JP4851476B2 - 圧電／電歪デバイス - Google Patents

Description

本発明は、圧電／電歪素子の変位動作に基づいて作動する可動部を備えた圧電／電歪デバイス、も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、効率よ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。

近時、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。

従来、このような変位素子としては、例えば図５３に示すように、圧電／電歪材料からなる板状体４００に孔部４０２を設けることにより、固定部４０４と可動部４０６とこれらを支持する梁部４０８とを一体に形成し、更に、梁部４０８に電極層４１０を設けた圧電アクチュエータが開示されている（例えば特許文献１参照）。

前記圧電アクチュエータにおいては、電極層４１０に電圧を印加すると、逆圧電効果や電歪効果により、梁部４０８が固定部４０４と可動部４０６とを結ぶ方向に伸縮するため、可動部４０６を板状体４００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。

一方、特許文献２には、バイモルフを用いたアクチュエータに関して、そのバイモルフの電極を分割して設け、分割された電極を選択して駆動することにより、高精度な位置決めを高速に行う技術が開示され、この公報（特に第４図）には、例えば２枚のバイモルフを対向させて使用する構造が示されている。

特開平１０−１３６６６５号公報 特開昭６３−６４６４０号公報

しかしながら、前記圧電アクチュエータにおいては、圧電／電歪材料の伸縮方向（即ち、板状体４００の面内方向）の変位をそのまま可動部４０６に伝達していたため、可動部４０６の作動量が小さいという問題があった。

また、圧電アクチュエータは、すべ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るため、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、圧電アクチュエータ自体が重く、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）の影響を受けやすいという問題点があった。

前記問題点を解決するために、孔部４０２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、単に充填材を使用しただけでは、逆圧電効果や電歪効果による変位の量が低下することは明らかである。

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、デバイスの長寿命化、デバイスのハンドリング性並びに可動部への部品の取付性又はデバイスの固定性を向上させることができ、これにより、相対的に低電圧で可動部を大きく変位することができると共に、デバイス、特に、可動部の変位動作の高速化（高共振周波数化）を達成させることができ、しかも、有害な振動の影響を受け難く、高速応答が可能で、機械的強度が高く、ハンドリング性、耐衝撃性、耐湿性に優れた変位素子、並びに可動部の振動を精度よく検出することが可能なセンサ素子を得ることができる圧電／電歪デバイスを提供することを目的とする。

第１の本発明に係る圧電／電歪デバイスは、相対向する一対の金属製の薄板部と、これら薄板部を支持する固定部とからなり、少なくとも一方の薄板部上に接着剤を介して積層型圧電／電歪素子が固定されたアクチュエータ部を具備し、前記積層型圧電／電歪素子は、複数の圧電／電歪層と電極膜からなり、各圧電／電歪層の上下面に接する電極膜が互い違いに反対の端面に導出され、当該互い違いの反対の端面に導出された各電極膜を電気的に接続する端面電極が、最外層の前記圧電／電歪層の表面に設けられ、かつ、所定距離だけ離れて配置された端子部にそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする。これにより、積層化された圧電／電歪素子に対する駆動信号の供給並びに検知信号の取出しを容易に行うことができ、薄板部への積層型圧電／電歪素子の形成を実現することができる。

そして、この発明において、前記積層型圧電／電歪素子を、ほぼ直方体形状を呈するようにしてもよい。この場合、前記端子部間の所定距離は５０μｍ以上であることが好ましい。また、少なくとも一方の前記端子部と一方の前記端面電極とを、これら端子部や端面電極より薄い膜厚の電極膜で電気的に接続するようにしてもよい。

次に、第２の本発明に係る圧電／電歪デバイスは、相対向する一対の薄板部と、これら薄板部を支持する固定部とを具備し、前記一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスであり、前記一対の薄板部の開放端の間に前記固定部と実質的に同程度の大きさの物体が介在する場合の構造体の最小共振周波数が２０ｋＨｚ以上であって、前記物体と前記固定部との相対変位量が、前記共振周波数の１／４以下の周波数で実体的な印加電圧３０Ｖで０．５μｍ以上であることを特徴とする。

これにより、一対の薄板部を大きく変位させることができると共に、圧電／電歪デバイス、特に、一対の薄板部の変位動作の高速化（高共振周波数化）を達成させることができ、しかも、有害な振動の影響を受け難く、高速応答が可能で、機械的強度が高く、ハンドリング性、耐衝撃性、耐湿性に優れた変位素子、並びに可動部の振動を精度よく検出することが可能なセンサ素子を得ることができる。

少なくとも前記薄板部及び固定部は、セラミックスもしくは金属を用いて構成されていてもよく、また、各部をセラミック材料同士で構成することもできるし、あるいは金属材料同士で構成することもできる。更には、セラミックスと金属の材料とから製造されたものを組み合わせたハイブリッド構造として構成することもできる。

前記圧電／電歪素子と前記薄板部との間に接着剤を介在させた場合は、前記接着剤の厚みを前記圧電／電歪素子の厚みの１０％以下の厚みとすることが好ましい。また、前記一対の薄板部のうち、一方の薄板部に前記１以上の圧電／電歪素子を配設した場合は、前記一方の薄板部の厚みを、他方の薄板部の厚みよりも厚くすることが好ましい。

そして、前記一対の薄板部における開放端の間に物体が介在する場合に、前記一対の薄板部における前記物体との境界部分と前記固定部との境界部分との間の距離が０．４ｍｍ以上、２ｍｍ以下であって、前記一対の薄板部の各厚みが１０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。

前記圧電／電歪素子は、圧電／電歪層と電極膜からなるアクチュエータ膜が少なくとも３層以上の多層体で構成されていることが好ましい。この場合、前記アクチュエータ膜は１０層以下の多層体で構成されていることが好ましい。また、前記圧電／電歪層の厚みが５μｍ以上、３０μｍ以下であることが好ましく、前記電極膜の厚みは０．５μｍ以上、２０μｍ以下であることが好ましい。

また、前記圧電／電歪素子を構成する多層体の中の複数の電極膜が互い違いに積層され、１層おきに同一電圧が印加されるように接続されていることが好ましい。

特に、薄板部を金属製とした場合は、前記圧電／電歪素子は、該圧電／電歪素子を構成する多層体のうち、１層目の圧電／電歪層のみ、あるいは１層目の電極膜と１層目の圧電／電歪層が前記薄板部に接触するように形成すれば、異なる電極間の短絡現象を防止することができる。

また、前記電極膜の端部のうち、一方を、平面的に少なくとも前記固定部を含まない位置に形成するようにしてもよいし、前記圧電／電歪素子を構成する多層体の一端を、平面的に少なくとも前記固定部を含まない位置に形成するようにしてもよい。

また、前記一対の薄板部における開放端の間に物体が介在する場合に、前記一対の薄板部における前記物体との境界部分と前記固定部との境界部分との間の最短距離をＬａとし、前記物体又は前記固定部のうち、前記圧電／電歪素子を構成する多層体が形成されていない一方と前記薄板部との境界部分から前記電極膜の端部までの距離のうち、最も短い距離をＬｂとしたとき、（１−Ｌｂ／Ｌａ）が０．４以上であることが好ましく、更に好ましくは、（１−Ｌｂ／Ｌａ）が０．５〜０．８である。

前記薄板部を金属とする場合は、前記薄板部を冷間圧延加工された金属板にて構成することが好ましい。

また、前記圧電／電歪素子を構成する前記多層体と前記薄板部との間に厚みが０．１μｍ以上、３０μｍ以下の接着剤を介在させるようにしてもよい。この場合、前記接着剤は有機樹脂であってもよいし、ガラス、ロウ材又は半田であってもよい。

更に、前記多層体における前記薄板部との対向面に下地層を形成するようにしてもよい。また、前記薄板部のうち、少なくとも前記多層体が形成される部分に１以上の孔又は穴を形成するようにしてもよい。この場合、孔や穴内に接着剤が入り込むことから、接着面積が実質的に大きくなると共に、接着剤の厚みを薄くすることが可能となる。前記薄板部の表面のうち、少なくとも前記多層体が形成される部分を粗面としてもよい。この場合、接着面積が実質的に大きくなるため、接着を強固にすることができる。更に、前記薄板部と少なくとも前記固定部との間に厚みが０．１μｍ以上、３０μｍ以下の接着剤を介在されることが好ましい。この場合、前記接着剤は有機樹脂でもよいし、ガラス、ロウ材又は半田であってもよい。

また、前記薄板部と少なくとも前記固定部との対向部分からはみ出た前記接着剤のはみ出し形状に曲率を持たせることが好ましい。この場合、固定部の内壁や各薄板部の内壁も接着面として利用されることから、接着面積が大きくなり、接着強度を大きくすることができる。また、固定部の内壁と各薄板部の内壁との接合部分（角部）への応力集中を効果的に分散させることができる。

前記一対の薄板部における開放端の間に物体が介在する場合に、少なくとも前記固定部の前記物体に対向する角部を面取りすることが好ましい。この場合、面取りの角度や曲率半径を適宜調整することにより、接着剤のはみ出し量を安定化することができ、接着強度の局部的なばらつきを抑制することができ、歩留まりの向上を図ることができる。前記薄板部が金属板を打抜き加工することによって作製されている場合に、ハンドリング性や各部材の接着方向を考慮して、前記打抜き加工によるばりを外方に向けることが好ましい。

従って、本発明に係る圧電／電歪デバイスによれば、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、発振子、ディスクリミネータ等の能動素子のほか、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。

以上説明したように、本発明に係る圧電／電歪デバイスによれば、圧電／電歪デバイスの長寿命化、ハンドリング性並びに可動部への部品の取付性又は圧電／電歪デバイスの固定性を向上させることができ、これにより、相対的に低電圧で可動部を大きく変位させることができると共に、圧電／電歪デバイス、特に、可動部の変位動作の高速化（高共振周波数化）を達成させることができ、しかも、有害な振動の影響を受け難く、高速応答が可能で、機械的強度が高く、ハンドリング性、耐衝撃性、耐湿性に優れた変位素子、並びに可動部の振動を精度よく検出することが可能なセンサ素子を得ることができる。

以下、本発明に係る圧電／電歪デバイスの実施の形態例を図１〜図５２を参照しながら説明する。

ここで、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。

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、全体として長尺の直方体の形状を呈し、その長軸方向のほぼ中央部分に孔部１２が設けられた基体１４を有する。

基体１４は、相対向する一対の薄板部１６ａ及び１６ｂと、可動部２０と、前記一対の薄板部１６ａ及び１６ｂ並びに可動部２０を支持する固定部２２とを具備し、少なくとも薄板部１６ａ及び１６ｂの各一部にそれぞれ圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂが形成されている。

なお、前記基体１４については、全体をセラミックスもしくは金属を用いて構成されたもののほか、セラミックスと金属の材料で製造されたものを組み合わせたハイブリッド構造としてもよい。また、基体１４は、各部を有機樹脂、ガラス等の接着剤で接着してなる構造、ロウ付け、半田付け、共晶接合もしくは溶接等で一体化した金属一体構造等の構成を採用することができる。

この第１の実施の形態については、基体１４のうち、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂが金属製であって、他の可動部２０及び固定部２２がセラミック製とされたハイブリッド構造となっている。具体的には、金属製の薄板部１６ａ及び１６ｂがセラミック製の可動部２０と固定部２２の各側面に接着剤２００を介して固着されている。もちろん、薄板部１６ａ及び１６ｂ、可動部２０及び固定部２２を全て金属製にしてもよい。

そして、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂは、後述のとおり別体として圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを準備して、基体１４に有機樹脂、ガラス等の接着剤や、ロウ付け、半田付け、共晶接合等で貼り付けられるほか、膜形成法を用いることにより、前記貼り付けではなく直接基体１４に形成されることとなる。第１の実施の形態では、薄板部１６ａ及び１６ｂ上にそれぞれ圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂが接着剤２０２を介して固着されて構成されている。

