JP2014179396A - 圧電体装置及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子を高湿環境下に置いても、構造を複雑にすることなく、導電材からのイオンマイグレーション現象の発生を抑えることができる圧電体装置及びその使用方法を提供する。
【解決手段】圧電体１２と一対の電極とを具備した圧電素子１６を有し、圧電体１２の長さ方向の変位を利用する圧電体装置である。一対の電極は、圧電体の一方の表面に接して設けられた第１表面電極３０Ａ及び第２表面電極３０Ｂを有する。第１表面電極３０Ａと第２表面電極３０Ｂとがスペース３２を置いて互いに対向し、第１表面電極３０Ａの長さＬ１は、第２表面電極３０Ｂよりも短い。第１表面電極３０Ａ及び第２表面電極３０Ｂは、第１導電材３４Ａ及び第２導電材３４Ｂを介して基板１８の第１端子２０Ａ及び第２端子２０Ｂに実装される。第１端子２０Ａに高電位を印加し、第２端子２０Ｂに低電位を印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直方体形状の圧電体と一対の電極とを具備した圧電素子を有し、前記圧電体の長さ方向の変位を利用する圧電体装置及びその使用方法に関する。

一般に、圧電体素子は、単層、バイモルフ、ユニモルフ、積層等の構造がある。利用形態も多種多様な組み合わせが考えられる。例えば板状積層体の積層方向の変位を利用したり、単層ないし積層体の長さ方向（積層方向を含まず）の変位を利用する。駆動電源も直流か、あるいは交流を使用したり、プラスとマイナスの極性を使うか、片側極性にするか等が挙げられる。また、圧電体素子の電気的な配線方法も、どの部分に配線接続するか等で多様である（特許文献１及び２参照）。

特開２００９−７２３６号公報 特開２００７−２００７４２号公報

圧電素子を金属を含む導電材で基板に接続して利用する際、高湿環境下で導電材の金属成分が非金属媒体の上や中を移動するという現象が起こり、信頼性が劣ることがあった。すなわち、マイグレーション（イオンマイグレーション）現象である。

マイグレーション現象の発生を抑えるには、基本的に一対の電極間の距離を離すか、導電材を高湿環境下から隔離すればよいが、圧電素子を用いた機器の性能が低下したり、構造が複雑になるという問題がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、圧電素子を高湿環境下に置いても、構造を複雑にすることなく、導電材からのイオンマイグレーション現象の発生を抑えることができる圧電体装置及びその使用方法を提供することを目的とする。

［１］ 第１の本発明に係る圧電体装置は、直方体形状の圧電体と一対の電極とを具備した圧電素子を有し、前記圧電体の長さ方向の変位を利用する圧電体装置であって、前記一対の電極のうち、一方の電極は、前記圧電体の一方の表面に接して設けられた第１表面電極を有し、前記一対の電極のうち、他方の電極は、前記圧電体の前記一方の表面に接して設けられた第２表面電極を有し、前記第１表面電極の一方の端部と、前記第２表面電極の一方の端部とがスペースを置いて互いに対向し、前記第１表面電極の前記圧電体の長さ方向に沿った長さは、前記第２表面電極よりも短く、前記第１表面電極の他方の端部は、金属を含む第１導電材を介して基板の第１端子に実装され、前記第２表面電極の他方の端部は、金属を含む第２導電材を介して基板の第２端子に実装され、前記第１端子は直流電源の高電位が印加され、前記第２端子は前記直流電源の低電位が印加されることを特徴とする。

これにより、圧電素子を高湿環境下においても、構造を複雑にすることなく、第１導電材に起因するイオンマイグレーション現象の発生を抑えることができ、圧電体装置の信頼性への影響、圧電体装置を用いた機器の性能への影響を低減することができる。

しかも、第１導電材及び第２導電材が接触していない電極間の距離を狭くすることができる。その結果、一対の電極の対向面積を広くすることができ、圧電体として作動可能な領域を大きくとることができる。これは、駆動力の増大、変位量（ダイナミックレンジ）の増大等をもたらし、性能の向上を図ることが可能となる。

［２］ 第１の本発明において、前記他方の電極は、前記第２表面電極のみで構成されていてもよい。

［３］ 第１の本発明において、前記基板は、磁気ヘッドのサスペンションの構成部材であって、前記第１端子を有する部分と前記第２端子を有する部分との間に空間が存在してもよい。この場合、圧電体の長さ方向への変位を利用して磁気ヘッドの微小な位置決めを実現させることができる。

［４］ 第１の本発明において、前記一方の電極のうち、前記第２表面電極と対をなす部分と、該第２表面電極との間に挟まれる圧電体の厚みをｔａ、前記スペースの間隔をＤａとしたとき、
Ｄａ＞ｔａ
であってもよい。

