16b is made of metal, and the fixed portion 22 and the movable portion 20 are made of ceramic or metal. In particular, in the example of FIGS. 24 and 25, the thickness of one thin plate portion 16a in which the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is formed out of the pair of thin plate portions 16a and 16b is larger than the thickness of the other thin plate portion 16b. It is considered large.
[0150]
The laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is attached to the thin plate portion 16a with an adhesive 202 such as organic resin, glass, brazing, soldering, eutectic bonding or the like. That is, the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is fixed to the metal thin plate portion 16a via the adhesive 202, whereby the actuator portion 204 that is the driving source of the piezoelectric / electrostrictive device 10B is configured. become.
[0151]
In the piezoelectric / electrostrictive device 10B, the distal end portion (the portion to which the movable portion 20 is attached) of the thin plate portion 16a (16a and 16b in the example of FIG. 25) is displaced by driving the actuator portion 204. Or the displacement of the front-end | tip part in the thin-plate part 16a is electrically detected through the actuator part (When using as a sensor, it is a drained-ducer part) 204. FIG. In this case, it will be used as a sensor.
[0152]
For example, as shown in FIG. 26, the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 has a piezoelectric / electrostrictive layer 26 and a pair of electrodes 28 and 30 each having a multilayer structure, and one electrode 28 and the other electrode 30 are alternately arranged. A portion where the one electrode 28 and the other electrode 30 are stacked and overlapped with the piezoelectric / electrostrictive layer 26 therebetween is formed in a multi-stage structure.
[0153]
In FIG. 26, the piezoelectric / electrostrictive layer 26 and the pair of electrodes 28 and 30 each have a multilayer structure, and one electrode 28 and the other electrode 30 are alternately stacked so as to have a substantially comb-like cross section. The portion where the electrode 28 and the other electrode 30 overlap with the piezoelectric / electrostrictive layer 26 in between has a multi-stage configuration.
[0154]
Specifically, the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and includes a plurality of piezoelectric / electrostrictive layers 26 and electrode films 28 and 30. Then, the electrode films 28 and 30 in contact with the upper and lower surfaces of each piezoelectric / electrostrictive layer 26 are led out alternately to the opposite end faces 208 and 209, respectively, and each electrode film 28 led out to the opposite opposite end faces 208 and 209 is obtained. And 30c are electrically connected to terminal portions 28b and 30b provided on the surface of the outermost piezoelectric / electrostrictive layer 26 and spaced apart by a predetermined distance Dk. It is connected.
[0155]
The predetermined distance Dk between the terminal portions 28b and 30b is preferably 20 μm or more. Further, the material of the electrode films 28 and 30 in contact with the upper and lower surfaces of the piezoelectric / electrostrictive layer may be different from the material of the end face electrodes 28c and 30c. Further, at least one terminal portion (terminal portion 28b in the example of FIG. 26) and the end face electrode 28c corresponding to the terminal portion 28b are made of a thin film electrode film (outer surface electrode) that is thinner than the terminal portion 28b and the end face electrode 28c. ) Electrical connection may be made at 28d.
[0156]
The surface electrode film 28d, the end face electrodes 28c and 30c, and the terminal portions 28b and 30b formed after the piezoelectric / electrostrictive layer 26 are fired are formed before or simultaneously fired with the piezoelectric / electrostrictive layer 26. It may be thinner than the electrode layers 28 and 30 to be formed and may have low heat resistance.
[0157]
In FIG. 26, the piezoelectric / electrostrictive layer 26 has a five-layer structure, and one electrode 28 is formed in a comb shape so as to be positioned on the upper surface of the first layer, the upper surface of the third layer, and the upper surface of the fifth layer. In the example, the other electrode 30 is formed in a comb shape so as to be positioned on the upper surface of the second layer and the upper surface of the fourth layer.
[0158]
Also, in FIG. 28, the piezoelectric / electrostrictive layer 26 has the same five-layer structure, and one electrode 28 has a comb-tooth shape so as to be positioned on the upper surface of the first layer, the upper surface of the third layer, and the upper surface of the fifth layer. In this example, the other electrode 30 is formed in a comb shape so as to be positioned on the lower surface of the first layer, the upper surface of the second layer, and the upper surface of the fourth layer.
[0159]
In the case of these configurations, since the increase in the number of terminals can be suppressed by connecting one electrode 28 and the other electrode 30 to each other in common, the stacked piezoelectric / electrostrictive element 24 is used. The increase in size due to this can be suppressed.
[0160]
By using the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 in this way, the driving force of the actuator unit 204 is increased, thereby achieving a large displacement and increasing the rigidity of the piezoelectric / electrostrictive device 10B itself, thereby increasing the resonance. The frequency can be increased, and the speed of the displacement operation can be easily achieved.
[0161]
If the number of stages is increased, the driving force of the actuator unit 204 can be increased, but the power consumption increases accordingly. Therefore, in the case of implementation, the number of stages may be appropriately determined according to the application and use state. Further, in the piezoelectric / electrostrictive device 10B according to the second embodiment, even if the driving force of the actuator unit 204 is increased by using the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24, basically the thin plate portion 16a and Since the width of 16b (distance in the Y-axis direction) is not changed, it is a very preferable device for application to actuators for positioning, ringing control, etc. of a magnetic head for a hard disk used in a very narrow gap.
[0162]
Here, with respect to the formation position of the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 with respect to the thin plate portion 16a, the tip 208 of the multilayer body constituting the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 does not include at least the fixing portion 22 in plan view. At the position (in the example of FIG. 25, the position included in the hole formed between the movable portion 20 and the fixed portion 22), the rear end 209 of the multilayer body constituting the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 is The end portion 28a of the electrode 28 is a position including at least the fixing portion 22 in a plane, and the end portion 30a of the electrode 30 includes the fixing portion 22 in a plane. It is preferably formed at a position that is not present (in the example of FIG. 25, a position that is also included in a hole formed between the movable portion 20 and the fixed portion 22).
[0163]
The voltage is applied to the pair of electrodes 28 and 30 through end portions of the electrodes 28 and 30 (hereinafter referred to as terminal portions 28b and 30b) formed on the fifth piezoelectric / electrostrictive layer 26. To be done. The terminal portions 28b and 30b are formed so as to be electrically insulated from each other.
[0164]
The predetermined distance Dk between the terminal portions 28a and 30b is preferably 20 μm or more. Further, when the thickness of the terminal portions 28b and 30b is 1 μm to 30 μm, 50 μm or more is preferable. The terminal portions 28b and 30b may be made of the same material as the internal electrodes 28 and 30 or different materials. For example, in the case of simultaneous firing with the piezoelectric / electrostrictive layer 26, the same material may be used, and in different firing, different materials may be used.
[0165]
The end face electrodes 28c and 30c are preferably electrically connected to each other by grinding or polishing the end faces after firing the internal electrodes 28 and 30 and the piezoelectric / electrostrictive layer 26. The material of the end face electrodes 28c and 30c may be the same as or different from the internal electrodes 28 and 30. For example, it is preferable to use platinum paste for the internal electrodes 28 and 30, gold resinate for the outer surface electrode 28 d, and gold paste for the end face electrodes 28 c and 30 c and the terminal portions 28 b and 30 b, but the first embodiment described above. The piezoelectric / electrostrictive device according to the present invention can have almost the same configuration.
