JP2001169571A - Piezoelectric and electrostrictive device and its manufacturing method - Google Patents

Piezoelectric and electrostrictive device and its manufacturing method

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JP2001169571A
JP2001169571A JP30784599A JP30784599A JP2001169571A JP 2001169571 A JP2001169571 A JP 2001169571A JP 30784599 A JP30784599 A JP 30784599A JP 30784599 A JP30784599 A JP 30784599A JP 2001169571 A JP2001169571 A JP 2001169571A
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JP
Japan
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piezoelectric
electrostrictive
movable
thin plate
electrode
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Withdrawn
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JP30784599A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukihisa Takeuchi
幸久 武内
Juichi Hirota
寿一 廣田
Koji Kimura
浩二 木村
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a displacing element capable of largely operating a movable unit and having excellent mechanical strength, handleability, impact resistance and moisture resistance, and hardly effected by an influence of a harmful vibration in operation and a sensor element capable of accurately detecting the vibration of the unit. SOLUTION: The piezoelectric and electrostrictive device 1 comprises a driver 3 driven by the displacement of a piezoelectric and electrostrictive element, a movable unit 4 operated based on the drive of the driver 3, and a fixing unit 5 for supporting the driver 3 and the unit 4. In the device 1, the driver 3 has opposed thin plates 6, 7 and a thin film-like piezoelectric and electrostrictive element 2 formed on the surface of the at least one plate 6 of the plates 6, 7, and the unit 5 is connected to the unit 4 by the driver 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、圧電・電歪素子
の変位に基づいて作動する可動部を備えた圧電・電歪デ
バイス、若しくは可動部の変位を圧電・電歪素子により
検出できる圧電・電歪デバイスに関し、詳しくは強度、
耐衝撃性、耐湿性に優れ、振幅効率が高く、可動部を大
きく作動させることができる圧電・電歪デバイスに関す
るものである。
The present invention relates to a piezoelectric / electrostrictive device having a movable portion that operates based on the displacement of a piezoelectric / electrostrictive element, or a piezoelectric / electrostrictive device capable of detecting the displacement of a movable portion by the piezoelectric / electrostrictive element. For details on electrostrictive devices,
The present invention relates to a piezoelectric / electrostrictive device having excellent shock resistance and moisture resistance, high amplitude efficiency, and capable of largely operating a movable portion.

【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光路長や位置を
調整可能な変位素子が必要とされており、圧電・電歪材
料(例えば強誘電体等)に電圧を印加したときに惹起さ
れる逆圧電効果や電歪効果による変位を利用した変位素
子の開発が進められている。
2. Description of the Related Art In recent years, in the fields of optics, magnetic recording, precision processing, and the like, displacement elements capable of adjusting the optical path length and position on the order of submicrons have been required, and piezoelectric / electrostrictive materials (for example, ferroelectric materials) have been required. Etc.), displacement elements utilizing displacement caused by an inverse piezoelectric effect or an electrostrictive effect caused when a voltage is applied are being developed.

【0003】 例えば図2に示すように、圧電・電歪材
料からなる板状体に孔部28を設けることにより、固定
部25と可動部24とこれらを接続する梁部26とを一
体的に形成し、更に梁部26に電極層22を設けた圧電
アクチュエータ21が開示されている(特開平10-13666
5号公報)。
For example, as shown in FIG. 2, by providing a hole 28 in a plate made of a piezoelectric / electrostrictive material, a fixed portion 25, a movable portion 24, and a beam portion 26 connecting these are integrally formed. A piezoelectric actuator 21 which is formed and further provided with an electrode layer 22 on a beam portion 26 is disclosed (JP-A-10-13666).
No. 5).

【0004】 アクチュエータ21においては、電極層
22に電圧を印可すると、逆圧電効果や電歪効果により
梁部26が固定部25と可動部24とを結ぶ方向に伸縮
するため、可動部24を板状体の面内において弧状変位
又は回転変位させることが可能である。
In the actuator 21, when a voltage is applied to the electrode layer 22, the beam portion 26 expands and contracts in a direction connecting the fixed portion 25 and the movable portion 24 by an inverse piezoelectric effect or an electrostrictive effect. It is possible to make an arcuate or rotational displacement in the plane of the body.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、アク
チュエータ21においては、圧電・電歪材料の伸縮方向
(即ち、板状体の面内方向)の変位をそのまま可動部に
伝達していたため、可動部24の作動量が小さいという
問題があった。
However, in the actuator 21, the displacement in the expansion / contraction direction of the piezoelectric / electrostrictive material (that is, the in-plane direction of the plate-shaped body) is transmitted to the movable portion as it is, so that the movable portion 24 There is a problem that the operation amount of the is small.

【0006】 また、アクチュエータ21は、全ての部
分を脆弱で比較的重い材料である圧電・電歪材料によっ
て構成していたため、機械的強度が低く、ハンドリング
性、耐衝撃性、耐湿性に劣ることに加え、アクチュエー
タ21自体が重く、動作上、有害な振動(例えば、高速
作動時の残留振動やノイズ振動)の影響を受け易いとい
う問題点があった。
Further, since all parts of the actuator 21 are made of a piezoelectric / electrostrictive material that is a fragile and relatively heavy material, the mechanical strength is low, and the handleability, impact resistance, and moisture resistance are poor. In addition, there is a problem that the actuator 21 itself is heavy and susceptible to harmful vibrations (for example, residual vibration or noise vibration during high-speed operation) in operation.

【0007】 アクチュエータ21においては上記問題
点を解決するため、孔部28に柔軟性を有する充填材を
充填することが提案されているが、充填材を使用した場
合には逆圧電効果や電歪効果による変位の効率が低下し
てしまうことは明らかである。
In the actuator 21, it has been proposed to fill the hole 28 with a flexible filler in order to solve the above problem. However, when the filler is used, the inverse piezoelectric effect or the electrostriction It is clear that the displacement efficiency due to the effect is reduced.

【0008】 本発明は、このような従来技術の問題点
に鑑みてなされたものであって、その目的とするところ
は、可動部を大きく作動させることが可能であって、動
作上、有害な振動の影響を受け難く、機械的強度、ハン
ドリング性、耐衝撃性、耐湿性に優れた変位素子、可動
部の振動を精度良く検出することができるセンサ素子を
提供することにある。
The present invention has been made in view of such problems of the related art, and an object of the present invention is to make it possible to largely operate a movable portion and to make the operation harmful. An object of the present invention is to provide a displacement element which is hardly affected by vibration and has excellent mechanical strength, handling properties, impact resistance and moisture resistance, and a sensor element which can accurately detect vibration of a movable part.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、圧電・電歪素子の変位により駆動する駆動部と、当
該駆動部の駆動に基づいて作動する可動部と、前記駆動
部及び可動部を支持するための固定部とを備えた圧電・
電歪デバイスにおいて、相対向する薄板と、当該薄板の
うち少なくとも1の薄板の表面に形成された薄膜状の圧
電・電歪素子とからなる駆動部を有し、当該駆動部によ
って前記固定部と前記可動部とが結合されていることを
特徴とする圧電・電歪デバイスが提供される。
That is, according to the present invention, a drive section driven by displacement of a piezoelectric / electrostrictive element, a movable section which operates based on the drive of the drive section, the drive section and the movable section Piezoelectric device with a fixed part for supporting the part
The electrostrictive device includes a driving unit including a thin plate facing each other and a thin-film piezoelectric / electrostrictive element formed on a surface of at least one of the thin plates. A piezoelectric / electrostrictive device is provided, wherein the piezoelectric / electrostrictive device is coupled to the movable portion.

【0010】 本発明の圧電・電歪デバイスの具体的な
態様としては、可動部と固定部が直方体状であって、前
記可動部と前記固定部の側面が連続するように、相対向
する薄板が跨設されているものが挙げられる。本発明の
圧電・電歪デバイスは、圧電・電歪素子の変位方向と直
交する方向に駆動部が駆動するものであり、駆動部の駆
動方向を含む平面内で可動部が作動するものである。ま
た、駆動部を可動部の変位の検出に使用することも可能
である。
As a specific mode of the piezoelectric / electrostrictive device according to the present invention, a thin plate facing each other such that the movable portion and the fixed portion have a rectangular parallelepiped shape and the side surfaces of the movable portion and the fixed portion are continuous. Are straddled. In the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention, the driving unit is driven in a direction orthogonal to the displacement direction of the piezoelectric / electrostrictive element, and the movable unit operates in a plane including the driving direction of the driving unit. . Further, it is also possible to use the driving section for detecting the displacement of the movable section.

【0011】 また、本発明の圧電・電歪デバイスは、
少なくとも2以上の駆動部を有するものが好ましく、薄
板の幅が、当該薄板の厚みの5倍以上であるものが好ま
しい。
Further, the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention comprises:
The one having at least two or more drive units is preferable, and the width of the thin plate is preferably five times or more the thickness of the thin plate.

【0012】 本発明の圧電・電歪デバイスを構成する
圧電・電歪素子としては、下部電極、圧電・電歪膜、及
び上部電極が積層された積層型の圧電・電歪素子、或い
は圧電・電歪膜と、櫛型構造の第1電極及び第2電極と
からなり、当該第1電極と第2電極とが、互いの櫛の歯
部間に一定幅の間隙部をもって相互に咬合する構造を有
する圧電・電歪素子を好適に用いることができる。
As the piezoelectric / electrostrictive element constituting the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention, a laminated piezoelectric / electrostrictive element in which a lower electrode, a piezoelectric / electrostrictive film, and an upper electrode are stacked, or a piezoelectric / electrostrictive element, A structure comprising an electrostrictive film, a first electrode and a second electrode having a comb structure, wherein the first electrode and the second electrode are intermeshed with each other with a fixed width gap between the teeth of the combs. And a piezoelectric / electrostrictive element having the following.

