JP2008147528A - 圧電バイモルフ素子の製造方法及び圧電バイモルフ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】幅を狭くしても製造が容易で電極間の短絡不良も発生することがない圧電バイモルフ素子の製造方法及び圧電バイモルフ素子の提供。
【解決手段】複数の長方形の圧電素子が電極を介して積層された片持ち梁タイプの圧電バイモルフ素子を製造する方法であって、分極時に第１の電位の電圧が印加される電極の第１の露出端子を圧電素子の第１の長辺の側面に露出し、分極時に第２の電位の電圧が印加される電極の第２の露出端子を前記圧電素子の第２の長辺の側面に露出し、分極時に第３の電位の電圧が印加される電極の第３の露出端子を圧電素子の第２の長辺の側面に第２の露出端子とはずれた位置に露出するように複数の圧電素子を積層する工程と、第１〜第３の露出電極を介して各電極にそれぞれ第１〜第３の電位の電圧を印加して各圧電素子を分極する工程とを具備する。
【選択図】 図１９

Description

本発明は、例えばデジタルカメラの手振れ機構におけるレンズの移動に使われる圧電バイモルフ素子の製造方法及び圧電バイモルフ素子に関する。

圧電バイモルフ素子において、より大きな変位を得るために、圧電素子を多層に積層する技術は、片持ち梁タイプも含めて既に公知である（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−３７７６２号公報（請求項１、図１）

圧電バイモルフ素子を一体焼結で製造する場合には、分極時には３つの電極を引き出し、それぞれに別個の電位差の電圧を印加し、駆動時にはそのうち２つの電極と残りの１つの電極との間に駆動信号を印加すればよい。

このような一体焼結型で片持ち梁タイプの圧電バイモルフ素子の場合は、３つの引き出し電極を圧電バイモルフ素子の固定部の一端に沿って列設することが考えられる。しかし、例えば圧電バイモルフ素子の幅が２ｍｍ以下になるとこのような引き出し電極を列設することは製造上の観点からも難しく、しかも引き出し電極間で短絡不良を発生する可能性が高い。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、幅を狭くしても製造が容易で電極間の短絡不良も発生することがない圧電バイモルフ素子の製造方法及び圧電バイモルフ素子を提供することにある。

本発明に係る圧電バイモルフ素子の製造方法は、複数の長方形の圧電素子が電極を介して積層された片持ち梁タイプの圧電バイモルフ素子を製造する方法であって、分極時に第１の電位の電圧が印加される電極の第１の露出端子を圧電素子の第１の長辺の側面に露出し、分極時に第２の電位の電圧が印加される電極の第２の露出端子を前記圧電素子の第２の長辺の側面に露出し、分極時に第３の電位の電圧が印加される電極の第３の露出端子を圧電素子の第２の長辺の側面に第２の露出端子とはずれた位置に露出するように複数の圧電素子を積層する工程と、第１〜第３の露出電極を介して各電極にそれぞれ第１〜第３の電位の電圧を印加して各圧電素子を分極する工程とを具備する。

本発明では、第１の露出端子を圧電素子の第１の長辺の側面に露出させ、第２及び第３の露出端子をそれぞれがずれた位置となるように第２の長辺の側面に露出させているので、圧電バイモルフ素子の幅を狭くしても圧電バイモルフ素子の端部には電極が設けられておらず、従って製造が容易で電極間の短絡不良も発生することがない。

本発明では、複数の第１の露出端子、複数の第２の露出端子及びの前記第３の露出端子をそれぞれ第１〜第３の導通電極を形成して導通する工程を更に備え、分極を、第１〜第３の導通電極を介して行うようにしてもよい。

分極のためにそれぞれの露出端子に接続する必要がなく、しかも駆動時には第２及び第３の導通電極と第１の導通電極との間に駆動信号を印加すればよい。

本発明では、第１〜第３の露出端子は、片持ち梁タイプの圧電バイモルフ素子における固定部側の領域に設けられているようにしてもよい。

これにより、回転運動可能な自由領域をより長くとることができる。自由領域に第１〜第３の露出端子が設けられていると、この領域の回転運動を規制することになるからである。

本発明では、圧電素子の長辺が隣接するように電極が形成された複数の圧電素子が列設された積層構造体を形成する工程と、積層構造体における圧電素子の長辺側を分断する工程とを更に具備するようにしてもよい。

外形加工によって電極を露出させて導通電極（外部電極）と電気的に接続させる必要があるが、この場合には素子の長手方向は電極を露出させる必要がないので、特に寸法精度上の制約がない限り長手方向を加工しなくてもよくなる。

本発明では、積層構造体における少なくとも分断される部位において、積層された各圧電素子の第１〜第３の露出端子から延在する引き出し部位が、隣接する圧電素子における他の層の引き出し部位とオーバーラップしているようにしてもよい。

焼成後の積層構造体を所定の精度で加工し、そのときに各電極（露出端子）が露出している必要がある。例えば、電極の印刷ずれやその他の要因により幅加工によってこの露出端子は露出せず、つまり電極の引き出しができない。このようにならないように、引き出し電極は、砥石加工によって確実に露出させるような寸法設定にする必要がある。その一方で、積層構造体のサイズに対する素子数を増やすためにはできるだけ切り幅の狭い砥石で加工することが望ましい。そこで、隣接する圧電素子における他の層の引き出し部位とオーバーラップさせることで、幅加工によって確実に電極を露出させることができる。

