JP2000317898A - Piezoelectric/electrostrictive device - Google Patents
Piezoelectric/electrostrictive deviceInfo
- Publication number
- JP2000317898A JP2000317898A JP2000058778A JP2000058778A JP2000317898A JP 2000317898 A JP2000317898 A JP 2000317898A JP 2000058778 A JP2000058778 A JP 2000058778A JP 2000058778 A JP2000058778 A JP 2000058778A JP 2000317898 A JP2000317898 A JP 2000317898A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- plate
- connecting plate
- electrostrictive device
- diaphragm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 234
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 84
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 75
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 53
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 25
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 19
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 19
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 9
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- ZBSCCQXBYNSKPV-UHFFFAOYSA-N oxolead;oxomagnesium;2,4,5-trioxa-1$l^{5},3$l^{5}-diniobabicyclo[1.1.1]pentane 1,3-dioxide Chemical compound [Mg]=O.[Pb]=O.[Pb]=O.[Pb]=O.O1[Nb]2(=O)O[Nb]1(=O)O2 ZBSCCQXBYNSKPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 6
- 229910002077 partially stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 claims description 5
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 71
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 37
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 17
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 7
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 6
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 6
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 229920006026 co-polymeric resin Polymers 0.000 description 2
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 229910002078 fully stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- PYVHTIWHNXTVPF-UHFFFAOYSA-N F.F.F.F.C=C Chemical compound F.F.F.F.C=C PYVHTIWHNXTVPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006356 Teflon™ FEP Polymers 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- CJXLIMFTIKVMQN-UHFFFAOYSA-N dimagnesium;oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Mg+2].[Mg+2].[Ta+5].[Ta+5] CJXLIMFTIKVMQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CRLHSBRULQUYOK-UHFFFAOYSA-N dioxido(dioxo)tungsten;manganese(2+) Chemical compound [Mn+2].[O-][W]([O-])(=O)=O CRLHSBRULQUYOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N hexafluoropropylene Chemical group FC(F)=C(F)C(F)(F)F HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- HEPLMSKRHVKCAQ-UHFFFAOYSA-N lead nickel Chemical compound [Ni].[Pb] HEPLMSKRHVKCAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JQJCSZOEVBFDKO-UHFFFAOYSA-N lead zinc Chemical compound [Zn].[Pb] JQJCSZOEVBFDKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000012766 organic filler Substances 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000006072 paste Substances 0.000 description 1
- -1 perfluoroalkyl vinyl ether Chemical compound 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229940071182 stannate Drugs 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】 本発明は、圧電/電歪膜を
用いたデバイスに係り、特に、電気エネルギーを機械的
な変位や力あるいは振動等の機械エネルギーに変換した
り、その逆の変換を行う素子において、その作動特性を
向上せしめる圧電/電歪デバイスの構造に関するもので
ある。具体的には、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、発信子、ディスクリミ
ネータ、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のセンサに好適に用い
られ、また、内野研二著「圧電/電歪アクチュエータ
基礎から応用まで」(日本工業技術センター編、森北出
版)に記載のサーボ変位素子等に用いられるユニモルフ
型素子ならびにバイモルフ型素子に適用されるものであ
り、好ましくは光学機器、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採用される圧電/電歪デバイ
スに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device using a piezoelectric / electrostrictive film. The present invention relates to a structure of a piezoelectric / electrostrictive device for improving operation characteristics of an element to be performed. Specifically, transducers, various actuators, frequency domain functional components (filters), transformers, transducers and resonators for communication and power, oscillators, discriminators, ultrasonic sensors, acceleration sensors, angular velocity sensors, and shocks It is suitably used for various sensors such as sensors and mass sensors. Also, Kenji Uchino, "Piezoelectric / electrostrictive actuators"
From basics to applications ”(edited by Japan Industrial Technology Center, Morikita Publishing), applied to unimorph-type and bimorph-type elements used for servo displacement elements, etc., and preferably for various types of optical equipment, precision equipment, etc. The present invention relates to a piezoelectric / electrostrictive device suitably used for various actuators used for a mechanism for displacement, positioning adjustment, and angle adjustment of a precision component or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】 近年、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の光路長や位置
を調整する変位制御素子が所望されるようになってきて
いる。これに応えるものとして、強誘電体等の圧電/電
歪材料に電界を加えたときに惹起される逆圧電効果や電
歪効果に基づくところの変位を利用した素子である圧電
/電歪アクチュエータ等の開発が進められている。2. Description of the Related Art In recent years, in fields such as optics, magnetic recording, and precision processing, a displacement control element that adjusts an optical path length and a position on a submicron order has been desired. In response to this, a piezoelectric / electrostrictive actuator, which is an element utilizing a displacement based on an inverse piezoelectric effect or an electrostrictive effect caused when an electric field is applied to a piezoelectric / electrostrictive material such as a ferroelectric material, etc. Is being developed.
【0003】 その中で、ハードディスクに代表される
磁気記録分野においては、近年特に記憶容量の大容量化
が著しいが、これは書込/読出といった記録方式の改善
に加え、記録トラック数を増して記録媒体をより効率よ
く使用し、記録密度自体を増大させるという試みがなさ
れていることによる。Among them, in the field of magnetic recording represented by a hard disk, the storage capacity has been remarkably increased in recent years. This is due to not only the improvement of the recording method such as writing / reading but also the increasing number of recording tracks. Attempts have been made to use recording media more efficiently and to increase the recording density itself.
【0004】 この試みはこれまで、ボイスコイルモー
タの改良を主に行われてきたが、新たな技術として、例
えば、「TRANSDUCER’97」の「1997
International Conference
on solid−state Sensors an
d Actuators」の予稿集1081〜1084
頁には、SiもしくはNiのマイクロマシンプロセスで
作製した静電方式のマイクロアクチュエータをハードデ
ィスク用磁気ヘッドのトラッキングシステムに適用する
試みが紹介されている。Until now, the attempt has been mainly made to improve the voice coil motor. As a new technique, for example, "1997" of "TRANSDUCER '97"
International Conference
on solid-state Sensors an
d Actuators "1081-1084
The page introduces an attempt to apply an electrostatic microactuator manufactured by a Si or Ni micromachine process to a tracking system of a magnetic head for a hard disk.
【0005】 また、特開平10−136665号公報
には、図26に示されるような、圧電/電歪材料から構
成される板状体に少なくとも1つの孔部を設けることに
より固定部103と可動部104とこれらを接続する少
なくとも1つの梁部102とを一体的に形成し、少なく
とも1つの梁部102の少なくとも一部に固定部103
と可動部104とを結ぶ方向に伸縮が生じるように、電
極層105を設けて変位発生部を構成し、変位発生部の
伸縮に伴って発生する固定部103に対する可動部10
4の変位が、板状体の面内における弧状変位または回転
変位となるような圧電アクチュエータ101が開示され
ている。Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 10-136665 discloses that a fixed member 103 and a movable member are formed by providing at least one hole in a plate made of a piezoelectric / electrostrictive material as shown in FIG. A portion 104 and at least one beam portion 102 connecting them are integrally formed, and at least a portion of the at least one beam portion 102 has a fixing portion 103
An electrode layer 105 is provided to constitute a displacement generating portion so that expansion and contraction occurs in a direction connecting the movable portion 104 and the movable portion 104.
A piezoelectric actuator 101 in which the displacement of No. 4 is an arc-shaped displacement or a rotational displacement in the plane of the plate-like body is disclosed.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、従来
の主としてボイスコイルモータを用いた記録ヘッドの位
置決め技術では、さらなる大容量化に応えるべく、トラ
ック数を増して正確にそのトラックをトレースするよう
に、正確に位置決めすることは困難である。However, in the conventional recording head positioning technology mainly using a voice coil motor, in order to respond to a further increase in capacity, the number of tracks is increased and the tracks are accurately traced. It is difficult to position accurately.
【0007】 また、前述した静電方式マイクロアクチ
ュエータを用いた技術は、マイクロマシニングにより形
成した複数の板状電極間に電圧を印加することにより変
位を得るものであるが、構造上、共振周波数を上げるこ
とが難しく、その結果、高速動作を行った場合に振動が
減衰し難いという問題を内在する。また、変位原理的
に、電圧−変位特性の直線性に劣るという特徴があり、
精密な位置合わせの観点からみると、解決課題は多い。
さらに、マイクロマシニングというプロセス自体、製造
コストの面で問題がある。In the technique using the electrostatic microactuator described above, displacement is obtained by applying a voltage between a plurality of plate-like electrodes formed by micromachining. It is difficult to raise the vibration, and as a result, there is a problem that the vibration is hardly attenuated when a high-speed operation is performed. In addition, in principle, the displacement is inferior to the linearity of the voltage-displacement characteristic.
There are many solutions from the viewpoint of precise alignment.
Furthermore, the process itself called micromachining has a problem in terms of manufacturing cost.
【0008】 さらに、特開平10−136665号公
報開示の圧電アクチュエータ101は、圧電作動部(圧
電膜の歪みにより変位を起こす部分)がモノモルフ構造
をとっていることから、おのずと圧電体の主歪みの軸と
圧電作動部の主変位の軸とは同軸もしくは平行となり、
このため圧電作動部自体の発生変位は小さく、可動部の
変位も小さいという問題がある。また圧電アクチュエー
タ101自体が重く、しかも特開平10−136665
号公報中にも記されているように、動作上有害な振動、
例えば高速作動時の残留振動や振動ノイズに対しても影
響を受けやすく、孔部に充填材を充填して有害振動を抑
制しなければならない必要がある。ところが、このよう
な充填材の使用は、可動部の変位に対して悪影響を与え
るおそれがある。さらに、圧電アクチュエータ101に
おいては、機械的強度に劣る圧電/電歪材料そのもので
構成せざろうを得ないことから、材料強度からくる形状
の制約、使用用途の制約等を受け易いという問題もあ
る。Further, the piezoelectric actuator 101 disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-136665 has a monomorph structure in the piezoelectric operating portion (a portion that is displaced by the distortion of the piezoelectric film). The axis and the axis of the main displacement of the piezoelectric actuator are coaxial or parallel,
For this reason, there is a problem that the displacement generated by the piezoelectric actuating portion itself is small and the displacement of the movable portion is also small. Further, the piezoelectric actuator 101 itself is heavy, and
As described in the official gazette,
For example, it is easily affected by residual vibration and vibration noise during high-speed operation, and it is necessary to suppress harmful vibration by filling the hole with a filler. However, the use of such a filler may adversely affect the displacement of the movable part. Furthermore, since the piezoelectric actuator 101 must be made of a piezoelectric / electrostrictive material itself having poor mechanical strength, there is a problem that the shape is easily affected by the material strength, and the usage is restricted. .
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】 本発明は上述した圧電
/電歪デバイスの問題点に鑑みてなされたものであり、
その目的は、変位効率が高く、従って低電力でありなが
ら高速で精密な動作を可能とした以下に記す第1〜第3
の3主に大別される圧電/電歪デバイスを提供すること
にある。なお、本発明において使用する圧電素子、圧電
膜そして圧電セラミックスの「圧電」には、「圧電」及
び「電歪」の双方の意味が含まれる。本発明によれば、
第1の圧電電歪デバイスとして、連結板と振動板並びに
基板が、当該連結板と当該基板との接合方向と当該連結
板と当該振動板との接合方向が十字に交差するように、
かつ、当該振動板が当該連結板と当該基板との間に跨設
されるようにして互いに接合され、当該振動板の少なく
とも一表面の少なくとも一部に圧電素子が配設されると
共に、当該振動板が当該十字をなす2方向に垂直な方向
に凸状に湾曲していることを特徴とする圧電/電歪デバ
イス、が提供される。Means for Solving the Problems The present invention has been made in view of the problems of the piezoelectric / electrostrictive device described above,
The objective is to achieve the high displacement efficiency, and thus the high-speed and precise operation with low power consumption.
It is another object of the present invention to provide a piezoelectric / electrostrictive device which is mainly classified. Note that the term “piezoelectric” of the piezoelectric element, the piezoelectric film, and the piezoelectric ceramic used in the present invention includes both the meaning of “piezoelectric” and “electrostriction”. According to the present invention,
As a first piezoelectric electrostrictive device, the connection plate and the vibration plate and the substrate, so that the joining direction of the connection plate and the substrate and the joining direction of the connection plate and the vibration plate cross in a cross.
The vibration plate is joined to the connection plate and the substrate so as to extend between the connection plate and the substrate, and the piezoelectric element is disposed on at least a part of at least one surface of the vibration plate, and A piezoelectric / electrostrictive device is provided, wherein the plate is curved convexly in two directions perpendicular to the cross.
【0010】 この第1の圧電/電歪デバイスにおいて
は、連結板の一端に固定板を接合することも好ましい。
また、磁気ヘッド等の他のデバイスや部品等を連結板の
先端等に固定することも好ましい。また、連結板と固定
板とを交互に接合して蛇行形とし、隣接する連結板間に
圧電素子を配設した振動板を跨設した構造とすることに
より、より大きな変位を得ることも可能となる。In the first piezoelectric / electrostrictive device, it is preferable that a fixed plate is joined to one end of the connecting plate.
It is also preferable to fix another device or component such as a magnetic head to the tip of the connecting plate. In addition, larger displacement can be obtained by joining the connecting plate and the fixed plate alternately to form a meandering shape and straddling a diaphragm with a piezoelectric element arranged between adjacent connecting plates. Becomes
【0011】 第1の圧電/電歪デバイスの変位モード
については、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中心軸を基準としたとき
に、連結板が、連結板と振動板との接合方向に振り子状
に変位するθ変位モード、若しくはθ変位モードに中心
軸から離れるに従って連結板と振動板との接合方向及び
中心軸の伸長方向の両方向に垂直な方向の変位成分が加
わるφ変位モード、若しくは連結板と振動板との接合方
向に一軸的に変位するν変位モード、若しくはν変位モ
ードに中心軸から離れるに従って連結板と振動板との接
合方向及び中心軸の伸長方向の両方向に垂直な方向の変
位成分が加わるνz変位モードの少なくともいずれかの
変位モードが挙げられる。なお、これらの変位モード
は、前述した方向の成分を主とするものであって、他の
変位方向成分を全く含まない意味ではない。Regarding the displacement mode of the first piezoelectric / electrostrictive device, when the joining surface between the connecting plate and the substrate is a fixed surface, and the center axis of the fixing surface is perpendicular to the center, the connecting plate is Is displaced like a pendulum in the joining direction of the connecting plate and the diaphragm, or perpendicular to both the joining direction of the connecting plate and the diaphragm and the extending direction of the central axis as the distance from the central axis increases in the θ displacement mode.モ ー ド displacement mode in which displacement components in different directions are added, or 変 位 displacement mode in which the connection plate and diaphragm are uniaxially displaced in the joining direction, or 接合 displacement mode in which the connection direction between the connection plate and diaphragm is further away from the central axis And at least one of the νz displacement modes in which a displacement component in a direction perpendicular to both directions of the extension direction of the central axis is added. Note that these displacement modes mainly include components in the above-described directions, and do not mean that other displacement direction components are not included at all.
【0012】 次に、本発明によれば、第2の圧電/電
歪デバイスとして、当該連結板が当該固定板を挟持する
方向と当該振動板が当該連結板を挟持する方向が十字に
交差するように、固定板と連結板並びに振動板が互いに
接合され、当該連結板が基板に形成された対向する凹部
の底面に接合されると共に、当該振動板が当該凹部の側
面と接合され、少なくとも1枚の当該振動板の少なくと
も一表面の少なくとも一部に圧電素子が配設されると共
に、当該圧電素子の配設された振動板が、当該十字をな
す2方向に垂直な方向に凸状に湾曲していることを特徴
とする圧電/電歪デバイス、が提供される。Next, according to the present invention, as a second piezoelectric / electrostrictive device, a direction in which the connecting plate sandwiches the fixed plate and a direction in which the diaphragm sandwiches the connecting plate cross each other in a cross shape. As described above, the fixed plate, the connection plate, and the vibration plate are joined to each other, the connection plate is joined to the bottom surface of the opposed recess formed in the substrate, and the vibration plate is joined to the side surface of the recess, and A piezoelectric element is disposed on at least a part of at least one surface of the vibration plates, and the vibration plate on which the piezoelectric elements are disposed is curved in a convex shape in two directions perpendicular to the two directions forming the cross. A piezoelectric / electrostrictive device is provided.
【0013】 この第2の圧電/電歪デバイスにおいて
は、振動板が連結板を挟持する方向における当該連結板
の幅をそれぞれ異なったものとすることも好ましく、ま
た、振動板を固定板とも接合するように配設してもよ
い。変位モードとしては、固定板が、固定板の面方向変
位であって振動板が連結板を挟持する方向と平行な方向
に一軸的に変位する一軸変位モード、若しくは固定板の
略中心部分を中心として回転する回転変位モードのいず
れかが好適に用いられる。In the second piezoelectric / electrostrictive device, it is preferable that the width of the connecting plate in the direction in which the vibrating plate sandwiches the connecting plate is different from each other. You may arrange so that it may be. As the displacement mode, the fixed plate is a uniaxial displacement mode in which the fixed plate is a displacement in the surface direction of the fixed plate and the diaphragm is uniaxially displaced in a direction parallel to the direction in which the connecting plate is sandwiched, or the center of the substantially fixed portion of the fixed plate. Any of the rotational displacement modes in which the rotation is performed is preferably used.
【0014】 上述した第1・2の圧電/電歪デバイス
においては、連結板に1箇所以上のスリット及び/又は
孔部を設け、及び/又は薄肉部と厚肉部とを形成するこ
とも好ましく、この場合には、平面的な変位を効率よく
得ることが可能となる。In the first and second piezoelectric / electrostrictive devices described above, it is also preferable to provide one or more slits and / or holes in the connecting plate and / or to form a thin portion and a thick portion. In this case, it is possible to efficiently obtain a planar displacement.
【0015】 続いて、本発明によれば、第3の圧電/
電歪デバイスとして、基板に形成された対向する凹部の
底面間に連結板が跨設され、当該凹部の各々において、
少なくとも1枚の振動板が、当該連結板と当該凹部の側
面との間に跨設され、固定板が、当該固定板の長手方向
が当該振動板の跨設方向と平行となるようにして連結板
に接合され、少なくとも2枚の当該振動板の少なくとも
一表面の少なくとも一部に圧電素子が配設されると共
に、当該振動板が、当該振動板の跨設方向と当該連結板
の跨設方向の両方向に垂直な方向に凸状に湾曲している
ことを特徴とする圧電/電歪デバイス、が提供される。Subsequently, according to the present invention, the third piezoelectric /
As an electrostrictive device, a connecting plate is laid between the bottom surfaces of opposed concave portions formed on the substrate, and in each of the concave portions,
At least one diaphragm is straddled between the connection plate and the side surface of the concave portion, and the fixed plate is connected such that a longitudinal direction of the fixed plate is parallel to a straddling direction of the diaphragm. A piezoelectric element is disposed on at least a part of at least one surface of at least two of the diaphragms, and the diaphragm is arranged in a direction in which the diaphragm is straddled and a direction in which the connecting plate is straddled. A piezoelectric / electrostrictive device characterized by being convexly curved in a direction perpendicular to both directions.
【0016】 また、この第3のデバイスにおいては、
長手方向における一端が少なくとも2枚の振動板によっ
て挟持され、かつ、他端が別の少なくとも2枚の振動板
によって挟持された連結板が、基板に形成された対向す
る凹部の底面間に跨設されると共に、当該振動板が当該
凹部の側面と接合され、固定板が、当該固定板の長手方
向が当該振動板が当該連結板を挟持する方向と平行にな
るように当該連結板に接合され、少なくとも2枚の当該
振動板の少なくとも一表面の少なくとも一部に圧電素子
が配設されると共に、当該振動板が、当該振動板が当該
連結板を挟持する方向と当該連結板の跨設方向の両方向
に垂直な方向に凸状に湾曲していることを特徴とする圧
電/電歪デバイス、の形態とすることも好ましい。In the third device,
A connecting plate, one end of which in the longitudinal direction is sandwiched by at least two diaphragms, and the other end of which is sandwiched by at least two other diaphragms, is straddled between bottom surfaces of opposed concave portions formed in the substrate. At the same time, the diaphragm is joined to the side surface of the recess, and the fixed plate is joined to the connecting plate such that the longitudinal direction of the fixed plate is parallel to the direction in which the diaphragm sandwiches the connecting plate. A piezoelectric element is disposed on at least a part of at least one surface of at least two of the vibration plates, and the vibration plate is arranged so that the vibration plate sandwiches the connection plate and the straddling direction of the connection plate. It is also preferable to form a piezoelectric / electrostrictive device characterized in that the piezoelectric / electrostrictive device is convexly curved in the directions perpendicular to both directions.
【0017】 これら第3の圧電/電歪デバイスにおい
ては、固定板と連結板との接合部に切欠部を形成するこ
とが好ましい。また、固定板は連結板と交差するように
接合されていてもよい。更に、連結板が固定板の長手方
向に少なくとも2分割され、かつ、分割されて形成され
た少なくとも2枚の連結板と固定板が接合された構造と
することも好ましい。前述した切欠部を設けた場合に
は、固定板と連結板との接合部から固定板の長手方向に
かけて、固定板にひんじ部を設けると、変位の拡大が図
られ、好ましい。In the third piezoelectric / electrostrictive device, it is preferable to form a notch at a joint between the fixing plate and the connecting plate. Further, the fixing plate may be joined so as to intersect with the connecting plate. Furthermore, it is also preferable that the connecting plate is divided into at least two in the longitudinal direction of the fixed plate, and that at least two divided connecting plates and the fixed plate are joined. In the case where the above-described cutout portion is provided, it is preferable to provide a tongue portion in the fixed plate from the joint between the fixed plate and the connecting plate in the longitudinal direction of the fixed plate, because the displacement can be increased, which is preferable.
【0018】 さて、第3の圧電/電歪デバイスにおい
ては、固定板と連結板との接合部を中心として対角対置
に位置する1組の圧電素子を同位相で駆動すると共に他
組の圧電素子を逆位相で駆動し、若しくは1組の圧電素
子と他組の圧電素子を同位相で時間をずらして駆動する
方法が好適に採用される。一方、固定板の長手方向軸を
対称軸として、線対称の位置にある1組の圧電素子を同
位相で駆動すると共に他組の圧電素子を逆位相で駆動
し、若しくは1組の圧電素子と他組の圧電素子を同位相
で時間をずらして駆動してもよい。なお、連結板を挟持
する1対の振動板2枚は、連結板の厚み方向にずれた位
置において、それぞれ連結板と接合されていてもよく、
連結板を挟持する1対の振動板2枚と連結板との接合位
置の中点を点対称中心として、各振動板の一方の平板面
に圧電素子を配設し、かつ、当該圧電素子を同位相で駆
動することも好ましい。In the third piezoelectric / electrostrictive device, one set of piezoelectric elements positioned diagonally opposite to each other around the joint between the fixed plate and the connecting plate is driven in phase and the other set of piezoelectric elements is driven. A method in which the elements are driven in opposite phases, or one set of piezoelectric elements and another set of piezoelectric elements are driven in phase with the same phase shifted with respect to time is suitably employed. On the other hand, with the longitudinal axis of the fixed plate as the axis of symmetry, one set of piezoelectric elements at line-symmetric positions are driven in phase and the other set of piezoelectric elements are driven in opposite phase, or one set of piezoelectric elements is driven. Other sets of piezoelectric elements may be driven in the same phase and at different times. The pair of two diaphragms sandwiching the connecting plate may be joined to the connecting plate at positions shifted in the thickness direction of the connecting plate, respectively.
A piezoelectric element is disposed on one flat surface of each of the diaphragms, with the midpoint of the joining position between the pair of two diaphragms sandwiching the coupling plate and the coupling plate being the center of point symmetry, and It is also preferable to drive in the same phase.