また、この圧電／電歪デバイス１０Ａは、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの両内壁と可動部２０の内壁２０ａと固定部２２の内壁２２ａにより例えば矩形状の前記孔部１２が形成され、前記圧電／電歪素子２４ａ及び／又は２４ｂの駆動によって可動部２０が変位し、あるいは可動部２０の変位を圧電／電歪素子２４ａ及び／又は２４ｂにより検出する構成を有する。

圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂは、圧電／電歪層２６と、該圧電／電歪層２６の両側に形成された一対の電極２８及び３０とを有して構成され、該一対の電極２８及び３０のうち、一方の電極２８が少なくとも一対の薄板部１６ａ及び１６ｂに形成されている。

図１の例では、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを構成する一対の電極２８及び３０並びに圧電／電歪層２６の各先端面がほぼ揃っており、この圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの実質的駆動部分１８（一対の電極２８及び３０が圧電／電歪層２６を間に挟んで重なる部分）が固定部２２の外表面の一部から薄板部１６ａ及び１６ｂの外表面の一部にかけて連続的に形成されている。特に、この例では、一対の電極２８及び３０の各先端面が可動部２０の内壁２０ａよりもわずかに後端寄りに位置されている。もちろん、前記実質的駆動部分１８が可動部２０の一部から薄板部１６ａ及び１６ｂの一部にかけて位置するように圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを形成するようにしてもよい。

そして、上述の第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１に示すように、可動部２０に互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂが形成されて構成されている。各端面３６ａ及び３６ｂは、可動部２０の側面、即ち、素子形成面にほぼ平行な面であって、可動部２０の上面から孔部１２にかけて互いに分離されている。このとき、例えば図１２に示すように、可動部２０の中心軸ｎから各端面３６ａ及び３６ｂまでの距離Ｄａ及びＤｂをほぼ等しくすることが好ましい。

また、これら端面３６ａ及び３６ｂの間には、例えば図１に示すように、空隙（空気）３８を介在させるようにしてもよいし、図９に示す第７の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｇや、図１２に示すように、これら端面３６ａ及び３６ｂの間に前記可動部２０の構成部材とは異なる部材、例えば樹脂等からなる部材４０を介在させるようにしてもよい。

ところで、第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａにおいて、一対の電極２８及び３０への電圧の印加は、各電極２８及び３０のうち、それぞれ固定部２２の両側面（素子形成面）上に形成された端子（パッド）３２及び３４を通じて行われるようになっている。各端子３２及び３４の位置は、一方の電極２８に対応する端子３２が固定部２２の後端寄りに形成され、外部空間側の他方の電極３０に対応する端子３４が固定部２２の内壁２２ａ寄りに形成されている。

この場合、圧電／電歪デバイス１０Ａの固定を、端子３２及び３４が配置された面とは別の面を利用してそれぞれ別個に行うことができ、結果として、圧電／電歪デバイス１０Ａの固定と、回路と端子３２及び３４間の電気的接続の双方に高い信頼性を得ることができる。この構成においては、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣとも称される）、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣとも称される）、ワイヤボンディング等によって端子３２及び３４と回路との電気的接続が行われる。

圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの構成としては、図１に示す構成のほか、図２に示す第１の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａａのように、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを構成する一対の電極２８及び３０の各先端部を揃え、圧電／電歪層２６の先端部のみを可動部２０側に突出させるようにしてもよく、また、図３に示す第２の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｂのように、一方の電極２８と圧電／電歪層２６の各先端部を揃え、他方の電極３０の先端部のみを固定部２２寄りに位置させるようにしてもよい。この図３に示す圧電／電歪デバイス１０Ａｂにおいては、可動部２０の代わりに固定部２２に互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを設けた例を示す。

その他、図４に示す第３の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｃのように、一方の電極２８及び圧電／電歪層２６の各先端部を可動部２０の側面にまで延ばし、他方の電極３０の先端部を薄板部１６ａ及び１６ｂの長さ方向（Ｚ軸方向）のほぼ中央に位置させるようにしてもよい。

上述の例では、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを、１層構造の圧電／電歪層２６と一対の電極２８及び３０で構成するようにしたが、その他、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを、圧電／電歪層２６と一対の電極２８及び３０の複数を積層形態にして構成することも好ましい。

例えば図５に示す第４の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｄのように、圧電／電歪層２６並びに一対の電極２８及び３０をそれぞれ多層構造とし、一方の電極２８と他方の電極３０をそれぞれ交互に積層して、これら一方の電極２８と他方の電極３０が圧電／電歪層２６を間に挟んで重なる部分（実質的駆動部分１８）が多段構成とされた圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂとしてもよい。この図５では、圧電／電歪層２６を３層構造とし、１層目の下面（薄板部１６ａ及び１６ｂの側面）と２層目の上面に一方の電極２８をそれぞれ分離して形成し、１層目の上面と３層目の上面に他方の電極３０をそれぞれ分離して形成し、更に、一方の電極２８の各端部にそれぞれ端子３２ａ及び３２ｂを設け、他方の電極３０の各端部にそれぞれ端子３４ａ及び３４ｂを設けた例を示している。

また、図６に示す第５の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｅのように、圧電／電歪層２６並びに一対の電極２８及び３０をそれぞれ多層構造とし、一方の電極２８と他方の電極３０を断面ほぼ櫛歯状となるようにそれぞれ互い違いに積層し、これら一方の電極２８と他方の電極３０が圧電／電歪層２６を間に挟んで重なる部分（実質的駆動部分１８）が多段構成とされた圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂとしてもよい。この図６では、圧電／電歪層２６を３層構造とし、一方の電極２８が１層目の下面（薄板部１６ａ及び１６ｂの側面）と２層目の上面に位置するように櫛歯状に形成し、他方の電極３０が１層目の上面と３層目の上面に位置するように櫛歯状に形成した例を示している。この構成の場合、一方の電極２８同士並びに他方の電極３０同士をそれぞれつなぎ共通化することで、図５の構成と比べて端子３２及び３４の数を減らすことができるため、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの多層化に伴うサイズの大型化を抑えることができる。

また、図７に示すように、前記第５の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｅの他の例において、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを、その先端部が薄板部１６ａ及び１６ｂ上にとどまるように形成するようにしてもよい。図７の例では、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの先端部が薄板部の長さ方向ほぼ中央部に位置された例を示す。この場合、可動部２０を大きく変位させることができるという利点がある。

また、図８に示す第６の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｆのように、２つの多段構成の圧電／電歪素子２４ａ１及び２４ｂ１をそれぞれ固定部２２と薄板部１６ａ及び１６ｂとを跨るように形成し、他の２つの多段構成の圧電／電歪素子２４ａ２及び２４ｂ２をそれぞれ可動部２０と薄板部１６ａ及び１６ｂとを跨るように形成するようにしてもよい。この場合、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを多段構造にする効果と、可動部２０を変位させるための作用点が増えるという効果により、可動部２０をきわめて大きく変位させることができ、また、高速応答性にも優れたものになり、好ましい。

また、図９に示す第７の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｇのように、圧電／電歪層２６を２層構造とし、一方の電極２８が１層目の下面（薄板部１６ａ及び１６ｂの側面）と２層目の上面に位置するように櫛歯状に形成され、他方の電極３０が１層目の上面に位置するように形成された多段構成の圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂとしてもよい。この例では、可動部２０の端面３６ａ及び３６ｂ間に可動部２０とは異なる部材が充填されている。

このような圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを多段構造とすることにより、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの発生力が増大し、もって大変位が図られると共に、圧電／電歪デバイス１０Ａ自体の剛性が増すことで、高共振周波数化が図られ、変位動作の高速化が容易に達成できる。

なお、段数を多くすれば、駆動力の増大は図られるが、それに伴い消費電力も増えるため、実際に実施する場合には、用途、使用状態に応じて適宜段数等を決めればよい。また、この第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａでは、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを多段構造にして駆動力を上げても、基本的に薄板部１６ａ及び１６ｂの幅（Ｙ軸方向の距離）は不変であるため、例えば非常に狭い間隙において使用されるハードディスク用磁気ヘッドの位置決め、リンギング制御等のアクチュエータに適用する上で非常に好ましいデバイスとなる。また、センサ（例えば加速度センサ）として使用する場合においても、多段構造とすることにより、静電容量が増加し、発生電荷が増加するため、センサが発生する電気信号のレベルが大きくなり、センサの後段に接続される信号処理回路での処理が容易になるという利点がある。

上述の圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂにおいては、一対の電極２８及び３０間に圧電／電歪層２６を介在させたいわゆるサンドイッチ構造で構成した場合を示したが、その他、図１０に示すように、少なくとも薄板部１６ａ及び１６ｂの側面に形成された圧電／電歪層２６の一主面に櫛型の一対の電極２８及び３０を形成するようにしてもよいし、図１１に示すように、少なくとも薄板部１６ａ及び１６ｂの側面に形成された圧電／電歪層２６に櫛型の一対の電極２８及び３０を埋め込んで形成するようにしてもよい。

図１０に示す構造の場合、消費電力を低く抑えることができるという利点があり、図１１に示す構造の場合は、歪み、発生力の大きな電界方向の逆圧電効果を効果的に利用できる構造であることから、大変位の発生に有利になる。

具体的には、図１０に示す圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂは、圧電／電歪層２６の一主面に櫛型構造の一対の電極２８及び３０が形成されてなり、一方の電極２８及び他方の電極３０が互い違いに一定の幅の間隙２９をもって相互に対向する構造を有する。図１０では、一対の電極２８及び３０を圧電／電歪層２６の一主面に形成した例を示したが、その他、薄板部１６ａ及び１６ｂと圧電／電歪層２６との間に一対の電極２８及び３０を形成するようにしてもよいし、圧電／電歪層２６の一主面並びに薄板部１６ａ及び１６ｂと圧電／電歪層２６との間にそれぞれ櫛型の一対の電極２８及び３０を形成するようにしてもよい。

一方、図１１に示す圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂは、圧電／電歪層２６に埋め込まれるように、櫛型構造の一対の電極２８及び３０が形成され、一方の電極２８及び他方の電極３０が互い違いに一定の幅の間隙２９をもって相互に対向する構造を有する。

このような図１０及び図１１に示す圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂも第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａに好適に用いることができる。図１０及び図１１に示す圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂのように、櫛型の一対の電極２８及び３０を用いる場合は、各電極２８及び３０の櫛歯のピッチＤを小さくすることで、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの変位を大きくすることが可能である。

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の動作について説明する。まず、例えば２つの圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂが自然状態、即ち、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂが共に変位動作を行っていない場合は、図１２に示すように、圧電／電歪デバイス１０Ａの長軸（固定部２２の長軸）ｍと可動部２０の中心軸ｎとがほぼ一致している。

この状態から、例えば図１３Ａの波形図に示すように、一方の圧電／電歪素子２４ａにおける一対の電極２８及び３０に所定のバイアス電位Ｖｂを有するサイン波Ｗａをかけ、図１３Ｂに示すように、他方の圧電／電歪素子２４ｂにおける一対の電極２８及び３０に前記サイン波Ｗａとはほぼ１８０°位相の異なるサイン波Ｗｂをかける。

そして、一方の圧電／電歪素子２４ａにおける一対の電極２８及び３０に対して例えば最大値の電圧が印加された段階においては、一方の圧電／電歪素子２４ａにおける圧電／電歪層２６はその主面方向に収縮変位する。これにより、例えば図１４に示すように、一方の薄板部１６ａに対し、矢印Ａで示すように、該薄板部１６ａを例えば右方向に撓ませる方向の応力が発生することから、該一方の薄板部１６ａは右方向に撓み、このとき、他方の圧電／電歪素子２４ｂにおける一対の電極２８及び３０には、電圧は印加されていない状態となるため、他方の薄板部１６ｂは一方の薄板部１６ａの撓みに追従して右方向に撓む。その結果、可動部２０は、圧電／電歪デバイス１０Ａの長軸ｍに対して例えば右方向に変位する。なお、変位量は、各圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂに印加される電圧の最大値に応じて変化し、例えば最大値が大きくなるほど変位量も大きくなる。