［５］ この場合、前記圧電体の厚みｔａが５μｍ以上であり、前記スペースの間隔Ｄａが３０μｍ以上であってもよい。

［６］ 第１の本発明において、前記一方の電極及び前記他方の電極は、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｄ／Ａｇ（銀）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）から選択される１つ以上を主成分とする電極材料で構成されていてもよい。

［７］ 第１の本発明において、前記第１導電材及び前記第２導電材は、金属成分として銀、銅、錫、鉛、ニッケル、金、ハンダから選択される１つ以上を含んでもよい。中でも、銀を含む場合に好適である。

［８］ 第１の本発明において、前記一方の電極は、前記第１表面電極と、該第１表面電極に接続され、前記圧電体の側面に形成された第１側面電極とを有し、前記他方の電極は、前記第２表面電極と、該第２表面電極に接続され、前記圧電体の側面に形成された第２側面電極とを有し、前記第１側面電極及び前記第２側面電極のいずれか一方に接続され、前記圧電体の表面に形成された表面電極を有し、前記第１表面電極と前記第２表面電極間のスペースの間隔をＤａ、前記表面電極の端部と前記第１側面電極の端部間あるいは前記表面電極の端部と前記第２側面電極間の距離をＬａとしたとき、
Ｄａ＞Ｌａ
であってもよい。

［９］ 第１の本発明において、前記一方の電極は、前記第１表面電極と、該第１表面電極に接続され、前記圧電体の側面に形成された第１側面電極と、該第１側面電極に接続され、前記圧電体の他方の表面に形成された第３表面電極とを有し、前記他方の電極は、前記第２表面電極と、該第２表面電極に接続され、前記圧電体の側面に形成された第２側面電極と、該第２側面電極に接続され、前記圧電体の他方の表面に形成された第４表面電極とを有し、前記第１表面電極と前記第２表面電極間のスペースの間隔をＤａ、前記第３表面電極の端部と前記第４表面電極の端部間の距離をＬａとしたとき、
Ｄａ＞Ｌａ
であってもよい。

［１０］ ［８］又は［９］において、前記一方の電極は、前記第１側面電極と接続され、前記圧電体内に形成された１つの内層電極を有し、前記第１側面電極と前記内層電極の端部間の距離をＬｂとしたとき、
Ｄａ＞Ｌｂ
であってもよい。

［１１］ ［８］又は［９］において、前記一方の電極は、前記第１側面電極と接続され、前記圧電体内に形成された１つの以上の第１内層電極を有し、前記他方の電極は、前記第２側面電極と接続され、前記圧電体内に形成された１以上の第２内層電極を有し、前記第１内層電極と前記第２側面電極の端部間の距離をＬｂ１、前記第２内層電極と前記第２側面電極の端部間の距離をＬｂ２としたとき、
Ｄａ＞Ｌｂ１
Ｄａ＞Ｌｂ２
であってもよい。

［１２］ 第２の本発明に係る圧電体装置の使用方法は、直方体形状の圧電体と一対の電極とを具備した圧電素子を有し、前記圧電体の長さ方向の変位を利用する圧電体装置の使用方法であって、前記圧電体装置は、前記一対の電極のうち、一方の電極は、前記圧電体の一方の表面に接して設けられた第１表面電極を有し、前記一対の電極のうち、他方の電極は、前記圧電体の前記一方の表面に接して設けられた第２表面電極を有し、前記第１表面電極の一方の端部と、前記第２表面電極の一方の端部とがスペースを置いて互いに対向し、前記第１表面電極の前記圧電体の長さ方向に沿った長さは、前記第２表面電極よりも短く、前記圧電体装置を基板の第１端子及び第２端子に実装する際に、直流電源の高電位が印加される前記第１端子に、前記第１表面電極の他方の端部を、金属を含む第１導電材を介して実装し、前記直流電源の低電位が印加される前記第２端子に、前記第２表面電極の他方の端部を、金属を含む第２導電材を介して実装することを特徴とする。

以上説明したように、本発明に係る圧電体装置及びその使用方法によれば、圧電素子を高湿環境下においても、構造を複雑にすることなく、導電材からのイオンマイグレーション現象の発生を抑えることができ、圧電体装置の信頼性への影響、圧電体装置を用いた機器の性能への影響を低減することができる。さらに、高湿環境下に加えて、温度が高い、高温高湿環境下においては、本発明の効果は、一層高くなる。
しかも、第１導電材及び第２導電材が接触していない電極間の距離を狭くすることができる。その結果、一対の電極の対向面積を広くすることができ、圧電体として作動可能な領域を大きくとることができる。これは、駆動力の増大、変位量（ダイナミックレンジ）の増大等をもたらし、性能の向上を図ることが可能となる。

