JP2000162518A - 圧電／電歪デバイス - Google Patents

圧電／電歪デバイス

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JP2000162518A JP11059501A JP5950199A JP2000162518A JP 2000162518 A JP2000162518 A JP 2000162518A JP 11059501 A JP11059501 A JP 11059501A JP 5950199 A JP5950199 A JP 5950199A JP 2000162518 A JP2000162518 A JP 2000162518A
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Yukihisa Takeuchi
幸久 武内
Kosei Onishi
孝生 大西
Koji Kimura
浩二 木村
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 メカニカルな光スイッチ、光シャッター等の
光量等の制御に好適に用いられる小型で生産性が高く、
しかも高速駆動が可能な圧電／電歪デバイスを提供す
る。 【解決手段】 圧電／電歪デバイス５１の構造を、連結
板２が基板５に接合され、圧電素子４の配設された振動
板３が、連結板２と基板５の接合方向に垂直な方向にお
いて連結板２と基板５との間に跨設若しくは嵌合された
構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、メカニカルな光
スイッチ、光シャッター等の光量等の制御に用いられる
小型で生産性が高く、しかも高速駆動が可能な圧電／電
歪デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】 近年、光ファイバーケーブル等を用い
た光通信環境の整備が進み、データ、情報転送の大容量
化並びに高速化が図られてきている。このような光情報
伝達において、光のＯＮ／ＯＦＦを行う機械的なスイッ
チ或いはシャッター機構としては、従来からモータと、
スリットを形成した回転板とからなるチョッパーが知ら
れており、構造が簡単であることから、これまで長い間
にわたり、一般的に用いられている。
【０００３】 しかしながら、このようなチョッパー
は、大型で消費電力が大きく、信頼性に劣ることから、
それに代わり得るチョッパーとして、「Ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ５ｔｈ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏ
ｎ Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｋ
ｙｏｔｏ １９８５；Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｖｏ
ｌ．２４（１９８５） Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ２４−
３，ｐｐ１８１−１８３」には、圧電バイモルフ振動子
（以下「バイモルフ素子」という。）と、スリットを形
成した板（スリット板）とを組み合わせ、バイモルフ素
子の曲げ変位を直接に利用したチョッパーが開示されて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、前述
したバイモルフ素子の曲げ変位を直接利用したチョッパ
ーにあっては、スリット板の動きが、バイモルフ素子の
センサ取り付け部（固定端）を中心とした円弧状変位と
なるため、スリットの動きと光の通過量との間にリニア
リティをもたせた光強度の変調を行おうとした場合に
は、必然的にスリット形状を、バイモルフ素子の曲げ変
位の軌跡を考慮した略扇形の形状とせざるを得ない。一
方、曲げ変位の軌跡を直線状に近づけようとして円弧の
曲率を小さくしようとすると、バイモルフ素子の長手方
向を長く取らなければならなくなる為、構造的に大きく
なるのみならずバイモルフ素子の剛性も低下し、更に低
速での動作に制限されることは必至である。
【０００５】 また、平行光以外の不特定の立体角を有
する光、例えばレンズ等の集光器を通った光等に対する
チョッピングには、不適な構造でもある。更に、バイモ
ルフ素子を用いることで、電磁モータを用いた場合と比
較すると、チョッパー自体の小型化は可能ではあって
も、バイモルフ素子を用いる限りにおいて、加工並びに
取り扱いの制約上、小型化には自ずと限界があり、高速
応答の点や消費電力の点、並びにシム材等と圧電素子と
の貼着部の信頼性の点でも課題を残すものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】 本発明は上述した従来
技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的と
するところは、小型で高速駆動特性に優れ、また生産性
の高い、光シャッター等の光量制御に用いられる種々の
圧電／電歪デバイスを提供することにある。即ち、本発
明によれば、第１の圧電／電歪デバイスとして、連結板
が基板に接合され、少なくとも一方の平板面の少なくと
も一部に圧電素子が配設された振動板が、当該連結板と
当該基板の接合方向に垂直な方向において、当該連結板
と当該基板との間に跨設され、若しくは当該連結板と当
該基板によって形成される凹部に嵌合されてなることを
特徴とする圧電／電歪デバイス、が提供される。ここ
で、連結板に遮蔽板を接合することも好ましい。
【０００７】 また本発明によれば、第２の圧電／電歪
デバイスとして、遮蔽板が連結板を介して基板と接合さ
れ、少なくとも一方の平板面の少なくとも一部に圧電素
子が配設された振動板が、当該連結板と当該基板の接合
方向に垂直な方向において、当該連結板と当該基板との
間に跨設され、若しくは当該連結板と当該基板によって
形成される凹部に嵌合されてなる圧電／電歪デバイスユ
ニットを、複数個用いてなる圧電／電歪デバイスであっ
て、複数の当該遮蔽板を、互いの平板面が対向するよう
に、かつ、当該遮蔽板の厚み方向視野において、当該圧
電素子の駆動状態によって、当該遮蔽板どうしの重なり
具合が変わるように配設してなることを特徴とする圧電
／電歪デバイス、が提供される。
【０００８】 更に本発明によれば、第３の圧電／電歪
デバイスとして、スリットの形成された遮蔽板が連結板
を介して基板と接合され、少なくとも一方の平板面の少
なくとも一部に圧電素子が配設された振動板が、当該連
結板と当該基板の接合方向に垂直な方向において、当該
連結板と当該基板との間に跨設され、若しくは当該連結
板と当該基板によって形成される凹部に嵌合されてなる
圧電／電歪デバイスユニットを、複数個用いてなる圧電
／電歪デバイスであって、複数の当該遮蔽板を、互いの
平板面が対向するように、かつ、当該遮蔽板の厚み方向
視野において、当該圧電素子の駆動状態によって、当該
スリットの重なり具合が変わるように配設してなること
を特徴とする圧電／電歪デバイス、が提供される。
【０００９】 この第３の圧電／電歪デバイスにおいて
は、圧電素子を駆動していない状態では、スリットどう
しが遮蔽板の厚み方向視野において、重なることなく閉
口した状態にあり、圧電素子の駆動信号によって、スリ
ットの一部ないしは全部が重なり、開口状態となるよう
に駆動することが好ましい。また、圧電素子を駆動して
いない状態では、スリットどうしが遮蔽板の厚み方向視
野において、重なった開口状態にあり、圧電素子の駆動
信号によって、スリットどうしの重なりの程度が減少す
るように駆動する方法も好適に採用される。
【００１０】 ここで、上述した第１〜第３の圧電／電
歪デバイスにおいては、振動板と、少なくとも一方の平
板面の少なくとも一部に圧電素子を配設した別の振動板
若しくは切り込みの形成された別の振動板により、連結
板を挟持した構造とすること、即ち、２枚の振動板を配
設した構造とすることも好ましい。また、第１〜第３の
圧電／電歪デバイスにおいて好適に用いられる変位モー
ドとしては、連結板若しくは遮蔽板が、連結板と基板と
の接合面を固定面とし、固定面の中心を垂直に貫通する
軸を中心として、連結板若しくは遮蔽板の平板面に平行
かつこの軸に垂直な方向に振り子状に変位するθモード
変位、又は、θモード変位に連結板若しくは遮蔽板の平
板面に垂直な方向の揺れが加わって振り子状に変位する
φモード変位、が挙げられる。
【００１１】 続いて本発明によれば、第４の圧電／電
歪デバイスとして、基板に形成された凹部底面に接合さ
れた連結板に、スリットの形成された遮蔽板が接合さ
れ、当該連結板が、少なくとも一方の平板面の少なくと
も一部に圧電素子を配設した振動板２枚によって挟持さ
れ、当該振動板が少なくとも当該振動板が当該連結板を
挟持する方向において当該凹部の側面と接合されてなる
圧電／電歪デバイスユニットを用いてなる圧電／電歪デ
バイスであって、スリットを形成した別の遮蔽板を配設
し、若しくは当該圧電／電歪デバイスユニットを複数個
用いて、複数の遮蔽板を、互いの平板面が対向するよう
に、かつ、当該遮蔽板の厚み方向視野において、当該圧
電素子の駆動状態によって、当該スリットの重なり具合
が変わるように配設してなることを特徴とする圧電／電
歪デバイス、が提供される。
【００１２】 この第４の圧電／電歪デバイスにおいて
好適に用いられる遮蔽板の変位モードとしては、遮蔽板
が、連結板と基板との接合面を固定面とし、固定面の中
心を垂直に貫通する軸を中心として、遮蔽板の平板面に
平行かつこの軸に垂直な方向に振り子状に変位するθモ
ード変位、又は、θモード変位に遮蔽板の平板面に垂直
な方向の揺れが加わって振り子状に変位するφモード変
位、又は、この軸に垂直かつ遮蔽板の平板面に平行な一
軸方向に変位するνモード変位、或いは、νモード変位
に遮蔽板の平板面に垂直な方向の揺れが加わったνｚモ
ード変位、が挙げられる。
【００１３】 本発明による第５の圧電／電歪デバイス
は、スリットの形成された遮蔽板が２枚の連結板によっ
て挟持され、当該連結板のそれぞれが基板に形成された
対向する凹部の底面に接合され、当該連結板はそれぞ
れ、少なくとも一方の平板面の少なくとも一部に圧電素
子を配設した振動板２枚によって挟持され、当該振動板