本発明に係る圧電バイモルフ素子は、複数の長方形の圧電素子がそれぞれ第１〜第３の電極を介して積層された片持ち梁タイプの圧電バイモルフ素子であって、圧電素子の第１の長辺の側面に露出し、駆動時に第１の電位の電圧が印加される第１の電極の第１の露出端子と、圧電素子の第２の長辺の側面に露出し、駆動時に第２の電位の電圧が印加される第２の電極の第２の露出端子と、圧電素子の第２の長辺の側面に第２の露出端子とはずれた位置に露出し、駆動時に第２の電位の電圧が印加される第３の電極の第３の露出端子とを具備する。

これにより、製造が容易で電極間の短絡不良も発生することがない圧電バイモルフ素子を提供できる。

本発明では、第１の露出端子、複数の第２の露出端子及び複数の第３の露出端子をそれぞれ導通する第１〜第３の導通電極を更に具備するようにしてもよい。

これにより、分極のためにそれぞれの露出端子に接続する必要がなく、しかも駆動時には第２及び第３の導通電極と第１の導通電極との間に駆動信号を印加すればよい。

本発明では、圧電素子のうち第１の露出端子、第２の露出端子又は複数の第３の露出端子が形成されていない位置にオーバーラップ電極が形成され、オーバーラップ電極はそれぞれ前記第１〜第３の導通電極に接続されているようにしてもよい。

これにより、引き出し部位をオーバーラップさせることでオーバーラップ電極を露出させ、この露出したオーバーラップ電極により露出端子の密着強度を上げることが可能となる。

本発明では、第１〜第３の露出端子は、片持ち梁タイプの圧電バイモルフ素子における固定部側の領域に設けられているようにしてもよい。

これにより、回転運動可能な自由領域をより長くとることができる。

以上のように、本発明によれば、幅を狭くしても製造が容易で電極間の短絡不良も発生することはない。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
[撮像装置]
図１は本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの概略的構成を示す図である。
図１に示すように、このデジタルカメラ１００は、プリズム１１１やレンズ１１２等から構成される光学係１１０と、ＣＣＤなどの撮像素子１２０と、レンズ１１２の手振れを補正するための手振れ補正機構２００とを有する。
手振れ補正機構２００は、光学系の光軸をＺ軸とし、レンズ１１２をＸ方向に移動するための第１の圧電バイモルフアクチュエータ２１０と、レンズ１１２をＹ方向に移動するための第２の圧電バイモルフアクチュエータ２２０とを有する。手振れ補正機構２００は、例えば、コリオリ力を検出する振動子等を用いた角速度センサにより手振れを検出してその手振れを打ち消すようにレンズ１１２をＸ方向及びＹ方向に移動するものである。なお、角速度センサに関しては例えば特開２００５−２２７１１０号公報に詳しく記載されている。

既に説明したとおり、例えば手振れの周波数は１Ｈｚ〜２Ｈｚ程度であり、つまり極めて低周波であり、ほぼＤＣ成分に近い。圧電バイモルフアクチュエータ２１０、２２０は、電圧駆動タイプであるから、ＤＣに対しては素子間の抵抗が大きく、消費電力は小さい。よって、手振れ補正のためのレンズ１１２の移動に圧電バイモルフアクチュエータ２１０、２２０を用いることによって消費電力を極力抑えて手振れ補正を実行することができる。また、圧電バイモルフアクチュエータ２１０、２２０によるストロークは後述するように５００μｍ程度と非常に小さいが、手振れ補正の量はこれに合致する程度よいことから、実用性が極めて高い。更に、後述する圧電素子の多層構造を採用することで、ストロークをより大きく取ることが可能である。
[圧電バイモルフアクチュエータ]
図２は第１の圧電バイモルフアクチュエータ２１０及び第２の圧電バイモルフアクチュエータ２２０の概略的な構成を示す図である。

図２に示すように、図中上下方向に変移可能な片持ち梁タイプの圧電バイモルフ素子２１１と、圧電バイモルフ素子２１１の先端部２１２に取付けられ、軸（例えば丸ピン）２１３が係合し、図中水平方向に長径Ｌの長孔２１４を有する軸連結部材２１５とを有する。軸２１３は、移動の対象となる対象物２１６に取付けられている。

軸連結部材２１５では、軸連結部材２１５が長径ＤＬの長孔２１４を有するので、圧電バイモルフ素子２１１の先端部２１２の曲線運動を直線運動に変換することができる。すなわち、第１の圧電バイモルフアクチュエータ２１０及び第２の圧電バイモルフアクチュエータ２２０は、対象物２１６を直線的に移動させることができる。

圧電バイモルフ素子２１１は、台座２１７に固定された変形しない固定部２１８と、上記の曲線運動をするように変形する変形部２１９とを有する。この圧電バイモルフ素子２１１の構造及びその製造方法の一例については、後に詳述する。

軸連結部材２１５は、例えばモールド成形等による樹脂成形部品での製造される。軸連結部材２１５は、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリル ・ブタジエン・スチレン ）等汎用的に用いられている材料を用いればよい。その他、金属材料を用いても勿論構わない。