[0166]
In this case, the piezoelectric / electrostrictive device 10B can be fixed separately using a surface different from the surface on which the terminal portions 28b and 30b are arranged, and as a result, the piezoelectric / electrostrictive device 10B can be fixed. High reliability can be obtained for both fixing and electrical connection between the circuit and the terminal portions 28b and 30b. In this configuration, the terminal portions 28b and 30b are electrically connected to the circuit by a flexible printed circuit, a flexible flat cable, wire bonding, or the like.
[0167]
Thus, in the piezoelectric / electrostrictive device 10B according to the second embodiment, the actuator unit 204 is fixed to the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 on the metal thin plate portion 16a via the adhesive 202. Therefore, the thin plate portion 16a (and 16b) can be greatly displaced without increasing the planar area of the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24, and the thin plate portion 16a (and Since 16b) is made of metal, it is excellent in strength and toughness and can cope with a sudden displacement operation.
[0168]
In other words, in the second embodiment, it is possible to sufficiently cope with fluctuations in the use environment and severe use conditions, excellent impact resistance, extending the life of the piezoelectric / electrostrictive device 10B, and improving handling properties. In addition, the thin plate portions 16a and 16b can be largely displaced at a relatively low voltage, and the rigidity of the thin plate portions 16a (and 16b) is high, and the thickness of the actuator portion 204 is thick, so that the rigidity is high. Since it is high, the displacement operation of the thin plate portion 16a (and 16b) can be speeded up (high resonance frequency).
[0169]
In general, for the actuator unit 204 that combines the thin plate portion 16a and the piezoelectric / electrostrictive element 24 that deforms and deforms, it is necessary to increase the rigidity of the actuator unit 204 in order to drive the actuator unit 204 at high speed, and a large displacement is obtained. Therefore, it is necessary to reduce the rigidity of the actuator unit 204.
[0170]
However, in the piezoelectric / electrostrictive device 10B according to the second embodiment, the thin plate portions 16a and 16b constituting the actuator portion 204 are opposed to each other to form a pair of thin plate portions 16a and 16b, and the pair of thin plate portions 16a. And 16b are fixed with an adhesive 200 between the respective rear end portions, and the piezoelectric / electrostrictive element 24 has a multi-stage structure. The position of the piezoelectric / electrostrictive element 24 and the material and size of the constituent members are determined. Since the piezoelectric / electrostrictive device 10B is appropriately selected and configured, it is possible to achieve both of the above conflicting characteristics, and a fixed portion between the open ends of the pair of thin plate portions 16a and 16b. The minimum resonance frequency of the structure when an object having substantially the same size as that of 22 is present is 20 kHz or more, and the relative displacement between the object and the fixed portion 22 is the resonance frequency. It is possible to 0.5μm or more substantive application voltage 30V at less than 1/4 the frequency.
[0171]
As a result, the pair of thin plate portions 16a and 16b can be greatly displaced, and the displacement operation of the piezoelectric / electrostrictive device 10B, particularly the pair of thin plate portions 16a and 16b, can be speeded up (high resonance frequency). be able to.
[0172]
Further, in the piezoelectric / electrostrictive device 10B according to the second embodiment, a minute displacement of the piezoelectric / electrostrictive element 24 is amplified to a large displacement operation using the bending of the thin plate portions 16a and 16b. Since it is transmitted to the movable part 20, the movable part 20 can be largely displaced with respect to the major axis m (see FIG. 14) of the piezoelectric / electrostrictive device 10B.
[0173]
In addition, in the piezoelectric / electrostrictive device 10B according to the second embodiment, it is not necessary to make all parts of the piezoelectric / electrostrictive material which is a fragile and relatively heavy material, so that the mechanical strength is high. It has the advantages that it has excellent handling properties, impact resistance and moisture resistance, and is hardly affected by harmful vibrations (for example, residual vibration and noise vibration during high-speed operation).
[0174]
Further, as shown in FIG. 24, since the tip ends of the pair of thin plate portions 16a and 16b are open ends, when attaching various members and parts to the piezoelectric / electrostrictive device 10B, the pair of thin plate portions 16a. 16b can be used, and a member or a part can be sandwiched between these tips and attached. In this case, the mounting area of the member or component can be increased, and the mounting property of the component can be improved. Moreover, since the members and components to be attached are included in the pair of thin plate portions 16a and 16b, the size of the piezoelectric / electrostrictive device in the Y direction after the members and components are attached can be reduced. This is advantageous in downsizing.
[0175]
Of course, as shown in FIG. 25, when the movable part 20 is fixed between the respective tip parts of the pair of thin plate parts 16a and 16b, various members and components are attached to one main surface of the movable part 20 with, for example, an adhesive. It will be fixed via.
[0176]
In the second embodiment, the multilayer body constituting the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 has a rear end 209 at a position where the front end 208 of the multilayer body does not include at least the fixing portion 22 in plan view. However, the end portion 28a of the electrode 28 is a position including at least the fixing portion 22 in a plane, and the end portion 30a of the electrode 30 is planarly including the fixing portion 22 in a plane. It is made to form in the position which does not contain.
[0177]
For example, when the end portions of the pair of electrodes 28 and 30 are formed at positions included in the movable portion 20, the displacement operation of the pair of thin plate portions 16 a and 16 b is limited by the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24, resulting in a large displacement. However, in the second embodiment, since the positional relationship is as described above, the disadvantage that the displacement operation of the movable portion 20 is restricted is avoided, and the pair of thin plate portions 16a and 16 The amount of displacement of 16b can be increased.
[0178]
Next, a preferred configuration example of the piezoelectric / electrostrictive device 10B according to the second embodiment will be described. Since a preferred configuration example is almost the same as the piezoelectric / electrostrictive device 10A according to the first embodiment described above, a preferred configuration example specific to the piezoelectric / electrostrictive device 10B according to the second embodiment. Only explained.
[0179]
First, in the piezoelectric / electrostrictive device 10B according to the second embodiment, when the shape of the piezoelectric / electrostrictive device 10B is not a plate shape as in the prior art, and the movable part 20 is provided, the movable part 20 The fixed portion 22 has a rectangular parallelepiped shape, and a pair of thin plate portions 16a and 16b are provided so that the side surfaces of the movable portion 20 and the fixed portion 22 are continuous. / The rigidity of the electrostrictive device 10B in the Y-axis direction can be selectively increased.
[0180]
That is, in this piezoelectric / electrostrictive device 10B, only the operation of the movable portion 20 in the plane (in the XZ plane) can be selectively generated, and the operations in the YZ plane of the pair of thin plate portions 16a and 16b (so-called so-called) (Operation in the turning direction) can be suppressed.
[0181]
The thin plate portions 16a and 16b are desirably made of metal, and the fixed portion 22 and the movable portion 20 may be made of different materials, but are more preferably made of metal. The thin plate portions 16 a and 16 b and the fixed portion 22, and the thin plate portions 16 a and 16 b and the movable portion 20 may be bonded with organic resin, brazing material, solder, or the like, but an integrated structure in which diffusion bonding or welding is performed between metals. More preferred. Furthermore, the use of cold-rolled metal is more desirable because of its high strength because there are many dislocations.
[0182]
In the second embodiment, since the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is formed only on one thin plate portion 16a, as shown in FIG. 30, a pair of thin plate portions 16a and 16b are respectively provided. It can be manufactured at a lower cost compared to the multilayer piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b (modified example). Further, in the second embodiment, when the movable portion 20 is fixed, the thin plate portion 16a on which the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 is formed is directly displaced and interlocked therewith. Therefore, since the thin thin plate portion 16b where the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 is not formed is displaced, it can be displaced more greatly.
