JP6690141B2 - 圧電素子及び圧電アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子及び圧電アクチュエータに関する。

互いに対向する第一及び第二主面を有する圧電素子と、圧電素子を支持する支持部材と、を備えた圧電アクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の圧電アクチュエータでは、ハードディスク装置（ＨＤＤ）用のサスペンションのアクチュエータベースが上記支持部材に相当しており、圧電素子は、その変位をアクチュエータベースに伝達する。

特開２０１２−１５５８３２号公報

本発明は、変位量の向上を図ることが可能な圧電素子及び圧電アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明に係る圧電素子は、互いに対向する第一及び第二主面を有する圧電体と、第一主面と第二主面とが対向している方向に互いに対向するように圧電体に配置されている複数の電極と、を備え、複数の電極は、第一主面上に配置されており、第一極性とされる第一電極と、第一電極と対向するように圧電体内に配置されており、第一極性とは異なる第二極性とされる第二電極と、を含み、圧電体における、複数の電極のうち第二主面に最も近い電極から第二主面までの領域が不活性部として機能する。

本発明に係る圧電素子では、電極が圧電体の内部にも配置されているので、電極が圧電体の内部に配置されていない場合と比べて、電極間距離が短くなる。これにより、電極間の電界強度が強くなるので、圧電体における、電極間に配置された領域の変位量が向上する。この結果、圧電素子の変位量の向上を図ることが可能となる。

圧電体における、複数の電極のうち第二主面に最も近い電極から第二主面までの領域は、不活性部として機能する。このため、圧電体は、第一主面側での変位量が第二主面側での変位量よりも大きくなる。したがって、圧電素子は、伸びる方向に変位する際、第一主面側が湾曲外側となるように撓もうとする。これにより、例えば第一主面側から圧電素子に作用する拘束力が、第二主面側から圧電素子に作用する拘束力より大きい状態で圧電素子が支持部材に拘束されて支持されている場合、第一主面側が湾曲外側となるように、圧電素子が撓むのが抑制される。このように、圧電素子の変形が抑制されるので、圧電素子の変位を適切に支持部材に伝達させることができる。

不活性部は、分極されていてもよい。この場合、不活性部にも活性部と同様の分極による歪が生じる。したがって、不活性部が分極されていない場合と比べて、圧電体における分極による歪が全体的に均等となるので、マイクロクラックの発生等による圧電体の劣化が抑制される。

上記圧電素子は、第二主面上に配置されており、かつ、複数の電極から電気的に絶縁されている導電膜を更に備えてもよい。この場合、圧電体の分極処理に用いた第二主面上の電極を全て除去せず、他の電極から絶縁された導電膜として残すことができる。これにより、電極の除去屑の発生を抑制することができる。

本発明に係る圧電アクチュエータは、上記圧電素子と、圧電素子の第一主面側を支持する支持部材と、を備える。

本発明に係る圧電アクチュエータでは、上述のように圧電体における、複数の電極のうち第二主面に最も近い電極から第二主面までの領域は、不活性部として機能する。このため、圧電体は、第一主面側での変位量が第二主面側での変位量よりも大きくなる。したがって、圧電素子は、伸びる方向に変位する際、第一主面側が湾曲外側となるように撓もうとする。これにより、例えば第一主面側から圧電素子に作用する拘束力が、第二主面側から圧電素子に作用する拘束力より大きい状態で圧電素子が支持部材に拘束されて支持されている場合、第一主面側が湾曲外側となるように、圧電素子が撓むのが抑制される。このように、圧電素子の変形が抑制されるので、圧電素子の変位を適切に支持部材に伝達させることができる。この結果、圧電アクチュエータの変位量の向上を図ることができる。

本発明によれば、変位量の向上を図ることが可能な圧電素子及び圧電アクチュエータを提供することができる。

第一実施形態に係るサスペンションを示す概略平面図である。 図１に示されたII−II線に沿った断面構成を説明するための図である。 図１に示された圧電素子の製造方法について説明するための図である。 図１に示された圧電素子の伸びる方向の動作を説明するための図である。 図１に示された圧電素子の縮む方向の動作を説明するための図である。 図１のサスペンションの動作を説明するための図である。 第二実施形態に係る圧電アクチュエータの断面構成を説明するための図である。 第一実施形態の変形例に係る圧電素子の断面構成を説明するための図である。 第二実施形態の変形例に係る圧電素子の断面構成を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

［第一実施形態］
図１及び図２を参照して、第一実施形態に係る圧電アクチュエータの構成を説明する。第一実施形態は、ＨＤＤ用のサスペンション１０が圧電アクチュエータを含んでいる例である。図１は、第一実施形態に係るサスペンションを示す概略平面図である。図２は、図１に示されたII−II線に沿った断面構成を説明するための図である。

図１に示されたデュアル・アクチュエータ方式のサスペンション１０は、ロードビーム１１と、マイクロアクチュエータ部１２と、ベースプレート１３と、ヒンジ部材１４と、を備えている。

ロードビーム１１は、ばね性を有する金属板からなる。ロードビーム１１の厚さは、例えば１００μｍ程度である。ロードビーム１１の先端部には、フレキシャ１５が取付けられている。フレキシャ１５は、ロードビーム１１よりもさらに薄い金属製の薄板ばねからなる。フレキシャ１５の前端部に、磁気ヘッドを構成するスライダ１６が配置されている。