【0019】 第3の圧電/電歪デバイスの変位モード
としては、固定板が、固定板の長手方向に一軸的に変位
する一軸変位モード、若しくは固定板と連結板との接合
部近傍を中心とした面内回転変位モード、若しくは連結
板の長手方向軸を回転中心とした軸回転変位モードの少
なくともいずれかの変位モードが好適に用いられる。第
3の圧電/電歪デバイスの面内回転変位モードは、圧電
素子の変位を2段階に拡大する拡大機構に基づくことを
特徴とする。The displacement mode of the third piezoelectric / electrostrictive device is a uniaxial displacement mode in which the fixed plate is displaced uniaxially in the longitudinal direction of the fixed plate, or a mode centered on the vicinity of the joint between the fixed plate and the connecting plate. At least one of the in-plane rotational displacement mode and the axial rotational displacement mode with the longitudinal axis of the connecting plate as the center of rotation is preferably used. The third in-plane rotational displacement mode of the piezoelectric / electrostrictive device is based on an enlargement mechanism that enlarges the displacement of the piezoelectric element in two stages.
【0020】 上述した本発明の圧電/電歪デバイスに
おいては、1枚の固定板が、複数の圧電/電歪デバイス
における連結板と接合された構造とすることも好まし
い。また、振動板の凸形状として、振動板の跨設方向に
おける長さをLとし、凸方向の湾曲高さをHとしたと
き、少なくとも1≦(H/L)×100≦30の関係が
満足されていることが好ましく、1≦(H/L)×10
0≦10の関係を満足していることがより好ましい。ま
た、少なくとも連結板と振動板は、互いの側面において
接合されていることが好ましい。即ち、連結板を剛体モ
ードで変位させると好ましい。少なくとも連結板と振動
板並びに基板が一体的に形成されていると、接合部の信
頼性を高めることができ、好ましい。勿論、固定板を設
けた場合には、固定板を同様に側面で接合し、また、連
結板と一体的に形成することも好ましい。このような一
体構造は、グリーンシート積層法を用いて、少なくとも
連結板と振動板並びに基板を形成することで容易に得る
ことができる。この場合には、固定板を同様に一体的に
形成することも容易である。In the above-described piezoelectric / electrostrictive device of the present invention, it is also preferable that one fixed plate has a structure in which it is joined to the connecting plates of the plurality of piezoelectric / electrostrictive devices. Further, as the convex shape of the diaphragm, when the length in the straddling direction of the diaphragm is L and the curved height in the convex direction is H, the relationship of at least 1 ≦ (H / L) × 100 ≦ 30 is satisfied. It is preferable that 1 ≦ (H / L) × 10
More preferably, the relationship of 0 ≦ 10 is satisfied. Further, it is preferable that at least the connecting plate and the diaphragm are joined to each other on their side surfaces. That is, it is preferable to displace the connecting plate in the rigid body mode. It is preferable that at least the connecting plate, the vibration plate, and the substrate are formed integrally, because the reliability of the joint can be improved. Of course, when a fixing plate is provided, it is preferable that the fixing plate is similarly joined on the side surface and is formed integrally with the connecting plate. Such an integrated structure can be easily obtained by forming at least the connecting plate, the diaphragm, and the substrate using the green sheet laminating method. In this case, it is easy to similarly form the fixing plate integrally.
【0021】 1個の圧電素子は複数に分割してもよ
く、この場合には分割された少なくとも1個の圧電素子
を駆動素子として用い、別の少なくとも1個の圧電素子
を補助素子として用いることが好ましい。また、1個の
圧電素子の分割を行うか否かに関係なく、圧電素子を2
個以上配設した場合には、少なくとも1個の圧電素子を
駆動素子として用い、少なくとも他の1個の圧電素子を
補助素子として用いることも好ましい。なお、ここでの
補助素子とは、故障診断用素子、変位確認/判定用素
子、駆動補助用素子等をいう。One piezoelectric element may be divided into a plurality of piezoelectric elements. In this case, at least one divided piezoelectric element is used as a driving element, and another at least one piezoelectric element is used as an auxiliary element. Is preferred. Regardless of whether or not one piezoelectric element is divided, two piezoelectric elements can be used.
When more than one piezoelectric element is provided, it is also preferable to use at least one piezoelectric element as a driving element and to use at least one other piezoelectric element as an auxiliary element. Here, the auxiliary element means a failure diagnosis element, a displacement confirmation / judgment element, a driving auxiliary element, and the like.
【0022】 圧電素子及び圧電素子の電極に導通する
電極リードは、樹脂若しくはガラスからなる絶縁層によ
り被覆すると、耐湿性の向上が図られ、好ましい。ここ
で樹脂を用いる場合には、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。絶縁層を形成した場合に
は、その表面上に導電性部材からなるシールド層を形成
することも好ましい。It is preferable that the piezoelectric element and the electrode lead conducting to the electrode of the piezoelectric element be covered with an insulating layer made of resin or glass, because moisture resistance is improved. When a resin is used here, a fluorine resin or a silicone resin is preferably used. When an insulating layer is formed, it is also preferable to form a shield layer made of a conductive member on the surface.
【0023】 基板、固定板、連結板、振動板の材料と
しては、完全安定化ジルコニアあるいは部分安定化ジル
コニアが好適に用いられる。一方、圧電素子における圧
電膜としては、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウ
ムニオブ酸鉛からなる成分を主成分とする材料が好適に
用いられる。固定板、連結板、振動板の少なくともいず
れかの形状はレーザ加工若しくは機械加工によりトリミ
ングして寸法調整を容易に行うことができ、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も好まし
い。As the material of the substrate, the fixing plate, the connecting plate, and the diaphragm, completely stabilized zirconia or partially stabilized zirconia is preferably used. On the other hand, as the piezoelectric film in the piezoelectric element, a material mainly containing a component composed of lead zirconate, lead titanate, and lead magnesium niobate is preferably used. The shape of at least one of the fixed plate, the connecting plate, and the vibration plate can be easily adjusted by trimming by laser processing or mechanical processing, and the electrodes of the piezoelectric element can be easily processed by laser processing or mechanical processing. It is also preferable to adjust the effective electrode area.
【0024】 ところで、本発明の圧電/電歪デバイス
を前述した特開平10−136665号公報記載の圧電
アクチュエータ101と比較すると、本発明の圧電/電
歪デバイスは、振動板を有するユニモルフ若しくはバイ
モルフ型構造であるため、圧電膜の主歪みの軸と圧電作
動部の主変位の軸とは方向が異なるものであり、この特
徴を活かして圧電膜の歪みを屈曲モードへ拡大でき、従
って、大きな固定板の変位が得られるという特徴を有す
る。また、本発明の圧電/電歪デバイスは、機能分化が
可能であり、圧電膜以外の基板等を機械的強度、靱性に
優れるジルコニアを主成分とする材料で構成し得ること
から、所望の強度を有し、しかも小型、薄型、軽量のデ
バイスを得ることができる利点がある。更に、変位特性
に対する外部からの影響を受け難く、従って充填材等を
用いる必要がないという特徴をも有する。By the way, when the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention is compared with the piezoelectric actuator 101 described in JP-A-10-136665, the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention is a unimorph or bimorph type having a diaphragm. Due to the structure, the direction of the axis of the main strain of the piezoelectric film and the axis of the main displacement of the piezoelectric actuator are different, and by utilizing this feature, the strain of the piezoelectric film can be expanded to the bending mode, and therefore, large fixed It has the characteristic that a plate displacement can be obtained. Further, the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention can be differentiated in function, and a substrate or the like other than the piezoelectric film can be made of a material mainly composed of zirconia having excellent mechanical strength and toughness. In addition, there is an advantage that a small, thin, and lightweight device can be obtained. Further, there is a feature that the displacement characteristics are hardly affected by external influences, and therefore, it is not necessary to use a filler or the like.
【0025】[0025]
【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、本発明は以下の
実施の形態に限定されるものでない。本発明の第1のデ
バイスの基本構造を示す平面図を図1(a)に示す。デ
バイス31は、連結板2と振動板3並びに基板5が、連
結板2と基板5との接合方向(Y軸方向。以下同様とす
る。)と連結板2と振動板3との接合方向(X軸方向。
以下同様とする。)が十字に交差する、つまり直交する
ように、かつ、振動板3が連結板2と基板5との間に跨
設されるようにして互いに接合された構造を有していお
り、Y軸方向において、基板5と振動板3との間には窓
部15が形成されている。従って、振動板3の跨設のた
めに、基板5はX軸方向とY軸方向の両方向に側面を有
するような形状を有している必要がある。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a piezoelectric / electrostrictive device (hereinafter, referred to as “device”) of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. It is not limited. FIG. 1A is a plan view showing the basic structure of the first device of the present invention. In the device 31, the connecting direction of the connecting plate 2 and the diaphragm 3 and the substrate 5 and the connecting direction of the connecting plate 2 and the substrate 5 (Y-axis direction; the same applies hereinafter) and the connecting direction of the connecting plate 2 and the diaphragm 3 ( X-axis direction.
The same applies hereinafter. ) Intersect with each other in a cross, that is, orthogonally, and the vibration plate 3 is joined to the connecting plate 2 and the substrate 5 so as to be straddled between them. , A window 15 is formed between the substrate 5 and the diaphragm 3. Therefore, in order for the diaphragm 3 to be straddled, the substrate 5 needs to have a shape having side surfaces in both the X-axis direction and the Y-axis direction.
【0026】 そして、振動板3の一表面には圧電素子
4が配設され、振動板3は十字をなす2方向に垂直な方
向(紙面に垂直な方向であり、以下「Z軸方向」と記
し、以下X−Y−Z軸を同様に定義する。)に凸状に湾
曲している。従って、圧電素子4もまた湾曲した形態を
有している。この状態を示した断面図が図1(b)、
(c)であり、これらの図は、図1(a)の平面図中の
X軸を通り、X−Y平面に垂直な面、即ち、Z−X平面
におけるデバイス31の断面を、矢印Aの方向であるY
軸方向から見た断面図である。このような方法により示
した断面図を以降、「X軸における矢視AA図」のよう
に表現する。なお、圧電素子4には、圧電素子4を形成
する電極から電極リードが基板5へ向けて配設される
が、図1の各図では省略されている。A piezoelectric element 4 is disposed on one surface of the vibration plate 3, and the vibration plate 3 is a direction perpendicular to two directions forming a cross (a direction perpendicular to the paper surface, hereinafter referred to as a “Z-axis direction”). In the following, the XYZ axes are similarly defined.). Therefore, the piezoelectric element 4 also has a curved shape. A sectional view showing this state is shown in FIG.
FIG. 1C shows a cross section of the device 31 in a plane perpendicular to the XY plane, that is, through the X-axis in the plan view of FIG. The direction of Y
It is sectional drawing seen from the axial direction. A cross-sectional view shown by such a method is hereinafter represented as “an AA diagram on the X axis”. In the piezoelectric element 4, electrode leads are provided from the electrodes forming the piezoelectric element 4 to the substrate 5, but are omitted in each drawing of FIG. 1.
【0027】 これら連結板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好適に行われ、一
体的に形成されていることが好ましい。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31を得ることができる。連結板2は振動板3より
も厚く形成されているが、振動板3と同様程度に薄く形
成しても構わない。デバイス31における連結板2は、
後述するデバイス34における薄板16に、薄板16と
同じ幅のバネ板17を貼合したものと同等であり、連結
板2を振動板3よりも所定の範囲で厚くすることによ
り、連結板2の機械的強度を高め、かつ、後述するZ軸
方向への連結板2の変位を抑制することが可能となる。The joining of the members of the connecting plate 2, the diaphragm 3, and the substrate 5 is preferably performed on a side surface of each member, and is preferably formed integrally. If a green sheet laminating method described later is used, a device 31 integrally formed can be easily obtained. The connecting plate 2 is formed thicker than the diaphragm 3, but may be formed as thin as the diaphragm 3. The connecting plate 2 in the device 31
This is equivalent to bonding a spring plate 17 having the same width as the thin plate 16 to the thin plate 16 in a device 34 described later. It is possible to increase the mechanical strength and suppress the displacement of the connecting plate 2 in the Z-axis direction described later.
【0028】 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或いは振動を伝達すると共
に、振動板の変位を拡大する要素をいい、連結板の先端
等には、後述するデバイス34等に示されるように、固
定板や磁気ヘッド等の各種の素子を取り付けることがで
きる。つまり、連結板は、固定板等と基板を連結し、固
定板等を変位させる役割をも果たすものであり、デバイ
ス31においては、連結板2自体が固定板の役割をも果
たしているとみなすことができる。Here, the connection plate refers to an element that transmits displacement or vibration of the vibration plate generated by driving the piezoelectric element and expands the displacement of the vibration plate. As shown at 34 and the like, various elements such as a fixing plate and a magnetic head can be attached. That is, the connection plate also serves to connect the fixed plate or the like to the substrate and to displace the fixed plate or the like. In the device 31, it is assumed that the connection plate 2 itself also plays the role of the fixed plate. Can be.
【0029】 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或いは振動に変換し、この変位
或い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固定板等が変位
或いは振動したときに生ずる歪み或いは振動を圧電素子
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、並びに固定板等が配設されてい
る場合には固定板等を含む。)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。The vibration plate is an element that converts distortion of a piezoelectric element disposed on the surface into displacement or vibration in a bending mode and transmits the displacement or vibration to the connection plate. Note that the vibration plate also plays a role of transmitting distortion or vibration generated when the connection plate or a fixed plate joined to the connection plate is displaced or vibrated to the piezoelectric element. The substrate holds a movable portion (including a connection plate, a vibration plate, a piezoelectric element, and a fixed plate when a fixed plate or the like is provided), and various electrodes for attaching to a measurement device. An element provided with terminals and used for handling in actual use.
【0030】 前述したように、基板5には、振動板3
の跨設のための直交する2側面が形成されているが、こ
の2側面は必ずしも直交している必要はなく、また、2
側面の交差部は曲率を有していてもよい。そして、この
ような2側面は基板5に形成された凹部の底面と一方の
側面であってもよく、更にこの凹部は、基板に四角形状
の孔部を形成したときの4側面中の3側面であってもよ
い。従って、凹部は底面に対して垂直な側面を有する窪
みである必要はなく、また、必ずしも一方向に開口して
いる必要もない。As described above, the vibration plate 3
Are formed, but the two side surfaces are not necessarily required to be orthogonal.
The intersection of the side surfaces may have a curvature. The two side surfaces may be the bottom surface and one side surface of the concave portion formed in the substrate 5, and the concave portion may be formed by three side surfaces out of four side surfaces when a rectangular hole is formed in the substrate. It may be. Therefore, the recess does not need to be a depression having a side surface perpendicular to the bottom surface, and does not necessarily need to be opened in one direction.
【0031】 さて、このデバイス31の特徴を説明す
るために、ここで先ず、デバイス31における湾曲した
振動板3に代えて、平行平板状の振動板63を有するデ
バイス30の、図1(b)に相当する断面図を図2
(a)〜(c)に示し、デバイス30における変位のメ
カニズムを説明することとする。図2(a)に示される
ように、連結板2の先端を、矢印Aで示されるようにX
軸方向に変位或いは振動(以下、このような態様を「駆
動」とも表現する。)させる場合を考える。Now, in order to explain the features of this device 31, first, FIG. FIG. 2 is a sectional view corresponding to FIG.
The mechanism of displacement in the device 30 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2A, the tip of the connecting plate 2 is
A case where displacement or vibration is performed in the axial direction (hereinafter, such a mode is also referred to as “driving”) is considered.
【0032】 圧電素子4が、例えば、後述する図5に
示されるような圧電素子88のように、圧電膜のd31を
使用するものである場合には、圧電素子4に電圧を印加
すると圧電膜に電界誘起歪みが生じ、矢印Cで表される
振動板63の主平面に垂直な方向への屈曲モードの変位
が生ずる(図2(b))。このとき、振動板63と連結
板2との接合部Bには、矢印Dで表される矢印Cとは反
対向きの力が作用する。この矢印Dの方向はZ軸方向で
あり、矢印Aの方向とは直交するために、連結板を矢印
Aの方向へ変位させる成分を含んでおらず、そのため電
圧印加の瞬間には連結板2は、矢印Aの方向へ変位しな
い。When the piezoelectric element 4 uses a piezoelectric film d 31 , for example, as in a piezoelectric element 88 shown in FIG. 5 described below, when a voltage is applied to the piezoelectric element 4, Electric field-induced distortion occurs in the film, and displacement of the bending mode in a direction indicated by an arrow C in a direction perpendicular to the main plane of the diaphragm 63 occurs (FIG. 2B). At this time, a force in the direction opposite to the arrow C represented by the arrow D acts on the joint B between the diaphragm 63 and the connecting plate 2. The direction of the arrow D is the Z-axis direction and is orthogonal to the direction of the arrow A, and therefore does not include a component for displacing the connecting plate in the direction of the arrow A. Does not displace in the direction of arrow A.
【0033】 しかし、振動板63に屈曲が生ずると、
接合部Bに作用する力は、矢印Dの方向ではなく、矢印
Eで示される方向となって、矢印Aの方向の成分(矢印
EA)が生ずるようになる。発明者らは、こうして矢印
EAの変位成分によって、連結板2が矢印Aの方向に変
位すると推定し、そこで、振動板が平行平板状である場
合よりも低電圧で優位に矢印Aの方向へ変位させるため
に、圧電素子4へ電圧を印加する前の状態で、既に振動
板及び圧電素子(以下、これらを合わせた部分を「圧電
作動部」という。)の形状を図2(c)と同様に湾曲さ
せた状態としたデバイス31(図1(b))に到達した
ものである。However, when the diaphragm 63 is bent,
Force acting on the joint portion B is not in the direction of arrow D, and a direction indicated by arrow E, so that the direction component of the arrow A (arrow E A) occurs. We, thus the displacement component of arrow E A, connecting plate 2 is estimated that the displacement in the direction of arrow A, where the direction of the predominantly arrow A at a lower voltage than when the vibration plate is a parallel plate Before applying a voltage to the piezoelectric element 4 in order to displace the piezoelectric element 4, the shape of the vibration plate and the piezoelectric element (hereinafter, the combination thereof is referred to as a “piezoelectric actuator”) is shown in FIG. The device 31 has reached the device 31 (FIG. 1 (b)) which has been curved in the same manner as in FIG.
【0034】 つまり、図1(b)の断面形状を有する
デバイス31のように、湾曲した圧電作動部を形成する
ことにより、圧電素子4に電圧を印加した瞬間から接合
部Bに矢印Aの方向の力を作用させることができるた
め、圧電作動部が平行平板状である場合と比較して、低
電圧で圧電素子4の駆動に対して効率よく連結板2を大
きく変位させることができるようになる。In other words, by forming a curved piezoelectric actuator as in the device 31 having the cross-sectional shape of FIG. 1B, a direction indicated by an arrow A is applied to the joint B from the moment a voltage is applied to the piezoelectric element 4. Therefore, the connecting plate 2 can be displaced more efficiently at a lower voltage with respect to the driving of the piezoelectric element 4 as compared with the case where the piezoelectric operating portion has a parallel plate shape. Become.
【0035】 このような圧電作動部の湾曲の方向は、
図1(b)に示されるように、振動板3側に凸とになる
ように設定しなければならないものではない。つまり、
図1(c)に示すように、圧電素子4側に凸となる形状
とすることも可能である。図3(a)、(b)に示した
断面図は、このような構造とした場合の圧電作動部の変
位のメカニズムの説明図である。後述する図6若しくは
図7に示される圧電素子94A・94Bのような、d33
を利用する圧電素子4を用いた場合には、図3(a)に
示されるように、圧電素子4への電圧印加によって圧電
膜は電界方向、即ち圧電膜主面方向へ伸長するため、圧
電作動部は更に形状が凸となる矢印Cの方向へ屈曲変位
を起こす。これによって、接合部Bには矢印Eの向きに
力が作用し、そのX軸成分である矢印EAによって、連
結板2は矢印Aの方向へ変位するようになる。The direction of curvature of such a piezoelectric actuator is
As shown in FIG. 1B, it is not necessary to set so as to be convex on the diaphragm 3 side. That is,
As shown in FIG. 1C, it is also possible to make the shape convex toward the piezoelectric element 4 side. The cross-sectional views shown in FIGS. 3A and 3B are explanatory views of the mechanism of displacement of the piezoelectric actuator in such a structure. D 33 such as piezoelectric elements 94A and 94B shown in FIG. 6 or FIG.
When the piezoelectric element 4 is used, as shown in FIG. 3A, the voltage applied to the piezoelectric element 4 causes the piezoelectric film to expand in the direction of the electric field, that is, the main surface of the piezoelectric film. The actuating portion further causes a bending displacement in the direction of arrow C where the shape becomes convex. Thus, the direction to the force of the arrow E acts on the junction B, the arrow E A is the X-axis component, the connecting plate 2 will be displaced in the direction of arrow A.
【0036】 一方、図3(b)において、前記同様に
後述する図5に示される圧電素子88のようなd31を利
用する圧電素子4を用いた場合には、圧電膜は電界に垂
直な方向、即ち圧電膜主面方向へ伸縮するように変形す
るので、圧電作動部は凸形状が水平に近づくように矢印
Cの方向に変位する。これによって、接合部Bには矢印
Eの向きに力が作用することとなり、そのX軸成分であ
る矢印EAによって、連結板2は矢印Aの方向へ変位す
るようになる。但し、この場合には、圧電作動部の変位
に従って湾曲の度合いが小さくなるため、連結板2の矢
印A方向への変位効率も若干小さくなる。On the other hand, in FIG. 3B, when a piezoelectric element 4 using d 31 like the piezoelectric element 88 shown in FIG. 5 described later is used, the piezoelectric film is perpendicular to the electric field. Since the piezoelectric actuator is deformed so as to expand and contract in the direction, that is, in the direction of the main surface of the piezoelectric film, the piezoelectric actuator is displaced in the direction of arrow C so that the convex shape approaches horizontal. Thus, it becomes possible to force acts in the direction of arrow E in junction B, the arrow E A is the X-axis component, the connecting plate 2 will be displaced in the direction of arrow A. However, in this case, since the degree of bending becomes smaller in accordance with the displacement of the piezoelectric actuator, the displacement efficiency of the connecting plate 2 in the direction of the arrow A also becomes slightly smaller.
【0037】 さて、圧電素子4の配設が振動板3の凸
面或いは凹面のいずれであっても、図4(a)、(b)
に示すように、振動板3の跨設方向における長さをLと
し、凸方向の湾曲高さをHとしたとき、1≦(H/L)
×100≦30の関係が満たされていることが好まし
く、1≦(H/L)×100≦10の関係が満足されて
いるとより好ましい。これは、後述するように、本発明
のデバイスは膜形成法により圧電作動部を形成するもの
であることから、圧電作動部の形状が圧電膜焼成時の焼
成応力と深く関係しており、焼成応力による圧電特性の
低下を抑制すると共に、デバイスの製造の容易さを考慮
して設計することが好ましく、前記数式を満足させるこ
とで、焼成応力による圧電特性の低下を小さく抑え、ま
た、変位効率を十分に生かせる範囲とすることができ
る。なお、これら凸形状は、少なくとも振動板3の跨設
方向において満たされているものであり、振動板3の跨
設方向に直交する方向は、必ずしもこの限りではない。Now, regardless of whether the piezoelectric element 4 is disposed on the convex surface or the concave surface of the diaphragm 3, FIGS. 4A and 4B
As shown in (1), when the length of the diaphragm 3 in the straddling direction is L and the curved height in the convex direction is H, 1 ≦ (H / L)
It is preferable that the relationship of × 100 ≦ 30 is satisfied, and it is more preferable that the relationship of 1 ≦ (H / L) × 100 ≦ 10 is satisfied. This is because, as described later, since the device of the present invention forms the piezoelectric operating portion by the film forming method, the shape of the piezoelectric operating portion is closely related to the firing stress at the time of firing the piezoelectric film. It is preferable that the design be made in consideration of the easiness of manufacturing the device while suppressing the decrease in the piezoelectric characteristics due to the stress. Can be fully utilized. Note that these convex shapes are filled at least in the direction in which the diaphragm 3 is laid, and the direction perpendicular to the direction in which the diaphragm 3 is laid is not necessarily limited to this.