【0013】 本発明の圧電・電歪デバイスは、可動
部、薄板、及び固定部が、一体的に形成されたセラミッ
クからなるものが好ましく、可動部、薄板、及び固定部
が、完全安定化ジルコニア或いは部分安定化ジルコニア
からなるものが更に好ましく、少なくとも可動部、薄
板、及び固定部が、グリーンシート積層体からなるもの
が特に好ましい。
In the piezoelectric / electrostrictive device according to the present invention, it is preferable that the movable portion, the thin plate, and the fixed portion are made of integrally formed ceramic, and the movable portion, the thin plate, and the fixed portion are completely stabilized zirconia. Alternatively, those made of partially stabilized zirconia are more preferable, and those in which at least the movable part, the thin plate, and the fixed part are made of a green sheet laminate are particularly preferable.

【0014】 また、本発明の圧電・電歪デバイスにお
いては、圧電・電歪素子を構成する圧電・電歪膜が、ジ
ルコン酸鉛、チタン酸鉛、及びマグネシウムニオブ酸鉛
を主成分とする材料からなるものが好ましく、チタン酸
ナトリウムビスマスを主成分とする材料からなるものも
好ましい。
In the piezoelectric / electrostrictive device according to the present invention, the piezoelectric / electrostrictive film constituting the piezoelectric / electrostrictive element is made of a material mainly composed of lead zirconate, lead titanate, and lead magnesium niobate. Of a material containing sodium bismuth titanate as a main component is also preferable.

【0015】 また、本発明によれば、相対向する薄板
と、当該薄板のうち少なくとも1の薄板の表面に形成さ
れた薄膜状の圧電・電歪素子とからなる駆動部と、直方
体状の固定部及び可動部とを有し、前記可動部と前記固
定部の側面が連続するように、相対向する薄板が跨設さ
れている圧電・電歪デバイスの製造方法であって、前記
薄板となるグリーンシート、長方形状の孔部を1列以上
形成したグリーンシート、更に前記薄板となるグリーン
シートを各々少なくとも1枚以上積層し、一体化した積
層体を得る工程と、厚膜法又は薄膜法により前記薄板と
なるグリーンシートの表面に圧電・電歪素子を形成する
工程と、前記積層体を焼成した後、前記長方形状の孔部
が前記積層体の側面側で開口するように、グリーンシー
トの積層方向に切断する工程を備えた圧電・電歪デバイ
スの製造方法が提供される。
Further, according to the present invention, a driving unit composed of opposed thin plates and a thin-film piezoelectric / electrostrictive element formed on the surface of at least one of the thin plates is fixed in a rectangular parallelepiped shape. A piezoelectric and electrostrictive device manufacturing method comprising: a movable portion and a movable portion, wherein the movable portion and the fixed portion have side surfaces continuous with each other, and opposed thin plates are straddled. A step of stacking at least one or more green sheets, a green sheet in which one or more rows of rectangular holes are formed, and a green sheet to be the thin plate, to obtain an integrated laminate, and a thick film method or a thin film method. Forming a piezoelectric / electrostrictive element on the surface of the green sheet to be a thin plate, and firing the laminate, so that the rectangular holes are opened on the side surfaces of the laminate; Cutting in the stacking direction A method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device is provided.

【0016】 更に、本発明によれば、2枚の遮蔽板を
相対的に移動させることにより、光の透過と遮蔽を制御
する光シャッターであって、少なくとも一方の遮蔽板
を、上記の圧電・電歪デバイスの可動部に取り付けたこ
とを特徴とする光シャッターが提供される。
Further, according to the present invention, there is provided an optical shutter for controlling transmission and shielding of light by relatively moving two shielding plates, wherein at least one of the shielding plates is provided with the above-mentioned piezoelectric plate. An optical shutter mounted on a movable part of an electrostrictive device is provided.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】 以下、本発明の圧電・電歪デバ
イスについて図面を参照しながら説明する。但し、本発
明は図示の実施例に限定されるものではない。なお、以
下の説明において「圧電」というときは「圧電及び/又
は電歪」を意味する場合があるものとする。また、「長
さ」とは可動部と固定部を結ぶ方向(図中Z軸方向)の
距離、「幅」とは孔部貫通方向(図中Y軸方向)の距
離、「厚み」とは圧電素子と薄板との積層方向(図中X
軸方向)の距離をいうものとする。
Hereinafter, a piezoelectric / electrostrictive device according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the illustrated embodiment. In the following description, “piezoelectric” may mean “piezoelectric and / or electrostrictive” in some cases. Further, “length” is a distance in a direction (Z-axis direction in the figure) connecting the movable part and the fixed part, “width” is a distance in a hole penetrating direction (Y-axis direction in the figure), and “thickness” is Lamination direction of piezoelectric element and thin plate (X in the figure)
(Axial direction).

【0018】1.デバイスの実施態様 本明細書にいう「圧電・電歪デバイス(以下、単に「デ
バイス」という。)」とは、圧電・電歪材料により電気
エネルギーと機械的エネルギーとを相互に変換する素子
を包括する概念である。従って、各種アクチュエータや
振動子等の能動素子、特に逆圧電効果や電歪効果による
変位を利用した変位素子として好適に用いられるもので
あるが、加速度センサ素子や衝撃センサ素子等の受動素
子としても使用可能である。
[0018] 1. Embodiment of Device The term “piezoelectric / electrostrictive device” (hereinafter simply referred to as “device”) as used in the present specification includes elements that mutually convert electric energy and mechanical energy by using a piezoelectric / electrostrictive material. It is a concept to do. Therefore, it is preferably used as an active element such as various actuators and vibrators, particularly as a displacement element utilizing displacement due to an inverse piezoelectric effect or an electrostrictive effect, but also as a passive element such as an acceleration sensor element or an impact sensor element. Can be used.

【0019】 図1は、本発明のデバイスの1の実施態
様を示す概略斜視図である。デバイス1は、圧電素子2
の変位により駆動する駆動部3、駆動部3の駆動に基づ
いて作動する可動部4、及び駆動部3及び可動部4を支
持する固定部5の各部分から構成されている。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing one embodiment of the device of the present invention. Device 1 is a piezoelectric element 2
The driving unit 3 is driven by the displacement of the driving unit 3, a movable unit 4 that operates based on the driving of the driving unit 3, and a fixed unit 5 that supports the driving unit 3 and the movable unit 4.

【0020】 駆動部3は相対向する薄板6,7と、薄
板6の表面に形成された薄膜状の圧電素子2とから構成
され、薄板6,7によって、可動部4と固定部5が結合
されている。従って、デバイス1には相対向する薄板
6,7の対向面と直交する方向に孔部8が形成されてい
る。
The driving unit 3 includes thin plates 6 and 7 facing each other and a thin-film piezoelectric element 2 formed on the surface of the thin plate 6, and the movable unit 4 and the fixed unit 5 are connected by the thin plates 6 and 7. Have been. Therefore, a hole 8 is formed in the device 1 in a direction perpendicular to the facing surfaces of the thin plates 6 and 7 facing each other.

【0021】 図3に示すように、デバイス1では圧電
素子2を薄板6表面上に形成しているため、圧電素子の
変位方向(図中a)と直交する方向に駆動部が駆動する
(図中b)。即ち、圧電素子2の伸縮方向の微小な変位
を、薄板6の撓みを利用して大きい駆動に増幅した後、
可動部4に伝達するため、可動部4を大きく作動させる
ことが可能である(図中c)。
As shown in FIG. 3, in the device 1, since the piezoelectric element 2 is formed on the surface of the thin plate 6, the driving unit is driven in a direction orthogonal to the displacement direction of the piezoelectric element (a in the figure) (FIG. Middle b). That is, after amplifying a minute displacement in the expansion and contraction direction of the piezoelectric element 2 into a large drive using the bending of the thin plate 6,
Since the light is transmitted to the movable part 4, the movable part 4 can be largely operated (c in the figure).

【0022】 また、デバイス1は板状体ではなく可動
部4と固定部5が直方体状であり、可動部4と固定部5
の側面が連続するように薄板6,7が跨設されているた
め、デバイスのY軸方向の剛性を選択的に高くすること
が可能である。即ち、デバイス1では、駆動部3の駆動
方向を含む平面内(即ちXZ面内)における可動部4の
円弧状の作動のみを選択的に発生させることができ、可
動部4のYZ面内の作動(いわゆる煽り方向の作動)を
抑制することが可能である。
The device 1 is not a plate-like body, but the movable part 4 and the fixed part 5 are rectangular parallelepiped, and the movable part 4 and the fixed part 5
Since the thin plates 6 and 7 are straddled so that the side surfaces of the device are continuous, it is possible to selectively increase the rigidity of the device in the Y-axis direction. That is, in the device 1, only the arc-shaped operation of the movable section 4 in a plane including the driving direction of the drive section 3 (ie, in the XZ plane) can be selectively generated, and the movable section 4 in the YZ plane can be generated. It is possible to suppress the operation (the operation in the so-called tilting direction).

【0023】 圧電素子は、デバイス1のように相対向
する薄板のうちの少なくとも1の薄板の表面に形成すれ
ば足りるが、図4に示すデバイス31のように相対向す
る薄板36の双方に圧電素子32を形成してもよい。こ
のような構成では薄板36,37に形成した、いずれか
一方の圧電素子32を駆動させることにより、デバイス
1と同様に可動部34をXZ面内において円弧状に作動
させることができ、更に、双方の圧電素子32を同期駆
動させることにより可動部34をZ軸方向に伸縮させる
ような作動を得ることができる。
It is sufficient that the piezoelectric element is formed on the surface of at least one of the opposed thin plates as in the device 1. However, the piezoelectric element is provided on both of the opposed thin plates 36 as in the device 31 shown in FIG. The element 32 may be formed. In such a configuration, by driving one of the piezoelectric elements 32 formed on the thin plates 36 and 37, the movable portion 34 can be operated in an arc shape in the XZ plane, similarly to the device 1. By synchronously driving the two piezoelectric elements 32, an operation of expanding and contracting the movable portion 34 in the Z-axis direction can be obtained.