ベースプレート１３の基部２０に、円形のボス孔２１が形成されている。ベースプレート１３の基部２０と前端部２２との間には、後述する圧電素子４０を収容可能な大きさの一対の開口部２３が形成されている。一対の開口部２３の間に、ベースプレート１３の前後方向（サスペンション１０の長手方向）に延びる帯状の連結部２４が設けられている。連結部２４は、ベースプレート１３の幅方向（サスペンション１０の長手方向と交差する方向）への所定範囲の撓みが許容されるように構成されている。

ベースプレート１３の基部２０は、図示しないボイスコイルモータによって駆動されるアクチュエータアームの先端部に固定されている。これにより、ベースプレート１３は、ボイスコイルモータによって旋回駆動される。ベースプレート１３は、ステンレス鋼などの金属板からなる。ベースプレート１３の厚さは、例えば２００μｍ程度である。本実施形態の場合、ベースプレート１３とヒンジ部材１４とによって、アクチュエータベース２５が構成されている。

ヒンジ部材１４は、基部３０と、ブリッジ部３１と、中間部３２と、一対のヒンジ部３３と、先端部３４と、を有している。基部３０は、ベースプレート１３の基部２０に重ねて固定されている。ブリッジ部３１は、帯状を呈し、ベースプレート１３の連結部２４と対応した位置に形成されている。中間部３２は、ベースプレート１３の前端部２２と対応した位置に形成されている。各ヒンジ部３３は、板厚方向に弾性変形可能な可撓性を有している。先端部３４は、ロードビーム１１に固定されている。ヒンジ部材１４は、ばね性を有する金属板からなる。ヒンジ部材１４の厚さは、例えば５０μｍ程度である。

マイクロアクチュエータ部１２には、一対の圧電素子４０が配置されている。各圧電素子４０は、いわゆる積層型圧電素子である。各圧電素子４０は、図２にも示されるように、圧電体４１と、第一外部電極４２と、第二外部電極４３と、内部電極４４とを備えている。

圧電体４１は、長方形平板状を呈している。圧電体４１は、第一及び第二主面４１ａ，４１ｂと、第一及び第二端面４１ｃ，４１ｄと、を含んでいる。第一及び第二主面４１ａ，４１ｂは、第一方向Ｄ１（圧電体４１の厚さ方向）で互いに対向している。第一及び第二端面４１ｃ，４１ｄは、第二方向Ｄ２（圧電体４１の長手方向）で互いに対向している。第一及び第二端面４１ｃ，４１ｄは、第一及び第二主面４１ａ，４１ｂを接続するように、第一方向Ｄ１に延びている。

圧電体４１の厚さは、例えば、１００μｍ以下であり、圧電体４１の長手方向長さの、例えば１／１０以下である。ここでは、圧電体４１の外形寸法は、例えば、長手方向長さ１．５ｍｍ、短手方向長さ０．４５ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍである。圧電体４１は、圧電セラミックからなる。圧電セラミックとしては、ＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３］、ＰＴ［ＰｂＴｉＯ_３］、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３］、又はチタン酸バリウム［ＢａＴｉＯ_３］などが挙げられる。圧電体４１は、例えば、ＰＺＴなどの圧電セラミック材料で構成されている。

圧電体４１における、電極部分４２ａから内部電極４４までの領域である第一領域４１１、及び内部電極４４から第二主面４１ｂまでの領域である第二領域４１２は、それぞれ分極されている。ここで、分極されている状態とは、自発分極の向きがランダムな状態ではなく、自発分極の向きが一方向に揃った状態である。

第一外部電極４２は、圧電体４１の第一主面４１ａ上に設けられている電極部分４２ａと、第一端面４１ｃ上に設けられている電極部分４２ｂと、を有している。

電極部分４２ａは、第一主面４１ａに配置されている。電極部分４２ａの第二方向Ｄ２の一端は、電極部分４２ｂの第一方向Ｄ１における一端と電気的に接続されている。電極部分４２ａの第二方向Ｄ２の他端は、第二端面４１ｄから離間している。第二方向Ｄ２におけるその離間距離は、第一主面４１ａにおいて第一外部電極４２から露出した露出部分４１ｅの第二方向Ｄ２の長さに等しく、例えば、０．１ｍｍである。電極部分４２ｂは、第一端面４１ｃの全部を覆うように配置されている。電極部分４２ａ，４２ｂの厚さは、２００〜５００ｎｍ程度に設定される。

第二外部電極４３は、第二端面４１ｄ上に設けられている。第二外部電極４３は、第二端面４１ｄの全部を覆うように配置されている。第二外部電極４３の厚さは、第一外部電極４２の厚さと同程度に設定される。即ち、第二外部電極４３の厚さは、例えば２００〜５００ｎｍ程度に設定される。

第一及び第二外部電極４２，４３は、互いに異なる極性とされる。例えば、第一外部電極が正極とされる場合、第二外部電極は負極とされ、第一外部電極が負極とされる場合、第二外部電極は正極とされる。本実施形態では、第一及び第二外部電極４２，４３は、Ｃｒ／Ｎｉ−Ｃｕ／Ａｕ積層構造（圧電体４１側から順にＣｒ層、Ｎｉ−Ｃｕ合金層、Ａｕ層が積層された構造）からなる。即ち、第一及び第二外部電極４２，４３は、同じ積層構造を有している。