図３及び図４は圧電バイモルフ素子２１１と軸連結部材２１５との接続構造を示した図である。

図３及び図４に示すように、軸連結部材２１５は、圧電バイモルフ素子２１１の先端部２１２を裏面を除く、表面及び両側面を覆う連結部２１５ｂを有する。連結部２１５ｂと圧電バイモルフ素子２１１の先端部２１２とは、例えば瞬間接着剤などによって接着してもよい。

図５及び図６は圧電バイモルフ素子２１１と軸連結部材２１５との接続構造の他の例を示した図である。

図５及び図６に示すように、軸連結部材２１５は、圧電バイモルフ素子２１１の先端部２１２を一側面を除く、表裏両面及び他側面を覆う連結部２１５ｃを有する。上記と同様に、連結部２１５ｃと圧電バイモルフ素子２１１の先端部２１２とは、例えば瞬間接着剤などによって接着してもよい。

図７は対象物２１６の軸２１３と軸連結部材２１５の長孔２１４との関係を模式的に表した図である。

図７に示すように、軸２１３は任意の公差を有するφＤの円とすると、変位対象物２１６の直線運動方向Ｙ方向についてφＤ＝Ｄとなる。軸２１３を構成する一般的な金属ピンの場合の外径公差は数μｍ程度である。このφＤの軸２１３と軸連結部材２１５の長孔２１４はＤよりも大きい必要があり、これをＤａとする。第１の圧電バイモルフアクチュエータ２１０や第２の圧電バイモルフアクチュエータ２２０と対象物２１６との間に回転自由度を持たせるためには軸２１３の最大径Ｄ（ｍａｘ）に対して軸２１３の最小径Ｄａ（ｍｉｎ）はＤａ（ｍｉｎ）＝Ｄ（ｍａｘ）＋ｍとなる必要がある。このｍが最小クリアランスとなる。例えば、軸２１３の公差幅を５μｍ、孔公差を１０μｍとすると、軸２１３と長孔２１４のクリアランスは ｍ＋５＋１０＝ｍ＋１５μｍ となり、ｍ＝５μｍとすると、クリアランスは５μｍ〜２０μｍ となる。

クリアランスを大きくすることにより軸回転での摩擦抵抗が減るがその一方で「ガタ」が増えることになるので、クリアランスは軸回転摩擦を考慮した上でできるだけ小さくすることが望ましく、例えばｍは０μｍ〜１０μｍ程度にすればよい。一方、変位対象物２１６の移動方向と直交した向きで圧電バイモルフ素子２１１の長手方向であるＸ軸方向に対しては、軸２１３の外径はＹ軸方向と同様にＤであり、それに対して長孔２１４はＤＬとなる。Ｘ軸方向のクリアランスをｍＬとすると、ＤＬ＝Ｄ＋ｍＬ となる。このｍＬは、図８に示すように、圧電バイモルフ素子２１１の先端部２１２のＸ軸方向の突き出し差ｍＸに対してｍＬ>ｍＸ となっている必要があり、公差やバラツキを考慮すると、ＤＬ＝Ｄ（ｍａｘ）＋ｍＸ（ｍａｘ）となっていれば良いことになる。また、実際の第１の圧電バイモルフアクチュエータ２１０や第２の圧電バイモルフアクチュエータ２２０の組み込み精度バラツキなども考慮しＤＬを大きくすることも可能である。ＤＬを大きくすることによる変位性能劣化は原理的にない。

これら対象物２１６の軸２１３と軸連結部材２１５の長孔２１４との間の軸連結の部分については、一般的に用いられているシリコングリスなどを塗り、摩擦量を低減することが有効である。
図９及び図１０は軸連結の部分にグリスが充填されやすい構造を示した図である。
図９及び図１０に示すように、この構造は、軸連結部材２１５の長孔２１４と平行する一側面側より長孔２１４に貫通するグリス充填孔２２１を設けたものである。グリス充填孔２２１には、グリス２２２が充填されている。このグリス２２２が軸２１３と軸連結部材２１５の長孔２１４との間の軸連結の部分に供給され、これらの間での潤滑性が高められるようになっている。

以上のような構成の第１の圧電バイモルフアクチュエータ２１０及び第２の圧電バイモルフアクチュエータ２２０をもちいることで、非常に簡単な構造でしかもスムーズに片持ち梁タイプの圧電バイモルフ素子２１１の回転運動を直線運動に変換することができる。
[手振れ補正機構（移動装置）]
図１１は手振れ補正機構２００の構成を示す斜視図、図１２は図１１に示す手振れ補正機構２００の側面図である。

図１１及び図１２に示すように、デジタルカメラ１００内の手振れ補正機構２００が配置される所定の部位には、Ｘ方向に軸方向を有する軸１０１の両端を保持するための軸保持部材１０２、１０３、同様にＸ方向に軸方向を有する軸１０４の両端を保持するための軸保持部材１０５、１０６とが配置されている。軸１０１と軸１０４との間には、手振れ補正機構２００が配置されている。