図１Ａは第１の実施の形態に係る圧電体装置（第１圧電体装置）の構成を示す縦断面図であり、図１Ｂは第１圧電体装置を上面から見て示す平面図である。 図２Ａは圧電素子を上面から見て示す平面図であり、図２Ｂは図２ＡにおけるＩＩＢ−ＩＩＢ上の断面図であり、図２Ｃは圧電素子を右側面から見て示す側面図である。 第１の比較例に係る圧電体装置の構成を示す縦断面図である。 図４Ａは第２の実施の形態に係る圧電体装置（第２圧電体装置）の構成を示す縦断面図であり、図４Ｂは第２の比較例に係る圧電体装置の構成を示す縦断面図である。 図５Ａは第３の実施の形態に係る圧電体装置（第３圧電体装置）の構成を示す縦断面図であり、図５Ｂは第３の比較例に係る圧電体装置の構成を示す縦断面図である。 図６Ａは第４の実施の形態に係る圧電体装置（第４圧電体装置）の構成を示す縦断面図であり、図６Ｂは第４の比較例に係る圧電体装置の構成を示す縦断面図である。 図７Ａは第５の実施の形態に係る圧電体装置（第５圧電体装置）の構成を示す縦断面図であり、図７Ｂは第６の実施の形態に係る圧電体装置（第６圧電体装置）の構成を示す縦断面図である。 第７の実施の形態に係る圧電体装置（第７圧電体装置）の構成を示す縦断面図である。

以下、本発明に係る圧電体装置及びその使用方法の実施の形態例を図１〜図８を参照しながら説明する。

先ず、第１の実施の形態に係る圧電体装置（以下、第１圧電体装置１０Ａと記す）は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、直方体形状の１つの圧電体１２と一対の電極１４Ａ及び１４Ｂとを具備した圧電素子１６を有し、基板１８に実装される。一対の電極１４Ａ及び１４Ｂは、例えばＰｔ（白金）を主成分とする電極材料で構成されている。なお、電極材料としては、Ｐｔ以外に、Ｐｄ、Ｐｄ／Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される１つ以上を主成分とする電極材料で構成されていてもよい。

基板１８は、例えば磁気ヘッドのサスペンションの構成部材であって、一方の表面（例えば上面）に第１端子２０Ａと直流電源２２につながる第１配線２４Ａとが形成された第１部分２６Ａと、一方の表面に第２端子２０Ｂと直流電源２２につながる第２配線２４Ｂとが形成された第２部分２６Ｂとを有する。これら第１部分２６Ａと第２部分２６Ｂとの間には空間２８が存在し、第１部分２６Ａと第２部分２６Ｂとに跨って圧電素子１６が実装される。そして、圧電素子１６が横方向（長さ方向）に変位することで、第１部分２６Ａと第２部分２６Ｂも圧電素子１６の変位に従って接近する方向又は離間する方向に変位する。これにより、圧電体１２の長さ方向への変位を利用して磁気ヘッドの微小な位置決めを実現させることができる。

上述の例では、本実施の形態を、磁気ヘッドのサスペンションの構成部材に適用した例を記載したが、磁気ヘッドの他、カメラ、ブザー、燃料噴射器等の圧電素子を利用する場合に適用できるほか、超音波モーター、振動発現体等への利用もできる。

圧電体１２は、３層の圧電体層（第１圧電体層１２Ａ〜第３圧電体層１２Ｃ）が積層されて構成されている。分極方向Ｐは、第１圧電体層１２Ａは、図１上、下向きとされ、第２圧電体層１２Ｂは上向き、第３圧電体層１２Ｃは下向きとされている。無論、前述とは逆の分極方向であっても何等問題ない。

圧電素子１６の一対の電極１４Ａ及び１４Ｂのうち、一方の電極１４Ａは、圧電体１２の一方の表面１２ａ（例えば下面）に接して設けられた第１表面電極３０Ａを有し、他方の電極１４Ｂは、圧電体１２の一方の表面１２ａに接して設けられた第２表面電極３０Ｂを有する。

第１表面電極３０Ａの一方の端部３０Ａａと、第２表面電極３０Ｂの一方の端部３０Ｂａとがスペース３２を置いて互いに対向し、第１表面電極３０Ａの圧電体１２の長さ方向に沿った長さＬ１は、第２表面電極３０Ｂの長さＬ２よりも短くされている。

第１表面電極３０Ａの他方の端部３０Ａｂは、金属を含む第１導電材３４Ａを介して基板１８の第１端子２０Ａに実装され、第２表面電極３０Ｂの他方の端部３０Ｂｂは、金属を含む第２導電材３４Ｂを介して基板の第２端子２０Ｂに実装されている。第１導電材３４Ａ及び第２導電材３４Ｂは、金属成分として例えば銀、銅、錫、鉛、ニッケル、金、ハンダから選択される１つ以上を含む。

また、一方の電極１４Ａは、上述の第１表面電極３０Ａに加えて、第１側面電極３６Ａ、第３表面電極３０Ｃ及び第１内層電極３８Ａを有し、他方の電極１４Ｂは、上述の第２表面電極３０Ｂに加えて、第２側面電極３６Ｂ、第４表面電極３０Ｄ及び第２内層電極３８Ｂを有する。