特に、圧電／電歪層２６の構成材料として、高い抗電界を有する圧電／電歪材料を適用した場合には、図１３Ａ及び図１３Ｂの二点鎖線の波形に示すように、最小値のレベルが僅かに負のレベルとなるように、前記バイアス電位を調整するようにしてもよい。この場合、該負のレベルが印加されている圧電／電歪素子（例えば他方の圧電／電歪素子２４ｂ）の駆動によって、例えば他方の薄板部１６ｂに一方の薄板部１６ａの撓み方向と同じ方向の応力が発生し、可動部２０の変位量をより大きくすることが可能となる。つまり、図１３Ａ及び図１３Ｂにおける一点鎖線で示すような波形を使用することで、負のレベルが印加されている圧電／電歪素子２４ｂ又は２４ａが、変位動作の主体となっている圧電／電歪素子２４ａ又は２４ｂをサポートするという機能を持たせることができる。

なお、図８に示す圧電／電歪デバイス１０Ａｆの例では、対角線上に配置された例えば圧電／電歪素子２４ａ１と圧電／電歪素子２４ｂ２に、図１３Ａに示す電圧（サイン波Ｗａ参照）が印加され、他の圧電／電歪素子２４ａ２と圧電／電歪素子２４ｂ１に、図１３Ｂに示す電圧（サイン波Ｗｂ参照）が印加される。

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、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの微小な変位が薄板部１６ａ及び１６ｂの撓みを利用して大きな変位動作に増幅されて、可動部２０に伝達することになるため、可動部２０は、圧電／電歪デバイス１０Ａの長軸ｍに対して大きく変位させることが可能となる。

特に、この第１の実施の形態では、可動部２０に互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを設けるようにしている。この場合、互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂの間を空隙３８にしたり、前記互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂの間に可動部２０の構成部材よりも軽い部材４０を介在させることで、可動部２０の軽量化を有効に図ることができ、可動部２０の変位量を低下させることなく、共振周波数を高めることが可能となる。

ここで、周波数とは、一対の電極２８及び３０に印加する電圧を交番的に切り換えて、可動部２０を左右に変位させたときの電圧波形の周波数を示し、共振周波数とは、所定の正弦波電圧を印加した際に可動部２０の変位振幅が最大となる周波数を示す。

また、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、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂが金属製であって、他の可動部２０及び固定部２２がセラミック製とされたハイブリッド構造となっており、すべ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する必要がないため、機械的強度が高く、ハンドリング性、耐衝撃性、耐湿性に優れ、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）の影響を受け難いという利点を有する。

更に、この第１の実施の形態においては、互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂの間を空隙３８とした場合、一方の端面３６ａを含む可動部２０の一部２０Ａと、他方の端面３６ｂを含む可動部２０の別の一部２０Ｂとが撓みやすくなり、変形に強くなる。そのため、圧電／電歪デバイス１０Ａのハンドリング性に優れることとなる。

また、前記互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂの存在により、可動部２０又は固定部２２の表面積が大きくなる。従って、図１に示すように、互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを有する可動部２０とした場合は、可動部２０に他の部品を取り付ける場合に、その取付面積を大きくとることができ、部品の取付性を向上させることができる。ここで、部品を例えば接着剤等によって固着する場合を考えると、接着剤は可動部２０の一主面（部品取付面）のほか端面３６ａ及び３６ｂにまで行き渡ることとなるため、接着剤の塗布不足等を解消することが可能となり、部品を確実に固着することができる。

この一例として、図１５に、本実施の形態に係る圧電／電歪デバイス（一方の圧電／電歪デバイス１０Ａ１）の可動部２０に別の本実施の形態に係る圧電／電歪デバイス（他方の圧電／電歪デバイス１０Ａ２）を固着した場合を示す。

一方の圧電／電歪デバイス１０Ａ１は、その固定部２２が接着剤１２０を介して基板１２２の表面に固着されている。この一方の圧電／電歪デバイス１０Ａ１の可動部２０には、他方の圧電／電歪デバイス１０Ａ２の固定部２２が接着剤１２４を介して固着されている。即ち、２つの圧電／電歪デバイス１０Ａ１及び１０Ａ２が直列に配置された構成となっている。なお、他方の圧電／電歪デバイス１０Ａ２における可動部２０の互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂ間には可動部２０とは異なる軽量な部材１２６が介在されている。

この場合、一方の圧電／電歪デバイス１０Ａ１における可動部２０の端面３６ａ及び３６ｂの間にまで、他方の圧電／電歪デバイス１０Ａ２を固着するための接着剤１２４が行き渡っており、これにより、他方の圧電／電歪デバイス１０Ａ２は一方の圧電／電歪デバイス１０Ａ１に対して強固に固着されることになる。また、このように圧電／電歪デバイス１０Ａ２を接着すれば、接着と同時に端面３６ａ及び３６ｂ間に可動部２０とは異なる軽量な部材（この例では接着剤１２４）を介在させることができるため、製造工程が簡略化できるという利点がある。

一方、図３に示すように、互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを有する固定部２２とした場合は、前述した可動部２０に互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを有する場合の効果に加え、この第２の変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａｂを所定の固定部分に強固に固定することが可能となり、信頼性の向上を図ることができる。

また、この第１の実施の形態においては、一対の電極２８及び３０が圧電／電歪層２６を間に挟んで重なる部分（実質的駆動部分１８）を固定部２２の一部から薄板部１６ａ及び１６ｂの一部にかけて連続的に形成するようにしている。実質的駆動部分１８を更に可動部２０の一部にかけて形成した場合、可動部２０の変位動作が前記実質的駆動部分１８によって制限され、大きな変位を得ることができなくなるおそれがあるが、この第１の実施の形態では、前記実質的駆動部分１８を可動部２０にかけないように形成しているため、可動部２０の変位動作が制限されるという不都合が回避され、可動部２０の変位量を大きくすることができる。

逆に、可動部２０の一部に圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを形成する場合は、前記実質的駆動部分１８が可動部２０の一部から薄板部１６ａ及び１６ｂの一部にかけて位置させるように形成することが好ましい。これは、実質的駆動部分１８が固定部２２の一部にまでわたって形成されると、上述したように、可動部２０の変位動作が制限されるからである。

次に、第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａの好ましい構成例について説明する。

まず、可動部２０の変位動作を確実なものとするために、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの実質的駆動部分１８が固定部２２もしくは可動部２０にかかる距離ｇを薄板部１６ａ及び１６ｂの厚みｄの１／２以上とすることが好ましい。

そして、薄板部１６ａ及び１６ｂの内壁間の距離（Ｘ軸方向の距離）ａと薄板部１６ａ及び１６ｂの幅（Ｙ軸方向の距離）ｂとの比ａ／ｂが０．５〜２０となるように構成する。前記比ａ／ｂは、好ましくは１〜１５とされ、更に好ましくは１〜１０とされる。この比ａ／ｂの規定値は、可動部２０の変位量を大きくし、Ｘ−Ｚ平面内での変位を支配的に得られることの発見に基づく規定である。

一方、薄板部１６ａ及び１６ｂの長さ（Ｚ軸方向の距離）ｅと薄板部１６ａ及び１６ｂの内壁間の距離ａとの比ｅ／ａにおいては、好ましくは０．５〜１０とされ、更に好ましくは０．５〜５とすることが望ましい。

更に、孔部１２にゲル状の材料、例えばシリコンゲルを充填することが好ましい。通常は、充填材の存在によって、可動部２０の変位動作が制限を受けることになるが、この第１の実施の形態では、可動部２０への端面３６ａ及び３６ｂの形成に伴う軽量化や可動部２０の変位量の増大化を図るようにしているため、前記充填材による可動部２０の変位動作の制限が打ち消され、充填材の存在による効果、即ち、高共振周波数化や剛性の確保を実現させることができる。

また、可動部２０の長さ（Ｚ軸方向の距離）ｆは、短いことが好ましい。短くすることで軽量化と共振周波数の増大が図られるからである。しかしながら、可動部２０のＸ軸方向の剛性を確保し、その変位を確実なものとするためには、薄板部１６ａ及び１６ｂの厚みｄとの比ｆ／ｄを２以上、好ましくは５以上とすることが望ましい。

なお、各部の実寸法は、可動部２０への部品の取り付けのための接合面積、固定部２２を他の部材に取り付けるための接合面積、電極用端子などの取り付けのための接合面積、圧電／電歪デバイス１０Ａ全体の強度、耐久度、必要な変位量並びに共振周波数、そして、駆動電圧等を考慮して定められることになる。

具体的には、例えば薄板部１６ａ及び１６ｂの内壁間の距離ａは、１００μｍ〜２０００μｍが好ましく、更に好ましくは２００μｍ〜１６００μｍである。薄板部１６ａ及び１６ｂの幅ｂは、５０μｍ〜２０００μｍが好ましく、更に好ましくは１００μｍ〜５００μｍである。薄板部１６ａ及び１６ｂの厚みｄは、Ｙ軸方向への変位成分である煽り変位が効果的に抑制できるように、薄板部１６ａ及び１６ｂの幅ｂとの関係においてｂ＞ｄとされ、かつ、２μｍ〜１００μｍが好ましく、更に好ましくは１０μｍ〜８０μｍである。

薄板部１６ａ及び１６ｂの長さｅは、２００μｍ〜３０００μｍが好ましく、更に好ましくは３００μｍ〜２０００μｍである。可動部２０の長さｆは、５０μｍ〜２０００μｍが好ましく、更に好ましくは１００μｍ〜１０００μｍである。

このような構成にすることにより、Ｘ軸方向の変位に対してＹ軸方向の変位が１０％を超えないが、上述の寸法比率と実寸法の範囲で適宜調整を行うことで低電圧駆動が可能で、Ｙ軸方向への変位成分を５％以下に抑制できるというきわめて優れた効果を示す。つまり、可動部２０は、実質的にＸ軸方向という１軸方向に変位することになり、しかも、高速応答性に優れ、相対的に低電圧で大きな変位を得ることができる。

また、この圧電／電歪デバイス１０Ａにおいては、デバイスの形状が従来のような板状（変位方向に直交する方向の厚みが小さい形状）ではなく、可動部２０と固定部２２が概ね直方体の形状を呈しており、可動部２０と固定部２２の側面が連続するように一対の薄板部１６ａ及び１６ｂが設けられているため、圧電／電歪デバイス１０ＡのＹ軸方向の剛性を選択的に高くすることができる。

即ち、この圧電／電歪デバイス１０Ａでは、平面内（ＸＺ平面内）における可動部２０の動作のみを選択的に発生させることができ、可動部２０のＹＺ面内の動作（いわゆる煽り方向の動作）を抑制することができる。

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。

可動部２０は、上述したように、薄板部１６ａ及び１６ｂの駆動量に基づいて作動する部分であり、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。

固定部２２は、上述したように、薄板部１６ａ及び１６ｂ並びに可動部２０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）に取り付けられキャリッジアーム、該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２２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２２には、図１に示すように、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを駆動するための端子３２及び３４やその他の部材が配置される場合もある。

可動部２０及び固定部２２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、後述する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。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のほか、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と部分安定化ジルコニアを主成分とする材料が好ましい。また、金属材料においては、剛性を有する限り、限定されないが、ステンレス鋼、ニッケル、黄銅、白銅、青銅等が挙げられる。

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、ジルコニアは部分的にあるいは完全に安定することになるが、その安定化は、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。

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２４ａ及び２４ｂ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。

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１６ａ及び１６ｂについては、可動部２０並びに固定部２２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。

薄板部１６ａ及び１６ｂは、上述したように、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの変位により駆動する部分である。薄板部１６ａ及び１６ｂ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２４ａ及び２４ｂの伸縮変位を屈曲変位として増幅して、可動部２０に伝達する機能を有する。従って、薄板部１６ａ及び１６ｂ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足り、可動部２０の応答性、操作性を考慮して適宜選択することができる。