は、少なくとも当該基板の凹部の側面と接合されてなる
圧電／電歪デバイスユニットを用いた圧電／電歪デバイ
スであって、スリットを形成した別の遮蔽板を配設し、
若しくは当該圧電／電歪デバイスユニットを複数個用い
て、複数の遮蔽板を、互いの平板面が対向するように、
かつ、当該遮蔽板の厚み方向視野において、当該圧電素
子の駆動状態によって、当該スリットの重なり具合が変
わるように配設してなることを特徴とする圧電／電歪デ
バイス、である。
【００１４】 この第５の圧電／電歪デバイスにおいて
は、圧電／電歪デバイスユニットにおける遮蔽板の変位
モードとして、遮蔽板の面内の変位であって、遮蔽板が
連結板によって挟持される方向と垂直な一軸方向に変位
するモード、即ち、前述したνモード変位が好適に用い
られる。
【００１５】 本発明により提供される第６の圧電／電
歪デバイスは、スリットの形成された遮蔽板が２枚の連
結板によって挟持され、当該連結板のそれぞれが対向す
る基板の側面に接合され、少なくとも一方の平板面の少
なくとも一部に圧電素子を配設した振動板が、当該連結
板と当該基板の接合方向に垂直な方向において、当該連
結板と当該基板との間に跨設され、若しくは当該連結板
と当該基板によって形成される凹部に嵌合されてなる圧
電／電歪デバイスユニットを用いた圧電／電歪デバイス
であって、スリットを形成した別の遮蔽板を配設し、若
しくは当該圧電／電歪デバイスユニットを複数個用い
て、複数の遮蔽板を、互いの平板面が対向するように、
かつ、当該遮蔽板の厚み方向視野において、当該圧電素
子の駆動状態によって、当該スリットの重なり具合が変
わるように配設してなることを特徴とする圧電／電歪デ
バイス、である。
【００１６】 この第６の圧電／電歪デバイスにおいて
は、遮蔽板の変位モードとして、圧電／電歪デバイスユ
ニットにおける遮蔽板が遮蔽板の面内において回転する
面内回転モード変位が好適に用いられる。
【００１７】 上述した第４〜第６の圧電／電歪デバイ
スにおいては、圧電素子を駆動していない状態では、ス
リットどうしが遮蔽板の厚み方向視野において、重なる
ことなく閉口した状態にあり、圧電素子の駆動信号によ
って、スリットの一部ないしは全部が重なり、開口状態
となるように駆動することが好ましい。また、圧電素子
を駆動していない状態では、スリットどうしが遮蔽板の
厚み方向視野において、重なった開口状態にあり、圧電
素子の駆動信号によって、スリットどうしの重なりの程
度が減少するように駆動することも好ましい。
【００１８】 さて、上述した全ての圧電／電歪デバイ
スにおいては、構造上、連結板と振動板並びに基板から
選ばれた少なくとも任意の２つの部材の接合を好ましく
はそれぞれの部材の側面で行い、また、圧電／電歪デバ
イスを構成する各部材のうち、少なくとも連結板と振動
板及び基板を一体的に形成することが好ましい。このよ
うな構造は、少なくとも圧電素子を除くデバイス各部
を、グリーンシート積層法を用いて形成することによ
り、容易に行うことができ、圧電／電歪デバイスの薄型
化、小型軽量化、信頼性の向上が図られる。
【００１９】 圧電素子については、１個の圧電素子を
２分割して一方を駆動素子として用い、他方を補助素子
として用いる方法や、複数の圧電素子を配設した場合
に、少なくとも１個の圧電素子を駆動素子として用い、
少なくとも１個の別の圧電素子を補助素子として用いる
方法が、好適に採用される。また、圧電素子及び圧電素
子の電極に導通する電極リードを、樹脂若しくはガラス
からなる絶縁層により被覆すると、耐湿性を向上させる
ことができ、好ましい。このような樹脂としては、フッ
素樹脂若しくはシリコーン樹脂が好適に用いられる。更
に、絶縁層の表面上に、導電性部材からなるシールド層
を形成すると、電磁ノイズの影響を受け難くなり、誤作
動の防止が図られる。
【００２０】 さて、本発明の圧電／電歪デバイスの基
板、遮蔽板、連結板、振動板は、好ましくは完全安定化
ジルコニアあるいは部分安定化ジルコニアから構成さ
れ、圧電素子における圧電膜には、ジルコン酸鉛、チタ
ン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛からなる成分を主成分
とする材料が好適に用いられる。また、遮蔽板、連結
板、振動板の少なくともいずれかの形状を、レーザ加工
若しくは機械加工によりトリミングして寸法調整する
と、製造が容易であると共に、駆動特性の設定が容易と
なり、好ましい。同様に、圧電素子における電極をレー
ザ加工若しくは機械加工することにより、圧電素子の有
効電極面積を調整することによっても、遮蔽板の変位量
の設定を容易に行うことができるようになる。なお、本
発明において使用する圧電素子、圧電膜の「圧電」に
は、「圧電」及び「電歪」の双方の意味が含まれる。
【００２１】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の圧電／電歪デバ
イス（以下、「デバイス」という。）の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明するが、本発明が以下の実
施の形態に限定されるものでないことはいうまでもな
い。図１は、第１のデバイス５１を示す平面図（ａ）及
び平面図（ａ）中のＸ軸における断面図（ｂ）である。
デバイス５１においては、連結板２が基板５に接合さ
れ、圧電素子４が配設された振動板３が、連結板２と基
板５によって形成される凹部６に嵌合された構造を有し
ている。
【００２２】 ここで、連結板とは、圧電素子の駆動に
よって生ずる振動板の変位ないしは振動を伝達すると共
に、その振動板の変位ないしは振動を拡大する要素をい
うが、後述するデバイス５２〜６２においては、遮蔽板
と基板を連結し、遮蔽板を変位させる役割をも果たす。
つまり、デバイス５１においては、連結板２自体が遮蔽
板の役割をも果たしている。また振動板とは、表面に配
設した圧電素子の歪みを屈曲モードの変位ないしは振動
に変換し、この変位ないしは振動を連結板に伝達する要
素をいう。なお、振動板は、逆に連結板や連結板に接合
された遮蔽板が変位ないしは振動したときに生ずる歪み
を圧電素子に伝達する役割をも果たす。基板とは、可動
部（連結板、振動板、圧電素子、並びに遮蔽板が配設さ
れている場合には遮蔽板を含む。）を保持すると共に、
測定装置へ取り付けるための種々の電極端子を配設し、
実際の使用においてハンドリングに供される要素をい
う。
【００２３】 デバイス５１においては、振動板３は基
板５と２辺で接合された形態を有しているが、連結板２
と基板５の接合方向（Ｙ軸方向）に垂直な方向（Ｘ軸方
向）において、連結板２と基板５との間に跨設された構
造であってもよい。即ち、凹部６の底部において、振動
板３と基板５とが接合されていない形態としてもよい。
いずれの場合であっても、振動板４を配設するために、
基板５には段差を有する部分が形成されていることが必
要とされる。但し、この段差は、図１（ａ）に示される
ように必ずしも直角状に形成されている必要はない。振
動板３は、圧電素子４による歪みを生じやすくするた
め、適度な機械的強度が得られる限りにおいて、薄肉に
形成することが好ましい。
【００２４】 圧電素子４は、デバイス５１では、振動
板４の一方の平板面に形成されているが、両平板面にそ
れぞれ別体で形成されていてもよい。なお、圧電素子４
を構成する電極に導通する電極リードは図１では省略さ
れている。圧電素子４の形態としては、図２に示される
ように、振動板８９上に圧電膜８６を第１電極８５と第
２電極８７とで挟んで層状に形成した圧電素子８８が代
表的であるが、図３に示すような振動板８９上に圧電膜
９０を配し、圧電膜９０上部に第１電極９１と第２電極
９２とが、一定幅の隙間部９３を形成した櫛型構造を有
する圧電素子９４Ａを用いることもできる。ここで、図
３における第１電極９１と第２電極９２は、振動板８９
と圧電膜９０に挟まれる形で形成されていても構わな
い。
【００２５】 更に、図４に示すように、櫛型の第１電
極９１と第２電極９２との間に圧電膜９０を埋設するよ
うにした圧電素子９４Ｂも好適に用いられる。図３及び
図４に示した櫛型電極を有する圧電素子９４Ａ・９４Ｂ
を用いる場合には、櫛形電極におけるピッチＤを小さく
することで、変位を大きくすることが可能となる。この
ような図２〜図４記載の圧電素子８８・９４Ａ・９４Ｂ
は、後述する本発明のデバイス全てに適用することがで
きる。
【００２６】 さて、圧電素子４に電圧を印加すると、
圧電膜には印加電圧に応じた歪みが発生する。この歪み
が振動板３に伝達され、次に連結板２へ伝達されること
により、連結板２に所定の変位が発生する。従って、連
結板２がＹ軸方向に長い場合に、連結板２の先端でより
大きな拡大された変位量を得ることができるが、原理的
にはＹ軸方向の長さに制限はなく、振動板３のＹ軸方向
長さより長ければ、原理的に拡大された変位を得ること
ができる。換言すれば、連結板２のＹ軸方向長さを制御
することにより、変位量の制御を行うことができる。
【００２７】 ここで、連結板２の変位モードとして
は、連結板２が、連結板２と基板５との接合面を固定面
とし、この固定面の中心を垂直に貫通する軸（図１にお
けるＹ軸）を中心として、連結板２の平板面に平行かつ
Ｙ軸に垂直な方向（Ｘ軸方向）に振り子状に変位するθ
モード変位、又は、連結板２の平板面に平行かつＹ軸に
垂直な方向であるＸ軸方向への揺れが、連結板２の平板
面に垂直な方向（Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向であり、以下
「Ｚ軸方向」という。）の揺れを伴いながら振り子状に
変位するφモード変位が好適に用いられる。
【００２８】 θモード変位は、図１に示されるよう
に、Ｚ軸方向から見た場合には、上述の通り、Ｘ−Ｙ平
面内において振り子状に変位するが、Ｙ軸方向から見た
場合には、図５に示されるように、連結板２の端面２Ｆ
は、静止状態においては位置Ｐ１にあり、圧電素子４の
駆動により位置Ｐ２と位置Ｐ３との間の変位として表す
ことができる。一方、φモード変位は、θモード変位に
Ｚ軸方向の成分を加えたものであるので、図５と同様
に、Ｙ軸方向から連結板２の端面２Ｆの動きを観察した
場合には、図６に示すように、Ｚ軸上の点Ｏを回転中心
として、Ｙ軸から遠ざかるにつれてＺ軸方向の成分が大
きくなる円弧運動の軌跡上にある位置Ｐ４と位置Ｐ５の