手振れ補正機構２００は、第１の保持部材２３０と、第２の保持部材２５０とを有する。

第１の保持部材２３０は、軸１０１に対してＸ方向に移動可能に係合する２つの軸連結部材２３１、２３２をＹ方向の一方側に有し、軸１０４に対してＸ方向に移動可能に係合する２つの軸連結部材２３３、２３４とをＹ方向の他方側に有する。第１の保持部材２３０は、Ｙ方向に軸方向を有する軸２３５をＸ方向の一方側に有し、Ｙ方向に軸方向を有する軸２３６をＸ方向の他方側に有し、軸２３５の両端を保持するための軸保持部材２３７、２３８をＸ方向の一方側に有し、軸２３６の両端を保持するための軸保持部材２３９、２４０をＸ方向の他方側に有する。

第２の保持部材２５０は、レンズ１１２を保持するレンズ保持部２５１を有する。第２の保持部材２５０は、軸２３５に対してＹ方向に移動可能に係合する２つの軸連結部材２５２、２５３をＸ方向の一方側に有し、軸２３６に対してＹ方向に移動可能に係合する２つの軸連結部材２５４、２５５とをＸ方向の他方側に有する。第２の保持部材２５０は、Ｘ方向に軸方向を有する軸２５６をＹ方向の一方側に有し、軸２５６の両端を保持するための軸保持部材２５７、２５８をＹ方向の一方側に有する。

第１の圧電バイモルフアクチュエータ２１０の軸連結部材２１５の長孔２１４は、Ｙ方向に移動可能に軸２３５に係合する。第２の圧電バイモルフアクチュエータ２２０の軸連結部材２１５の長孔２１４は、Ｘ方向に移動可能に軸２５６に係合する。

例えば、第１の圧電バイモルフアクチュエータ２１０及び第２の圧電バイモルフアクチュエータ２２０の圧電バイモルフ素子２１１の幅は２．４ｍｍであり、その変形部２１９の長さ（自由長）は２０ｍｍであり、変形部の延長部分を含んだ圧電バイモルフ素子２１１の長さは２８ｍｍである。ここでは、軸連結部材２１５に０．８ｍｍ×１．５ｍｍの長孔２１４（Ｒ０．４ｍｍ）が設けられており、この長孔２１４にφ０．８ｍｍの軸２１３が係合されている。

図１３は第１及び第２の圧電バイモルフアクチュエータ２１０、２２０の駆動周波数とレンズの変位量との関係を示したグラフ、図１４は駆動電圧とレンズの変位量との関係を示したグラフである。

第１及び第２の圧電バイモルフアクチュエータ２１０、２２０単体での先端部の変位量は、手振れ補正の現実の作動周波数である１Ｈｚ前後において約５５０μｍであったが、直線運動のみに自由度を持たせたときには約５００μｍの直線変位を確保できており、約１０％の変位減少に留まっている。なお、図１３のグラフにて横軸は変位周波数であり、周波数が高くなるほど変位量が減少しているが、これは変位対象物の慣性重量（約０．５ｇ）によるものである。また、図１４に示すように、駆動電圧とレンズの変位量とはほぼ線形的な関係にあり、ここでは１８Ｖで上記の５００μｍ程度の直線変位を確保できる。

（手振れ補正機構（移動装置）の他の例）
図１５は手振れ補正機構３００の構成を示す斜視図である。
図１５に示すように、手振れ補正機構３００は、デジタルカメラ１００内の所定の部位の軸１０１と軸１０４との間に配置されている。

手振れ補正機構３００は、第１の保持部材３３０と、第２の保持部材３５０とを有する。

第１の保持部材３３０は、軸１０１に対してＸ方向に移動可能に係合する２つの軸連結部材３３１、３３２をＹ方向の一方側に有し、軸１０４に対してＸ方向に移動可能に係合する２つの軸連結部材３３３、３３４とをＹ方向の他方側に有する。第１の保持部材３３０は、Ｙ方向に軸方向を有する軸３３５をＸ方向の一方側に有し、Ｙ方向に軸方向を有する軸３３６をＸ方向の他方側に有し、軸３３５の両端を保持するための軸保持部材３３７、３３８をＸ方向の一方側に有し、軸３３６の両端を保持するための軸保持部材３３９、３４０をＸ方向の他方側に有する。

第２の保持部材３５０は、レンズ１１２を保持するレンズ保持部３５１を有する。第２の保持部材３５０は、軸３３５に対してＹ方向に移動可能に係合する２つの軸連結部材３５２、３５３をＸ方向の一方側に有し、軸３３６に対してＹ方向に移動可能に係合する２つの軸連結部材３５４、３５５とをＸ方向の他方側に有する。第２の保持部材３５０は、Ｘ方向に軸方向を有する軸３５６をＹ方向の一方側に有し、軸３５６の両端を保持するための軸保持部材３５７、３５８をＹ方向の一方側に有する。

第１の圧電バイモルフアクチュエータ３１０は、第１の圧電バイモルフアクチュエータ２１０及び第２の圧電バイモルフアクチュエータ２２０とは連結部材の構成が異なる。第１の圧電バイモルフアクチュエータ３１０は、第１の保持部材３３０のＸ軸方向の他方側に連結されている。

