JPH10144974A - Piezoelectric actuator and its manufacturing method - Google Patents

Piezoelectric actuator and its manufacturing method

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JPH10144974A
JPH10144974A JP29656996A JP29656996A JPH10144974A JP H10144974 A JPH10144974 A JP H10144974A JP 29656996 A JP29656996 A JP 29656996A JP 29656996 A JP29656996 A JP 29656996A JP H10144974 A JPH10144974 A JP H10144974A
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JP
Japan
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piezoelectric
electrode
plate
groove
electrodes
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Application number
JP29656996A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Saeki
清 佐伯
Koji Idogaki
孝治 井戸垣
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator that is a face deformation element for obtaining a sufficient generation force or a displacement, while operating at a low voltage and its manufacturing method. SOLUTION: A piezoelectric actuator 1 has an elastic plate 5 that is a thin plate with spring elasticity, a piezoelectric plate 2 that is a thin plate made of a piezoelectric material being jointed onto the surface of the elastic plate 5, and a first electrode 31 and a second electrode 32 that are accommodated in a plurality of grooves 2a formed at the piezoelectric plate 2 with a gap that is equal to or less than the thickness of the piezoelectric plate 2 and are adjacent, while sandwiching a piezoelectric material. The piezoelectric actuator 1 can generate a sufficiently high electric field, even if an applied voltage is small, since the gap between both electrodes 31 and 32 is narrow and can utilize a piezoelectric constant d33 that is approximately two times larger than a piezoelectric constant d33 , so that it can achieve a larger occurrence force and the maximum displacement even at a low voltage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電ユニモルフや
圧電バイモルフに類する面変形素子である圧電アクチュ
エータの技術分野に属する。
The present invention belongs to the technical field of a piezoelectric actuator which is a surface deformation element similar to a piezoelectric unimorph or a piezoelectric bimorph.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術の面変形素子である圧電アクチ
ュエータとしては、圧電ユニモルフや圧電バイモルフが
ある。これらは通常、バネ弾性を持つ薄板である弾性板
と、この弾性板の少なくとも一方の表面に接合されてい
る圧電材料からなる薄板である圧電板と、各圧電板の両
面にそれぞれ形成ないし接合されている一対の電極とか
ら構成されている。
2. Description of the Related Art Piezoelectric unimorphs and piezoelectric bimorphs are known as piezoelectric actuators which are surface deformation elements of the prior art. These are usually formed on or joined to both sides of each piezoelectric plate, and an elastic plate which is a thin plate having spring elasticity, a piezoelectric plate which is a thin plate made of a piezoelectric material joined to at least one surface of the elastic plate. And a pair of electrodes.

【0003】上記一対の電極に電圧が印加されると、印
加電圧を厚さで割った電界強度の電界が圧電板の厚さ方
向に生じ、電界強度と圧電定数d31との積に比例して圧
電板は厚さ方向と垂直な面内変位(または面内変位を起
こそうとする圧力)を生じる。その結果、ユニモルフや
バイモルフなどの面変形素子は、一方に反るかまたは反
ろうとする力を発生する。
When a voltage is applied to the pair of electrodes, an electric field having an electric field strength obtained by dividing the applied voltage by the thickness is generated in the thickness direction of the piezoelectric plate, and is proportional to the product of the electric field strength and the piezoelectric constant d 31. Thus, the piezoelectric plate generates an in-plane displacement (or a pressure that causes an in-plane displacement) perpendicular to the thickness direction. As a result, a surface deformation element such as a unimorph or a bimorph generates a force that warps or warps in one direction.

【0004】一例として圧電ユニモルフP1を取り上げ
ると、図12に示すように金属製の円盤状弾性板P5の
片面に圧電板P2が接合されており、図13(a)に示
すように圧電板P2の両面にそれぞれ電極P3が形成さ
れている。上記両電極P3に電圧を印加すると、図13
(b)に示すように、分極方向とは直交する面内方向に
圧電板P2が収縮し、ユニモルフP1全体が反って変形
する。この際、圧電板P2の変形圧力(固定時の応力)
は、印加電圧を圧電板P2の厚さで割った電界強度と圧
電定数d31とに比例する。
Taking a piezoelectric unimorph P1 as an example, as shown in FIG. 12, a piezoelectric plate P2 is joined to one side of a metal disc-shaped elastic plate P5, and as shown in FIG. The electrodes P3 are formed on both surfaces of the substrate. When a voltage is applied to both electrodes P3, FIG.
As shown in (b), the piezoelectric plate P2 contracts in an in-plane direction orthogonal to the polarization direction, and the entire unimorph P1 warps and deforms. At this time, the deformation pressure of the piezoelectric plate P2 (the stress at the time of fixing)
It is proportional to the applied voltage to the electric field strength and the piezoelectric constant d 31 divided by the thickness of the piezoelectric plate P2.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前述のユニモルフやバ
イモルフでは、低電圧で作動させるためには、圧電板の
厚さを薄く形成して低電圧でも十分に強い電界強度が得
られるようにする手段がある。ところが、圧電板の厚さ
を薄くすると面内方向の断面積が小さくなるので面内方
向に発生する力が弱くなり、十分な発生力を得ることが
できない。それゆえ前述の従来技術によっては、低電圧
で作動しながら十分な発生力と変位とを得ることができ
ない。
In the above-described unimorph and bimorph, in order to operate at a low voltage, the thickness of the piezoelectric plate is made thin so that a sufficiently strong electric field strength can be obtained even at a low voltage. There is. However, when the thickness of the piezoelectric plate is reduced, the cross-sectional area in the in-plane direction is reduced, so that the force generated in the in-plane direction is weakened, and a sufficient generated force cannot be obtained. Therefore, according to the above-mentioned prior art, it is not possible to obtain a sufficient generated force and displacement while operating at a low voltage.