【0038】 上述したように、デバイス31には所定
の変位を連結板2に起こさせるために、d31又はd33を
利用する種々の圧電素子4が配設される。d31を利用す
る圧電素子4の形態としては、前述の通り、図5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。一方、d33を利用する圧電素子4の形
態としては、図6に示すような振動板89上に圧電膜9
0を配し、圧電膜90上部の第1電極91と第2電極9
2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が挙げられる。なお、図6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
の接続面の間に形成されてもかまわない。更に、図7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、
d33を利用する圧電素子として好適に用いられる。As described above, various piezoelectric elements 4 using d 31 or d 33 are provided in the device 31 to cause a predetermined displacement to the connecting plate 2. As shown in FIG. 5, as shown in FIG. 5, as a form of the piezoelectric element 4 using d 31 , the piezoelectric film 86
Piezoelectric element 88 formed in a layered manner sandwiched between
Is typical. On the other hand, the form of the piezoelectric element 4 utilizing d 33, the piezoelectric film 9 on the diaphragm 89 as shown in FIG. 6
0, the first electrode 91 and the second electrode 9 on the piezoelectric film 90 are disposed.
2 is a piezoelectric element 94A having a comb-shaped structure in which a gap 93 having a constant width is formed. Note that the first electrode 91 and the second electrode 92 in FIG.
May be formed between the connecting surfaces. Further, as shown in FIG. 7, a piezoelectric element 94B in which a piezoelectric film 90 is embedded between a comb-shaped first electrode 91 and a second electrode 92 is also provided.
It is suitably used as a piezoelectric element utilizing d 33.
【0039】 図6及び図7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W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5〜図7記載の圧電素
子は、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。このような圧電素子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し、この歪みが振
動板3に伝達され、次に連結板2へと伝達されることに
より、連結板2に上述した所定の変位が発生する。When the piezoelectric elements 94A and 94B having the comb electrodes shown in FIGS. 6 and 7 are used, the displacement can be increased by reducing the pitch W of the comb electrodes. Such piezoelectric elements shown in FIGS. 5 to 7 can be applied to all devices of the present invention described later. When a voltage is applied to the piezoelectric element 4, a distortion corresponding to the applied voltage is generated in the piezoelectric film, and the distortion is transmitted to the diaphragm 3 and then transmitted to the connecting plate 2, thereby connecting the piezoelectric film. The predetermined displacement described above occurs in the plate 2.
【0040】 次に、連結板2の変位の形態、即ち変位
モードについて説明する。図1に示されるように、連結
板2と基板5との接合面を固定面とし、固定面の中心を
垂直に貫通する中心軸(Y軸)を考えると、連結板2が
連結板2と振動板3との接合方向(X軸方向)に振り子
状に変位するθ変位モード、若しくはこのθ変位モード
にY軸から離れるに従って連結板2と振動板3との接合
方向(X軸方向)及び中心軸の伸長方向(Y軸方向)の
両方向に垂直な方向(Z軸方向)の変位成分が加わるφ
変位モード、若しくは連結板2と振動板3との接合方向
(X軸方向)に一軸的に変位するν変位モード、若しく
はこのν変位モードにY軸から離れるに従って連結板2
と振動板3との接合方向(X軸方向)及び中心軸の伸長
方向(Y軸方向)の両方向に垂直な方向(Z軸方向)の
変位成分が加わるνz変位モードの少なくともいずれか
の変位モードを用いることが好ましい。Next, the form of displacement of the connecting plate 2, that is, the displacement mode will be described. As shown in FIG. 1, when a joint surface between the connecting plate 2 and the substrate 5 is a fixed surface and a center axis (Y axis) vertically penetrating the center of the fixed surface is considered, the connecting plate 2 is The θ displacement mode in which the pendulum is displaced in the joining direction (X-axis direction) with the diaphragm 3, or the joining direction (X-axis direction) between the connecting plate 2 and the diaphragm 3 as the distance from the Y-axis increases in the θ displacement mode Φ that a displacement component in a direction (Z-axis direction) perpendicular to both directions of the extension direction of the central axis (Y-axis direction) is applied.
In the displacement mode, the ν displacement mode in which the connection plate 2 and the diaphragm 3 are displaced uniaxially in the joining direction (X-axis direction), or in the ν displacement mode, as the distance from the Y axis increases, the connection plate 2
At least one of the νz displacement modes in which a displacement component in a direction (Z-axis direction) perpendicular to both the joining direction (X-axis direction) of the vibration plate 3 and the extension direction of the central axis (Y-axis direction) is added. It is preferable to use
【0041】 即ち、θ変位モードはX軸方向とY軸方
向への変位成分を主とする変位であり、φモードはX・
Y・Zの3軸方向への変位成分を含む。また、ν変位モ
ードはX軸方向の変位成分を主とする変位であり、νz
変位モードはX軸方向とZ軸方向の変位成分を主とする
変位である。連結板の形態や振動板の配設位置等の設計
を適宜変えることにより、どの変位モードを優勢とする
かを定めることができる。なお、これらの変位モード
は、前述した方向の成分を主とするものであって、他の
変位方向成分を全く含んでいないという意味ではない。That is, the θ displacement mode is a displacement mainly including displacement components in the X axis direction and the Y axis direction, and the φ mode is X ·
Includes displacement components in the three axes of Y and Z. The ν displacement mode is a displacement mainly including a displacement component in the X-axis direction.
The displacement mode is a displacement mainly including displacement components in the X-axis direction and the Z-axis direction. It is possible to determine which displacement mode is dominant by appropriately changing the design of the form of the connecting plate and the arrangement position of the diaphragm. Note that these displacement modes mainly include components in the above-described directions, and do not mean that they do not include other displacement direction components at all.
【0042】 上述の通り、本発明のデバイスは、圧電
素子4の配設位置とその駆動形態によって種々の変位を
起こすことが可能である。デバイス31では、振動板3
の一方の表面にのみ圧電素子4が配設されているが、他
方の表面にも圧電素子を配設しても構わない。例えば、
振動板の凹面にd31を利用する圧電素子を配設して、凸
面にはd33を利用する圧電素子を配設して駆動すること
も可能である。As described above, the device according to the present invention can cause various displacements depending on the arrangement position of the piezoelectric element 4 and the driving form thereof. In the device 31, the diaphragm 3
Although the piezoelectric element 4 is provided only on one surface of the substrate, the piezoelectric element may be provided on the other surface. For example,
The concave surface of the diaphragm is disposed a piezoelectric element utilizing d 31, the convex surface can be driven by arranging the piezoelectric element utilizing d 33.
【0043】 また、両表面に圧電素子を配設した場合
には、一方の圧電素子を上述したように連結板の駆動素
子として用い、他方の圧電素子を補助素子として用いる
こともできる。ここでの補助素子とは、故障診断用素
子、変位確認/判定用素子、駆動補助用素子等をいい、
補助素子の使用により高精度な連結板の駆動が可能とな
る。When piezoelectric elements are provided on both surfaces, one piezoelectric element can be used as a driving element of the connecting plate as described above, and the other piezoelectric element can be used as an auxiliary element. The auxiliary element here refers to a failure diagnosis element, a displacement confirmation / judgment element, a driving auxiliary element, and the like.
The use of the auxiliary element makes it possible to drive the connecting plate with high precision.
【0044】 図8はデバイス31を用いたアクチュエ
ータ26の一例を示す斜視図である。デバイス31はス
ライダ27等の部材に固定治具29等を用いて強固に固
定される。デバイス31の連結板2の先端には、磁気ヘ
ッド28が取り付けられており、圧電素子4を駆動させ
ることにより、所定の変位量ほど磁気ヘッド28を移動
させることができる。なお、スライダ27等の被固定部
材とデバイス31とを、固定治具29を用いず、後述す
るように、グリーンシートを加工して各部材一体化した
形態とすることも可能である。FIG. 8 is a perspective view showing an example of the actuator 26 using the device 31. The device 31 is firmly fixed to a member such as the slider 27 using a fixing jig 29 or the like. A magnetic head 28 is attached to the distal end of the connection plate 2 of the device 31. By driving the piezoelectric element 4, the magnetic head 28 can be moved by a predetermined displacement. The member to be fixed such as the slider 27 and the device 31 may be formed by processing a green sheet and integrating each member without using the fixing jig 29 as described later.
【0045】 次に、図9に本発明の別の実施形態を示
すデバイス32A・32Bの平面図(a)、(c)及び
平面図中のX1軸における矢視AA図(b)、(d)を
示す。デバイス32Aでは、連結板2をその外周部を中
心部よりも厚肉として、薄肉部6と厚肉部7とから形成
したものである。つまり、デバイス31の一定厚みを有
する連結板2の中央部分を削除して肉薄部6を形成した
ものと同等であり、振動板3と同等厚みを有する薄板の
平板面に、コの字形状のバネ板8を貼合することにより
容易に得ることができる。デバイス32Aは、デバイス
自体を軽量化しつつも、ねじれに対して強固であるた
め、平面的な変位を効率よく得ることが可能となり、こ
うして位置決め速度の向上(変位量制御性の向上)、変
位(移動)経路の精度の向上等が図られる。Next, FIG. 9 shows plan views (a) and (c) of devices 32A and 32B showing another embodiment of the present invention, and AA diagrams (b) and (d) taken along the X1 axis in the plan views. ). In the device 32A, the connecting plate 2 is formed with a thin portion 6 and a thick portion 7 with the outer peripheral portion being thicker than the central portion. In other words, this is equivalent to a device in which the thin portion 6 is formed by removing the central portion of the connecting plate 2 having a constant thickness of the device 31, and the U-shaped flat plate surface of the thin plate having the same thickness as the diaphragm 3. It can be easily obtained by bonding the spring plate 8. Since the device 32A is strong against torsion while reducing the weight of the device itself, it is possible to efficiently obtain a planar displacement, thus improving the positioning speed (improving the control of the displacement amount) and the displacement ( The accuracy of the (moving) route is improved.
【0046】 また、デバイス32Bは、デバイス32
Aの肉薄部6にスリット(空隙部)9を形成したもので
あり、これにより変位量の拡大を図ることができる。な
お、スリット9はY軸方向に長い窓部であるが、スリッ
ト9の代わりに、円形等の孔部(窓部)を形成しても、
同様の効果を得ることが可能となる。The device 32 B is a device 32 B
The slits (voids) 9 are formed in the thin portion 6 of A, whereby the displacement can be increased. Although the slit 9 is a window that is long in the Y-axis direction, even if a hole (window) such as a circle is formed instead of the slit 9,
A similar effect can be obtained.
【0047】 図10は本発明のデバイスの更に別の実
施形態を示す平面図である。前述したデバイス31・3
2A・32Bにおいては、Y軸方向においては、基板5
と振動板3が接合されておらず、窓部15が形成されて
いたが、デバイス33においては、この窓部15を形成
しないように、振動板3は、基板5と連結板2とによっ
て形成される凹部10の底部に嵌合されている。つま
り、振動板3は、その2側面が基板5と接合され、1側
面が連結板2と接合されている。本発明では、振動板3
がこのように「嵌合」された配設形態を、デバイス31
等において振動板3が「跨設」された配設形態の中の一
形態であるとする。このような構造とすることで、連結
板2のZ軸方向の屈曲を抑制でき、θ変位モードの変位
を起こし易くすることができ、連結板2の形態を前述し
たデバイス32Aと同様とすることにより、ν変位モー
ドを起こし易くすることもできる。FIG. 10 is a plan view showing still another embodiment of the device of the present invention. Device 31.3 as described above
2A and 32B, the substrate 5 in the Y-axis direction
The diaphragm 3 is formed by the substrate 5 and the coupling plate 2 so that the window 15 is not formed in the device 33 so that the window 3 is not formed. Is fitted to the bottom of the recess 10 to be formed. That is, the diaphragm 3 has two sides joined to the substrate 5 and one side joined to the connecting plate 2. In the present invention, the diaphragm 3
Is arranged in such a manner that the device 31
Assume that the diaphragm 3 is one of the arrangements in which the diaphragm 3 is “straddled”. With such a structure, the bending of the connecting plate 2 in the Z-axis direction can be suppressed, and the displacement in the θ displacement mode can be easily caused. Thereby, the ν displacement mode can be easily caused.
【0048】 図11は、連結板2の先端に固定板1を
接合したデバイス34を示す平面図(a)、及び平面図
中のX軸における矢視AA図(b)、並びに平面図中の
Y軸における矢視BB図であって種々の異なる形態を示
す断面図(c)〜(f)である。ここで、固定板とは、
連結板に直接には取り付け難い別の素子や部品を取り付
けることを容易とする役割を有する。FIG. 11A is a plan view showing the device 34 in which the fixed plate 1 is joined to the tip of the connecting plate 2, FIG. It is an arrow BB view in the Y-axis, and is sectional drawing (c)-(f) which shows various different forms. Here, the fixed plate is
It has a role of facilitating attachment of another element or component that is difficult to attach directly to the connection plate.
【0049】 デバイス34の連結板2では、デバイス
32Aとは逆にその中心部を厚肉とした構造として機械
的強度の向上が図られているが、デバイス34の大きな
特徴は連結板2そのものではなく、基板5と連結板2と
の接合部の構造にある。即ち、前述したデバイス31の
連結板2が、図11(f)に示すように薄板16とバネ
板17とから構成されているとみなすと、振動板3は薄
板16に接合された構造となるので、振動板3からの力
の作用によって連結板2にはY軸を回転軸としたねじれ
を生じ易くなる。In the connecting plate 2 of the device 34, the mechanical strength is improved by a structure in which the center portion is thicker, contrary to the device 32 A, but the major feature of the device 34 is that the connecting plate 2 itself is not used. Instead, it is in the structure of the joint between the substrate 5 and the connecting plate 2. That is, assuming that the connecting plate 2 of the device 31 described above is composed of the thin plate 16 and the spring plate 17 as shown in FIG. 11F, the diaphragm 3 has a structure joined to the thin plate 16. Therefore, the connection plate 2 is likely to be twisted about the Y axis as a rotation axis by the action of the force from the vibration plate 3.
【0050】 これに対して、図11(c)・(d)・
(e)に示されるように、デバイス34の連結板2が、
薄板16とその両面に貼合されたバネ板17とからなる
場合に、振動板3が薄板16の部分と接合された構造と
することによって、振動板3からの力は連結板2のZ軸
方向における中心に作用するようになる。こうしてY軸
周りの回転変位が抑制されて、X軸方向への変位を支配
的とすることができるようになり、固定板1がθモード
に変位しやすくなり、磁気ヘッド用等の用途として好ま
しいものとなる。また、デバイスの剛性を上げ、高速応
答性を向上させる効果もある。On the other hand, FIG.
As shown in (e), the connecting plate 2 of the device 34 is
When the diaphragm 3 is formed of the thin plate 16 and the spring plate 17 bonded to both surfaces thereof, the diaphragm 3 is joined to the thin plate 16 so that the force from the diaphragm 3 is reduced by the Z-axis of the connecting plate 2. Act on the center in the direction. In this way, the rotational displacement around the Y axis is suppressed, so that the displacement in the X axis direction can be dominant, and the fixed plate 1 is easily displaced in the θ mode, which is preferable for applications such as a magnetic head. It will be. In addition, there is an effect that the rigidity of the device is increased and the high-speed response is improved.
【0051】 このような連結板2の変位を効果的に生
じさせるためには、連結板2全体が基板5と接合されて
いることが好ましい。即ち、図11(c)・(d)に示
されるように、Z軸方向の位置に関係なく、連結板2全
体が基板5と接合されている状態が好ましい。これに対
して、図11(e)に示されるように、一方のバネ板1
7が基板5と直接には接合されていない場合には、この
バネ板17を基板5と接合させるように、バネ板補強板
18を形成することが好ましい。In order to effectively cause the displacement of the connecting plate 2, it is preferable that the entire connecting plate 2 is joined to the substrate 5. That is, as shown in FIGS. 11C and 11D, it is preferable that the entire connecting plate 2 is joined to the substrate 5 irrespective of the position in the Z-axis direction. On the other hand, as shown in FIG.
When the substrate 7 is not directly joined to the substrate 5, it is preferable to form a spring plate reinforcing plate 18 so that the spring plate 17 is joined to the substrate 5.
【0052】 なお、バネ板17は薄板16に対して対
称となるように構成することが好ましいが、バネ板17
の材質を薄板16の各面で異ならしめるときには、バネ
板17を同形状とする必要はなく、バネ板17のヤング
率等を考慮して、適宜好適な形状に設定すればよい。The spring plate 17 is preferably configured to be symmetrical with respect to the thin plate 16.
When the material is different on each surface of the thin plate 16, the spring plate 17 does not need to have the same shape, and may be appropriately set in consideration of the Young's modulus of the spring plate 17 and the like.
【0053】 さて、デバイス34においては、圧電素
子4はY軸方向に分割され、圧電素子4A・4Bとして
形成されている。この場合、固定板1側の圧電素子4A
を駆動素子として使用し、連結板2と基板5との接合部
側の圧電素子4Bを補助素子として用いることができ
る。このような圧電素子の分割形成と使用方法は、本発
明の全てのデバイスに適用することができることはいう
までもなく、複数の圧電素子を配設した場合に、更に任
意の圧電素子を分割して用いることも好ましい。Now, in the device 34, the piezoelectric element 4 is divided in the Y-axis direction and formed as piezoelectric elements 4A and 4B. In this case, the piezoelectric element 4A on the fixed plate 1 side
Can be used as a drive element, and the piezoelectric element 4B on the joint side between the connecting plate 2 and the substrate 5 can be used as an auxiliary element. Needless to say, such a method of forming and using a piezoelectric element separately can be applied to all devices of the present invention, and when a plurality of piezoelectric elements are provided, an arbitrary piezoelectric element can be further divided. It is also preferable to use them.
【0054】 このような場合には、異なる用途の補助
素子を1個のデバイスに配設することが容易となる。な
お、圧電素子の分割は、1個の圧電素子を配設した後に
後述するようにレーザ加工等により分割加工する方法、
あるいは圧電素子を配設する際に最初から2素子1組と
して配設する方法のいずれを用いてもよい。In such a case, it is easy to arrange auxiliary elements for different uses in one device. Note that the piezoelectric element is divided by a method in which one piezoelectric element is provided and then divided by laser processing or the like as described later.
Alternatively, any of the methods of disposing the piezoelectric elements as a set of two elements from the beginning may be used.
【0055】 続いて、図12に、デバイス33に固定
板1を取り付け、連結板2と固定板1とを交互に接合し
て蛇行形とし、隣接する連結板2と固定板1によって形
成される凹部10に、圧電素子4を配設した振動板3を
嵌合した構造を有するデバイス35の平面図を示す。Subsequently, in FIG. 12, the fixing plate 1 is attached to the device 33, and the connecting plates 2 and the fixing plates 1 are alternately joined to form a meandering shape, and are formed by the adjacent connecting plates 2 and the fixing plate 1. A plan view of a device 35 having a structure in which the vibration plate 3 provided with the piezoelectric element 4 is fitted in the concave portion 10 is shown.
【0056】 ここで、固定板1は、振動板3よりも厚
肉の部材とすることが好ましい。このような構造とする
と、固定板1の剛性が高いために、圧電素子4を駆動し
た場合に生ずる歪みは、固定板1側で小さく反対側で大
きくなる。こうして隣接する2枚の連結板2とこれらの
連結板2を接合している固定板1からなる部分の平面形
状をV字に見立てると、連結板2はV字の頂点を固定点
としてその口が開くような大きな変位を生ずるようにな
る。反対に固定板1が薄い場合には、固定板1が歪むこ
とによって連結板2が変位し難くなり、大きな変位が得
られ難い。デバイス35では、このような複数の連結板
2のV字様の変位が合成され、より大きな変位量を得る
ことが可能となる。Here, it is preferable that the fixed plate 1 is a member thicker than the diaphragm 3. With such a structure, since the rigidity of the fixed plate 1 is high, distortion generated when the piezoelectric element 4 is driven is small on the fixed plate 1 side and large on the opposite side. When the planar shape of the portion composed of the two adjacent connecting plates 2 and the fixing plate 1 joining these connecting plates 2 is likened to a V-shape, the connecting plate 2 uses the apex of the V-shape as a fixed point, and Causes a large displacement that causes the opening. Conversely, when the fixed plate 1 is thin, the fixed plate 1 is distorted, so that the connecting plate 2 is hardly displaced, and a large displacement is hardly obtained. In the device 35, such V-shaped displacements of the plurality of connecting plates 2 are combined, and a larger displacement amount can be obtained.
【0057】 なお、デバイス35において、振動板3
を固定板1とは接合せずに窓部を設け、隣接する連結板
2間に跨設する形態とすることも好ましい。この場合に
は、固定板1を必ずしも厚く形成しなくとも、連結板2
の前述したV字様の変位を得ることができるようにな
る。In the device 35, the diaphragm 3
It is also preferable to provide a window portion without joining with the fixing plate 1 and to extend between the adjacent connecting plates 2. In this case, the connecting plate 2 does not necessarily have to be formed thick.
Can be obtained as described above.
【0058】 次に、本発明における第2の圧電/電歪
デバイスの種々の実施形態を表す平面図を図13(a)
〜(c)に示す。まず、図13(a)に示したデバイス
36Aについて説明すると、デバイス36Aにおいて
は、連結板2A・2Bが固定板1を挟持する方向(Y軸
方向)と振動板(3A・3C)・(3B・3D)が連結
板2A・2Bをそれぞれ挟持する方向(X軸方向)が十
字に交差する、即ち直交するように、固定板1と連結板
2A・2B並びに振動板3A〜3Dが互いに接合され、
連結板2A・2Bが基板5に形成された対向する凹部1
0A・10Bの底面に接合されると共に、振動板3A〜
3Dが凹部10A・10Bの側面と接合された構造とな
っている。Next, FIG. 13A is a plan view showing various embodiments of the second piezoelectric / electrostrictive device according to the present invention.
To (c). First, the device 36A shown in FIG. 13A will be described. In the device 36A, the direction in which the connecting plates 2A and 2B sandwich the fixed plate 1 (Y-axis direction) and the diaphragms (3A and 3C) and (3B The fixed plate 1 and the connecting plates 2A and 2B and the diaphragms 3A to 3D are joined to each other so that the direction (X-axis direction) in which the 3D) sandwiches the connecting plates 2A and 2B intersects crosswise, that is, is orthogonal. ,
Opposite concave portions 1 in which connecting plates 2A and 2B are formed in substrate 5
0A and 10B, and the diaphragms 3A-
3D has a structure joined to the side surfaces of the concave portions 10A and 10B.
【0059】 デバイス36Aでは、振動板3C・3D
にのみ圧電素子4C・4Dが形成されているが、圧電素
子の配設と駆動形態は、後述するデバイス36Bのよう
に変えることができる。圧電素子4C・4Dが配設され
た振動板3C・3DはZ軸方向の一方の向きに凸となる
ように湾曲しているが、圧電素子を配設していない振動
板3A・3Bは、必ずしも湾曲させなくともよい。In the device 36A, the diaphragms 3C and 3D
Although only the piezoelectric elements 4C and 4D are formed, the arrangement and driving form of the piezoelectric elements can be changed as in a device 36B described later. The diaphragms 3C and 3D on which the piezoelectric elements 4C and 4D are disposed are curved so as to be convex in one direction in the Z-axis direction. It does not necessarily have to be curved.