第一及び第二外部電極４２，４３は、例えば、スパッタリング法により形成されている。なお、第一及び第二外部電極４２，４３は、スパッタリング法以外の方法（例えば、焼き付け法、電解めっき法、又は蒸着法など）により形成されていてもよい。第一及び第二外部電極４２，４３は、単層の同じ金属層（Ｃｒ層、Ｎｉ−Ｃｕ合金層、Ａｕ層、又はＮｉ層など）として形成されていてもよい。

内部電極４４は、圧電体４１の内部に配置されている。内部電極４４は、圧電体４１の第一方向Ｄ１の中央に配置されている。内部電極４４は、第一及び第二主面４１ａ，４１ｂと対向すると共に略平行に配置されている。即ち、内部電極４４は、電極部分４２ａと対向すると共に略平行に配置されている。

内部電極４４の第二方向Ｄ２の一端は、第一端面４１ｃから離間している。第二方向Ｄ２のその離間距離は、例えば、０．１ｍｍである。内部電極４４の第二方向Ｄ２の他端は、第二外部電極４３に接続されている。したがって、内部電極４４と第二外部電極４３とは同じ極性とされる。ここでは、電極部分４２ａと内部電極４４とは、第一方向Ｄ１に互いに対向するように配置されている複数の電極として機能している。また、複数の電極のうち第二主面４１ｂに最も近い電極は、内部電極４４である。

本実施形態では、内部電極４４は、積層型の電気素子の内部電極として通常用いられる導電性材料（例えば、Ａｇ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｐｔやそれらの合金など）からなる。内部電極４４は、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成される。

各圧電素子４０は、圧電素子４０の長手方向が、ベースプレート１３の前後方向（サスペンション１０の軸線方向）に沿うようにして、対応する開口部２３に収容されている。即ち、各圧電素子４０は、対応する開口部２３に配置されている。

各圧電素子４０は、第二方向Ｄ２の一端側において、ヒンジ部材１４の中間部３２及びベースプレート１３の前端部２２に支持されるように、中間部３２及び前端部２２に導電性樹脂５１を介して固定されている。詳細には、電極部分４２ｂは、導電性樹脂５１を介して前端部２２に固定され、電極部分４２ａは、導電性樹脂５１を介して中間部３２に固定されている。導電性樹脂５１は、導電性材料（例えば金属粒子など）を含有する樹脂である。導電性樹脂５１は、図示しない電気配線に電気的に接続されている。

各圧電素子４０は、第二方向Ｄ２の他端側において、ヒンジ部材１４の基部３０及びベースプレート１３の基部２０に支持されるように、基部３０及び基部２０に樹脂５０及び導電性樹脂５１を介して固定されている。詳細には、第二外部電極４３は、導電性樹脂５１を介して基部３０及び基部２０に固定されている。電極部分４２ａの第二端面４１ｄ側の端部は、樹脂５０を介して基部３０に固定されている。露出部分４１ｅの第二端面４１ｄ側は、導電性樹脂５１を介して基部３０に固定されている。露出部分４１ｅの第一端面４１ｃ側は、樹脂５０を介して基部３０に固定されている。導電性樹脂５１は、図示しない電気配線に電気的に接続されている。

圧電素子４０は、上述したように、中間部３２、前端部２２、基部３０、及び基部２０により拘束されて支持されている。中間部３２、前端部２２、基部３０、及び基部２０は、圧電素子４０を拘束して支持する支持部材として機能する。即ち、圧電素子４０は、第一主面４１ａ側から圧電体４１に作用する拘束力が、第二主面４１ｂ側から圧電体４１に作用する拘束力より大きい状態で、第二方向Ｄ２の両端部で支持部材に拘束されて支持されている。本実施形態においては、サスペンション１０が、圧電素子４０と、支持部材と、を備える圧電アクチュエータを含むこととなる。

次に、図３を参照して、圧電素子４０の製造方法について説明する。図３は、図１に示された圧電素子の製造方法について説明するための図である。まず、図３（ａ）に示されるような分極処理前の圧電素子４０Ｚを準備する。圧電素子４０Ｚの第一外部電極は、電極部分４２ａ、及び電極部分４２ｂに加えて、電極部分４２ｃを有している。

電極部分４２ｃは、第二主面４１ｂに配置されている。電極部分４２ｃの第二方向Ｄ２の一端は、電極部分４２ｂの第一方向Ｄ１における他端と電気的に接続されている。電極部分４２ｃの第二方向Ｄ２の他端は、第二端面４１ｄから離間している。第二方向Ｄ２におけるその離間距離は、第二主面４１ａにおいて第一外部電極４２から露出した露出部分４１ｆの第二方向Ｄ２の長さに等しく、例えば、０．１ｍｍである。電極部分４２ｃは、内部電極４４と対向すると共に、内部電極４４と略平行に配置されている。