薄板部１６ａ及び１６ｂの厚みｄは、２μｍ〜１００μｍ程度とすることが好ましく、薄板部１６ａ及び１６ｂと圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂとを合わせた厚みは７μｍ〜５００μｍとすることが好ましい。電極２８及び３０の厚みは０．１〜５０μｍ、圧電／電歪層２６の厚みは３〜３００μｍとすることが好ましい。また、薄板部１６ａ及び１６ｂの幅ｂとしては、５０μｍ〜２０００μｍが好適である。

一方、薄板部１６ａ及び１６ｂ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足り、金属が好ましく採用される。この場合、前述のとおり、可撓性を有し、屈曲変形が可能な金属材料、具体的には、ヤング率１００ＧＰａ以上の金属材料であればよい。

好ましくは、鉄系材料としては、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＡＩＳＩ６５３、ＳＵＨ６６０等のオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０、４３４等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ６３０等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３１、ＡＩＳＩ６３２等のセミオーステナイト系等のステンレス鋼、マルエージングステンレス鋼、各種バネ鋼鋼材で構成することが望ましい。また、非鉄系材料としては、チタン−ニッケル合金をはじめとする超弾性チタン合金、黄銅、白銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン、ベリリウム銅、リン青銅、ニッケル、ニッケル鉄合金、チタン等で構成することが望ましい。

薄板部１６ａ及び１６ｂとして、可動部２０や固定部２２と同様に、セラミックスを用いる場合はジルコニアが好適である。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２６や電極材との反応性が小さいことから最も好適に用いられる。

圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂは、少なくとも圧電／電歪層２６と、該圧電／電歪層２６に電界をかけるための一対の電極２８及び３０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１６ａ及び１６ｂ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。

例えば、図１に示すように、一方の電極２８、圧電／電歪層２６及び他方の電極３０が層状に積層された圧電／電歪素子等を好適に用いることができるほか、図５〜図９に示すように、多段構成にしてもよい。この場合、電極２８及び３０を構成する膜（電極膜）の位置ずれ、即ち、１層おきの例えば電極２８の垂直投影面における面方向の位置ずれが５０μｍ以下となっている。これは電極３０も同様である。

前記圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂは、図１に示すように、圧電／電歪デバイス１０Ａの外面側に形成する方が薄板部１６ａ及び１６ｂをより大きく駆動させることができる点で好ましいが、使用形態などに応じて、圧電／電歪デバイス１０Ａの内面側、即ち、孔部１２の内壁面に形成してもよく、圧電／電歪デバイス１０Ａの外面側、内面側の双方に形成してもよい。

圧電／電歪層２６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、可動部２０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。

具体的な材料としては、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を単独である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、薄板部１６ａ及び１６ｂをセラミックスとし、圧電／電歪層２６を一体焼成する場合には、薄板部１６ａ及び１６ｂ（セラミックス）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、及びマグネシウムニオブ酸鉛を主成分とする材料、も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。

更に、前記材料に、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、スズ等の酸化物あるいは最終的に酸化物となる少なくとも１つの成分を含む化合物等を単独で、もしくは混合したセラミックスを用いてもよい。

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。

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。

一方、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの一対の電極２８及び３０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２６と同じ材料あるいは違う材料のセラミックスを分散させたサーメット材料を用いてもよい。

圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂにおける電極２８及び３０の材料選定は、圧電／電歪層２６の形成方法に依存して決定される。例えば薄板部１６ａ及び１６ｂ上に一方の電極２８を形成した後、該一方の電極２８上に圧電／電歪層２６を焼成により形成する場合は、一方の電極２８には、圧電／電歪層２６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２６を形成した後に、該圧電／電歪層２６上に形成される最外層に位置する場合の他方の電極３０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使用することができる。

前記積層型圧電／電歪素子２４が薄板部１６ａ及び１６ｂに対して接着剤２０２で貼り合わされる場合は、圧電／電歪層２６と電極２８及び３０（電極膜）とは多層に積層されて一体にされた後、一括に焼成されることが好ましく、その際の電極２８及び３０は白金、パラジウム、それらの合金等の高融点金属を使用する。また、電極２８及び３０は、高融点金属と圧電／電歪材料、あるいは他のセラミックスとの混合物であるサーメットとすることが好ましい。

また、電極２８及び３０の厚みは、少なからず圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの変位を低下させる要因ともなるため、特に圧電／電歪層２６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。

次に、第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａのいくつかの製造方法を図１６Ａ〜図２３を参照しながら説明する。

第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａは、薄板部１６ａ及び１６ｂを金属製とし、可動部２０及び固定部２２の構成材料をセラミックスとしている。従って、圧電／電歪デバイス１０Ａの構成要素として、薄板部１６ａ及び１６ｂ並びに圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを除く、固定部２２及び可動部２０についてはセラミックグリーンシート積層法を用いて製造することが好ましく、一方、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂをはじめとして、各端子３２及び３４については、薄膜や厚膜等の膜形成手法を用いて製造することが好ましい。

そして、可動部２０及び固定部２２の側面に対する薄板部１６ａ及び１６ｂの固着は接着剤２００による固着が好ましく、薄板部１６ａ及び１６ｂ上への圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂの固着は接着剤２０２による固着が好ましい。

圧電／電歪デバイス１０Ａの可動部２０や固定部２２を一体的に成形することが可能なセラミックグリーンシート積層法によれば、各部材の接合部の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、剛性確保に有利な方法である。

この第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａでは、薄板部１６ａ及び１６ｂと固定部２２との境界部分並びに薄板部１６ａ及び１６ｂと可動部２０との境界部分は、変位発現の支点となるため、これら境界部分の信頼性は圧電／電歪デバイス１０Ａの特性を左右する重要なポイントである。

また、以下に示す製造方法は、生産性や成形性に優れるため、所定形状の圧電／電歪デバイスを短時間に、かつ、再現性よく得ることができる。

以下、具体的に第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａの第１の製造方法について説明する。ここで、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１５８（例えば図１６Ｂ参照）と定義し、このセラミックグリーン積層体１５８を焼成して一体化したものをセラミック積層体１６０（例えば図１７Ａ参照）と定義し、セラミック積層体１６０と金属板を貼り合わせたものをハイブリッド積層体１６２（図１８参照）と定義し、このハイブリッド積層体１６２から不要な部分を切除して可動部２０、薄板部１６ａ及び１６ｂ並びに固定部２２が一体化されたものを基体１４Ｄ（図１９参照）と定義する。

また、この第１の製造方法においては、最終的にハイブリッド積層体１６２をチップ単位に切断して、圧電／電歪デバイス１０Ａを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。

まず、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。

次に、金型を用いた打抜き加工やレーザ加工等の方法により、セラミックグリーンシートを図１６Ａのような種々の形状に加工して、複数枚の基体形成用のセラミックグリーンシート、具体的には、少なくとも後に孔部１２を形成する窓部５４が形成された複数枚（例えば４枚）のセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄと、後に孔部１２を形成する窓部５４と互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを有する可動部２０を形成するための窓部１００とが連続形成されたセラミックグリーンシート１０２とを用意する。

その後、図１６Ｂに示すように、セラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄ及び１０２を積層・圧着して、セラミックグリーン積層体１５８とする。この積層にあたってはセラミックグリーンシート１０２を中央に位置させて積層する。その後、セラミックグリーン積層体１５８を焼成して、図１７Ａに示すように、セラミック積層体１６０を得る。このとき、セラミック積層体１６０には、窓部５４及び１００による孔部１３０が形成されたかたちとなる。

次に、図１７Ｂに示すように、別体として構成した圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂをそれぞれ薄板部となる金属板１５２Ａ及び１５２Ｂの表面にエポキシ系接着剤２０２で接着する。

次に、金属板１５２Ａ及び１５２Ｂでセラミック積層体１６０を挟み込むように、かつ、孔部１３０を塞ぐようにして、これら金属板１５２Ａ及び１５２Ｂをセラミック積層体１６０にエポキシ系の接着剤２００で接着し、ハイブリッド積層体１６２（図１８参照）とする。

次に、図１８に示すように、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂが形成されたハイブリッド積層体１６２のうち、切断線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５に沿って切断することにより、ハイブリッド積層体１６２の側部と先端部を切除する。この切除によって、図１９に示すように、基体１４Ｄのうち、金属板で構成された薄板部１６ａ及び１６ｂに圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂが形成され、かつ、互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを有する可動部２０が形成された第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａを得る。

一方、第２の製造方法は、まず、図２０Ａに示すように、少なくとも後に孔部１２を形成する窓部５４が形成された複数枚（例えば４枚）のセラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄと、後に孔部１２を形成する窓部５４と互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを有する可動部２０を形成するための窓部１００とが連続形成されたセラミックグリーンシート１０２とを用意する。

その後、図２０Ｂに示すように、セラミックグリーンシート５０Ａ〜５０Ｄ及び１０２を積層・圧着して、セラミックグリーン積層体１５８とする。その後、セラミックグリーン積層体１５８を焼成して、図２１Ａに示すように、セラミック積層体１６０を得る。このとき、セラミック積層体１６０には、窓部５４及び１００による孔部１３０が形成されたかたちとなる。

次に、図２１Ｂに示すように、金属板１５２Ａ及び１５２Ｂでセラミック積層体１６０を挟み込むように、かつ、孔部１３０を塞ぐようにして、これら金属板１５２Ａ及び１５２Ｂをセラミック積層体１６０にエポキシ系の接着剤２００で接着し、ハイブリッド積層体１６２とする。このとき、接着した金属板１５２Ａ及び１５２Ｂの表面に圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを貼り合わせる際に、十分な接着圧力がかけられるように、図２１Ａに示すように、必要に応じて、孔部１３０に充填材１６４を充填する。

充填材１６４は、最終的には除去する必要があるため、溶剤等に溶解しやすく、また、硬い材料であることが好ましく、例えば有機樹脂やワックス、ロウなどが挙げられる。また、アクリル等の有機樹脂にセラミック粉末をフィラーとして混合した材料を採用することもできる。

次に、図２１Ｂに示すように、ハイブリッド積層体１６２における金属板１５２Ａ及び１５２Ｂの表面に、別体として形成した圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂをエポキシ系の接着剤２０２で接着する。別体の圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂは、例えばセラミックグリーンシート積層法、印刷多層法により形成することができる。

次に、図２２に示すように、圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂが形成されたハイブリッド積層体１６２のうち、切断線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５に沿って切断することにより、ハイブリッド積層体１６２の側部と先端部を切除する。この切除によって、図２３に示すように、基体１４Ｄのうち、金属板で構成された薄板部１６ａ及び１６ｂに圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂが形成され、かつ、互いに対向する端面３６ａ及び３６ｂを有する可動部２０が形成された第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａを得る。

また、基体部をすべて金属とする場合には、例えば図１７Ａにおけるセラミック積層体１６０に相当する部位を鋳造により形成するほか、バルク状部材を研削加工、ワイヤ放電加工、金型打抜き加工、ケミカルエッチングの方法で形成したり、薄板状の金属を積層し、クラッディング法により形成すればよい。

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２４〜図５２を参照しながら説明する。

この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂは、図２４に示すように、相対向する一対の薄板部１６ａ及び１６ｂと、これら薄板部１６ａ及び１６ｂを支持する固定部２２とを具備し、前記一対の薄板部１６ａ及び１６ｂのうち、一方の薄板部１６ａに積層型圧電／電歪素子２４が配設されて構成されている。なお、積層型圧電／電歪素子２４は構造が複雑であるため、図２４及び図２５において、簡略化して示し、図２６〜図２９において、その詳細な拡大図を示してある。

一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの各後端部の間には、固定部２２が例えば接着剤２００によって固着され、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの各先端部は開放端となっている。