【0024】 また、双方の圧電素子32を個別に制御
し、変位量に差をつけることにより、XZ面内における
弧状の作動とZ軸方向に伸縮する作動を合成した作動を
容易に得ることができる。即ち、図12に示すように、
本発明のデバイス61は、駆動部を構成する圧電素子の
駆動方向dを含む平面内において、可動部が弧状に作動
し(図中e)、又は伸縮するように作動し(図中f)、
或いはこれらを合成した方向に作動する。
Further, by separately controlling the two piezoelectric elements 32 and providing a difference in the amount of displacement, it is possible to easily obtain an operation in which an arc-shaped operation in the XZ plane and an operation of expanding and contracting in the Z-axis direction are combined. it can. That is, as shown in FIG.
The device 61 of the present invention operates such that the movable portion operates in an arc shape (e in the figure) or expands and contracts (f in the diagram) in a plane including the driving direction d of the piezoelectric element constituting the driving portion;
Alternatively, it operates in a direction in which these are combined.

【0025】 更にまた、双方の圧電素子32の一方を
駆動素子にし、他方を振動検出素子とすることも可能で
ある。即ち、デバイスの駆動部を、可動部の変位の検出
に使用することで、加速度センサ、或いは衝撃センサと
して機能させることができ、駆動素子の異常検出が可能
になることに加え、検出素子からの信号に基づいて駆動
素子に印加する電圧を制御すれば、より精密な作動量制
御が可能となる。また、圧電・電歪デバイスを設置する
部位自体の振動を検出し、その振動を打ち消すような逆
位相の作動を可動部に与え、結果として可動部の相対振
動を抑える効果を得ることも可能である。
Furthermore, one of the two piezoelectric elements 32 can be a driving element and the other can be a vibration detecting element. In other words, by using the drive unit of the device to detect the displacement of the movable unit, it can be made to function as an acceleration sensor or an impact sensor. If the voltage applied to the drive element is controlled based on the signal, more precise control of the operation amount is possible. In addition, it is possible to detect the vibration of the part where the piezoelectric / electrostrictive device is installed, and apply an opposite-phase operation to cancel the vibration to the movable part, resulting in the effect of suppressing the relative vibration of the movable part. is there.

【0026】 また、圧電素子は各薄板に1ずつ形成す
る必要はなく、必要に応じて複数個に分割して形成して
もよい。例えば図5(a)に示すように幅方向に分割し
た場合には、個々の圧電素子毎に変位を制御できるた
め、YZ面内の変位(いわゆる煽り成分)が抑制でき、
一方、図5(b)に示すように長さ方向に分割した場合
には、分割部で屈曲し易くなるため、可動部の作動量が
大きくなるとともに、作動量の分解能を向上させること
が可能となる。また、圧電素子を分割した場合にも、圧
電素子の一方を駆動素子に、他方を検出素子にすること
ができ、コンパクトな構造で、より高精度の検出、制御
が可能になる。
Further, it is not necessary to form one piezoelectric element for each thin plate, and the piezoelectric element may be divided into a plurality of parts as necessary. For example, when divided in the width direction as shown in FIG. 5A, the displacement can be controlled for each piezoelectric element, so that the displacement in the YZ plane (so-called tilting component) can be suppressed,
On the other hand, when divided in the length direction as shown in FIG. 5 (b), it is easy to bend at the divided portion, so that the operation amount of the movable portion increases and the resolution of the operation amount can be improved. Becomes Further, even when the piezoelectric element is divided, one of the piezoelectric elements can be used as a driving element and the other piezoelectric element can be used as a detecting element, so that a highly accurate detection and control can be achieved with a compact structure.

【0027】 上記のように各薄板についての圧電素子
を分割した場合には、図5(c),(d)に示すように
当該分割された圧電素子42−42間にスリット49を
設けることも好ましい。このような構成では、スリット
部で薄板が屈曲し易くなるため、個々の圧電素子42が
変位し易くなり、結果として圧電素子42の変位を効率
的に可動部に伝達できるという利点がある。
When the piezoelectric element for each thin plate is divided as described above, a slit 49 may be provided between the divided piezoelectric elements 42-42 as shown in FIGS. 5 (c) and 5 (d). preferable. In such a configuration, since the thin plate is easily bent at the slit portion, each piezoelectric element 42 is easily displaced, and as a result, there is an advantage that the displacement of the piezoelectric element 42 can be efficiently transmitted to the movable portion.

【0028】 また、図6に示すように駆動部53を2
以上設けたデバイス51も好ましい。この場合、駆動部
が1箇所の場合と比較して、各駆動部53の駆動量が相
乗的に伝達されるため、可動部54をより大きく作動さ
せることが可能となる。
Further, as shown in FIG.
The device 51 provided above is also preferable. In this case, since the driving amount of each driving unit 53 is synergistically transmitted as compared with the case where the number of driving units is one, the movable unit 54 can be operated to a greater extent.

【0029】 更に、駆動部が2以上ある場合には可動
部と固定部が必ずしもデバイスの両端にある必要はな
く、図7に示すように両端を固定部55とし、固定部5
5−55間に可動部54を配置してもよい。このような
構成では、可動部の作動量は減少するもののデバイス5
1を確実に固定できるため、機械的強度や耐衝撃性の向
上を図ることができ、YZ面内の作動(いわゆる煽り方
向の作動)が抑制できるという利点がある。
Further, when there are two or more driving units, the movable unit and the fixed unit do not necessarily have to be at both ends of the device, and as shown in FIG.
The movable section 54 may be arranged between the 5-55. In such a configuration, although the operation amount of the movable portion is reduced, the device 5
1 can be reliably fixed, so that mechanical strength and impact resistance can be improved, and there is an advantage that operation in the YZ plane (operation in the so-called tilting direction) can be suppressed.

【0030】 上記のように駆動部を複数設けた場合に
おいては、図8に示すように各駆動部53−53の間隙
部59を固定部55や可動部54に比して短く構成する
ことが好ましい。作動量が大きくなるからである。
When a plurality of driving units are provided as described above, the gap 59 between the driving units 53 to 53 may be configured to be shorter than the fixed unit 55 and the movable unit 54 as shown in FIG. preferable. This is because the operation amount increases.

【0031】 また、図9に示すように各駆動部53の
長さを可動部54に向かうに従って短くする構成にして
も良い。このような構成は、駆動部53が長い部分で駆
動量を確保しつつ、駆動部53が短い部分で駆動量の細
かい制御が可能となるため、可動部を大きく作動させる
ことができ、かつ、微妙な調整も可能となる点において
好ましい。
Further, as shown in FIG. 9, the length of each drive unit 53 may be shortened toward the movable unit 54. With such a configuration, while the drive unit 53 secures the drive amount in the long part, the drive unit 53 can perform fine control of the drive amount in the short part, so that the movable unit can be largely operated, and This is preferable in that fine adjustment is possible.

【0032】 さらに、機械的強度との兼ね合いもある
が、図10に示すように各駆動部53−53間に切りか
け部60を形成したデバイスも好ましい。切りかけ部6
0で薄板56が撓み易くなり、可動部の作動量を大きく
できるからである。
Further, although there is a balance with mechanical strength, a device in which a notch portion 60 is formed between the driving portions 53 as shown in FIG. 10 is also preferable. Cut part 6
At 0, the thin plate 56 is easily bent, and the operation amount of the movable portion can be increased.

【0033】 また、本発明のデバイスは上述のような
効果の他、必ずしも全体を圧電・電歪材料で構成する必
要がないため、圧電・電歪素子以外の部材については各
部材の要求特性に応じて適宜構成材料を選択できるとい
う利点がある。即ち、圧電・電歪素子以外の部材を、軽
量の材料で構成することにより、動作上、有害な振動の
影響を受け難くすることが可能であり、同様にして機械
的強度、ハンドリング性、耐衝撃性、耐湿性を向上させ
ることも容易である。また、充填材を使用する必要がな
いため、逆圧電効果や電歪効果による変位の効率が低下
することもない。
In addition to the above-described effects, the device of the present invention does not necessarily need to be entirely made of a piezoelectric / electrostrictive material. There is an advantage that a constituent material can be appropriately selected according to the situation. That is, by configuring members other than the piezoelectric / electrostrictive elements with a lightweight material, it is possible to make the operation less susceptible to harmful vibration. It is easy to improve impact resistance and moisture resistance. Further, since there is no need to use a filler, the efficiency of displacement due to the inverse piezoelectric effect or the electrostriction effect does not decrease.

【0034】2.デバイスの構成要素 次いで、本発明のデバイスを構成する各要素について図
1に示すデバイス1の例により個別具体的に説明する。
[0034] 2. Components of Device Next, each component of the device of the present invention will be specifically described with reference to the example of the device 1 shown in FIG.

【0035】(1)可動部及び固定部 可動部4は、駆動部3の駆動量に基づいて作動する部分
であり、デバイス1の使用目的に応じて種々の部材が取
り付けられる。例えばデバイス1を変位素子として使用
する場合であれば光シャッターの遮蔽板、磁気ヘッド等
の位置調整を必要とする部材を取り付ければよい。
(1) Movable Part and Fixed Part The movable part 4 is a part that operates based on the drive amount of the drive part 3, and various members are attached according to the purpose of use of the device 1. For example, when the device 1 is used as a displacement element, a member that requires position adjustment, such as a shield plate of an optical shutter and a magnetic head, may be attached.

【0036】 固定部5は、駆動部3及び可動部4を支
持する部分であり、固定部5を何らかの基体に支持固定
することによりデバイス1全体が固定される。また、圧
電素子2を制御するための電極リードその他の部材が配
置される場合もある。
The fixed part 5 is a part that supports the driving part 3 and the movable part 4, and the entire device 1 is fixed by supporting and fixing the fixed part 5 to some kind of base. Further, an electrode lead for controlling the piezoelectric element 2 and other members may be arranged.

【0037】 可動部4及び固定部5を構成する材質と
しては、剛性を有する限りにおいて特に限定されない
が、後述するグリーンシート積層法を適用できるセラミ
ックを好適に用いることができる。具体的には、安定化
ジルコニア、部分安定化ジルコニアをはじめとするジル
コニア、アルミナ、マグネシア、窒化珪素等が挙げら
れ、機械的強度や靭性が高い点において、ジルコニア、
特に安定化ジルコニアと部分安定化ジルコニアが好まし
い。
The material constituting the movable portion 4 and the fixed portion 5 is not particularly limited as long as it has rigidity, but a ceramic to which a green sheet laminating method described later can be applied can be suitably used. Specifically, zirconia including stabilized zirconia, partially stabilized zirconia, alumina, magnesia, silicon nitride, and the like, and in terms of high mechanical strength and toughness, zirconia,
Particularly, stabilized zirconia and partially stabilized zirconia are preferable.

