JP4038400B2 - セラミック積層体、セラミック積層体の製造方法、圧電／電歪デバイス、圧電／電歪デバイスの製造方法及びセラミック焼結体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長さの異なる複数のセラミック板が積層されたセラミック積層体及びその製造方法並びにセラミック積層体を基体として使用する圧電／電歪デバイス、圧電／電歪デバイスの製造方法及びセラミック焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、セラミック積層体を作製する場合、同一長さの複数のセラミック板を積層してセラミック積層体を作製する場合や、図１７及び図１８に示すように、長さの異なる複数のセラミック板２００及び２０２を積層してセラミック積層体２０４を作製する場合などがある。
【０００３】
前者のセラミック積層体は、強度的には問題がないが、後者のセラミック積層体２０４は、特に長いセラミック板２００を共振部材として使用する場合に、長いセラミック板２００の一主面２０６と、該一主面２０６上に積層された短いセラミック板２０２の側面２０８とから構成される角部２１０において応力集中が発生し、強度的に問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、前記角部２１０にペースト２１２を塗布し、図１７に示すように、角部２１０に断面円弧状に盛り上がった補強部材２１４を付加することや、図１８に示すように、角部２１０に断面円弧状に凹んだ形の補強部材２１６を付加することなどが考えられる。
【０００５】
しかし、図１７の提案例では、短いセラミック板２０２の長さが補強部材２１４の長さ分だけ増えたことと等価になる。即ち、長いセラミック板２００を共振部材として使用する場合、長いセラミック板２００の一主面２０６と補強部材２１４の円弧面との接触部分２１８に応力が集中し、依然、強度的には問題がある。
【０００６】
しかも、共振部材としての長いセラミック板２００に厚みのある補強部材２１４が付着すると、その分、長いセラミック板２００の変位量が減り、共振周波数が高くなるという新たな問題が生じる。
【０００７】
一方、図１８の例のように、角部２１０に断面円弧状に凹んだ形のものを付加するためには、液体の表面張力を利用することとなるが、その場合、補強部材２１６のペースト２１２の水分の量を多くするなどして、該ペースト２１２の粘度を極度に低く抑える必要がある。しかし、セラミック積層体２０４を作製する場合には、ペースト２１２の塗布後に焼成工程が入るため、この焼成工程において、ペースト２１２の水分がすべて蒸発することになり、角部２１０に断面円弧状に凹んだ形の補強部材２１６を付加することは困難となる。しかも、短いセラミック板２０２の厚みが５０μｍ以下の場合において、角部２１０に断面円弧状に凹んだ形のものを付加することは不可能である。
【０００８】
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、長さの異なる複数のセラミック板を積層してなるセラミック積層体の強度を高めことができ、しかも、長いセラミック板を共振部材とした場合に、該共振部材の変位量や共振周波数への影響を抑えることができるセラミック積層体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、圧電／電歪デバイスにおける共振部分の強度を高めことができ、しかも、前記共振部分の変位量や共振周波数への影響を抑えることができる圧電／電歪デバイス及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、長さの異なる複数のセラミック板を積層してなるセラミック焼結体の強度を高めことができ、しかも、長いセラミック板を共振部材とした場合に、該共振部材の変位量や共振周波数への影響を抑えることができるセラミック焼結体を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るセラミック積層体は、長さの異なる複数のセラミック板が積層されたセラミック積層体において、長いセラミック板の一主面と、該一主面上に積層された短いセラミック板の側面とから構成される角部に、湾曲面を有する付加部材が設けられ、前記付加部材の表面は、断面方向からみた際に、１つ以上の変曲点を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るセラミック積層体の製造方法は、長さの異なる複数のセラミック板が積層されたセラミック積層体であって、長いセラミック板の一主面と該一主面上に積層された短いセラミック板の側面とから構成される角部に、湾曲面を有する付加部材が設けられ、該付加部材の表面が、断面方向からみた際に、１つ以上の変曲点を有するセラミック積層体の製造方法において、前記長いセラミック板となる第１のセラミックグリーンシートと前記短いセラミック板となる第２のセラミックグリーンシートとを積層してセラミックグリーン積層体とする工程と、前記第１のセラミックグリーンシートの一主面と該一主面上に積層された前記第２のセラミックグリーンシートの側面とから構成される角部に、前記付加部材のためのペーストを充填する工程と、前記セラミックグリーン積層体を焼成一体化して前記セラミック積層体を作製する工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る圧電／電歪デバイスは、長さの異なる複数のセラミック板を多数積層してなるセラミック積層体を基体として使用する圧電／電歪デバイスにおいて、前記セラミック積層体は、長いセラミック板の一主面と、該一主面上に積層された短いセラミック板の側面とから構成される角部に湾曲面を有する付加部材が設けられ、前記付加部材の表面は、断面方向からみた際に、１つ以上の変曲点を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る圧電／電歪デバイスの製造方法は、後に前記薄板部を構成する前記長いセラミック板となる第１のセラミックグリーンシートと前記固定部及び可動部を構成する前記短いセラミック板となる第２のセラミックグリーンシートとを積層する工程と、前記第１のセラミックグリーンシートの一主面と該一主面上に積層された前記第２のセラミックグリーンシートの側面とから構成される角部に、後に断面上１つ以上の変曲点を有する湾曲面を含む付加部材を形成するためのペーストを充填する工程と、前記複数のセラミックグリーンシートを更に積層してセラミックグリーン積層体とする工程と、前記セラミックグリーン積層体を焼成一体化してセラミック積層体とする工程と、前記セラミック積層体上に前記圧電／電歪素子を形成し、焼成した後、不要な部分を切除して前記圧電／電歪デバイスを作製する工程とを有することを特徴とする。
また、本発明に係る圧電／電歪デバイスの製造方法は、後に前記薄板部を構成する前記長いセラミック板となる第１のセラミックグリーンシートと前記固定部を構成する前記短いセラミック板となる第２のセラミックグリーンシートとを積層する工程と、前記第１のセラミックグリーンシートの一主面と該一主面上に積層された前記第２のセラミックグリーンシートの側面とから構成される角部に、後に断面上１つ以上の変曲点を有する湾曲面を含む付加部材を形成するためのペーストを充填する工程と、前記複数のセラミックグリーンシートを更に積層してセラミックグリーン積層体とする工程と、前記セラミックグリーン積層体を焼成一体化してセラミック積層体とする工程と、前記セラミック積層体上に前記圧電／電歪素子を形成し、焼成した後、不要な部分を切除して前記圧電／電歪デバイスを作製する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るセラミック焼結体は、長さの異なる複数のセラミック板が積層されたセラミック積層体を有するセラミック焼結体において、長いセラミック板の一主面と、該一主面上に積層された短いセラミック板の側面とから構成される角部に、湾曲面を有するセラミック製の付加部材が設けられ、前記付加部材の表面は、断面方向からみた際に、１つ以上の変曲点を有し、これら長いセラミック板、短いセラミック板及び付加部材が一体焼結されていることを特徴とする。
【００１６】
まず、長いセラミック板と短いセラミック板との角部を覆うように付加部材が付着する形となるため、長いセラミック板と短いセラミック板との積層部分に不良箇所（隙間等）があっても、その不良箇所に付加部材の一部が充填されることになり、セラミック積層体を補強することができる。
【００１７】
しかも、長いセラミック板と短いセラミック板が積層されたセラミック積層体において、長いセラミック板を共振させた場合、角部においてゴミが発生することになるが、本発明では、角部に付加部材が付着した形となっているため、上述のような角部からのゴミの発生は低減する。
【００１８】