分極処理は、例えば、１００℃の温度下で、電界強度２ｋＶ／ｍｍの電圧を第一及び第二外部電極４２，４３に５分間程度印加することにより行われる。これにより、第一及び第二領域４１１，４１２がそれぞれ分極され、第一及び第二領域４１１，４１２では、自発分極の向きがランダムな状態から、自発分極の向きが一方向に揃った状態となる。詳細には、第二領域４１２については、少なくとも、内部電極４４と電極部分４２ｃとにより第一方向Ｄ１で挟まれた領域が分極される。続いて、電極部分４２ｃが除去される。電極部分４２ｃは、例えばエッチング、研磨などにより除去される。これにより、圧電素子４０が得られる。

このように圧電素子４０では、第一及び第二領域４１１，４１２がいずれも分極されていることから、分極による歪が第一及び第二領域４１１，４１２に均等に生じる。したがって、分極による歪が第一及び第二領域４１１，４１２で異なる場合と比べて、マイクロクラックの発生等による圧電体４１の劣化が抑制される。なお、製品形状に個片化される前の圧電素子基板に対して分極処理が行われた後、切断処理及び電極部分４２ｃの除去処理により圧電素子４０が得られてもよい。

次に、図４及び図５を参照して、比較例に係る圧電素子１００と比較しながら、本実施形態に係る圧電素子４０の効果について説明する。図４は、図１に示された圧電素子の伸びる方向の動作を説明するための図である。図５は、図１に示された圧電素子の縮む方向の動作を説明するための図である。

図４（ａ）に示されるように、比較例に係る圧電素子１００は、圧電体１０１と、圧電体１０１の第一主面１０１ａ上に設けられている第一外部電極１０２と、圧電体１０１の第二主面１０１ｂ上に設けられている第二外部電極１０３とを備えている。圧電素子１００は、第一及び第二外部電極１０２，１０３に電圧が印加されることにより駆動されて、実線で示される非駆動状態から、点線で示される駆動状態へと変化する。

このとき、圧電体１０１の全体が第一外部電極１０２と第二外部電極１０３との間に位置していることから、圧電体１０１の全体に電圧が印加される。このため、駆動状態では、圧電素子１００の全体が第二方向Ｄ２に伸びる。圧電素子１００の体積は一定であるため、圧電素子１００は、第二方向Ｄ２に交差する方向に縮む。

図４（ｂ）に示されるように、圧電素子４０は、圧電素子１００と同様に、第一及び第二外部電極４２，４３に電圧が印加されることにより駆動されて、実線で示される非駆動状態から、点線で示される駆動状態へと変化する。このとき、第一領域４１１は、電極部分４２ａと内部電極４４との間に位置することから、電圧が印加されて第二方向Ｄ２に伸びる。即ち、第一領域４１１は、圧電的に活性な活性部として機能する。

電極部分４２ａと内部電極４４とがなす距離は、第一外部電極１０２と第二外部電極１０３とがなす距離よりも短いので、第一領域４１１に印加される電圧は、圧電体１０１に印加される電圧よりも大きい。したがって、第一領域４１１の伸び量は、圧電体１０１の伸び量よりも大きい。

このように変位量が大きい第一領域４１１に対して、第二領域４１２には電圧が印加されないので、変位しない。即ち、第二領域４１２は、圧電的に不活性な不活性部として機能する。このため、圧電素子４０は、第一主面４１ａ側が湾曲外側となるように撓んだ状態で変位する。圧電素子４０の第二方向Ｄ２の変位量は、圧電素子１００の第二方向Ｄ２の変位量よりもΔ１（駆動差）だけ大きくなる。

図５（ａ）に示されるように、圧電素子１００は、第一及び第二外部電極１０２，１０３に電圧が印加されることにより駆動されて、実線で示される非駆動状態から、点線で示される駆動状態へと変化する。ここで、印加される電圧の向きは、上述の図４（ａ）の場合で印加される電圧の向きと反対である。このような電圧が印加されることにより、駆動状態では、圧電素子１００の全体が第二方向Ｄ２に縮む。圧電素子１００の体積は一定であるため、圧電素子１００は、圧電素子１００の第二方向Ｄ２に交差する方向に伸びる。

図５（ｂ）に示されるように、圧電素子４０では、圧電素子１００と同様に、第一及び第二外部電極４２，４３に電圧が印加されることにより駆動されて、実線で示される非駆動状態から、点線で示される駆動状態へと変化する。ここで、印加される電圧の向きは、上述の図４（ｂ）の場合で印加される電圧の向きと反対である。このような電圧が印加されることにより、駆動状態では、第一領域４１１は、第二方向Ｄ２に縮む。上述のように、第一領域４１１に印加される電圧は、圧電体１０１に印加される電圧よりも大きいので、第一領域４１１の縮む量は、圧電体１０１の縮む量よりも大きい。

このように変位量が大きい第一領域４１１に対して、第二領域４１２には電圧が印加されないので、変位しない。このため、圧電素子４０は、第一主面４１ａ側が湾曲内側となるように撓んだ状態で変位する。圧電素子４０の第二方向Ｄ２の変位量は、圧電素子１００の第二方向Ｄ２の変位量よりもΔ２（駆動差）だけ大きくなる。

次に、図６を参照して、比較例に係るサスペンションと比較しながら、本実施形態に係る圧電アクチュエータの効果について説明する。図６は、図１のサスペンションの動作を説明するための図である。なお、図６では、支持部材、樹脂等が簡略化又は省略されて示されている。