間の変位として表すことができる。
【００２９】 このような連結板２の変位を利用して、
例えば、Ｚ軸方向に通過する光のＯＮ／ＯＦＦを行うこ
とができる。なお、上述したθモード変位及びφモード
変位は、上述した方向の変位が主であることを意味して
おり、実際の連結板２の変位において、その他の方向の
変位を全く含まない意味ではない。また、連結板２の形
状の設定条件については、後述する。
【００３０】 このようなデバイス５１の駆動機構を考
慮した場合、連結板２、振動板３、基板５の各部材の接
合は各部材の側面において行われ、しかも一体的に形成
されていることが、信頼性の向上の観点から好ましい。
基板５については形状の制限はないが、小型化の観点か
ら、デバイス５１全体の保持等の可能な範囲内におい
て、小さく、かつ薄く形成することが好ましいことは言
うまでもない。後述するグリーンシート積層法を用いれ
ば、容易に一体成形されたデバイス５１を得ることがで
きる。このような構成は、本発明の全てのデバイスに適
用され、後述するデバイス５２〜６１のように遮蔽板を
設けた場合には、遮蔽板と連結板も一体的に形成するこ
とが好ましい。
【００３１】 次に、図７には、デバイス５１の連結板
２の先端に遮蔽板１を配設したデバイス５２を示した。
遮蔽板は、本発明においては主に光等のＯＮ／ＯＦＦを
行う要素をいい、デバイス５１における連結板２による
光等のＯＮ／ＯＦＦ制御を補助し、また、種々の遮蔽機
構を配設する役割を担う。従って、遮蔽板には必要に応
じてスリットや窓が形成され、またスリットや窓には偏
光板を配設することもでき、更に、遮蔽板自体を偏光板
等から形成することも可能である。遮蔽板１は連結板２
の変位に従って変位するため、遮蔽板１自体で光等のＯ
Ｎ／ＯＦＦを行うことができることは言うまでもない。
【００３２】 次に、図８にデバイス５２を２個組み合
わせたデバイス５３の平面図（ａ）及び平面図（ａ）中
のＸ軸における断面図（ｂ）並びに駆動説明図（ｃ）を
示す。ここで、断面図（ｂ）には、遮蔽板１Ａ・１Ｂの
配設位置の一例を点線で示した。デバイス５３は、デバ
イス５２を１個の圧電／電歪デバイスユニット（以下、
「ユニット」という。）として用いたものである。
【００３３】 １個のユニットは、遮蔽板１Ａが連結板
２Ａを介して基板５と接合され、圧電素子４Ａの配設さ
れた振動板３Ａが、連結板２Ａと基板５によって形成さ
れる凹部６Ａに嵌合されて構成されており、別のユニッ
トも遮蔽板１Ｂ、連結板２Ｂ、振動板３Ｂ、圧電素子４
Ｂを有した同様の構成を有する。なお、基板５は両ユニ
ットで共有する構造としているが、別体で構成すること
もできる。
【００３４】 図８（ａ）では、遮蔽板１Ａ・１Ｂは、
平板面が互いに平行となるように、かつ、遮蔽板１Ａ・
１Ｂの厚み方向視野、即ちＺ軸方向（Ｘ軸とＹ軸の両軸
に垂直な軸。以下同様とする。）から見た場合におい
て、一部が重なり合った位置に配置されている。この状
態を静止時として、図８（ｃ）に示すように、遮蔽板１
Ａ・１Ｂの重なり部分の少なくとも一部が開口するよう
に圧電素子４Ａ・４Ｂを同位相で駆動すると、遮蔽板１
Ａ・１Ｂの重なり具合が変化して、例えば、光シャッタ
ーや光絞りとして働き、光のＯＮ／ＯＦＦ制御や光量制
御が行われる。なお、配設するユニットは、２個に限定
されるものでなく、３個以上であってもよい。この場
合、複数の遮蔽板の変位方向を種々に設定することによ
り、重なり部分の開口の程度を変えた光絞り等としても
用いることもできる。
【００３５】 デバイス５１・５２を用いて光等のＯＮ
／ＯＦＦ等を行うには、大きな振幅が必要とされるた
め、デバイスの大型化を免れない。しかし、デバイス５
３では、１枚の遮蔽板を用いた場合と比較すると、同じ
開口幅を得るためには、半分の変位量で足りるために、
小型化が図られ、また高速駆動も容易となる利点があ
る。
【００３６】 ２個のユニットの配設位置は、図８
（ｂ）に示した状態に限定されるものではない。図９
は、２個のユニットを用いた別の形態であるデバイス５
４の平面図であるが、遮蔽板１Ａ・１Ｂの重なり部分が
開口するように遮蔽板１Ａ・１Ｂをそれぞれ変位させる
と、形成される開口部の形状は、デバイス５３の場合に
は略三角形若しくは略台形であったものが、デバイス５
４では略平行四辺形となる。なお、デバイス５３・５４
においては、遮蔽板１Ａ・１Ｂの外周形状、特に遮蔽板
１Ａ・１Ｂが重なりあう部分の辺の形状を種々に変える
等して、開口部の形状を適宜設計することができる。
【００３７】 上述したデバイス５３・５４の駆動例に
ついては、静止時には光等の透過状態がＯＦＦであり、
駆動時には光等の透過状態がＯＮとなるようにした場合
であるが、逆に、遮蔽板１Ａ・１Ｂの駆動時に光等の透
過状態がＯＦＦとなり、静止時に光等の透過状態がＯＮ
となるように設定しても構わない。
【００３８】 次に、図１０には、本発明の別の形態を
示すデバイス５５Ａの平面図（ａ）及び平面図（ａ）中
のＸ軸における断面図（ｂ）、並びに駆動形態を示す説
明図（ｃ）を示す。ここで、断面図（ｂ）中に、遮蔽板
１Ａ・１Ｂの配設位置の例を併記した。デバイス５５Ａ
もまたユニットを２個用いたものであり、１個のユニッ
トは、スリット７Ａの形成された遮蔽板１Ａが、連結板
２Ａを介して基板５と接合され、圧電素子４Ａの配設さ
れた振動板３Ａが連結板２Ａと基板５によって形成され
る凹部６Ａに嵌合されている。別のユニットも、スリッ
ト７Ｂを形成した遮蔽板１Ｂ、連結板２Ｂ、圧電素子４
Ｂの配設された振動板３Ｂにより同様に構成されてい
る。
【００３９】 遮蔽板１Ａ・１Ｂは、それぞれの平板面
が互いに平行となるように配設されており、図１０
（ａ）に示されるように、静止時にはスリット７Ａ・７
Ｂは、互いに遮蔽板１Ａ・１Ｂの厚み方向視野（Ｚ軸方
向）において重なり合った位置に形成され、開口した状
態となっている。従って、静止時には、スリット７Ａ・
７Ｂを通してＺ軸方向に光等が透過する。
【００４０】 そして、図１０（ｃ）に示すように、圧
電素子４Ａ・４Ｂを駆動させて遮蔽板１Ａ・１ＢをＸ軸
方向の異なる向きに変位させると、スリット７Ａ・７Ｂ
どうしの重なり部分の範囲を小さくして、閉口させるこ
とができるようになる。図１０（ｃ）では一部の光等が
透過する状態を示してあるが、スリット７Ａ・７Ｂの形
状や形成位置を変えることにより完全遮蔽を行うことが
できる。また、静止時にはスリット７Ａ・７Ｂどうしが
重ならず、遮蔽板１Ａ・１Ｂの駆動によってスリット７
Ａ・７Ｂどうしが重なり合って開口するような構造とし
てもよい。このような光のスイッチングとスリットの形
成位置並びに遮蔽板の駆動形態は、２枚の遮蔽板を用い
た全てのデバイスに適用される。
【００４１】 ところで、上述したデバイス５１〜５５
においては、連結板が１枚の振動板により、いわば片持
ちされた形態で示されているが、例えば、デバイス５２
を図１１（ａ）に示すデバイス５６のように、振動板３
と、圧電素子４４を配設した別の振動板４３で、連結板
２を挟持した構造とすることもできる。この場合、圧電
素子４・４４を互いに逆位相で駆動すればよい。２枚の
振動板３・４３を配設することにより、Ｚ軸方向の曲げ
変位を抑制して、主にθモードでの変位を容易ならしめ
る効果が得られる。
【００４２】 なお、圧電素子の駆動に関する同位相／
逆位相とは、発生する圧電素子の歪み方向を定めるもの
であり、同位相とは同じ方向の歪みとなるように圧電素
子を駆動することであり、逆位相とは逆方向の歪みとな
るように駆動させるか、若しくは信号を加えずに駆動さ
せないこと、即ち相対的にみて逆向きの歪みとなるよう
に駆動することを意味する。具体的には、前記圧電素子
４・４４の場合、圧電素子４・４４が共に伸長若しくは
収縮の歪みとなる場合を同位相といい、一方が収縮、他
方が伸長の歪みとなる場合を逆位相という。
【００４３】 従って、電界誘起歪みの横効果（ｄ31）
を利用するもの並びに電界誘起歪みの縦効果（ｄ33）を
利用するものを適宜組み合わせて、一群の圧電素子を構
成することが可能である。また、分極操作の必要な圧電
材料で圧電素子を構成すれば、全て同じｄ33若しくはｄ
31を利用するものであっても、駆動時の信号を分極時の
極性と同じ向きとするか逆向きとするかで、位相を制御
することができる。
【００４４】 また、図１１（ｂ）のデバイス５７に示
すように、連結板２を２枚の振動板３・４３で挟持した
場合に、振動板４３には圧電素子を配設せず、Ｙ軸に平
行な方向に、好ましくは複数の切り込み８を形成するこ
とも好ましい。この切り込み８の形成により、振動板４
３の配設による遮蔽板１の変位量の低減を抑制すること
ができるとともに、Ｚ軸方向の曲げ変位を抑制して、主
にθモードでの変位を容易ならしめる効果が得られる。
【００４５】 ところで、前述したデバイス５６におい
ては、圧電素子４を駆動素子として用い、圧電素子４４
を変位検出用等の補助素子として用いることができる。
つまり、圧電素子４を駆動した場合には、連結板２の変
位によって振動板４３が歪み、圧電素子４４に歪み量に
応じた電荷が発生するため、この電荷を検出することに
より、遮蔽板１（連結板２）の変位量を検出することが
できる。これにより、変位量のモニタを容易に行うこと
ができる。
【００４６】 なお、補助素子の機能は変位検出用に限
定されるものではなく、故障診断用素子、変位確認／判
定用素子、駆動補助用素子等に用いることができ、補助
素子の使用により高精度な遮蔽板の駆動が可能となる。
【００４７】 このような遮蔽板の変位量モニタ等は、
図１１（ｃ）に示したデバイス５８のように、デバイス
５２における１個の圧電素子４をＹ軸方向に２分割し
て、圧電素子４Ａ・４Ｂとすることによっても行うこと
ができる。この場合、遮蔽板１に近い側の圧電素子４Ａ
により遮蔽板１の駆動を行い、圧電素子４Ｂで変位量の
検出を行うことができる。
【００４８】 なお、前述したデバイス５１について、
振動板３の両平板面のそれぞれに各１個、計２個の圧電
素子を設けることができる旨を述べたが、その場合に
は、２個の圧電素子を用いた駆動により、変位量や駆動
力の増大を図ることができる。また、２個の圧電素子の
一方を駆動素子として用い、他方を補助素子として用い
ることもでき、更に、これらの圧電素子を分割して用い
ることもできる。このように、１枚の連結板に対して複
数の圧電素子を設けた場合には、駆動素子又は補助素子
としての機能を種々に分担させて用いることができる。