通常、長いセラミック板と短いセラミック板との積層界面に水分が浸入してクラックが入りやすくなるが、長いセラミック板と短いセラミック板との角部を覆うように付加部材が付着する形となるため、積層界面への水分の浸入等はなくなる。これは、高温多湿下での耐久性の向上につながる。
【００１９】
ここで、本発明と上述した提案例（長いセラミック板と短いセラミック板との角部に断面円弧状に盛り上がった補強部材を付加した例）と比較する。提案例の補強部材の表面は、長いセラミック板から急峻に盛り上がった湾曲形状とされ、湾曲面がそのまま短いセラミック板の側面まで連続して形成された状態となっている。そのため、短いセラミック板の長さが補強部材の長さ分だけ増えたことと等価になり、長いセラミック板を共振部材として使用する場合、長いセラミック板の一主面と補強部材の円弧面との接触部分に応力が集中し、依然、強度的には問題が生じることになる。
【００２０】
一方、本発明は、付加部材の表面が、断面上、１つ以上の変曲点を有することから、付加部材は、湾曲面がそのまま短いセラミック板の側面まで連続して形成された形ではなく、端部における湾曲部分と、長いセラミック板の一主面に沿い、かつ、表面が角部に向けてほぼ平行に延びる部分と、角部に対応した部分における湾曲部分と、短いセラミック板の側面に沿い、かつ、表面が角部に向けてほぼ平行に延びる部分とを有する形状となる。
【００２１】
従って、長いセラミック板の一主面には、付加部材のうち、厚みの薄い部分（長いセラミック板の一主面に沿い、かつ、表面が角部に向けてほぼ平行に延びる部分）が付着された形となるため、長いセラミック板の一主面と付加部材の端部との接触部分に応力が集中するということはなくなる。しかも、厚みが薄いことから、長いセラミック板の共振周波数に影響を与えることはほとんどない。
【００２２】
付加部材のうち、前記長いセラミック板の一主面とほぼ平行な部分によって、前記長いセラミック板を支える形となるため、長いセラミック板がたわむのを防ぎ平滑性を高めることができる。また、前記長いセラミック板の一主面とほぼ平行な部分は、その厚み及び／又は長さを調整することで、長いセラミック板の共振周波数や変位量を容易に微調整することができる。
【００２３】
また、付加部材のうち、角部に対応する箇所に湾曲面を有することから、角部での応力集中が分散され、長いセラミック板の共振に伴う強度劣化はほとんど生じなくなる。しかも、このセラミック積層体をその後の工程で切断する際に、その切断による外力が長いセラミック板に加わっても、角部への応力集中を分散させることができ、切断処理時に割れなどは生じ難くなる。
【００２４】
上述した提案例のように、角部に断面円弧状に盛り上がった補強部材を付加したり、角部に断面円弧状に凹んだ形の補強部材を付加する場合においては、補強部材をペーストにて形成する際に、該ペーストとして、粘度が極端に高いペーストを用いるか、粘度が極端に低いペーストを用いることになるが、その場合、使用できる材料が限られてくる。
【００２５】
しかし、本発明では、粘度が極端に高い、あるいは極端に低いペーストを使用する必要はないため、使用する材料の選択の幅を広げることができる。
【００２６】
そして、前記構成において、長さの異なる３種類のセラミック板を、中央に長さの最も短いセラミック板を介在して積層し、長さが最も長いセラミック板の一主面と、該一主面上に積層された前記長さが最も短いセラミック板の側面とから構成される角部に前記付加部材を設けるようにしてもよい。
【００２７】
また、前記構成において、前記短いセラミック板の厚みを前記長いセラミック板の厚みより大きくするようにしてもよい。
【００２８】
また、前記構成において、前記付加部材の断面上における前記短いセラミック板との接触長さを、該短いセラミック板の厚みの１〜１／５倍としてもよい。また、前記付加部材の断面上における前記長いセラミック板との接触長さを、前記短いセラミック板の厚みの１０〜１／５倍としてもよい。また、前記付加部材の断面上における前記短いセラミック板との接触長さを、前記長いセラミック板との接触長さよりも短くしてもよい。これらの場合において、前記付加部材の断面上における前記短いセラミック板との接触長さを１〜５０μｍとしてもよい。また、前記長いセラミック板の厚みを３〜３００μｍとしてもよい。
【００２９】
そして、前記構成において、前記付加部材をセラミック材料で構成するようにしてもよいし、前記長いセラミック板あるいは前記短いセラミック板と同じ材料で構成してもよい。
【００３０】
又は、前記付加部材を、金属材料あるいは金属材料を含む材料で構成するようにしてもよいし、サーメット材料で構成してもよい。
【００３１】
特に、本発明に係る圧電／電歪デバイスにおいては、前記セラミック積層体からなる基体上に圧電／電歪素子が形成され、前記基体は、前記長いセラミック板にて構成された薄板部と、前記短いセラミック板にて構成された固定部とを有するようにしてもよい。
【００３２】
この場合、前記圧電／電歪素子は、前記薄板部の他主面のうち、前記固定部の一部と対応する部分を含む面上に配置することが好ましい。また、前記圧電／電歪素子は、圧電／電歪層と電極層とが互い違いに櫛歯状に積層された構造、あるいは、圧電／電歪層と電極層とが互い違いに櫛歯状に４層以上積層された構造を有するようにしてもよい。
【００３３】
そして、前記基体は、それぞれ板面が相対向して配された一対の薄板部と、前記一対の薄板部の各一方の端部の相対向する面間に挟まれて設けられた矩形体状の固定部と、前記一対の薄板部の各他方の端部の相対向する面にそれぞれ設けられた矩形体状の可動部とを有し、前記一対の薄板部が前記長いセラミック板にて構成され、前記固定部及び前記可動部が前記短いセラミック板にて構成されていてもよい。
また、前記基体は、それぞれ板面が相対向して配された一対の薄板部と、前記一対の薄板部の各一方の端部の相対向する面間に挟まれて設けられた矩形体状の固定部とを有し、前記一対の薄板部が前記長いセラミック板にて構成され、前記固定部が前記短いセラミック板にて構成されていてもよい。
【００３４】
この場合、付加部材の存在により、一対の薄板部の平行性をより高めることができる。また、一方の薄板部と固定部との積層ずれ並びに他方の薄板部と固定部との積層ずれによる左右の長さのずれを、付加部材の長さ（長いセラミック板の一主面に沿い、かつ、表面が角部に向けてほぼ平行に延びる部分の長さ）を調整することによって、ほぼ同一にすることができ、振動板としての一対の薄板部の左右の変位量をほぼ同一にすることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るセラミック積層体及びその製造方法並びにセラミック焼結体を、圧電／電歪デバイス及びその製造方法に適用した実施の形態例を図１〜図１６を参照しながら説明する。
【００３６】
本実施の形態に係る圧電／電歪デバイスは、圧電／電歪素子により電気的エネルギと機械的エネルギとを相互に変換する素子を包含する概念である。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最も好適に用いられるほか、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好適に使用され得る。
【００３７】
そして、この第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａは、図１に示すように、相対する一対の薄板部１２ａ及び１２ｂと、これら薄板部１２ａ及び１２ｂを支持する固定部１４とが一体に形成されたセラミック基体１６を具備し、一対の薄板部１２ａ及び１２ｂの各一部にそれぞれ圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成されて構成されている。
【００３８】
つまり、この第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａは、前記圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの駆動によって一対の薄板部１２ａ及び１２ｂが変位し、あるいは薄板部１２ａ及び１２ｂの変位を、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂにより検出する構成を有する。従って、図１の例では、薄板部１２ａ及び１２ｂと圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂにてアクチュエータ部２０ａ及び２０ｂが構成されることになる。このことから、一対の薄板部１２ａ及び１２ｂは、固定部１４によって振動可能に支持された振動部として機能することになる。
【００３９】
一対の薄板部１２ａ及び１２ｂの先端部分における互いに対向する面３２ａ及び３２ｂ間には、空隙（空気）３４を介在させるようにしてもよいし、図示しないが、これら面３２ａ及び３２ｂの間に薄板部１２ａ及び１２ｂの構成部材と同じ材質、あるいは異なる材質からなる部材を介在させるようにしてもよい。この場合、前記面３２ａ及び３２ｂは、取付面３２ａ及び３２ｂとして機能することになる。