【0006】そこで本発明は、低電圧で作動しながら十
分な発生力および変位のうち少なくとも一方を得ること
ができる面変形素子である圧電アクチュエータとその製
造方法とを提供することを解決すべき課題とする。
Accordingly, the present invention is to provide a piezoelectric actuator which is a surface deformation element capable of obtaining at least one of a sufficient generated force and displacement while operating at a low voltage, and a method of manufacturing the same. And

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、発明者らは以下の手段を発明
した。 [圧電アクチュエータ] (第1手段)本発明の第1手段は、請求項1記載の圧電
アクチュエータである。圧電板には製造過程で第1電極
と第2電極との間に高電圧がかけられており、面内方向
の各電極面と直交する向きに圧電材料の分極が予め形成
されている。
Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects In order to solve the above problems, the inventors have invented the following means. [Piezoelectric Actuator] (First Means) A first means of the present invention is the piezoelectric actuator according to claim 1. A high voltage is applied to the piezoelectric plate between the first electrode and the second electrode during the manufacturing process, and the polarization of the piezoelectric material is formed in advance in a direction orthogonal to each electrode surface in the in-plane direction.

【0008】ここで、弾性板を形成している材料は、ス
テンレス鋼、銅および銅合金などの金属等、導電性の材
料でも、合成樹脂および、ガラスなどの絶縁性の材料で
も、あるいはシリコンなどの半導体材料でも良い。ま
た、圧電板を形成している材料は、電圧の印加により圧
電効果または逆圧電効果を生じる圧電材料の中から適宜
選択することができ、例えば圧電セラミックスのPZT
(ジルコン酸チタン酸鉛)を採用することができる。一
方、各電極を形成している材料は、導電性の材料の中か
ら適宜選択することができ、例えばアルミニウム、金、
銀、白金、タングステン、銅およびこれらの合金などの
金属を採用することができる。
Here, the material forming the elastic plate is a conductive material such as a metal such as stainless steel, copper and copper alloy, an insulating material such as synthetic resin and glass, or a silicon or the like. Semiconductor material. Further, the material forming the piezoelectric plate can be appropriately selected from piezoelectric materials that produce a piezoelectric effect or an inverse piezoelectric effect by applying a voltage. For example, PZT of piezoelectric ceramics can be used.
(Lead zirconate titanate) can be employed. On the other hand, the material forming each electrode can be appropriately selected from conductive materials, for example, aluminum, gold,
Metals such as silver, platinum, tungsten, copper and their alloys can be employed.

【0009】本手段では、圧電板の厚さ以下の間隔で形
成されている複数の溝の中に導電材が充填されて、互い
に該圧電材料を挟んで隣接して第1電極および第2電極
が形成されている。それゆえ、上記両電極間に電圧が印
加されると、面内方向に電界が発生し、電界強度と圧電
定数d33との積に比例して圧電板は厚さ方向と垂直な面
内方向(電界と平行な方向)に伸縮変位または伸縮力を
生じる。ここで、溝の間隔すなわち両電極の間隔が狭い
ほど低電圧でも強電界が発生するのであり、電界強度は
圧電板の厚さには左右されないので、十分な変形力を発
揮できるだけの厚さを圧電板に与えることができる。
In this means, a plurality of grooves formed at intervals smaller than the thickness of the piezoelectric plate are filled with a conductive material, and the first electrode and the second electrode are adjacent to each other with the piezoelectric material interposed therebetween. Are formed. Therefore, when the voltage between the both electrodes is applied, an electric field is generated in the in-plane direction, the piezoelectric plate thickness direction and plane direction perpendicular in proportion to the product of the field strength and the piezoelectric constant d 33 An expansion / contraction displacement or an expansion / contraction force occurs in a direction (parallel to the electric field). Here, as the gap between the grooves, that is, the gap between the two electrodes is narrower, a strong electric field is generated even at a low voltage, and the electric field strength is not affected by the thickness of the piezoelectric plate. Can be applied to the piezoelectric plate.

【0010】この際、互いに隣接する両電極の間隔が圧
電板の厚さに対して十分に小さければ、印加する電圧が
低電圧であっても十分に高い電界強度が面内方向に生
じ、本手段の圧電アクチュエータには十分な曲げ変形ま
たは曲げ力を発生する。また、圧電定数d31を利用して
いた従来技術と異なり、圧電定数d33により面内方向の
伸縮変形または伸縮力が発生する。ここで、圧電定数d
33は、圧電定数d31に比べて通常2倍程度大きいので、
電界強度が同じであれば、本手段の圧電アクチュエータ
が発生する変形力は従来技術に比べて2倍程度大きくな
る。この効果は両電極の間隔が圧電板の厚みと同程度で
ある場合にも発揮され、同じ電界強度であっても約2倍
の伸縮力が得られる。
At this time, if the distance between the two electrodes adjacent to each other is sufficiently small with respect to the thickness of the piezoelectric plate, a sufficiently high electric field intensity is generated in the in-plane direction even if the applied voltage is low. The piezoelectric actuator of the means generates sufficient bending deformation or bending force. Further, unlike the prior art have utilized piezoelectric constant d 31, elastic deformation or stretching force in the plane direction by the piezoelectric constant d 33 is generated. Here, the piezoelectric constant d
33 is usually about twice as large as the piezoelectric constant d 31 ,
If the electric field strength is the same, the deformation force generated by the piezoelectric actuator of the present means is about twice as large as that of the prior art. This effect is exerted even when the distance between the two electrodes is substantially the same as the thickness of the piezoelectric plate. Even if the electric field intensity is the same, an expansion and contraction force of about twice is obtained.