第１側面電極３６Ａは、第１表面電極３０Ａに接続され、且つ、圧電体１２の一方の側面１２ｃに形成されている。第３表面電極３０Ｃは、第１側面電極３６Ａに接続され、且つ、圧電体１２の他方の表面１２ｂ（例えば上面）に形成されている。第１内層電極３８Ａは、第１側面電極３６Ａと接続され、且つ、第１圧電体層１２Ａと第２圧電体層１２Ｂとの境界部分に形成されている。

第２側面電極３６Ｂは、第２表面電極３０Ｂに接続され、且つ、圧電体１２の他方の側面１２ｄに形成されている。第４表面電極３０Ｄは、第２側面電極３６Ｂに接続され、且つ、圧電体１２の他方の表面１２ｂに形成されている。第２内層電極３８Ｂは、第２側面電極３６Ｂと接続され、且つ、第２圧電体層１２Ｂと第３圧電体層１２Ｃとの境界部分に形成されている。

ここで、第１圧電体層１２Ａの厚みをｔ１、第２圧電体層１２Ｂの厚みをｔ２、第３圧電体層１２Ｃの厚みをｔ３、第１表面電極３０Ａの一方の端部３０Ａａと第２表面電極３０Ｂの一方の端部３０Ｂａ間のスペース３２の間隔をＤａとしたとき、
Ｄａ＞ｔ１
Ｄａ＞ｔ２
Ｄａ＞ｔ３
である。

特に、厚みｔ１、ｔ２及びｔ３は、それぞれ５μｍ以上であり、スペース３２の間隔Ｄａは、第１表面電極３０Ａと第２表面電極３０Ｂ間の電界が大きくならない距離、より詳しくは、第１導電材３４Ａの金属成分が第２表面電極３０Ｂに向かって移動しない電界となる距離、すなわち、イオンマイグレーション現象が生じない距離に設定する。具体的には、３０μｍ以上である。

また、第３表面電極３０Ｃの端部と第４表面電極３０Ｄの端部間の距離をＬａ、第１内層電極３８Ａと第２側面電極３６Ｂ間の距離をＬｂ１、第２内層電極３８Ｂと第１側面電極３６Ａ間の距離をＬｂ２としたとき、
Ｄａ＞Ｌａ
Ｄａ＞Ｌｂ１
Ｄａ＞Ｌｂ２
である。

圧電素子１６及び圧電体１２の方向について定義する。図２Ａ〜図２Ｃに示すように、圧電素子１６（圧電体１２）は、全体として直方体形状を有する。従って、圧電素子１６及び圧電体１２を上面から見ると、長方形状を呈する。また、圧電体１２は第１圧電体層１２Ａ〜第３圧電体層１２Ｃが積層されて構成されている。このことから、第１圧電体層１２Ａ〜第３圧電体層１２Ｃが積層される方向を圧電体１２の積層方向とし、圧電体１２を上面から見たときの長辺に沿った方向を圧電体１２の長さ方向と定義する。

通常、圧電体層の厚みは、小さいので、図２Ｂ、図２Ｃ等においては、積層方向の倍率を他の２方向より強調して示している。図２Ａにおいて、長辺は０．２〜１００ｍｍ、短辺は０．１〜５０ｍｍであり、図２Ｂにおいて、圧電体層１層の厚みは、５〜５００μｍである。

そして、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、この第１圧電体装置１０Ａは、第１端子２０Ａに直流電源２２の高電位（例えば＋電位）が印加され、第２端子２０Ｂに直流電源２２の低電位（例えば−電位）が印加される。−電位は接地電位でもよい。これにより、一対の電極１４Ａ及び１４Ｂ間に圧電体１２の分極方向と同じ方向に電圧が印加される。すなわち、第１圧電体層１２Ａ〜第３圧電体層１２Ｃに対して、それぞれ分極方向Ｐと同じ方向に電圧Ｅが印加される。その結果、圧電体１２での電界誘起歪みの横効果によって、圧電体１２は長さ方向に収縮する変位を生じ、基板１８の第１部分２６Ａと第２部分２６Ｂとが互いに接近する方向に変位する。従って、第１端子２０Ａと第２端子２０Ｂ間の電圧を変化させることで、第１部分２６Ａと第２部分２６Ｂ間の離間距離を適宜変更することができる。

第１端子２０Ａを接地電位とし、第２端子２０Ｂを−電位として、第１端子２０Ａ側を第２端子２０Ｂ側よりも高電位にすることでもよい。また、上述では、分極方向と同じ方向に電極対に電界を印加した例を示したが、分極方向が逆に設定してある場合にも本実施の形態は、適応することができる。分極方向と電極対に印加する電界の方向とが逆の場合には、圧電体１２は長さ方向に伸長する変位を生じ、基板１８の第１部分２６Ａと第２部分２６Ｂとが互いに離れる方向に変位することになる。