【００４０】
セラミック基体１６は、例えばセラミックグリーン積層体を焼成により一体化したセラミック積層体で構成されている。これについては後述する。
【００４１】
更に、固定部１４と薄板部１２ａ及び１２ｂ間には切込み（切欠き）３６が設けられている。つまり、この切込み３６は、長さの異なる複数のセラミック板（薄板部１２ａ及び１２ｂ並びに短いセラミック板３８）を積層することによって、あるいは、長さの異なる３種類のセラミック板（薄板部１２ａ及び１２ｂ、短いセラミック板３８並びに固定部１４）を、中央に短いセラミック板３８を間に挟んで積層することによって形成される。なお、薄板部１２ａ及び１２ｂの厚みと短いセラミック板３８の厚みはほぼ同一である。
【００４２】
そして、この第１の実施の形態では、長いセラミック板である薄板部１２ａ及び１２ｂの内壁面と短いセラミック板３８の側面（切込み面）とから構成される角部４０に、付加部材４２が設けられている。
【００４３】
このようなセラミックスの一体化物、即ち、セラミック焼結体は、各部の接合部に接着剤が介在しないことから、経時的な状態変化がほとんど生じないため、接合部位の信頼性が高く、かつ、剛性確保に有利な構造であることに加え、後述するセラミックグリーンシート積層法により、容易に製造することが可能である。
【００４４】
一方、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、膜形成法によって、直接セラミック基体１６に形成される。
【００４５】
この圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、圧電／電歪層２２と前記圧電／電歪層２２の両側に形成された一対の電極２４及び２６とを有して構成され、前記一対の電極２４及び２６のうち、一方の電極２４が少なくとも一対の薄板部１２ａ及び１２ｂの上に形成されている。
【００４６】
第１の実施の形態では、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、圧電／電歪層２２と、電極２４、２６とが互い違いに櫛歯状に積層された多段構造としている。図１及び図２では、圧電／電歪層２２を電極２４と電極２６とで挟んだ多層構造を１段としたとき、４段が積層された構造とされている。なお、このような多段構造に限らず１段構造であってもよい。
【００４７】
圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、図３の拡大図に示すように、圧電／電歪層２２が４層構造（第１層目〜第４層目の圧電／電歪層２２Ａ〜２２Ｄ）とされている。この図３において、一方の電極２４は、第１、第３及び第５の配線パターン２４Ａ、２４Ｂ及び２４Ｃにて構成され、他方の電極２６は、第２及び第４の配線パターン２６Ａ及び２６Ｂにて構成されている。
【００４８】
具体的に、電極２４及び２６並びに圧電／電歪層２２の積層構造について薄板部１２ａ側を主体に説明すると、まず、セラミック基体１６の薄板部１２ａ及び１２ｂ、並びに固定部１４の各側面にかけてほぼ連続して第１の配線パターン２４Ａが形成され、該第１の配線パターン２４Ａ上のうち、固定部１４上から薄板部１２ａ上にかけて連続する部分に第１層目の圧電／電歪層２２Ａが形成されている。これは薄板部１２ｂにおいても同じである。
【００４９】
この１層目の圧電／電歪層２２Ａは、薄板部１２ａの一部から固定部１４の一部にかけて形成された第１の圧電／電歪材料による第１の部分２２Ａ１と、固定部１４の一部に形成された第２の圧電／電歪材料による第２の部分２２Ａ２にて構成されている。
【００５０】
ここで、第１の配線パターン２４Ａは、３層構造とされている。具体的には、薄板部１２ａ上に直接形成され、かつ、基体材料と電極材料のサーメットによる第１の層５０と、当該第１の層５０上に形成され、かつ、電極材料による第２の層５２と、当該第２の層５２上に形成され、かつ、圧電／電歪材料と電極材料のサーメットによる第３の層５４とを有して構成されている。
【００５１】
引き続き、電極２４及び２６並びに圧電／電歪層２２の積層構造についてみると、前記第１層目の圧電／電歪層２２Ａ上に第２の配線パターン２６Ａが形成され、該第２の配線パターン２６Ａの一部（櫛歯部分）を含むように、前記第１層目の圧電／電歪層２２Ａにおける第１の部分２２Ａ１に対応する部分に第２層目の圧電／電歪層２２Ｂが形成され、該第２層目の圧電／電歪層２２Ｂ上に前記第１の配線パターン２４Ａと電気的に接続される第３の配線パターン２４Ｂが形成され、該第３の配線パターン２４Ｂの一部（櫛歯部分）を含むように、前記第１層目の圧電／電歪層２２Ａにおける第１の部分２２Ａ１に対応する部分に第３層目の圧電／電歪層２２Ｃが形成されている。
【００５２】
更に、前記第３層目の圧電／電歪層２２Ｃ上に前記第２の配線パターン２６Ａと電気的に接続される第４の配線パターン２６Ｂが形成され、該第４の配線パターン２６Ｂの一部（櫛歯部分）を含むように、前記第１層目の圧電／電歪層２２Ａにおける第１の部分２２Ａ１に対応する部分に第４層目の圧電／電歪層２２Ｄが形成され、該第４層目の圧電／電歪層２２Ｄ上に前記第１の配線パターン２４Ａと電気的に接続される第５の配線パターン２４Ｃが形成されている。
【００５３】
第２の配線パターン２６Ａのうち、前記櫛歯部分を除く部分、即ち、前記第１層目の圧電／電歪層２２Ａにおける第２の部分２２Ａ２に対応する部分には第１の接続端子２８が形成され、第５の配線パターン２４Ｃの端部には第２の接続端子３０が形成されている。
【００５４】
従って、圧電／電歪素子１８ａ（１８ｂも同様である）のうち、第１層目の圧電／電歪層２２Ａにおける第１の部分２２Ａ１に対応する積層構造部分は、実際の駆動部（又は感知部）として機能する部分、即ち、実作動部として定義することができる。
【００５５】
また、この第１の実施の形態では、一方の電極２４のうち、最上層の第５の配線パターン２４Ｃが電極材料のレジネートによって構成され、圧電／電歪素子１８ａ（１８ｂも同様である）の内部に形成された各電極２４及び２６の配線パターン（第２〜第４の配線パターン２６Ａ、２４Ｂ及び２６Ｂ）は、電極材料と圧電／電歪材料を含むサーメット膜を焼成することによって構成されている。
【００５６】
この場合、前記第２〜第４の配線パターン２６Ａ、２４Ｂ及び２６Ｂは、導体層として機能させる必要から、電極材料と圧電／電歪材料の体積比は、４：６〜９：１であることが好ましい。電極材料の体積比が４より小さいと導体として機能しにくく、体積比が９より大きいと電極を薄くする効果と圧電／電歪層との付着力が共に低減する可能性がある。上述の配合条件を満足することにより、各中間パターンは、それぞれ２μｍ以下の導体層として構成させることができ、しかも、局所的に導体部分がなくなる、いわゆる欠けがなくなり、ほぼ設計通りのパターン形状を得ることができる。
【００５７】
そして、この第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａにおいては、図４の拡大図に示すように、薄板部１２ａ及び１２ｂの内壁面６０と短いセラミック板３８の側面（切込み面）６２とから構成される角部４０に設けられた付加部材４２が以下のような構成を有する。
【００５８】
即ち、図４に示すように、付加部材４２の表面を、縦断面でみた場合における曲線Ｃとしたとき、この曲線Ｃは、１つの変曲点６４を有する自由曲線となっている。ちなみに２次曲線（放物線）には変曲点はなく、カーブの方向が変わるところを表現できない曲線である。一方、３次曲線は変曲点を１つだけ表現することができ、従って、３次式は自由曲線を描ける最低の次数である。
【００５９】
そして、本実施の形態における前記自由曲線としては、例えばエルミート（Hermite）曲線、ベジェ（Bezier）曲線、Ｂ−スプライン（B-spline）曲線、カットマル−ロム（Catmul-Rom）曲線等のパラメトリック３次曲線を含む。
【００６０】
このように、第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａにおいては、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）と短いセラミック板３８とで形成される角部４０を覆うように付加部材４２が付着する形となるため、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）と短いセラミック板３８との積層部分及び短いセラミック板３８と固定部１４との積層部分に不良箇所（隙間等）があっても、その不良箇所に付加部材４２の一部が充填されることになり、セラミック基体１６を補強することができる。
【００６１】
しかも、薄板部１２ａ及び１２ｂを共振させた場合、通常は、角部４０においてゴミが発生することになるが、この第１の実施の形態では、角部４０に付加部材４２が付着した形となっているため、上述のような角部４０からのゴミの発生は低減する。