こうした圧電素子の配設・使用方法は、本発明にかかる
全てのデバイスに適用することができる。
【００４９】 次に、図１２に、本発明の別の実施形態
であるデバイス５９Ａの平面図（ａ）及び平面図（ａ）
中のＸ軸における断面図（ｂ）、並びに遮蔽板の変位の
一形態を示す平面図（ｃ）を示す。図１２（ａ）、
（ｂ）から明らかなように、デバイス５９Ａは２個のユ
ニットを組み合わせて形成されており、一方のユニット
は、基板５に形成された凹部６底面に接合された連結板
２Ａに、スリット７Ａの形成された遮蔽板１Ａが接合さ
れ、連結板２Ａが圧電素子４Ａ・４Ｂをそれぞれ配設し
た振動板３Ａ・３Ｂによって挟持され、振動板３Ａ・３
Ｂは連結板２Ａを挟持する方向（Ｘ軸方向）において凹
部６Ａの側面と接合されて形成されている。
【００５０】 別のユニットは、遮蔽板１Ｂ、連結板２
Ｂ、圧電素子４Ｃ・４Ｄがそれぞれ配設された振動板３
Ｃ・３Ｄから構成され、基板５は両ユニットで共用され
ている。
【００５１】 デバイス５９Ａは、振動板３Ａ〜３Ｄを
凹部６の底面とは接合せず、また、連結板２Ａ・２Ｂに
厚みの薄い部分を設けて、それぞれ振動板（３Ａ・３
Ｂ）・（３Ｃ・３Ｄ）で挟持した構造となっている。こ
の場合、連結板２Ａ・２Ｂの厚みの薄い部分の効果によ
り、遮蔽板１Ａ・１Ｂは、平板面内においてＸ軸方向に
平行な一軸方向に変位するνモード変位、若しくはνモ
ード変位にＺ軸方向の成分が加わるνｚモード変位で、
変位し易くなる。なお、νモード変位はθモード変位に
おけるＹ軸方向成分が小さい変位モードであり、また、
νｚモード変位はφモード変位におけるＹ軸方向成分の
小さい変位モードである。
【００５２】 従って、図１２（ａ）の状態を静止時と
仮定すると、静止時はスリット７Ａ・７Ｂどうしが厚み
方向視野において重なり合い、開口した状態となってい
るが、遮蔽板１Ａ・１Ｂを互いにＸ軸方向の異なる向き
に変位させることにより、図１２（ｃ）に示すようにス
リット７Ａ・７Ｂを閉口させることができる。このと
き、遮蔽板１Ａ・１Ｂの変位が一軸的であるので、スリ
ット７Ａ・７Ｂの形状を矩形に近づけることができ、遮
蔽板１Ａ・１Ｂの変位量と透過光量との相関を一次的な
関係に近づけることが可能となる。
【００５３】 なお、デバイス５９Ａにおいては、２個
のユニットの双方を駆動させた例を説明したが、遮蔽板
を駆動できる１個のユニットと、常に静止状態にあって
駆動を行わない遮蔽板を配設してもよい。但し、この場
合は、駆動できる２枚の遮蔽板を用いた場合と比較し
て、駆動する遮蔽板の変位量を大きくとることが必要と
される。
【００５４】 ところで、基板５に形成される凹部６
は、必ずしも底面に対して垂直な側面を有する窪みであ
る必要はない。凹部６における底面と側面とは曲率を有
した角部を有していてもよい。即ち、凹部とは１辺の底
面と２辺の側面を有している部位をいう。例えば、基板
５の外周の一部を四角形状に切り欠くことで凹部が形成
され、また基板内部に四角形状の孔部を設けた場合に
は、４辺の内の３辺を凹部とみなすことができる。な
お、凹部における側面と底面のなす角は、本発明におけ
るデバイスの駆動特性が得られる範囲で傾きを有してい
てもよい。
【００５５】 図１３は、更に別の実施形態を示すデバ
イス６０の平面図を示しており、（ａ）の状態は静止時
の一形態を、（ｂ）の状態は駆動時の一形態をそれぞれ
示している。デバイス６０は、スリット７Ａの形成され
た遮蔽板１Ａが２枚の連結板２Ａ・２Ｂによって挟持さ
れ、連結板２Ａ・２Ｂのそれぞれが基板５Ａ・５Ｂに形
成された対向する凹部６Ａ・６Ｂの底面にそれぞれ接合
され、また、連結板２Ａは圧電素子４Ａ・４Ｂを配設し
た振動板３Ａ・３Ｂの２枚によって挟持され、同様に連
結板２Ｂは圧電素子４Ｃ・４Ｄを配設した振動板３Ｃ・
３Ｄの２枚によって挟持され、振動板３Ａ〜３Ｄは凹部
６Ａ・６Ｂの側面と接合されて構成されるユニットを用
いたものである。
【００５６】 デバイス６０では、このユニットを２個
用い、それぞれのユニットをＺ軸方向に遮蔽板どうしが
平行となるように配設した構造を有している。但し、図
１３（ａ）の平面図においては、ユニットどうしが紙面
に垂直な方向に重なり合う記載となるため、一方のユニ
ットのみの部品番号が記されている。なお、基板５Ａ・
５Ｂは別体である必要はなく、一体的に形成されていて
もよい。
【００５７】 このように遮蔽板１Ａを２枚の連結板２
Ａ・２Ｂで挟持した構造とすることにより、デバイス６
０においては、先に示したデバイス５９Ａに比べて、遮
蔽板１Ａのより純粋なＸ軸方向成分からなるνモード変
位での駆動が可能となる。
【００５８】 図１３（ａ）の状態においては、連結板
２Ｃ・２Ｄによって挟持された他方のユニットにおける
遮蔽板１Ｂは、遮蔽板１Ａ下に隠れており、従って、遮
蔽板１Ａに形成されたスリット７Ａと遮蔽板１Ｂに形成
されたスリット７ＢどうしがＺ軸方向に重なり合ってい
る。従って、スリット７Ａ・７Ｂが開口した状態にある
ため、光等はスリット７Ａ・７ＢをＺ軸方向に透過する
ことができる。
【００５９】 そこで、図１３（ｂ）に示されるよう
に、遮蔽板１Ａ・１Ｂを、Ｘ軸方向の互いに異なる向き
に変位させてスリット７Ａ・７Ｂを閉口させることによ
り、遮蔽を行うことができる。なお、デバイス６０にお
いても、一方のユニットの代わりに、変位を起こすこと
ができない常に静止状態にある遮蔽板を配設してもよ
い。
【００６０】 次に、図１４に本発明の別の実施形態で
あるデバイス６１の平面図を示す。ここで、図１４
（ａ）は静止時の、図１４（ｂ）は駆動時の一形態を示
している。図１４（ａ）に示されるように、デバイス６
１においては、スリット７Ａの形成された遮蔽板１Ａが
２枚の連結板２Ａ・２Ｂによって挟持され、連結板２Ａ
・２Ｂのそれぞれが対向する基板５Ａ・５Ｂの側面９Ａ
・９Ｂに接合され、圧電素子４Ａ・４Ｂをそれぞれ配設
した振動板３Ａ・３Ｂが、基板５Ａ・５Ｂと連結板２Ａ
・２Ｂとの接合方向（Ｙ軸方向）に垂直な方向（Ｘ軸方
向）において、それぞれの連結板２Ａ・２Ｂと基板５Ａ
・５Ｂとの間に跨設されてユニットが形成されている。
なお、基板５Ａ・５Ｂは一体的に形成してもよい。
【００６１】 デバイス６１では、このユニットとは別
に、遮蔽板１Ａと平板面を平行にして、かつＺ軸方向に
スリット７Ａが完全に開口するように、スリット７Ｂを
形成した遮蔽板１Ａと同形状の遮蔽板１Ｂが、連結板２
Ｃ・２Ｄによって挟持されて配設されている。しかし、
ここで連結板２Ｃ・２Ｄには振動板は接合されておら
ず、従って遮蔽板１Ｂは変位を起こさない。
【００６２】 このような構造を有するデバイス６１に
おいて、圧電素子４Ａ・４Ｂを同位相で駆動すると、図
１４（ｂ）に示すように、遮蔽板１Ａには、その面内に
おいて回転する変位が生ずる（このような変位を、「面
内回転モード変位」ということとする）。図１４（ｂ）
では、この回転中心について点対称となるような形状に
スリット７Ａが形成されているので、遮蔽板１Ａの面内
回転変位によって、スリット７Ｂとスリット７Ａの重な
り合う面積が変化し、透過量が制御される。このとき、
例えば、遮蔽板１Ａの面内回転中心と、光軸とを一致さ
せるように光学系を配置すれば、平行光のみならずレン
ズ等の集光器を通過した収束光に対しても、その光量を
効率よく調整でき、光量調整用の絞り機構にも使用する
ことができる。
【００６３】 なお、後述するデバイス６２のように、
デバイス６１において、変位しない遮蔽板１Ｂの代わり
に、遮蔽板１Ａと同様に変位させることができる遮蔽板
を有する別のユニットを配設し、配設された２枚の遮蔽
板を互いに逆向きに面内回転させることも好ましい。
【００６４】 続いて、図１９（ａ）は、前述したデバ
イス５５Ａにおける振動板３Ａ・３Ｂ及び圧電素子４Ａ
・４Ｂを、圧電素子に駆動電圧が印加されていない状態
において、予め振動板側に凸な湾曲形状に形成したデバ
イス５５Ｂの平面図であり、図１９（ｂ）は、平面図中
のＸ軸における断面図である。このように、予め振動板
側に凸な湾曲形状としたデバイスにおいては、圧電素子
４９Ａ・４９Ｂとして、図２に示したｄ31を利用する型
の圧電素子８８を用いることが好ましい。
【００６５】 また、図２０（ａ）は、前述したデバイ
ス５９Ａにおける振動板３Ａ〜３Ｄ及び圧電素子４Ａ〜
４Ｄを、圧電素子に駆動電圧が印加されていない状態に
おいて、予め圧電素子側に凸な湾曲形状に形成したデバ
イス５９Ｂの平面図であり、図２０（ｂ）は、平面図中
のＸ軸における断面図である。予め圧電素子側に凸な湾
曲形状としたデバイスにおいては、図３又は図４に示し
たｄ33を利用する型の圧電素子９４Ａ・９４Ｂを用いる
ことが好ましい。
【００６６】 更に、図２１（ａ）はデバイス６２の平
面図であり、図２１（ｂ）は平面図中のＸ１軸における
断面図である。前述したデバイス６１は、遮蔽板１Ｂは
連結板２Ｃ・２Ｄによって挟持されているのみで、連結
板２Ｃ・２Ｄには振動板が接合されていなかったため、
遮蔽板１Ｂを駆動させることはなかったが、デバイス６
２においては、遮蔽板１Ｂを挟持する連結板２Ｃ・２Ｄ
に、圧電素子４９Ｃ・４９Ｄを配設した振動板３９Ｃ・
３９Ｄをそれぞれ接合し、遮蔽板１Ｂをも駆動すること
ができる形態としている。
【００６７】 そして、遮蔽板１Ｂを駆動するための振
動板３９Ｃ・３９Ｄ（共に図２１（ａ）において、振動
板３９Ａ・３９Ｂの背面に位置する。）と圧電素子４９
Ｃ・４９Ｄが振動板側に凸な湾曲形状に形成され、一
方、遮蔽板１Ａを駆動するための振動板３９Ａ・３９Ｂ
と圧電素子４９Ａ・４９Ｂが圧電素子側に凸な湾曲形状
とされている。ここでは圧電素子４９Ａ・４９Ｂとして
はｄ33を利用する型のものを、圧電素子４９Ｃ・４９Ｄ
としてはｄ31を利用する型のものをそれぞれ使用するこ
とが好ましい。
【００６８】 デバイス５５Ｂ・５９Ｂ・６２に示され
るように、本発明においては、圧電素子に電圧を印加し
ていない状態において、振動板並びにその表面に配設さ
れる圧電素子を、湾曲形状とすることが好ましい場合が
ある。但し、複数の振動板及び圧電素子を用いる場合に
は、個々の素子の湾曲の向きを同じとする必要はなく、
配設する圧電素子の形態等を考慮して、適宜、湾曲の向
きを選択しても構わない。
【００６９】 以上、本発明のデバイスの形態について
説明してきたが、本発明のデバイスは全て、圧電素子の
変位を連結板によって拡大し、種々の変位モードによっ