[0183]
The formation of the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 on the thin plate portion 16a can be realized by bonding the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 to the thin plate portion 16a with an organic resin, a brazing material, solder or the like. However, in the case of bonding at a low temperature, an organic resin is desirable, and in the case of bonding at a high temperature, a brazing material, solder, glass or the like is preferable. However, since the thin plate portion 16a, the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24, and the adhesive 202 generally have different thermal expansion coefficients, the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 does not generate stress due to the difference in thermal expansion coefficient. In order to do so, it is desirable that the bonding temperature be low. An organic resin is preferably used because it can be bonded at a temperature of approximately 180 ° C. or lower. More preferably, a room temperature curable adhesive is used. When the thin plate portions 16a and 16b and the piezoelectric / electrostrictive element 24 are fixed after the fixed portion 22 and the movable portion 20 are fixed to the thin plate portions 16a and 16b or simultaneously, the fixed portion 22 or the movable portion 20 is fixed. If it is an open type structure, the distortion which generate | occur | produces between dissimilar materials can be reduced effectively.
[0184]
In order to prevent thermal stress from being applied to the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24, the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 and the thin plate portion 16a are bonded with an organic resin, and the thin plate portions 16a and 16b are fixed to the fixing portion. It is preferable that fixing of 22 and the movable part 20 is made into another process.
[0185]
Further, as shown in FIG. 31, when a part of the piezoelectric / electrostrictive element 24 is located on the fixed portion 22, the boundary portion between the movable portion 20 and the fixed portion 22 in the pair of thin plate portions 16 a and 16 b. La is the shortest distance between the portions, and the distance from the boundary portion between the movable portion 20 and the thin plate portion 16a to any one of the ends 28a or 30a of the pair of electrodes 28 and 30 of the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24. Among these, when Lb is the shortest distance, (1-Lb / La) is preferably 0.4 or more, and more preferably 0.5 to 0.8. If it is 0.4 or less, the displacement cannot be increased. In the case of 0.5 to 0.8, it is easy to achieve both the displacement and the resonance frequency. In this case, a structure in which the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is formed only on one thin plate portion 16a is more preferable. Is suitable. The same applies to the case where a part of the piezoelectric / electrostrictive element 24 is located on the movable portion 20.
[0186]
The total thickness of the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 is preferably 40 μm or more. If the thickness is less than 40 μm, it is difficult to bond the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 to the thin plate portion 16a. The total thickness is preferably 180 μm or less. If it exceeds 180 μm, it is difficult to reduce the size of the piezoelectric / electrostrictive device 10B.
[0187]
Of the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24, when a metal such as a brazing material or a solder layer is used as the adhesive 202, the portion in contact with the thin plate portion 16 a has a wettability relationship as shown in FIGS. 28 and 29. It is preferable that an electrode film exists in the lowest layer. 28 and 29 show a state in which an electrode film constituting the other electrode 30 is arranged.
[0188]
When the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 shown in FIGS. 26 and 28 is bonded to the thin plate portion 16a via a metal layer such as a brazing material or a solder layer, the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is laminated as shown in FIGS. Of the lower surface of the piezoelectric / electrostrictive element 24, it is preferable to chamfer the corner where at least one electrode 28 exists. This is to prevent the pair of electrodes 28 and 30 from being short-circuited through the metal layer and the thin plate portion 16a. FIG. 27 shows an example in which two corners where a pair of electrodes 28 and 30 exist are chamfered, and FIG. 29 shows an example in which a corner where one electrode 28 exists is chamfered.
[0189]
Examples of the adhesive 202 for bonding the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 to the thin plate portion 16a and the adhesive 200 for bonding the thin plate portions 16a and 16b to the fixing portion 22 and the like include epoxy, isocyanate type 2 and the like. Liquid-type reactive adhesives, instant adhesives such as cyanoacrylates, hot-melt adhesives such as ethylene-vinyl acetate copolymers may be used. In particular, the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is provided on the thin plate portion 16a. As the adhesive 202 for bonding, an adhesive having a hardness of Shore D of 80 or more is preferable.
[0190]
The adhesive 202 for bonding the thin plate portions 16a and 16b and the piezoelectric / electrostrictive element 24 (24a and 24b) is preferably an organic adhesive containing a filler such as metal or ceramic. In this case, the thickness of the adhesive 202 is desirably 100 μm or less. This is because by containing the filler, the substantial thickness of the resin can be reduced and the hardness of the adhesive can be kept high.
[0191]
The adhesives 200 and 202 may be inorganic adhesives in addition to the organic adhesives described above, and examples of the inorganic adhesives include glass, cement, solder, and brazing material.
[0192]
On the other hand, as long as the shape and material of the thin plate portions 16a and 16b are flexible and have a mechanical strength that is not damaged by bending deformation, a metal is preferably employed. In this case, as described above, a metal material having flexibility and capable of bending deformation, specifically, a metal material having a Young's modulus of 100 GPa or more may be used.
[0193]
Preferably, as the iron-based material, austenitic stainless steel such as SUS301, SUS304, AISI653, SUH660, ferritic stainless steel such as SUS430, 434, martensitic stainless steel such as SUS410, SUS630, semi-material such as SUS631, AISI632, and the like. It is desirable to use austenitic stainless steel, maraging stainless steel, and various spring steel materials. Non-ferrous materials may be composed of superelastic titanium alloys including titanium-nickel alloys, brass, white copper, aluminum, tungsten, molybdenum, beryllium copper, phosphor bronze, nickel, nickel iron alloys, titanium, and the like. desirable.
[0194]
Next, several manufacturing methods for manufacturing the piezoelectric / electrostrictive device 10B according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
[0195]
In the third manufacturing method, first, as shown in FIG. 32, a rectangular hole 252 having a length of 1 mm and a width of 8 mm is formed in the center of a stainless steel plate 250 having a length of 1.6 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 0.9 mm. Then, a base body 258 having a rectangular annular structure in which support portions 254 and 256 are arranged on both sides of the hole 252 is manufactured.
[0196]
Then, as shown in FIG. 33, a first stainless steel plate 260 having a length of 1.6 mm × width of 10 mm × thickness of 0.05 mm and a second stainless steel plate 262 having a length of 1.6 mm × width of 10 mm × thickness of 0.02 mm ( Prepare (see FIG. 35).
[0197]
Thereafter, as shown in FIG. 33, an adhesive 202 (for example, an epoxy resin adhesive) is formed on the upper surface of the first stainless steel thin plate 260 on the portion where the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is formed by screen printing. To do. Thereafter, as shown in FIG. 34, the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is bonded to the first stainless steel thin plate 260 via the adhesive 202.
[0198]
Thereafter, as shown in FIG. 35, an adhesive 200 (for example, an epoxy resin adhesive) is formed on each support portion 254 and 256 of the base 258 by screen printing.
[0199]
Thereafter, the first stainless steel thin plate 260 on which the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 has already been formed is bonded onto one surface of each of the support portions 254 and 256 via the adhesive 200, and each support portion 254 is bonded. The second stainless steel thin plate 262 is bonded to the other surface of the second stainless steel plate 256 via the adhesive 200, and the first and second stainless steel thin plates 260 and 262 are further pressed in the direction of sandwiching the base 258. A device master 270 shown in FIG. The applied pressure is 0.1 to 10 kgf / cm.2It is.