一対の薄板部１６ａ及び１６ｂにおける各先端部の間には、例えば図２５に示すように、上述の可動部２０、あるいは種々の部材や部品が例えば接着剤２００を介して固着される。図２５の例では、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂにおける各先端部の間に、固定部２２と同一の部材で構成された可動部２０を接着剤２００を介して固着した例を示す。

一対の薄板部１６ａ及び１６ｂは、それぞれ金属にて構成され、固定部２２や可動部２０については、セラミックスもしくは金属を用いて構成される。特に、図２４や図２５の例では、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂのうち、積層型圧電／電歪素子２４が形成される一方の薄板部１６ａの厚みが他方の薄板部１６ｂの厚みよりも大とされている。

また、積層型圧電／電歪素子２４は、薄板部１６ａに対して有機樹脂、ガラス、ロウ付け、半田付け、共晶接合等の接着剤２０２で貼り付けられる。即ち、金属製の薄板部１６ａに前記積層型圧電／電歪素子２４が接着剤２０２を介して固着されることによって、圧電／電歪デバイス１０Ｂの駆動源であるアクチュエータ部２０４が構成されることになる。

そして、この圧電／電歪デバイス１０Ｂは、アクチュエータ部２０４の駆動によって薄板部１６ａ（図２５の例では１６ａ及び１６ｂ）における先端部（可動部２０が取り付けられた部分）が変位する。あるいは薄板部１６ａにおける先端部の変位がアクチュエータ部（センサとして使用する場合はドランスデューサ部）２０４を通じて電気的に検出されることになる。この場合、センサとして利用されることになる。

積層型圧電／電歪素子２４は、例えば図２６に示すように、圧電／電歪層２６並びに一対の電極２８及び３０をそれぞれ多層構造とし、一方の電極２８と他方の電極３０をそれぞれ交互に積層して、これら一方の電極２８と他方の電極３０が圧電／電歪層２６を間に挟んで重なる部分が多段構成とされている。

図２６では、圧電／電歪層２６並びに一対の電極２８及び３０をそれぞれ多層構造とし、一方の電極２８と他方の電極３０を断面ほぼ櫛歯状となるようにそれぞれ互い違いに積層し、これら一方の電極２８と他方の電極３０が圧電／電歪層２６を間に挟んで重なる部分が多段構成とされている。

詳しくは、前記積層型圧電／電歪素子２４は、ほぼ直方体形状を呈し、複数の圧電／電歪層２６と電極膜２８及び３０から構成されている。そして、各圧電／電歪層２６の上下面に接する電極膜２８及び３０が互い違いに反対の端面２０８及び２０９にそれぞれ導出され、当該互い違いの反対の端面２０８及び２０９に導出された各電極膜２８及び３０を電気的に接続する端面電極２８ｃ及び３０ｃが、最外層の圧電／電歪層２６の表面に設けられ、かつ、所定距離Ｄｋだけ離れて配置された端子部２８ｂ及び３０ｂに電気的に接続されている。

前記端子部２８ｂ及び３０ｂ間の所定距離Ｄｋは、２０μｍ以上であることが好ましい。また、圧電／電歪層２６の上下面に接する電極膜２８及び３０の材質と端面電極２８ｃ及び３０ｃの材質を異ならせるようにしてもよい。また、少なくとも一方の端子部（図２６の例では、端子部２８ｂ）と該端子部２８ｂと対応する端面電極２８ｃとを、これら端子部２８ｂや端面電極２８ｃより薄い薄膜の電極膜（外表面電極）２８ｄで電気的に接続するようにしてもよい。

また、圧電／電歪層２６の焼成後に形成される表面の電極膜２８ｄ、端面電極２８ｃ及び３０ｃ、端子部２８ｂ及び３０ｂは、圧電／電歪層２６の焼成前に形成される、あるいは同時に焼成される電極膜２８及び３０よりも薄く、また、耐熱性の低いものとしてもよい。

この図２６では、圧電／電歪層２６を５層構造とし、一方の電極２８を１層目の上面と３層目の上面と５層目の上面に位置するように櫛歯状に形成し、他方の電極３０を２層目の上面と４層目の上面に位置するように櫛歯状に形成した例を示している。

また、図２８では、圧電／電歪層２６を同じく５層構造とし、一方の電極２８を１層目の上面と３層目の上面と５層目の上面に位置するように櫛歯状に形成し、他方の電極３０を１層目の下面と２層目の上面と４層目の上面に位置するように櫛歯状に形成した例を示している。

これらの構成の場合、一方の電極２８同士並びに他方の電極３０同士をそれぞれつなぎ共通化することで、端子の数の増加を抑制することができるため、積層型圧電／電歪素子２４を用いたことによるサイズの大型化を抑えることができる。

このように積層型圧電／電歪素子２４を用いることにより、アクチュエータ部２０４の駆動力が増大し、もって大変位が図られると共に、圧電／電歪デバイス１０Ｂ自体の剛性が増すことで、高共振周波数化が図られ、変位動作の高速化が容易に達成できる。

なお、段数を多くすれば、アクチュエータ部２０４の駆動力の増大は図られるが、それに伴い消費電力も増えるため、実施する場合には、用途、使用状態に応じて適宜段数等を決めればよい。また、この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂでは、積層型圧電／電歪素子２４を用いることによって、アクチュエータ部２０４の駆動力を上げても、基本的に薄板部１６ａ及び１６ｂの幅（Ｙ軸方向の距離）ｂは不変であるため、例えば非常に狭い間隙において使用されるハードディスク用磁気ヘッドの位置決め、リンギング制御等のアクチュエータに適用する上で非常に好ましいデバイスとなる。

ここで、薄板部１６ａに対する積層型圧電／電歪素子２４の形成位置に関しては、前記積層型圧電／電歪素子２４を構成する多層体の先端面２０８が、平面的に少なくとも固定部２２を含まない位置（図２５の例では、可動部２０と固定部２２との間に形成される孔に含まれる位置）で、前記積層型圧電／電歪素子２４を構成する多層体の後端面２０９が、平面的に少なくとも固定部２２を含む位置であって、電極２８の端部２８ａは平面的に少なくとも固定部２２を含む位置であって、電極３０の端部３０ａは平面的に固定部２２を含まない位置（図２５の例では、同じく可動部２０と固定部２２との間に形成される孔に含まれる位置）に形成されることが好ましい。

なお、一対の電極２８及び３０への電圧の印加は、５層目の圧電／電歪層２６上に形成された各電極２８及び３０の端部（端子部２８ｂ及び３０ｂ）を通じて行われるようになっている。各端子部２８ｂ及び３０ｂは電気的に絶縁できる程度に離間して形成されている。

端子部２８ｂ及び３０ｂの所定間隔Ｄｋは、２０μｍ以上が好ましく、更に、端子部２８ｂ及び３０ｂの厚みが１μｍ〜３０μｍの場合は、５０μｍ以上が好ましい。また、端子部２８ｂ及び３０ｂは、内部電極２８及び３０と同じ材質であっても異なる材質であっても構わない。例えば、圧電／電歪層２６と同時焼成する場合は、同じ材質とし、別焼成では異なる材質とすればよい。

端面電極２８ｃ及び３０ｃは、内部電極２８及び３０並びに圧電／電歪層２６の焼成後、これらの端面を研削、研磨等して内部電極と端面電極とを電気的に接続することが好ましい。端面電極２８ｃ及び３０ｃの材質も内部電極２８及び３０と同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、内部電極２８及び３０には白金ペースト、外表面電極２８ｄには金レジネート、端面電極２８ｃ及び３０ｃ並びに端子部２８ｂ及び３０ｂには金ペーストを利用することが好ましいが、上述した第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａとほぼ同じ構成をとることもできる。

この場合、圧電／電歪デバイス１０Ｂの固定を、端子部２８ｂ及び３０ｂが配置された面とは別の面を利用してそれぞれ別個に行うことができ、結果として、圧電／電歪デバイス１０Ｂの固定と、回路と端子部２８ｂ及び３０ｂ間の電気的接続の双方に高い信頼性を得ることができる。この構成においては、フレキシブルプリント回路、フレキシブルフラットケーブル、ワイヤボンディング等によって端子部２８ｂ及び３０ｂと回路との電気的接続が行われる。

このように、第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂにおいては、アクチュエータ部２０４を、金属製の薄板部１６ａ上に接着剤２０２を介して積層型圧電／電歪素子２４を固着させて構成するようにしているため、積層型圧電／電歪素子２４の平面上の面積を広げなくても薄板部１６ａ（及び１６ｂ）を大きく変位させることができ、しかも、薄板部１６ａ（及び１６ｂ）が金属製であるため、強度や靱性に優れ、急激な変位動作にも対応できる。

つまり、この第２の実施の形態では、使用環境の変動や過酷な使用状態においても十分に対応でき、耐衝撃性に優れ、圧電／電歪デバイス１０Ｂの長寿命化、ハンドリング性の向上を図ることができ、しかも、相対的に低電圧で薄板部１６ａ（及び１６ｂ）を大きく変位させることができると共に、薄板部１６ａ（及び１６ｂ）の剛性が高く、またアクチュエータ部２０４の膜厚が厚く、剛性が高いため、薄板部１６ａ（及び１６ｂ）の変位動作の高速化（高共振周波数化）を達成させることができる。

通常、薄板部１６ａと、歪み変形する積層型圧電／電歪素子２４とを組み合わせたアクチュエータ部２０４において、これを高速に駆動するにはアクチュエータ部２０４の剛性を高めることが必要であり、大きな変位を得るにはアクチュエータ部２０４の剛性を低めることが必要である。

しかし、この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂにおいては、アクチュエータ部２０４を構成する薄板部１６ａ及び１６ｂを対向させて一対の薄板部１６ａ及び１６ｂとし、この一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの各後端部の間に固定部２２を接着剤２００により固着し、積層型圧電／電歪素子２４を多段構造とし、当該積層型圧電／電歪素子２４の位置及び構成部材の材質、大きさを適宜選択して、圧電／電歪デバイス１０Ｂを構成するようにしたので、上述のような相反する特性を両立させることが可能となり、前記一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの開放端の間に固定部２２と実質的に同程度の大きさの物体が介在する場合の構造体の最小共振周波数が２０ｋＨｚ以上であって、前記物体と固定部２２との相対変位量が、前記共振周波数の１／４以下の周波数で実体的な印加電圧３０Ｖで０．５μｍ以上とすることが可能となる。

その結果、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂを大きく変位させることができると共に、圧電／電歪デバイス１０Ｂ、特に、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの変位動作の高速化（高共振周波数化）を達成させることができる。

また、この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂにおいては、積層型圧電／電歪素子２４の微小な変位が薄板部１６ａ及び１６ｂの撓みを利用して大きな変位動作に増幅されて、可動部２０に伝達することになるため、可動部２０は、圧電／電歪デバイス１０Ｂの長軸ｍ（図１４参照）に対して大きく変位させることが可能となる。

また、この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂにおいては、すべ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する必要がないため、機械的強度が高く、ハンドリング性、耐衝撃性、耐湿性に優れ、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）の影響を受け難いという利点を有する。

また、図２４に示すように、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの先端部を開放端としているため、この圧電／電歪デバイス１０Ｂに種々の部材や部品を取り付ける場合に、前記一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの先端部を利用することができ、これら先端部で部材や部品を挟み込むようにして取り付けることができる。この場合、部材や部品の取付面積を大きくとることができ、部品の取付性を向上させることができる。しかも、取り付けられる部材や部品が一対の薄板部１６ａ及び１６ｂ内に含まれる形になるため、部材や部品を取り付けた後の圧電／電歪デバイスのＹ方向の大きさを小さくすることができ、小型化において有利となる。

もちろん、図２５に示すように、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂにおける各先端部の間に可動部２０を固着した場合は、可動部２０の一主面に種々の部材や部品が例えば接着剤を介して固着されることになる。

また、この第２の実施の形態においては、前記積層型圧電／電歪素子２４を構成する多層体の先端面２０８が平面的に少なくとも固定部２２を含まない位置で、前記多層体の後端面２０９が、平面的に少なくとも固定部２２を含む位置であって、電極２８の端部２８ａは平面的に少なくとも固定部２２を含む位置であって、電極３０の端部３０ａは平面的に固定部２２を含まない位置に形成するようにしている。