図６（ａ）に示されるように、比較例に係るサスペンション１１０は、圧電素子１００と、圧電素子１００を支持する一対の支持部材１０４と、を備えている。圧電素子１００は、導電性樹脂１０５により支持部材１０４に固定されて支持されている。支持部材１０４は、圧電素子１００の第二方向Ｄ２の両端部の第一主面１０１ａ側を支持している。即ち、圧電素子１００は、第一主面１０１ａ側から圧電体１０１に作用する拘束力が、第二主面１０１ｂ側から圧電体１０１に作用する拘束力より大きい状態で、第二方向Ｄ２の両端部で支持部材１０４に拘束されて支持されている。導電性樹脂１０５は、第一及び第二外部電極１０２，１０３と図示しない電気配線とに電気的に接続されている。

圧電素子１００は、第一及び第二外部電極１０２，１０３に電圧が印加されることにより駆動される。圧電素子１００は、上述した状態で支持部材１０４に拘束されているため、拘束力が小さい第二主面１０１ｂ側が湾曲外側になるように撓む。このように、圧電素子１００が変形すると、圧電素子１００の変位は、支持部材１１１に適切に伝達され難くなる。圧電素子１００の剛性は、圧電体１０１の厚さが薄くなるほど低下し、又、圧電体１０１の幅（第一及び第二方向Ｄ１，Ｄ２に直交する方向での長さ）が狭くなるほど低下する。

図６（ｂ）に示されるように、本実施形態に係る圧電アクチュエータにおいても、圧電素子４０は、第一主面４１ａ側から圧電体４１に作用する拘束力が、第二主面４１ｂ側から圧電体４１に作用する拘束力より大きい状態で、第二方向Ｄ２の両端部で支持部材（基部２０、前端部２２、基部３０及び中間部３２）に拘束されて支持されている。上述のように、圧電素子４０自体は、第一領域４１１が活性部として機能するとともに、第二領域４１２が不活性部として機能することにより、第一主面４１ａ側が湾曲外側となるように撓もうとする。したがって、圧電アクチュエータでは、圧電素子４０の湾曲が抑制される。圧電素子４０の第二方向Ｄ２の変位量は、圧電素子１００の第二方向Ｄ２の変位量よりもΔ３（駆動差）だけ大きくなる。これにより、圧電素子４０の変位を適切に支持部材に伝達させることができる。

［第二実施形態］
図７は、第二実施形態に係る圧電アクチュエータの断面構成を説明するための図である。

図７に示されるように、第二実施形態に係る圧電アクチュエータの圧電素子４０Ａは、主に、第二主面４１ｂ上に導電膜４５（ダミー電極）が配置されている点で、第一実施形態に係る圧電素子４０と相違している。以下、相違点を中心に説明する。

導電膜４５は、例えば、第一及び第二外部電極４２，４３と同様の材料で形成されている。導電膜４５は、例えば、第一及び第二外部電極４２，４３と同様にスパッタリング法により形成されている。導電膜４５の厚さは、例えば、第一及び第二外部電極４２，４３の厚さと同等である。

導電膜４５の第二方向Ｄ２の一端は、第一端面４１ｃから離間している。第二方向Ｄ２におけるその離間距離は、第二主面４１ｂの第一端面４１ｃ側において導電膜４５から露出した露出部分４１ｇの第二方向Ｄ２の長さに等しく、例えば、０．１ｍｍである。導電膜４５の第二方向Ｄ２の他端は、第二端面４１ｄから離間している。第二方向Ｄ２におけるその離間距離は、第二主面４１ｂの第二端面４１ｄ側において第一外部電極４２から露出した露出部分４１ｈの第二方向Ｄ２の長さに等しく、例えば、０．１ｍｍである。導電膜４５は、第一及び第二外部電極４２，４３と電気的に接続されていない。即ち、導電膜４５は、第一及び第二外部電極４２，４３から電気的に絶縁されている。

圧電素子４０Ａは、例えば、圧電素子４０Ｚ（図３（ａ）参照）に分極処理を施した後、電極部分４２ｃの第一端面４１ｃ側の一部を除去し、露出部分４１ｇを形成することにより得られる。

圧電素子４０Ａでは、圧電素子４０と同様に、第二領域４１２が不活性部として機能し、第一領域４１１が活性部として機能していることから、圧電素子４０と同様の効果が得られる。また、圧電素子４０Ａでは、第二領域４１２の分極処理に用いられた第二主面４１ｂ上の電極が全て除去されず、導電膜４５として残される。このため、電極の除去屑の発生を抑制することができる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

図８（ａ）は、第一実施形態の第一変形例に係る圧電素子の断面構成を説明するための図であり、図８（ｂ）は、第一実施形態の第二変形例に係る圧電素子の断面構成を説明するための図である。図８に示されるように、第一実施形態の第一及び第二変形例に係る圧電素子４０Ｂ，４０Ｃのそれぞれは、主に、内部電極４４の数の点で、第一実施形態に係る圧電素子４０と相違している。以下、相違点を中心に説明する。