図１６は第１の圧電バイモルフアクチュエータ３１０と第１の保持部材３３０と連結部分を示す図である。

図１６に示すように、第１の圧電バイモルフアクチュエータ３１０の先端に取付けられた伸縮連結部材３１１はＺ方向（上下方向に）に実質的に伸縮可能となるようにＵ字上の断面構造（Ｕ字の開放部がＸ方向を向いている。）を有する。これにより、第１の圧電バイモルフアクチュエータ３１０の回転運動がＸ方向への直線運動に変換される。

第２の圧電バイモルフアクチュエータ３２０は、既に説明した第２の圧電バイモルフアクチュエータ２２０と同様の構成を有する。すなわち、第２の圧電バイモルフアクチュエータ３２０の軸連結部材２１５の長孔２１４は、Ｘ方向に移動可能に軸３５６に係合する。

なお、第１の圧電バイモルフアクチュエータ３１０の先端に取付けられた伸縮連結部材を別の構成としても勿論構わない。

例えば、図１７に示すように、伸縮連結部材３４０の先端にＸ方向に対して薄い板構造の薄板部３４１を有し、薄板部３４１を介して第１の圧電バイモルフアクチュエータ３１０の先端と第１の保持部材３３０とを連結してＺ方向（上下方向に）に実質的に伸縮可能となるように構成してもよい。

また、図１８に示すように、伸縮連結部材３５０の先端にＺ方向に対して薄い板構造の薄板部３５１を有し、薄板部３５１を介して第１の圧電バイモルフアクチュエータ３１０の先端と第１の保持部材３３０とを連結してＺ方向（上下方向に）に実質的に伸縮可能となるように構成してもよい。
[圧電バイモルフ素子の構造]
図１９はこの実施形態に係る圧電バイモルフ素子２１１の構成を示す斜視図、図２０は図１９に示す圧電バイモルフ素子２２１の平面図、図２１は図１９に示す圧電バイモルフ素子２２１の左側面図、図２２は図１９に示す圧電バイモルフ素子２２１の右側面図である。また、図２３は図１９に示す圧電バイモルフ素子２２１を層毎に分解した概念図である。

これらの図に示すように、この圧電バイモルフ素子２１１は、上部に４層の圧電素子５０１〜５０４、下部に４層の圧電素子５０５〜５０８の合計４層の圧電素子５０１〜５０８を積層した構造となっている。

図２３に示すように、最上層の圧電素子５０１の表面には、外部電極５０９が形成され、最下層の圧電素子５０８の裏面には、外部電極５１０が形成されている。圧電素子５０１と圧電素子５０２との間には、第１の内部電極５１１が形成されている。圧電素子５０２と圧電素子５０３との間には、第２の内部電極５１２が形成されている。圧電素子５０３と圧電素子５０４との間には、第１の内部電極５１３が形成されている。圧電素子５０４と圧電素子５０５との間には、第２の内部電極５１４が形成されている。圧電素子５０５と圧電素子５０６との間には、第３の内部電極５１５が形成されている。圧電素子５０６と圧電素子５０７との間には、第２の内部電極５１６が形成されている。圧電素子５０７と圧電素子５０８との間には、第３の内部電極５１７が形成されている。

図１９及び図２０に示すように、圧電素子５０１の表面には、圧電素子５０１の表面の一端部の一側面側の領域に外部電極５０９よりも幅狭の引き出し電極５１８が形成されている。引き出し電極５１８は、一端が外部電極５０９に接続されて圧電素子５０１の端部に向けて延在すると共に、Ｌ字状に曲がって他端が一側面側に導出している。なお、最下層の圧電素子５０８の裏面にも、同様に外部電極５１０に接続された引き出し電極５１８が形成されている。

第１の内部電極５１１、５１３には、図２４に示すように、他側面側に向けて延在すると共に他側面まで導出した引き出し電極（露出端子）５１９、５２０が接続されている。第２の内部電極５１２、５１４、５１６には、図２５に示すように、一側面側に向けて延在すると共に一側面まで導出した引き出し電極（露出端子）５２１、５２２、５２３が接続されている。第３の内部電極５１５、５１７には、図２６に示すように、他側面側に向けて延在すると共に他側面まで導出した引き出し電極（露出端子）５２４、５２５が接続されている。引き出し電極５１９と引き出し電極５２０とは平面的にオーバーラップする位置に導出され、引き出し電極５２４と引き出し電極５２５とは同様に平面的にオーバーラップする位置に導出されている。引き出し電極５１９及び引き出し電極５２０と引き出し電極５２４及び引き出し電極５２５とは、平面的にオーバーラップしないように、例えば０．４ｍｍ程度の間隔を有するようにされている。

図２１に示すように、他側面（左側面）まで導出した引き出し電極５１９、５２０は、圧電バイモルフ素子２１１の側面に帯状に形成された外部電極５２６により接続さている。同様に、引き出し電極（露出端子）５２４、５２５も外部電極５２７により接続されている。図２２に示すように、引き出し電極５２１、５２２、５２３も外部電極５２８により接続されている。図１９及び図２０に示すように、外部電極５２６、５２７、５２８は、最上層の圧電素子５０１の表面及び最下層の圧電素子５０８の裏面にも及ぶように形成されている。なお、図２７〜図２９は外部電極５２６、５２７、５２８が形成される以前の圧電バイモルフ素子２１１を示している。