例えば一対の電極２８及び３０の各端部を、可動部２０に含まれる位置に形成した場合、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの変位動作が積層型圧電／電歪素子２４によって制限され、大きな変位を得ることができなくなるおそれがあるが、この第２の実施の形態では、上述の位置関係としているため、可動部２０の変位動作が制限されるという不都合が回避され、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂの変位量を大きくすることができる。

次に、第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂの好ましい構成例について説明する。好ましい構成例については、上述した第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａとほぼ同じであるため、この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂに特有の好ましい構成例のみ説明する。

まず、この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂにおいては、該圧電／電歪デバイス１０Ｂの形状が従来のような板状ではなく、可動部２０を設けた場合、可動部２０と固定部２２が直方体の形状を呈しており、可動部２０と固定部２２の側面が連続するように一対の薄板部１６ａ及び１６ｂが設けられて、矩形の環状構造となっているため、圧電／電歪デバイス１０ＢのＹ軸方向の剛性を選択的に高くすることができる。

即ち、この圧電／電歪デバイス１０Ｂでは、平面内（ＸＺ平面内）における可動部２０の動作のみを選択的に発生させることができ、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂのＹＺ面内の動作（いわゆる煽り方向の動作）を抑制することができる。

薄板部１６ａ及び１６ｂは金属であることが望ましく、固定部２２や可動部２０は異種材料であってもよいが、金属であることがより好ましい。薄板部１６ａ及び１６ｂと固定部２２、薄板部１６ａ及び１６ｂと可動部２０とは、有機樹脂、ロウ材、半田等で接着してもよいが、金属間で拡散接合あるいは溶接させた一体構造がより好ましい。更に、冷間圧延加工された金属を利用すると、転位が多く存在することから高強度であり、更に望ましい。

また、この第２の実施の形態では、一方の薄板部１６ａのみに積層型圧電／電歪素子２４を形成するようにしたので、図３０に示すように、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂにそれぞれ圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを形成したもの（変形例）と比して安価に作製することができる。更に、この第２の実施の形態では、可動部２０を固着した状態で見た場合、積層型圧電／電歪素子２４が形成された厚みの大きい薄板部１６ａが直接変位し、これに連動して積層型圧電／電歪素子２４が形成されていない厚みの薄い薄板部１６ｂが変位することになるため、より大きく変位させることができる。

また、薄板部１６ａへの積層型圧電／電歪素子２４の形成は、薄板部１６ａに積層型圧電／電歪素子２４を有機樹脂、ロウ材、半田等で接着させることにより実現させることができるが、低温で接着させる場合は、有機樹脂が望ましく、高温で接着させてもよい場合は、ロウ材、半田、ガラス等が好ましい。しかし、薄板部１６ａと積層型圧電／電歪素子２４と接着剤２０２は、一般に熱膨張率が異なることが多いため、積層型圧電／電歪素子２４に熱膨張率の差による応力を生じさせないようにするために、接着温度は低いことが望ましい。有機樹脂であれば、概ね１８０℃以下の温度で接着が可能であるため、好ましく採用される。更に好ましくは、室温硬化型の接着剤を用いることが望ましい。また、薄板部１６ａ及び１６ｂと圧電／電歪素子２４との固定が、固定部２２、可動部２０と薄板部１６ａ及び１６ｂとの固定後あるいは同時固定の場合、固定部２２あるいは可動部２０が開放型の構造であれば、異種材料間に発生する歪みを効果的に低減することができる。

積層型圧電／電歪素子２４に熱応力を及ぼさないようにするために、積層型圧電／電歪素子２４と薄板部１６ａとの接着は、有機樹脂で行い、薄板部１６ａ及び１６ｂと固定部２２や可動部２０の固定は別工程にすることが好ましい。

また、図３１に示すように、積層型圧電／電歪素子２４の一部が固定部２２に位置する場合において、一対の薄板部１６ａ及び１６ｂにおける可動部２０との境界部分と固定部２２との境界部分との間の最短距離をＬａ、可動部２０と薄板部１６ａとの境界部分から積層型圧電／電歪素子２４の一対の電極２８及び３０におけるいずれかの端部２８ａ又は３０ａまでの距離のうち、最も短い距離をＬｂとしたとき、（１−Ｌｂ／Ｌａ）が０．４以上であることが好ましく、０．５〜０．８がより好ましい。０．４以下の場合は、変位を大きくとれない。０．５〜０．８の場合は、変位と共振周波数の両立が達成しやすいが、この場合、一方の薄板部１６ａにのみ積層型圧電／電歪素子２４が形成された構造のものがより適している。これは、積層型圧電／電歪素子２４の一部が可動部２０に位置する場合においても同様である。

積層型圧電／電歪素子２４の総厚は、４０μｍ以上とすることが好ましい。４０μｍ未満であると、積層型圧電／電歪素子２４を薄板部１６ａに接着することが困難である。また、前記総厚は１８０μｍ以下が望ましい。１８０μｍを超過すると、圧電／電歪デバイス１０Ｂの小型化が困難となる。

積層型圧電／電歪素子２４のうち、薄板部１６ａと接する部分は、接着剤２０２としてロウ材や半田等の金属を利用する場合、図２８や図２９に示すように、濡れ性の関係から最下層に電極膜が存在することが好ましい。図２８や図２９では、他方の電極３０を構成する電極膜を配置した状態を示す。

また、図２６や図２８に示す積層型圧電／電歪素子２４を薄板部１６ａにロウ材や半田等の金属層を介して接着する場合は、図２７や図２９に示すように、積層型圧電／電歪素子２４の下面うち、少なくとも一方の電極２８が存在する角部を面取りすることが好ましい。これは、一対の電極２８及び３０が金属層及び薄板部１６ａを通じて短絡するのを防止するためである。図２７は、一対の電極２８及び３０が存在する２つの角部を面取りした例を示し、図２９は一方の電極２８が存在する角部を面取りした例を示す。

薄板部１６ａに積層型圧電／電歪素子２４を接着するための接着剤２０２や薄板部１６ａ及び１６ｂを固定部２２等に接着するための接着剤２００としては、エポキシ、イソシアネート系のような２液型の反応性接着剤、シアノアクリレート系等の瞬間接着剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のホットメルト接着剤等でよいが、特に、薄板部１６ａに積層型圧電／電歪素子２４を接着するための接着剤２０２としては、硬度がショアＤで８０以上のものが好ましい。

また、薄板部１６ａ及び１６ｂと積層型圧電／電歪素子２４（２４ａ及び２４ｂ）とを接着する接着剤２０２としては、金属、セラミックス等のフィラーを含有した有機接着剤とすることが望ましい。この場合、接着剤２０２の厚みは、１００μｍ以下の厚みにすることが望ましい。フィラーを含有させることで、実質的な樹脂分の厚みが小さくなることと、接着剤の硬度を高く保つことができるからである。

接着剤２００及び２０２としては、上述の有機接着剤のほか、無機接着剤でもよく、この無機接着剤としては、ガラス、セメント、半田、ロウ材等がある。

一方、薄板部１６ａ及び１６ｂ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足り、金属が好ましく採用される。この場合、前述のとおり、可撓性を有し、屈曲変形が可能な金属材料、具体的には、ヤング率１００ＧＰａ以上の金属材料であればよい。

好ましくは、鉄系材料としては、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＡＩＳＩ６５３、ＳＵＨ６６０等のオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０、４３４等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ６３０等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３１、ＡＩＳＩ６３２等のセミオーステナイト系等のステンレス鋼、マルエージングステンレス鋼、各種バネ鋼鋼材で構成することが望ましい。また、非鉄系材料としては、チタン−ニッケル合金をはじめとする超弾性チタン合金、黄銅、白銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン、ベリリウム銅、リン青銅、ニッケル、ニッケル鉄合金、チタン等で構成することが望ましい。

次に、第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂを作製するためのいくつかの製造方法を図３２〜図４０を参照しながら説明する。

第３の製造方法は、まず、図３２に示すように、縦１．６ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．９ｍｍのステンレス板２５０の中央部に縦１ｍｍ×横８ｍｍの矩形状の孔２５２を穿設して、該孔２５２の両側にそれぞれ支持部２５４及び２５６が配された矩形の環状構造を有する基体２５８を作製する。

その後、図３３に示すように、縦１．６ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．０５ｍｍの第１のステンレス薄板２６０と、縦１．６ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．０２ｍｍの第２のステンレス薄板２６２（図３５参照）を用意する。

その後、図３３に示すように、第１のステンレス薄板２６０の上面のうち、積層型圧電／電歪素子２４が形成される部分に接着剤２０２（例えばエポキシ樹脂製接着剤）をスクリーン印刷によって形成する。その後、図３４に示すように、第１のステンレス薄板２６０に接着剤２０２を介して積層型圧電／電歪素子２４を接着する。

その後、図３５に示すように、基体２５８の各支持部２５４及び２５６上に接着剤２００（例えばエポキシ樹脂製接着剤）をスクリーン印刷によって形成する。

その後、各支持部２５４及び２５６の一方の面上に接着剤２００を介して、すでに前記積層型圧電／電歪素子２４が形成されている第１のステンレス薄板２６０を接着し、各支持部２５４及び２５６の他方の面上に接着剤２００を介して第２のステンレス薄板２６２を接着し、更に、これら第１及び第２のステンレス薄板２６０及び２６２を基体２５８を挟む方向に加圧して、図３６に示すデバイス原盤２７０を作製する。なお、加圧力は０．１〜１０ｋｇｆ／ｃｍ²である。

その後、図３６に示すように、デバイス原盤２７０を切断線２７２の部分で切断して、図２５に示すような、個々の圧電／電歪デバイス１０Ｂに分離する。この切断処理は、線径０．１ｍｍ、間隔０．２ｍｍのワイヤソーを使って行った。ワイヤソーを使用することにより、それぞれ材料が異なるにも拘わらず、積層型圧電／電歪素子２４の幅と薄板部１６ａの幅並びに接着剤２００及び２０２の幅をほぼ同一に規定することができる。

次に、第４の製造方法は、図３７に示すように、縦１．６ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．９ｍｍのステンレス板２５０の中央部に縦１ｍｍ×横８ｍｍの矩形状の孔２５２を穿設して、該孔２５２の両側にそれぞれ支持部２５４及び２５６が配された矩形の環状構造を有する基体２５８を作製する。

その後、基体２５８の各支持部２５４及び２５６上に接着剤２００（例えばエポキシ樹脂製接着剤）をスクリーン印刷によって形成する。

その後、図３８に示すように、各支持部２５４及び２５６の一方の面上に接着剤２００を介して縦１．６ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．０５ｍｍの第１のステンレス薄板２６０を接着し、各支持部２５４及び２５６の他方の面上に接着剤２００を介して縦１．６ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．０２ｍｍの第２のステンレス薄板２６２を接着し、更に、これら第１及び第２のステンレス薄板２６０及び２６２を基体２５８を挟む方向に加圧する。なお、加圧力は０．１〜１０ｋｇｆ／ｃｍ²である。

その後、第１のステンレス薄板２６０の上面のうち、積層型圧電／電歪素子２４が形成される部分に接着剤２０２（例えばエポキシ樹脂製接着剤）をスクリーン印刷によって形成する。

その後、図４０に示すように、第１のステンレス薄板２６０に接着剤２０２を介して積層型圧電／電歪素子２４を接着してデバイス原盤２７０を作製する。

その後、図３６に示すように、デバイス原盤２７０を切断線２７２の部分で切断して、図２５に示すような、個々の圧電／電歪デバイス１０Ｂに分離する。

これら第３及び第４の製造方法にて作製された圧電／電歪デバイス１０Ｂの一部（例えば固定部２２）を固定し、積層型圧電／電歪素子２４の一対の電極２８及び３０間にバイアス電圧１５Ｖ、正弦波電圧±１５Ｖを印加して、可動部２０の変位を測定したところ、±１．２μｍであった。また、正弦波電圧±０．５Ｖとして、周波数を掃引して変位の最大を示す最低共振周波数を測定したところ、５０ｋＨｚであった。