【００６２】
通常、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）と短いセラミック板３８との積層界面に例えば水分が浸入してクラックが入りやすくなるが、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）と短いセラミック板３８とで形成される角部４０を覆うように付加部材４２が付着する形となるため、前記積層界面への水分の浸入等はなくなる。これは、高温多湿下での耐久性の向上につながる。
【００６３】
ここで、この第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａのうち、図４に示すように、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）と短いセラミック板３８とで構成されるセラミック積層体（以下、第１の実施の形態に係るセラミック積層体７０と記す）と、図１７に示す提案例（長いセラミック板２００と短いセラミック板２０２とで形成される角部２１０に断面円弧状に盛り上がった補強部材２１４を付加した例）とを比較する。
【００６４】
図１７に示す提案例の補強部材２１４の表面は、長いセラミック板２００から急峻に盛り上がった湾曲形状とされ、湾曲面がそのまま短いセラミック板２０２の側面２０８まで連続して形成された状態となっている。そのため、短いセラミック板２０２の長さが補強部材２１４の長さ分だけ増えたことと等価になり、長いセラミック板２００を共振部材として使用する場合、長いセラミック板２００の一主面２０６と補強部材２１４の円弧面との接触部分２１８に応力が集中し、依然、強度的には問題が生じることになる。
【００６５】
一方、第１の実施の形態に係るセラミック積層体７０は、図４に示すように、付加部材４２の表面が、断面上、１つの変曲点６４を有することから、付加部材４２は、湾曲面がそのまま短いセラミック板３８の側面６２まで連続して形成された形ではなく、端部における湾曲部分Ｃ１と、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）の内壁面６０に沿い、かつ、表面が角部４０に向けてほぼ平行に延びる部分Ｃ２と、角部４０に対応した部分における湾曲部分Ｃ３と、短いセラミック板３８の側面６２に沿い、かつ、表面が角部４０に向けてほぼ平行に延びる部分Ｃ４とを有する形状となる。
【００６６】
従って、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）の内壁面６０には、付加部材４２のうち、厚みの薄い部分（薄板部１２ａ（及び１２ｂ）の内壁面６０に沿い、かつ、表面が角部４０に向けてほぼ平行に延びる部分Ｃ２）が付着された形となるため、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）の内壁面６０と付加部材４２の端部との接触部分７２に応力が集中するということはなくなる。しかも、前記部分Ｃ２の厚みが薄いことから、薄板部１２ａ及び１２ｂの共振周波数に影響を与えることはほとんどない。
【００６７】
付加部材４２のうち、前記薄板部１２ａ（及び１２ｂ）の内壁面６０とほぼ平行な部分Ｃ２によって、前記薄板部１２ａ（及び１２ｂ）を支える形となるため、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）の平滑性を高めることができる。また、前記薄板部１２ａ（及び１２ｂ）の内壁面６０とほぼ平行な部分Ｃ２は、その厚み及び／又は長さを調整することで、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）の共振周波数や変位量を容易に微調整することができる。
【００６８】
また、付加部材４２のうち、角部４０に対応する箇所に湾曲面Ｃ３を有することから、角部４０での応力集中が分散され、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）の共振に伴う強度劣化はほとんど生じなくなる。しかも、この第１の実施の形態に係るセラミック積層体７０をその後の工程で切断する際に、その切断による外力が薄板部１２ａ（及び１２ｂ）に加わっても、角部４０への応力集中を分散させることができ、切断処理時に割れなどは生じ難くなる。
【００６９】
図１７に示す提案例のように、角部２１０に断面円弧状に盛り上がった補強部材２１４を付加したり、図１８に示す提案例のように、角部２１０に断面円弧状に凹んだ形の補強部材２１６を付加する場合においては、補強部材２１４及び２１６をペースト２１２にて形成する際に、該ペースト２１２として、粘度が極端に高いペーストを用いるか、又は粘度が極端に低いペーストを用いることになるが、その場合、使用できる材料が限られてくる。
【００７０】
しかし、この第１の実施の形態に係るセラミック積層体７０では、粘度が極端に高い、あるいは極端に低いペーストを使用する必要はないため、使用する材料の選択の幅を広げることができる。
【００７１】
上述の例では、図４に示すように、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）の厚みｔ１と短いセラミック板３８の厚みｔ２をほぼ同一としたが、短いセラミック板３８の厚みｔ２と薄板部１２ａ（及び１２ｂ）の厚みｔ１を異なる大きさにしてもよい。また、付加部材４２の断面上における薄板部１２ａ（及び１２ｂ）との接触長さＬ１を、短いセラミック板３８との接触長さＬ２とほぼ同じにしてもよいし、前記接触長さＬ２を、該短いセラミック板３８の厚みｔ２の１〜１／５倍としてもよい。また、前記接触長さＬ２を、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）との接触長さＬ１よりも短くしてもよい。これらの場合において、前記接触長さＬ２を１〜５０μｍとしてもよい。また、接触長さＬ１を、前記短いセラミック板３８の厚みｔ２の１０〜１／５倍としてもよい。
【００７２】
なお、付加部材４２はセラミック材料で構成されていてもよいし、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）や短いセラミック板３８と同じ材料で構成されていてもよい。又は、金属材料あるいは金属材料を含む材料で構成するようにしてもよいし、サーメット材料で構成してもよい。
【００７３】
次に、第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａの製造方法について図５〜図１４を参照しながら説明する。まず、定義付けをしておく。セラミックグリーンシートを積層して得られた積層体をセラミックグリーン積層体８０（例えば図１３参照）と定義し、このセラミックグリーン積層体８０を焼成して一体化したものをセラミック積層体８２（例えば図１４参照）と定義し、このセラミック積層体８２から不要な部分を切除して、薄板部１２ａ及び１２ｂ並びに固定部１４が一体化されたものをセラミック基体１６（図１参照）と定義する。
【００７４】
また、この製造方法においては、圧電／電歪デバイス１０Ａを同一基板内に縦方向及び横方向にそれぞれ複数個配置した形態で、最終的にセラミック積層体８２をチップ単位に切断して、圧電／電歪デバイス１０Ａを同一工程で多数個取りするものであるが、説明を簡単にするために、圧電／電歪デバイス１０Ａの１個取りを主体にして説明する。
【００７５】
まず、図５のステップＳ１において、ジルコニア等のセラミック粉末にバインダ、溶剤、分散剤、可塑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セラミックグリーンシートを作製する。
【００７６】
その後、図５のステップＳ２において、各セラミックグリーンシートの所要箇所に接着剤（例えばセラミックペースト）を例えばスクリーン印刷で塗布する。
【００７７】
その後、図５のステップＳ３ａ、ステップＳ３ｂ及びステップＳ３ｃにおいて、各セラミックグリーンシートに対して金型を用いた打抜加工やレーザ加工等を施す。このうち、ステップＳ３ａでは、前記加工によって、図６に示すように、後に薄板部１２ａ及び１２ｂとなるセラミックグリーンシート９０Ａ及び９０Ｂを作製する。図５のステップＳ３ｂでは、前記加工によって、図７に示すように、後に短いセラミック板３８となるセラミックグリーンシート９２Ａ及び９２Ｂを作製する。図５のステップＳ３ｃでは、前記加工によって、図８に示すように、後に固定部１４となるセラミックグリーンシート９４をｎ枚作製する。
【００７８】