[0200]
Thereafter, as shown in FIG. 36, the device master 270 is cut at the portion of the cutting line 272 and separated into individual piezoelectric / electrostrictive devices 10B as shown in FIG. This cutting process was performed using a wire saw having a wire diameter of 0.1 mm and an interval of 0.2 mm. By using a wire saw, the width of the piezoelectric / electrostrictive element 24, the width of the thin plate portion 16a, and the widths of the adhesives 200 and 202 can be defined almost the same, although the materials are different from each other.
[0201]
Next, in the fourth manufacturing method, as shown in FIG. 37, a rectangular hole 252 having a length of 1 mm × width of 8 mm is drilled in the center of a stainless steel plate 250 having a length of 1.6 mm × width of 10 mm × thickness of 0.9 mm. Then, a base body 258 having a rectangular annular structure in which support portions 254 and 256 are arranged on both sides of the hole 252 is manufactured.
[0202]
Thereafter, an adhesive 200 (for example, an epoxy resin adhesive) is formed on each support portion 254 and 256 of the base 258 by screen printing.
[0203]
Thereafter, as shown in FIG. 38, the first stainless steel thin plate 260 having a length of 1.6 mm × width of 10 mm × thickness of 0.05 mm is bonded onto one surface of each of the support portions 254 and 256 via the adhesive 200, A second stainless steel plate 262 having a length of 1.6 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 0.02 mm is bonded to the other surface of each of the support portions 254 and 256 with an adhesive 200, and the first and second The stainless steel plates 260 and 262 are pressed in the direction in which the base 258 is sandwiched. The applied pressure is 0.1 to 10 kgf / cm.2It is.
[0204]
Thereafter, an adhesive 202 (for example, an epoxy resin adhesive) is formed by screen printing on a portion of the upper surface of the first stainless steel thin plate 260 where the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is to be formed.
[0205]
Thereafter, as shown in FIG. 40, the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is bonded to the first stainless steel thin plate 260 via the adhesive 202, and the device master 270 is manufactured.
[0206]
Thereafter, as shown in FIG. 36, the device master 270 is cut at the portion of the cutting line 272 and separated into individual piezoelectric / electrostrictive devices 10B as shown in FIG.
[0207]
A part of the piezoelectric / electrostrictive device 10B manufactured by the third and fourth manufacturing methods (for example, the fixing portion 22) is fixed, and a pair of electrodes 28 and 30 of the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 is fixed. When the bias voltage of 15 V and the sine wave voltage of ± 15 V were applied and the displacement of the movable part 20 was measured, it was ± 1.2 μm. Further, the lowest resonance frequency indicating the maximum displacement was measured by sweeping the frequency as a sine wave voltage ± 0.5 V, and it was 50 kHz.
[0208]
In the third and fourth manufacturing methods described above, the base 258 has a rectangular annular structure having a support portion 254 to be the movable portion 20 and a support portion 256 to be the fixed portion 22 later. 41, the hole 252 is widened, and a frame-like portion 254a that supports the first and second stainless steel thin plates 260 and 262 (at least a portion that substantially defines the thickness of the portion where the movable portion 20 intervenes later). And a rectangular annular structure having a support portion 256 to be the fixing portion 22 later.
[0209]
In this case, the base 258 is fixed via the adhesive 200 so as to be sandwiched between the first and second stainless steel thin plates 260 and 262, and a device master 270 similar to that shown in FIG. 36 is manufactured. Further, in FIG. By cutting along the cutting line 272 as shown, for example, as shown in FIG. 44, a piezoelectric / electrostrictive device in which the movable portion 20 does not exist between the tip portions of the thin plate portions 16a and 16b can be manufactured.
[0210]
As another manufacturing method, for example, as shown in FIG. 44, an adhesive 200 and a fixing portion 22 are arranged between the rear end portions of the thin plate portions 16a and 16b, respectively, and as shown by a two-dot chain line, Each of the thin plate portions 16a and 16b is arranged by disposing the adhesive 200, the movable portion 20 and the pressure spacer 310 between the thin plate portions 16a and 16b, respectively, and then pressing from both sides of the thin plate portions 16a and 16b, for example. The fixed portion 22 is fixed between the rear end portions via the adhesive 200, and the movable portion 20 is fixed to the tip portions of the thin plate portions 16a and 16b via the adhesive 200, respectively. In this case, since the pressure spacer 310 is not fixed to the movable portion 20 with an adhesive or the like, it can be easily removed after cutting along the cutting line 272. In addition, in order to adjust thickness (distance between the fixing | fixed part 22 and each thin plate part 16a and 16b) between the fixing | fixed part 22 and each thin-plate part 16a and 16b, 2nd of the thickness substantially the same as the movable part 20 is adjusted. The fixing portions (not shown) may be fixed between the fixing portion 22 and the thin plate portions 16a and 16b on both sides of the fixing portions via an adhesive 200.
[0211]
Next, a fifth manufacturing method different from the third and fourth manufacturing methods described above will be described with reference to FIGS.
[0212]
In the fifth manufacturing method, as in the third and fourth manufacturing methods described above, the device master 270 is formed by bonding the support portions 254 and 256 to the first stainless steel thin plate 260 and the second stainless steel thin plate 262. It can also be applied to the case where the piezoelectric / electrostrictive device 10B is manufactured and then separated into individual piezoelectric / electrostrictive devices 10B. The piezoelectric / electrostrictive elements 24a and 24b are formed on the thin plate portions 16a and 16b. The present invention can also be applied to the case where the piezoelectric / electrostrictive device 10B is manufactured by fixing the formed unit to the fixed portion 22 (and the movable portion 20 as appropriate) separately prepared.
[0213]
In the following description, the support portion 256 and the fixing portion 22 that will later become the fixing portion 22 will be referred to as “fixing portion 22” for convenience, and the first and second stainless steel thin plates 260 and 262 that will become the thin plate portions 16a and 16b later. The thin plate portions 16a and 16b are referred to as “thin plate portions 16a and 16b” for convenience.
[0214]
42, when the thin plate portions 16a and 16b are bonded to the fixing portion 22 via the adhesive 200, when a fluid adhesive is used, a place where the adhesive 200 is formed is defined. Therefore, it is preferable to provide steps 280am and 280bm in the thin plate portions 16a and 16b. Of course, when a highly viscous adhesive is used, it is not necessary to provide such a step. Further, in this example, it is assumed that a fluid adhesive is used when an object (not shown) is bonded between the open ends of the thin plate portions 16a and 16b, and the thin plate portions 16a and 16b are opened. Steps 280an and 280bn are also provided on the opposite surfaces of the ends. The steps 280am and 280an and 280bm and 280bn may be formed by stacking plate-like objects.
[0215]
FIG. 43 shows a case where a highly viscous adhesive is used as the adhesive 200 used for bonding the fixing portion 22 and the thin plate portions 16a and 16b, and at least the portion to which the fixing portion 22 is bonded is as described above. The example which does not provide the level | step differences 280am and 280bm is shown.
[0216]
FIG. 44 shows a case where a highly viscous adhesive is used as the adhesive 200 used for bonding the fixing portion 22 and the thin plate portions 16a and 16b, and has a structure in which the steps 280am and 280bm as described above are not provided. Show. In this example, it is assumed that a highly viscous adhesive is used when an object (not shown) is bonded between the open ends of the thin plate portions 16a and 16b, and the open ends of the thin plate portions 16a and 16b. Steps 280an and 280bn are not provided on the surfaces facing each other.