【0011】また、溝の幅すなわち両電極の幅が両電極
の間隔よりも通常は小さいので、本手段の変位の大きさ
も従来技術のそれよりも大きくなる。しかも、本手段の
圧電アクチュエータで従来技術と同等の変位(電界強度
と圧電定数d33との積に比例)を得るためには、印加す
る電圧は本手段の方が従来技術よりも低くて済む。した
がって本手段によれば、従来技術よりもずっと低い印加
電圧で圧電アクチュエータを作動させることができ、そ
の変形力および変形量も従来技術より大きくなるという
効果がある。
Since the width of the groove, that is, the width of the two electrodes is usually smaller than the distance between the two electrodes, the magnitude of displacement of the present means is larger than that of the prior art. Moreover, in order to obtain a conventional equivalent displacement piezoelectric actuator of the present means (proportional to the product of the field strength and the piezoelectric constant d 33), the voltage to be applied requires only a person is lower than the prior art of the present means . Therefore, according to this means, it is possible to operate the piezoelectric actuator with an applied voltage much lower than that of the related art, and there is an effect that the deformation force and the amount of deformation are larger than those of the related art.

【0012】(第2手段)本発明の第2手段は、請求項
2記載の圧電アクチュエータである。本手段では、両電
極を収容しているそれぞれの溝が、圧電板の表面に開口
しているので、弾性板に接合されている圧電板の表面か
ら、微細加工技術を駆使して精密に溝を形成することが
可能である。また、同一の表面からの加工で溝が形成さ
れるので、第1電極の溝と第2電極の溝との精密な位置
合わせが容易にでき、両溝の間隔を精密に一定に保って
加工することが容易になる。さらに、両電極を圧電板の
一方の面から一度に形成することが可能であり、圧電板
の両面に各電極の溝がそれぞれ開口している場合と比較
して、両電極を形成する工程も簡易化される。加えて、
圧電板を弾性板に接合してから溝を形成することができ
るので、溝が形成されている圧電板に割れが生じにくく
なり、製造中の取り扱いも容易になる。
(Second Means) A second means of the present invention is a piezoelectric actuator according to the second aspect. In this method, since each groove accommodating both electrodes is opened on the surface of the piezoelectric plate, the grooves are precisely formed from the surface of the piezoelectric plate joined to the elastic plate by making full use of fine processing technology. Can be formed. Further, since the grooves are formed by processing from the same surface, precise alignment between the grooves of the first electrode and the grooves of the second electrode can be easily performed, and the processing can be performed while maintaining a precisely constant gap between both grooves. It becomes easier to do. Furthermore, it is possible to form both electrodes at once from one surface of the piezoelectric plate, and the process of forming both electrodes is more complicated than when the grooves of each electrode are opened on both surfaces of the piezoelectric plate. Simplified. in addition,
Since the groove can be formed after the piezoelectric plate is joined to the elastic plate, cracks are less likely to occur in the piezoelectric plate on which the groove is formed, and handling during manufacture becomes easy.

【0013】したがって本手段によれば、前述の第1手
段の効果に加えて、本発明の圧電アクチュエータの製造
が容易になるという効果がある。なお、弾性板が金属等
の導電性の材料からなる場合には、溝の深さは両電極と
弾性板との間で絶縁が保たれる範囲で留められるが、弾
性板が合成樹脂やガラスなどの絶縁性材料からなるであ
る場合には、溝は弾性板を貫通していても良い。後者の
場合には、圧電板が弾性板に接合されたうえで溝が形成
されることになるが、前者の場合よりもより広く(深
く)圧電板に電界をかけることができるので、発生力お
よび変形量は前者よりも増大する。
Therefore, according to this means, in addition to the effect of the first means, there is an effect that the manufacture of the piezoelectric actuator of the present invention is facilitated. When the elastic plate is made of a conductive material such as a metal, the depth of the groove is kept within a range where insulation is maintained between both electrodes and the elastic plate, but the elastic plate is made of synthetic resin or glass. In the case where the groove is made of an insulating material such as the above, the groove may penetrate the elastic plate. In the latter case, the grooves are formed after the piezoelectric plate is joined to the elastic plate. However, since the electric field can be applied to the piezoelectric plate wider (deeper) than in the former case, the generated force And the amount of deformation is larger than the former.

【0014】(第3手段)本発明の第3手段は、請求項
3記載の圧電アクチュエータである。本手段では、両電
極のうち一方は弾性板に対向する圧電板の接合面に開口
している溝の中に形成されており、他方は弾性板に背向
する圧電板の表面に開口している溝の中に形成されてい
る。すなわち、両電極は圧電板の表裏から交互に形成さ
れている。それゆえ、一方の面を一方の電極との接続面
とし、他方の面を他方の電極への接続面とすることがで
きるので、両電極と駆動電源との接続が容易になり、同
一面で短絡するおそれが無くなる。
(Third Means) A third means of the present invention is a piezoelectric actuator according to the third aspect. In this means, one of the two electrodes is formed in a groove which is open in the joint surface of the piezoelectric plate facing the elastic plate, and the other is open in the surface of the piezoelectric plate facing the elastic plate. Formed in the groove. That is, both electrodes are formed alternately from the front and back of the piezoelectric plate. Therefore, since one surface can be used as a connection surface with one electrode and the other surface can be used as a connection surface with the other electrode, connection between both electrodes and the driving power supply becomes easy, and the same surface is used. There is no risk of short circuit.