その後、図５のステップＳ４ａにおいて、セラミックグリーンシート９０Ａとセラミックグリーンシート９２Ａを仮積層して第１の仮積層体９６を作製し（図９及び図１０参照）、セラミックグリーンシート９０Ｂとセラミックグリーンシート９２Ｂを仮積層して第２の仮積層体９８を作製する（図９及び図１０参照）。また、ステップＳ４ｂにおいて、ｎ枚のセラミックグリーンシート９４を仮積層して第３の仮積層体を作製する（図１１参照）。これらの仮積層においては、セラミックグリーンシート９０Ａ、９０Ｂ、９２Ａ、９２Ｂ並びにｎ枚のセラミックグリーンシート９４にそれぞれ所要箇所に接着剤を例えばスクリーン印刷にて塗布してあるため、積層状態が簡単にくずれるということが回避される。
【００７９】
その後、図５のステップＳ５において、第１の仮積層体９６のうち、図１２に示すように、セラミックグリーンシート９０Ａの一主面６０とセラミックグリーンシート９２Ａの側面６２で構成される角部４０に、後に付加部材４２となるペースト１０２を例えばスクリーン印刷によって塗布する。
【００８０】
この場合、図１２に示すように、角部４０に対応した部分に窓１０４を有する製版１０６を用い、該製版１０６上に供給されたペースト１０２をスキージ１０８を摺動させることで、前記窓１０４を通じて角部４０にペースト１０２を塗布する。塗布した段階のペースト１０２の形状は、少なくともペースト１０２がセラミックグリーンシート９０Ａの一主面６０とセラミックグリーンシート９２Ａの側面６２とにかけて連続して付着された形状である。これにより、その後の焼成後に、図４に示すように、前記ペースト１０２による付加部材４２の表面が、断面上、１つの変曲点６４を有することとなる。
【００８１】
ここで、ペースト１０２の組成は、基本的には薄板部１２ａ及び１２ｂの材質、組成と同等のものが好ましい。例えばセラミック粉末、バインダー、添加剤及び溶剤を混合させてなるペースト１０２が使用される。この場合、一例として、セラミック粉末は、ＺｒＯ₂にＹ₂Ｏ3を微量添加したものが使用される。そして、バインダーとしてＰＶＢもしくはエチルセルロース又はこれらの混合物がセラミック粉末に対して１０〜２０部添加され、添加剤として可塑剤、分散剤をセラミック粉末に対して数部添加され、溶剤として、第１溶剤としてのアセトンに、第２溶剤としての２エチルヘキサノールを適量添加する。
【００８２】
ペースト１０２の粘性は、製版１０６の窓１０４からスムーズに角部４０に塗布され、かつ、印刷後、乾燥前に適当にダレるものが望ましい。粘度が高すぎると、塗布後希望の形状にならず固まりとなったり、また、粘度が低すぎると、乾燥後に厚みがなく希望の形状にならない場合がある。この条件を決定するには短いセラミック板３８の厚み、製版１０６の厚み及び粘度を考慮する必要がある。この実施の形態では、ペースト１０２の粘度として１〜１０万ｃｐｓとした。
【００８３】
同様に、第２の仮積層体９８のうち、セラミックグリーンシート９０Ｂの一主面６０とセラミックグリーンシート９２Ｂの側面６２で構成される角部４０に、後に付加部材４２となるペースト１０２をスクリーン印刷によって塗布する。
【００８４】
その後、図５のステップＳ６において、図１３に示すように、第１及び第２の仮積層体９６及び９８で第３の仮積層体１００を挟み込むようにして、これら第１〜第３の仮積層体９６、９８及び１００を積層した後、圧着して、セラミックグリーン積層体８０とする。このとき、セラミックグリーンシート９２Ａ及び９２Ｂの上部にペースト１０２がはみだすことも起こり得るが、第３の仮積層体１００を積層する際に埋没するため、このはみだした部分に関して考慮する必要はない。
【００８５】
その後、図５のステップＳ７において、前記セラミックグリーン積層体８０を焼成してセラミック積層体８２（図１４参照）を得る。
【００８６】
次に、図５のステップＳ８において、図１４に示すように、前記セラミック積層体８２の両表面、即ち、セラミックグリーンシート９０Ａ及び９０Ｂが積層された表面に相当する面に、それぞれ多層構造の圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成し、焼成によって圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂをセラミック積層体８２に一体化させる。もちろん、圧電／電歪素子１８ａ又は１８ｂはセラミック積層体８２の片側の表面のみに形成してもよい。
【００８７】
その後、図５のステップＳ９において、図１４に示すように、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成されたセラミック積層体８２のうち、切断線Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３に沿って切断することにより、セラミック積層体８２の側部と先端部を切除する。この切除によって、図１に示すように、セラミック基体１６に圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成され、かつ、互いに対向する端面３２ａ及び３２ｂを有する一対の薄板部１２ａ及び１２ｂが形成された圧電／電歪デバイス１０Ａを得る。
【００８８】
切断のタイミングは、切断線Ｋ１及びＫ２に沿って切断した後に、切断線Ｋ３に沿って切断してもよく、切断線Ｋ３に沿って切断した後に、切断線Ｋ１及びＫ２に沿って切断してもよい。もちろん、これらの切断を同時に行うようにしてもよい。また、切断線Ｋ３と対向する固定部１４の端面も適宜切断するようにしてもよい。その後、例えば超音波洗浄によって、前記切断による切屑等が除去されることになる。
【００８９】
次に、この第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａの各構成要素について説明する。
【００９０】
一対の薄板部１２ａ及び１２ｂの互いに対向する取付面３２ａ及び３２ｂには、圧電／電歪デバイス１０Ａ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、圧電／電歪デバイス１０Ａを変位素子として使用する場合であれば、光シャッタの遮蔽板等が取り付けられ、特に、ハードディスクドライブの磁気ヘッドの位置決めや、リンギング抑制機構に使用するのであれば、磁気ヘッド、磁気ヘッドを有するスライダ、スライダを有するサスペンション等の位置決めを必要とする部材が取り付けられる。
【００９１】
固定部１４は、上述したように、薄板部１２ａ及び１２ｂを支持する部分であり、例えば前記ハードディスクドライブの磁気ヘッドの位置決めに利用する場合には、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）に取り付けられたキャリッジアーム、前記キャリッジアームに取り付けられた固定プレート又はサスペンション等に固定部１４を支持固定することにより、圧電／電歪デバイス１０Ａの全体が固定される。また、この固定部１４には、図１に示すように、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを駆動するための接続端子２８及び３０やその他の部材が配置される場合もある。
【００９２】
固定部１４を構成する材料としては、剛性を有する限りにおいて特に限定されないが、上述したように、セラミックグリーンシート積層法を適用できるセラミックスを好適に用いることができる。
【００９３】
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、窒化アルミニウム、酸化チタンを主成分とする材料等が挙げられる他、これらの混合物を主成分とした材料が挙げられるが、機械的強度や靱性が高い点において、ジルコニア、特に安定化ジルコニアを主成分とする材料や部分安定化ジルコニアを主成分とする材料が好ましい。
【００９４】
薄板部１２ａ及び１２ｂは、上述したように、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの変位により駆動する部分である。薄板部１２ａ及び１２ｂは、可撓性を有する薄板状の部材であって、表面に配設された圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの伸縮変位を屈曲変位として増幅する機能を有する。従って、薄板部１２ａ及び１２ｂの形状や材質は、可撓性を有し、屈曲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よく、薄板部１２ａ及び１２ｂの取付面３２ａ及び３２ｂに取り付けられる部材に必要な応答性、操作性を考慮して適宜選択することができる。
【００９５】
薄板部１２ａ及び１２ｂを構成する材料としては、固定部１４と同様のセラミックス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を主成分とする材料と、部分安定化ジルコニアを主成分とする材料は、薄肉であっても機械的強度が大きいこと、靱性が高いこと、圧電／電歪層２２や電極２４及び２３６との反応性が小さいことから最も好適に用いられる。
【００９６】