て遮蔽板を変位させるものである。従って、遮蔽板の変
位量は連結板の長さや遮蔽板の形状によって変化させる
ことができる。また、遮蔽板の変位は、剛体モードを用
いるために、従来のバイモルフ素子の曲げ変位を用いた
場合と比較して、高速駆動性に優れるものである。
【００７０】 なお、上述したデバイスについては、圧
電素子がユニモルフ構造となっているが、勿論、バイモ
ルフ構造としても何ら問題はなく、更に、配設する振動
板、圧電素子の数についても、上述したデバイスの設計
思想を逸脱しない範囲において任意に選択することがで
きることはいうまでもない。
【００７１】 次に、前述したデバイス６１を例に、圧
電素子からの電極リードの形成の形態について説明す
る。図１５（ａ）は、デバイス６１に配設した圧電素子
４Ａ・４Ｂに、電極リード２１Ａ〜２１Ｄを設けると共
に、圧電素子４Ａ・４Ｂと電極リード２１Ａ〜２１Ｄに
絶縁層２２を設け、更に絶縁層２２を被覆するようにシ
ールド層２３を形成した実施形態を示す平面図である。
そして、図１５（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれが、図１５
（ａ）中のＹ１軸における矢視ＡＡから見た厚み面にお
ける断面図であって、異なる実施形態を示している。
【００７２】 絶縁層２２は、圧電素子４Ａ・４Ｂを湿
度の高い雰囲気等で使用する場合の圧電素子４Ａ・４Ｂ
や電極リード２１Ａ〜２１Ｄの短絡を有効に防止する機
能を有する。シールド層２３はデバイス６１を高周波数
で動作させる場合や高周波の振動を検出する場合等に、
外部からの電磁波を遮断して変位精度を良好に確保する
他、誤作動やノイズの混入を防止する機能を有する。
【００７３】 シールド層２３の形成の形態としては、
図１５（ｂ）に示されるような、基板５を挟み込むよう
に形成する形態の他、図１５（ｃ）に示されるような、
基板５上の配線部分のみを囲う形態、或いは図１５
（ｄ）に示すような、配線部分を上部片側のみでシール
ドする形態が挙げられる。これらの中では、図１５
（ｂ）、（ｃ）に示すような配線部分全体をシールドす
る形態が好ましい。
【００７４】 なお、図１５（ａ）においては、基板５
に設けられたスルーホール２４を用いて基板５の各面に
形成されたシールド層２３の導通を確保しているが、基
板５の側面を利用してこの導通を図ってもよい。これ
ら、絶縁層２２及びシールド層２３の形成に好適に用い
られる材料の詳細については、デバイスの構成材料につ
いて後述する際に併せて説明する。
【００７５】 次に、本発明のデバイスに用いられる材
料について説明する。基板、遮蔽板、連結板、振動板と
しては、好適にはセラミックスが用いられ、例えば、完
全安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、アルミ
ナ、マグネシア、窒化珪素等を挙げることができる。こ
のうち、安定化ジルコニアと部分安定化ジルコニアは、
薄板においても機械的強度が大きいこと、靭性が高いこ
と、圧電膜や電極材との反応性が小さいことから最も好
適に採用される。
【００７６】 なお、これら基板等の材料として、完全
安定化ジルコニア若しくは部分安定化ジルコニアを使用
する場合には、少なくとも振動板には、アルミナあるい
はチタニア等の添加物を含有させて構成すると好まし
い。また、セラミックスを用いた場合には、後述するグ
リーンシート積層法を用いて、デバイスを一体的に成形
することができるため、各部の接合部の信頼性の確保や
製造工程の簡略化等の見地から好ましい。
【００７７】 遮蔽板については、セラミックスを用い
ることで連結板等と一体的に形成することができる利点
はあるが、厚みや形状、材質には制限がなく、使用用途
に応じて適宜設計することができる。例えば、図１６に
示すように、外枠１０をセラミックスで形成し、その内
部に同じ矩形状の偏光板１１を、その偏光角が９０゜ず
れるように交互に配設した遮光板１Ａ・１Ｂを、デバイ
ス６０に適用し、Ｘ軸方向に変位させると、全開／全閉
の光シャッターとして利用することができる。
【００７８】 基板の厚みは操作性を考慮して適宜決め
られるが、板状であることを必ずしも必要としない。振
動板の厚みは３〜２０μｍ程度とすることが好ましく、
振動板と圧電素子を合わせた厚みは１５〜６０μｍとす
ることが好ましい。また、連結板の厚みは２０〜６００
μｍ、幅３０〜５００μｍが好適であり、連結板のアス
ペクト比（幅（Ｙ軸方向長さ）／厚み（Ｚ軸方向長
さ））は、０．１〜１５の範囲とすることが好ましい
が、特にＸ−Ｙ平面内の変位をより支配的なものとする
為には、０．１〜７の範囲とすることが好ましい。
【００７９】 圧電素子における圧電膜としては、膜状
に形成された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、或いは反強
誘電体セラミックスを用いることも可能である。また、
分極処理が必要な材料でも、必要でない材料のいずれで
あってもよい。但し、光等の透過量制御に当たっては、
スリット等の形状による制御も有効ではあるが、遮蔽板
の変位量と駆動電圧若しくは出力電圧とのリニアリティ
が良好なものを用いることが好ましく、このため歪み履
歴の小さい材料が好適に用いられる。その坑電界として
は、１０ｋＶ／ｍｍ以下の材料を用いることが好まし
い。
【００８０】 具体的な圧電セラミックスとしては、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、マグネシウムタンタル酸鉛、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
ン酸バリウム等や、これらのいずれかを組み合わせた成
分を含有するセラミックスが挙げられる。このうち、本
発明においては、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛及びマグネ
シウムニオブ酸鉛からなる成分を主成分とする材料が好
適に用いられるが、これは、このような材料が高い電気
機械結合係数と圧電定数を有すること、圧電膜の焼結時
における基板（セラミック基板）との反応性が小さく、
所定の組成のものを安定に形成することができること等
の理由による。
【００８１】 更に、上記圧電セラミックスに、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、若しくはこれらいずれかの組み合
わせ又は他の化合物を、適宜添加したセラミックスを用
いてもよい。例えば、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を主成分とし、これにランタンや
ストロンチウムを含有させ、坑電界や圧電特性を調整し
て用いることもまた好ましい。
【００８２】 一方、圧電素子の電極は、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
単体あるいはこれらのいずれかを組み合わせた合金が用
いられ、更に、これらに圧電膜あるいは振動板と同じ材
料を分散させたサーメット材料を用いてもよい。
【００８３】 圧電素子における電極の材料選定は、圧
電膜の形成方法に依存して決定される。例えば、振動板
上に第１電極を形成した後、第１電極上に圧電膜を焼成
により形成する場合には、第１電極には圧電膜の焼成温
度においても変化しない白金等の高融点金属を使用する
必要があるが、圧電膜を形成した後に圧電膜上に形成さ
れる第２電極は、低温で電極形成を行うことができるの
で、アルミニウム等の低融点金属を使用することができ
る。
【００８４】 また、圧電素子を一体焼成して形成する
こともできるが、この場合には、第１電極及び第２電極
の両方を圧電膜の焼成温度に耐える高融点金属としなけ
ればならない。一方、図３に示したように、圧電膜９０
上に第１及び第２電極９１・９２を形成する場合には、
双方を同じ低融点金属を用いて形成することができる。
このように、第１電極及び第２電極は、圧電膜の焼成温
度に代表される圧電膜の形成温度、圧電素子の構造に依
存して、適宜好適なものを選択すればよい。
【００８５】 なお、電極リードは、圧電素子における
電極と同時に形成することが可能であり、また、振動板
上の電極リードは圧電素子と同時に形成しておき、その
後に基板上の電極リードを、スパッタ法、スクリーン印
刷法等、種々の方法を用いて形成しても良い。
【００８６】 続いて、圧電素子並びに電極リード上に
形成する絶縁層の材料としては、絶縁性のガラス若しく
は樹脂が用いられるが、変位を阻害しないようにしてデ
バイスの性能を上げるためには、ガラスよりも樹脂を用
いることが好ましく、化学的安定性に優れたフッ素樹
脂、例えば、四フッ化エチレン樹脂系テフロン（デュポ
ン（株）製のテフロンＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・
六フッ化プロピレン共重合体樹脂系テフロン（テフロン
ＦＥＰ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニ
ルエーテル共重合体樹脂系テフロン（テフロンＰＦ
Ａ）、ＰＴＦＥ／ＰＦＡ複合テフロン等が好適に用いら
れる。
【００８７】 また、これらのフッ素樹脂よりも耐食
性、耐候性等に劣るが、シリコーン樹脂（中でも熱硬化
型のシリコーン樹脂）も好適に用いられる他、エポキシ
樹脂、アクリル樹脂等も目的に応じて使用することがで
きる。なお、圧電素子並びにその近傍と、電極リード並
びにその近傍とで異なる材料を用いて、絶縁層を形成す
ることも好ましい。更に、絶縁性樹脂に無機・有機充填
材を添加し、振動板等の剛性を調整することも好まし
い。
【００８８】 絶縁層を形成した場合に、絶縁層上に形
成されるシールド層の材料としては、金、銀、銅、ニッ
ケル、アルミニウム等の種々の金属が好適に用いられる
が、他にも上述した圧電素子における電極等に用いられ
る全ての金属材料を用いることができる。また、金属粉
末を樹脂と混合してなる導電性ペーストを用いることも
できる。
【００８９】 続いて、本発明のデバイスの作製方法に
ついて、前述したデバイス６１（図１５に示した１個の
基板５を用いたもの）を例に説明するが、他のデバイス
の作製においても用いることができることはいうまでも
ない。
【００９０】 本発明のデバイスは遮蔽板等の部材から