【0015】したがって本手段によれば、前述の第1手
段の効果に加えて、両電極と駆動電源との接続が容易に
なるばかりではなく、両電極間での短絡が防止されると
いう効果がある。 (第4手段)本発明の第4手段は、請求項4記載の圧電
アクチュエータである。
Therefore, according to this means, in addition to the effect of the above-mentioned first means, not only the connection between the two electrodes and the drive power supply is facilitated, but also the effect that a short circuit between the two electrodes is prevented. is there. (Fourth Means) A fourth means of the present invention is the piezoelectric actuator according to the fourth aspect.

【0016】本手段では、両電極の圧電板上のパターン
がそれぞれ直線でのみ形成されており、圧電板の表面の
面積に対して最も密に両電極を配設することができるの
で、印加電圧が低くても大きな発生力を得ることができ
る。また圧電アクチュエータは、従来技術のように略球
面状に反るのではなくて一方向に反り、一次曲面を形成
する。
In this means, the patterns on the piezoelectric plate of both electrodes are formed only in a straight line, and both electrodes can be arranged most densely with respect to the area of the surface of the piezoelectric plate. , A large force can be obtained. Further, the piezoelectric actuator does not warp in a substantially spherical shape as in the related art, but warps in one direction to form a primary curved surface.

【0017】したがって本手段によれば、前述の第1手
段の効果に加えて、より低い印加電圧で十分に大きな変
位ないし発生力が得られるうえ、圧電アクチュエータが
一次曲面に変形するという効果がある。 (第5手段)本発明の第5手段は、請求項5記載の圧電
アクチュエータである。
Therefore, according to this means, in addition to the effect of the first means, a sufficiently large displacement or generated force can be obtained with a lower applied voltage, and the piezoelectric actuator is deformed into a primary curved surface. . (Fifth Means) A fifth means of the present invention is the piezoelectric actuator according to the fifth aspect.

【0018】本手段では、両電極は、直線や曲線を含む
任意のパターンで圧電板に形成されるので、圧電アクチ
ュエータを一次曲面にも正負いずれの二次曲面にも変形
させることができる。したがって本手段によれば、前述
の第1手段の効果に加えて、圧電アクチュエータの変形
形状や変形しようとする方向を任意に設計することがで
きるという効果がある。
In this means, since both electrodes are formed on the piezoelectric plate in an arbitrary pattern including a straight line or a curved line, the piezoelectric actuator can be deformed into a primary curved surface or a positive or negative secondary curved surface. Therefore, according to this means, in addition to the effect of the above-described first means, there is an effect that the deformed shape and the direction of the deformation of the piezoelectric actuator can be arbitrarily designed.

【0019】(第6手段)本発明の第6手段は、請求項
6記載の圧電アクチュエータである。本手段では、各区
画毎に印加電圧を互いに独立して制御することができる
ので、各区画毎に変形の方向と変形量とを個別に与える
ことが可能であり、圧電アクチュエータを複雑な形状に
変形させることが可能になる。
(Sixth Means) A sixth means of the present invention is a piezoelectric actuator according to the sixth aspect. In this means, the applied voltage can be controlled independently for each section, so that the direction and amount of deformation can be individually given to each section, and the piezoelectric actuator can be formed into a complicated shape. It can be deformed.

【0020】したがって本手段によれば、前述の第1手
段の効果に加えて、各区画毎に変形を個別に制御するこ
とができ、圧電アクチュエータを複雑な形状に変形させ
ることが可能になるという効果がある。 [圧電アクチュエータの製造方法] (第7手段)本発明の第7手段は、請求項7記載の圧電
アクチュエータである。
Therefore, according to this means, in addition to the effect of the first means, the deformation can be individually controlled for each section, and the piezoelectric actuator can be deformed into a complicated shape. effective. [Method of Manufacturing Piezoelectric Actuator] (Seventh Means) A seventh means of the present invention is the piezoelectric actuator according to claim 7.

【0021】本手段では少なくとも、圧電材料からなる
薄板である圧電板の表面から該圧電板の厚さよりも短い
間隔で複数の溝を該圧電板に形成する溝形成工程と、こ
の溝の中に導電材を充填して第1電極および第2電極を
形成する電極形成工程と、両電極の間に高電圧を印加し
て圧電材料を分極させる分極工程とにより、第1手段の
圧電アクチュエータが製造される。溝形成工程には半導
体の微細加工技術の転用が可能で容易に溝を形成するこ
とができ、また電極形成工程にも各工学分野で成熟して
いる加工技術を転用することができる。また分極工程
も、通常の圧電素子で行われている工程と基本的には同
一であり、本手段の製造方法には技術的な難関はない。
In this means, at least a groove forming step of forming a plurality of grooves in the piezoelectric plate from the surface of the piezoelectric plate, which is a thin plate made of a piezoelectric material, at intervals shorter than the thickness of the piezoelectric plate; The piezoelectric actuator of the first means is manufactured by an electrode forming step of filling the conductive material to form the first electrode and the second electrode, and a polarizing step of applying a high voltage between the two electrodes to polarize the piezoelectric material. Is done. In the groove forming step, the microfabrication technology of the semiconductor can be diverted, and the groove can be easily formed. In addition, the processing technology matured in each engineering field can be diverted to the electrode forming step. Also, the polarization step is basically the same as the step performed by a normal piezoelectric element, and there is no technical difficulty in the manufacturing method of the present means.