前記安定化ジルコニア並びに部分安定化ジルコニアにおいては、次のように安定化並びに部分安定化されたものが好ましい。即ち、ジルコニアを安定化並びに部分安定化させる化合物としては、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム、酸化カルシウム、及び酸化マグネシウムがあり、少なくともそのうちの１つの化合物を添加、含有させることにより、あるいは１種類の化合物の添加のみならず、それら化合物を組み合わせて添加することによっても、目的とするジルコニアの安定化は可能である。
【００９７】
なお、それぞれの化合物の添加量としては、酸化イットリウムや酸化イッテルビウムの場合にあっては、１〜３０モル％、好ましくは１．５〜１０モル％、酸化セリウムの場合にあっては、６〜５０モル％、好ましくは８〜２０モル％、酸化カルシウムや酸化マグネシウムの場合にあっては、５〜４０モル％、好ましくは５〜２０モル％とすることが望ましいが、その中でも特に酸化イットリウムを安定化剤として用いることが好ましく、その場合においては、１．５〜１０モル％、更に好ましくは２〜４モル％とすることが望ましい。また、焼結助剤等の添加物としてアルミナ、シリカ、遷移金属酸化物等を０．０５〜２０ｗｔ％の範囲で添加することが可能であるが、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの形成手法として、膜形成法による焼成一体化を採用する場合は、アルミナ、マグネシア、遷移金属酸化物等を添加物として添加することも好ましい。
【００９８】
なお、機械的強度と安定した結晶相が得られるように、ジルコニアの平均結晶粒子径を０．０５〜３μｍ、好ましくは０．０５〜１μｍとすることが望ましい。また、上述のように、薄板部１２ａ及び１２ｂについては、固定部１４と同様のセラミックスを用いることができるが、好ましくは、実質的に同一の材料を用いて構成することが、接合部分の信頼性、圧電／電歪デバイス１０Ａの強度、製造の煩雑さの低減を図る上で有利である。
【００９９】
圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、少なくとも圧電／電歪層２２と、該圧電／電歪層２２に電界をかけるための一対の電極２４及び２６を有するものであり、ユニモルフ型、バイモルフ型等の圧電／電歪素子を用いることができるが、薄板部１２ａ及び１２ｂと組み合わせたユニモルフ型の方が、発生する変位量の安定性に優れ、軽量化に有利であるため、このような圧電／電歪デバイス１０Ａに適している。
【０１００】
前記圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、図１に示すように、薄板部１２ａ及び１２ｂの側面に形成する方が薄板部１２ａ及び１２ｂをより大きく駆動させることができる点で好ましい。
【０１０１】
圧電／電歪層２２には、圧電セラミックスが好適に用いられるが、電歪セラミックスや強誘電体セラミックス、あるいは反強誘電体セラミックスを用いることも可能である。但し、この圧電／電歪デバイス１０Ａをハードディスクドライブの磁気ヘッドの位置決め等に用いる場合は、薄板部１２ａ及び１２ｂの変位量と駆動電圧、又は出力電圧とのリニアリティが重要とされるため、歪み履歴の小さい圧電材料を用いることが好ましく、抗電界が１０ｋＶ／ｍｍ以下の材料を用いることが好ましい。
【０１０２】
具体的な圧電材料としては、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の単独、又はこれらの適宜の混合物等を挙げることができる。
【０１０３】
特に、高い電気機械結合係数と圧電定数を有し、圧電／電歪層２２の焼結時における薄板部（セラミックス）１２ａ及び１２ｂとの反応性が小さく、安定した組成のものが得られる点において、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛を主成分とする材料、又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。
【０１０４】
更に、前記圧電材料に、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、もしくは混合したセラミックスを用いてもよい。
【０１０５】
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、抗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。
【０１０６】
なお、シリカ等のガラス化し易い材料の添加は避けることが望ましい。なぜならば、シリカ等の材料は、圧電／電歪層２２の熱処理時に、圧電／電歪材料と反応し易く、その組成を変動させ、圧電特性を劣化させるからである。
【０１０７】
一方、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの一対の電極２４及び２６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、もしくはこれらの合金が用いられ、更に、これらに圧電／電歪層２２あるいは薄板部１２ａ及び１２ｂ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。
【０１０８】
圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂにおける電極２４及び２６の材料選定は、圧電／電歪層２２の形成方法に依存して決定される。例えば薄板部１２ａ及び１２ｂ上に一方の電極２４を形成した後、前記電極２４上に圧電／電歪層２２を焼成により形成する場合は、一方の電極２４には、圧電／電歪層２２の焼成温度においても変化しない白金、パラジウム、白金−パラジウム合金、銀−パラジウム合金等の高融点金属を使用する必要があるが、圧電／電歪層２２を形成した後に、前記圧電／電歪層２２上に形成される他方の電極２６は、低温で電極形成を行うことができるため、アルミニウム、金、銀等の低融点金属を主成分として使用することができる。
【０１０９】
また、電極２４及び２６の厚みは、少なからず圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの変位を低下させる要因ともなるため、特に圧電／電歪層２２の焼成後に形成される電極には、焼成後に緻密でより薄い膜が得られる有機金属ペースト、例えば金レジネートペースト、白金レジネートペースト、銀レジネートペースト等の材料を用いることが好ましい。
【０１１０】
そして、この第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａは、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に好適に利用でき、端面３２ａ及び３２ｂないし薄板部１２ａ及び１２ｂ間に取り付けられる物体のサイズを適宜調整することにより、センサの感度調整が容易になるという更なる利点がある。
【０１１１】
また、圧電／電歪デバイス１０Ａの製造方法においては、セラミック積層体８２の表面に圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成する方法として、上述したスクリーン印刷法のほかに、ディッピング法、塗布法、電気泳動法等の厚膜形成法や、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、化学気相成長法（ＣＶＤ）、めっき等の薄膜形成法を用いることができる。
【０１１２】
このような膜形成法を用いて圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成することにより、接着剤を用いることなく、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂと薄板部１２ａ及び１２ｂとを一体的に接合、配設することができ、信頼性、再現性を確保できると共に、集積化を容易にすることができる。
【０１１３】
この場合、厚膜形成法により圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを形成することが好ましい。特に、圧電／電歪層２２の形成において厚膜形成法を用いれば、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、粉末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ジョン、ゾル等を用いて膜化することができ、それを焼成することによって良好な圧電／電歪特性を得ることができるからである。
【０１１４】
なお、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。また、スクリーン印刷法は、膜形成とパターン形成とを同時に行うことができるため、製造工程の簡略化に有利である。
【０１１５】