構成されていることから、別体で準備された種々の材料
からなる部品をそれぞれ接合して作製することが可能で
ある。しかし、この場合には生産性が高いものではな
く、接合部における破損等が生じ易いといった信頼性の
面で問題が残る。そこで、本発明においてはセラミック
ス粉末を原料としてグリーンシート積層法が好適に用い
られる。
【００９１】 グリーンシート積層法においては、先
ず、ジルコニア等のセラミックス粉末にバインダ、溶
剤、分散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グリーンシー
ト若しくはグリーンテープを作製する。次に、グリーン
シートを金型を用いた打ち抜き（パンチング）等の方法
により、図１７に示すような種々のグリーンシート部材
（以下、「シート部材」という。）を作製する。
【００９２】 シート部材３１は、焼成後に、基板、連
結板、遮蔽板並びに振動板なる部材であり、この時点で
はそれらの形状が不明確な一枚板の状態となっている。
これは、前述したように、振動板は３〜２０μｍと薄く
形成することが好ましいことから、グリーンシートの状
態でこれらの形状を形成するよりも、焼成後に、レーザ
加工等により、不要な部分を切り取る方が、形状精度が
良好に保たれ、また生産性も良く、好ましいことによ
る。なお、遮蔽板に形成するスリットについては、この
グリーンシートの状態で、前記パンチングよって形成す
ることができる他、レーザ加工によって形成しても良
い。勿論、上述した振動板等の焼成後の形状加工と同様
にして形成してもよい。
【００９３】 シート部材３２は、基板となる他、遮蔽
板や連結板の厚みを振動板よりも厚く形成するための部
材であり、図１７においては、連結板（２Ａ・２Ｂ）の
みの厚みを変えて、振動板と遮蔽板はシート部材３１に
より形成される形態を示している。遮蔽板を連結板と同
様の肉厚とする場合には、遮蔽板を連結板（２Ａ・２
Ｂ）間に橋架するように形成すればよい。シート部材３
２に形成された窓部３５は、遮蔽板等の変位が可能とす
る空間を提供するものである。そして窓部３５を形成し
たシート部材３３は基板となる部材である。
【００９４】 シート部材３１〜３３を順番に基準孔３
４を利用して位置決めを行いながら積層し、熱圧着等の
方法により一体化する。ここで、１個のデバイス６１の
作製のために、積層体を２個作製する。但し、一方につ
いては圧電素子を配設することを必ずしも必要としな
い。そこで、以下の説明においては、圧電素子は一方の
積層体にのみ配設することとする。作製した積層体は、
通常、１２００℃〜１６００℃の温度で焼成を行う。な
お、シート部材３１〜３３は、それぞれ１枚ずつ用いて
もよいし、同じシート部材を複数枚ほど積層して、所望
する厚みを得てもよい。
【００９５】 この積層体の焼成に当たって、シート部
材３１の最終的に振動板が形成される位置に、予め圧電
素子を形成しておき、積層体と一体焼成してもよい。こ
のような同時焼成による圧電素子の配設方法としては、
金型を用いたプレス成形法又はスラリー原料を用いたテ
ープ成形法等によって圧電膜を成形し、この焼成前の圧
電膜をシート部材３１に熱圧着で積層し、同時に焼結し
て基板と圧電膜とを同時に作製する方法が挙げられる。
但し、この場合には、後述する膜形成法を用いて、基板
あるいは圧電膜に予め電極を形成しておく必要がある。
また、セラミックスからなる積層体、圧電膜、電極とい
う異なる材料の焼成条件をマッチングさせることも重要
となる。
【００９６】 圧電膜の焼成温度は、これを構成する材
料によって適宜定められるが、一般には、８００℃〜１
４００℃であり、好ましくは１０００℃〜１４００℃で
ある。この場合、圧電膜の組成を制御するために、圧電
膜の材料の蒸発源の存在下に雰囲気調整して焼結するこ
とが好ましい。そして、特に後述する焼成後の基板を用
いる場合に圧電膜の焼成応力を緩和し、より高い材料特
性を引き出すための前記雰囲気調整は、焼成後の圧電膜
を電子顕微鏡等で観察し、成分の分布をモニタすること
で制御することが好ましい。
【００９７】 例えば、本発明で好適に採用される圧電
セラミックス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からなる成分を主成分とする材料の
ように、ジルコン酸鉛を含有する材料を使用する場合に
は、焼成した圧電膜においてジルコニウム成分が偏析す
るように雰囲気を調整し、焼成することが好ましい。更
に好ましくは、圧電膜表面にはジルコニウム成分の偏析
が認められ、圧電膜内部ではその偏析がほとんど認めら
れないような雰囲気とすることが望ましい。このような
成分分布を有する圧電膜は、偏析のない圧電膜と比較す
ると、振動特性に優れ、即ち振動振幅が大きく、また、
ジルコニウム成分の偏析によって焼成応力が緩和されて
いるので、圧電粉末の本来有する材料特性が大きく低下
することなく、維持される特徴を有する。
【００９８】 従って、本発明のデバイスでは、このよ
うな圧電膜となるように圧電素子を形成することが最も
好ましい。また、前記圧電膜組成にするとともに、圧電
膜焼成後、デバイスの各部材、例えば連結板、基板等
に、圧電材料の成分、特に前記酸化チタンを含む圧電材
料の場合には酸化チタンが含有されるように雰囲気焼成
することも好ましい。そして、圧電膜の焼成と基板との
焼成を同時に行う場合には、両者の焼成条件をマッチン
グすることが必要である。
【００９９】 また、焼結後の積層体における振動板形
成位置に、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布
法、電気泳動法等の厚膜形成法、イオンビーム法、スパ
ッタリング法、真空蒸着、イオンプレーティング法、化
学気相蒸着法（ＣＶＤ）、メッキ等の各種薄膜形成法に
より、圧電素子を配設することができる。このうち、本
発明においては、圧電膜を形成するにあたり、スクリー
ン印刷法やディッピング法、塗布法、電気泳動法等によ
る厚膜形成法が好適に採用される。
【０１００】 これらの手法は、平均粒径０．０１〜５
μｍ、好ましくは０．０５〜３μｍの圧電セラミックス
の粒子を主成分とするペーストやスラリー、又はサスペ
ンションやエマルション、ゾル等を用いて圧電膜を形成
することができ、良好な圧電作動特性が得られることか
ら、好ましい。また、特に電気泳動法は、膜を高い密度
で、かつ、高い形状精度で形成できることをはじめ、技
術文献「「ＤＥＮＫＩ ＫＡＧＡＫＵ」、５３，Ｎｏ．
１（１９８５）ｐ６３〜６８、安斎和夫著」に記載され
ているような特徴を有する。従って、要求精度や信頼性
等を考慮して、適宜、手法を選択して用いると良い。
【０１０１】 例えば、作製した積層体を所定条件にて
焼成した後、焼成後のシート部材３１の表面の所定位置
に第１電極を印刷、焼成し、次いで圧電膜を印刷、焼成
し、更に第２電極を印刷、焼成して圧電素子を配設する
ことができ、続いて形成された圧電素子における電極を
測定装置に接続するための電極リードを印刷、焼成す
る。
【０１０２】 ここで、例えば、第１電極として白金
（Ｐｔ）を、圧電膜としてはジルコン酸チタン酸鉛（Ｐ
ＺＴ）を、第２電極としては金（Ａｕ）を、更に電極リ
ードとして銀（Ａｇ）等の材料を使用すると、焼成工程
における焼成温度が逐次低くなるように設定されるの
で、ある焼成段階において、それより以前に焼成された
材料の再焼結が起こらず、電極材等の剥離や凝集といっ
た不具合の発生を回避することが可能となる。
【０１０３】 なお、適当な材料を選択することによ
り、圧電素子の各部材と電極リードを逐次印刷して、一
回で一体焼成することも可能であり、一方、圧電膜を形
成した後に低温で各電極等を設けることもできる。ま
た、圧電素子の各部材と電極リードはスパッタ法や蒸着
法等の薄膜法によって形成してもかまわず、この場合に
は、必ずしも熱処理を必要としない。
【０１０４】 こうして圧電素子を膜形成法によって形
成することにより、接着剤を用いることなく圧電素子と
振動板とを一体的に接合、配設することができ、信頼
性、再現性を確保し、集積化を容易とすることができ
る。ここで、更に圧電膜を適当なパターンに形成しても
よく、その形成方法としては、例えば、スクリーン印刷
法やフォトリソグラフィー法、あるいはレーザ加工法、
又はスライシング、超音波加工等の機械加工法を用いる
ことができる。
【０１０５】 次に、圧電素子や電極リードが形成され
た焼成後の積層体の所定位置に、所定形状の振動板や遮
蔽板、連結板を形成する。一方、圧電素子を配設してい
ない焼成後の積層体についても、同等の形状となるよう
に加工を行う。ここで、ＹＡＧレーザの第４次高調波を
用いた加工により、焼結後のシート部材３１の不要な部
分を切り出し加工して除去することが好ましく、遮蔽板
の厚みによってはスリットの形成も容易に行うことがで
きる。こうして、図１５に示されるような振動板３Ａ・
３Ｂ、遮蔽板１Ａ、連結板２Ａ・２Ｂの形状加工を行う
ことができる。
【０１０６】 なお、基板５に相当する部分であって、
不要な部分を前記レーザ加工やダイシングによって除去
しても構わない。また、遮蔽板１Ａ、連結板２Ａ・２
Ｂ、振動板３Ａ・３Ｂ等の形状を、このような加工時に
調整することで、変位量を調整することも好ましい。
【０１０７】 更に、デバイス６１における圧電素子４
Ａ・４Ｂとして、図２に示した圧電素子８８を用いた場
合には、図１８に示すように、第２電極８７を上部電
極、第１電極８５を下部電極として、その中間に圧電膜
８６を形成した圧電素子８８を一度配設した後、上部電
極をＹＡＧ第４次高調波レーザ、機械加工等により除去
して圧電素子の有効電極面積を調整して、デバイスのイ
ンピーダンス等の電気特性を調整し、所定の変位特性を
得ることも好ましい。なお、圧電素子４Ａ・４Ｂの構造
が、図３あるいは図４に示されるような櫛型構造である
場合には、一方のあるいは両方の電極の一部を除去すれ
ばよい。
【０１０８】 このような加工においては、上記のＹＡ
Ｇ第４次高調波レーザを用いた加工以外にも、ＹＡＧレ
ーザ及びＹＡＧレーザの第２次又は第３次高調波、エキ
シマレーザ、ＣＯ2レーザ等によるレーザ加工、電子ビ
ーム加工、ダイシング（機械加工）など、可動部の大き
さと形状に適した種々の加工方法を適用することができ
る。
【０１０９】 こうして所定形状に加工を行った２個の
積層体を、それぞれの遮蔽板が対向するように、基板部