次に、第１圧電体装置１０Ａの作用について説明する。

一般に、銀等の金属成分によるイオンマイグレーション現象は、金属イオン（陽イオン）が陰極に向かって移動する現象である。つまり、高電位が印加される端子に付着された導電材から低電位の部分（イオンマイグレーション現象が生じるに十分な電界が生じている部分）に向かって金属成分が移動する現象である。

しかし、第１圧電体装置１０Ａでは、先ず、第１表面電極３０Ａと第２表面電極３０Ｂ間の距離を、イオンマイグレーション現象が生じない距離に設定している。従って、第１表面電極３０Ａに接する第１導電材３４Ａと第２表面電極３０Ｂ間では、イオンマイグレーション現象は生じない。次に、高電位が印加される第１導電材３４Ａと直接接している第１表面電極３０Ａの長さが短いため、圧電体１２（第１圧電体層１２Ａ）を介して対向する電極は、同じ一方の電極１４Ａを構成する第１内層電極３８Ａである。つまり、第１表面電極３０Ａと第１内層電極３８Ａは共に同電位であることから電界は生じていない。従って、第１表面電極３０Ａに接する第１導電材３４Ａと第１内層電極３８Ａ間においても、イオンマイグレーション現象は生じない。また、第１内層電極３８Ａの端部（左端）と第２表面電極３０Ｂに接する第２導電材３４Ｂの端部（右端）との間に高電界がかかるが、電界の向きが、第２導電材３４Ｂ中の金属成分の陽イオンが移動しない方向であるため、第１内層電極３８Ａと第２表面電極３０Ｂに接する第２導電材３４Ｂ間においても、イオンマイグレーション現象は生じない。

このように、第１圧電体装置１０Ａにおいては、圧電素子１６を高湿環境下においても、構造を複雑にすることなく、第１導電材３４Ａに起因するイオンマイグレーション現象の発生を抑えることができ、第１圧電体装置１０Ａの信頼性への影響、第１圧電体装置１０Ａを用いた機器の性能への影響を低減することができる。

しかも、第１側面電極３６Ａ、第２側面電極３６Ｂ、第３表面電極３０Ｃ、第４表面電極３０Ｄ、第１内層電極３８Ａ及び第２内層電極３８Ｂは、Ｐｔを主成分とする電極である。これにより、第３表面電極３０Ｃと第４表面電極３０Ｄ間の距離Ｌａ、第１内層電極３８Ａと第２側面電極３６Ｂ間の距離Ｌｂ１、第２内層電極３８Ｂと第１側面電極３６Ａ間の距離Ｌｂ２を例えば５μｍ程度まで短くすることができる。その結果、一対の電極１４Ａ及び１４Ｂの対向面積を広くすることができ、圧電体１２として作動可能な領域を大きくとることができる。これは、駆動力（第１部分２６Ａ及び第２部分２６Ｂを動かす力）の増大、変位量（ダイナミックレンジ）の増大等をもたらし、性能の向上を図ることが可能となる。

因みに、図３に示すように、第１端子２０Ａに低電位を印加し、第２端子２０Ｂに高電位を印加した第１比較例に係る圧電体装置１００Ａでは、高電位が印加される第２端子２０Ｂに第２導電材３４Ｂを介して第２表面電極３０Ｂが実装されている。一般に、第１圧電体層１２Ａの厚みは、スペース３２の間隔Ｄａよりも狭いため、第２表面電極３０Ｂと同電位で接続する第２導電材３４Ｂと第１内層電極３８Aとの間に、第２導電材３４Ｂ中の金属成分のイオンマイグレーション現象が生じるほどの高電界が生じやすくなる。

つまり、第１内層電極３８Ａの端部（左端）と第２表面電極３０Ｂに接する第２導電材３４Ｂの端部（右端）との間に生じる高電界の向きは、第２導電材３４Ｂ中の金属成分の陽イオンが移動する方向であるため、第１内層電極３８Ａと第２表面電極３０Ｂに接する第２導電材３４Ｂ間において、イオンマイグレーション現象が生じやすくなる。

次に、各種変形例についてそれぞれ比較例と共に説明する。

第２の実施の形態に係る圧電体装置（以下、第２圧電体装置１０Ｂと記す）は、図４Ａに示すように、上述した第１圧電体装置１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。すなわち、圧電体１２が４層構造であって、第４圧電体層１２Ｄを有する。第１側面電極３６Ａに接続され、第３圧電体層１２Ｃと第４圧電体層１２Ｄとの境界部分に形成された第３内層電極３８Ｃを有する。第４圧電体層１２Ｄ上に形成される第３表面電極３０Ｃの長さが第４表面電極３０Ｄよりも短い。

第３の実施の形態に係る圧電体装置（以下、第３圧電体装置１０Ｃと記す）は、図５Ａに示すように、上述した第１圧電体装置１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、圧電体１２が２層構造であって、第２内層電極３８Ｂが存在しない点で異なる。