【0060】 デバイス36Aにおいては、固定板1の
Y軸回りの回転が振動板3A〜3Dによって抑制され
る。従って、圧電素子4C・4Dを同位相で駆動する
と、固定板1は、図中の矢印Kで示されるように、X−
Y平面においてX軸方向に変位し易くなる特徴を有す
る。デバイス36Aにおけるこのような変位モードを一
軸変位モードと呼ぶこととする。In the device 36A, the rotation of the fixed plate 1 around the Y axis is suppressed by the diaphragms 3A to 3D. Accordingly, when the piezoelectric elements 4C and 4D are driven in the same phase, the fixed plate 1
It has a feature that it is easily displaced in the X-axis direction on the Y plane. Such a displacement mode in the device 36A is referred to as a uniaxial displacement mode.
【0061】 デバイス36Bは、図13(a)におけ
る振動板3A〜3Dの全てを湾曲した形状として、圧電
素子4A〜4Dを配設したものである。これらを駆動素
子として用いることにより、固定板1の矢印K方向への
変位量を増大させることができる。この場合、圧電素子
4A・4Bを組とし、また圧電素子4C・4Dを組とし
て、各組を逆位相で同時に駆動することが好ましいが、
互いに同位相であっても、時間をずらして電圧を印加す
ることによっても、矢印K方向の変位が得られる。圧電
素子4A〜4Dは、振動板3A〜3Dの両面に設けても
よく、例えば凹面側に配設された圧電素子を駆動素子と
して、凸面側に配設された圧電素子を補助素子として用
いることも好ましい。The device 36B is one in which all of the vibration plates 3A to 3D in FIG. 13A are formed in a curved shape and the piezoelectric elements 4A to 4D are provided. By using these as driving elements, the amount of displacement of the fixed plate 1 in the direction of arrow K can be increased. In this case, it is preferable that the piezoelectric elements 4A and 4B are set as a set, and the piezoelectric elements 4C and 4D are set as a set and the sets are simultaneously driven in opposite phases.
Even if they are in phase with each other, the displacement in the direction of the arrow K can be obtained by applying a voltage at a different time. The piezoelectric elements 4A to 4D may be provided on both surfaces of the diaphragms 3A to 3D. For example, a piezoelectric element provided on the concave side is used as a driving element, and a piezoelectric element provided on the convex side is used as an auxiliary element. Is also preferred.
【0062】 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、若しくは一方を信号を加えずに
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。例えば、1組の圧電
素子に電圧を印加した場合、各々の面内に収縮の歪み若
しくは伸長の歪みが生ずる場合は同位相といい、一方が
収縮、他方が伸長の歪みとなる場合は逆位相という。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d31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。It should be noted that the in-phase /
The opposite phase is to determine the direction of the distortion of the piezoelectric element to be generated, and the same phase is to drive the piezoelectric element so that the distortion is in the same direction, and the opposite phase is the distortion in the opposite direction. Or driving one of them without applying a signal, that is, driving so as to cause distortion in the opposite direction when viewed relatively. For example, when a voltage is applied to one set of piezoelectric elements, contraction distortion or extension distortion occurs in each plane, it is called the same phase, and when one contracts and the other expands, the opposite phase occurs. That. Therefore, it is possible to form a group of piezoelectric elements by appropriately combining a device utilizing the lateral effect (d 31 ) of electric field induced strain and a device utilizing the longitudinal effect (d 33 ) of electric field induced strain. Further, if the piezoelectric element at the required piezoelectric material polarized operation, all it is those which use the same d 33 or d 31, or reverse the signal at the time of driving the same direction as the polarity at the time of polarization , The phase can be controlled.
【0063】 デバイス36Cは、振動板3A〜3Dを
基板5における凹部10A・10Bの底部側面とも接合
した、つまり図10に示したデバイス33における振動
板3の配設形態を適用したものである。こうして、連結
板2A・2B及び固定板1のZ軸方向への屈曲、撓みを
抑制することができ、より純粋な矢印K方向の変位が得
られるようになる。The device 36 C has the diaphragms 3 A to 3 D joined to the bottom side surfaces of the recesses 10 A and 10 B in the substrate 5, that is, the arrangement of the diaphragm 3 in the device 33 shown in FIG. 10 is applied. Thus, the bending and bending of the connecting plates 2A and 2B and the fixed plate 1 in the Z-axis direction can be suppressed, and a more pure displacement in the direction of the arrow K can be obtained.
【0064】 続いて図14(a)〜(c)は、デバイ
ス36Aに類似した構造を有するデバイス36D〜36
Fの平面図である。デバイス36Dにおいては、固定板
1の中心Oについて対角の位置にある振動板3B・3C
に圧電素子4B・4Cが配設されている。ここで、圧電
素子4B・4Cを同位相で駆動すると、固定板1には、
図中の矢印に示されるような中心Oを中心としたX−Y
平面内での回転変位が生ずる。このように固定板1を回
転変位モードで駆動するときには、振動板3A・3Dを
形成する必要は必ずしもない。一方、圧電素子4A・4
Dを振動板3A・3Dにそれぞれ配設し、圧電素子4A
・4Dを圧電素子4B・4Cとは逆位相となるように同
時に駆動すると、より大きな変位を示す回転変位モード
で駆動することができる。加えて、圧電素子4A・4
D、圧電素子4B・4Cが同位相であっても、電圧印加
のタイミングを時間的にずらして駆動すれば、圧電素子
4B・4Cのみの場合と比較して、ストロークとして倍
のストロークが得られることは、自ずと理解される。ま
た、このような圧電素子の駆動の方法は、複数の圧電素
子を配設するデバイス全てについて適用することができ
ることはいうまでもない。FIGS. 14A to 14C show devices 36D to 36D having a structure similar to the device 36A.
It is a top view of F. In the device 36D, the diaphragms 3B and 3C at diagonal positions with respect to the center O of the fixed plate 1
Are provided with piezoelectric elements 4B and 4C. Here, when the piezoelectric elements 4B and 4C are driven in the same phase, the fixed plate 1
X-Y about the center O as shown by the arrow in the figure
A rotational displacement occurs in the plane. When the fixed plate 1 is driven in the rotational displacement mode as described above, it is not always necessary to form the vibration plates 3A and 3D. On the other hand, the piezoelectric elements 4A and 4A
D is disposed on each of the diaphragms 3A and 3D, and the piezoelectric element 4A
When the 4D is simultaneously driven so as to have the opposite phase to the piezoelectric elements 4B and 4C, it is possible to drive in the rotational displacement mode showing a larger displacement. In addition, the piezoelectric elements 4A and 4A
D, Even if the piezoelectric elements 4B and 4C are in phase, if the voltage application timing is shifted in time and driven, a double stroke can be obtained as compared with the case where only the piezoelectric elements 4B and 4C are used. That is self-evident. Needless to say, such a method of driving the piezoelectric element can be applied to all devices in which a plurality of piezoelectric elements are provided.
【0065】 デバイス36Eは、固定板1に振動板3
A〜3Dを直接に接合させた形態を示しており、圧電素
子4A〜4Dの配置状態は、図13(b)の場合と同様
である。このような構造としても矢印K方向の一軸変位
モードにより、効率よく固定板1を変位させることがで
きる。なお、デバイス36Eにデバイス36Dの圧電素
子の配設形態を応用すると、回転変位モードにより固定
板1を駆動することも可能である。The device 36 E includes the diaphragm 3
This shows a form in which A to 3D are directly joined, and the arrangement of the piezoelectric elements 4A to 4D is the same as that in the case of FIG. Even with such a structure, the fixed plate 1 can be efficiently displaced by the uniaxial displacement mode in the direction of the arrow K. When the arrangement of the piezoelectric element of the device 36D is applied to the device 36E, the fixed plate 1 can be driven in the rotational displacement mode.
【0066】 デバイス36Fは、連結板2A・2Bの
一方の幅(X軸方向幅)を広くし、他方の幅を狭くした
実施形態を示しており、この場合には、固定板1を、θ
変位モード又はφ変位モードにより、駆動することが容
易となる。これらデバイス36A〜36Fのように、ま
た後述するデバイス37〜44のように、複数の圧電素
子を用いて変位を得る場合においては、所定の方向成分
を支配的とし、また変位量を均等に得るために、個々の
圧電作動部の形状、湾曲の度合いのバラツキを小さくす
ることが好ましい。The device 36F shows an embodiment in which one width (width in the X-axis direction) of the connection plates 2A and 2B is widened and the other width is narrowed.
Driving is facilitated by the displacement mode or the φ displacement mode. In a case where displacement is obtained by using a plurality of piezoelectric elements as in these devices 36A to 36F and devices 37 to 44 described later, a predetermined directional component is dominant, and a displacement amount is uniformly obtained. For this reason, it is preferable to reduce the variation in the shape and the degree of curvature of each piezoelectric actuator.
【0067】 次に、本発明の第3のデバイスの種々の
形態について説明する。図15(a)はデバイス37の
平面図であり、図15(b)は、図15(a)中のX1
軸における矢視AA図である。デバイス37において、
連結板2は、その長手方向(Y軸方向)における一端が
2枚の振動板3A・3Bによって挟持され、かつ、他端
が別の2枚の振動板3C・3Dによって挟持された状態
において、基板5に形成された対向する凹部10A・1
0Bの底面間に跨設されている。また、振動板3A〜3
Dの一方の表面には圧電素子4A〜4Dがそれぞれ配設
されると共に、振動板3A〜3Dは凹部10A・10B
の側面及び底面に接合され、固定板1は、固定板1の長
手方向が振動板3A〜3Dが連結板2を挟持する方向、
即ちX軸方向となるようにして連結板2に接合されてい
る。そして、振動板3A〜3Dは、図15(b)に示さ
れるように、Z軸方向の一方の向きに凸となるように湾
曲している。Next, various embodiments of the third device of the present invention will be described. FIG. 15A is a plan view of the device 37, and FIG. 15B is a plan view of X1 in FIG.
It is an arrow AA figure in an axis. In device 37,
In a state where the connecting plate 2 has one end in the longitudinal direction (Y-axis direction) sandwiched by two diaphragms 3A and 3B and the other end sandwiched by another two diaphragms 3C and 3D, Opposing recesses 10A and 1 formed in substrate 5
It is straddled between the bottom surfaces of OB. In addition, diaphragms 3A to 3A
Piezoelectric elements 4A to 4D are respectively disposed on one surface of D, and diaphragms 3A to 3D are provided with concave portions 10A and 10B.
The fixed plate 1 has a longitudinal direction of the fixed plate 1 in which the diaphragms 3A to 3D sandwich the connecting plate 2,
That is, it is joined to the connecting plate 2 in the X-axis direction. As shown in FIG. 15B, the diaphragms 3A to 3D are curved so as to be convex in one of the Z-axis directions.
【0068】 なお、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、傾きを有していていてもよい。こ
のような凹部の形成は、前述したデバイス31〜36F
や後述するデバイスについても適用される。Note that the concave portion refers to a portion having a bottom surface on one side and side surfaces on two sides. For example, a concave portion is formed by cutting a part of the outer periphery of the substrate into a square shape, and when a rectangular hole portion is provided inside the substrate, three out of four sides are formed.
The sides can be considered as recesses. The angle formed by the side surface and the bottom surface in the concave portion may have an inclination as long as the drive characteristics of the device according to the present invention can be obtained. The formation of such a concave portion corresponds to the devices 31 to 36F described above.
The same applies to devices described later.
【0069】 デバイス37の駆動方法の1つは、好ま
しくは図15(b)に示されるように、振動板3A〜3
Dの同じ向きの曲面に圧電素子4A〜4Dを配設した場
合には、固定板1と連結板2との接合部を中心として、
即ち、X軸とY軸の交点を中心として、対角対置に位置
する1組の圧電素子4A・4Dを同位相で駆動し、か
つ、他組の圧電素子4B・4Cを、圧電素子4A・4D
に対して逆位相で同時に駆動するものである。この場
合、圧電素子4A・4Dが伸びた場合に圧電素子4B・
4Cは縮み、この状態が圧電素子4A〜4Dが配設され
た振動板3A〜3Dの変位となって現れるため、固定板
1には、図15中の矢印K1で示されるような、X−Y
平面内におけるX軸とY軸の交点を中心とした面内回転
変位(面内回転変位モード)が生ずる。One of the driving methods of the device 37 is preferably such that the diaphragms 3A to 3A, as shown in FIG.
When the piezoelectric elements 4A to 4D are arranged on the curved surface in the same direction of D, the joint between the fixed plate 1 and the connecting plate 2 is centered.
That is, one set of the piezoelectric elements 4A and 4D, which are positioned diagonally opposite each other, are driven in phase around the intersection of the X axis and the Y axis, and the other set of piezoelectric elements 4B and 4C are connected to the piezoelectric elements 4A and 4C. 4D
Are simultaneously driven in opposite phases. In this case, when the piezoelectric elements 4A and 4D expand, the piezoelectric elements 4B and 4B
4C shrinks, and this state appears as a displacement of the vibration plates 3A to 3D on which the piezoelectric elements 4A to 4D are disposed. Therefore, the fixed plate 1 has an X-axis as shown by an arrow K1 in FIG. Y
In-plane rotational displacement (in-plane rotational displacement mode) occurs around the intersection of the X axis and the Y axis in the plane.
【0070】 一方、デバイス37の別の駆動方法とし
ては、好ましくは固定板1の長手方向軸であるX軸を対
称軸として、線対称の位置にある1組の圧電素子4A・
4Cを同位相で駆動し、かつ、他組の圧電素子4B・4
Dを逆位相で同時に駆動する方法が挙げられる。この場
合には、図15中の矢印K2で示されるような、X−Y
平面内におけるX軸方向の一軸方向変位(一軸方向変位
モード)が得られる。なお、デバイス36Dの駆動方法
でも述べたように、矢印K1方向若しくは矢印K2方向
の変位は、圧電素子の組を逆位相で同時に駆動せずと
も、同位相で時間をずらして各組の圧電素子を駆動する
ことによっても、勿論、得られるものである。但し、変
位の大きさという観点からは、逆位相で同時に駆動した
場合と比較して劣るものとなる。On the other hand, as another driving method of the device 37, preferably, a pair of piezoelectric elements 4 A ·
4C in the same phase, and the other set of piezoelectric elements 4B
D may be simultaneously driven in opposite phases. In this case, XY as shown by an arrow K2 in FIG.
A uniaxial displacement (uniaxial displacement mode) in the X-axis direction in the plane is obtained. As described in the driving method of the device 36D, the displacement in the direction of the arrow K1 or the direction of the arrow K2 can be performed by shifting the time of the piezoelectric elements of each set in the same phase without simultaneously driving the sets of the piezoelectric elements in opposite phases. Can also be obtained by driving. However, from the viewpoint of the magnitude of the displacement, it is inferior to the case where they are simultaneously driven in opposite phases.
【0071】 こうして、デバイス37においては、連
結板2の長さと固定板1の長さを種々に選択することに
より、応答速度や固定板1の先端変位量、変位の発生力
を任意に設定することが可能となる。固定板1は、連結
板2の長手方向中央部において連結板2と接合されてい
ることが好ましく、この場合には変位の制御が容易であ
って、しかも最も大きな変位拡大率を得ることができ、
好ましい。固定板1の形状には制限はなく、固定板1の
先端に取り付ける素子やセンサの形状並びに重量等を考
慮して、固定板1の形状を設定すればよい。In this way, in the device 37, the response speed, the displacement of the tip of the fixed plate 1, and the displacement generating force are arbitrarily set by variously selecting the length of the connecting plate 2 and the length of the fixed plate 1. It becomes possible. The fixing plate 1 is preferably joined to the connecting plate 2 at the center in the longitudinal direction of the connecting plate 2. In this case, the displacement can be easily controlled, and the largest displacement magnification can be obtained. ,
preferable. There is no limitation on the shape of the fixed plate 1, and the shape of the fixed plate 1 may be set in consideration of the shape and weight of the elements and sensors attached to the tip of the fixed plate 1.
【0072】 また、デバイス37において、振動板3
A〜3Dと圧電素子4A〜4Dは、全てが同一形状を有
する必要はない。例えば、振動板3A・3Cと圧電素子
4A・4CのX軸方向長さを短くして、逆に振動板3B
・3Dと圧電素子4B・4DのX軸方向長さを長く設定
して、固定板1を前述した一軸方向変位モードで駆動さ
せることも可能である。同様に、振動板3A・3Dと圧
電素子4A・4DのX軸方向長さを短くして、逆に振動
板3B・3Cと圧電素子4B・4CのX軸方向長さを長
く設定することにより、固定板1を面内回転変位モード
で駆動させることも可能である。In the device 37, the diaphragm 3
A to 3D and the piezoelectric elements 4A to 4D do not all need to have the same shape. For example, the lengths of the diaphragms 3A and 3C and the piezoelectric elements 4A and 4C in the X-axis direction are reduced, and
It is also possible to set the length of the 3D and the piezoelectric elements 4B and 4D in the X-axis direction to be long, and drive the fixed plate 1 in the above-described uniaxial displacement mode. Similarly, by shortening the X-axis length of the diaphragms 3A and 3D and the piezoelectric elements 4A and 4D, and increasing the X-axis length of the diaphragms 3B and 3C and the piezoelectric elements 4B and 4C. It is also possible to drive the fixed plate 1 in the in-plane rotational displacement mode.
【0073】 更に、振動板3A・3Dには圧電素子4
A・4Dを設けずにY軸に平行な切り込みを設けた構造
とし、或いは振動板3A・3Dを設けない構造として、
圧電素子4B・4Cを同位相で駆動することにより、固
定板1を面内回転変位モードで駆動することも可能であ
る。加えて、振動板3A・3Cには圧電素子4A・4C
を設けずにY軸に平行な切り込みを設けた構造、或いは
振動板3A・3Cを設けない構造として、圧電素子4B
・4Dを同位相で駆動することにより、固定板1を一軸
方向変位モードで駆動することも可能である。なお、圧
電素子4A〜4Dは、連結板2に掛からなければ、基板
5に掛かるように設けても構わない。Further, the piezoelectric elements 4 are provided on the diaphragms 3A and 3D.
A structure in which a notch parallel to the Y axis is provided without providing A · 4D, or a structure in which the diaphragms 3A / 3D are not provided,
By driving the piezoelectric elements 4B and 4C in the same phase, the fixed plate 1 can be driven in the in-plane rotational displacement mode. In addition, the vibration elements 3A and 3C have piezoelectric elements 4A and 4C, respectively.
The piezoelectric element 4B has a structure in which a notch parallel to the Y axis is provided without providing
-By driving 4D in the same phase, it is also possible to drive the fixed plate 1 in the uniaxial displacement mode. The piezoelectric elements 4 </ b> A to 4 </ b> D may be provided so as to hang on the substrate 5 if they do not hang on the connecting plate 2.
【0074】 図16に示したデバイス38は、デバイ
ス37における固定板1と連結板2との接合部に切欠部
11を形成した形態を有している。この場合には、デバ
イス37と比較して、連結板2の変位をより効率よく、
固定板1の面内回転変位モードでの変位に変換すること
が可能となる。The device 38 shown in FIG. 16 has a form in which a cutout 11 is formed at the joint between the fixing plate 1 and the connecting plate 2 in the device 37. In this case, compared to the device 37, the displacement of the connecting plate 2 can be more efficiently performed.
It is possible to convert to a displacement in the in-plane rotational displacement mode of the fixed plate 1.
【0075】 つまり、先に図15に示したデバイス3
7における固定板1の面内回転変位モードは、主に連結
板2のX−Y平面内における撓み変位に基づいて発生す
るものであり、そのため連結板2と固定板1との接合角
度が概略維持された変位モードであるのに対し、図16
に示したデバイス38のように切欠部11を設けた場合
には、連結板2と固定板1との接合位置において、連結
板2の撓み変位を、更に固定板1と連結板2の接合角を
変化させる形の回転変位に変換することが可能となり、
その結果、固定板1の変位をより大きなものすることが
できるようになるのである。That is, the device 3 shown in FIG.
7, the in-plane rotational displacement mode of the fixed plate 1 is mainly generated based on the bending displacement of the connecting plate 2 in the XY plane, and therefore, the joint angle between the connecting plate 2 and the fixed plate 1 is approximately. While the displacement mode is maintained, FIG.
When the notch 11 is provided as in the device 38 shown in FIG. 7, the bending displacement of the connecting plate 2 at the joint position between the connecting plate 2 and the fixed plate 1 further increases the joint angle between the fixed plate 1 and the connecting plate 2. Can be converted to a rotational displacement that changes
As a result, the displacement of the fixed plate 1 can be made larger.
【0076】 従って、図15に示したデバイス37
は、圧電素子4A〜4Dの変位を主に連結板2の撓み変
位に拡大して利用するものであるが、図16に示したデ
バイス38は、連結板2の撓み変位として拡大して得ら
れた変位を、更に回転変位として拡大した、いうなれば
2段階の拡大機構を有効に発現し得る構造である。な
お、切欠部11は、連結板2の幅方向の距離、即ちX軸
方向の距離を、固定板1内に至るまでに長く形成するこ
とが好ましく、一方、切欠部11の幅、即ち切欠部11
のY軸方向の距離は短い方が好ましい。Therefore, the device 37 shown in FIG.
In the device 38, the displacement of the piezoelectric elements 4A to 4D is mainly used to be expanded to the bending displacement of the connecting plate 2. The device 38 shown in FIG. The displacement is further enlarged as a rotational displacement, in other words, a structure capable of effectively expressing a two-stage enlargement mechanism. The notch 11 is preferably formed such that the distance in the width direction of the connecting plate 2, that is, the distance in the X-axis direction is long before reaching the inside of the fixed plate 1. On the other hand, the width of the notch 11, that is, the notch 11
Is preferably shorter in the Y-axis direction.
【0077】 図17(a)は、本発明のデバイスの更
に別の実施形態を示す平面図であり、デバイス39にお
いては、振動板3A〜3Dは、基板5に形成された凹部
10A・10Bの底面とは接合されずに、連結板2と凹
部10A・10Bの側面に跨設する形で配設され、固定
板1が連結板2と交差するように連結板2に接合して形
成された構造を有している。このような構造とすること
により、固定板1の両端を大きく変位させることがで
き、両端のそれぞれに素子やセンサを取り付けることが
可能となる。FIG. 17A is a plan view showing still another embodiment of the device of the present invention. In the device 39, the diaphragms 3 A to 3 D are formed by the concave portions 10 A and 10 B formed on the substrate 5. The connecting plate 2 is not joined to the bottom surface, but is provided so as to straddle the connecting plate 2 and the side surfaces of the concave portions 10A and 10B. It has a structure. With such a structure, both ends of the fixed plate 1 can be largely displaced, and an element or a sensor can be attached to each of both ends.
【0078】 図17(b)は図17(a)中のX1軸
における矢視AA図であり、ここで、連結板2を挟持す
る1対の振動板2枚(振動板3C・3D)は、連結板2
の厚み方向(Z軸方向)にずれた位置において、それぞ
れ連結板2と接合されている。この場合には、連結板2
を挟持する1対の振動板2枚(振動板3C・3D)と連
結板2との接合位置の中点Oを点対称中心として、振動
板3C・3Dの一方の平板面に圧電素子4C・4Dを配
設し、かつ、これらの圧電素子4C・4Dを同位相で駆
動すると、図17(c)に示されるX軸における矢視B
B図に示されるように、連結板2の長手方向軸(Y軸)
を回転軸とした回転変位を生じさせることが可能とな
る。FIG. 17B is an AA view taken along the X1 axis in FIG. 17A. Here, a pair of diaphragms (diaphragms 3C and 3D) that sandwich the connecting plate 2 is , Connecting plate 2
At the positions shifted in the thickness direction (Z-axis direction). In this case, the connecting plate 2
With the center point O of the joining position between the pair of diaphragms (vibrating plates 3C and 3D) and the connecting plate 2 sandwiching the piezoelectric element 4C and the piezoelectric element 4C. If the piezoelectric elements 4C and 4D are driven in the same phase when the piezoelectric element 4D is disposed and the piezoelectric elements 4C and 4D are driven in the same phase, the arrow B on the X axis shown in FIG.