[0217]
FIG. 45 shows a case where a highly fluid adhesive is used as the adhesive 200 used for bonding the fixing portion 22 and the thin plate portions 16a and 16b. In particular, the adhesive 200 is applied to the thin plate portions 16a and 16b. An example in which protrusions 282am and 282bm are provided for partitioning the formation region is shown. Further, in this example, it is assumed that a fluid adhesive is used when an object (not shown) is bonded between the open ends of the thin plate portions 16a and 16b, and the thin plate portions 16a and 16b are opened. Protrusions 282an and 282bn are also provided on the opposite surfaces of the ends.
[0218]
As shown in FIG. 46, in the example shown in FIG. 42, the size of the fixing portion 22, in particular, the area of the surface facing the step 280 of the thin plate portions 16a and 16b is made larger than the areas of the steps 280am and 280bm. May be. Thereby, for example, in the thin plate portions 16a and 16b, a substantial driving portion (a portion between the steps 280am and 280an and a portion between 280bm and 280bn) can be defined by the steps 280am and 280bm. As shown in FIG. 42, when the area of the surface facing the steps 280am and 280bm of the thin plate portions 16a and 16b in the fixing portion 22 is substantially the same as the areas of the steps 280am and 280bm, the fixing portion 22 and the steps 280am and A variation in size with 280 bm may affect the length of the substantial driving portion. 46 shows an example in which the fixing portion 22 is increased in the direction of the open ends of the thin plate portions 16a and 16b, it may be increased in the direction opposite to the above direction.
[0219]
In FIGS. 42 to 46, the steps 280am, 280bm, 280an and 280bn, the protrusions 282am, 282bm, 282an and 282bn and the thin plate portions 16a and 16b are integrated with each other. Similarly, it may be provided by laminating with an adhesive. In the case of providing them integrally, the thin plate portions 16a and 16b are formed by thinning the plate member by etching, cutting or the like, and at the same time, the steps 280am, 280bm, 280an and 280bn and the protrusions 282am, 282bm, 282an and 282bn are integrated. Can be provided.
[0220]
In the above example, the adhesives 200 and 202 are formed by screen printing. However, other methods such as dipping, dispenser, and transfer can be used.
[0221]
Next, for example, various configurations relating to the adhesive 202 interposed between the thin plate portion 16 a and the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 and the adhesive 200 interposed between the thin plate portions 16 a and 16 b and the fixing portion 22. An example will be described with reference to FIGS. 47 to 52.
[0222]
First, in the first method shown in FIG. 47, a large number of holes 290 are provided in the thin plate portion 16a, and the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is bonded to the portion where the holes 290 are provided via the adhesive 202. Like that. In this case, since the adhesive 202 enters the hole 290, the adhesive area is substantially increased and the thickness of the adhesive 202 can be reduced. The thickness of the adhesive 202 is 5% or less of the total thickness of the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24, and is thick enough to absorb thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the thin plate portion 16a and the adhesive 202. The above is preferable.
[0223]
The diameter of the holes 290 is preferably 5 μm to 100 μm, and the arrangement pattern may be a matrix or a staggered arrangement. Of course, a plurality of holes 290 may be arranged in a line. The arrangement pitch of the holes 290 is preferably 10 μm to 200 μm. Further, a recess (hole) may be used instead of the hole 290. In this case, the hole diameter is preferably 5 μm to 100 μm, and the arrangement pattern may be a matrix or a staggered arrangement. The arrangement pitch of the holes is preferably 10 μm to 200 μm. In particular, in the case of a recess (hole), for example, a rectangular shape may be used, and the opening area may be slightly smaller than the projected area of the piezoelectric / electrostrictive element 24 on the thin plate portion 16a. As a method for forming the hole 290 or the hole in the thin plate portion 16a, for example, etching, laser processing, punching, drilling, electric discharge processing, ultrasonic processing, or the like can be employed.
[0224]
In the second method shown in FIG. 48, the surface 292 of the portion where the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 is formed in the thin plate portion 16a is roughened by blasting, etching or plating. In this case, the lower surface 294 of the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 is also roughened. Thereby, since the adhesion area is substantially increased, the thickness of the adhesive 202 can be reduced.
[0225]
FIG. 48 shows an example in which the surface of the thin plate portion 16a and the lower surface of the piezoelectric / electrostrictive element 24 (surface facing the thin plate portion 16a) are roughened, but the surface having the smaller adhesive force with the adhesive 202 is roughened. For example, even if only the surface of the thin plate portion 16a is roughened, there is a sufficient effect. As the surface roughness, for example, when viewed from the center line average roughness, Ra = 0.1 μm to 5 μm is preferable, and more preferably 0.3 μm to 2 μm.
[0226]
In the third method shown in FIG. 49, the protrusion shape of the adhesive 200, in particular, the protrusion shape of the adhesive 200 to the inner wall 22a of the fixing portion 22 is made to have a curvature 296. In this case, it is preferable that the radius of curvature is 0.05 mm or more and the protruding shape is linear or includes a linear portion. The curvature 296 of the protruding portion of the adhesive 200 is formed by, for example, inserting a cylindrical core material into the space formed by the thin plate portions 16a and 16b and the inner wall 22a of the fixing portion 22 before the adhesive 200 is cured. Can be realized. Actually, it is controlled by the physical properties and the coating amount of the adhesive 200 so that at least the protruding shape does not become convex.
[0227]
Thereby, since the inner wall 22a of the fixing portion 22 and the inner walls of the thin plate portions 16a and 16b are also used as the bonding surfaces, the bonding area can be increased and the bonding strength can be increased. Further, the stress concentration on the joint portion (corner portion) between the inner wall 22a of the fixed portion 22 and the inner walls of the thin plate portions 16a and 16b can be effectively dispersed.
[0228]
The fourth method shown in FIG. 50 is to chamfer the corner portions of the inner wall 22a of the fixed portion 22 to form a tapered surface 298. By appropriately adjusting the chamfering angle and the radius of curvature, the amount of protrusion of the adhesive 200 can be stabilized, local variations in adhesive strength can be suppressed, and the yield can be improved.
[0229]
As a method for chamfering the corner portion, for example, it is preferable to preliminarily grind and polish the portion to be the corner portion of the support portion 256 to form the tapered surface 298 before assembly. Of course, the chamfering may be performed after assembly. In this case, laser processing, ultrasonic processing, sandblasting, etc. are preferably employed.
[0230]
In the fifth method shown in FIG. 51, for example, when the thin plate portions 16a and 16b are manufactured, punching is usually performed. In this case, a flash 300 is generated. The generated flash 300 may be removed before assembly, but may be left as it is. In this case, it is preferable to define the direction of the generated flash 300 in consideration of handling, the bonding direction of each member, the ease of control over the amount of adhesive, and the like. In the example of FIG. 51, a state in which the flash 300 of the thin plate portions 16a and 16b is directed outward is shown.
[0231]
In the sixth method shown in FIG. 52, as described above, the thickness of one thin plate portion 16a is made larger than the thickness of the other thin plate portion 16b. And when using as the actuator part 204, it is preferable to form the lamination type piezoelectric / electrostrictive element 24 on one thin plate part 16a. Even when used as a sensor, the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is preferably formed on one thin plate portion 16a.
[0232]
As another method, for example, when the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is bonded to the thin plate portions 16a and 16b via the adhesive 202, the lower surface of the laminated piezoelectric / electrostrictive element 24 is, for example, ZrO.2A layer may be interposed as an underlayer.