これら第２圧電体装置１０Ｂ及び第３圧電体装置１０Ｃにおいても、第１圧電体装置１０Ａと同様に、第１表面電極３０Ａに接する第１導電材３４Ａと第２表面電極３０Ｂ間、第１表面電極３０Ａに接する第１導電材３４Ａと第１内層電極３８Ａ間並びに第１内層電極３８Ａと第２表面電極３０Ｂに接する第２導電材３４Ｂ間においても、イオンマイグレーション現象は生じない。

従って、第２圧電体装置１０Ｂ及び第３圧電体装置１０Ｃは、圧電素子１６を高湿環境下においても、構造を複雑にすることなく、第１導電材３４Ａに起因するイオンマイグレーション現象の発生を抑えることができ、第２圧電体装置１０Ｂ及び第３圧電体装置１０Ｃの信頼性への影響、第２圧電体装置１０Ｂ及び第３圧電体装置１０Ｃを用いた機器の性能への影響を低減することができる。また、圧電体装置としての性能の向上を図ることも可能となる。

因みに、図４Ｂ及び図５Ｂに示すように、第１端子２０Ａに低電位を印加し、第２端子２０Ｂに高電位を印加した第２比較例及び第３比較例に係る圧電体装置１００Ｂ及び１００Ｃでは、第１比較例に係る圧電体装置１００Ａと同様に、第２表面電極３０Ｂの長さＬ２が、第１表面電極３０Ａよりも長い。そのため、第１圧電体層１２Ａを介して対向する電極は、低電位が印加される第１内層電極３８Ａであることから、第２表面電極３０Ｂと同電位で接続する第２導電材３４Ｂと第１内層電極３８Ａとの間に、第２導電材３４Ｂ中の金属成分のイオンマイグレーション現象が生じるほどの高電界が生じやすくなる。

次に、第４の実施の形態に係る圧電体装置（以下、第４圧電体装置１０Ｄと記す）は、図６Ａに示すように、上述した第１圧電体装置１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、圧電体１２が１層構造であって、圧電体１２が第１圧電体層１２Ａのみで構成されている点で異なる。

すなわち、一対の電極１４Ａ及び１４Ｂにおける一方の電極１４Ａは、第１表面電極３０Ａ、第１側面電極３６Ａ及び第３表面電極３０Ｃを有し、他方の電極１４Ｂは、第２表面電極３０Ｂ及び第２側面電極３６Ｂを有する。第２側面電極３６Ｂを省略して、他方の電極１４Ｂを、第２表面電極３０Ｂのみで構成してもよい。

この場合、第１圧電体装置１０Ａと同様に、第１導電材３４Ａと直接接している第１表面電極３０Ａの長さＬ１が短いため、第１表面電極３０Ａと第１圧電体層１２Ａを介して対向する第３表面電極３０Ｃは共に同電位となり、第１表面電極３０Ａに接する第1導電材３４Aと第３表面電極３０Ｃ間においても、イオンマイグレーション現象は生じない。また、第１表面電極３０Ａに接する第１導電材３４Ａと第２表面電極３０Ｂ間並びに第１内層電極３８Ａと第２表面電極３０Ｂに接する第２導電材３４Ｂ間においても、イオンマイグレーション現象は生じない。

従って、第４圧電体装置１０Ｄは、第１圧電体装置１０Ａと同様に、圧電素子１６を高湿環境下においても、構造を複雑にすることなく、第１導電材３４Ａに起因するイオンマイグレーション現象の発生を抑えることができ、第４圧電体装置１０Ｄの信頼性への影響、第４圧電体装置１０Ｄを用いた機器の性能への影響を低減することができる。

特に、第４圧電体装置１０Ｄでは、圧電体１２の他方の表面１２ｂ（上面）に第４表面電極３０Ｄを形成していないため、第３表面電極３０Ｃの端部を第２側面電極３６Ｂに近づけることができ、圧電体１２として作動可能な領域をより大きくとることができ、さらなる性能の向上を図ることができる。

因みに、図６Ｂに示すように、第１端子２０Ａに低電位を印加し、第２端子２０Ｂに高電位を印加した第４比較例に係る圧電体装置１００Ｄでは、高電位が印加される第２表面電極３０Ｂの長さＬ２が、第１表面電極３０Ａよりも長い。そのため、第１圧電体層１２Ａを介して対向する電極は、低電位が印加される第３表面電極３０Ｃであることから、第２表面電極３０Ｂに接する第２導電材３４Ｂと第３表面電極３０Ｃとの間に、イオンマイグレーション現象が生じるほどの高電界が生じやすくなる。

そのため、第２側面電極３６Ｂと第３表面電極３０Ｃ間の距離Ｌａを広くとることが考えられるが、一対の電極１４Ａ及び１４Ｂの対向面積が狭くなり、圧電体１２として作動可能な領域が小さくなる。これは、駆動力の減少、変位量の減少等をもたらし、圧電体装置としての性能が低下する。