図８（ａ）に示されるように、圧電素子４０Ｂでは、第一外部電極４２の電極部分４２ａは、第一主面４１ａに配置されている。電極部分４２ｂは、第二端面４１ｄの全部を覆うように配置されている。電極部分４２ａの第二方向Ｄ２の一端は、第一端面４１ｃから離間している。第二方向Ｄ２におけるその離間距離は、第一主面４１ａにおいて第一外部電極４２から露出した露出部分４１ｉの第二方向Ｄ２の長さに等しく、例えば、０．１ｍｍである。電極部分４２ａの第二方向Ｄ２の他端は、電極部分４２ｂの第一方向Ｄ１における一端と電気的に接続されている。

第二外部電極４３は、第一端面４１ｃ上に設けられている。第二外部電極４３は、第一端面４１ｃの全部を覆うように配置されている。

内部電極４４は、第一及び第二内部電極４４１，４４２を有している。電極部分４２ａ、第一内部電極４４１、及び第二内部電極４４２は、第一方向Ｄ１に沿ってこの順に配置されている。即ち、電極部分４２ａと第一内部電極４４１とは、第一方向Ｄ１で互いに対向している。第一内部電極４４１と第二内部電極４４２とは、第一方向Ｄ１で互いに対向している。

電極部分４２ａ、第一内部電極４４１、及び第二内部電極４４２は、互いに略平行に配置されている。第一及び第二内部電極４４１，４４２は、圧電体４１を第一方向Ｄ１に三等分する位置に配置されている。即ち、電極部分４２ａと第一内部電極４４１とのなす距離と、第一内部電極４４１と第二内部電極４４２とのなす距離と、第二内部電極４４２と第二主面４１ｂとのなす距離とは、互いに等しい。

第一内部電極４４１の第二方向Ｄ２の一端は、第二外部電極４３と電気的に接続されている。したがって、第一内部電極４４１と第二外部電極４３とは同じ極性とされる。第一内部電極４４１の第二方向Ｄ２の他端は、第二端面４１ｄから離間している。第二方向Ｄ２におけるその離間距離は、例えば、０．１ｍｍである。

第二内部電極４４２の第二方向Ｄ２の一端は、第一端面４１ｃから離間している。第二方向Ｄ２におけるその離間距離は、例えば、０．１ｍｍである。第二内部電極４４２の第二方向Ｄ２の他端は、電極部分４２ｂと電気的に接続されている。したがって、第二内部電極４４２と第一外部電極４２とは同じ極性とされる。ここでは、第一及び第二内部電極４４１，４４２と電極部分４２ａとは、第一方向Ｄ１に互いに対向するように配置されている複数の電極として機能している。また、複数の電極のうち第二主面４１ｂに最も近い電極は、第二内部電極４４２である。

圧電体４１における、電極部分４２ａから第一内部電極４４１までの領域である第一領域４１１、第一内部電極４４１から第二内部電極４４２までの領域である第二領域４１２、及び第二内部電極４４２から第二主面４１ｂまでの領域である第三領域４１３は、それぞれ分極されている。第一〜第三領域４１１〜４１３の厚さは互いに等しい。圧電素子４０Ｂを製造する際、第二外部電極４３に電気的に接続された電極（不図示）が、第一方向Ｄ１で第二内部電極４４２と対向するように、第二主面４１ｂに配置される。したがって、詳細には、第三領域４１３については、少なくとも、第二内部電極４４２と上記不図示の電極とにより第一方向Ｄ１で挟まれた領域が分極されている。

圧電素子４０Ｂは、第一及び第二外部電極４２，４３に電圧が印加されることにより駆動される。このとき、第一及び第二領域４１１，４１２は、互いに異なる極性とされた電極間に位置することから、電圧が印加されて第二方向Ｄ２に伸びる。即ち、第一及び第二領域４１１，４１２は、活性部として機能する。電極間距離が短いので、第一及び第二領域４１１，４１２に印加される電圧は、比較例に係る圧電体１０１（図４（ａ）参照）に印加される電圧よりも大きい。したがって、第一及び第二領域４１１，４１２の伸び量は、圧電体１０１の伸び量よりも大きい。

これに対して、第三領域４１３には電圧が印加されないので、変位しない。即ち、第三領域４１３は、不活性部として機能する。このため、圧電素子４０Ｂは、第一主面４１ａ側が湾曲外側となるように撓んだ状態で変位する。圧電素子４０Ｂの第二方向Ｄ２の変位量は、圧電素子１００（図４参照）の第二方向Ｄ２の変位量よりも大きくなる。

このように圧電素子４０Ｂでは、第三領域４１３が不活性部として機能し、第一及び第二領域４１１，４１２が活性部として機能していることから、圧電素子４０と同様の効果が得られる。また、圧電素子４０Ｂを圧電アクチュエータに適用した場合も、第一実施形態と同様の効果が得られる。即ち、圧電素子４０Ｂが、第一主面４１ａ側が湾曲外側となるように撓もうとするのが抑制される。これにより、圧電素子４０Ｂの変形が抑制され、圧電素子４０Ｂの変位を適切に支持部材に伝達させることができる。