【0022】したがって本手段によれば、すでに成熟し
ている加工技術の転用で容易に前述の第1手段の圧電ア
クチュエータを製造することができるという効果があ
る。 (第8手段)本発明の第8手段は、請求項8記載の圧電
アクチュエータの製造方法である。本手段では、溝形成
工程に、ダイシング加工、レーザ加工および反応性イオ
ンエッチング加工のうちいずれかの加工技術が使用され
る。ダイシング加工には、安価で簡便な加工設備で済
み、加工が速やかに行われるという利点がある。一方、
レーザ加工および反応性イオンエッチング加工には、圧
電板の表面上の溝のパターンを曲線も含めて任意に設計
できるという利点がある。
Therefore, according to this means, there is an effect that the above-mentioned piezoelectric actuator of the first means can be easily manufactured by diverting an already matured processing technique. (Eighth Means) An eighth means of the present invention is a method of manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 8. In this means, any one of dicing, laser processing, and reactive ion etching is used in the groove forming step. The dicing process has an advantage that processing can be performed promptly by using inexpensive and simple processing equipment. on the other hand,
The laser processing and the reactive ion etching processing have an advantage that a groove pattern on the surface of the piezoelectric plate can be arbitrarily designed including a curve.

【0023】(第9手段)本発明の第9手段は、請求項
9記載の圧電アクチュエータの製造方法である。本手段
では、電極形成工程に、CVD(化学的気相成長法)、
スパッタリング、導電性ペーストの刷り込み、無電解メ
ッキおよび蒸着のうちいずれかの加工技術が使用され
る。CVD、蒸着およびスパッタリングには、比較的緻
密に両電極が形成されるうえ、一度に複数枚の電極形成
が可能になるという利点がある。一方、導電性ペースト
の刷り込みおよび無電解メッキには、安価で簡便な加工
設備で済むうえ、加工時間が比較的短くて済むという利
点がある。
(Ninth Means) A ninth means of the present invention is a method for manufacturing a piezoelectric actuator according to the ninth aspect. In this means, the electrode forming step includes CVD (Chemical Vapor Deposition),
One of the processing techniques of sputtering, printing of a conductive paste, electroless plating, and vapor deposition is used. CVD, vapor deposition and sputtering have the advantage that both electrodes can be formed relatively densely and that a plurality of electrodes can be formed at once. On the other hand, the imprinting of the conductive paste and the electroless plating have the advantage that the processing equipment can be inexpensive and simple and the processing time can be relatively short.

【0024】なお、溝形成工程で圧電板の表面にマスク
材が接合されている場合には、同マスク材を電極形成工
程でも使用したうえで電極形成工程の終了後に除去すれ
ば、同マスク材と共に余分な導電材が除去されるので合
理的である。逆に溝形成工程で圧電板の表面にマスク材
が接合されていない場合には、圧電板の表面に堆積した
余分な導電材は、研削等の機械加工で除去しても良い。
If a mask material is bonded to the surface of the piezoelectric plate in the groove forming step, the mask material is used in the electrode forming step and is removed after the electrode forming step. At the same time, excess conductive material is removed, which is reasonable. Conversely, if the mask material is not bonded to the surface of the piezoelectric plate in the groove forming step, excess conductive material deposited on the surface of the piezoelectric plate may be removed by machining such as grinding.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本発明の圧電アクチュエータおよ
びその製造方法の実施の形態については、当業者に実施
可能な理解が得らえるように、以下の実施例で明確かつ
十分に説明する。 [実施例1] (実施例1の構成)本実施例の圧電アクチュエータ1
は、図1に示すように、平面形が矩形の形状をしてい
る。すなわち圧電アクチュエータ1は、矩形の弾性板5
と、その一方の表面にエポキシ系接着剤で接合されてい
る矩形の圧電板2と、圧電板2に形成されている溝2a
内に収容されている各電極31,32,41,42とか
ら構成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the piezoelectric actuator and the method of manufacturing the same according to the present invention will be clearly and fully described in the following examples so that those skilled in the art can understand the present invention. [First Embodiment] (Configuration of First Embodiment) Piezoelectric actuator 1 of the present embodiment
Has a rectangular planar shape as shown in FIG. That is, the piezoelectric actuator 1 has a rectangular elastic plate 5.
A rectangular piezoelectric plate 2 joined to one surface thereof with an epoxy adhesive, and a groove 2 a formed in the piezoelectric plate 2.
And the electrodes 31, 32, 41, and 42 housed therein.