次に、第５、第６及び第７の実施の形態に係る圧電体装置（以下、それぞれ第５圧電体装置１０Ｅ、第６圧電体装置１０Ｆ及び第７圧電体装置１０Ｇと記す）は、図７Ａ、図７Ｂ及び図８に示すように、上述した第１圧電体装置１０Ａ、第２圧電体装置１０Ｂ及び第３圧電体装置１０Ｃとほぼ同様の構成を有するが、第４圧電体装置１０Ｄの構成を踏襲した構造を有する。つまり、第５圧電体装置１０Ｅでは、第４表面電極３０Ｄが存在せず、第６圧電体装置１０Ｆ及び第７圧電体装置１０Ｇでは、第４表面電極３０Ｄが存在しない。

第５圧電体装置１０Ｅ、第６圧電体装置１０Ｆ及び第７圧電体装置１０Ｇは、それぞれ第１圧電体装置１０Ａ、第２圧電体装置１０Ｂ及び第３圧電体装置１０Ｃと同様の効果を有するほか、第４圧電体装置１０Ｄと同様の効果を奏する。すなわち、第５圧電体装置１０Ｅでは、第３表面電極３０Ｃの端部を第２側面電極３６Ｂに近づけることができ、第６圧電体装置１０Ｆ及び第７圧電体装置１０Ｇでは、第４表面電極３０Ｄの端部を第１側面電極３６Ａに近づけることができるため、それぞれ圧電体として作動可能な領域をより大きくとることができ、さらなる性能の向上を図ることができる。

もちろん、第５圧電体装置１０Ｅでは、第４表面電極３０Ｄが存在していないことから、第２側面電極３６Ｂは第２内層電極３８Ｂに接続されていればよく、圧電体１２の他方の表面１２ｂに達する必要はない。また、第６圧電体装置１０Ｆでは、第３表面電極３０Ｃが存在していないことから、第１側面電極３６Ａは第３内層電極３８Ｃに接続されていればよく、圧電体１２の他方の表面１２ｂに達する必要はない。同様に、第７圧電体装置１０Ｇでは、第３表面電極３０Ｃが存在していないことから、第１側面電極３６Ａは第１内層電極３８Ａに接続されていればよく、圧電体１２の他方の表面１２ｂに達する必要はない。

なお、本実施の形態においては、圧電体材料は、強度確保のために圧電体１２の結晶粒子径を小さく制御したり、分極方向と逆の駆動電圧に有利になるように、Ｍｎ添加ＰＺＴ系にする等の公知材料設計が可能である。

また、図等では示していないが、圧電素子の端子部を除いた表面全体、側面主要部分、あるいは、特定な主要な部分に、有機材料あるいはセラミック材料からなるコーディング層を発塵防止、耐湿性防止、汚れ防止のために設けることもできる。有機材料は、ポリイミド、エポキシ、アクリル等が好ましく、セラミック材料は、圧電体、ガラス等を用いることが望ましい。

なお、本発明に係る圧電体装置及びその使用方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０Ａ〜１０Ｇ…第１圧電体装置〜第７圧電体装置
１２…圧電体
１２Ａ〜１２Ｄ…第１圧電体層〜第４圧電体層
１２ａ…一方の表面（下面） １２ｂ…他方の表面（上面）
１４Ａ…一方の電極（一対の電極） １４Ｂ…他方の電極（一対の電極）
１６…圧電素子 １８…基板
２０Ａ…第１端子 ２０Ｂ…第２端子
２２…直流電源 ２６Ａ…第１部分
２６Ｂ…第２部分 ２８…空間
３０Ａ…第１表面電極 ３０Ａａ…一方の端部
３０Ａｂ…他方の端部 ３０Ｂ…第２表面電極
３０Ｂａ…一方の端部 ３０Ｂｂ…他方の端部
３２…スペース ３４Ａ…第１導電材
３４Ｂ…第２導電材
３８Ａ〜３８Ｃ…第１内層電極〜第３内層電極
Ｌ１…第１表面電極の長さ Ｌ２…第２表面電極の長さ

Claims (12)