ここで、各引き出し電極５１９〜５２５の幅、引き出し電極５１９〜５２５間距離を各々０．４ｍｍとし、また圧電バイモルフ素子２１１の端部からの距離も同じく０．４ｍｍとすると、３つの引き出し電極５１９〜５２５を形成するために必要な寸法は
０．４×３（電極数）＋０．４×２（電極間距離）＋０．４×２（素子端子数）＝２．８ｍｍ
となる。

従って、図３０に示すように、圧電バイモルフ素子２１１の幅方向に３つの引き出し電極５１９〜５２５を形成するためには圧電バイモルフ素子２１１の幅は２．８ｍｍ以上が必要となる。一方、図２０に示すような電極配置にすると、圧電バイモルフ素子２１１の幅方向に引き出し電極圧電バイモルフ素子２１１は並ばず、２電極５１９、５２０、５２４、５２５側の必要寸法は２ｍｍとなり、圧電バイモルフ素子２１１の幅の制約を受けずにすむ。図２０より、素子の固定部長を２ｍｍとすると、圧電バイモルフ素子２１１の変位有効長は２０ｍｍとなる。
[圧電バイモルフ素子の製造方法]
図３１は圧電バイモルフ素子の一般的な製造方法を示す工程フローである。
材料が混合された（ステップ４０１）圧電粉末に所定の仮焼処理を行い（ステップ４０２）、その後粉砕して微粒子化する（ステップ４０３）。

この微粒子と所定の有機溶剤若しくは水溶性溶媒とバインダを混合してスラリを作成する（ステップ４０４）。このスラリーをシート成型装置により所定の厚さのシート（グリーンシート）を作成する（ステップ４０５）。このグリーンシートに内部電極ペーストをスクリーン印刷などにより印刷する（ステップ４０６）。積層圧電素子の内部電極材は例えば銀や銀とパラジウムの合金、プラチナなどである。

内部電極を印刷したシートを所定の位置精度で重ねて積層し（ステップ４０７、４０８）、熱プレスにより積層シートを作る（ステップ４０９）。この積層シートを所定のサイズに分断して基板形状とし（ステップ４１０）、高温の炉で積層体に含まれる有機分を熱分解する（脱脂：ステップ４１１）。有機分が無くなった基板を所定の雰囲気で調整された高温炉にて焼結処理を行い積層体を焼結体にする（ステップ４１２）。

焼結した素子はしかるべき外形加工を行い（ステップ４１３）、素子表面に外部電極を形成する（ステップ４１４）。一般的には、銀ペーストをスクリーン印刷によりしかるべき場所に塗布した後に熱処理により銀電極を形成する。その後、所定の電圧を印加して分極処理を行う（ステップ４１５）。

この実施形態では、ステップ４０７、４０８、４０９において、図２４〜図２６に示したように、３種類の内部電極５１１〜５１７を積層していく。このときの積層方向の電極は図２３のようにする。

このように３種類の内部電極５１１〜５１７を積層していくと、焼成後幅加工後（ステップ４１２及び４１３の後）に図２７〜図２９に示すように、各３つの引き出し電極５１９〜５２５が圧電バイモルフ素子２１１の側面に露出する。図２８に示すように、圧電バイモルフ素子２１１の左側面には引き出し電極５１９、５２０、５２４、５２５が圧電バイモルフ素子２１１長手方向にオフセットした状態で露出し、図２９に示すように、圧電バイモルフ素子２１１の右側面には引き出し電極５２１、５２２、５２３が露出する。この圧電バイモルフ素子２１１に外部電極５２６、５２７、５２８を形成する（ステップ４１４）と、図１９〜図２２に示した構造となる。

そして、図３２に示すように、引き出し電極５２４、５２５よりも引き出し電極５２１、５２２、５２３が＋Ｖの電位差を有し、引き出し電極５２１、５２２、５２３よりも引き出し電極５１９、５２０が＋Ｖの電位差を有するように電圧を印加して分極を行う（ステップ４１５）と、圧電バイモルフ素子２１１は、図３３に示すように、のように分極される。図３３に示したように分極された圧電バイモルフ素子２１１に対して、図３４に示すようにに、引き出し電極５２１、５２２、５２３と引き出し電極５２４、５２５及び引き出し電極５１９、５２０との間に電圧Ｖをかけることにより、圧電バイモルフ素子２１１上部と圧電バイモルフ素子２１１下部の伸縮が逆になり圧電バイモルフとして作用することになる。

以上の説明からわかるように、圧電バイモルフ素子２１１の幅方向に電極引き出し面を設けており、上記のステップ４１３の工程において圧電バイモルフ素子２１１の幅方向はダイヤモンド砥石などにより適宜の寸法精度、面形状となるように加工する必要があり、外形加工によって内部電極５１１〜５１７を露出させて外部電極５２６、５２７、５２８と電気的に接続させる必要があるが、圧電バイモルフ素子２１１の長手方向は電極を露出させる必要がないので、特に寸法精度上の制約が無い限り長手方向を加工しなくてもよい。