【0038】(2)駆動部 駆動部3は、圧電素子2の変位により駆動する部分であ
り、相対向する薄板6,7と、薄板6の表面に形成され
た薄膜状の圧電素子2とから構成されている。
(2) Driving Unit The driving unit 3 is a part driven by the displacement of the piezoelectric element 2. The driving unit 3 is composed of the thin plates 6 and 7 facing each other and the thin-film piezoelectric element 2 formed on the surface of the thin plate 6. It is configured.

【0039】薄板 薄板6,7は可撓性を有する薄板状の部材であって、表
面に配設した圧電素子2の伸縮変位を撓み変位として増
幅し、可動部4に伝達する機能を有する。従って、薄板
6,7の形状や材質は、可撓性を有し、撓み変形によっ
て破損しない程度の機械的強度を有するものであれば足
り、可動部の応答性、操作性を考慮して適宜選択するこ
とができる。
The thin plates 6 and 7 are flexible thin plate-shaped members, and have a function of amplifying expansion and contraction displacement of the piezoelectric element 2 disposed on the surface as bending displacement and transmitting the amplified displacement to the movable portion 4. Therefore, the shape and material of the thin plates 6 and 7 are only required to be flexible as long as they have mechanical strength enough not to be damaged by flexural deformation. You can choose.

【0040】 通常、薄板6,7の厚みは5〜100μ
m程度とすることが好ましく、薄板6,7と圧電素子2
を合わせた厚みは10〜500μmとすることが好まし
い。また、薄板6,7の幅としては30〜500μmが
好適であり、YZ面内の変位、即ち煽り成分を抑制し、
XZ面内の変位を効果的に発生させる観点から、薄板
6,7の厚みの5倍以上であることが好ましく、8倍以
上であることが更に好ましい。
Usually, the thickness of the thin plates 6 and 7 is 5 to 100 μm.
m, and the thin plates 6 and 7 and the piezoelectric element 2
Is preferably 10 to 500 μm. Further, the width of the thin plates 6 and 7 is preferably 30 to 500 μm, and the displacement in the YZ plane, that is, the tilting component is suppressed,
From the viewpoint of effectively generating displacement in the XZ plane, the thickness is preferably 5 times or more, and more preferably 8 times or more, the thickness of the thin plates 6 and 7.

【0041】 薄板6,7を構成する材質としては、可
動部4や固定部5と同様のセラミックを好適に用いるこ
とができ、ジルコニア、中でも安定化ジルコニアと部分
安定化ジルコニアは、薄板状とし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、薄板6,
7の材料として、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おいてアルミナ若しくはチ
タニア等の添加物を含有させると、圧電膜焼成時におけ
る残留応力を緩和することができる点において好まし
い。
As a material for forming the thin plates 6 and 7, the same ceramic as that of the movable portion 4 and the fixed portion 5 can be suitably used. Zirconia, and in particular, stabilized zirconia and partially stabilized zirconia, may be formed in a thin plate shape. It is most preferably employed because of its high mechanical strength, high toughness, and low reactivity with piezoelectric films and electrode materials. In addition, thin plate 6,
When using stabilized zirconia or partially stabilized zirconia as the material of No. 7, it is preferable to add an additive such as alumina or titania in that the residual stress during firing of the piezoelectric film can be reduced.

【0042】圧電素子 圧電素子2は、圧電膜と、圧電膜に電圧を印加させるた
めの電極とからなるものであり、ユニモルフ型、バイモ
ルフ型等の従来公知の圧電素子を使用することができ
る。例えば、図11に示されるように、下部電極62
c、圧電膜62a、及び上部電極62bが積層された積
層型圧電素子62等を好適に用いることができる。
Piezoelectric Element The piezoelectric element 2 is composed of a piezoelectric film and electrodes for applying a voltage to the piezoelectric film, and a conventionally known piezoelectric element such as a unimorph type or a bimorph type can be used. For example, as shown in FIG.
c, a laminated piezoelectric element 62 in which the piezoelectric film 62a and the upper electrode 62b are laminated can be preferably used.

【0043】 また、図13に示すような、櫛型構造の
第1電極72b及び第2電極72cとからなり、第1電
極72bと第2電極72cとが、互いの櫛の歯部間に一
定幅の間隙部73をもって相互に咬合する構造を有する
圧電素子72を用いることもできる。図13では、第1
電極72b,第2電極72cを薄板76、圧電膜72a
の上面に配置しているが、薄板76と圧電膜72aとの
間に電極を形成してもよい。
As shown in FIG. 13, the first electrode 72b and the second electrode 72c have a comb structure, and the first electrode 72b and the second electrode 72c are fixed between the teeth of the comb. It is also possible to use a piezoelectric element 72 having a structure that engages with each other with a gap 73 having a width. In FIG. 13, the first
The electrode 72b and the second electrode 72c are connected to the thin plate 76, the piezoelectric film 72a.
, But an electrode may be formed between the thin plate 76 and the piezoelectric film 72a.

【0044】 更に、図14に示す圧電素子82も櫛型
構造の第1電極82b及び第2電極82cとからなり、
第1電極82bと第2電極82cとが、互いの櫛の歯部
間に一定幅の間隙部83をもって相互に咬合する構造を
有するものである。圧電素子82は第1電極82bと第
2電極82cとの間隙部に圧電膜82aを埋設するよう
に構成しているが、このような圧電素子も本発明のデバ
イスに好適に用いることができる。圧電素子72,82
のように櫛形電極を有する圧電素子を用いる場合には、
櫛の歯のピッチDを小さくすることで、圧電素子の変位
を大きくすることが可能である。
Further, the piezoelectric element 82 shown in FIG. 14 also includes a first electrode 82 b and a second electrode 82 c having a comb structure,
The first electrode 82b and the second electrode 82c have a structure in which they engage with each other with a gap 83 having a fixed width between the teeth of the combs. The piezoelectric element 82 is configured so that the piezoelectric film 82a is buried in the gap between the first electrode 82b and the second electrode 82c, but such a piezoelectric element can also be suitably used for the device of the present invention. Piezoelectric elements 72, 82
When using a piezoelectric element having a comb-shaped electrode as in
By reducing the pitch D of the teeth of the comb, the displacement of the piezoelectric element can be increased.

【0045】 なお、圧電素子2は、図1に示すデバイ
ス1の如く、デバイス1の外面側に形成する方が駆動部
をより大きく駆動させることができる点において好まし
いが、デバイス1の内面側(即ち孔部内)に形成しても
良く、デバイス1の内面側、外面側の双方に形成しても
よい。
The piezoelectric element 2 is preferably formed on the outer surface side of the device 1 as in the device 1 shown in FIG. 1 in that the driving unit can be driven to a greater extent. That is, it may be formed on the inner surface side and the outer surface side of the device 1.

【0046】 圧電膜としては、圧電セラミックが好適
に用いられるが、電歪セラミックや強誘電体セラミッ
ク、或いは反強誘電体セラミックを用いることも可能で
ある。但し、磁気ヘッド等に用いる場合には、可動部の
作動量と駆動電圧又は出力電圧とのリニアリティが重要
とされるため、歪み履歴の小さい材料を用いることが好
ましく、坑電界が10kV/mm以下の材料を用いるこ
とが好ましい。
As the piezoelectric film, piezoelectric ceramic is preferably used, but it is also possible to use electrostrictive ceramic, ferroelectric ceramic, or antiferroelectric ceramic. However, when used for a magnetic head or the like, since the linearity between the operation amount of the movable part and the drive voltage or the output voltage is important, it is preferable to use a material having a small strain history, and the pit electric field is 10 kV / mm or less. It is preferable to use the above material.

【0047】 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、チタン酸バリウム、チタン酸ナト
リウムビスマス、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタ
ル酸ストロンチウムビスマス等を単独で或いは混合物と
して含有するセラミックスが挙げられる。特に、高い電
気機械結合係数と圧電定数を有し、圧電膜の焼結時にお
ける薄板(セラミック)との反応性が小さく、安定した
組成のものが得られる点おいて、ジルコン酸鉛、チタン
酸鉛、及びマグネシウムニオブ酸鉛を主成分とする材
料、若しくはチタン酸ナトリウムビスマスを主成分とす
る材料が好適に用いられる。
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 lead cobalt niobate, barium titanate, sodium bismuth titanate, potassium sodium niobate, strontium bismuth tantalate alone or as a mixture can be used. In particular, lead zirconate and titanic acid have a high electromechanical coupling coefficient and a piezoelectric constant, have low reactivity with a thin plate (ceramic) during sintering of a piezoelectric film, and have a stable composition. A material mainly containing lead and lead magnesium niobate or a material mainly containing sodium bismuth titanate is preferably used.

【0048】 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、スズ等の酸化物等を単独で若しくは混合したセラミ
ックを用いてもよい。例えば、主成分であるジルコン酸
鉛とチタン酸鉛及びマグネシウムニオブ酸鉛にランタン
やストロンチウムを含有させることにより、坑電界や圧
電特性を調整可能となる等の利点を得られる場合があ
る。
Further, lanthanum, calcium, strontium, molybdenum, tungsten, barium, niobium, zinc, nickel, manganese, cerium, cadmium, chromium, cobalt, antimony, iron, yttrium, tantalum, lithium, bismuth, Ceramics in which oxides such as tin or the like are used alone or in combination may be used. For example, by adding lanthanum or strontium to lead zirconate, lead titanate, and lead magnesium niobate, which are the main components, advantages such as the ability to adjust the anti-field and piezoelectric characteristics can be obtained.

【0049】 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
単体若しくはこれらの合金が用いられ、更に、これらに
圧電膜あるいは薄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 thereof is used, and the same material as the piezoelectric film or thin plate is dispersed therein. You may use the cermet material which made it.

【0050】 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、薄板上
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 forming a first electrode on a thin plate and then forming a piezoelectric film on the first electrode by firing, a high melting point metal such as platinum which does not change even at the firing temperature of the piezoelectric film is used for the first electrode. Although the second electrode formed on the piezoelectric film after the piezoelectric film is formed can be formed at a low temperature, a low-melting metal such as aluminum can be used.