上述の第３及び第４の製造方法では、基体２５８の構成として、後に可動部２０となる支持部２５４と後に固定部２２となる支持部２５６を有する矩形の環状構造としたが、その他、図４１に示すように、孔２５２を広くし、第１及び第２のステンレス薄板２６０及び２６２を支持する枠状の部分２５４ａ（少なくとも後に可動部２０が介在する部分の厚みを実質的に規定する部分）と後に固定部２２となる支持部２５６を有する矩形の環状構造としてもよい。

この場合、基体２５８を第１及び第２のステンレス薄板２６０及び２６２で挟むように接着剤２００を介して固着して図３６に示すものと同様のデバイス原盤２７０を作製し、更に、図３６で示すような切断線２７２に沿って切断することにより、例えば図４４に示すように、薄板部１６ａ及び１６ｂの先端部間に可動部２０が存在しない圧電／電歪デバイス１０Ｂを作製することができる。

次に、上述した第３及び第４の製造方法とは異なる第５の製造方法について図４２〜図４６を参照しながら説明する。

この第５の製造方法は、上述した第３及び第４の製造方法と同様に、第１のステンレス薄板２６０と第２のステンレス薄板２６２に、支持部２５４及び２５６を接着してデバイス原盤２７０を作製し、その後、個々の圧電／電歪デバイス１０Ｂに分離する場合にも適用できるし、薄板部１６ａ及び１６ｂに積層型圧電／電歪素子２４ａ及び２４ｂを形成してなる各アクチュエータ部２０４に分離形成された単位を、同様に分離して用意された固定部２２（及び適宜に可動部２０）を固着することで圧電／電歪デバイス１０Ｂを作製する場合にも適用できる。

以下の説明では、後に可動部２０となる支持部２５４並びに可動部２０を便宜的に「可動部２０」と記し、後に固定部２２となる支持部２５６並びに固定部２２を便宜的に「固定部２２」と記し、後に薄板部１６ａ及び１６ｂとなる第１及び第２のステンレス薄板２６０及び２６２並びに薄板部１６ａ及び１６ｂを便宜的に「薄板部１６ａ及び１６ｂ」と記す。

そして、図４２に示すように、固定部２２及び可動部２０に接着剤２００を介して薄板部１６ａ及び１６ｂを接着する際に、流動性のある接着剤を用いる場合は、接着剤２００の形成場所を規定するために、各薄板部１６ａ並びに１６ｂに段差２８０ａｍ及び２８０ａｎ並びに２８０ｂｍ及び２８０ｂｎを設けることが好ましい。もちろん、粘性の高い接着剤を用いる場合は、このような段差を設ける必要はない。なお、段差２８０ａｍ及び２８０ａｎ並びに２８０ｂｍ及び２８０ｂｎは、板状物の積層によって形成してもよい。

図４３は、可動部２０と各薄板部１６ａ及び１６ｂとの接着に用いる接着剤２００として流動性の高い接着剤とし、固定部２２と各薄板部１６ａ及び１６ｂとの接着に用いる接着剤２００として粘性の高い接着剤を用いた場合であって、薄板部１６ａ及び１６ｂのうち、流動性の高い接着剤を用いる部分に段差２８０ａｎ及び２８０ｂｎを設けた例を示す。

図４４は、固定部２２と薄板部１６ａ及び１６ｂとの接着に用いる接着剤２００として粘性の高い接着剤を用いた場合を示し、上述のような段差２８０ａｍ及び２８０ａｎ並びに２８０ｂｍ及び２８０ｂｎを設けていない構造を示す。

図４５は、固定部２２及び可動部２０と薄板部１６ａ及び１６ｂとの接着に用いる接着剤２００として共に流動性の高い接着剤を用いた場合であって、特に、薄板部１６ａ並びに１６ｂに接着剤２００の形成領域を区画するための突起２８２ａｍ及び２８２ａｎ並びに２８２ｂｍ及び２８２ｂｎを設けた例を示す。

図４６に示すように、図４２に示す例において、固定部２２及び可動部２０の大きさ、特に、固定部２２における薄板部１６ａ及び１６ｂの段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍと対向する面の面積を段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍの面積よりも大きくし、可動部２０における薄板部１６ａ及び１６ｂの段差２８０ａｎ及び２８０ｂｎと対向する面の面積を段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍの面積よりも大きくするようにしてもよい。これにより、例えば薄板部１６ａ及び１６ｂのうち、実質的な駆動部分（段差２８０ａｍ及び２８０ａｎ間の部分並びに段差２８０ｂｍ及び２８０ｂｎ間の部分）を、段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍによって規定することができる。図４２に示すように、固定部２２における各薄板部１６ａ及び１６ｂの段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍと対向する面の面積を段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍの面積とほぼ同じにし、可動部２０における各薄板部１６ａ及び１６ｂの段差２８０ａｎ及び２８０ｂｎと対向する面の面積を段差２８０ａｎ及び２８０ｂｎの面積とほぼ同じにした場合は、固定部２２と段差２８０ａｍ及び２８０ｂｍとの大きさのばらつき並びに可動部２０と段差２８０ａｎ及び２８０ｂｎとの大きさのばらつきが前記実質的駆動部分の長さに影響するおそれがある。なお、図４６では、固定部２２を可動部２０に向けて大きくした例を示したが、その他、前記可動部２０の方向とは反対方向である外方に向けて大きくするようにしてもよい。これは可動部２０においても同様である。

図４２〜図４６では、段差２８０ａｍ、２８０ｂｍ、２８０ａｎ及び２８０ｂｎや突起２８２ａｍ、２８２ｂｍ、２８２ａｎ及び２８２ｂｎと、薄板部１６ａ及び１６ｂとが一体化しているが、適宜加工した板を図１９や図２３と同様に、接着剤を介して積層して設けてもよい。一体化して設ける場合は、板部材をエッチングや切削等で薄くすることによって薄板部１６ａ及び１６ｂを形成すると同時に前記段差２８０ａｍ、２８０ｂｍ、２８０ａｎ及び２８０ｂｎや突起２８２ａｍ、２８２ｂｍ、２８２ａｎ及び２８２ｂｎを一体的に設けることができる。

なお、上述の例では、接着剤２００及び２０２の形成をスクリーン印刷により行った例を示したが、その他、デッピング、ディスペンサ、転写等を用いることができる。

次に、例えば薄板部１６ａと積層型圧電／電歪素子２４との間に介在する接着剤２０２並びに薄板部１６ａ及び１６ｂと可動部２０及び固定部２２との間に介在する接着剤２００に関する様々な構成例について図４７〜図５２を参照しながら説明する。

まず、図４７に示す第１の手法においては、薄板部１６ａに多数の孔２９０を設け、これら孔２９０が設けられた部分に接着剤２０２を介して積層型圧電／電歪素子２４を接着するようにする。この場合、孔２９０内に接着剤２０２が入り込むことから、接着面積が実質的に大きくなると共に、接着剤２０２の厚みを薄くすることが可能となる。前記接着剤２０２の厚みとしては、積層型圧電／電歪素子２４の総厚の５％以下であって、薄板部１６ａと接着剤２０２の熱膨張率の差による熱ストレスを吸収できる程度の厚み以上であることが好ましい。

孔２９０の径としては、５μｍ〜１００μｍが好ましく、その配列パターンはマトリックス状でもよいし、千鳥配列でもよい。もちろん、複数の孔２９０を１列に配列させてもよい。孔２９０の配列ピッチとしては、１０μｍ〜２００μｍが好ましい。また、孔２９０の代わりに凹部（穴）であってもよい。この場合、穴の径は、５μｍ〜１００μｍが好ましく、その配列パターンはマトリックス状でもよいし、千鳥配列でもよい。穴の配列ピッチとしては、１０μｍ〜２００μｍが好ましい。特に、凹部（穴）の場合は、例えば平面矩形状とし、その開口面積を積層型圧電／電歪素子２４の薄板部１６ａに対する投影面積よりも僅かに小さくするようにしてもよい。なお、薄板部１６ａに孔２９０や穴を形成する手法としては、例えばエッチングやレーザ加工、打抜き、ドリル加工、放電加工、超音波加工等を採用することができる。

図４８に示す第２の手法においては、薄板部１６ａのうち、積層型圧電／電歪素子２４が形成される部分の表面２９２を、ブラスト処理、エッチング処理あるいはめっき処理によって粗くする。この場合、積層型圧電／電歪素子２４の下面２９４も粗くする。これにより、接着面積が実質的に大きくなるため、接着剤２０２の厚みを薄くすることが可能となる。

図４８では、薄板部１６ａの表面と積層型圧電／電歪素子２４の下面（薄板部１６ａと対向する面）を粗くした例を示したが、接着剤２０２との接着力が小さい方の面を粗くすればよく、例えば薄板部１６ａの表面のみを粗くしただけでも十分に効果がある。表面粗さとしては、例えば中心線平均粗さでみたとき、Ｒａ＝０．１μｍ〜５μｍが好ましく、より好ましくは、０．３μｍ〜２μｍである。

図４９に示す第３の手法においては、接着剤２００のはみ出し形状、特に、薄板部１６ａ及び１６ｂの内壁、可動部２０の内壁２０ａ及び固定部２２の内壁２２ａにて形成される孔（基体２５８の孔２５２）への接着剤２００のはみ出し形状に曲率２９６を持たせるようにする。この場合、曲率半径を０．０５ｍｍ以上とし、はみ出し形状が直線状になる、あるいは直線部分を含むようにすることが好ましい。接着剤２００の前記はみ出し部分に対する曲率２９６の形成は、接着剤２００の硬化前に例えば円筒状の心材を孔２５２に挿通させることで実現させることができる。実際には、接着剤２００の物性、塗布量によって制御し、少なくともはみ出し形状が凸状にならないようにする。

これにより、可動部２０の内壁２０ａや固定部２２の内壁２２ａ並びに各薄板部１６ａ及び１６ｂの内壁も接着面として利用されることから、接着面積が大きくなり、接着強度を大きくすることができる。また、固定部２２の内壁２２ａと各薄板部１６ａ及び１６ｂの内壁との接合部分（角部）への応力集中を効果的に分散させることができる。

図５０に示す第４の手法は、可動部２０の角部のうち、固定部２２と対向する角部、及び／又は固定部２２の角部のうち、可動部２０と対向する角部をそれぞれ面取りしてテーパ面２９８とすることである。面取りの角度や曲率半径を適宜調整することにより、接着剤２００のはみ出し量を安定化することができ、接着強度の局部的なばらつきを抑制することができ、歩留まりの向上を図ることができる。

前記角部を面取りする方法としては、例えば、組立前において、一方の支持部２５４と他方の支持部２５６の前記角部となる部分に対して事前に研削・研磨を行ってテーパ面２９８としておくことが好ましい。もちろん、組立後において、前記面取りを行ってもよい。この場合は、レーザ加工や超音波加工、サンドブラスト等が好ましく採用される。

図５１に示す第５の手法は、例えば薄板部１６ａ及び１６ｂを作製する際に、通常、打抜き加工を行うが、この場合、ばり３００が発生することになる。発生したばり３００を組立前に除去するようにしてもよいが、そのまま残すようにしてもよい。その場合、発生するばり３００の方向をハンドリングや各部材の接着方向、接着剤の量に対する制御の容易さ等を考慮して規定することが好ましい。図５１の例では、薄板部１６ａ及び１６ｂのばり３００を外方に向けた状態を示す。

図５２に示す第６の手法は、上述したように、一方の薄板部１６ａの厚みを、他方の薄板部１６ｂの厚みよりも大きくする。そして、アクチュエータ部２０４並びにセンサとして使用する場合には、一方の薄板部１６ａ上に積層型圧電／電歪素子２４を形成することが好ましい。