図８（ｂ）に示されるように、圧電素子４０Ｃでは、内部電極４４は、第一〜第三内部電極４４１〜４４３を有している。電極部分４２ａ、第一内部電極４４１、第二内部電極４４２、及び第三内部電極４４３は、第一方向Ｄ１に沿ってこの順に配置されている。電極部分４２ａと第一内部電極４４１とは、第一方向Ｄ１で互いに対向している。第一内部電極４４１と第二内部電極４４２とは、第一方向Ｄ１で互いに対向している。第二内部電極４４２と第三内部電極４４３とは、第一方向Ｄ１で互いに対向している。

電極部分４２ａ、及び第一〜第三内部電極４４１〜４４３は、互いに略平行に配置されている。第一〜第三内部電極４４１〜４４３は、圧電体４１を第一方向Ｄ１に四等分する位置に配置されている。即ち、電極部分４２ａと第一内部電極４４１とのなす距離と、第一内部電極４４１と第二内部電極４４２とのなす距離と、第二内部電極４４２と第三内部電極４４３とのなす距離と、第三内部電極４４３と第二主面４１ｂとのなす距離とは、互いに等しい。

第一及び第三内部電極４４１，４４３の第二方向Ｄ２の一端は、第一端面４１ｃから離間している。第二方向Ｄ２におけるその離間距離は、例えば、０．１ｍｍである。第一及び第三内部電極４４１，４４３の第二方向Ｄ２の他端は、第二外部電極４３に接続されている。したがって、第一及び第三内部電極４４１，４４３と第二外部電極４３とは同じ極性とされる。

第二内部電極４４２の第二方向Ｄ２の一端は、電極部分４２ａに電気的に接続されている。したがって、第二内部電極４４２と第一外部電極４２とは同じ極性とされる。第二内部電極４４２の第二方向Ｄ２の他端は、第二端面４１ｄから離間している。第二方向Ｄ２におけるその離間距離は、例えば、０．１ｍｍである。ここでは、第一〜第三内部電極４４１〜４４３と電極部分４２ａとは、第一方向Ｄ１に互いに対向するように配置されている複数の電極として機能している。また、複数の電極のうち第二主面４１ｂに最も近い電極は、第三内部電極４４３である。

圧電体４１における、電極部分４２ａから第一内部電極４４１までの領域である第一領域４１１、第一内部電極４４１から第二内部電極４４２までの領域である第二領域４１２、第二内部電極４４２から第三内部電極４４３までの領域である第三領域４１３、及び第三内部電極４４３から第二主面４１ｂまでの領域である第四領域４１４は、それぞれ分極されている。第一〜第四領域４１１〜４１４の厚さは互いに等しい。圧電素子４０Ｃを製造する際、第二外部電極４３に電気的に接続された電極（不図示）が、第一方向Ｄ１で第三内部電極４４３と対向するように、第二主面４１ｂに配置される。したがって、詳細には、第四領域４１４については、少なくとも、第三内部電極４４３と上記不図示の電極とにより第一方向Ｄ１で挟まれた領域が分極されている。

圧電素子４０Ｃは、第一及び第二外部電極４２，４３に電圧が印加されることにより駆動される。このとき、第一〜第三領域４１１〜４１３は、互いに異なる極性とされた電極間に位置することから、電圧が印加されて第二方向Ｄ２に伸びる。即ち、第一〜第三領域４１１〜４１３は、活性部として機能する。電極間距離が短いので、第一〜第三領域４１１〜４１３に印加される電圧は、比較例に係る圧電体１０１（図４参照）に印加される電圧よりも大きい。したがって、第一〜第三領域４１１〜４１３の伸び量は、圧電体１０１の伸び量よりも大きい。

これに対して、第四領域４１４には電圧が印加されないので、変位しない。即ち、第四領域４１４は、不活性部として機能する。このため、圧電素子４０Ｃは、第一主面４１ａ側が湾曲外側となるように撓んだ状態で変位する。圧電素子４０Ｃの第二方向Ｄ２の変位量は、圧電素子１００（図４参照）の第二方向Ｄ２の変位量よりも大きくなる。

このように圧電素子４０Ｃでは、第四領域４１４が不活性部として機能し、第一〜第三領域４１１〜４１３が活性部として機能していることから、圧電素子４０と同様の効果が得られる。また、圧電素子４０Ｃを圧電アクチュエータに適用した場合も、第一実施形態と同様の効果が得られる。即ち、圧電素子４０Ｃが、第一主面４１ａ側が湾曲外側となるように撓もうとするのが抑制される。これにより、圧電素子４０Ｃの変形が抑制され、圧電素子４０Ｃの変位を適切に支持部材に伝達させることができる。

図９（ａ）は、第二実施形態の第一変形例に係る圧電素子の断面構成を説明するための図であり、図９（ｂ）は、第二実施形態の第二変形例に係る圧電素子の断面構成を説明するための図である。図９に示されるように、第二実施形態の第一及び第二変形例に係る圧電素子４０Ｄ，４０Ｅのそれぞれは、主に、内部電極４４の数が第二実施形態に係る圧電素子４０Ａと相違している。

図９（ａ）に示されるように圧電素子４０Ｄは、第二主面４１ｂ上に導電膜４５が設けられている点で、第一実施形態の第一変形例に係る圧電素子４０Ｂ（図８（ａ）参照）と相違し、その他の点で一致している。このため、圧電素子４０Ｄにおいても、圧電素子４０Ｂと同様の効果が得られる。また、圧電素子４０Ｄでは、圧電素子４０Ａと同様に、圧電体４１の分極処理に用いられた第二主面４１ｂ上の電極が全て除去されず、導電膜４５として残される。このため、電極の除去屑の発生を抑制することができる。