【0051】 圧電素子からの電極リードの態様は種々
考えられるが、例えば図15に示すように、相対向する
薄板96の双方に圧電素子92を形成したデバイス91
においては、2の圧電素子92の下部電極92cを共通
化し、孔部98が開口している一方の面の固定部95側
に引き出し、上部電極92bについては各圧電素子92
形成面の固定部95側に直接引き出す態様が挙げられ
る。このような態様は、孔部98が開口している他方の
面の固定部95側の部分(図中99)に電極が形成され
ておらず、当該部分を利用してデバイスを固定すること
ができるため、デバイスを信頼性良く固定でき、コンパ
クト化できる点等において好ましい。
Although various forms of electrode leads from the piezoelectric element are conceivable, for example, as shown in FIG. 15, a device 91 in which the piezoelectric element 92 is formed on both of the opposed thin plates 96.
In this case, the lower electrode 92c of the two piezoelectric elements 92 is made common, and the lower electrode 92c is pulled out to the fixed part 95 side of one surface where the hole 98 is opened.
A mode in which the surface is directly drawn to the fixing portion 95 side of the forming surface is exemplified. In such an embodiment, an electrode is not formed in a portion (99 in the figure) on the fixing portion 95 side of the other surface where the hole 98 is opened, and the device can be fixed using the portion. This is preferable in that the device can be fixed with high reliability and can be made compact.

【0052】 また、図16(a)に示すように上部電
極92b、下部電極92cをともに各圧電素子92形成
面の固定部95側に並列するように引き出す態様や、図
16(b)に示すように上部電極92b、下部電極92
cをともに各圧電素子92形成面の可動部94側と固定
部95側に分離して引き出す態様としてもよい。
Further, as shown in FIG. 16A, the upper electrode 92 b and the lower electrode 92 c are both drawn out so as to be parallel to the fixed part 95 side of the surface on which each piezoelectric element 92 is formed, or as shown in FIG. 16B. The upper electrode 92b and the lower electrode 92
Alternatively, both c may be separated and pulled out to the movable part 94 side and the fixed part 95 side of each piezoelectric element 92 formation surface.

【0053】3.デバイスの製造方法 ここで、本発明のデバイスの製造方法について説明す
る。本発明のデバイスは各部材の構成材料をセラミック
とし、グリーンシート積層法を用いて製造することが好
ましい。デバイスを一体的に成形することが可能なグリ
ーンシート積層法によれば、各部材の接合部の信頼性を
向上できることに加え、製造工程の簡略化により、上述
のような優れた特性を有するデバイスを量産化すること
ができるからである。
[0053] 3. Device Manufacturing Method Here, the device manufacturing method of the present invention will be described. The device of the present invention is preferably manufactured using a ceramic as a constituent material of each member and using a green sheet laminating method. According to the green sheet laminating method in which the device can be integrally formed, the reliability of the bonding portion of each member can be improved, and the device having the above-described excellent characteristics can be obtained by simplifying the manufacturing process. Can be mass-produced.

【0054】(1)積層体の製造 先ず、ジルコニア等のセラミックス粉末にバインダ、溶
剤、分散剤等を添加混合してスラリーを作製し、これを
脱泡処理後、リバースロールコーター法、ドクターブレ
ード法等の方法により所定の厚みを有するグリーンシー
トを作製する。次に、金型を用いた打ち抜き(パンチン
グ)等の方法により、グリーンシートを図17に示すよ
うな種々の形状に加工する。
(1) Production of Laminate First, a slurry is prepared by adding a binder, a solvent, a dispersant, and the like to ceramic powder such as zirconia, and then defoaming the slurry, followed by a reverse roll coater method or a doctor blade method. A green sheet having a predetermined thickness is produced by the method described above. Next, the green sheet is processed into various shapes as shown in FIG. 17 by a method such as punching using a die.

【0055】 グリーンシート101は、主として焼成
後に薄板となるグリーンシートであり、長方形状の孔部
103を1列以上形成したグリーンシート102は、可
動部及び固定部となる部材である。孔部103を並列す
るように1列以上形成することにより複数個のデバイス
を一度に得ること、或いは複数の可動部を有するデバイ
スを少なくとも1個得ることが可能となる。これらのグ
リーンシート101,102を各々少なくとも1枚以上
積層することにより、薄板、可動部、固定部に必要とさ
れる厚みを得ることができる。
The green sheet 101 is a green sheet that mainly becomes a thin plate after firing, and the green sheet 102 in which one or more rows of rectangular holes 103 are formed is a member that becomes a movable part and a fixed part. By forming one or more rows of holes 103 in parallel, it is possible to obtain a plurality of devices at once, or to obtain at least one device having a plurality of movable parts. By laminating at least one or more of each of the green sheets 101 and 102, a thickness required for a thin plate, a movable portion, and a fixed portion can be obtained.

【0056】 グリーンシート101,102,101
の順番で基準孔104を利用して位置決めを行いながら
積層し、熱圧着等の方法を用いて一体化することにより
積層体を得ることができる(図19(a))。グリーン
シート102が厚く、孔部103の形成が困難である等
の事情がある場合には図18に示すように上下に2分割
した積層体105を形成した後、孔部103が向かい合
うように接合して最終的な積層体108を得ても良い。
The green sheets 101, 102, 101
In this order, the layers are stacked while performing positioning using the reference holes 104, and integrated using a method such as thermocompression bonding to obtain a stacked body (FIG. 19A). In the case where the green sheet 102 is thick and it is difficult to form the holes 103, a stacked body 105 divided into upper and lower parts is formed as shown in FIG. 18 and then joined so that the holes 103 face each other. Then, a final laminate 108 may be obtained.

【0057】 なお、積層体108については、グリー
ンシート102の孔部103となる部分と外部空間との
連通孔106をグリーンシート102に形成しておく
か、或いは積層体とした後に連通孔106を穿設するこ
とが必要である。但し、各孔部103が外部空間と連通
している限りにおいて連通孔106の形状は特に限定さ
れず、図19(a),(b)のように複数の孔部103
を貫通する形状の他、図19(d)のように各孔部10
3毎に個別に外部空間と連通せしめる形状としても良
い。
Regarding the laminate 108, a communication hole 106 between the hole 103 of the green sheet 102 and the external space is formed in the green sheet 102, or the communication hole 106 is formed after the laminate is formed. It is necessary to drill. However, as long as each hole 103 communicates with the external space, the shape of the communication hole 106 is not particularly limited, and a plurality of holes 103 are formed as shown in FIGS.
In addition to the shape penetrating through each hole, as shown in FIG.
It is good also as a shape which can be made to communicate with the external space for every three.

【0058】(2)圧電・電歪素子の形成 本発明の製造方法においては、薄板となるグリーンシー
ト101の表面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法又はイオンビーム法、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)、メッキ等の薄膜法により圧
電素子107を形成することができる(図19
(b))。
(2) Formation of Piezoelectric / Electrostrictive Element In the manufacturing method of the present invention, a screen printing method, dipping method,
Coating method, thick film method such as electrophoresis method or ion beam method, sputtering method, vacuum deposition, ion plating method,
The piezoelectric element 107 can be formed by a thin film method such as chemical vapor deposition (CVD) and plating (FIG. 19).
(B)).

【0059】 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
薄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。
By forming the piezoelectric element by the film forming method in this manner, the piezoelectric element and the thin plate can be integrally joined and disposed without using an adhesive, and reliability and
Reproducibility can be ensured, and integration can be facilitated.

【0060】 但し、本発明の製造方法においては、厚
膜法により圧電素子107を形成することが好ましい。
これらの手法によれば、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。特
に電気泳動法は、膜を高い密度で、かつ、高い形状精度
で形成できるという利点がある。
However, in the manufacturing method of the present invention, it is preferable to form the piezoelectric element 107 by a thick film method.
According to these techniques, the piezoelectric film is formed using a paste or slurry, a suspension, an emulsion, a sol, or the like containing, as a main component, piezoelectric ceramic particles having an average particle size of 0.01 to 5 μm, preferably 0.05 to 3 μm. This is because good piezoelectric operation characteristics can be obtained. In particular, the electrophoresis method has an advantage that a film can be formed with high density and high shape accuracy.

【0061】 具体的には、積層体108を所定条件に
て焼成した後、焼成後のグリーンシート101の表面の
所定位置に下部電極を印刷、焼成し、次いで圧電膜を印
刷、焼成し、更に上部電極を印刷、焼成して圧電素子を
形成することができる(図19(b))。更に、電極を
駆動回路に接続するための電極リードを印刷、焼成すれ
ばよい。
Specifically, after firing the laminate 108 under predetermined conditions, a lower electrode is printed and fired at a predetermined position on the surface of the fired green sheet 101, and then a piezoelectric film is printed and fired. The piezoelectric element can be formed by printing and firing the upper electrode (FIG. 19B). Further, an electrode lead for connecting the electrode to the drive circuit may be printed and fired.

【0062】 ここで、下部電極として白金(Pt)、
圧電膜としてジルコン酸チタン酸鉛(PZT)を、上部
電極として金(Au)を、更に電極リードとして銀(A
g)のように、各部材の焼成温度が逐次低くなるように
材料を選択すると、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。
Here, platinum (Pt) is used as the lower electrode,
Lead zirconate titanate (PZT) as a piezoelectric film, gold (Au) as an upper electrode, and silver (A) as an electrode lead.
As shown in g), if the material is selected so that the firing temperature of each member is gradually lowered, re-sintering of the previously fired material does not occur in a certain firing step, and peeling or agglomeration of the electrode material and the like occur. It is possible to avoid the occurrence of such a problem.

【0063】 なお、適当な材料を選択することによ
り、圧電素子107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 possible to sequentially print each member of the piezoelectric element 107 and the electrode lead and sinter them all at once. It is also possible to provide each electrode and the like. 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.