なお、分極時と駆動時では電圧の印加方法が異なっていたが、更に図３５及び図３６に示すよう、圧電素子の数が偶数のときと奇数のときとでは電圧の印加方法が異なることになる。図３６は圧電素子の数が偶数のときで素子の左側が分極時の配線を示し、右側が駆動時の配線を示している。また、図３７は圧電素子の数が奇数のときで素子の左側が分極時の配線を示し、右側が駆動時の配線を示している。なお、図３５及び図３６において、Ａは電極を示し、Ｂは圧電素子を示している。

また、工程の効率を高めるために、圧電バイモルフ素子２１１を個々に焼成するのではなく、上記のステップ４１０に示したように適宜の数量を並べこれを一体として基板化して焼成することが望まれる。この場合、圧電バイモルフ素子２１１間の寸法は、焼成収縮率や、外形加工時の砥石幅などを考慮して設計する必要がある。この寸法算出については、焼成時の収縮率などを考慮する必要があるが、例えば図３７に示すように、焼成後の基板（積層構造体）６００を所定の精度で加工し、そのときに各引き出し電極５１９〜５２５が露出している必要がある。しかし、例えば内部電極５１１〜５１７の印刷ずれやその他の要因により図３８のような位置にあると、幅加工によって引き出し電極５１９〜５２５は露出せず、つまり電極の引き出しができない。このため、引き出し電極５１９〜５２５は、砥石加工によって確実に露出させるような寸法設定にする必要がある。その一方で、基板（積層構造体）６００のサイズに対する圧電バイモルフ素子２１１の取り出し数を増やすためには、できるだけ切り幅Ｒの狭い砥石で加工することが望ましく、切り幅Ｒとしては０．５ｍｍ以下で行うことが可能である。幅加工によって確実に引き出し電極５１９〜５２５を露出させるためには、図３９に示すように、隣り合う圧電バイモルフ素子２１１に引き出し電極５１９〜５２５をオーバーラップさせる。図３９は、特に引き出し部分を抽出した断面図である。図３９に示すように、隣り合う圧電バイモルフ素子２１１に引き出し電極５１９〜５２５がオーバーラップするようにしておくと、これを幅加工すると図４０に示すようにオーバーラップ電極６０１も露出する。本来電気的に取り出す必要が有るのは太いラインの引き出し電極５１９〜５２５であるが、図４１に示すようにオーバーラップして露出したオーバーラップ電極６０１は外部電極５２６、５２７、５２８の密着強度を高める効果が期待できる。これはセラミック面よりも電極材に対して外部電極５２６、５２７、５２８の密着強度が高いことによる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、圧電バイモルフアクチュエータは、撮像装置のオートフォーカスのために用いていもよい。

また、上記の移動装置は、レンズの移動だけでなく、様々な用途に活用することができる。

本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの概略的構成を示す図である。 第１の圧電バイモルフアクチュエータ及び第２の圧電バイモルフアクチュエータの概略的な構成を示す図である。 圧電バイモルフ素子と軸連結部材の接続構造を示した断面図である。 図３に示した圧電バイモルフ素子と軸連結部材の接続構造の平面図である。 圧電バイモルフ素子と軸連結部材の接続構造の他の例を示した断面図である。 図５に示した圧電バイモルフ素子と軸連結部材の接続構造の平面図である。 対象物の軸と軸連結部材の長孔との関係を模式的に表した図である。 圧電バイモルフ素子の先端部の変位量を示した図である。 軸連結の部分にグリスが充填されやすい構造を示した平面図である。 軸連結の部分にグリスが充填されやすい構造を示した側面図である。 手振れ補正機構の構成を示す斜視図である。 図１１に示した手振れ補正機構の構成を示す側面図である。 第１及び第２の圧電バイモルフアクチュエータの駆動周波数とレンズの変位量との関係を示したグラフである。 第１及び第２の圧電バイモルフアクチュエータの駆動電圧とレンズの変位量との関係を示したグラフである。 手振れ補正機構の他の例の構成を示す斜視図である。 図１５に示した第１の圧電バイモルフアクチュエータと第１の保持部材と連結部分を示す図である。 図１５に示した第１の圧電バイモルフアクチュエータと第１の保持部材と連結部分の他の例を示す図である。 図１５に示した第１の圧電バイモルフアクチュエータと第１の保持部材と連結部分の更に別の例を示す図である。 圧電バイモルフ素子の構成を示す斜視図である。 図１９に示す圧電バイモルフ素子の平面図である。 図１９に示す圧電バイモルフ素子の左側面図である。 図１９に示す圧電バイモルフ素子の右側面図である。 図１９に示す圧電バイモルフ素子を層毎に分解した概念図である。 第１の内部電極の平面図である。 第２の内部電極の平面図である。 第３の内部電極の平面図である。 外部電極が形成される以前の圧電バイモルフ素子の構成を示す斜視図である。 図２７に示す圧電バイモルフ素子の左側面図である。 図２７に示す圧電バイモルフ素子の右側面図である。 圧電バイモルフ素子の幅方向に３つの引き出し電極を形成した例を示す平面図である。 圧電バイモルフ素子の一般的な製造方法を示す工程フローである。 圧電バイモルフ素子の分極時の配線を示した図である。 圧電バイモルフ素子の分極状態を示した概念的な図である。 圧電バイモルフ素子の駆動時の配線を示した図である。 圧電素子の積層数が偶数のときの分極時及び駆動時の配線を示した図である。 圧電素子の積層数が奇数のときの分極時及び駆動時の配線を示した図である。 焼成後の基板（積層構造体）の加工方法を説明するための図である。 焼成後の基板（積層構造体）の加工方法（不具合ありの場合）を説明するための図である。 隣り合う圧電バイモルフ素子に引き出し電極をオーバーラップさせることを説明するために引き出し部分を抽出した断面図である。 オーバーラップ電極が露出した状態の圧電バイモルフ素子の斜視図である。 オーバーラップ電極に外部電極を被せた状態の圧電バイモルフ素子の斜視図である。