【0026】弾性板5は、バネ弾性を持つ薄板であり、
幅10mm、奥行き15mm、厚さ0.05mmのステ
ンレス鋼の平板である。圧電板2は、PZT圧電材料か
らなる薄板であり、幅8mm、奥行き12mm、厚さ
0.05mmの平板である。圧電板2には、溝2aが、
表面に平行な面内に互いに対向する二つの櫛の歯状に交
互に形成されている。一方の櫛の歯状の溝2aの中には
導電材が充填されて第1電極31を形成しており、他方
の櫛の歯状の溝2aの中には同じ導電材が充填されて第
2電極32を形成している。第1電極31と第2電極3
2とは、圧電板2の圧電材料を挟んで互いに絶縁されて
いる。全ての第1電極31は、その一端で同じく導電材
で溝2a内に形成されている第1共通電極41と接続し
ており、同様に全ての第2電極32は、その一端で同じ
く導電材で溝2a内に形成されている第2共通電極42
と接続している。上記導電材はアルミニウムであるが、
金やタングステンなどに適宜変更することも可能であ
る。
The elastic plate 5 is a thin plate having spring elasticity.
It is a stainless steel flat plate having a width of 10 mm, a depth of 15 mm, and a thickness of 0.05 mm. The piezoelectric plate 2 is a thin plate made of a PZT piezoelectric material, and is a flat plate having a width of 8 mm, a depth of 12 mm, and a thickness of 0.05 mm. A groove 2a is formed in the piezoelectric plate 2.
It is formed alternately in a plane parallel to the surface in a tooth shape of two opposing combs. The first electrode 31 is formed by filling a conductive material into one of the comb-shaped grooves 2a, and the same conductive material is filled into the other comb-shaped groove 2a. Two electrodes 32 are formed. First electrode 31 and second electrode 3
2 are insulated from each other with the piezoelectric material of the piezoelectric plate 2 interposed therebetween. All the first electrodes 31 are connected at one end thereof to the first common electrode 41 formed of the same conductive material in the groove 2a, and similarly, all the second electrodes 32 are connected to the same conductive material at one end thereof. The second common electrode 42 formed in the groove 2a
Is connected to The conductive material is aluminum,
It is also possible to appropriately change to gold, tungsten, or the like.

【0027】図2に示すように、全ての溝2aは弾性板
5に背向している圧電板2の表面に開口しており、この
開口部から溝2a内に導電材が導入されて各電極31,
32,41,42が形成されている。なお、第1共通電
極41および第2共通電極42は、それぞれボンディン
グワイヤまたはリード線に接続されて、駆動電源(図
略)からの印加電圧を受けられるようになっている。
As shown in FIG. 2, all the grooves 2a are open on the surface of the piezoelectric plate 2 facing the elastic plate 5, and a conductive material is introduced into the grooves 2a from these openings to make each of the grooves 2a. Electrodes 31,
32, 41, and 42 are formed. The first common electrode 41 and the second common electrode 42 are connected to bonding wires or lead wires, respectively, so as to receive an applied voltage from a driving power supply (not shown).

【0028】上記各電極31,32,41,42は、深
さ0.045mm(圧電板2の厚さの90%)、幅0.
015mmで形成されており、第1電極31と第2電極
32との間隔は一定で0.03mm(圧電板2の厚さの
3/5)である。すなわち図3に示すように、この電極
間の間隔に相当する厚さで、第1電極31と第2電極3
2との間に両電極の表面と垂直な方向に分極している圧
電材料が挟持されている。
Each of the electrodes 31, 32, 41, 42 has a depth of 0.045 mm (90% of the thickness of the piezoelectric plate 2) and a width of 0.045 mm.
The distance between the first electrode 31 and the second electrode 32 is constant and is 0.03 mm (厚 of the thickness of the piezoelectric plate 2). That is, as shown in FIG. 3, the first electrode 31 and the second electrode 3 have a thickness corresponding to the distance between the electrodes.
2, a piezoelectric material polarized in a direction perpendicular to the surfaces of both electrodes is sandwiched.

【0029】(実施例1の作用効果)本実施例の圧電ア
クチュエータ1は、電圧が印加されていない状態では、
図4(a)に示すように、全体として平板状をしてい
る。一方、図4(b)に示すように、スイッチ6が閉じ
て駆動電源としての電池7から電圧が印加されている状
態では、両電極31,32が交互に積層されている方向
(電界と平行な方向)に圧電材料は伸張する。この際、
伸張率は圧電板2の圧電定数d33(定数)と電池7の印
加電圧による電界強度との積に(印加電圧が所定の範囲
では)比例する。この電界強度は、印加電圧を各電極3
1,32の間隔で割った値であるから、前述のように圧
電板2の厚さよりも上記間隔がずっと狭い本実施例の圧
電アクチュエータ1では、低い印加電圧であっても十分
に大きな電界強度が生じる。また、圧電板2の厚さも、
弾性板5を曲げるのに十分な曲げモーメントを生じるだ
けの厚さが確保されている。
(Effects of Embodiment 1) The piezoelectric actuator 1 of the present embodiment operates in a state where no voltage is applied.
As shown in FIG. 4 (a), it has a flat plate shape as a whole. On the other hand, as shown in FIG. 4B, in a state where the switch 6 is closed and a voltage is applied from the battery 7 as a driving power source, the electrodes 31 and 32 are alternately stacked (in a direction parallel to the electric field). The piezoelectric material expands in a certain direction. On this occasion,
The expansion rate is proportional to the product of the piezoelectric constant d 33 (constant) of the piezoelectric plate 2 and the electric field strength due to the applied voltage of the battery 7 (when the applied voltage is within a predetermined range). This electric field strength is determined by applying an applied voltage to each electrode 3.
Since the value is divided by the interval of 1, 32, as described above, the piezoelectric actuator 1 of the present embodiment, in which the interval is much smaller than the thickness of the piezoelectric plate 2, has a sufficiently large electric field intensity even at a low applied voltage. Occurs. Also, the thickness of the piezoelectric plate 2 is
The thickness is sufficient to generate a bending moment sufficient to bend the elastic plate 5.