【0064】 なお、グリーンシート101の最終的に
薄板となる位置に、予め圧電素子107を形成してお
き、積層体108と同時焼成することも好ましい。圧電
素子107と積層体108とを同時焼成する方法として
は、金型を用いたプレス成形法、或いはスラリー原料を
用いたテープ成形法等によって圧電膜を成形し、この焼
成前の圧電膜をグリーンシート101に熱圧着で積層
し、同時に焼成して可動部、駆動部、薄板と圧電膜とを
同時に作製する方法が挙げられる。但し、この方法にお
いては、既述の膜形成法を用いて、薄板或いは圧電膜に
予め電極を形成しておく必要がある。
Note that it is also preferable that the piezoelectric element 107 is formed in advance on the green sheet 101 at a position where the green sheet 101 is to be finally formed into a thin plate, and that the green element 101 is fired simultaneously with the laminated body 108. As a method for simultaneously firing the piezoelectric element 107 and the laminated body 108, a piezoelectric film is formed by a press forming method using a mold or a tape forming method using a slurry raw material, and the piezoelectric film before firing is green. A method of laminating by thermocompression bonding on the sheet 101 and firing at the same time to simultaneously produce a movable portion, a driving portion, a thin plate, and a piezoelectric film. However, in this method, it is necessary to form electrodes on the thin plate or the piezoelectric film in advance by using the film forming method described above.

【0065】 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焼結することが好ましい。
なお、圧電膜と積層体108を同時焼成する場合には、
両者の焼成条件を統一することが必要である。
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, sintering is preferably performed in the presence of an evaporation source of the material of the piezoelectric film.
When the piezoelectric film and the multilayer body 108 are simultaneously fired,
It is necessary to unify both firing conditions.

【0066】 なお、対向する薄板の双方に圧電素子が
形成されたデバイスを製造する場合には、積層体の両面
に圧電膜、電極等を印刷しなければならない。このよう
な場合には、印刷ステージに凹部を設けた印刷ステー
ジで印刷を行う、或いは積層体の少なくとも一方の印
刷面における印刷箇所の周囲に枠状の凸部を形成し、凸
部形成面の印刷を行った後、他方の面の印刷をする、等
の方法により印刷した圧電膜、電極等が印刷ステージに
付着しないような措置を採る必要がある。
When manufacturing a device in which a piezoelectric element is formed on both opposing thin plates, a piezoelectric film, an electrode, and the like must be printed on both surfaces of the laminate. In such a case, printing is performed on a printing stage provided with a concave portion on the printing stage, or a frame-shaped convex portion is formed around a printing portion on at least one printing surface of the laminate, and the convex portion forming surface is formed. After printing, it is necessary to take measures to prevent the piezoelectric film, electrodes, and the like printed by the method of printing the other surface from adhering to the printing stage.

【0067】(3)積層体の焼成・切断 既述の積層体は、必要に応じて切り欠け部の形成、圧電
素子や電極リードのコーティング、シールド等の処理を
施した後、1200℃〜1600℃の温度で焼成し、長
方形状の孔部103が積層体の側面側で開口するよう
に、グリーンシートの積層方向に切断することにより、
複数個のデバイスを同時に得ることができる(図19
(c))。切断の方法としてはダイシング加工、ワイヤ
ーソー加工等(機械加工)の他、YAGレーザ、エキシ
マレーザ等によるレーザ加工、電子ビーム加工を適用す
ることも可能である。
(3) Firing and cutting of the laminated body The above-mentioned laminated body is subjected to processing such as formation of notches, coating of piezoelectric elements and electrode leads, shielding, and the like, if necessary, at 1200 ° C. to 1600 ° C. C., and cut in the stacking direction of the green sheets so that the rectangular holes 103 are opened on the side surfaces of the stack.
A plurality of devices can be obtained simultaneously (FIG. 19).
(C)). As a cutting method, in addition to dicing, wire sawing, and the like (mechanical processing), laser processing using a YAG laser, excimer laser, or the like, or electron beam processing can be applied.

【0068】 本発明の製造方法においては、長方形状
の孔部103が積層体の側面側で開口するように切断し
ている。このような切断は、複数のデバイスを分離する
のみならず、デバイスの薄板と孔部(図1のデバイス1
であれば薄板6,7と孔部8)を一時に形成できるとい
う利点があり、2以上の直方体が薄板によって結合する
という複雑で製造し難い構造体を簡便に得られる点にお
いて好ましい。
In the manufacturing method of the present invention, the laminate is cut so that the rectangular hole 103 is opened on the side surface of the laminate. Such cutting not only separates the devices, but also the thin plates and holes of the devices (device 1 in FIG. 1).
In this case, there is an advantage that the thin plates 6 and 7 and the hole 8) can be formed at one time, and it is preferable in that a complicated and difficult-to-manufacture structure in which two or more rectangular parallelepipeds are connected by the thin plate can be easily obtained.

【0069】 また、グリーンシート102における孔
部103の形成数や形成位置、或いは積層体108の切
断位置を適宜変更することにより、駆動部が複数存在す
るデバイス(図6〜8)や駆動部の長さが異なるデバイ
ス(図9)も極めて容易に形成することが可能である。
By appropriately changing the number and position of the holes 103 formed in the green sheet 102 or the cutting position of the stacked body 108, a device having a plurality of driving units (FIGS. 6 to 8) or a driving unit Devices with different lengths (FIG. 9) can also be formed very easily.

【0070】 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。また、別体として準備された各構成部
材を接合して作製する方法も可能であるが、生産性が低
いことに加えて、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も問題がある。
The device of the present invention can be manufactured by using a pressing 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. In addition, it is possible to use a method in which the components prepared separately are joined together to manufacture them. However, in addition to low productivity, there is also a problem in terms of reliability because breakage and the like are likely to occur at the joints. is there.

【0071】4.デバイスの適用例 最後に、本発明のデバイスの適用例の1つとして、本発
明のデバイスを光シャッター用の変位素子に適用した例
について説明する。本明細書にいう「光シャッター」
は、2枚の遮蔽板を相対的に移動させることにより、光
の透過と遮蔽を制御する機能素子を意味し、光のON/
OFF制御や光量制御を行うことができるため、光スイ
ッチや光絞りとして機能させることが可能である。
[0071] 4. Application Example of Device Lastly, as one application example of the device of the present invention, an example in which the device of the present invention is applied to a displacement element for an optical shutter will be described. "Light shutter" as used in this specification
Means a functional element that controls the transmission and shielding of light by moving the two shielding plates relatively.
Since OFF control and light amount control can be performed, it is possible to function as an optical switch or an optical stop.

【0072】 本発明の光シャッターは、2枚の遮蔽板
のうち少なくとも一方の遮蔽板を本発明のデバイスの可
動部に取り付けたものである。例えば図20(a),
(b)に示す光シャッター110は、本発明のデバイス
と遮蔽板を備えた2つのユニット111A,111Bか
らなるものであり、2枚の遮蔽板113A,113Bを
各々デバイスの可動部114A,114Bに取り付け、
互いの平板面が平行になり、かつ、光Lの入射方向に対
し平板面の一部が重なり合うように配置している。
The optical shutter of the present invention is one in which at least one of the two shielding plates is attached to the movable part of the device of the present invention. For example, FIG.
The optical shutter 110 shown in (b) is composed of two units 111A and 111B provided with the device of the present invention and a shielding plate, and the two shielding plates 113A and 113B are respectively attached to the movable parts 114A and 114B of the device. attachment,
The plates are arranged such that their flat surfaces are parallel to each other and a part of the flat surfaces overlaps with the incident direction of the light L.

【0073】 光シャッター110は、図示の状態では
光Lを遮蔽しているが、デバイスの駆動部に形成された
圧電素子112A,112Bに同位相の電圧を印加する
ことにより、遮蔽板113Aは図左側へ、遮蔽板113
Bは図右側へ移動するため、遮蔽板113A,113B
の重なり具合が変化して、光のON/OFF制御や光量
制御を行うことができる。
The optical shutter 110 shields the light L in the state shown in the figure, but by applying a voltage of the same phase to the piezoelectric elements 112 A and 112 B formed in the drive unit of the device, the shielding plate 113 A To the left, shielding plate 113
B moves to the right side in the figure, so that the shielding plates 113A, 113B
, The ON / OFF control of light and the light quantity control can be performed.

【0074】 また、図21(a)に示す光シャッター
120は、本発明のデバイスと遮蔽板を備えた2つのユ
ニット121,122からなるものであり、2枚の遮蔽
板123A,123Bを各々デバイスの可動部124
A,124Bに取り付け、互いの平板面が平行になり、
かつ、光Lの入射方向に対し平板面の全部が重なり合う
ように配置している。そして遮蔽板123A,123B
には対向する位置に各々スリット125A,125Bが
形成されている。
The optical shutter 120 shown in FIG. 21A is composed of two units 121 and 122 each including a device of the present invention and a shielding plate, and the two shielding plates 123 A and 123 B are respectively connected to the device. Movable part 124
A, 124B, the planes of each other become parallel,
In addition, they are arranged such that the entire flat plate surface overlaps with the incident direction of the light L. And the shielding plates 123A, 123B
Are formed with slits 125A and 125B at opposing positions.

【0075】 光シャッター120は、図21(a),
(b)の状態ではスリット125A,125Bを通して
光Lを透過するが、デバイスの駆動部に形成された圧電
素子122A,122Bに同位相の電圧を印加すること
により、遮蔽板123Aは図左側へ、遮蔽板123Bは
図右側へ移動するため、スリット125A,125Bの
重なり具合が変化して、光のON/OFF制御や光量制
御を行うことができる。図21(c)では一部の光が透
過する状態を示してあるが、スリット123A,123
Bの形状や形成位置を変えることにより、光Lを完全遮
蔽することも可能である。
The optical shutter 120 is provided as shown in FIG.
In the state of (b), the light L is transmitted through the slits 125A and 125B, but by applying the same phase voltage to the piezoelectric elements 122A and 122B formed in the drive unit of the device, the shielding plate 123A moves to the left side in the figure. Since the shielding plate 123B moves to the right side in the figure, the degree of overlap between the slits 125A and 125B changes, so that ON / OFF control of light and light amount control can be performed. FIG. 21 (c) shows a state where some light is transmitted, but the slits 123A and 123A are not shown.
By changing the shape and position of B, the light L can be completely blocked.