As shown in FIG. B, the longitudinal axis (Y axis) of the connecting plate 2
Can be caused to generate a rotational displacement with the rotation axis as a rotation axis.
【0079】 さて、次に図18に示したデバイス40
は、連結板2を固定板1の長手方向(X軸方向)に2分
割し、更に、分割された連結板2のそれぞれを連結板2
の跨設方向(Y軸方向)に2分割した形態を有してい
る。従って、固定板1は、結果的に4枚の連結板2に横
架するように、連結板2の片側表面に接合されている。
ここで、連結板2と固定板1とが一体的に形成されてい
てもよいことは言うまでもなく、連結板2の分割は3分
割以上であっても構わない。本発明におけるこのような
固定板の長手方向(X軸方向)における連結板の分割と
は、連結板が分割されて間隙が形成された結果、新たに
形成された連結板のX軸方向の幅が小さくなる場合に加
えて、連結板のX軸方向幅を変化させずに、X軸方向に
間隙を介して複数並列に配設された形状となる場合をも
含む。Now, the device 40 shown in FIG.
Divides the connecting plate 2 into two in the longitudinal direction (X-axis direction) of the fixed plate 1, and further divides each of the divided connecting plates 2 into connecting plates 2.
In the straddling direction (Y-axis direction). Therefore, the fixed plate 1 is joined to one surface of the connecting plate 2 so as to eventually lie on the four connecting plates 2.
Here, it goes without saying that the connecting plate 2 and the fixed plate 1 may be integrally formed, and the connecting plate 2 may be divided into three or more. The division of the connecting plate in the longitudinal direction (X-axis direction) of such a fixing plate in the present invention refers to the width of the newly formed connecting plate in the X-axis direction as a result of dividing the connecting plate and forming a gap. In addition to the case where the width of the connecting plate is reduced, a case where a plurality of the connecting plates are arranged in parallel with a gap therebetween in the X-axis direction without changing the width in the X-axis direction is included.
【0080】 デバイス40においては、圧電素子4A
〜4Dは、それぞれ1枚ずつの連結板2を、対応する振
動板3A〜3Dを介して駆動する形態となっているため
に、圧電素子4A〜4Dの歪みを固定板1に作用させる
ポイント(接合部)を複数取ることができ、例えば、圧
電素子4A・4Dを同位相で、圧電素子4B・4Cを圧
電素子4A・4Dとは逆位相で駆動することにより、効
率的に固定板1を面内回転変位モードで駆動することが
可能となる。In the device 40, the piezoelectric element 4A
4D have a configuration in which one connecting plate 2 is driven via the corresponding vibrating plates 3A to 3D, so that the distortion of the piezoelectric elements 4A to 4D acts on the fixed plate 1 ( For example, by driving the piezoelectric elements 4A and 4D in the same phase and driving the piezoelectric elements 4B and 4C in the opposite phase to the piezoelectric elements 4A and 4D, the fixed plate 1 can be efficiently mounted. It is possible to drive in the in-plane rotational displacement mode.
【0081】 また、圧電素子4A・4Cを同位相で、
圧電素子4B・4Dを圧電素子4A・4Cとは逆位相で
駆動することにより、固定板1を一軸方向変位モードで
駆動することができるが、このとき、X軸方向において
連結板2間に間隙部12が形成されているために、前述
したデバイス37等と比較して、より純粋な変位を得る
ことが可能となる。In addition, the piezoelectric elements 4 A and 4 C
By driving the piezoelectric elements 4B and 4D in a phase opposite to that of the piezoelectric elements 4A and 4C, the fixed plate 1 can be driven in a uniaxial displacement mode. Since the portion 12 is formed, it is possible to obtain a purer displacement as compared with the device 37 described above.
【0082】 なお、間隙部12において、連結板2よ
りも厚みの薄い板状部材を、連結板2間にX軸方向に跨
設しても構わない。この場合には、板状部材を跨設しな
い場合と比較すると、固定板1の相対的な変位量は低下
するものの、剛性を高めて、より早い応答速度で固定板
1を動作させることが可能となる。また、間隙部12は
必ずしも連結板2の全長(Y軸方向長さ)にわたって形
成する必要はなく、一部の範囲であってもその効果は得
られる。In the gap 12, a plate-like member thinner than the connecting plate 2 may be provided between the connecting plates 2 in the X-axis direction. In this case, although the relative displacement amount of the fixed plate 1 is reduced as compared with the case where the plate-shaped member is not straddled, it is possible to increase the rigidity and operate the fixed plate 1 at a faster response speed. Becomes Further, the gap portion 12 does not necessarily have to be formed over the entire length (length in the Y-axis direction) of the connecting plate 2, and the effect can be obtained even in a partial range.
【0083】 図19には、固定板1の長手方向に分割
されて形成された2枚の連結板2に、固定板1が一体的
に接合され、また、固定板1と連結板2との接合部から
固定板1の長手方向にかけて、固定板1にひんじ部13
が設けられ、更に固定板1と連結板2との接合部に切欠
部11が形成されたデバイス41の平面図を示した。ひ
んじ部13は固定板1の面内回転変位モードでの駆動を
補助するため、切欠部11と同時に形成することによっ
て、より効果的に大きな変位量を得ることができるよう
になる。このようなひんじ部13は、前述したデバイス
37〜40においても形成することができることはいう
までもない。In FIG. 19, the fixing plate 1 is integrally joined to two connecting plates 2 formed by being divided in the longitudinal direction of the fixing plate 1. From the joint to the fixed plate 1 in the longitudinal direction, the fixed plate 1
Is provided, and a plan view of the device 41 in which the notch 11 is formed at the joint between the fixing plate 1 and the connecting plate 2 is shown. Since the fork 13 assists the driving of the fixed plate 1 in the in-plane rotational displacement mode, by forming the notch 11 at the same time as the notch 11, a large displacement can be obtained more effectively. Needless to say, such a knee portion 13 can be formed also in the devices 37 to 40 described above.
【0084】 さて、次に、図20には、本発明のデバ
イスの更に別の実施形態を示す。デバイス42は、例え
ば、図20(a)に示されるように、2枚の振動板3A
・3Bを用いた場合には、前述したデバイス35におい
て、基板5を一体化するとともに固定板1を一方にのみ
突出させ、更に振動板3A・3Cを取り除いた形態と同
等である。Next, FIG. 20 shows still another embodiment of the device of the present invention. The device 42 includes, for example, two diaphragms 3A as shown in FIG.
When 3B is used, this is equivalent to the above-described device 35 in which the substrate 5 is integrated, the fixed plate 1 is protruded to only one side, and the vibration plates 3A and 3C are removed.
【0085】 つまり、デバイス42は、連結板2が基
板5に形成された凹部10の側面間に跨設され、圧電素
子4A・4Bを配設した2枚の振動板3A・3Bが、連
結板2と基板5の凹部10底面との間に跨設され、固定
板1が、固定板1の長手方向が振動板3A・3Bの跨設
方向(X軸方向)と平行となるようにして連結板2に接
合された構造を有している。なお、振動板3A・3B
は、通常は、固定板1の長手方向軸(X軸)について対
称な位置に配設される。また、連結板2と凹部10底面
との間に跨設される振動板は2枚以上であってもよい。That is, in the device 42, the connecting plate 2 is provided between the side surfaces of the concave portion 10 formed in the substrate 5, and the two vibrating plates 3 A and 3 B provided with the piezoelectric elements 4 A and 4 B are connected to the connecting plate 2. The fixed plate 1 is connected between the base plate 2 and the bottom surface of the concave portion 10 of the substrate 5 so that the longitudinal direction of the fixed plate 1 is parallel to the extending direction (X-axis direction) of the diaphragms 3A and 3B. It has a structure joined to the plate 2. The diaphragms 3A and 3B
Are usually arranged at symmetrical positions about the longitudinal axis (X-axis) of the fixed plate 1. Further, two or more diaphragms may be provided between the connecting plate 2 and the bottom surface of the concave portion 10.
【0086】 なお、デバイス42における連結板2、
振動板3A・3B及び基板5の接合位置の関係は、基板
5に形成された対向する凹部の底面間に連結板2が跨設
され、その対向する2箇所の凹部の各々において、1枚
の振動板3A及び振動板3Bが、連結板2と凹部の側面
との間に跨設されている、とも表現することができる。The connection plate 2 in the device 42,
The relationship between the joining positions of the vibration plates 3A and 3B and the substrate 5 is such that the connecting plate 2 is laid across the bottom surfaces of the opposing concave portions formed on the substrate 5, and each of the opposing concave portions has one sheet. It can also be expressed that the diaphragm 3A and the diaphragm 3B are provided between the connecting plate 2 and the side surface of the concave portion.
【0087】 つまり、本発明のデバイスにおける凹部
は、その見方によって言い換えることができる場合があ
る。デバイス42においては、先に示した凹部10の2
側面を対向する2箇所の凹部の各々の底面と考え、凹部
10の底面は、これらの対向する2箇所の凹部の1側面
どうしが共有された部位であるとみなすことができる。
このように、本発明のデバイスは、その形態が同一であ
っても、その表現方法を種々に言い換えることができる
場合がある。That is, the concave portion in the device of the present invention may be paraphrased depending on the viewpoint. In the device 42, 2 of the concave portion 10 shown above is used.
The side surface is considered as the bottom surface of each of the two opposing concave portions, and the bottom surface of the concave portion 10 can be regarded as a portion where one side surface of these two opposing concave portions is shared.
As described above, in some cases, the expression method of the device of the present invention can be paraphrased in various ways, even if the form is the same.
【0088】 図20(b)〜(d)は、このデバイス
42に好適に採用される振動板3Bの形態を示すX1軸
における矢視AA図である。この振動板3Bの形態は当
然に振動板3Aにも適用される。図20(b)は、連結
板2と基板5のそれぞれの表面近傍に振動板3Bを跨設
した形態を示している。FIGS. 20 (b) to 20 (d) are AA diagrams along the X1 axis showing the configuration of the diaphragm 3 B suitably employed in the device 42. This form of the diaphragm 3B is naturally applied to the diaphragm 3A. FIG. 20B shows a configuration in which a diaphragm 3B is provided near the respective surfaces of the connection plate 2 and the substrate 5.
【0089】 また、図20(c)は、一表面を対向す
るように構成した2枚1組の振動板3B・3Cを、連結
板2と基板5との間に跨設した構造を示している。この
場合、振動板3Aについても、2枚1組となるように別
に1枚の振動板3Dが設けられ、合計4枚の振動板3A
〜3Dで固定板1を駆動することとなる。FIG. 20C shows a structure in which a pair of diaphragms 3 B and 3 C having one surface facing each other is provided between the connecting plate 2 and the substrate 5. I have. In this case, as for the diaphragm 3A, another one of the diaphragms 3D is provided so as to form a pair of two, and a total of four diaphragms 3A are provided.
The fixed plate 1 is driven in 3D.
【0090】 このような構造において、圧電素子4B
・4Cを同位相で駆動し、圧電素子4Aと圧電素子4D
(図示されていない振動板3Dに配設される圧電素子)
を圧電素子4B・4Cとは逆位相で駆動することによ
り、固定板1に面内回転変位を支配的に生じさせること
が可能であり、また、全ての圧電素子4A〜4Dを同位
相で駆動することにより、一軸方向変位を支配的に生じ
させることが可能となる。In such a structure, the piezoelectric element 4B
4C is driven in phase, and the piezoelectric element 4A and the piezoelectric element 4D
(Piezoelectric element arranged on diaphragm 3D not shown)
Are driven in the opposite phase to the piezoelectric elements 4B and 4C, so that the in-plane rotational displacement can be generated in the fixed plate 1 dominantly, and all the piezoelectric elements 4A to 4D are driven in the same phase. By doing so, it becomes possible to cause a uniaxial displacement to dominantly occur.
【0091】 こうして、2枚の振動板/圧電素子を用
いた場合と比較して、Z軸方向の固定板1の変位を抑制
することが可能となるのみならず、固定板1の変位量と
駆動力を大きくとることができる利点があり、好まし
い。なお、前述したように、連結板2と凹部10底面と
の間に跨設される振動板は2枚以上であってもよいこと
に対応して、一表面を対向するように構成した2枚1組
の振動板は、2組以上配設することができる。Thus, as compared with the case where two vibration plates / piezoelectric elements are used, not only the displacement of the fixed plate 1 in the Z-axis direction can be suppressed, but also the displacement amount of the fixed plate 1 can be reduced. There is an advantage that the driving force can be increased, which is preferable. In addition, as described above, in correspondence with the fact that two or more vibration plates may be provided between the connecting plate 2 and the bottom surface of the concave portion 10, the two One set of diaphragms can be provided in two or more sets.
【0092】 図20(d)は、振動板3Bを、連結板
2の厚み方向(Z軸方向)の中央部に設置した形態を示
している。この場合、圧電素子4B(振動板3B)の連
結板2に対する作用点を連結板2の重心位置とすること
ができるために、固定板1のZ軸方向の変位を低減させ
ることが可能となり、好ましい。FIG. 20D shows a configuration in which the diaphragm 3B is installed at the center of the connecting plate 2 in the thickness direction (Z-axis direction). In this case, since the point of action of the piezoelectric element 4B (vibrating plate 3B) on the connecting plate 2 can be set at the position of the center of gravity of the connecting plate 2, the displacement of the fixed plate 1 in the Z-axis direction can be reduced. preferable.
【0093】 なお、これら図20(c)、(d)に示
した振動板の形態は、連結板を挟持する構造を有する他
の実施の形態に対しても適用することが可能である。即
ち、図20(c)の形態を適用した場合には、2枚1組
の振動板を2組用いて連結板を挟持することとなり、図
20(d)の形態を適用した場合には、連結板の厚み方
向の中央部において2枚の振動板で連結板が挟持される
こととなる。Note that the forms of the diaphragm shown in FIGS. 20C and 20D can be applied to other embodiments having a structure for holding the connecting plate. That is, when the configuration of FIG. 20C is applied, the connecting plate is sandwiched by using two sets of two diaphragms, and when the configuration of FIG. 20D is applied, The connecting plate is sandwiched between the two diaphragms at the center in the thickness direction of the connecting plate.
【0094】 続いて、図21には、前述した図16記
載のデバイス38を2個連結したデバイス43の平面図
を示した。デバイス43においては、圧電素子4A〜4
Dによって駆動される固定板1Aと、圧電素子4E〜4
Hによって駆動される固定板1Bが連結され、一体的な
固定板1が形成されている。このような構造とすること
により、大きな発生変位を維持し、さらにデバイスの駆
動力を増大させることができる効果が生ずる。こうし
て、例えば、固定板1に各種センサや磁気ヘッド等の他
の素子を固定する際に、その素子の大きさや質量に応じ
て、デバイス38の構造とするか、連結したデバイス4
3の構造とするかを、適宜選択することが容易となる。Subsequently, FIG. 21 is a plan view of a device 43 in which two devices 38 shown in FIG. 16 described above are connected. In the device 43, the piezoelectric elements 4A to 4A
D and the piezoelectric elements 4E to 4E
The fixed plate 1B driven by H is connected to form an integral fixed plate 1. With such a structure, there is an effect that a large generated displacement can be maintained and the driving force of the device can be further increased. Thus, for example, when fixing other elements such as various sensors and magnetic heads to the fixing plate 1, depending on the size and mass of the elements, the structure of the device 38 or the connected device 4 is determined.
It becomes easy to appropriately select whether to adopt the structure 3 or not.
【0095】 また、デバイス43は、変位制御並びに
振動制御の観点からは、連結した一方のデバイス(例え
ば固定板1B側)を所定のタイミングで制動用に駆動さ
せることで、高速作動時に発生する固定板1の不要な残
留振動を低減し、高速な位置決めを行うことができる特
徴を有する。このようなデバイスの連結は、デバイス3
8を用いた場合に限定されるものではなく、図15〜図
20に示した全てのデバイス37〜42にも適用するこ
とができる。Further, from the viewpoints of displacement control and vibration control, the device 43 drives one of the connected devices (for example, the fixed plate 1B side) for braking at a predetermined timing, so that the fixed device generated during high-speed operation is operated. It is characterized in that unnecessary residual vibration of the plate 1 can be reduced and high-speed positioning can be performed. The connection of such a device is performed by the device 3
However, the present invention is not limited to the case where 8 is used, and can be applied to all the devices 37 to 42 shown in FIGS.
【0096】 さて、上述した本発明のデバイスの連結
は、2個のデバイスの連結に限定されるものではなく、
実施形態を考慮して2個以上のデバイスを連結すること
も可能である。一例として、図22に、図16に示した
デバイス38を4個ほど連結したデバイス44の平面図
を示す。デバイス44は、換言すれば、図21に示した
デバイス43をY軸について対称となるように2個連結
した構造でもあるが、このような構造とすることによっ
て、より純粋なY軸方向並びにX軸方向(X1軸、X2
軸方向)の変位を、大きな力で発生することが可能とな
る。Now, the connection of the device of the present invention described above is not limited to the connection of two devices,
It is also possible to connect two or more devices in view of the embodiment. As an example, FIG. 22 shows a plan view of a device 44 in which about four devices 38 shown in FIG. 16 are connected. In other words, the device 44 has a structure in which the two devices 43 shown in FIG. 21 are connected symmetrically with respect to the Y axis. However, by adopting such a structure, a more pure Y axis direction and X Axial direction (X1 axis, X2
(Axial direction) can be generated with a large force.
【0097】 以上、本発明の第3のデバイスの形態に
ついて説明したが、ここでの固定板の変位モード、即ち
面内回転変位、一軸方向変位、回転変位の各種の変位モ
ードは、前述した第1、第2のデバイスの変位モードと
同様に、固定板の変位方向がそれぞれ説明した方向に支
配的であることを意味しているものであって、それ以外
の方向成分を有することを完全に排除しているものでは
ない。なお、本発明の全てのデバイスについて、磁気ヘ
ッドへの適用を考えた場合には、ヘッドと記録媒体との
間隔(ギャップ)を一定に保つように、三次元的には変
位しない各種の変位モードを用いることが好ましい。The third mode of the device of the present invention has been described above. Here, the displacement modes of the fixed plate, that is, the various displacement modes of the in-plane rotational displacement, the uniaxial displacement, and the rotational displacement, are the same as those described above. 1, similarly to the displacement mode of the second device, it is meant that the displacement direction of the fixed plate is dominant in the directions described above, and that it has other directional components completely. It is not excluded. When all devices of the present invention are applied to a magnetic head, various displacement modes that are not three-dimensionally displaced so as to keep the gap (gap) between the head and the recording medium constant. It is preferable to use
【0098】 ところで、上述した各種のデバイスにつ
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。また、本発明の
デバイスは、上述したように、圧電素子によって駆動す
る変位素子や振動子といった能動素子としての利用に限
定されず、加速度センサや衝撃センサ等の受動素子であ
る各種センサにも用いることができる。特に、加速度の
検出にあっては、固定板先端におもり等の慣性質量を設
けて、先端部の重量を大きくすることによって、検出感
度の向上を容易に図ることができる。By the way, with respect to the various devices described above, the piezoelectric element has a unimorph structure, but of course, there is no problem even if the piezoelectric element has a bimorph structure. It goes without saying that the device can be arbitrarily selected without departing from the device design concept described above. Further, as described above, the device of the present invention is not limited to use as an active element such as a displacement element or a vibrator driven by a piezoelectric element, but is also used for various sensors that are passive elements such as an acceleration sensor and an impact sensor. be able to. In particular, in detecting acceleration, it is possible to easily improve the detection sensitivity by providing an inertial mass such as a weight at the tip of the fixed plate and increasing the weight of the tip.
【0099】 次に、前述したデバイス42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23(a)は、デバイス42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を形成した一実施形態を示す平面図であ
り、図23(b)〜(d)は、それぞれが、図23
(a)中のY1軸における矢視AA図であって、異なる
実施の形態を示している。Next, a mode of forming an electrode lead from a piezoelectric element will be described using the device 42 described above as an example. FIG. 23A shows that the piezoelectric elements 4A and 4B disposed on the device 42 are provided with electrode leads 21A to 21D, and the piezoelectric elements 4A and 4B and the electrode leads 21A to 21D are provided with an insulating layer 22. FIG. 23B is a plan view illustrating an embodiment in which a shield layer 23 is formed so as to cover the wiring 22. FIGS.
FIG. 4A is an AA view along the Y1 axis in (a), showing another embodiment.
【0100】 絶縁層22は、固定板1や圧電素子4A
・4Bを液体雰囲気や加湿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。The insulating layer 22 includes the fixing plate 1 and the piezoelectric element 4A.
And a function of effectively preventing short-circuiting of the piezoelectric elements 4A and 4B and the electrode leads 21A to 21D when the 4B is used in a liquid atmosphere or a humidified atmosphere. When the device is operated at a high frequency or high-frequency vibration is detected, the shield layer 23 blocks electromagnetic waves from the outside to ensure good displacement accuracy, and also prevents malfunction and noise contamination. Has functions.
【0101】 シールド層23の配設の形態としては、
図23(b)に示されるように、基板5を挟み込むよう
に形成する形態の他、図23(c)に示されるように、
基板5上の配線部分のみを囲う形態や、図23(d)に
示すように、配線部分を上部片側のみでシールドする形
態が挙げられるが、中でも、図23(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。
なお、図23(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。As a mode of disposing the shield layer 23,
As shown in FIG. 23B, in addition to the form in which the substrate 5 is sandwiched therebetween, as shown in FIG.
A form surrounding only the wiring portion on the substrate 5 and a form where the wiring portion is shielded by only one upper side as shown in FIG. 23D are mentioned. Among them, FIGS. It is preferable that the entire wiring portion is shielded.
In FIG. 23A, the conduction of the shield layer 23 formed on each surface of the substrate 5 is ensured by using the through holes 24 provided in the substrate 5. Lever conduction may be achieved. The details of the materials suitably used for forming the insulating layer 22 and the shield layer 23 will be described later when the constituent materials of the device are described later.
【0102】 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、固定板、連結板、振動板
は、接着剤を使用せずに、圧電素子と一体的に形成しう
る絶縁体、誘電体であればよく、セラミックスが好適に
用いられ、例えば、酸化物であれ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、マグネシア等
が、非酸化物であれば窒化珪素等を挙げることができ
る。このうち、完全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。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。Next, the materials used for the device of the present invention will be described. The substrate, the fixing plate, the connecting plate, and the vibration plate may be any insulator or dielectric that can be formed integrally with the piezoelectric element without using an adhesive, and a ceramic is preferably used. If so, fully stabilized zirconia, partially stabilized zirconia, alumina, magnesia and the like may be used, and if non-oxide, silicon nitride and the like may be used. Of these, fully stabilized zirconia and partially stabilized zirconia are most preferably employed because of their high mechanical strength, high toughness, and low reactivity with piezoelectric films and electrode materials even in thin plates. When completely stabilized zirconia or partially stabilized zirconia is used as a material for the substrate or the like, it is preferable that at least the diaphragm is configured to contain an additive such as alumina or titania.
【0103】 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。When ceramics is used,
Since the device can be integrally formed by using a green sheet laminating method described later, it is preferable from the viewpoints of securing the reliability of the joint of each part and simplifying the manufacturing process.
【0104】 なお、本発明のデバイスにおける固定板
の厚みや形状には制限がなく、使用用途に応じて適宜設
計されることは既に述べたが、基板の厚みも操作性を考
慮して適宜決められ、必ずしも板状である必要もない。
これに対し、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20〜600μm、幅30〜500μmが好適であ
り、連結板のアスペクト比(幅(X軸方向長さ)/厚み
方向(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。The thickness and shape of the fixing plate in the device of the present invention are not limited, and are appropriately designed according to the intended use. It is not always necessary to have a plate shape.