なお、その他の手法としては、例えば積層型圧電／電歪素子２４を薄板部１６ａ及び１６ｂに接着剤２０２を介して接着する際に、積層型圧電／電歪素子２４の下面に例えばＺｒＯ₂層を下地層として介在させるようにしてもよい。

また、ステンレス薄板２６０及び２６２（図３３等参照）を薄板部１６ａ及び１６ｂとして使用する場合は、薄板部１６ａ及び１６ｂの長手方向とステンレス薄板２６０及び２６２の冷間圧延方向とがほぼ一致するようにすることが好ましい。

なお、積層型圧電／電歪素子２４を構成する圧電／電歪層２６は、３層〜１０層ほど積層することが好ましい。

上述した圧電／電歪デバイス１０Ａ及び１０Ｂによれば、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、発振子、ディスクリミネータ等の能動素子のほか、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。

なお、この発明に係る圧電／電歪デバイス及びその製造方法は、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。

第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの構成を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの第１の変形例を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの第２の変形例を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの第３の変形例を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの第４の変形例を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの第５の変形例を示す斜視図である。 第５の変形例に係る圧電／電歪デバイスの他の例を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの第６の変形例を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの第７の変形例を示す斜視図である。 圧電／電歪素子の他の例を一部省略して示す斜視図である。 圧電／電歪素子の更に他の例を一部省略して示す斜視図である。 第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスにおいて、圧電／電歪素子が共に変位動作を行っていない場合を示す説明図である。 図１３Ａは一方の圧電／電歪素子に印加される電圧波形を示す波形図であり、図１３Ｂは他方の圧電／電歪素子に印加される電圧波形を示す波形図である。 第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスにおいて、圧電／電歪素子が変位動作を行った場合を示す説明図である。 一方の圧電／電歪デバイスの可動部に他方の圧電／電歪デバイスを固着した場合を示す斜視図である。 図１６Ａは第１の製造方法において、必要なセラミックグリーンシートの積層過程を示す説明図であり、図１６Ｂはセラミックグリーン積層体とした状態を示す説明図である。 図１７Ａは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状態を示す説明図であり、図１７Ｂは別体として構成した圧電／電歪素子をそれぞれ薄板部となる金属板の表面に接着した状態を示す説明図である。 第１の製造方法において、金属板をセラミック積層体に接着してハイブリッド積層体とした状態を示す説明図である。 ハイブリッド積層体を所定の切断線に沿って切断して、第１の変形例に係る圧電／電歪デバイスを作製した状態を示す説明図である。 図２０Ａは第２の製造方法において、必要なセラミックグリーンシートの積層過程を示す説明図であり、図２０Ｂはセラミックグリーン積層体とした状態を示す説明図である。 図２１Ａは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、孔部に充填材を充填した状態を示す説明図であり、図２１Ｂはそれぞれ薄板部となる金属板をセラミック積層体に接着してハイブリッド積層体とした状態を示す説明図である。 別体として構成した圧電／電歪素子をハイブリッド積層体の金属板の表面に接着した状態を示す説明図である。 ハイブリッド積層体を所定の切断線に沿って切断して、第１の変形例に係る圧電／電歪デバイスを作製した状態を示す説明図である。 第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの構成を示す斜視図である。 第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの他の構成を示す斜視図である。 積層型圧電／電歪素子の一構成例を示す拡大図である。 図２６に示す積層型圧電／電歪素子の好ましい構成例を示す拡大図である。 積層型圧電／電歪素子の他の構成例を示す拡大図である。 図２８に示す積層型圧電／電歪素子の好ましい構成例を示す拡大図である。 第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの更に他の構成を示す斜視図である。 第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの好ましい寸法関係を示す説明図である。 第３の製造方法において、ステンレス板の中央部に矩形状の孔を穿設して矩形の環状構造の基体を作製した状態を示す説明図である。 第１のステンレス薄板に接着剤を形成する状態を示す説明図である。 第１のステンレス薄板に接着剤を介して積層型圧電／電歪素子を接着した状態を示す説明図である。 基体に接着剤を介して第１及び第２のステンレス薄板を接着する状態を示す説明図である。 作製されたデバイス原盤を切断する状態を示す説明図である。 第４の製造方法において、ステンレス板の中央部に矩形状の孔を穿設して矩形の環状構造の基体を作製し、更に、該基体に接着剤を介して第１及び第２のステンレス薄板を接着する状態を示す説明図である。 基体に接着剤を介して第１及び第２のステンレス薄板を接着した状態を示す説明図である。 第１のステンレス薄板に接着剤を形成する状態を示す説明図である。 第１のステンレス薄板に接着剤を介して積層型圧電／電歪素子を接着した状態を示す説明図である。 他の例の基体に接着剤を介して第１及び第２のステンレス薄板を接着する状態を示す説明図である。 第５の製造方法において、各薄板部のうち、少なくとも固定部が接着される部分に段差を設けた例を示す説明図である。 第５の製造方法において、各薄板部のうち、少なくとも固定部が接着される部分に段差を設けない例を示す説明図である。 第５の製造方法において、各薄板部に段差を設けない例を示す説明図である。 第５の製造方法において、各薄板部のうち、固定部が接着される部分に接着の区画を形成するための突起を設けた例を示す説明図である。 第５の製造方法において、固定部を大きくした例を示す説明図である。 第１の手法（薄板部に孔を設ける）を示す説明図である。 第２の手法（薄板部及び圧電／電歪素子の表面を粗くする）を示す説明図である。 第３の手法（接着剤のはみ出し部分に曲率を設ける）を示す説明図である。 第４の手法（固定部の角部を面取りする）を示す説明図である。 第５の手法（ばりを外方に向ける）を示す説明図である。 第６の手法（薄板部の厚みを変える）を示す説明図である。 従来例に係る圧電／電歪デバイスを示す構成図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ａａ〜１０Ａｇ、１０Ａ１、１０Ａ２、１０Ｂ…圧電／電歪デバイス
１２…孔部 １６ａ、１６ｂ…薄板部
２４…圧電／電歪素子 １５２Ａ、１５２Ｂ…金属板
２００、２０２…接着剤 ２０４…アクチュエータ部
２０８…多層体の先端面 ２０９…多層体の後端面
２５８…基体 ２７０…デバイス原盤
２８０ａｍ、２８０ｂｍ、２８０ａｎ、２８０ｂｎ…段差
２８２ａｍ、２８２ｂｍ、２８２ａｎ、２８２ｂｎ…突起

Claims (32)

1. 相対向する一対の金属製の薄板部と、これら薄板部を支持する固定部とからなり、少なくとも一方の薄板部上に接着剤を介して積層型圧電／電歪素子が固定されたアクチュエータ部を具備し、
   前記積層型圧電／電歪素子は、複数の圧電／電歪層と電極膜からなり、
   各圧電／電歪層の上下面に接する電極膜が互い違いに反対の端面に導出され、当該互い違いの反対の端面に導出された各電極膜を電気的に接続する端面電極が、最外層の前記圧電／電歪層の表面に設けられ、かつ、所定距離だけ離れて配置された端子部にそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
2. 請求項１記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記積層型圧電／電歪素子は、ほぼ直方体形状を呈していることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
3. 請求項１又は２記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記端子部間の所定距離は５０μｍ以上であることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   少なくとも一方の前記端子部と一方の前記端面電極とが、これら端子部や端面電極より薄い膜厚の電極膜で電気的に接続されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
5. 相対向する一対の薄板部と、これら薄板部を支持する固定部とを具備し、
   前記一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスであって、
   前記一対の薄板部の開放端の間に前記固定部と実質的に同程度の大きさの物体が介在する場合の構造体の最小共振周波数が２０ｋＨｚ以上であり、前記物体と前記固定部との相対変位量が、前記共振周波数の１／４以下の周波数で実体的な印加電圧３０Ｖで０．５μｍ以上であることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
6. 請求項５記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記圧電／電歪素子と前記薄板部との間に接着剤が介在され、
   前記接着剤の厚みが前記圧電／電歪素子の厚みの１０％以下の厚みであることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
7. 請求項５又は６記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記一対の薄板部のうち、一方の薄板部に前記１以上の圧電／電歪素子が配設され、
   前記一方の薄板部の厚みが、他方の薄板部の厚みよりも厚いことを特徴とする圧電／電歪デバイス。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記一対の薄板部における開放端の間に物体が介在する場合に、
   前記一対の薄板部における前記物体との境界部分と前記固定部との境界部分との間の距離が０．４ｍｍ以上、２ｍｍ以下であって、
   前記一対の薄板部の各厚みが１０μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
9. 請求項５〜８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／電歪層と電極膜からなるアクチュエータ膜が少なくとも３層以上の多層体で構成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
10. 請求項９記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記アクチュエータ膜が１０層以下の多層体で構成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
11. 請求項９又は１０記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記圧電／電歪層の厚みが５μｍ以上、３０μｍ以下であることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
12. 請求項９〜１１のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    少なくとも前記圧電／電歪層に挟まれる電極膜の厚みが０．５μｍ以上、２０μｍ以下であることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
13. 請求項９〜１２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／電歪素子を構成する多層体の中の複数の電極膜が互い違いに積層され、１層おきに同一電圧が印加されるように接続されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
14. 請求項１３記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記圧電／電歪素子は、該圧電／電歪素子を構成する多層体のうち、１層目の圧電／電歪層のみ、あるいは１層目の電極膜と１層目の圧電／電歪層が前記薄板部に接触するように形成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
15. 請求項１３又は１４記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記電極膜の端部のうち、一方は、平面的に少なくとも前記固定部を含まない位置に形成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
16. 請求項９〜１５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／電歪素子を構成する多層体の一端が、平面的に少なくとも前記固定部を含まない位置に形成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
17. 請求項１５又は１６記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記一対の薄板部における開放端の間に物体が介在する場合に、
    前記一対の薄板部における前記物体との境界部分と前記固定部との境界部分との間の最短距離をＬａとし、
    前記物体又は前記固定部のうち、前記圧電／電歪素子を構成する多層体が形成されていない一方と前記薄板部との境界部分から前記電極膜の端部までの距離のうち、最も短い距離をＬｂとしたとき、
    （１−Ｌｂ／Ｌａ）が０．４以上であることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
18. 請求項１７記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    （１−Ｌｂ／Ｌａ）が０．５〜０．８であることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
19. 請求項５〜１８のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記薄板部が金属からなることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
20. 請求項１９記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記薄板部が冷間圧延加工された金属板からなることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
21. 請求項９〜２０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／電歪素子を構成する前記多層体と前記薄板部との間に厚みが０．１μｍ以上、３０μｍ以下の接着剤が介在されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
22. 請求項２１記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記接着剤が有機樹脂からなることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
23. 請求項２１記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記接着剤がガラス、ロウ材又は半田からなることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
24. 請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記多層体における前記薄板部との対向面に下地層が形成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
25. 請求項２１〜２４のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記薄板部のうち、少なくとも前記多層体が形成される部分に１以上の孔又は穴が形成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
26. 請求項２１〜２４のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記薄板部の表面のうち、少なくとも前記多層体が形成される部分が粗面とされていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
27. 請求項５〜２６のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記薄板部と少なくとも前記固定部との間に厚みが０．１μｍ以上、３０μｍ以下の接着剤が介在されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
28. 請求項２７記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記接着剤が有機樹脂からなることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
29. 請求項２７記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記接着剤がガラス、ロウ材又は半田からなることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
30. 請求項２７〜２９のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記薄板部と少なくとも前記固定部との対向部分からはみ出た前記接着剤のはみ出し形状に曲率を持たせていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
31. 請求項２７〜２９のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記一対の薄板部における開放端の間に物体が介在する場合に、
    少なくとも前記固定部の前記物体に対向する角部が面取りされていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
32. 請求項２７〜２９のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
    前記薄板部が金属板の打抜き加工によって作製されている場合に、
    前記打抜き加工によるばりが外方に向けられていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。

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