符号の説明

１００ デジタルカメラ
１０１、１０４、２１３、２３５、２３６、２５６ 軸
１１２ レンズ
１２０ 撮像素子
２００ 手振れ補正機構
２１０ 第１の圧電バイモルフアクチュエータ
２１１ 圧電バイモルフ素子
２１４ 長孔
２１５、２３１〜２３４、２３７〜２４０、２５２〜２５５、２５７、２５８ 軸連結部材
２１６ 対象物
２２０ 第２の圧電バイモルフアクチュエータ
２３０ 第１の保持部材
２５０ 第２の保持部材
２５１ レンズ保持部
５０１〜５０８ 圧電素子5
５０９、５１０、５２６〜５２８ 外部電極
５１１〜５１７ 内部電極
５１８〜５２５ 引き出し電極
６０１ オーバーラップ電極

Claims (9)

1. 複数の長方形の圧電素子が電極を介して積層された片持ち梁タイプの圧電バイモルフ素子を製造する方法であって、
   分極時に第１の電位の電圧が印加される電極の第１の露出端子を前記圧電素子の第１の長辺の側面に露出し、分極時に第２の電位の電圧が印加される電極の第２の露出端子を前記圧電素子の第２の長辺の側面に露出し、分極時に第３の電位の電圧が印加される電極の第３の露出端子を前記圧電素子の第２の長辺の側面に前記第２の露出端子とはずれた位置に露出するように前記複数の圧電素子を積層する工程と、
   前記第１〜第３の露出電極を介して前記各電極にそれぞれ前記第１〜第３の電位の電圧を印加して前記各圧電素子を分極する工程と
   を具備することを特徴とする圧電バイモルフ素子の製造方法。
2. 請求項１に記載の圧電バイモルフ素子の製造方法であって、
   複数の前記第１の露出端子、複数の前記第２の露出端子及び複数の前記第３の露出端子をそれぞれ第１〜第３の導通電極を形成して導通する工程を更に備え、
   前記分極を、前記第１〜前記第３の導通電極を介して行うことを特徴とする圧電バイモルフ素子の製造方法。
3. 請求項１に記載の圧電バイモルフ素子の製造方法であって、
   前記第１〜前記第３の露出端子は、片持ち梁タイプの圧電バイモルフ素子における固定部側の領域に設けられていることを特徴とする圧電バイモルフ素子の製造方法。
4. 請求項１に記載の圧電バイモルフ素子の製造方法であって、
   前記圧電素子の長辺が隣接するように前記電極が形成された複数の圧電素子が列設された積層構造体を形成する工程と、
   前記積層構造体における前記圧電素子の長辺側を分断する工程と
   を更に具備することを特徴とする圧電バイモルフ素子の製造方法。
5. 請求項４に記載の圧電バイモルフ素子の製造方法であって、
   前記積層構造体における少なくとも前記分断される部位において、前記積層された各圧電素子の第１〜第３の露出端子から延在する引き出し部位が、隣接する圧電素子における他の層の引き出し部位とオーバーラップしていることを特徴とする圧電バイモルフ素子の製造方法。
6. 複数の長方形の圧電素子がそれぞれ第１〜第３の電極を介して積層された片持ち梁タイプの圧電バイモルフ素子であって、
   前記圧電素子の第１の長辺の側面に露出し、駆動時に第１の電位の電圧が印加される第１の電極の第１の露出端子と、
   前記圧電素子の第２の長辺の側面に露出し、駆動時に第２の電位の電圧が印加される第２の電極の第２の露出端子と、
   前記圧電素子の第２の長辺の側面に前記第２の露出端子とはずれた位置に露出し、駆動時に第２の電位の電圧が印加される第３の電極の第３の露出端子と
   を具備することを特徴とする圧電バイモルフ素子。
7. 請求項６に記載の圧電バイモルフ素子であって、
   前記第１の露出端子、複数の前記第２の露出端子及び複数の前記第３の露出端子をそれぞれ導通する第１〜第３の導通電極を更に具備することを特徴とする圧電バイモルフ素子。
8. 請求項７に記載の圧電バイモルフ素子であって、
   前記圧電素子のうち前記第１の露出端子、前記第２の露出端子又は複数の前記第３の露出端子が形成されていない位置にオーバーラップ電極が形成され、前記オーバーラップ電極はそれぞれ前記第１〜第３の導通電極に接続されていることを特徴とする圧電バイモルフ素子。
9. 請求項６に記載の圧電バイモルフ素子であって、
   前記第１〜前記第３の露出端子は、片持ち梁タイプの圧電バイモルフ素子における固定部側の領域に設けられていることを特徴とする圧電バイモルフ素子。

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