On the other hand, the thickness of the diaphragm is preferably about 3 to 20 μm, and the total thickness of the diaphragm and the piezoelectric element is 15 μm.
It is preferable to set it to 60 μm. The thickness of the connecting plate is preferably 20 to 600 μm and the width is 30 to 500 μm, and the aspect ratio (width (length in the X-axis direction) / length in the thickness direction (Z-axis direction)) of the connecting plate is 0.1 μm. It is preferably in the range of 1 to 15, but particularly in the range of 0.1 to 7 in order to make the displacement in the XY plane more dominant.
【0105】 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、必要でない材料のいずれであっ
てもよい。但し、磁気記録ヘッド等に用いる場合には、
固定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、従って、抗電界としては、10k
V/mm以下の材料を用いることが好ましい。As the piezoelectric film in the piezoelectric element, a piezoelectric ceramic formed in a film shape is preferably used.
Electrostrictive ceramics, ferroelectric ceramics, or antiferroelectric ceramics can also be used. Also,
It may be either a material that requires polarization treatment or a material that does not require polarization treatment. However, when used for a magnetic recording head, etc.,
Since the linearity between the amount of displacement of the fixed plate and the driving voltage or output voltage is important, it is preferable to use a material having a small strain history.
It is preferable to use a material of V / mm or less.
【0106】 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、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、マグネシウムタンタル酸鉛、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。Specific piezoelectric ceramics include lead zirconate, lead titanate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate, lead zinc niobate, lead manganese niobate, lead antimony stannate, lead manganese tungstate,
Ceramics containing a component such as lead cobalt niobate, lead magnesium tantalate, barium titanate, and the like, or a combination of any of these. Among them, in the present invention, a material mainly composed of components consisting of lead zirconate, lead titanate and lead magnesium niobate is preferably used, and this is because such a material has a high electromechanical coupling coefficient. Having a piezoelectric constant, low reactivity with the substrate (ceramic substrate) during sintering of the piezoelectric film,
This is because a material having a predetermined composition can be formed stably.
【0107】 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
わせ又は他の上記化合物を、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、抗電界や圧電特性を調
整して用いることもまた好ましい。Further, lanthanum, calcium, strontium, molybdenum, tungsten, barium, niobium, zinc, nickel, manganese, cerium, cadmium, chromium, cobalt, antimony, iron, yttrium, tantalum, lithium, bismuth, Ceramics to which an oxide such as tin, a combination of any of these, or another compound described above is appropriately added may be used. For example, it is also preferable to use lead zirconate, lead titanate, and lead magnesium niobate as main components, containing lanthanum and strontium, and adjusting the coercive electric field and piezoelectric characteristics.
【0108】 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。On the other hand, the electrodes of the piezoelectric element are preferably solid at room temperature and made of a metal having excellent conductivity. For example, aluminum, titanium, chromium, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, A single metal such as niobium, molybdenum, ruthenium, palladium, rhodium, silver, tin, tantalum, tungsten, iridium, platinum, gold, lead, or an alloy combining any of these is used. A cermet material in which the same material as the plate is dispersed may be used.
【0109】 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。The selection of the material of the electrode in the piezoelectric element is determined depending on the method of forming the piezoelectric film. For example, when a piezoelectric film is formed on the first electrode by firing after forming the first electrode on the diaphragm, the first electrode has a high melting point metal such as platinum which does not change even at the firing temperature of the piezoelectric film. However, since the second electrode formed on the piezoelectric film after the formation of the piezoelectric film can be formed at a low temperature, a low melting point metal such as aluminum can be used.
【0110】 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6に示したように、圧電膜90
上に第1・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。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
形成してもよい。Further, the piezoelectric element can be formed by firing integrally, but in this case, both the first electrode and the second electrode must be made of a high melting point metal that can withstand the firing temperature of the piezoelectric film. On the other hand, as shown in FIG.
When the first and second electrodes 91 and 92 are formed thereon, both can be formed using the same low melting point metal. As described above, the first electrode and the second electrode may be appropriately selected depending on the forming temperature of the piezoelectric film typified by the firing temperature of the piezoelectric film and the structure of the piezoelectric element. Note that the electrode lead can be formed simultaneously with the electrode of the piezoelectric element, and the electrode lead on the diaphragm is formed at the same time as the piezoelectric element.
It may be formed using various methods such as a sputtering method and a screen printing method.
【0111】 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。Subsequently, an insulating glass or a resin is used as a material of the piezoelectric element and the insulating layer formed on the electrode leads. In order to improve the performance of the device without disturbing the displacement, the glass is used. It is preferable to use a resin rather than a fluororesin having excellent chemical stability, for example, a tetrafluoroethylene resin-based Teflon (Teflon PTFE manufactured by DuPont),
Hexafluoropropylene copolymer resin Teflon (Teflon FEP), ethylene tetrafluoride / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin Teflon (Teflon PF)
A), PTFE / PFA composite Teflon and the like are preferably used.
【0112】 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。Further, these resins are inferior in corrosion resistance, weather resistance and the like to fluororesins, but silicone resins (among others, thermosetting silicone resins) are preferably used, and epoxy resins, acrylic resins and the like are also used according to the purpose. can do. Note that it is also preferable to form the insulating layer using different materials for the piezoelectric element and its vicinity and the electrode lead and its vicinity. Further, it is also preferable to add an inorganic or organic filler to the insulating resin to adjust the rigidity of the diaphragm or the like.
【0113】 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。When the insulating layer is formed, various metals such as gold, silver, copper, nickel, and aluminum are suitably used as the material of the shield layer formed on the insulating layer. All the metal materials used for the electrodes and the like in the piezoelectric element described above can be used. Alternatively, a conductive paste obtained by mixing a metal powder with a resin can be used.
【0114】 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38を例に説明する。本発明
のデバイスは、連結板や固定板等の複数の部材から構成
されているため、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、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やすいことから、信頼性の面で問題
がある。そこで、本発明においてはセラミックス粉末を
原料としたグリーンシート積層法が好適に採用される。Subsequently, a method for manufacturing a device of the present invention will be described using the device 38 described above as an example. Since the device of the present invention is composed of a plurality of members such as a connecting plate and a fixing plate, it can be manufactured by joining components made of various materials prepared separately. However, in this case, the productivity is not high, and breakage or the like is likely to occur at the joint portion, and thus there is a problem in reliability. Therefore, in the present invention, a green sheet laminating method using ceramic powder as a raw material is suitably adopted.
【0115】 グリーンシート積層法においては、先
ず、材料である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24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。In the green sheet laminating method, first, a binder, a solvent, a dispersant, and the like are added to and mixed with ceramic powder such as zirconia as a material to prepare a slurry, which is subjected to a defoaming treatment, followed by a reverse roll coater method. A green sheet or green tape having a predetermined thickness is manufactured by a method such as a doctor blade method. Next, various green sheet members (hereinafter, referred to as “sheet members”) as shown in FIG. 24 are manufactured by a method such as punching (punching) of the green sheets using a mold.
【0116】 シート部材51は、焼成後に、基板5、
連結板2、固定板1並びに振動板3A〜3Dとなる部材
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3
A〜3D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各部材の形
状を形成するよりも、焼成後に、レーザ加工等により、
不要な部分を切り落とす方が、形状精度が良好に保た
れ、好ましいことによる。After firing, the sheet member 51 is
The connecting plate 2, the fixed plate 1, and the members serving as the diaphragms 3A to 3D are in a single-plate state in which their shapes are unclear at this time. This is because the diaphragm 3
Since A to 3D are preferably formed as thin as 3 to 20 μm, rather than forming the shape of each of these members in the state of a green sheet, after firing, by laser processing or the like,
It is preferable to cut off an unnecessary part because the shape accuracy is kept good and it is preferable.
【0117】 シート部材52は、基板5となる他、固
定板1と連結板2の厚みを振動板3A〜3Dよりも厚く
形成するための部材であって、基準孔54、窓部55、
固定板1、連結板2が形成されている。固定板1と連結
板2の接合部には、切欠部11を形成しておくことがで
きる。なお、この切欠部11については、焼成後にレー
ザ加工等により加工、形成することができる。このシー
ト部材52を1枚以上の所定数ほど積層して、所望する
固定板1並びに連結板2の厚みを得る。なお、固定板1
を連結板2よりも薄く形成する場合には、シート部材5
2から固定板1となる部分のみを削除したシート部材を
作製し、これを積層すればよい。基準孔54と窓部55
を形成したシート部材53は、基板5となる部材であ
る。1枚以上の所定枚数ほど積層することで、所望する
厚みを得ることができる。The sheet member 52 is a member for forming the thickness of the fixed plate 1 and the connecting plate 2 thicker than the diaphragms 3A to 3D, in addition to the substrate 5, and includes a reference hole 54, a window 55,
A fixed plate 1 and a connecting plate 2 are formed. A cutout 11 can be formed at the joint between the fixed plate 1 and the connecting plate 2. The notch 11 can be processed and formed by laser processing or the like after firing. One or more sheet members 52 are stacked by a predetermined number to obtain desired thicknesses of the fixing plate 1 and the connecting plate 2. The fixing plate 1
Is formed thinner than the connecting plate 2, the sheet member 5
A sheet member in which only the portion that becomes the fixing plate 1 is removed from the sheet member 2 may be manufactured and laminated. Reference hole 54 and window 55
Is a member to be the substrate 5. A desired thickness can be obtained by laminating at least one predetermined number of sheets.
【0118】 これらのシート部材51〜53を、この
順番で基準孔54を利用して位置決めを行いながら積層
して、熱圧着等の方法により一体化し、積層体を作製す
る。そしてその後、1200℃〜1600℃の温度で焼
成を行うが、ここで、シート部材51の最終的に振動板
3A〜3Dが形成される位置に、予め圧電素子4A〜4
Dを形成しておき、積層体と一体焼成することも好まし
い。The sheet members 51 to 53 are stacked in this order while positioning using the reference holes 54, and integrated by a method such as thermocompression bonding to produce a stacked body. Then, firing is performed at a temperature of 1200 ° C. to 1600 ° C. Here, the piezoelectric elements 4A to 4D are preliminarily placed at positions where the diaphragms 3A to 3D are finally formed on the sheet member 51.
It is also preferable to form D and fire it integrally with the laminate.
【0119】 このような積層体と圧電素子の同時焼成
による圧電素子4A〜4D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51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。As a method of arranging the piezoelectric elements 4A to 4D by simultaneously firing the laminate and the piezoelectric element, a piezoelectric film is formed by a press forming method using a mold or a tape forming method using a slurry raw material. Then, a method of laminating the piezoelectric film before firing on the sheet member 51 by thermocompression bonding and simultaneously sintering to form the substrate and the piezoelectric film at the same time can be cited. However,
In this case, it is necessary to form electrodes on the substrate or the piezoelectric film in advance by using a film forming method described later.
【0120】 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。[0120] The firing temperature of the piezoelectric film is appropriately determined depending on the material constituting the piezoelectric film.
400 ° C., preferably 1000 ° C. to 1400 ° C. In this case, in order to control the composition of the piezoelectric film, it is preferable to perform sintering with adjusting the atmosphere in the presence of an evaporation source of the material of the piezoelectric film. In particular, in the case of using a fired substrate to be described later, the atmosphere adjustment for relaxing the firing stress of the piezoelectric film and extracting higher material characteristics is performed by observing the fired piezoelectric film with an electron microscope or the like, It is preferable to control by monitoring the distribution.
【0121】 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、圧電膜表面近傍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。For example, a material containing lead zirconate, such as a material mainly containing components of lead zirconate, lead titanate, and lead magnesium niobate, which are piezoelectric ceramics preferably employed in the present invention, is used. When used, it is preferable to adjust the atmosphere so that the zirconium component segregates in the fired piezoelectric film, and then fire the piezoelectric film. More preferably, the atmosphere is such that segregation of the zirconium component is observed in the vicinity of the surface of the piezoelectric film, and the segregation is hardly observed inside the piezoelectric film. A piezoelectric film having such a component distribution has excellent vibration characteristics, that is, a large vibration amplitude, as compared with a non-segregated piezoelectric film, and the firing stress is reduced by segregation of the zirconium component. It has the characteristic that the inherent material properties are maintained without being significantly reduced.
【0122】 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、バネ板、
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。Therefore, in the device of the present invention, it is most preferable to form a piezoelectric element so as to form such a piezoelectric film. In addition to the piezoelectric film composition, after firing the piezoelectric film, each member of the device, for example, a connection plate, a spring plate,
It is also preferable that the substrate or the like be fired in an atmosphere so as to contain the components of the piezoelectric material, in particular, in the case of a piezoelectric material containing titanium oxide, titanium oxide. When firing the piezoelectric film and firing the substrate at the same time, it is necessary to match the firing conditions of both.
【0123】 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。これは、これらの手
法は、平均粒径0.01〜5μm、好ましくは0.05
〜3μmの圧電セラミックスの粒子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からである。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 KAGAK
U」、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
して用いるとよい。Further, a thick film forming method such as a screen printing method, a dipping method, a coating method and an electrophoresis method, an ion beam method, a sputtering method, a vacuum deposition, an ion plating The piezoelectric element can be provided by various thin film forming methods such as a plating method, a chemical vapor deposition method (CVD), and plating. Among them, in the present invention, in forming the piezoelectric film, a thick film forming method such as a screen printing method, a dipping method, a coating method, and an electrophoresis method is suitably adopted. This is because these techniques have a mean particle size of 0.01 to 5 μm, preferably 0.05
Pastes or slurries, or suspensions or emulsions containing セ ラ ミ ッ ク ス 3 μm piezoelectric ceramic particles as a main component,
This is because a piezoelectric film can be formed using a sol or the like, and good piezoelectric operation characteristics can be obtained. In particular, in the electrophoresis method, the technical literature "DENKI KAGAK" describes that a film can be formed with high density and high shape accuracy.
U ", 53, No. 1 (1985) pp. 63-68, by Kazuo Anzai ". Therefore, a method may be appropriately selected and used in consideration of required accuracy, reliability, and the like.
【0124】 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51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。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(PZT)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。For example, after the manufactured laminate is fired under predetermined conditions, a first electrode is printed and fired at a predetermined position on the surface of the fired sheet member 51, and then a piezoelectric film is printed and fired. The piezoelectric element can be provided by printing and firing the two electrodes. Subsequently, an electrode lead for connecting the electrode of the formed piezoelectric element to the measuring device is printed and fired. Here, for example, platinum (Pt) is used as the first electrode,
When a material such as lead (zirconate titanate) (PZT) is used for the piezoelectric film, gold (Au) is used for the second electrode, and silver (Ag) is used for the electrode lead, the firing temperature in the firing step is gradually lowered. Therefore, in a certain firing step, the material fired earlier does not re-sinter, and it is possible to avoid problems such as peeling and agglomeration of the electrode material and the like.
【0125】 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。By selecting an appropriate material, it is also possible to sequentially print each member of the piezoelectric element and the electrode lead and sinter them all at once. Each electrode and the like can be provided. Further, each member of the piezoelectric element and the electrode lead may be formed by a thin film method such as a sputtering method or a vapor deposition method, and in this case, heat treatment is not necessarily required.
【0126】 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。By thus forming the piezoelectric element by the film forming method, the piezoelectric element and the vibration plate can be integrally joined and arranged without using an adhesive, and reliability and reproducibility can be secured. Integration can be facilitated. Here, the piezoelectric film may be further formed in an appropriate pattern, for example, a screen printing method, a photolithography method, or a laser processing method,
Alternatively, a machining method such as slicing or ultrasonic processing can be used.
【0127】 ところで、本発明のデバイスの作製に当
たっては、焼成後の状態において、圧電作動部となる部
分が所定の湾曲形状を有するようにしなければならな
い。このためには、振動板並びに圧電素子の材料物性、
熱収縮挙動、設計寸法、形状等を、適宜好適な条件に設
定して、組み合わせることが必要である。By the way, in manufacturing the device of the present invention, in the state after firing, it is necessary that a portion to be a piezoelectric operating portion has a predetermined curved shape. For this purpose, material properties of the diaphragm and piezoelectric element,
It is necessary to appropriately set the heat shrinkage behavior, design dimensions, shape, and the like to suitable conditions and combine them.
【0128】 振動板を湾曲形状に成形する一つの方法
として、振動板を形成するシート部材51と、固定板や
連結板の主たる部分となるシート部材52並びに主に基
板となるシート部材53のそれぞれに対して、シート面
に平行な方向の焼成収縮率とその焼結速度に差を持たせ
て、焼成時の各シート部材51〜53の挙動を制御する
方法が挙げられる。As one method of forming the diaphragm into a curved shape, a sheet member 51 forming the diaphragm, a sheet member 52 serving as a main portion of a fixed plate or a connecting plate, and a sheet member 53 serving as a main substrate are respectively provided. On the other hand, there is a method of controlling the behavior of each of the sheet members 51 to 53 at the time of firing by giving a difference between the firing shrinkage in the direction parallel to the sheet surface and the sintering speed.
【0129】 その他には、シート部材51〜53を熱
圧着して作製した積層体において、そのシート部材51
を挟んだシート部材52・53の窓部55側と、その反
対側とで、気圧差を設けて、シート部材51をグリーン
シートの状態で変形させておく方法がある。このとき、
窓部55側を凹面とするには、窓部55側を正圧、反対
側を負圧とすればよく、窓部55側を凸面とする場合
は、圧力状態をその逆とすればよい。In addition, in a laminate manufactured by thermocompression bonding the sheet members 51 to 53, the sheet members 51
There is a method in which the sheet member 51 is deformed in a green sheet state by providing a pressure difference between the window portion 55 side of the sheet members 52 and 53 and the opposite side. At this time,
To make the window 55 side concave, the window 55 side should be positive pressure and the opposite side should be negative pressure. When the window 55 side should be convex, the pressure state should be reversed.
【0130】 更に、湾曲形状を安定に形成する方法と
して、振動板の湾曲形状の形成時或いは形成後に、湾曲
形状の稜線部分並びにその近傍に平坦化治具若しくは凹
面治具を当接して、稜線部分やその近傍に平坦部を形成
し、或いは所定の曲率半径、凸方向の湾曲高さを有する
曲面部を形成する方法もある。Further, as a method for stably forming the curved shape, a flattening jig or a concave jig is brought into contact with the ridge portion of the curved shape and the vicinity thereof at the time of or after the formation of the curved shape of the diaphragm, and the ridge line is formed. There is also a method of forming a flat portion at or near the portion, or forming a curved portion having a predetermined radius of curvature and a convex height in a convex direction.
【0131】 一方、圧電素子を湾曲形状に成形する方
法としては、上述した方法によって予め湾曲形状とした
振動板の凹面及び/又は凸面上に圧電素子を形成する方
法がある。また、平坦に形成した振動板の一方の表面に
圧電素子を成形、焼成して、圧電素子の焼成収縮によっ
て振動板を湾曲させる方法もある。圧電素子の形成面が
振動板の凹面、凸面のいずれであるかにかかわらず、圧
電素子の焼成収縮に起因する振動板の湾曲を見越して、
振動板の湾曲の程度を設定することが重要である。On the other hand, as a method of forming a piezoelectric element into a curved shape, there is a method of forming a piezoelectric element on a concave surface and / or a convex surface of a diaphragm that has been previously curved by the above-described method. Also, there is a method in which a piezoelectric element is formed on one surface of a flatly formed diaphragm and fired, and the diaphragm is bent by shrinking and firing the piezoelectric element. Regardless of whether the surface on which the piezoelectric element is formed is a concave surface or a convex surface of the diaphragm, in anticipation of the curvature of the diaphragm due to firing shrinkage of the piezoelectric element,
It is important to set the degree of curvature of the diaphragm.
【0132】 なお、圧電作動部の湾曲形状の設定に当
たっては、振動板や基板となる材料の熱膨張係数も重要
な設定因子となる。積層体と圧電素子の熱処理による一
体化の過程において、圧電作動部の湾曲形状の制御が容
易であり、また、圧電素子(圧電膜)への焼成応力を低
く抑えることができ、所定の形状と圧電特性を得ること
を容易とするには、熱膨張係数が、60×10-7/℃〜
120×10-7/℃、より好ましくは、80×10-7/
℃〜110×10-7/℃である基板材料を用いることが
好ましい。In setting the curved shape of the piezoelectric actuator, the coefficient of thermal expansion of the material forming the diaphragm or the substrate is also an important setting factor. In the process of integration of the laminated body and the piezoelectric element by heat treatment, it is easy to control the curved shape of the piezoelectric operating portion, and it is possible to suppress the firing stress on the piezoelectric element (piezoelectric film) to a low level. In order to make it easy to obtain piezoelectric characteristics, the thermal expansion coefficient should be 60 × 10 −7 / ° C.
120 × 10 −7 / ° C., more preferably 80 × 10 −7 /
It is preferable to use a substrate material having a temperature of from 110 ° C. to 110 × 10 −7 / ° C.
【0133】 このようにして、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振動板や固定
板、連結板、また必要に応じて切欠部を形成する。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51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い。こうして、図16に示した
形状の振動板3A〜3D、固定板1、連結板2を有する
デバイス38が得られる。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。As described above, the vibration plate, the fixed plate, the connection plate, and the notch portion as necessary are formed at predetermined positions of the fired laminate on which the piezoelectric elements and the electrode leads are formed. Here, by processing using the fourth harmonic of the YAG laser,
It is preferable to cut out unnecessary portions of the sintered sheet member 51 and remove them. Thus, a device 38 having the diaphragms 3A to 3D, the fixed plate 1, and the connecting plate 2 having the shape shown in FIG. 16 is obtained. Note that an unnecessary portion, which is a portion corresponding to the substrate 5, may be removed by the laser processing or dicing.
【0134】 また、主にシート部材52により形成さ
れた固定板1、連結板2の形状や、シート部材51によ
り形成された振動板3A〜3D等の形状を、このような
加工時に調整することで、圧電駆動部の形状のばらつき
を小さくすると共に、変位量や変位特性の調整を行うこ
とも好ましい。In addition, the shapes of the fixed plate 1 and the connecting plate 2 mainly formed by the sheet member 52 and the shapes of the diaphragms 3A to 3D formed by the sheet member 51 are adjusted during such processing. Therefore, it is preferable to reduce the variation in the shape of the piezoelectric driving unit and to adjust the displacement amount and the displacement characteristic.
【0135】 更に、図5に示した圧電素子88を、図
25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、機械加工等によりトリミングして圧
電素子の有効電極面積を調整し、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88の構造が、図6或いは
図7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トリミングすればよい。Further, as shown in FIG. 25, the piezoelectric element 88 shown in FIG. 5 has a second electrode 87 as an upper electrode, a first electrode 85 as a lower electrode, and a piezoelectric film 86 formed therebetween. After disposing 88 once, the upper electrode is trimmed by YAG fourth harmonic laser, machining or the like to adjust the effective electrode area of the piezoelectric element, adjust the electrical characteristics such as the impedance of the device, and adjust the predetermined displacement. It is also preferable to obtain characteristics. When the structure of the piezoelectric element 88 is a comb-shaped structure as shown in FIG. 6 or FIG. 7, a part of one or both electrodes may be trimmed.
【0136】 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、デバイスの大
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。In such processing, the above-mentioned YA
G In addition to the processing using the fourth harmonic laser, laser processing using YAG laser and the second or third harmonic of the YAG laser, excimer laser, CO 2 laser, etc., electron beam processing, dicing (mechanical processing) ), And various processing methods suitable for the size and shape of the device can be applied.
【0137】 なお、本発明のデバイスは、上述したグ
リーンシートを用いた作製方法の他に、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。Note that the device of the present invention can be manufactured by a pressure molding method using a molding die, a casting method, an injection molding method, or the like, in addition to the manufacturing method using the green sheet described above. it can. Also in these cases, before and after the firing, machining is performed by cutting, grinding, laser processing, punching by punching, or mechanical processing such as ultrasonic processing to obtain a predetermined shape.