【0076】 これとは逆に、図21(a),(b)の
状態ではスリット125A,125Bが重ならず光Lを
遮蔽するように構成し、遮蔽板123A,123Bの移
動によりスリット125A,125Bが重なり合って光
Lを透過させるような構造としてもよい。
On the contrary, in the state shown in FIGS. 21A and 21B, the slits 125A and 125B are configured to block the light L without overlapping, and the slits 125A and 125B are moved by the movement of the shielding plates 123A and 123B. The structure may be such that the light L is transmitted through the overlapping portions 125B.

【0077】 なお、図20,21の例では2枚の遮蔽
板を各々デバイスに取り付けた例を示したが、本発明の
光シャッターは少なくとも一方の遮蔽板をデバイスに取
り付け、当該一方の遮蔽板を移動させるのみでも光の透
過及び遮蔽を制御することが可能である。但し、双方の
遮蔽板をデバイスに取り付けた方が遮蔽板の相対的な移
動量を大きくできる点において好ましい。
In the examples of FIGS. 20 and 21, two shield plates are respectively attached to the device, but the optical shutter of the present invention has at least one shield plate attached to the device and the one shield plate. It is possible to control the transmission and blocking of light only by moving. However, it is preferable to attach both shield plates to the device in that the relative movement amount of the shield plates can be increased.

【0078】 また、図20,21の例では光シャッタ
ーを2つのユニットで構成しているが、3つ以上のユニ
ットで構成しても良い。この場合、複数の遮蔽板の移動
方向を種々に設定することにより、重なり部分の開口の
程度を変えた光絞り等としても用いることもできる。
In the examples of FIGS. 20 and 21, the optical shutter is constituted by two units, but may be constituted by three or more units. In this case, by setting the moving directions of the plurality of shield plates in various ways, the shield plate can be used as an optical stop or the like in which the degree of opening of the overlapping portion is changed.

【0079】 本発明の光シャッターは、本発明のデバ
イスの可動部に遮蔽板を取り付けているため、遮蔽板の
煽り方向の作動が抑制される。即ち、遮蔽板が常に光の
入射方向に正対して移動するため、より精密な光のON
/OFF制御、光量制御が可能となる点において好適に
用いることができる。
In the optical shutter of the present invention, since the shielding plate is attached to the movable portion of the device of the present invention, the operation of the shielding plate in the tilting direction is suppressed. In other words, since the shielding plate always moves in the direction of light incidence, more precise light ON
/ OFF control and light quantity control can be suitably used.

【0080】[0080]

【発明の効果】 以上説明したように、本発明の圧電・
電歪デバイスは、可動部を大きく変位させることが可能
であって、動作上、有害な振動の影響を受け難く、機械
的強度、ハンドリング性、耐衝撃性、耐湿性に優れる。
また、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。
As described above, the piezoelectric and piezoelectric elements of the present invention
The electrostrictive device is capable of greatly displacing the movable part, is less susceptible to harmful vibration in operation, and is excellent in mechanical strength, handling properties, impact resistance, and moisture resistance.
In addition, by using a simple manufacturing method such as the green sheet lamination method, while improving the reliability as an integrated structure,
There is an advantage that it can be manufactured at low cost.

【0081】 従って、各種トランスデューサ、各種ア
クチュエータ、周波数領域機能部品(フィルタ)、トラ
ンス、通信用や動力用の振動子や共振子、発信子、ディ
スクリミネータ等の能動素子の他、超音波センサや加速
度センサ、角速度センサや衝撃センサ、質量センサ等の
各種センサ用のセンサ素子として利用することができ、
特に光学機器、精密機器等の各種精密部品等の変位や位
置決め調整、角度調整の機構に用いられる各種アクチュ
エータに好適に利用することができる。
Accordingly, in addition to active elements such as various transducers, various actuators, frequency domain functional components (filters), transformers, transducers and resonators for communication and power, oscillators, discriminators and the like, ultrasonic sensors and Can be used as sensor elements for various sensors such as acceleration sensors, angular velocity sensors, impact sensors, mass sensors, etc.
In particular, the present invention can be suitably used for various actuators used for displacement, positioning adjustment, and angle adjustment mechanisms of various precision components such as optical devices and precision devices.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の圧電・電歪デバイスの一の実施態様
を示す概略斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing one embodiment of a piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.

【図2】 従前の圧電アクチュエータの一の実施態様を
示す概略斜視図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing one embodiment of a conventional piezoelectric actuator.

【図3】 本発明の圧電・電歪デバイスの作動態様を示
す概略説明図である。
FIG. 3 is a schematic explanatory view showing an operation mode of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.

【図4】 本発明の圧電・電歪デバイスの別の実施態様
を示す概略斜視図である。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.

【図5】 本発明の圧電・電歪デバイスの更に別の実施
態様を示す概略斜視図(a),(b)及び、スリットの
配置を示す説明図(c)〜(d)である。
FIGS. 5A and 5B are schematic perspective views (a) and (b) showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention, and explanatory views (c) to (d) showing the arrangement of slits.

【図6】 本発明の圧電・電歪デバイスの更に別の実施
態様を示す概略斜視図である。
FIG. 6 is a schematic perspective view showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.

【図7】 本発明の圧電・電歪デバイスの更に別の実施
態様を示す概略説明図である。
FIG. 7 is a schematic explanatory view showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.

【図8】 本発明の圧電・電歪デバイスの更に別の実施
態様を示す概略説明図である。
FIG. 8 is a schematic explanatory view showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.

【図9】 本発明の圧電・電歪デバイスの更に別の実施
態様を示す概略説明図である。
FIG. 9 is a schematic explanatory view showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.

【図10】 本発明の圧電・電歪デバイスの更に別の実
施態様を示す概略説明図である。
FIG. 10 is a schematic explanatory view showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.

【図11】 本発明の圧電・電歪デバイスを構成する圧
電素子の一の実施態様を示す概略斜視図である。
FIG. 11 is a schematic perspective view showing one embodiment of a piezoelectric element constituting the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.

【図12】 本発明の圧電・電歪デバイスを構成する圧
電素子と作動方向との関係を示す概略説明図である。
FIG. 12 is a schematic explanatory view showing a relationship between a piezoelectric element constituting the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention and an operation direction.

【図13】 本発明の圧電・電歪デバイスを構成する圧
電素子の別の実施態様を示す概略斜視図である。
FIG. 13 is a schematic perspective view showing another embodiment of the piezoelectric element constituting the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.

【図14】 本発明の圧電・電歪デバイスを構成する圧
電素子の更に別の実施態様を示す概略斜視図である。
FIG. 14 is a schematic perspective view showing still another embodiment of the piezoelectric element constituting the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.

【図15】 本発明の圧電・電歪デバイスの電極リード
の配置方法の一の実施態様を示す概略斜視図である。
FIG. 15 is a schematic perspective view showing one embodiment of a method for arranging electrode leads of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.

【図16】 本発明の圧電・電歪デバイスの電極リード
の配置方法の別の実施態様を示す概略説明図(a)、
(b)である。
FIG. 16 is a schematic explanatory view showing another embodiment of the method for arranging the electrode leads of the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention,
(B).

【図17】 本発明の圧電・電歪デバイスの製造に使用
するグリーンシートの例を示す概略説明図(a),
(b)である。
FIG. 17 is a schematic explanatory view showing an example of a green sheet used for manufacturing the piezoelectric / electrostrictive device of the present invention (a),
(B).

【図18】 本発明の圧電・電歪デバイスの製造方法の
1の実施態様を示す側面図である。
FIG. 18 is a side view showing one embodiment of the method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device of the present invention.

【図19】 本発明の圧電・電歪デバイスの製造方法の
1の実施態様を示す工程図(a),(b),(c),
(d)である。
19 (a), (b), (c), and (c) show a first embodiment of a method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device according to the present invention.
(D).

【図20】 本発明の光シャッターの1の実施態様を示
す概略説明図であって、(a)は斜視図、(b)は上面
図である。
FIG. 20 is a schematic explanatory view showing one embodiment of the optical shutter of the present invention, wherein (a) is a perspective view and (b) is a top view.