[0233]
Further, when the stainless thin plates 260 and 262 (see FIG. 33, etc.) are used as the thin plate portions 16a and 16b, the longitudinal direction of the thin plate portions 16a and 16b and the cold rolling direction of the stainless thin plates 260 and 262 are substantially matched. It is preferable to make it.
[0234]
Note that the piezoelectric / electrostrictive layer 26 constituting the multilayer piezoelectric / electrostrictive element 24 is preferably laminated by about 3 to 10 layers.
[0235]
According to the piezoelectric / electrostrictive devices 10A and 10B described above, various transducers, various actuators, frequency domain functional parts (filters), transformers, vibrators and resonators for communication and power, resonators, discriminators, etc. In addition to active elements, it can be used as sensor elements for various sensors such as ultrasonic sensors, acceleration sensors, angular velocity sensors, impact sensors, and mass sensors, and in particular, displacement of various precision parts such as optical equipment and precision equipment. It can be suitably used for various actuators used in mechanisms for positioning, positioning and angle adjustment.
[0236]
In addition, the piezoelectric / electrostrictive device and the manufacturing method thereof according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
[0237]
【The invention's effect】
As described above, according to the piezoelectric / electrostrictive device and the manufacturing method thereof according to the present invention, the life of the piezoelectric / electrostrictive device, the handling property, the mounting property of the component to the movable part, or the fixing property of the device are improved. As a result, the movable part can be greatly displaced at a relatively low voltage, and at the same time, the displacement operation of the piezoelectric / electrostrictive device, particularly the movable part, can be speeded up (high resonance frequency). In addition, it is difficult to be affected by harmful vibrations, can respond at high speed, has high mechanical strength, has excellent handling properties, impact resistance, and moisture resistance, as well as accurate vibration of moving parts. A sensor element that can be detected well can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a piezoelectric / electrostrictive device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing a first modification of the piezoelectric / electrostrictive device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a perspective view showing a second modification of the piezoelectric / electrostrictive device according to the first embodiment.
FIG. 4 is a perspective view showing a third modification of the piezoelectric / electrostrictive device according to the first embodiment.
FIG. 5 is a perspective view showing a fourth modification of the piezoelectric / electrostrictive device according to the first embodiment.
FIG. 6 is a perspective view showing a fifth modification of the piezoelectric / electrostrictive device according to the first embodiment.
FIG. 7 is a perspective view showing another example of a piezoelectric / electrostrictive device according to a fifth modification.
FIG. 8 is a perspective view showing a sixth modification of the piezoelectric / electrostrictive device according to the first embodiment.
FIG. 9 is a perspective view showing a seventh modification of the piezoelectric / electrostrictive device according to the first embodiment.
FIG. 10 is a perspective view showing another example of the piezoelectric / electrostrictive element with a part thereof omitted.
FIG. 11 is a perspective view showing another example of the piezoelectric / electrostrictive element with a part thereof omitted.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a case where the piezoelectric / electrostrictive element is not performing a displacement operation in the piezoelectric / electrostrictive device according to the first embodiment.
FIG. 13A is a waveform diagram showing a voltage waveform applied to one piezoelectric / electrostrictive element, and FIG. 13B is a waveform diagram showing a voltage waveform applied to the other piezoelectric / electrostrictive element.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a case where the piezoelectric / electrostrictive element performs a displacement operation in the piezoelectric / electrostrictive device according to the first embodiment.
FIG. 15 is a perspective view showing a case where the other piezoelectric / electrostrictive device is fixed to a movable part of one piezoelectric / electrostrictive device.
FIG. 16A is an explanatory diagram showing a necessary process of laminating ceramic green sheets in the first manufacturing method, and FIG. 16B is an explanatory diagram showing a state in which a ceramic green laminate is formed.
FIG. 17A is an explanatory view showing a state in which the ceramic green laminate is fired to form a ceramic laminate, and FIG. It is explanatory drawing which shows the state adhere | attached on the surface.
18 is an explanatory view showing a state in which a hybrid laminate is obtained by bonding a metal plate to a ceramic laminate in the first manufacturing method. FIG.
FIG. 19 is an explanatory view showing a state where the hybrid laminate is cut along a predetermined cutting line to produce a piezoelectric / electrostrictive device according to a first modification.
FIG. 20A is an explanatory diagram showing a necessary process of laminating ceramic green sheets in the second manufacturing method, and FIG. 20B is an explanatory diagram showing a ceramic green laminate.
FIG. 21A is an explanatory view showing a state in which a ceramic green laminate is fired to form a ceramic laminate, and a hole is filled with a filler, and FIG. It is explanatory drawing which shows the state which adhere | attached on the laminated body and was set as the hybrid laminated body.
FIG. 22 is an explanatory view showing a state in which a piezoelectric / electrostrictive element configured as a separate body is bonded to the surface of a metal plate of a hybrid laminate.
FIG. 23 is an explanatory view showing a state in which a hybrid laminate is cut along a predetermined cutting line to produce a piezoelectric / electrostrictive device according to a first modification.
FIG. 24 is a perspective view showing a configuration of a piezoelectric / electrostrictive device according to a second embodiment.
FIG. 25 is a perspective view showing another configuration of the piezoelectric / electrostrictive device according to the second embodiment.
FIG. 26 is an enlarged view showing a configuration example of a multilayer piezoelectric / electrostrictive element.
27 is an enlarged view showing a preferred configuration example of the multilayer piezoelectric / electrostrictive element shown in FIG. 26. FIG.
FIG. 28 is an enlarged view showing another configuration example of the multilayer piezoelectric / electrostrictive element.
29 is an enlarged view showing a preferred configuration example of the multilayer piezoelectric / electrostrictive element shown in FIG. 28. FIG.
30 is a perspective view showing still another configuration of the piezoelectric / electrostrictive device according to the second embodiment. FIG.
FIG. 31 is an explanatory diagram showing a preferable dimensional relationship of the piezoelectric / electrostrictive device according to the second embodiment.
FIG. 32 is an explanatory view showing a state in which a rectangular hole-shaped base is manufactured by drilling a rectangular hole in the center of a stainless steel plate in the third manufacturing method.
FIG. 33 is an explanatory view showing a state in which an adhesive is formed on the first stainless steel sheet.
FIG. 34 is an explanatory view showing a state in which a laminated piezoelectric / electrostrictive element is bonded to a first stainless steel plate via an adhesive.
FIG. 35 is an explanatory diagram showing a state in which the first and second stainless steel thin plates are bonded to the base via an adhesive.
FIG. 36 is an explanatory diagram showing a state in which the fabricated device master is cut.
FIG. 37 shows a fourth manufacturing method in which a rectangular hole is formed in a central portion of a stainless steel plate to form a rectangular ring-shaped substrate, and the first and first substrates are bonded to the substrate via an adhesive. It is explanatory drawing which shows the state which adhere | attaches 2 stainless steel thin plates.
FIG. 38 is an explanatory view showing a state in which the first and second stainless steel thin plates are bonded to the base via an adhesive.
FIG. 39 is an explanatory view showing a state in which an adhesive is formed on the first stainless steel sheet.
FIG. 40 is an explanatory view showing a state in which the laminated piezoelectric / electrostrictive element is bonded to the first stainless steel plate via an adhesive.