【0138】 こうして作製されたデバイス38におけ
る圧電素子4A〜4D並びに電極リード上に形成する絶
縁層は、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。[0138] The insulating layers formed on the piezoelectric elements 4A to 4D and the electrode leads in the device 38 thus manufactured can be formed by a screen printing method, a coating method, a spraying method, or the like using glass or resin. Here, when glass is used as the material, it is necessary to raise the temperature of the device itself to about the softening temperature of the glass, and since the hardness is large, there is a risk of disturbing displacement or vibration, but the resin is soft and moreover It is preferable to use a resin since only a drying process is required.
【0139】 なお、絶縁層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、その上に絶縁層を形成することが好まし
い。[0139] Although it has already been described that a fluororesin or a silicone resin is preferably used as the resin used as the insulating layer, when these resins are used, the purpose is to improve the adhesion to the underlying ceramic. so,
It is preferable to form a primer layer according to the type of resin and ceramic used, and to form an insulating layer thereon.
【0140】 次に、絶縁層上に形成されるシールド層
の形成は、絶縁層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。なお、絶縁層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、焼成することも可能である。Next, the formation of the shield layer formed on the insulating layer is difficult when the insulating layer is made of a resin. In the case where a conductive paste made of a metal powder and a resin is used, a screen printing method, a coating method, or the like can be preferably used. When the insulating layer is formed of glass, the conductive paste can be screen-printed or fired at a temperature at which the glass does not flow.
【0141】[0141]
【実施例】 続いて、本発明を更に実施例により説明す
る。図27は、作製したデバイス45の概略構造を示す
平面図である。デバイス45は、デバイス38における
連結板2内に、Y軸方向に平行な開口スリット14を形
成したものである。なお、図27は、実際に作製したデ
バイス45の各部の寸法関係を正確に示すものではな
い。EXAMPLES Next, the present invention will be further described with reference to examples. FIG. 27 is a plan view showing a schematic structure of the manufactured device 45. The device 45 is formed by forming the opening slit 14 parallel to the Y-axis direction in the connection plate 2 of the device 38. FIG. 27 does not accurately show the dimensional relationship of each part of the device 45 actually manufactured.
【0142】 デバイス45は、基板5等の材料とし
て、酸化イットリウムで部分安定化した酸化ジルコニウ
ムを用い、先に図24に示した各種のシート部材51〜
53を用いてグリーンシート積層法により作製した。主
に振動板3A〜3Dを形成するシート部材51としては
焼成後に厚みが10μmとなるものを、主に連結板2等
を形成するシート部材52としては焼成後に厚みが10
0μmとなるものを、更に主に基板5となるシート部材
53としては焼成後に厚みが150μmとなるものを用
いた。The device 45 uses zirconium oxide partially stabilized with yttrium oxide as a material for the substrate 5 and the like, and uses various sheet members 51 to 51 previously shown in FIG.
53 was manufactured by a green sheet laminating method. The sheet member 51 mainly forming the diaphragms 3A to 3D has a thickness of 10 μm after firing, and the sheet member 52 mainly forming the connecting plate 2 and the like has a thickness of 10 μm after firing.
Those having a thickness of 0 μm and those having a thickness of 150 μm after firing were mainly used as the sheet members 53 which mainly serve as the substrate 5.
【0143】 シート部材51〜53を、金型を用いた
パンチング加工により帯状シートから打ち抜いて積層、
熱圧着し、1450℃で焼成した。なお、シート部材5
1〜53は、焼成収縮率、焼結速度の組み合わせによ
り、焼成後の振動板3A〜3Dとなるべき部分が、平坦
な形状となるように調整されている。The sheet members 51 to 53 are punched out from a belt-like sheet by punching using a mold, and laminated.
It was thermocompressed and fired at 1450 ° C. The sheet member 5
Nos. 1 to 53 are adjusted by a combination of the firing shrinkage and the sintering rate so that the portions to become the vibrating plates 3A to 3D after firing have a flat shape.
【0144】 焼成後の積層体に配設する圧電素子4A
〜4Dとしては、圧電誘起歪みの横効果(d31)を利用
する、図5に示した構造の圧電素子88を用いた。ここ
で、第1電極(下部電極)85としては白金(Pt)を
主成分とする材料を、圧電膜86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の混合物を主
成分とする材料を、第2電極(上部電極)87としては
金(Au)を主成分とする材料をそれぞれ用いた。[0144] Piezoelectric element 4A disposed on fired laminate
4D, the piezoelectric element 88 having the structure shown in FIG. 5 utilizing the transverse effect (d 31 ) of piezoelectrically induced strain was used. Here, the first electrode (lower electrode) 85 is made of a material mainly containing platinum (Pt), and the piezoelectric film 86 is mainly made of a mixture of lead zirconate, lead titanate and lead magnesium niobate. As the material, as the second electrode (upper electrode) 87, a material mainly containing gold (Au) was used.
【0145】 このような圧電素子88(4A〜4D)
の形成は、スクリーン印刷法により行い、先ず第1電極
85を印刷、焼成後に、圧電膜86を印刷、焼成し、最
後に第2電極87を印刷、焼成することで行った。形成
された第1電極85、圧電膜86、第2電極87の厚み
は、それぞれ5μm、15μm、0.2μmであった。
また、圧電素子4A〜4Dの形成により、図4(a)に
示されるような振動板側が凸で、湾曲高さHが10μm
の湾曲形状を有する振動板3A〜3Dが形成された。振
動板3A〜3Dの幅、即ち図4(a)におけるLは35
0μm、(H/L)×100は2.9である。Such a piezoelectric element 88 (4A to 4D)
The first electrode 85 was printed and fired, then the piezoelectric film 86 was printed and fired, and finally the second electrode 87 was printed and fired. The thicknesses of the formed first electrode 85, piezoelectric film 86, and second electrode 87 were 5 μm, 15 μm, and 0.2 μm, respectively.
Further, by forming the piezoelectric elements 4A to 4D, the diaphragm side as shown in FIG. 4A is convex and the curved height H is 10 μm.
The diaphragms 3A to 3D having the curved shapes of FIG. The width of the diaphragms 3A to 3D, that is, L in FIG.
0 μm, (H / L) × 100 is 2.9.
【0146】 続いて、YAGレーザの第4次高調波を
用いて、所定寸法の振動板3A〜3D、連結板2、固定
板1、切欠部11並びに開口スリット14を形成した。
連結板2の長さaは1mm、固定板1の長さbは1.5
mm、切欠部11は幅が10μmで長さが0.5mm、
開口スリット14は幅が10μmで長さが0.5mmで
ある。なお、連結板2と固定板1の幅は共に60μmで
ある。Subsequently, using the fourth harmonic of the YAG laser, the diaphragms 3A to 3D, the connecting plate 2, the fixed plate 1, the notch 11, and the opening slit 14 having predetermined dimensions were formed.
The length a of the connecting plate 2 is 1 mm, and the length b of the fixed plate 1 is 1.5.
mm, the notch 11 has a width of 10 μm and a length of 0.5 mm,
The opening slit 14 has a width of 10 μm and a length of 0.5 mm. The width of both the connecting plate 2 and the fixed plate 1 is 60 μm.
【0147】 圧電素子4A〜4Dにおける各電極に電
極リードを配線し、その後、圧電素子4A〜4Dを、5
0Vにて分極処理した。圧電素子4A〜4Dを後述する
特定の組み合わせにおいて駆動したときの固定板1の先
端部の変位量(振動振幅量)は、Y軸方向変位は図27
に示す固定板1の右側から、また、Z軸方向変位は紙面
に垂直な方向から、それぞれレーザドップラー振動計を
用いて速度信号を検出し、この速度信号を積分すること
で求めた。[0147] An electrode lead is wired to each electrode of the piezoelectric elements 4A to 4D.
Polarization treatment was performed at 0V. When the piezoelectric elements 4A to 4D are driven in a specific combination described later, the displacement amount (vibration amplitude amount) of the distal end portion of the fixed plate 1 is shown in FIG.
And the Z-axis direction displacement was determined by detecting a velocity signal using a laser Doppler vibrometer from the direction perpendicular to the paper surface and integrating the velocity signal.
【0148】 図28は、変位測定時の圧電素子4A〜
4Dへの駆動信号の印加を、圧電素子4A・4Dの組、
圧電素子4B・4Cの組の各組内で同位相としたとき
の、変位−電圧特性の試験結果の一例を示すグラフであ
る。図28中、両側振幅は、圧電素子4A・4Dの組と
圧電素子4B・4Cの組への電圧印加を交互に行ったと
きの図27中のY軸方向への全ストローク量を示してお
り、また片側振幅は、圧電素子4A・4Dのみを駆動し
たときのX軸からY軸方向右側へのみの変位量を示して
いる。本実施例に従うデバイス45は、圧電素子4A〜
4Dへの印加電圧に対して、変位量がほぼ線形で変化し
ており、印加電圧50Vで両側振幅2.5μmが得られ
た。FIG. 28 shows the piezoelectric elements 4A to 4D during displacement measurement.
The application of the drive signal to 4D is performed by a set of piezoelectric elements 4A and 4D,
It is a graph which shows an example of the test result of the displacement-voltage characteristic at the time of making it the same phase in each set of the set of piezoelectric elements 4B and 4C. In FIG. 28, the amplitude on both sides indicates the total stroke amount in the Y-axis direction in FIG. 27 when voltage application to the set of piezoelectric elements 4A and 4D and the set of piezoelectric elements 4B and 4C is performed alternately. The one-sided amplitude indicates a displacement amount only from the X axis to the right side in the Y axis direction when only the piezoelectric elements 4A and 4D are driven. The device 45 according to this embodiment includes the piezoelectric elements 4A to 4A.
With respect to the applied voltage to 4D, the displacement amount changed almost linearly, and an amplitude of 2.5 μm on both sides was obtained at an applied voltage of 50 V.
【0149】 次に、図29は、圧電素子4A・4Dを
組とし、また圧電素子4B・4Cを組としたときに、一
方の組については分極処理の電界の向きと同じ向き電界
を印加し、他方の組については分極処理の電界の向きと
は逆の向きの電界を、それぞれ同時に印加したときの変
位量を示すグラフである。即ち、図29は圧電素子4A
・4Dと圧電素子4B・4Cとが、互いに逆の位相で同
時に駆動された場合のグラフである。ここで、図29の
グラフにおける横軸の印加電圧は、順方向(分極処理と
同じ極性)印加電圧を示しており、逆方向印加電圧は常
に−5V(「−」は駆動電圧の印加の極性が分極時と逆
であることを示す。)とした。なお、逆方向印加電圧
は、圧電膜の材料の抗電界以下とすることが必要であ
る。Next, FIG. 29 shows a case where the piezoelectric elements 4A and 4D are set as a set, and the piezoelectric elements 4B and 4C are set as a set. And the other set is a graph showing the amount of displacement when an electric field in a direction opposite to the direction of the electric field of the polarization treatment is simultaneously applied. That is, FIG. 29 shows the piezoelectric element 4A.
It is a graph when 4D and the piezoelectric elements 4B and 4C are simultaneously driven in the mutually opposite phases. Here, the applied voltage on the horizontal axis in the graph of FIG. 29 indicates the forward direction (the same polarity as the polarization processing) applied voltage, and the reverse direction applied voltage is always −5 V (“−” indicates the polarity of the applied drive voltage). Is opposite to that at the time of polarization.). It is necessary that the reverse applied voltage is equal to or lower than the coercive electric field of the material of the piezoelectric film.
【0150】 このような電圧印加を行うと、連結板2
を挟持する圧電素子4A・4Bの一方が伸びたときに他
方は縮むこととなり、一方の変位が他方の変位によって
アシストされることとなる。この状態は、圧電素子4C
・4Dについても同様であり、こうして、図29では、
図28と比較して変位の拡大が図られており、圧電素子
4A〜4Dの駆動形態によっても変位量を調整すること
が可能であることが示された。When such a voltage application is performed, the connection plate 2
When one of the piezoelectric elements 4A and 4B sandwiching the other expands, the other contracts, and one displacement is assisted by the other displacement. In this state, the piezoelectric element 4C
・ The same applies to 4D, and thus, in FIG. 29,
The displacement is enlarged as compared with FIG. 28, and it is shown that the displacement can be adjusted by the driving mode of the piezoelectric elements 4A to 4D.
【0151】 次に、デバイス45を例として、固定板
1をX−Y平面内で支配的に変位させる方法の実施例に
ついて説明する。但し、ここで使用するデバイス45に
ついては、その作製に当たって、シート部材52として
焼成後の厚みが50μmとなるものを使用し、連結板2
及び固定板1の幅を共に80μmとしたものである。変
位量の測定は、前述した実施例と同様に、レーザドップ
ラー振動計を用いて行った。Next, an example of a method for displacing the fixed plate 1 dominantly in the XY plane will be described by taking the device 45 as an example. However, for the device 45 used here, a sheet member 52 having a thickness of 50 μm after firing was used as the sheet member 52 in the production thereof.
And the width of the fixed plate 1 is set to 80 μm. The displacement was measured using a laser Doppler vibrometer as in the above-described embodiment.
【0152】 図30(a)、(b)は、圧電素子4A
〜4Dへ印加する電圧信号の異なる形態(以下、「駆動
信号A」、「駆動信号B」と記す。)の説明図であり、
表1は駆動信号A・Bによる変位量の軸方向成分を記し
たものである。表1から明らかなように、駆動信号Bを
用いた場合には、どの駆動電圧(V2)に対しても、Y
軸方向の変位量を低下させることなく、Z軸方向の変位
成分の発生が抑制されていることがわかる。FIGS. 30A and 30B show the structure of the piezoelectric element 4A.
FIGS. 4A and 4B are explanatory diagrams of different forms of a voltage signal applied to 4D (hereinafter, referred to as “drive signal A” and “drive signal B”);
Table 1 shows the axial components of the displacement amount due to the drive signals A and B. As is evident from Table 1, when the drive signal B is used, for any drive voltage (V2), Y
It can be seen that the generation of the displacement component in the Z-axis direction is suppressed without reducing the displacement amount in the axial direction.
【0153】[0153]
【表1】 [Table 1]
【0154】 以下、表1の結果について考察する。デ
バイス45において、固定板1を面内回転変位モードで
駆動させるためには、圧電素子4A・4Dを組とし、圧
電素子4B・4Cを組として、圧電素子4A〜4Dに電
圧を印加し、圧電素子4A〜4Dの屈曲変位を固定板1
の変位へ変換することとなる。このとき圧電素子4A〜
4Dは、連結板2を挟持する方向(X軸方向)に撓むと
共に連結板2の長手方向(跨設方向、即ちY軸方向)に
も撓む。Hereinafter, the results in Table 1 will be considered. In the device 45, in order to drive the fixed plate 1 in the in-plane rotational displacement mode, the piezoelectric elements 4A and 4D are paired, the piezoelectric elements 4B and 4C are paired, and a voltage is applied to the piezoelectric elements 4A to 4D. Fixing displacement of elements 4A to 4D by fixed plate 1
To the displacement of At this time, the piezoelectric elements 4A-
4D bends in the direction of pinching the connecting plate 2 (X-axis direction) and also in the longitudinal direction of the connecting plate 2 (straddling direction, that is, Y-axis direction).
【0155】 振動板3A〜3Dは、連結板2及び基板
5と接合されているので、圧電素子4A〜4DのX軸方
向の屈曲変位は、連結板2のX軸方向変位に変換される
が、Y軸方向については、梁として片側が自由端となっ
ているために、結果として、圧電素子4A〜4DのY軸
方向の屈曲変位は、連結板2をZ軸方向に変位させるこ
ととなる。従って、デバイス45について、特に形状の
設計や圧電素子の駆動形態に工夫を施さない場合には、
少なからず固定板1はZ軸方向へ変位することとなる。Since the vibration plates 3A to 3D are joined to the connection plate 2 and the substrate 5, bending displacement of the piezoelectric elements 4A to 4D in the X-axis direction is converted into displacement of the connection plate 2 in the X-axis direction. In the Y-axis direction, since one side is a free end as a beam, bending displacement in the Y-axis direction of the piezoelectric elements 4A to 4D results in displacement of the connecting plate 2 in the Z-axis direction. . Therefore, in the case where the device 45 is not particularly devised in shape design or driving form of the piezoelectric element,
Not a little, the fixed plate 1 is displaced in the Z-axis direction.
【0156】 ここで、圧電作動部の形状が同じで、圧
電素子に印加する電圧が同じであれば、圧電素子4A・
4Dを駆動した場合も、圧電素子4B・4Cを駆動した
場合も、Z軸方向の変位量は同じとなるから、Z軸方向
への変位が最小値をとるとき、即ちZ軸方向への変位量
が0であるときは、固定板1のY軸方向変位が0である
ときでもある。この状態は、圧電素子4A〜4Dに全く
電圧を印加していない場合か、或いは圧電素子4A・4
Dの組と圧電素子4B・4Cの組とに等電圧を印加し
て、各組からの固定板1の駆動力を拮抗させて中立を保
った場合の、少なくとも2通りの場合で実現されると考
えることができる。Here, if the shape of the piezoelectric actuator is the same and the voltage applied to the piezoelectric element is the same, if the piezoelectric element 4A
When the 4D is driven and when the piezoelectric elements 4B and 4C are driven, the displacement amount in the Z-axis direction is the same. Therefore, when the displacement in the Z-axis direction takes the minimum value, that is, the displacement in the Z-axis direction. The case where the amount is 0 is also when the displacement of the fixed plate 1 in the Y-axis direction is 0. This state is caused when no voltage is applied to the piezoelectric elements 4A to 4D or when the piezoelectric elements 4A
This is realized in at least two cases in which equal voltage is applied to the set D and the set of piezoelectric elements 4B and 4C, and the driving force of the fixed plate 1 from each set is antagonized to maintain neutrality. Can be considered.
【0157】 すると、固定板1のY軸方向の変位量が
同じ0の場合であっても、Z軸方向の絶対位置が異なる
状態が存在することとなる。例えば、圧電素子4A・4
Dの組のみを駆動させた場合のZ軸方向変位に相当する
Z軸方向変位が、圧電素子4A〜4Dの全てに等電圧を
印加したY軸方向変位0の待機状態で得られれば、これ
ら2つの状態間におけるZ軸方向の変位量は0となる。
一方、全ての圧電素子に等電圧を印加して、Y軸方向変
位0の状態としたときのZ軸方向の変位量は、等電圧の
電圧が高いときには大きく、低い場合には小さくなるこ
とから、各組の圧電素子への印加電圧値を変化させるこ
とによって、Z軸方向の変位量を制御することができる
こととなる。Then, even when the amount of displacement of the fixed plate 1 in the Y-axis direction is the same 0, there is a state where the absolute positions in the Z-axis direction are different. For example, the piezoelectric elements 4A and 4
If the Z-axis direction displacement corresponding to the Z-axis direction displacement when only the set D is driven is obtained in the standby state of the Y-axis direction displacement 0 where the same voltage is applied to all of the piezoelectric elements 4A to 4D, The amount of displacement in the Z-axis direction between the two states is zero.
On the other hand, when the equal voltage is applied to all the piezoelectric elements and the displacement in the Y-axis direction is zero, the displacement amount in the Z-axis direction is large when the voltage of the equal voltage is high, and is small when the voltage of the equal voltage is low. By changing the voltage value applied to each set of piezoelectric elements, the amount of displacement in the Z-axis direction can be controlled.
【0158】 従って、Y軸方向の変位量が最大である
ときと、最小であるときとの間において、つまり固定板
1が変位できる全範囲において、Z軸方向の相対的な変
位量を0とした駆動が可能となる。換言すれば、このよ
うな駆動は、各組の圧電素子に印加する総電圧が、最大
駆動電圧にて一定となるようにするものである。但し、
実際には、デバイス内の各部の寸法バラツキや圧電素子
の特性バラツキによって、必ずしも総電圧を一定とする
ことで、Z軸方向の相対的な変位量を0とすることがで
きない場合があり、都度、調整を必要とする。Therefore, the relative displacement amount in the Z-axis direction is set to 0 between the time when the displacement amount in the Y-axis direction is the maximum and the time when the displacement amount is the minimum, that is, in the entire range in which the fixed plate 1 can be displaced. Driving can be performed. In other words, such driving is performed so that the total voltage applied to each set of piezoelectric elements is constant at the maximum driving voltage. However,
In practice, the relative displacement in the Z-axis direction may not be able to be set to 0 by always keeping the total voltage constant due to the dimensional variation of each part in the device and the characteristic variation of the piezoelectric element. Need adjustment.
【0159】 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。As described above, the form, material, and manufacturing method of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention have been described in detail. However, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment. It should be understood that various changes, modifications, improvements, and the like can be made based on the knowledge of those skilled in the art in addition to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention.
【0160】[0160]
【発明の効果】 以上の説明で明らかなように、本発明
の圧電/電歪デバイスは、構造が簡単であり小型化、軽
量化が容易であるとともに、省電力で変位効率が高く、
しかも外部からの有害振動等の影響を受け難い特徴を有
する。また、静的変位のみならず、動的変位のいずれに
対しても高精度な制御が可能であり、大変位を容易に得
ることができるとともに、センサとしても用いることが
でき、この場合には高感度とすることができるという特
徴を有する。更にグリーンシート積層法といった簡便な
製造方法を用いることにより、一体構造として信頼性を
高めつつ、安価に作製することができる利点がある。加
えて、構成材料の選択の許容範囲が広く、目的に応じて
都度、好適な材料を使用することができる利点もある。
従って、各種のアクチュエータやセンサに組み込んだ場
合に高精度な制御や測定が可能となり、また、小型化、
軽量化にも寄与するという優れた効果を奏する。As is clear from the above description, the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention has a simple structure, can be easily reduced in size and weight, and has high power-saving and high displacement efficiency.
In addition, it has a characteristic that it is hardly affected by external harmful vibrations. In addition, high-precision control is possible not only for static displacement but also for dynamic displacement, and a large displacement can be easily obtained and used as a sensor. In this case, It has the feature that it can be made highly sensitive. Further, by using a simple manufacturing method such as a green sheet laminating method, there is an advantage that it can be manufactured at a low cost while increasing the reliability as an integrated structure. In addition, there is an advantage that the allowable range of the selection of the constituent materials is wide, and a suitable material can be used each time according to the purpose.
Therefore, when incorporated in various types of actuators and sensors, high-precision control and measurement can be performed.
It has an excellent effect of contributing to weight reduction.
【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)、(c)である。FIG. 1 is a plan view (a) and sectional views (b) and (c) showing a basic structure of a piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図2】 本発明の圧電/電歪デバイスの駆動形態の説
明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a driving mode of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図3】 本発明の圧電/電歪デバイスの別の駆動形態
を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing another driving mode of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図4】 本発明の圧電/電歪デバイスにおける振動板
の形状定義に関する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram relating to the definition of the shape of the diaphragm in the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図5】 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。FIG. 5 is a perspective view showing one embodiment of a piezoelectric element provided in the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図6】 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。FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment of the piezoelectric element provided in the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図7】 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。FIG. 7 is a perspective view showing still another embodiment of the piezoelectric element provided in the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図8】 本発明の圧電/電歪デバイスを用いたアクチ
ュエータの一例を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing an example of an actuator using the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図9】 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)、(c)及び断面図(b)、(d)
である。FIGS. 9A and 9B are plan views (a) and (c) and cross-sectional views (b) and (d) showing another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
It is.
【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である。FIG. 10 is a plan view showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【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)及び断面図(b)〜(f)で
ある。FIG. 11 is a plan view (a) and sectional views (b) to (f) showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【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である。FIG. 12 is a plan view showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図13】 本発明の圧電/電歪デバイスの更に別の実
施の形態を示す平面図である。FIG. 13 is a plan view showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図14】 本発明の圧電/電歪デバイスの更に別の実
施の形態を示す平面図である。FIG. 14 is a plan view showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図15】 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。FIG. 15 is a plan view (a) and a sectional view (b) showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図16】 本発明の圧電/電歪デバイスの更に別の実
施の形態を示す平面図である。FIG. 16 is a plan view showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図17】 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)並びに駆動
形態の説明図(c)である。FIG. 17 is a plan view (a) and a sectional view (b) showing another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention, and an explanatory view (c) of a driving mode.