分で貼り合わせることで、デバイス６１を得ることがで
きる。この場合、デバイス６１は一体構造ではないが、
駆動する部分は一体的に形成されるので、信頼性の面で
の問題は生じない。
【０１１０】 なお、シート部材３１〜３３を圧着して
作製した積層体２個を更に圧着して一体化し、上述した
作製方法を用いることにより、一体成形されたデバイス
６１を得ることができる。また、シート部材３３をシー
ト部材３２で挟んで積層したものを更にシート部材３１
で挟んで１個の積層体を形成する方法や、シート部材３
１とシート部材３２を積層、圧着した積層体を２組準備
し、次にこれらの積層体でシート部材３３を挟んで圧着
する方法を用いても、一体成形されたデバイス６１を得
ることができる。ここで、積層体内に空間が形成される
場合には、焼成時にバインダの燃焼分解によって生ずる
ガスがこの空間内に充満することによる割れ等を回避
し、また振動板等の平坦性を確保するために、ガスの拡
散路（孔部等）を形成しておくことが好ましい。
【０１１１】 こうして作製されたデバイス６１におけ
る圧電素子４Ａ・４Ｂ並びに電極リード２１Ａ〜２１Ｄ
上に形成する絶縁層２２は、ガラス若しくは樹脂を用い
て、スクリーン印刷法、塗布法、スプレー法等によって
形成することができる。ここで、材料としてガラスを用
いた場合には、デバイス自体をガラスの軟化温度程度ま
で昇温する必要があり、また硬度が大きいので変位若し
くは振動を阻害するおそれがあるが、樹脂は柔らかく、
しかも乾燥程度の処理で済むことから、樹脂を用いるこ
とが好ましい。
【０１１２】 絶縁層２２として用いられる樹脂とし
て、フッ素樹脂あるいはシリコーン樹脂が好適に用いら
れる旨は既に述べたが、これらの樹脂を用いる場合に
は、下地のセラミックスとの密着性を改善する目的で、
使用する樹脂とセラミックスとの種類に応じたプライマ
ー層を形成し、その上に絶縁層２２を形成することが好
ましい。
【０１１３】 次に、絶縁層２２上に形成されるシール
ド層２３の形成は、絶縁層２２が樹脂からなる場合に
は、焼成処理を行うことが困難なため、種々の金属材料
を用いる場合には、スパッタ法等の加熱を要しない方法
を用いて行われ、一方、金属粉末と樹脂からなる導電性
ペーストを用いる場合には、スクリーン印刷法、塗布法
等を好適に用いることができる。一方、絶縁層２２をガ
ラスで形成した場合には、ガラスが流動しない温度以下
で、導体ペーストをスクリーン印刷等し、焼成すること
でシールド層２３を形成することも可能である。
【０１１４】 以上、グリーンシートを用いた作製方法
の形態について説明したが、この他にも、成形型を用い
た加圧成形法や鋳込成形法、射出成形法等を用いて作製
することもできる。これらの場合においても、焼成前後
において、切削や研削加工、レーザ加工、パンチングに
よる打ち抜き、あるいは超音波加工等の機械加工により
加工が施され、所定形状とされる。
【０１１５】 以上、本発明の圧電／電歪デバイスの形
態、材料、製法について、詳述してきたが、本発明が上
記実施の形態に限定されるものでないことはいうまでも
なく、本発明には上記の実施形態の他にも、本発明の趣
旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて
種々の変更、修正、改良等を加え得るものであることが
理解されるべきである。
【０１１６】
【発明の効果】 本発明の圧電／電歪デバイスは、構造
上、剛体モードで遮蔽板の面内方向の変位（振動）を利
用するものであることから、小型化、動作の高速化、駆
動の低電力化を可能ならしめる優れた効果を奏する。ま
た、各部をセラミックスの焼成により一体化して構成す
ることができるので、長期の信頼性にも優れたものであ
る。更に、遮蔽板の変位軌跡を直線上とすることが容易
な構造であるので、例えば、光強度変調器に組み込め
ば、制御性に優れた変調器となり得る。加えて、圧電素
子の変位形態に制約されることなく、スリット（遮蔽ス
リット）の形状を任意に設定することが可能であり、平
行光のみならず収束光に対しても、マイクロ絞りとして
有効に利用できるという効果をも奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の圧電／電歪デバイスの基本構造を示
す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図２】 本発明の圧電／電歪デバイスに配設される圧
電素子の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】 本発明の圧電／電歪デバイスに配設される圧
電素子の別の実施形態を示す斜視図である。
【図４】 本発明の圧電／電歪デバイスに配設される圧
電素子の更に別の実施形態を示す斜視図である。
【図５】 本発明の圧電／電歪デバイスにおけるθモー
ド変位の説明図である。
【図６】 本発明の圧電／電歪デバイスにおけるφモー
ド変位の説明図である。
【図７】 本発明の圧電／電歪デバイスの一実施形態を
示す平面図である。
【図８】 本発明の圧電／電歪デバイスの別の実施形態
を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）と、駆動の形態を
示す説明図（ｃ）である。
【図９】 本発明の圧電／電歪デバイスの更に別の実施
形態を示す平面図である。
【図１０】 本発明の圧電／電歪デバイスの更に別の実
施形態を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）と、駆動の
形態を示す説明図（ｃ）である。
【図１１】 本発明の圧電／電歪デバイスの更に別の実
施形態を示す平面図（ａ）〜（ｃ）である。
【図１２】 本発明の圧電／電歪デバイスの更に別の実
施形態を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）と、遮蔽板
の駆動の形態を示す説明図（ｃ）である。
【図１３】 本発明の圧電／電歪デバイスの更に別の実
施形態を示す平面図（ａ）と駆動の形態を示す説明図
（ｂ）である。
【図１４】 本発明の圧電／電歪デバイスの更に別の実
施形態を示す平面図（ａ）と駆動の形態を示す説明図
（ｂ）である。
【図１５】 本発明の圧電／電歪デバイスにおける圧電
素子及び電極リードの保護形態を示す平面図（ａ）及び
種々の形態を示す断面図（ｂ）〜（ｄ）である。
【図１６】 遮蔽板の構造の一実施形態を示す平面図で
ある。
【図１７】 本発明の圧電／電歪デバイスの作製に用い
られるシート部材の形状例を示す平面図である。
【図１８】 本発明の圧電／電歪デバイスにおける圧電
素子の加工方法の一例を示す説明図である。
【図１９】 本発明の圧電／電歪デバイスの更に別の実
施形態を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図２０】 本発明の圧電／電歪デバイスの更に別の実
施形態を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図２１】 本発明の圧電／電歪デバイスの更に別の実
施形態を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１・１Ａ・１Ｂ…遮蔽板、２・２Ａ〜２Ｄ…連結板、３
・３Ａ〜３Ｄ…振動板、４・４Ａ〜４Ｄ…圧電素子、５
・５Ａ・５Ｂ…基板、６・６Ａ・６Ｂ…凹部、７Ａ・７
Ｂ…スリット、８…切り込み、９Ａ・９Ｂ…側面、１０
…外枠、１１…偏光板、２１Ａ〜２１Ｄ…電極リード、
２２…絶縁層、２３…シールド層、２４…スルーホー
ル、３１〜３３…シート部材、３４…基準孔、３５…窓
部、３９Ａ〜３９Ｄ…振動板、４３…振動板、４４…圧
電素子、４９Ａ〜４９Ｄ…圧電素子、５１〜６２…圧電
／電歪デバイス、８５…第１電極、８６…圧電膜、８７
…第２電極、８８…圧電素子、８９…振動板、９０…圧
電膜、９１…第１電極、９２…第２電極、９３…隙間
部、９４Ａ・９４Ｂ…圧電素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 浩二 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 2H041 AA02 AA04 AB01 AC08 AZ02 AZ03

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 連結板が基板に接合され、 少なくとも一方の平板面の少なくとも一部に圧電素子が
    配設された振動板が、当該連結板と当該基板の接合方向
    に垂直な方向において、当該連結板と当該基板との間に
    跨設され、若しくは当該連結板と当該基板によって形成
    される凹部に嵌合されてなることを特徴とする圧電／電
    歪デバイス。
  2. 【請求項２】 遮蔽板が当該連結板に接合されているこ
    とを特徴とする請求項１記載の圧電／電歪デバイス。
  3. 【請求項３】 遮蔽板が連結板を介して基板と接合さ
    れ、 少なくとも一方の平板面の少なくとも一部に圧電素子が
    配設された振動板が、当該連結板と当該基板の接合方向
    に垂直な方向において、当該連結板と当該基板との間に
    跨設され、若しくは当該連結板と当該基板によって形成
    される凹部に嵌合されてなる圧電／電歪デバイスユニッ
    トを、複数個用いてなる圧電／電歪デバイスであって、 複数の当該遮蔽板を、互いの平板面が対向するように、
    かつ、当該遮蔽板の厚み方向視野において、当該圧電素
    子の駆動状態によって、当該遮蔽板どうしの重なり具合
    が変わるように配設してなることを特徴とする圧電／電
    歪デバイス。
  4. 【請求項４】 スリットの形成された遮蔽板が連結板を
    介して基板と接合され、 少なくとも一方の平板面の少なくとも一部に圧電素子が
    配設された振動板が、当該連結板と当該基板の接合方向
    に垂直な方向において、当該連結板と当該基板との間に
    跨設され、若しくは当該連結板と当該基板によって形成
    される凹部に嵌合されてなる圧電／電歪デバイスユニッ
    トを、複数個用いてなる圧電／電歪デバイスであって、 複数の当該遮蔽板を、互いの平板面が対向するように、
    かつ、当該遮蔽板の厚み方向視野において、当該圧電素
    子の駆動状態によって、当該スリットの重なり具合が変