FIG. 41 is an explanatory view showing a state in which the first and second stainless steel thin plates are bonded to the base of another example via an adhesive.
FIG. 42 is an explanatory diagram showing an example in which a step is provided in at least a portion to which the fixing portion is bonded among the thin plate portions in the fifth manufacturing method.
FIG. 43 is an explanatory diagram showing an example in which no step is provided in at least a portion of the thin plate portions to which the fixing portion is bonded in the fifth manufacturing method.
FIG. 44 is an explanatory diagram showing an example in which no step is provided in each thin plate portion in the fifth manufacturing method.
45 is an explanatory view showing an example in which, in the fifth manufacturing method, a protrusion for forming an adhesive section is provided in a portion of each thin plate portion to which a fixing portion is bonded. FIG.
FIG. 46 is an explanatory diagram showing an example in which a fixing portion is enlarged in the fifth manufacturing method.
FIG. 47 is an explanatory diagram showing a first method (providing a hole in a thin plate portion).
FIG. 48 is an explanatory diagram showing a second method (thinning the surface of the thin plate portion and the piezoelectric / electrostrictive element).
FIG. 49 is an explanatory diagram showing a third method (providing curvature at the protruding portion of the adhesive);
FIG. 50 is an explanatory diagram showing a fourth method (chamfering corner portions of the fixing portion).
FIG. 51 is an explanatory diagram showing a fifth technique (turning the beam outward);
FIG. 52 is an explanatory diagram showing a sixth technique (changing the thickness of the thin plate portion).
FIG. 53 is a block diagram showing a piezoelectric / electrostrictive device according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
10A, 10Aa to 10Ag, 10B ... Piezoelectric / electrostrictive device
12 ... holes 16a, 16b ... thin plate portions
24 ... Piezoelectric / electrostrictive element 152A, 152B ... Metal plate
200, 202 ... Adhesive 204 ... Actuator
208 ... tip of multilayer body 258 ... substrate
270 ... Device master
280am, 280bm, 280an, 280bn ... step
282am, 282bm, 282an, 282bn ... projection

Claims (31)

矩形体である固定部と、前記固定部の対向する一対の側面にそれぞれ固着された相対向する一対の矩形板状の薄板部と、一対の前記薄板部の互いに対向する一対の面にそれぞれ固着された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、
前記一対の薄板部がそれぞれ金属製であり、
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することを特徴とする圧電／電歪デバイス。 Fixed to a fixed portion that is a rectangular body, a pair of opposing rectangular plate-like thin plate portions fixed to a pair of opposing side surfaces of the fixed portion, and a pair of opposed surfaces of the pair of thin plate portions, respectively A pair of opposed movable parts,
Of the pair of thin plate sections, a piezoelectric / electrostrictive device pressure electric / electrostrictive element on at least one thin portion is formed,
Each of the pair of thin plate portions is made of metal,
Of the one thin plate portion, the piezoelectric / electrostrictive element is formed on a surface opposite to the surface facing the other thin plate portion,
The pair of movable portions, the piezoelectric / electrostrictive device, characterized in that the closed end faces facing each other. 請求項１記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
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。 The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1,
The distance between the end faces of the pair of movable parts is equal to or longer than the length of the side face of the movable part extending toward the fixed part . 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。The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1 ,
The movable part has a cut part,
A piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein a part of the cut portion constitutes the end surfaces facing each other. 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ほぼ同じであることを特徴とする圧電／電歪デバイス。The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1 or 2 ,
The same member as the constituent member of the movable part or a plurality of different members are interposed between the opposing end surfaces,
The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein an area of a surface of the member facing the end face is substantially the same as an area of the end face. 請求項４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。The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 4 .
A piezoelectric / electrostrictive device, wherein at least one of the plurality of members is an organic resin. 請求項４又は５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。The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 4 or 5 ,
A hole is formed by the opposing inner walls of the pair of thin plate portions, the inner wall of the plurality of members facing the fixing portion, and the inner wall of the fixing portion facing the inner walls of the plurality of members ,
A piezoelectric / electrostrictive device, wherein the hole is filled with a gel material. 矩形体である可動部と、前記可動部の対向する一対の側面にそれぞれ固着された相対向する一対の矩形板状の薄板部と、一対の前記薄板部の互いに対向する一対の面にそれぞれ固着された相対向する一対の固定部とを有し、A rectangular movable body, a pair of opposing rectangular plate-like thin plate portions fixed to a pair of opposing side surfaces of the movable portion, and a pair of opposing surfaces of the pair of thin plate portions, respectively. A pair of opposing fixed parts,
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、A piezoelectric / electrostrictive device in which a piezoelectric / electrostrictive element is formed on at least one of the pair of thin plate portions,
前記一対の薄板部はそれぞれ金属製であり、Each of the pair of thin plate portions is made of metal,
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、Of the one thin plate portion, the piezoelectric / electrostrictive element is formed on a surface opposite to the surface facing the other thin plate portion,
前記一対の固定部は、互いに対向する端面を有することを特徴とする圧電／電歪デバイス。The pair of fixing portions have end faces facing each other, and the piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1. 請求項７記載の圧電／電歪デバイスにおいて、The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 7,
前記固定部に切除部を有し、The fixed portion has a cut portion,
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。A piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein a part of the cut portion constitutes the end surfaces facing each other. 請求項７又は８記載の圧電／電歪デバイスにおいて、The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 7 or 8,
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、The same member as the constituent member of the fixed portion or a plurality of different members are interposed between the opposing end surfaces,
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ほぼ同じであることを特徴とする圧電／電歪デバイス。2. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein an area of a surface of the member facing the end face is substantially the same as an area of the end face. 請求項９記載の圧電／電歪デバイスにおいて、The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 9,
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。A piezoelectric / electrostrictive device, wherein at least one of the plurality of members is an organic resin. 請求項９又は１０記載の圧電／電歪デバイスにおいて、The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 9 or 10,
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、A hole is formed by the opposing inner walls of the pair of thin plate portions, the inner wall of the plurality of members facing the movable portion, and the inner wall of the movable portion facing the inner walls of the plurality of members,
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。A piezoelectric / electrostrictive device, wherein the hole is filled with a gel material. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
前記可動部と前記固定部は、セラミックグリーン積層体を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。The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of claims 1 to 11,
The piezoelectric / electrostrictive device is characterized in that the movable portion and the fixed portion are formed of a ceramic base body which is formed by firing a ceramic green laminate and further cutting away unnecessary portions. 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、
前記圧電／電歪素子は膜状であって、前記薄板部に接着剤を介して固着されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of claims 1 to 12 ,
2. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein the piezoelectric / electrostrictive element has a film shape and is fixed to the thin plate portion with an adhesive. 請求項１３記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
前記接着剤が有機樹脂からなることを特徴とする圧電／電歪デバイス。The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 13 ,
The piezoelectric / electrostrictive device, wherein the adhesive is made of an organic resin. 請求項１３記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
前記接着剤がガラス、ロウ材又は半田からなることを特徴とする圧電／電歪デバイス。The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 13 ,
A piezoelectric / electrostrictive device, wherein the adhesive is made of glass, brazing material or solder. 請求項１３〜１５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。The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of claims 13 to 15 ,