1. 直方体形状の圧電体と一対の電極とを具備した圧電素子を有し、前記圧電体の長さ方向の変位を利用する圧電体装置であって、
   前記一対の電極のうち、一方の電極は、前記圧電体の一方の表面に接して設けられた第１表面電極を有し、
   前記一対の電極のうち、他方の電極は、前記圧電体の前記一方の表面に接して設けられた第２表面電極を有し、
   前記第１表面電極の一方の端部と、前記第２表面電極の一方の端部とがスペースを置いて互いに対向し、
   前記第１表面電極の前記圧電体の長さ方向に沿った長さは、前記第２表面電極よりも短く、
   前記第１表面電極の他方の端部は、金属を含む第１導電材を介して基板の第１端子に実装され、
   前記第２表面電極の他方の端部は、金属を含む第２導電材を介して基板の第２端子に実装され、
   前記第１端子は直流電源の高電位が印加され、前記第２端子は前記直流電源の低電位が印加されることを特徴とする圧電体装置。
2. 請求項１記載の圧電体装置において、
   前記他方の電極は、前記第２表面電極のみで構成されていることを特徴とする圧電体装置。
3. 請求項１又は２記載の圧電体装置において、
   前記基板は、磁気ヘッドのサスペンションの構成部材であって、前記第１端子を有する部分と前記第２端子を有する部分との間に空間が存在することを特徴とする圧電体装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電体装置において、
   前記一方の電極のうち、前記第２表面電極と対をなす部分と、該第２表面電極との間に挟まれる圧電体の厚みをｔａ、前記スペースの間隔をＤａとしたとき、
   Ｄａ＞ｔａ
   であることを特徴とする圧電体装置。
5. 請求項４記載の圧電体装置において、
   前記圧電体の厚みｔａが５μｍ以上であり、
   前記スペースの間隔Ｄａが３０μｍ以上であることを特徴とする圧電体装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電体装置において、
   前記一方の電極及び前記他方の電極は、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｄ／Ａｇ（銀）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）から選択される１つ以上を主成分とする電極材料で構成されていることを特徴とする圧電体装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電体装置において、
   前記第１導電材及び前記第２導電材は、金属成分として銀、銅、錫、鉛、ニッケル、金、ハンダから選択される１つ以上を含むことを特徴とする圧電体装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電体装置において、
   前記一方の電極は、前記第１表面電極と、該第１表面電極に接続され、前記圧電体の側面に形成された第１側面電極とを有し、
   前記他方の電極は、前記第２表面電極と、該第２表面電極に接続され、前記圧電体の側面に形成された第２側面電極とを有し、
   前記第１側面電極及び前記第２側面電極のいずれか一方に接続され、前記圧電体の表面に形成された表面電極を有し、
   前記第１表面電極と前記第２表面電極間のスペースの間隔をＤａ、前記表面電極の端部と前記第１側面電極の端部間あるいは前記表面電極の端部と前記第２側面電極間の距離をＬａとしたとき、
   Ｄａ＞Ｌａ
   であることを特徴とする圧電体装置。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電体装置において、
   前記一方の電極は、前記第１表面電極と、該第１表面電極に接続され、前記圧電体の側面に形成された第１側面電極と、該第１側面電極に接続され、前記圧電体の他方の表面に形成された第３表面電極とを有し、
   前記他方の電極は、前記第２表面電極と、該第２表面電極に接続され、前記圧電体の側面に形成された第２側面電極と、該第２側面電極に接続され、前記圧電体の他方の表面に形成された第４表面電極とを有し、
   前記第１表面電極と前記第２表面電極間のスペースの間隔をＤａ、前記第３表面電極の端部と前記第４表面電極の端部間の距離をＬａとしたとき、
   Ｄａ＞Ｌａ
   であることを特徴とする圧電体装置。
10. 請求項８又は９記載の圧電体装置において、
    前記一方の電極は、前記第１側面電極と接続され、前記圧電体内に形成された１つの内層電極を有し、
    前記第１側面電極と前記内層電極の端部間の距離をＬｂとしたとき、
    Ｄａ＞Ｌｂ
    であることを特徴とする圧電体装置。
11. 請求項８又は９記載の圧電体装置において、
    前記一方の電極は、前記第１側面電極と接続され、前記圧電体内に形成された１つの以上の第１内層電極を有し、
    前記他方の電極は、前記第２側面電極と接続され、前記圧電体内に形成された１以上の第２内層電極を有し、
    前記第１内層電極と前記第２側面電極の端部間の距離をＬｂ１、前記第２内層電極と前記第２側面電極の端部間の距離をＬｂ２としたとき、
    Ｄａ＞Ｌｂ１
    Ｄａ＞Ｌｂ２
    であることを特徴とする圧電体装置。
12. 直方体形状の圧電体と一対の電極とを具備した圧電素子を有し、前記圧電体の長さ方向の変位を利用する圧電体装置の使用方法であって、
    前記圧電体装置は、
    前記一対の電極のうち、一方の電極は、前記圧電体の一方の表面に接して設けられた第１表面電極を有し、
    前記一対の電極のうち、他方の電極は、前記圧電体の前記一方の表面に接して設けられた第２表面電極を有し、
    前記第１表面電極の一方の端部と、前記第２表面電極の一方の端部とがスペースを置いて互いに対向し、
    前記第１表面電極の前記圧電体の長さ方向に沿った長さは、前記第２表面電極よりも短く、
    前記圧電体装置を基板の第１端子及び第２端子に実装する際に、
    直流電源の高電位が印加される前記第１端子に、前記第１表面電極の他方の端部を、金属を含む第１導電材を介して実装し、
    前記直流電源の低電位が印加される前記第２端子に、前記第２表面電極の他方の端部を、金属を含む第２導電材を介して実装することを特徴とする圧電体装置の使用方法。

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