【図18】 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。FIG. 18 is a plan view showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【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である。FIG. 19 is a plan view showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【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)〜(d)で
ある。FIG. 20 is a plan view (a) and sectional views (b) to (d) showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【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である。FIG. 21 is a plan view showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図22】 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。FIG. 22 is a plan view showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図23】 本発明の圧電/電歪デバイスの電極等の保
護形態を示す平面図(a)及び断面図(b)〜(d)で
ある。FIG. 23 is a plan view (a) and cross-sectional views (b) to (d) showing a protection mode of electrodes and the like of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図24】 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。FIG. 24 is a plan view showing a shape example of a sheet member used for manufacturing the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図25】 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。FIG. 25 is an explanatory view showing one example of a method for processing a piezoelectric element in the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図26】 従来の圧電/電歪デバイス(圧電アクチュ
エータ)の構造の一例を示す斜視図である。FIG. 26 is a perspective view showing an example of the structure of a conventional piezoelectric / electrostrictive device (piezoelectric actuator).
【図27】 実施例に係る本発明の圧電/電歪デバイス
の構造を示す平面図である。FIG. 27 is a plan view showing the structure of a piezoelectric / electrostrictive device according to an embodiment of the present invention.
【図28】 本発明の圧電/電歪デバイスの駆動特性の
一結果を示すグラフである。FIG. 28 is a graph showing one result of driving characteristics of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図29】 本発明の圧電/電歪デバイスの駆動特性の
別の結果を示すグラフである。FIG. 29 is a graph showing another result of the driving characteristics of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
【図30】 本発明の圧電/電歪デバイスの駆動信号の
説明図である。FIG. 30 is an explanatory diagram of a drive signal of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.
1・1A・1B…固定板、2・2A・2B…連結板、3
A〜3H…振動板、4A〜4H…圧電素子、5…基板、
6…薄肉部、7…厚肉部、8…バネ板、9…スリット、
10・10A・10B…凹部、11…切欠部、12…間
隙部、13…ひんじ部、14…開口スリット、15…窓
部、16…薄板、17…バネ板、18…バネ板補強板、
21A〜21D…電極リード、22…絶縁層、23…シ
ールド層、26…アクチュエータ、27…スライダ、2
8…磁気ヘッド、29…固定治具、30…圧電/電歪デ
バイス、31〜45…圧電/電歪デバイス、51〜53
…シート部材、54…基準孔、55…窓部、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、9
2…第2電極、93…隙間部、94A・94B…圧電素
子、101…圧電アクチュエータ、102…梁部、10
3…固定部、104…可動部、105…電極層。1.1A-1B ... fixed plate, 2.2A-2B ... connecting plate, 3
A to 3H: vibrating plate, 4A to 4H: piezoelectric element, 5: substrate,
6 ... Thin part, 7 ... Thick part, 8 ... Spring plate, 9 ... Slit,
10.10A.10B recess, 11 notch, 12 gap, 13 slit, 14 opening slit, 15 window, 16 thin plate, 17 spring plate, 18 spring plate reinforcing plate,
21A to 21D: electrode lead, 22: insulating layer, 23: shield layer, 26: actuator, 27: slider, 2
8 magnetic head, 29 fixing fixture, 30 piezoelectric / electrostrictive device, 31 to 45 piezoelectric / electrostrictive device, 51 to 53
... Sheet member, 54 ... Reference hole, 55 ... Window, 85 ... First
Electrode, 86: piezoelectric film, 87: second electrode, 88: piezoelectric element, 89: diaphragm, 90: piezoelectric film, 91: first electrode, 9
Reference numeral 2: second electrode, 93: gap, 94A / 94B: piezoelectric element, 101: piezoelectric actuator, 102: beam, 10
3: fixed part, 104: movable part, 105: electrode layer.
Claims (35)
板と当該基板との接合方向と当該連結板と当該振動板と
の接合方向が十字に交差するように、かつ、当該振動板
が当該連結板と当該基板との間に跨設されるようにして
互いに接合され、 当該振動板の少なくとも一表面の少なくとも一部に圧電
素子が配設されると共に、当該振動板が当該十字をなす
2方向に垂直な方向に凸状に湾曲していることを特徴と
する圧電/電歪デバイス。1. The connecting plate, the diaphragm and the substrate are crossed so that the joining direction of the connecting plate and the substrate and the joining direction of the connecting plate and the diaphragm cross each other in a cross shape, and the diaphragm is The piezoelectric element is disposed on at least a part of at least one surface of the vibration plate, and the vibration plate forms the cross. A piezoelectric / electrostrictive device characterized by being convexly curved in directions perpendicular to two directions.
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。2. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein a fixed plate is joined to one end of the connecting plate.
して蛇行形とし、隣接する当該連結板間に当該振動板を
跨設してなることを特徴とする請求項2記載の圧電/電
歪デバイス。3. The piezoelectric device according to claim 2, wherein the connecting plate and the fixed plate are alternately joined to form a meandering shape, and the diaphragm is straddled between adjacent connecting plates. / Electrostrictive device.
の接合面を固定面とし、当該固定面の中心を垂直に貫通
する中心軸を基準として、 当該連結板と当該振動板との接合方向に振り子状に変位
するθ変位モード、若しくは、 当該θ変位モードに、当該中心軸から離れるに従って当
該連結板と当該振動板との接合方向及び当該中心軸の伸
長方向の両方向に垂直な方向の変位成分が加わるφ変位
モード、若しくは、 当該連結板と当該振動板との接合方向に一軸的に変位す
るν変位モード、若しくは、 当該ν変位モードに、当該中心軸から離れるに従って当
該連結板と当該振動板との接合方向及び当該中心軸の伸
長方向の両方向に垂直な方向の変位成分が加わるνz変
位モード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1〜3のいずれか一項に記載の圧
電/電歪デバイス。4. The connecting plate, wherein a joint surface between the connecting plate and the substrate is a fixed surface, and a center axis of the connecting plate perpendicularly penetrating the center of the fixed surface serves as a reference. In the θ displacement mode, which displaces like a pendulum in the joining direction, or in the θ displacement mode, a direction perpendicular to both the joining direction of the connecting plate and the diaphragm and the extending direction of the central axis as the distance from the central axis increases.変 位 displacement mode in which the displacement component is added, or に displacement mode in which the connection plate and the diaphragm are uniaxially displaced in the joining direction, or ν displacement mode, with the connection plate moving away from the central axis. 2. A displacement mode in which at least one of a νz displacement mode to which a displacement component in a direction perpendicular to both a joining direction with the diaphragm and an extension direction of the central axis is added is used. 3 piezoelectric / electrostrictive device according to any one of.
と当該振動板が当該連結板を挟持する方向が十字に交差
するように、固定板と連結板並びに振動板が互いに接合
され、 当該連結板が基板に形成された対向する凹部の底面に接
合されると共に、当該振動板が当該凹部の側面と接合さ
れ、 少なくとも1枚の当該振動板の少なくとも一表面の少な
くとも一部に圧電素子が配設されると共に、当該圧電素
子の配設された振動板が、当該十字をなす2方向に垂直
な方向に凸状に湾曲していることを特徴とする圧電/電
歪デバイス。5. The fixed plate, the connecting plate and the diaphragm are joined to each other so that a direction in which the connecting plate sandwiches the fixed plate and a direction in which the diaphragm sandwiches the connecting plate cross each other. The connecting plate is joined to the bottom surface of the opposing concave portion formed on the substrate, the diaphragm is joined to the side surface of the concave portion, and the piezoelectric element is provided on at least a part of at least one surface of at least one of the vibrating plates. A piezoelectric / electrostrictive device provided, wherein the diaphragm on which the piezoelectric element is provided is curved convexly in two directions perpendicular to the two directions of the cross.
ように配設したことを特徴とする請求項5記載の圧電/
電歪デバイス。6. The piezoelectric / electromechanical device according to claim 5, wherein said diaphragm is disposed so as to be joined to said fixed plate.
Electrostrictive device.
であって、 当該振動板が当該連結板を挟持する方向と平行な方向に
一軸的に変位する一軸変位モード、若しくは、 当該固定板の略中心部分を中心として回転する回転変位
モードのいずれかの変位モードで変位することを特徴と
する請求項5又は6記載の圧電/電歪デバイス。7. A uniaxial displacement mode in which the fixed plate is a displacement in the surface direction of the fixed plate, and the diaphragm is uniaxially displaced in a direction parallel to a direction in which the connecting plate is sandwiched, or 7. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 5, wherein the piezoelectric / electrostrictive device is displaced in any one of a rotational displacement mode in which the plate rotates about a substantially central portion of the plate.
/又は孔部が形成され、及び/又は薄肉部と厚肉部とが
形成されて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。8. The connection plate according to claim 1, wherein one or more slits and / or holes are formed in the connection plate, and / or a thin portion and a thick portion are formed. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1.
に連結板が跨設され、 当該凹部の各々において、少なくとも1枚の振動板が、
当該連結板と当該凹部の側面との間に跨設され、 固定板が、当該固定板の長手方向が当該振動板の跨設方
向と平行となるようにして連結板に接合され、 少なくとも2枚の当該振動板の少なくとも一表面の少な
くとも一部に圧電素子が配設されると共に、当該振動板
が、当該振動板の跨設方向と当該連結板の跨設方向の両
方向に垂直な方向に凸状に湾曲していることを特徴とす
る圧電/電歪デバイス。9. A connecting plate is straddled between the bottom surfaces of opposed concave portions formed in the substrate, and at least one diaphragm is provided in each of the concave portions.
At least two fixed plates are provided between the connection plate and the side surface of the concave portion, and the fixed plate is joined to the connection plate such that a longitudinal direction of the fixed plate is parallel to a direction in which the diaphragm is provided. A piezoelectric element is disposed on at least a part of at least one surface of the vibration plate, and the vibration plate is convex in a direction perpendicular to both directions of the straddling direction of the vibration plate and the straddling direction of the connection plate. A piezoelectric / electrostrictive device characterized by being curved in a shape.
枚の振動板によって挟持され、かつ、他端が別の少なく
とも2枚の振動板によって挟持された連結板が、基板に
形成された対向する凹部の底面間に跨設されると共に、
当該振動板が当該凹部の側面と接合され、 固定板が、当該固定板の長手方向が当該振動板が当該連
結板を挟持する方向と平行になるように当該連結板に接
合され、 少なくとも2枚の当該振動板の少なくとも一表面の少な
くとも一部に圧電素子が配設されると共に、当該振動板
が、当該振動板が当該連結板を挟持する方向と当該連結
板の跨設方向の両方向に垂直な方向に凸状に湾曲してい
ることを特徴とする圧電/電歪デバイス。10. An end at least two in the longitudinal direction.
A connecting plate sandwiched between two diaphragms, and the other end sandwiched between at least two other diaphragms, is straddled between the bottom surfaces of opposed concave portions formed on the substrate,
The diaphragm is joined to a side surface of the concave portion, and the fixed plate is joined to the connection plate such that a longitudinal direction of the fixed plate is parallel to a direction in which the diaphragm sandwiches the connection plate. A piezoelectric element is disposed on at least a part of at least one surface of the vibration plate, and the vibration plate is perpendicular to both the direction in which the vibration plate sandwiches the connection plate and the direction in which the connection plate is laid. A piezoelectric / electrostrictive device characterized by being convexly curved in various directions.
切欠部が形成されていることを特徴とする請求項9又は
10記載の圧電/電歪デバイス。11. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 9, wherein a notch is formed at a joint between the fixing plate and the connecting plate.
ように接合されてなることを特徴とする請求項9〜11
のいずれか一項に記載の圧電/電歪デバイス。12. The fixing plate according to claim 9, wherein the fixing plate is joined so as to intersect with the connecting plate.
The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of the above.
少なくとも2分割され、かつ、分割されて形成された少
なくとも2枚の連結板と当該固定板が接合されてなるこ
とを特徴とする請求項9〜12のいずれか一項に記載の
圧電/電歪デバイス。13. The fixing plate according to claim 1, wherein the connecting plate is divided into at least two in the longitudinal direction of the fixing plate, and at least two connecting plates formed by division are joined to the fixing plate. Item 13. The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of Items 9 to 12.
ら当該固定板の長手方向にかけて、当該固定板にひんじ
部が設けられていることを特徴とする請求項9〜13の
いずれか一項に記載の圧電/電歪デバイス。14. The fixing plate according to claim 9, wherein the fixing plate has a tongue extending from a joint between the fixing plate and the connecting plate in a longitudinal direction of the fixing plate. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1.
中心として、対角対置に位置する1組の圧電素子を同位
相で駆動すると共に他組の圧電素子を逆位相で駆動し、
若しくは当該1組の圧電素子と当該他組の圧電素子を同
位相で時間をずらして駆動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。15. A pair of piezoelectric elements positioned diagonally opposite each other are driven in phase with respect to a joint between the fixed plate and the connecting plate, and the other set of piezoelectric elements are driven in opposite phase.
The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of claims 9 to 14, wherein the one set of piezoelectric elements and the other set of piezoelectric elements are driven in the same phase at different times.
て、線対称の位置にある1組の圧電素子を同位相で駆動
すると共に他組の圧電素子を逆位相で駆動し、若しくは
当該1組の圧電素子と当該他組の圧電素子を同位相で時
間をずらして駆動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。16. A pair of piezoelectric elements located at line-symmetric positions with respect to the longitudinal axis of the fixed plate as a symmetric axis, and the other set of piezoelectric elements are driven with the opposite phase. 15. The set of piezoelectric elements and the other set of piezoelectric elements are driven at the same phase with a time shift.
The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of the above.
枚が、当該連結板の厚み方向にずれた位置において、そ
れぞれ当該連結板と接合されていることを特徴とする請
求項9〜16のいずれか一項に記載の圧電/電歪デバイ
ス。17. A pair of diaphragms 2 sandwiching the connecting plate
The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of claims 9 to 16, wherein the sheets are joined to the connecting plate at positions shifted in a thickness direction of the connecting plate.
枚と当該連結板との接合位置の中点を点対称中心とし
て、当該各振動板の一方の平板面に圧電素子を配設し、
かつ、当該圧電素子を同位相で駆動することを特徴とす
る請求項17記載の圧電/電歪デバイス。18. A pair of diaphragms 2 sandwiching said connecting plate.
A piezoelectric element is disposed on one flat surface of each of the vibration plates, with a center point of a joint position between the plate and the connection plate as a point symmetric center,
18. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 17, wherein the piezoelectric elements are driven in the same phase.
する一軸変位モード、若しくは、 当該固定板と当該連結板との接合部近傍を中心とした面
内回転変位モード、若しくは、 当該連結板の長手方向軸を回転中心とした軸回転変位モ
ード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9〜18のいずれか一項に記載の圧電
/電歪デバイス。19. A uniaxial displacement mode in which the fixed plate is uniaxially displaced in a longitudinal direction, or an in-plane rotational displacement mode centered on a vicinity of a joint between the fixed plate and the connecting plate, or the connecting plate. The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of claims 9 to 18, wherein at least one displacement mode of an axial rotation displacement mode having a longitudinal axis as a rotation center is used.
素子の変位を2段階に拡大する拡大機構に基づいたもの
であることを特徴とする請求項19記載の圧電/電歪デ
バイス。20. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 19, wherein the in-plane rotational displacement mode is based on an enlargement mechanism that enlarges the displacement of the piezoelectric element in two stages.
バイスにおける連結板と接合されて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。21. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein one fixed plate is joined to a connecting plate in a plurality of piezoelectric / electrostrictive devices. .
Lとし、凸方向の湾曲高さをHとしたとき、少なくとも
1≦(H/L)×100≦30の関係が満足されること
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。22. When the length of the diaphragm in the straddling direction is L and the curved height in the convex direction is H, a relationship of at least 1 ≦ (H / L) × 100 ≦ 30 is satisfied. The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of claims 1 to 21, characterized in that:
Lとし、凸方向の湾曲高さをHとしたとき、少なくとも
1≦(H/L)×100≦10の関係が満足されること
を特徴とする請求項22記載の圧電/電歪デバイス。23. When the length of the diaphragm in the straddling direction is L and the curved height in the convex direction is H, at least 1 ≦ (H / L) × 100 ≦ 10 is satisfied. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 22, characterized in that:
が、互いの側面において接合されていることを特徴とす
る請求項1〜23のいずれか一項に記載の圧電/電歪デ
バイス。24. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein at least the connecting plate and the vibrating plate are joined on each other.
びに当該基板が、一体的に形成されていることを特徴と
する請求項1〜24のいずれか一項に記載の圧電/電歪
デバイス。25. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein at least the connection plate, the vibration plate, and the substrate are integrally formed.
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1〜25のいずれか一項に記載の圧電
/電歪デバイス。26. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein at least the connecting plate, the vibrating plate, and the substrate are manufactured by using a green sheet laminating method.
形成される少なくとも1個の圧電素子を駆動素子として
用い、別の少なくとも1個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1〜26のいずれか一項
に記載の圧電/電歪デバイス。27. At least one piezoelectric element formed by dividing one piezoelectric element into a plurality is used as a driving element, and another at least one piezoelectric element is used as an auxiliary element. The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of claims 1 to 26.
くとも1個の当該圧電素子を駆動素子として用い、少な
くとも他の1個の当該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1〜27のいずれか一項に記載
の圧電/電歪デバイス。28. The method according to claim 28, wherein two or more of the piezoelectric elements are provided, at least one of the piezoelectric elements is used as a driving element, and at least one other of the piezoelectric elements is used as an auxiliary element. 28. The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of 1 to 27.
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
〜28のいずれか一項に記載の圧電/電歪デバイス。29. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the piezoelectric element and an electrode lead connected to an electrode of the piezoelectric element are covered with an insulating layer made of resin or glass.
29. The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of -28.
ーン樹脂であることを特徴とする請求項29記載の圧電
/電歪デバイス。30. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 29, wherein the resin is a fluororesin or a silicone resin.
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29又は30記載の圧電/電歪デバイス。31. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 29, wherein a shield layer made of a conductive member is further formed on the surface of the insulating layer.
該振動板が完全安定化ジルコニア或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1〜31のいず
れか一項に記載の圧電/電歪デバイス。32. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein at least the substrate, the connecting plate, and the diaphragm are made of completely stabilized zirconia or partially stabilized zirconia. device.
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1〜32のいずれか一項に記載の圧電/電歪デバイ
ス。33. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the piezoelectric film of the piezoelectric element is made of a material mainly containing a component consisting of lead zirconate, lead titanate, and lead magnesium niobate. Item 10. The piezoelectric / electrostrictive device according to item 8.
のいずれかの形状が、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1〜33のいずれか一項に記載の圧電/電
歪デバイス。34. The method according to claim 1, wherein the shape of any one of the fixed plate, the connection plate, and the vibration plate is trimmed by laser processing or mechanical processing to adjust the dimensions. A piezoelectric / electrostrictive device according to any one of the preceding claims.
工若しくは機械加工されて、当該圧電素子の有効電極面
積が調整されたものであることを特徴とする請求項1〜
34のいずれか一項に記載の圧電/電歪デバイス。35. The method according to claim 1, wherein an electrode of the piezoelectric element is laser-processed or machined to adjust an effective electrode area of the piezoelectric element.
35. The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of claims 34.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000058778A JP2000317898A (en) | 1999-03-05 | 2000-03-03 | Piezoelectric/electrostrictive device |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5950299 | 1999-03-05 | ||
JP11-59502 | 1999-03-05 | ||
JP2000058778A JP2000317898A (en) | 1999-03-05 | 2000-03-03 | Piezoelectric/electrostrictive device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000317898A true JP2000317898A (en) | 2000-11-21 |
Family
ID=26400547
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000058778A Pending JP2000317898A (en) | 1999-03-05 | 2000-03-03 | Piezoelectric/electrostrictive device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000317898A (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002084013A (en) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Honda Motor Co Ltd | Piezoelectric actuator |
JP2003012369A (en) * | 2001-06-29 | 2003-01-15 | Nikko Co | Piezoelectric compact of ceramic composition |
JP2003260698A (en) * | 2002-01-11 | 2003-09-16 | Hewlett Packard Co <Hp> | Electrostatic drive |
JP2007258717A (en) * | 2007-03-19 | 2007-10-04 | Ngk Insulators Ltd | Wiring board and method of manufacturing same |
US7378778B2 (en) | 2001-06-18 | 2008-05-27 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive device and method of producing the same |
JP2008164827A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Brother Ind Ltd | Optical scanning element, optical scanner, optical scanning type display device, retina scanning type display device, and method of forming through hole in optical scanning element |
JP2009527212A (en) * | 2006-02-14 | 2009-07-23 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | Energy capture device formed by injection molding |
WO2015186772A1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-12-10 | 株式会社村田製作所 | Mems structure |
-
2000
- 2000-03-03 JP JP2000058778A patent/JP2000317898A/en active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002084013A (en) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Honda Motor Co Ltd | Piezoelectric actuator |
JP4587010B2 (en) * | 2000-09-06 | 2010-11-24 | 本田技研工業株式会社 | Piezoelectric actuator |
US7378778B2 (en) | 2001-06-18 | 2008-05-27 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive device and method of producing the same |
JP2003012369A (en) * | 2001-06-29 | 2003-01-15 | Nikko Co | Piezoelectric compact of ceramic composition |
JP2003260698A (en) * | 2002-01-11 | 2003-09-16 | Hewlett Packard Co <Hp> | Electrostatic drive |
JP2009527212A (en) * | 2006-02-14 | 2009-07-23 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | Energy capture device formed by injection molding |
JP2008164827A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Brother Ind Ltd | Optical scanning element, optical scanner, optical scanning type display device, retina scanning type display device, and method of forming through hole in optical scanning element |
JP2007258717A (en) * | 2007-03-19 | 2007-10-04 | Ngk Insulators Ltd | Wiring board and method of manufacturing same |
WO2015186772A1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-12-10 | 株式会社村田製作所 | Mems structure |
US9764943B2 (en) | 2014-06-05 | 2017-09-19 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | MEMS structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3778736B2 (en) | Piezoelectric / electrostrictive device | |
US6534898B1 (en) | Piezoelectric/electrostrictive device having mutually opposing thin plate section | |
US6925693B2 (en) | Method of fabricating a piezoelectric/electrostrictive device | |
US6407481B1 (en) | Piezoelectric/electrostrictive device having convexly curved diaphragm | |
US6448691B1 (en) | Piezoelectric/electrostrictive device and method of manufacturing same | |
US6817072B2 (en) | Method of manufacturing a piezoelectric/electrostrictive device | |
US6455984B1 (en) | Piezoelectric/electrostrictive device and method of manufacturing same | |
US6472799B2 (en) | Piezoelectric/electrostrictive device and method of manufacturing same | |
US7336021B2 (en) | Piezoelectric/electrostrictive device and method of manufacturing same | |
US6715192B2 (en) | Method for manufacturing a piezoelectric/electrostrictive device | |
US6498419B1 (en) | Piezoelectric/electrostrictive device having mutually opposing end surfaces and method of manufacturing the same | |
US6448693B1 (en) | Piezoelectric/electrostrictive device and method of manufacturing same | |
JP2000317898A (en) | Piezoelectric/electrostrictive device | |
JP3880740B2 (en) | Displacement control device and actuator | |
US6915547B2 (en) | Piezoelectric/electrostrictive device and method of manufacturing same | |
JP2001185773A (en) | Piezoelectric/electrostrictive device | |
JP4756013B2 (en) | Piezoelectric / electrostrictive device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050318 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050830 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060322 |