The piezoelectric / electrostrictive element is
A piezoelectric / electrostrictive device comprising a piezoelectric / electrostrictive layer and a pair of electrodes formed on the piezoelectric / electrostrictive layer. 請求項１６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。The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 16 ,
The piezoelectric / electrostrictive element is
A piezoelectric / electrostrictive device, wherein the piezoelectric / electrostrictive layer and a plurality of the pair of electrodes are formed in a laminated form. 請求項１〜１７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。The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of claims 1 to 17 ,
A piezoelectric / electrostrictive device, wherein a gap is formed between the end faces facing each other. 請求項１〜１８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。The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of claims 1 to 18 ,
A piezoelectric / electrostrictive device having a structure in which internal residual stress generated in the thin plate portion and / or the piezoelectric / electrostrictive element at the time of manufacture is released by forming the end faces facing each other. . 矩形体である固定部と、前記固定部の対向する一対の側面にそれぞれ固着された相対向する一対の矩形板状の薄板部と、一対の前記薄板部の互いに対向する一対の面にそれぞれ固着された相対向する一対の可動部とを有し、
前記一対の薄板部がそれぞれ金属製であり、
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／電歪デバイスの製造方法であって、
第１の基体に、後に薄板部となる金属板を固着して第２の基体を作製する工程と、
前記第２の基体に対する少なくとも１回の切除処理によって、互いに対向する端面を有する前記可動部を形成する工程と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。 Fixed to a fixed portion that is a rectangular body, a pair of opposing rectangular plate-like thin plate portions fixed to a pair of opposing side surfaces of the fixed portion, and a pair of opposed surfaces of the pair of thin plate portions, respectively A pair of opposed movable parts,
Each of the pair of thin plate portions is made of metal,
Wherein the pair of thin plate portions, a manufacturing method of a piezoelectric / electrostrictive device pressure electric / electrostrictive element on at least one thin portion is formed,
The first substrate, Engineering and as you produce a second substrate by fixing a metal plate with a thin plate portion after,
By at least one ablation process, manufacturing method of the piezoelectric / electrostrictive device and having a degree Engineering you forming the movable portion to have a mutually facing end surfaces with respect to the second substrate. 請求項２０記載の圧電／電歪デバイスの製造方法において、
前記第１の基体がセラミック積層体にて構成されるものであって、
少なくとも窓部を有する１以上のセラミックグリーンシートを積層焼成して、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に後に前記薄板部となる金属板を接着剤を介して固着してハイブリッド積層体を作製するハイブリッド積層体作製工程とを有し、
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を焼成して、前記セラミック積層体を作製することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。The method of manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device according to claim 20 ,
The first base is composed of a ceramic laminate,
Laminating and firing at least one ceramic green sheet having at least a window portion to produce a ceramic laminate,
Said thin plate portion and formed of a metal plate and fixed with an adhesive have a hybrid laminate manufacturing step of manufacturing a hybrid laminate after the ceramic laminate,
The ceramic laminate manufacturing process includes:
A method of manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device , comprising firing a plurality of ceramic green sheets having a window portion for forming the movable portion having at least end surfaces facing each other to produce the ceramic laminate . 矩形体である可動部と、前記可動部の対向する一対の側面にそれぞれ固着された相対向する一対の矩形板状の薄板部と、一対の前記薄板部の互いに対向する一対の面にそれぞれ固着された相対向する一対の可動部とを有し、A rectangular movable body, a pair of opposing rectangular plate-like thin plate portions fixed to a pair of opposing side surfaces of the movable portion, and a pair of opposing surfaces of the pair of thin plate portions, respectively. A pair of opposed movable parts,
前記一対の薄板部がそれぞれ金属製であり、Each of the pair of thin plate portions is made of metal,
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／電歪デバイスの製造方法であって、A method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device in which a piezoelectric / electrostrictive element is formed on at least one of the pair of thin plate portions,
第１の基体に、後に薄板部となる金属板を固着して第２の基体を作製する工程と、A step of producing a second substrate by fixing a metal plate, which will later become a thin plate portion, to the first substrate;
前記第２の基体に対する少なくとも１回の切除処理によって、互いに対向する端面を有する前記固定部を形成する工程と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。Forming the fixing portion having end faces facing each other by at least one excision process on the second substrate. A method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device, comprising: 請求項２２記載の圧電／電歪デバイスの製造方法において、The method of manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device according to claim 22,
前記第１の基体がセラミック積層体にて構成されるものであって、The first base is composed of a ceramic laminate,
少なくとも窓部を有する１以上のセラミックグリーンシートを積層焼成して、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、Laminating and firing at least one ceramic green sheet having at least a window portion to produce a ceramic laminate,
前記セラミック積層体に後に前記薄板部となる金属板を接着剤を介して固着してハイブリッド積層体を作製するハイブリッド積層体作製工程とを有し、A hybrid laminate production step of producing a hybrid laminate by fixing a metal plate to be the thin plate portion later to the ceramic laminate via an adhesive,
前記セラミック積層体作製工程は、The ceramic laminate manufacturing process includes:
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を焼成して、前記セラミック積層体を作製することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。A method of manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device, comprising firing a plurality of ceramic green sheets having a window portion for forming the fixing portion having at least end faces facing each other to produce the ceramic laminate. 請求項２０〜２３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、
後に薄板部となる前記金属板の外表面に前記圧電／電歪素子を接着剤を介して固着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。In the manufacturing method of the piezoelectric / electrostrictive device according to any one of claims 20 to 23 ,
A method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device, comprising a step of fixing the piezoelectric / electrostrictive element to an outer surface of the metal plate to be a thin plate portion later with an adhesive. 請求項２４記載の圧電／電歪デバイスの製造方法において、
前記第１の基体に、後に前記薄板部となる前記金属板を固着する前に、予め前記金属板の外表面に前記圧電／電歪素子を固着しておくことを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。The method of manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device according to claim 24 ,
The piezoelectric / electrostrictive element is fixed to the outer surface of the metal plate in advance before the metal plate to be the thin plate portion is fixed to the first substrate. Device manufacturing method. 請求項２４又は２５記載の圧電／電歪デバイスの製造方法において、
前記接着剤として、有機樹脂からなる接着剤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。In the manufacturing method of the piezoelectric / electrostrictive device according to claim 24 or 25 ,
A method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device, wherein an adhesive made of an organic resin is used as the adhesive. 請求項２４又は２５記載の圧電／電歪デバイスの製造方法において、
前記接着剤として、ガラス、ロウ材又は半田からなる接着剤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。In the manufacturing method of the piezoelectric / electrostrictive device according to claim 24 or 25 ,
A method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device, wherein an adhesive made of glass, brazing material or solder is used as the adhesive. 請求項２０又は２２記載の圧電／電歪デバイスの製造方法において、
前記第１の基体が金属にて構成されるものであって、
少なくとも窓部を有する１以上の金属シートを積層して前記第１の基体を作製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。The method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device according to claim 20 or 22 ,
The first substrate is made of metal,
A method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device, comprising: a step of manufacturing the first substrate by laminating at least one metal sheet having at least a window portion. 請求項２０又は２２記載の圧電／電歪デバイスの製造方法において、
前記第１の基体がバルクの金属部材にて構成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。The method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device according to claim 20 or 22 ,
The method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device, wherein the first base is made of a bulk metal member. 請求項２０〜２９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有することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。The method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device according to any one of claims 20 to 29 ,
A method of manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device, comprising a step of interposing a plurality of members different from the constituent members of the movable portion or the fixed portion between the end faces facing each other. 請求項３０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。The method of manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device according to claim 30 ,
A method of manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device, wherein an organic resin is used as at least one member among the plurality of members.
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