また、セラミック積層体８２を切除する方法としては、ダイシング加工、ワイヤソー加工等の機械加工のほか、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ等のレーザ加工や電子ビーム加工を適用することが可能である。
【０１１６】
次に、第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂについて図１５を参照しながら説明する。
【０１１７】
この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂは、上述した第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、一対の薄板部１２ａ及び１２ｂにおける各先端部分が内方に向かって肉厚とされている点で異なる。
【０１１８】
前記肉厚部分は、薄板部１２ａ及び１２ｂの変位動作に伴って変位する可動部１１０ａ及び１１０ｂとして機能することになる。なお、この可動部１１０ａ及び１１０ｂの互いに対向する端面が取付面３２ａ及び３２ｂとなる。また、可動部１１０ａ及び１１０ｂの先端面と薄板部１２ａ及び１２ｂの先端面とはほぼ同一面とされている。
【０１１９】
そして、薄板部１２ａ（及び１２ｂ）の内壁面６０と可動部１１０ａ（及び１１０ｂ）の側面１１２とから構成される角部１１４に、付加部材１１６が設けられている。この付加部材１１６は、薄板部１２ａ（１２ｂ）の内壁面６０と短いセラミック板３８の側面６２（図４参照）とから構成される角部４０に設けられた付加部材４２と同様に、その表面における縦断面でみた場合の曲線が、図４に示すように、１つの変曲点６４を有する自由曲線となっている。
【０１２０】
従って、可動部１１０ａ及び１１０ｂの取付面３２ａ及び３２ｂ間に、光シャッタの遮蔽板や、磁気ヘッド、磁気ヘッドを有するスライダ、スライダを有するサスペンション等の位置決めを必要とする部材が取り付けられた場合に、薄板部１２ａ及び１２ｂの変位動作に伴う薄板部１２ａ及び１２ｂと可動部１１０ａ及び１１０ｂとの境界部分（角部１１４）において応力集中を発生させないようにすることができ、角部１１４での強度劣化を抑制することができる。
【０１２１】
次に、第３の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｃについて図１６を参照しながら説明する。
【０１２２】
この第３の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｃは、上述した第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂとほぼ同様の構成を有するが、可動部１１０ａ及び１１０ｂの位置が固定部１４寄りに配置されている点で異なる。その関係で、例えば可動部１１０ａと薄板部１２ａとの間には、２つの角部１１４Ａ及び１１４Ｂが存在することになるが、この第３の実施の形態では、これら角部１１４Ａ及び１１４Ｂにそれぞれ付加部材１１６Ａ及び１１６Ｂが設けられて構成されている。
【０１２３】
この場合、可動部１１０ａ及び１１０ｂは、部品を取付面３２ａ及び３２ｂ間に挟むように取り付ける際に、取り付けに使用する接着剤の量（厚み）と位置（接着面積）を規定するための機能をも果たすことになる。
【０１２４】
なお、この発明に係るセラミック積層体、セラミック積層体の製造方法、圧電／電歪デバイス、圧電／電歪デバイスの製造方法及びセラミック焼結体は、上述の実施の形態に限らず、この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。
【０１２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るセラミック積層体及びその製造方法によれば、長さの異なる複数のセラミック板を積層してなるセラミック積層体の強度を高めることができ、しかも、長いセラミック板を共振部材とした場合に、該共振部材の変位量や共振周波数への影響を抑えることができる。
【０１２６】
また、本発明に係る圧電／電歪デバイス及びその製造方法によれば、圧電／電歪デバイスにおける共振部分の強度を高めることができ、しかも、前記共振部分の変位量や共振周波数への影響を抑えることができる。
【０１２７】
また、本発明に係るセラミック焼結体によれば、長さの異なる複数のセラミック板を積層してなるセラミック焼結体の強度を高めることができ、しかも、長いセラミック板を共振部材とした場合に、該共振部材の変位量や共振周波数への影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスを示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスを示す正面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスにおける圧電／電歪素子の部分を示す拡大断面図である。
【図４】薄板部と短いセラミック板とで形成される角部を示す拡大斜視図である。
【図５】第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの製造方法を示す工程ブロック図である。
【図６】後に薄板部となるセラミックグリーンシートを示す斜視図である。
【図７】後に短いセラミック板となるセラミックグリーンシートを示す斜視図である。
【図８】後に固定部となるセラミックグリーンシートを示す斜視図である。
【図９】第１及び第２の仮積層体を示す斜視図である。
【図１０】図９におけるＸ−Ｘ線上の断面図である。
【図１１】第３の仮積層体を示す斜視図である。
【図１２】第１及び第２の仮積層体の角部に、後に付加部材となるペーストを印刷する場合の工程を示す説明図である。
【図１３】第１〜第３の仮積層体を積層して、セラミックグリーン積層体を作製する場合を示す説明図である。
【図１４】セラミックグリーン積層体を焼成してセラミック積層体とした後、圧電／電歪素子を形成した状態を示す説明図である。
【図１５】第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスを示す斜視図である。
【図１６】第３の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスを示す斜視図である。
【図１７】セラミック積層体の角部に補強部材を形成した第１の提案例を示す断面図である。
【図１８】セラミック積層体の角部に補強部材を形成した第２の提案例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…圧電／電歪デバイス
１２ａ、１２ｂ…薄板部 １４…固定部
１６…セラミック基体 １８ａ、１８ｂ…圧電／電歪素子
３６…切込み（切欠き） ３８…短いセラミック板
４０…角部 ４２…付加部材
６４…変曲点 ７０…セラミック積層体
９６…第１の仮積層体 ９８…第２の仮積層体
１００…第３の仮積層体 １０２…ペースト
１１０ａ、１１０ｂ…可動部 １１４、１１４Ａ、１１４Ｂ…角部
１１６、１１６Ａ、１１６Ｂ…付加部材

Claims (23)

1. 長さの異なる複数のセラミック板が積層されたセラミック積層体において、
   長いセラミック板の一主面と、該一主面上に積層された短いセラミック板の側面とから構成される角部に、湾曲面を有する付加部材が設けられ、
   前記付加部材の表面は、断面方向からみた際に、１つ以上の変曲点を有することを特徴とするセラミック積層体。
2. 請求項１記載のセラミック積層体において、
   長さの異なる３種類のセラミック板が、中央に長さの最も短いセラミック板が介在されて積層され、
   長さが最も長いセラミック板の一主面と、該一主面上に積層された前記長さが最も短いセラミック板の側面とから構成される角部に前記付加部材が設けられていることを特徴とするセラミック積層体。
3. 請求項１記載のセラミック積層体において、
   前記短いセラミック板の厚みが前記長いセラミック板の厚みよりも大きいことを特徴とするセラミック積層体。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミック積層体において、
   前記付加部材の断面上における前記短いセラミック板との接触長さが、該短いセラミック板の厚みの１〜１／５倍であることを特徴とするセラミック積層体。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のセラミック積層体において、
   前記付加部材の断面上における前記長いセラミック板との接触長さが、前記短いセラミック板の厚みの１０〜１／５倍であることを特徴とするセラミック積層体。
6. 請求項４又は５記載のセラミック積層体において、
   前記付加部材の断面上における前記短いセラミック板との接触長さが１〜５０μｍであることを特徴とするセラミック積層体。
7. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミック積層体において、