    わるように配設してなることを特徴とする圧電／電歪デ
    バイス。
  5. 【請求項５】 当該圧電素子を駆動していない状態で
    は、当該スリットどうしが当該遮蔽板の厚み方向視野に
    おいて、重なることなく閉口した状態にあり、当該圧電
    素子の駆動信号によって、当該スリットの一部ないしは
    全部が重なり、開口状態となることを特徴とする請求項
    ４記載の圧電／電歪デバイス。
  6. 【請求項６】 当該圧電素子を駆動していない状態で
    は、当該スリットどうしが当該遮蔽板の厚み方向視野に
    おいて、重なった開口状態にあり、当該圧電素子の駆動
    信号によって、当該スリットどうしの重なりの程度が減
    少することを特徴とする請求項４記載の圧電／電歪デバ
    イス。
  7. 【請求項７】 当該振動板と、少なくとも一方の平板面
    の少なくとも一部に圧電素子を配設した別の振動板若し
    くは切り込みの形成された別の振動板により、当該連結
    板を挟持してなることを特徴とする請求項１〜６のいず
    れか一項に記載の圧電／電歪デバイス。
  8. 【請求項８】 当該連結板若しくは当該遮蔽板が、当該
    連結板と当該基板との接合面を固定面とし、当該固定面
    の中心を垂直に貫通する軸を中心として、 当該連結板若しくは当該遮蔽板の平板面に平行かつ当該
    軸に垂直な方向に振り子状に変位するθモード変位、又
    は、 当該連結板若しくは当該遮蔽板の平板面に平行かつ当該
    軸に垂直な方向への揺れが当該遮蔽板の平板面に垂直な
    方向の揺れを伴いながら振り子状に変位するφモード変
    位、 の少なくともいずれかの変位モードを用いることを特徴
    とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧電／電歪
    デバイス。
  9. 【請求項９】 基板に形成された凹部底面に接合された
    連結板に、スリットの形成された遮蔽板が接合され、 当該連結板が、少なくとも一方の平板面の少なくとも一
    部に圧電素子を配設した振動板２枚によって挟持され、 当該振動板が少なくとも当該振動板が当該連結板を挟持
    する方向において当該凹部の側面と接合されてなる圧電
    ／電歪デバイスユニットを用いてなる圧電／電歪デバイ
    スであって、 スリットを形成した別の遮蔽板を配設し、若しくは当該
    圧電／電歪デバイスユニットを複数個用いて、 複数の遮蔽板を、互いの平板面が対向するように、か
    つ、当該遮蔽板の厚み方向視野において、当該圧電素子
    の駆動状態によって、当該スリットの重なり具合が変わ
    るように配設してなることを特徴とする圧電／電歪デバ
    イス。
  10. 【請求項１０】 当該遮蔽板が、当該連結板と当該基板
    との接合面を固定面とし、当該固定面の中心を垂直に貫
    通する軸を中心として、 当該遮蔽板の平板面に平行かつ当該軸に垂直な方向に振
    り子状に変位するθモード変位、又は、 当該θモード変位に当該遮蔽板の平板面に垂直な方向の
    揺れが加わって振り子状に変位するφモード変位、又
    は、 当該軸に垂直かつ当該遮蔽板の平板面に平行な一軸方向
    に変位するνモード変位、或いは、 当該νモード変位に当該遮蔽板の平板面に垂直な方向の
    揺れが加わったνｚモード変位、 の少なくともいずれかの変位モードを用いることを特徴
    とする請求項９記載の圧電／電歪デバイス。
  11. 【請求項１１】 スリットの形成された遮蔽板が２枚の
    連結板によって挟持され、 当該連結板のそれぞれが基板に形成された対向する凹部
    の底面に接合され、 当該連結板はそれぞれ、少なくとも一方の平板面の少な
    くとも一部に圧電素子を配設した振動板２枚によって挟
    持され、 当該振動板は、少なくとも当該基板の凹部の側面と接合
    されてなる圧電／電歪デバイスユニットを用いた圧電／
    電歪デバイスであって、 スリットを形成した別の遮蔽板を配設し、若しくは当該
    圧電／電歪デバイスユニットを複数個用いて、 複数の遮蔽板を、互いの平板面が対向するように、か
    つ、当該遮蔽板の厚み方向視野において、当該圧電素子
    の駆動状態によって、当該スリットの重なり具合が変わ
    るように配設してなることを特徴とする圧電／電歪デバ
    イス。
  12. 【請求項１２】 当該圧電／電歪デバイスユニットにお
    ける遮蔽板が、当該遮蔽板の面内の変位であって、当該
    遮蔽板が当該連結板によって挟持される方向と垂直な一
    軸方向に変位するνモード変位を用いることを特徴とす
    る請求項１１記載の圧電／電歪デバイス。
  13. 【請求項１３】 スリットの形成された遮蔽板が２枚の
    連結板によって挟持され、 当該連結板のそれぞれが対向する基板の側面に接合さ
    れ、 少なくとも一方の平板面の少なくとも一部に圧電素子を
    配設した振動板が、当該連結板と当該基板の接合方向に
    垂直な方向において、当該連結板と当該基板との間に跨
    設され、若しくは当該連結板と当該基板によって形成さ
    れる凹部に嵌合されてなる圧電／電歪デバイスユニット
    を用いた圧電／電歪デバイスであって、 スリットを形成した別の遮蔽板を配設し、若しくは当該
    圧電／電歪デバイスユニットを複数個用いて、 複数の遮蔽板を、互いの平板面が対向するように、か
    つ、当該遮蔽板の厚み方向視野において、当該圧電素子
    の駆動状態によって、当該スリットの重なり具合が変わ
    るように配設してなることを特徴とする圧電／電歪デバ
    イス。
  14. 【請求項１４】 当該圧電／電歪デバイスユニットにお
    ける遮蔽板が当該遮蔽板の面内において回転する面内回
    転モード変位を用いることを特徴とする請求項１３記載
    の圧電／電歪デバイス。
  15. 【請求項１５】 当該圧電素子を駆動していない状態で
    は、当該スリットどうしが当該遮蔽板の厚み方向視野に
    おいて、重なることなく閉口した状態にあり、当該圧電
    素子の駆動信号によって、当該スリットの一部ないしは
    全部が重なり、開口状態となることを特徴とする請求項
    ９〜１４のいずれか一項に記載の圧電／電歪デバイス。
  16. 【請求項１６】 当該圧電素子を駆動していない状態で
    は、当該スリットどうしが当該遮蔽板の厚み方向視野に
    おいて、重なった開口状態にあり、当該圧電素子の駆動
    信号によって、当該スリットどうしの重なりの程度が減
    少することを特徴とする請求項９〜１４のいずれか一項
    に記載の圧電／電歪デバイス。
  17. 【請求項１７】 当該連結板と当該振動板並びに当該基
    板から選ばれた少なくとも任意の２つの部材の接合が、
    それぞれの部材の側面でなされていることを特徴とする
    請求項１〜１６のいずれか一項に記載の圧電／電歪デバ
    イス。
  18. 【請求項１８】 少なくとも当該連結板と当該振動板及
    び当該基板が一体的に形成されていることを特徴とする
    請求項１〜１７のいずれか一項に記載の圧電／電歪デバ
    イス。
  19. 【請求項１９】 少なくとも当該圧電素子を除くデバイ
    ス各部が、グリーンシート積層法を用いて作製されてい
    ることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記
    載に圧電／電歪デバイス。
  20. 【請求項２０】 １個の圧電素子を２分割して一方を駆
    動素子として用い、他方を補助素子として用いることを
    特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載の圧電
    ／電歪デバイス。
  21. 【請求項２１】 複数の圧電素子を配設した場合に、少
    なくとも１個の圧電素子を駆動素子として用い、少なく
    とも１個の別の圧電素子を補助素子として用いることを
    特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項に記載の圧電
    ／電歪デバイス。
  22. 【請求項２２】 当該圧電素子及び当該圧電素子の電極
    に導通する電極リードが、樹脂若しくはガラスからなる
    絶縁層により被覆されてなることを特徴とする請求項１
    〜２１のいずれか一項に記載の圧電／電歪デバイス。
  23. 【請求項２３】 当該樹脂がフッ素樹脂若しくはシリコ
    ーン樹脂であることを特徴とする請求項２２記載の圧電
    ／電歪デバイス。
  24. 【請求項２４】 当該絶縁層の表面上に、更に導電性部
    材からなるシールド層が形成されてなることを特徴とす
    る請求項２２又は２３記載の圧電／電歪デバイス。
  25. 【請求項２５】 当該基板、当該遮蔽板、当該連結板、
    当該振動板が、完全安定化ジルコニアあるいは部分安定
    化ジルコニアからなることを特徴とする請求項１〜２４
    のいずれか一項に記載の圧電／電歪デバイス。
  26. 【請求項２６】 当該圧電素子における圧電膜が、ジル
    コン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛からな
    る成分を主成分とする材料からなることを特徴とする請
    求項１〜２５のいずれか一項に記載の圧電／電歪デバイ
    ス。
  27. 【請求項２７】 当該遮蔽板、当該連結板、当該振動板
    の少なくともいずれかの形状が、レーザ加工若しくは機
    械加工によりトリミングして寸法調整されたものである
    ことを特徴とする請求項１〜２６のいずれか一項に記載
    の圧電／電歪デバイス。
  28. 【請求項２８】 当該圧電素子における電極がレーザ加
    工若しくは機械加工されることにより、当該圧電素子の
    有効電極面積の調整されたものであることを特徴とする
    請求項１〜２７のいずれか一項に記載の圧電／電歪デバ
    イス。
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