【0030】その結果、圧電板2は十分に大きな伸張力
を生じ、所定量だけ各電極31,32の積層方向に伸張
して、弾性板5を所定の曲率で曲げる(圧電板2も弾性
板5に接合したまま曲がる)。この曲げ変形により、本
実施例の圧電アクチュエータ1は全体として一次曲面を
形成する。以上詳述したように、本実施例の圧電アクチ
ュエータ1によれば、印加電圧が比較的低くても、十分
な曲げ変形力を生じ、その結果十分に大きな曲げ変形量
を発生させることができるという効果がある。
As a result, the piezoelectric plate 2 generates a sufficiently large elongating force, and is extended by a predetermined amount in the laminating direction of the electrodes 31 and 32 to bend the elastic plate 5 at a predetermined curvature (the piezoelectric plate 2 is also elastic plate). 5). Due to this bending deformation, the piezoelectric actuator 1 of the present embodiment forms a primary curved surface as a whole. As described in detail above, according to the piezoelectric actuator 1 of the present embodiment, even if the applied voltage is relatively low, a sufficient bending deformation force is generated, and as a result, a sufficiently large bending deformation amount can be generated. effective.

【0031】(実施例1の応用)本実施例の圧電アクチ
ュエータ1をマイクロマシンに採用した場合、駆動に必
要とされる印加電圧が比較的低電圧であるので、高電圧
発生装置を要せずマイクロマシンに搭載した電池で圧電
アクチュエータ1を駆動することができる。したがっ
て、マイクロマシンを給電ケーブルなしに単体として構
成することが容易になるという効果がある。また、高電
圧を必要としないので、短絡の防止も容易であり、その
分、マイクロマシンを小型軽量化できるとの効果もあ
る。
(Application of Embodiment 1) When the piezoelectric actuator 1 of this embodiment is employed in a micromachine, since the applied voltage required for driving is relatively low, the micromachine does not require a high voltage generator. The piezoelectric actuator 1 can be driven by a battery mounted on the piezoelectric actuator 1. Therefore, there is an effect that it is easy to configure the micromachine as a single unit without a power supply cable. In addition, since a high voltage is not required, short circuit can be easily prevented, and accordingly, there is an effect that the micromachine can be reduced in size and weight.

【0032】(実施例1の変形態様)前述の実施例1の
圧電アクチュエータ1において、弾性板5を絶縁性のガ
ラスないし合成樹脂で形成し、圧電板2を貫通して溝2
aを形成して両電極31,32を圧電板2の厚さの全体
に渡って形成する変形態様も実施可能である。本変形態
様によれば、より大きな発生力および変形量が得られる
という効果がある。
(Modification of Embodiment 1) In the piezoelectric actuator 1 of Embodiment 1 described above, the elastic plate 5 is formed of insulating glass or synthetic resin, and extends through the piezoelectric plate 2 to form the groove 2.
A modification in which a is formed to form both electrodes 31 and 32 over the entire thickness of the piezoelectric plate 2 is also possible. According to this modification, there is an effect that a larger generated force and a larger amount of deformation can be obtained.

【0033】なお、共通電極41,42は、導電路とし
て機能しているだけなので、圧電板2の厚さの全体に渡
って形成されている必要はない。さらに、実施例1でも
同様であるが、共通電極41,42は電極31,32よ
りも広い幅で形成されていることが、電極31,32お
よび電極パッドPとの導通を確保するうえで望ましい。
Since the common electrodes 41 and 42 only function as conductive paths, they do not need to be formed over the entire thickness of the piezoelectric plate 2. Further, as in the first embodiment, it is desirable that the common electrodes 41 and 42 be formed to have a wider width than the electrodes 31 and 32 in order to secure conduction between the electrodes 31 and 32 and the electrode pad P. .

【0034】また、実施例1やその変形態様と同様の構
成で、弾性板5の表裏両面にそれぞれ圧電板2が接合さ
れているバイモルフのような変形態様も実施可能であ
る。 (実施例1の製造方法)本実施例の圧電アクチュエータ
1の製造方法は、接合工程、溝形成工程、電極形成工程
および分極工程の順に構成されている。
Further, with a configuration similar to that of the first embodiment or its modified embodiment, a modified embodiment such as a bimorph in which the piezoelectric plates 2 are bonded to both the front and back surfaces of the elastic plate 5 is also possible. (Manufacturing Method of First Embodiment) The manufacturing method of the piezoelectric actuator 1 of the present embodiment includes a joining step, a groove forming step, an electrode forming step, and a polarization step in this order.