【図21】 本発明の光シャッターの別の実施態様を示
す概略説明図であって、(a)は斜視図、(b)は上面
図、(c)は遮蔽板の拡大図である。
21 is a schematic explanatory view showing another embodiment of the optical shutter of the present invention, wherein (a) is a perspective view, (b) is a top view, and (c) is an enlarged view of a shielding plate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…圧電・電歪デバイス、2…圧電素子、3…駆動部、
4…可動部、5…固定部、6…薄板、8…孔部、21…
圧電アクチュエータ、22…電極層、24…可動部、2
5…固定部、26…梁部、28…孔部、31…圧電・電
歪デバイス、32…圧電素子、33…駆動部、34…可
動部、35…固定部、36…薄板、38…孔部、41…
圧電・電歪デバイス、42…圧電素子、43…駆動部、
44…可動部、45…固定部、46…薄板、48…孔
部、49…スリット、51…圧電・電歪デバイス、52
…圧電素子、53…駆動部、54…可動部、55…固定
部、56…薄板、58…孔部、61…圧電・電歪デバイ
ス、62…圧電素子(62a…圧電膜、62b…上部電
極、62c…下部電極)、66,67…薄板、68…孔
部、72…圧電素子(72a…圧電膜、72b…第1電
極、72c…第2電極)、73…間隙部、76…薄板、
82…圧電素子(82a…圧電膜、82b…第1電極、
82c…第2電極)、86…薄板、91…圧電・電歪デ
バイス、92…圧電素子(92a…圧電膜、92b…上
部電極、92c…下部電極)、93…駆動部、94…可
動部、95…固定部、96…薄板、98…孔部、10
1,102…グリーンシート、103…孔部、104…
基準孔、105…2分割した積層体、106…連通孔、
107…圧電素子、108…積層体、110…光シャッ
ター、111A,111B…ユニット、112A,11
2B…圧電素子、113A,113B…遮蔽板、114
A,114B…可動部、120…光シャッター、121
A,121B…ユニット、122A,122B…圧電素
子、123A,123B…遮蔽板、124A,124B
…可動部、125A,125B…スリット。
1. Piezoelectric / electrostrictive device, 2. Piezoelectric element, 3. Drive unit,
4 movable part, 5 fixed part, 6 thin plate, 8 hole, 21
Piezoelectric actuator, 22: electrode layer, 24: movable part, 2
Reference numeral 5: fixed portion, 26: beam portion, 28: hole portion, 31: piezoelectric / electrostrictive device, 32: piezoelectric element, 33: drive portion, 34: movable portion, 35: fixed portion, 36: thin plate, 38: hole Part, 41 ...
Piezoelectric / electrostrictive device, 42: piezoelectric element, 43: drive unit,
44 movable part, 45 fixed part, 46 thin plate, 48 hole, 49 slit, 51 piezoelectric / electrostrictive device, 52
... Piezoelectric element, 53 ... Drive section, 54 ... Movable section, 55 ... Fixed section, 56 ... Thin plate, 58 ... Hole section, 61 ... Piezoelectric / electrostrictive device, 62 ... Piezoelectric element (62a ... Piezoelectric film, 62b ... Top electrode) , 62c: lower electrode), 66, 67: thin plate, 68: hole, 72: piezoelectric element (72a: piezoelectric film, 72b: first electrode, 72c: second electrode), 73: gap, 76: thin plate,
82: piezoelectric element (82a: piezoelectric film, 82b: first electrode,
82c: second electrode), 86: thin plate, 91: piezoelectric / electrostrictive device, 92: piezoelectric element (92a: piezoelectric film, 92b: upper electrode, 92c: lower electrode), 93: drive unit, 94: movable unit, 95: fixed part, 96: thin plate, 98: hole, 10
1, 102: green sheet, 103: hole, 104:
Reference hole, 105: laminated body divided into two, 106: communication hole,
107: piezoelectric element, 108: laminated body, 110: optical shutter, 111A, 111B: unit, 112A, 11
2B: piezoelectric element, 113A, 113B: shielding plate, 114
A, 114B: movable part, 120: optical shutter, 121
A, 121B ... unit, 122A, 122B ... piezoelectric element, 123A, 123B ... shielding plate, 124A, 124B
... movable parts, 125A, 125B ... slits.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 浩二 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 Fターム(参考) 2H041 AA02 AA04 AA06 AB03 AB04 AC08 AZ02 AZ05 AZ08  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Koji Kimura Inventor F-term (reference) 2H041 AA02 AA04 AA06 AB03 AB04 AC08 AZ02 AZ05 AZ08 No. 2-56 Suda-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Japan

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電・電歪素子の変位により駆動する駆
動部と、当該駆動部の駆動に基づいて作動する可動部
と、前記駆動部及び可動部を支持するための固定部とを
備えた圧電・電歪デバイスにおいて、 相対向する薄板と、当該薄板のうち少なくとも1の薄板
の表面に形成された薄膜状の圧電・電歪素子とからなる
駆動部を有し、当該駆動部によって前記固定部と前記可
動部とが結合されていることを特徴とする圧電・電歪デ
バイス。
A driving unit that is driven by displacement of a piezoelectric / electrostrictive element, a movable unit that operates based on the driving of the driving unit, and a fixed unit that supports the driving unit and the movable unit. A piezoelectric / electrostrictive device, comprising: a driving unit including opposing thin plates and a thin-film piezoelectric / electrostrictive element formed on a surface of at least one of the thin plates; A piezoelectric / electrostrictive device, wherein a part and the movable part are connected.
【請求項2】 可動部と固定部が直方体状であって、 前記可動部と前記固定部の側面が連続するように、相対
向する薄板が跨設されている請求項1に記載の圧電・電
歪デバイス。
2. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the movable portion and the fixed portion have a rectangular parallelepiped shape, and opposed thin plates are straddled so that side surfaces of the movable portion and the fixed portion are continuous. Electrostrictive device.
【請求項3】 圧電・電歪素子の変位方向と直交する方
向に駆動部が駆動する請求項1又は2に記載の圧電・電
歪デバイス。
3. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein the driving unit is driven in a direction orthogonal to a displacement direction of the piezoelectric / electrostrictive element.
【請求項4】 駆動部の駆動方向を含む平面内で可動部
が作動する請求項3に記載の圧電・電歪デバイス。
4. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 3, wherein the movable section operates in a plane including the driving direction of the driving section.
【請求項5】 駆動部を、可動部の変位の検出に使用す
る請求項1又は2に記載の圧電・電歪デバイス。
5. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein the driving unit is used for detecting a displacement of the movable unit.
【請求項6】 少なくとも2以上の駆動部を有する請求
項1〜5のいずれか一項に記載の圧電・電歪デバイス。
6. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, comprising at least two or more driving units.
【請求項7】 薄板の幅が、当該薄板の厚みの5倍以上
である請求項1〜6のいずれか一項に記載の圧電・電歪
デバイス。
7. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein the width of the thin plate is at least five times the thickness of the thin plate.
【請求項8】 圧電・電歪素子が、下部電極、圧電・電
歪膜、及び上部電極が積層された積層型の圧電・電歪素
子である請求項1〜7のいずれか一項に記載の圧電・電
歪デバイス。
8. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 1, wherein the piezoelectric / electrostrictive element is a laminated piezoelectric / electrostrictive element in which a lower electrode, a piezoelectric / electrostrictive film, and an upper electrode are stacked. Piezoelectric and electrostrictive devices.
【請求項9】 圧電・電歪素子が、圧電・電歪膜と、櫛
型構造の第1電極及び第2電極とからなり、当該第1電
極と第2電極とが、互いの櫛の歯部間に一定幅の間隙部
をもって相互に咬合する構造を有する圧電・電歪素子で
ある請求項1〜8のいずれか一項に記載の圧電・電歪デ
バイス。
9. The piezoelectric / electrostrictive element comprises a piezoelectric / electrostrictive film, a first electrode and a second electrode having a comb-shaped structure, and the first electrode and the second electrode are connected to each other by teeth of a comb. The piezoelectric / electrostrictive device according to any one of claims 1 to 8, wherein the piezoelectric / electrostrictive element is a piezoelectric / electrostrictive element having a structure in which the portions engage with each other with a gap having a fixed width between the portions.
【請求項10】 可動部、薄板、及び固定部が、一体的
に形成されたセラミックからなる請求項1〜9のいずれ
か一項に記載の圧電・電歪デバイス。
10. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein the movable portion, the thin plate, and the fixed portion are made of integrally formed ceramic.
【請求項11】 可動部、薄板、及び固定部が、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10に記載の圧電・電歪デバイ
ス。
11. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 10, wherein the movable portion, the thin plate, and the fixed portion are made of completely stabilized zirconia or partially stabilized zirconia.
【請求項12】 少なくとも可動部、薄板、及び固定部
が、グリーンシート積層体からなる請求項10又は11
に記載の圧電・電歪デバイス。
12. The apparatus according to claim 10, wherein at least the movable part, the thin plate, and the fixed part are formed of a green sheet laminate.
The piezoelectric / electrostrictive device according to 1.
【請求項13】 圧電・電歪素子を構成する圧電・電歪
膜が、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、及びマグネシウムニ
オブ酸鉛を主成分とする材料からなる請求項1〜12の
いずれか一項に記載の圧電・電歪デバイス。
13. The piezoelectric / electrostrictive film constituting the piezoelectric / electrostrictive element is made of a material containing lead zirconate, lead titanate, and lead magnesium niobate as main components. Item 13. The piezoelectric / electrostrictive device according to item 1.
【請求項14】 圧電・電歪素子を構成する圧電・電歪
膜が、チタン酸ナトリウムビスマスを主成分とする材料
からなる請求項1〜13のいずれか一項に記載の圧電・
電歪デバイス。
14. The piezoelectric / electrostrictive film according to claim 1, wherein the piezoelectric / electrostrictive film constituting the piezoelectric / electrostrictive element is made of a material containing sodium bismuth titanate as a main component.
Electrostrictive device.
【請求項15】 相対向する薄板と、当該薄板のうち少
なくとも1の薄板の表面に形成された薄膜状の圧電・電
歪素子とからなる駆動部と、直方体状の固定部及び可動
部とを有し、前記可動部と前記固定部の側面が連続する
ように、相対向する薄板が跨設されている圧電・電歪デ
バイスの製造方法であって、 前記薄板となるグリーンシート、長方形状の孔部を1列
以上形成したグリーンシート、更に前記薄板となるグリ
ーンシートを各々少なくとも1枚以上積層し、一体化し
た積層体を得る工程と、厚膜法又は薄膜法により前記薄
板となるグリーンシートの表面に圧電・電歪素子を形成
する工程と、前記積層体を焼成した後、前記長方形状の
孔部が前記積層体の側面側で開口するように、グリーン
シートの積層方向に切断する工程を備えた圧電・電歪デ
バイスの製造方法。
15. A driving unit comprising a thin plate facing each other, a thin film piezoelectric / electrostrictive element formed on a surface of at least one of the thin plates, and a rectangular parallelepiped fixed unit and a movable unit. A method of manufacturing a piezoelectric / electrostrictive device in which opposing thin plates are straddled so that side surfaces of the movable portion and the fixed portion are continuous, wherein the green sheet to be the thin plate has a rectangular shape. A step of laminating at least one or more green sheets having one or more rows of holes and each of the green sheets to be the thin plate to obtain an integrated laminate, and a green sheet to be the thin plate by a thick film method or a thin film method Forming a piezoelectric / electrostrictive element on the surface of the laminate, and cutting the laminate in the green sheet laminating direction such that the rectangular holes are opened on the side surfaces of the laminate after firing the laminate. With pressure · Electrostrictive device manufacturing method.
【請求項16】 2枚の遮蔽板を相対的に移動させるこ
とにより、光の透過と遮蔽を制御する光シャッターであ
って、 少なくとも一方の遮蔽板を、請求項1〜14のいずれか
一項に記載の圧電・電歪デバイスの可動部に取り付けた
ことを特徴とする光シャッター。
16. An optical shutter for controlling transmission and shielding of light by relatively moving two shielding plates, wherein at least one of the shielding plates is one of any one of claims 1 to 14. An optical shutter, wherein the optical shutter is attached to a movable part of the piezoelectric / electrostrictive device according to item 1.
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