図９（ｂ）に示されるように圧電素子４０Ｅは、第二主面４１ｂ上に導電膜４５が設けられている点で、第一実施形態の第二変形例に係る圧電素子４０Ｃ（図８（ｂ）参照）と相違し、その他の点で一致している。このため、圧電素子４０Ｅにおいても、圧電素子４０Ｃと同様の効果が得られる。また、圧電素子４０Ｅでは、圧電素子４０Ａと同様に、圧電体４１の分極処理に用いられた第二主面４１ｂ上の電極が全て除去されず、導電膜４５として残される。このため、電極の除去屑の発生を抑制することができる。

上記変形例に限らず、例えば、内部電極４４が４つ以上からなっていてもよい。

各領域の厚さがそれぞれ異なっていてもよい。即ち、圧電素子４０，４０Ａにおいて、第一及び第二領域４１１，４１２の厚さがそれぞれ異なっていてもよい。また、圧電素子４０Ｂ，４０Ｄにおいて、第一〜第三領域４１１〜４１３の厚さがそれぞれ異なっていてもよい。また、圧電素子４０Ｃ，４０Ｅにおいて、第一〜第四領域４１１〜４１４の厚さがそれぞれ異なっていてもよい。

ヒンジ部材１４の基部３０及び中間部３２と、ベースプレート１３の基部２０及び前端部２２が支持部材として機能しているが、これに加えて、例えばベースプレート１３の連結部２４等が支持部材として機能してもよい。また、ヒンジ部材１４の基部３０及び中間部３２のみが支持部材として機能していてもよい。

不活性部として機能する領域のそれぞれは、必ずしも分極されていなくてもよい。即ち、圧電素子４０，４０Ａの第二領域４１２、圧電素子４０Ｂ，４０Ｄの第三領域４１３、及び圧電素子４０Ｃ，４０Ｅの第四領域４１４は、未分極であってもよい。圧電素子４０，４０Ａ〜４０Ｅが駆動される際、仮にこれらの領域に電圧が印加されたとしても、これらの領域は未分極であるため、不活性部として機能する。

圧電素子４０，４０Ａでは、第一外部電極４２は、少なくとも電極部分４２ａを有していればよく、電極部分４２ｂを有していなくてもよい。

本発明は、ＨＤＤ用のサスペンション１０のマイクロアクチュエータ部１２以外の圧電アクチュエータに用いることができる。

１０…サスペンション、２０…基部、２２…前端部、３０…基部、３２…中間部、４０，４０Ａ〜４０Ｅ…圧電素子、４１…圧電体、４１ａ…第一主面、４１ｂ…第二主面、４１１…第一領域、４１２…第二領域、４１３…第三領域、４１４…第四領域、４２…第一外部電極、４２ａ…電極部分、４３…第二外部電極、４４…内部電極、４４１…第一内部電極、４４２…第二内部電極、４４３…第三内部電極、４５…導電膜、Ｄ１…第一方向。

Claims (5)

1. 互いに対向する第一及び第二主面を有する圧電体と、
   前記第一主面と前記第二主面とが対向している方向に互いに対向するように前記圧電体に配置されている複数の電極と、を備え、
   前記複数の電極は、
   前記第一主面上に配置されており、第一極性とされる第一電極と、
   前記第一電極と対向するように前記圧電体内に配置されており、前記第一極性とは異なる第二極性とされる第二電極と、を含み、
   前記圧電体における、前記複数の電極のうち前記第二主面に最も近い電極から前記第二主面までの領域が不活性部として機能し、
   前記第二主面には、前記第一極性又は前記第二極性とされる電極が配置されておらず、
   前記第一主面には、前記第二極性とされる電極が配置されておらず、
   前記不活性部は、分極されている、圧電素子。
2. 前記第二主面上に配置されており、かつ、前記複数の電極から電気的に絶縁されている導電膜を更に備える、請求項１に記載の圧電素子。
3. 前記第二主面には、導電膜が配置されていない、請求項１又は２に記載の圧電素子。
4. 互いに対向する第一及び第二主面を有する圧電体と、
   前記第一主面と前記第二主面とが対向している方向に互いに対向するように前記圧電体に配置されている複数の電極と、を備え、
   前記複数の電極は、
   前記第一主面上に配置されており、第一極性とされる第一電極と、
   前記第一電極と対向するように前記圧電体内に配置されており、前記第一極性とは異なる第二極性とされる第二電極と、を含み、
   前記圧電体における、前記複数の電極のうち前記第二主面に最も近い電極から前記第二主面までの領域が不活性部として機能し、
   前記第二主面には、前記第一極性又は前記第二極性とされる電極が配置されておらず、
   前記第一主面には、前記第二極性とされる電極が配置されておらず、
   前記第二主面上に配置されており、かつ、前記複数の電極から電気的に絶縁されている導電膜を更に備える、圧電素子。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電素子と、
   前記圧電素子を前記第一主面側で支持する支持部材と、を備える圧電アクチュエータ。

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