   前記付加部材の断面上における前記短いセラミック板との接触長さが、前記長いセラミック板との接触長さよりも短いことを特徴とするセラミック積層体。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のセラミック積層体において、
   前記長いセラミック板の厚みが３〜３００μｍであることを特徴とするセラミック積層体。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のセラミック積層体において、
   前記付加部材がセラミック材料で構成されていることを特徴とするセラミック積層体。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のセラミック積層体において、
    前記付加部材が前記長いセラミック板あるいは前記短いセラミック板と同じ材料で構成されていることを特徴とするセラミック積層体。
11. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のセラミック積層体において、
    前記付加部材が金属材料あるいは金属材料を含む材料で構成されていることを特徴とするセラミック積層体。
12. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のセラミック積層体において、
    前記付加部材がサーメット材料で構成されていることを特徴とするセラミック積層体。
13. 長さの異なる複数のセラミック板が積層されたセラミック積層体を有するセラミック焼結体において、
    長いセラミック板の一主面と、該一主面上に積層された短いセラミック板の側面とから構成される角部に、湾曲面を有するセラミック製の付加部材が設けられ、
    前記付加部材の表面は、断面方向からみた際に、１つ以上の変曲点を有し、
    これら長いセラミック板、短いセラミック板及び付加部材が一体焼結されていることを特徴とするセラミック焼結体。
14. 長さの異なる複数のセラミック板が積層されたセラミック積層体であって、長いセラミック板の一主面と該一主面上に積層された短いセラミック板の側面とから構成される角部に、湾曲面を有する付加部材が設けられ、該付加部材の表面が、断面方向からみた際に、１つ以上の変曲点を有するセラミック積層体の製造方法において、
    前記長いセラミック板となる第１のセラミックグリーンシートと前記短いセラミック板となる第２のセラミックグリーンシートとを積層してセラミックグリーン積層体とする工程と、
    前記第１のセラミックグリーンシートの一主面と該一主面上に積層された前記第２のセラミックグリーンシートの側面とから構成される角部に、前記付加部材のためのペーストを充填する工程と、
    前記セラミックグリーン積層体を焼成一体化して前記セラミック積層体を作製する工程とを有することを特徴とするセラミック積層体の製造方法。
15. 長さの異なる複数のセラミック板を多数積層してなるセラミック積層体を基体として使用する圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記セラミック積層体は、長いセラミック板の一主面と、該一主面上に積層された短いセラミック板の側面とから構成される角部に湾曲面を有する付加部材が設けられ、
    前記付加部材の表面は、断面方向からみた際に、１つ以上の変曲点を有することを特徴とする圧電／電歪デバイス。
16. 請求項１５記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記セラミック積層体からなる基体上に圧電／電歪素子が形成され、
    前記基体は、前記長いセラミック板にて構成された薄板部と、前記短いセラミック板にて構成された固定部とを有することを特徴とする圧電／電歪デバイス。
17. 請求項１６記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記圧電／電歪素子は、前記薄板部の他主面のうち、前記固定部の一部と対応する部分を含む面上に配置されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
18. 請求項１６又は１７記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記圧電／電歪素子は、圧電／電歪層と電極層とが互い違いに櫛歯状に積層された構造を有することを特徴とする圧電／電歪デバイス。
19. 請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記圧電／電歪素子は、圧電／電歪層と電極層とが互い違いに櫛歯状に４層以上積層された構造を有することを特徴とする圧電／電歪デバイス。
20. 請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記基体は、それぞれ板面が相対向して配された一対の薄板部と、前記一対の薄板部の 各一方の端部の相対向する面間に挟まれて設けられた矩形体状の固定部と、前記一対の薄板部の各他方の端部の相対向する面にそれぞれ設けられた矩形体状の可動部とを有し、
    前記一対の薄板部が前記長いセラミック板にて構成され、
    前記固定部及び前記可動部が前記短いセラミック板にて構成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
21. 請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記基体は、それぞれ板面が相対向して配された一対の薄板部と、前記一対の薄板部の各一方の端部の相対向する面間に挟まれて設けられた矩形体状の固定部とを有し、
    前記一対の薄板部が前記長いセラミック板にて構成され、
    前記固定部が前記短いセラミック板にて構成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
22. それぞれ板面が相対向して配された一対の薄板部と、前記一対の薄板部の各一方の端部の相対向する面間に挟まれて設けられた矩形体状の固定部と、前記一対の薄板部の各他方の端部の相対向する面にそれぞれ設けられた矩形体状の可動部とを有し、
    前記一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に圧電／電歪素子が配置された圧電／電歪デバイスの製造方法において、
    後に前記薄板部を構成する長いセラミック板となる第１のセラミックグリーンシートと前記固定部及び前記可動部を構成する短いセラミック板となる第２のセラミックグリーンシートとを積層する工程と、
    前記第１のセラミックグリーンシートの一主面と該一主面上に積層された前記第２のセラミックグリーンシートの側面とから構成される角部に、後に断面上１つ以上の変曲点を有する湾曲面を含む付加部材を形成するためのペーストを充填する工程と、
    前記複数のセラミックグリーンシートを更に積層してセラミックグリーン積層体とする工程と、
    前記セラミックグリーン積層体を焼成一体化してセラミック積層体とする工程と、
    前記セラミック積層体上に前記圧電／電歪素子を形成し、焼成した後、不要な部分を切除して前記圧電／電歪デバイスを作製する工程とを有することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
23. それぞれ板面が相対向して配された一対の薄板部と、前記一対の薄板部の各一方の端部の相対向する面間に挟まれて設けられた矩形体状の固定部とを有し、
    前記一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に圧電／電歪素子が配置された圧電／電歪デバイスの製造方法において、
    後に前記薄板部を構成する長いセラミック板となる第１のセラミックグリーンシートと前記固定部を構成する短いセラミック板となる第２のセラミックグリーンシートとを積層する工程と、
    前記第１のセラミックグリーンシートの一主面と該一主面上に積層された前記第２のセラミックグリーンシートの側面とから構成される角部に、後に断面上１つ以上の変曲点を有する湾曲面を含む付加部材を形成するためのペーストを充填する工程と、
    前記複数のセラミックグリーンシートを更に積層してセラミックグリーン積層体とする工程と、
    前記セラミックグリーン積層体を焼成一体化してセラミック積層体とする工程と、
    前記セラミック積層体上に前記圧電／電歪素子を形成し、焼成した後、不要な部分を切除して前記圧電／電歪デバイスを作製する工程とを有することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。

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