【0035】接合工程は、所定の寸法の薄板に成形され
ている弾性板5および圧電板2を用意し、互いの方位を
合わせて圧電板2を弾性板5の一方の表面に接着剤で接
合固定する工程である。本工程では、次の溝形成工程に
移る前に、接着剤を十分に硬化させて圧電板2と弾性板
5との接合を完全にしておく。ここで、圧電アクチュエ
ータ1を構成する所定の寸法に弾性板5および圧電板2
が裁断される以前に両者5,2を互いに接合しておき、
全ての工程が完了した後に上記所定の寸法に裁断する製
造方法も取りうる。この方法によれば、多くの半導体チ
ップと同様に、多数の圧電アクチュエータ1を一度に製
造することが可能である。
In the joining step, an elastic plate 5 and a piezoelectric plate 2 which are formed into a thin plate having a predetermined size are prepared, and the piezoelectric plate 2 is joined to one surface of the elastic plate 5 with an adhesive by aligning the orientation of each other. This is the step of fixing. In this step, the adhesive is sufficiently cured to completely join the piezoelectric plate 2 and the elastic plate 5 before moving to the next groove forming step. Here, the elastic plate 5 and the piezoelectric plate 2 have a predetermined size to constitute the piezoelectric actuator 1.
Before the is cut, the two 5 and 2 are joined together,
After all the steps are completed, a manufacturing method of cutting into the above-mentioned predetermined dimensions can be adopted. According to this method, it is possible to manufacture a large number of piezoelectric actuators 1 at a time, like many semiconductor chips.

【0036】溝形成工程は、弾性板5の表面に接合され
ている圧電板2の表面から、圧電板2の厚さよりも短い
間隔で複数の溝2aを前述のパターン(図1参照)で圧
電板2に形成する工程である。本実施例では、溝2aの
パターンが全て直線の線分から構成されているので、溝
形成工程にダイシング加工が使用され、機械的に切削さ
れて所定の深さの溝2aが形成されている。
In the groove forming step, a plurality of grooves 2a are formed from the surface of the piezoelectric plate 2 joined to the surface of the elastic plate 5 at intervals shorter than the thickness of the piezoelectric plate 2 in the above-described pattern (see FIG. 1). This is a step of forming the plate 2. In the present embodiment, since all the patterns of the grooves 2a are composed of straight line segments, dicing is used in the groove forming step, and the grooves 2a having a predetermined depth are formed by mechanical cutting.

【0037】電極形成工程は、溝2aの中に導電材を充
填して、圧電板2の圧電材料を挟んで互いに隣接してい
る第1電極31および第2電極32を形成する工程であ
る。本実施例では、微量の溶剤中に銀の微粉末を多量に
含む導電性ペーストを全ての溝2aにローラーで刷り込
む加工方法が取られている。刷り込みの際、ローラーは
溝2aに対して斜めの方向から往復し、上記ペーストを
全ての溝2aに完全に充填する。ここで、減圧された雰
囲気中で上記刷り込みを行うと、溝2aの奥に気泡(ボ
イド)が残りにくいので、より望ましい。なお、圧電板
2の表面に付着した余分な導電性ペーストは、ローラー
による刷り込み後、溶剤で拭き取ればきれいに除去され
て短絡の心配はなくなる。
The electrode forming step is a step of filling the groove 2a with a conductive material to form the first electrode 31 and the second electrode 32 adjacent to each other with the piezoelectric material of the piezoelectric plate 2 interposed therebetween. In this embodiment, a processing method is employed in which a conductive paste containing a large amount of fine silver powder in a small amount of solvent is printed in all the grooves 2a with a roller. At the time of printing, the roller reciprocates in an oblique direction with respect to the grooves 2a and completely fills all the grooves 2a with the paste. Here, it is more preferable to perform the above-described printing in a reduced-pressure atmosphere because bubbles (voids) hardly remain in the depth of the groove 2a. The excess conductive paste adhering to the surface of the piezoelectric plate 2 is wiped off with a solvent after printing with a roller, and is removed cleanly.

【0038】溝2aに充填された上記ペーストから溶剤
が蒸発した後、圧電板2を弾性板5と共に熱処理炉に入
れ、適正な温度にまで昇温して銀の微粉末を溶解させて
銀の電極31,32,41,42を焼成する。すなわ
ち、熱処理後に冷却されて銀が溝2aの中で連続して固
まり、各電極31,32,41,42が形成される。電
極形成工程で各電極31,32,41,42が形成され
たのち、第1電極31および第1共通電極41のうちい
ずれかに一本、第2電極32および第2共通電極42の
うちいずれかに他の一本のリード線を接合する。本実施
例の場合は、図5に示すように、最も圧電板2の辺縁部
に近い第1電極31の端部および第2電極32の端部
に、銀を主成分とする導電性ペーストが印刷されて焼成
され、それぞれの電極パッドPが形成されている。そし
て、各電極パッドPには、それぞれリード線Lが半田付
けで接続されている(導電性接着剤による接着でも良
い)。
After the solvent evaporates from the paste filled in the groove 2a, the piezoelectric plate 2 and the elastic plate 5 are placed in a heat treatment furnace, and the temperature is raised to an appropriate temperature to dissolve the fine silver powder to form a silver powder. The electrodes 31, 32, 41, 42 are fired. That is, after cooling after the heat treatment, silver is continuously solidified in the groove 2a, and the electrodes 31, 32, 41, and 42 are formed. After the electrodes 31, 32, 41, and 42 are formed in the electrode forming step, one of the first electrode 31 and the first common electrode 41 and one of the second electrode 32 and the second common electrode 42 are formed. One other lead wire is joined to the crab. In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 5, a conductive paste containing silver as a main component is provided at the end of the first electrode 31 and the end of the second electrode 32 which are closest to the periphery of the piezoelectric plate 2. Are printed and fired to form respective electrode pads P. A lead wire L is connected to each electrode pad P by soldering (adhesion with a conductive adhesive may be used).

【0039】最後に分極工程では、各リード線Lを介し
て第1電極31と第2電極32との間に高電圧を印加
し、両電極31,32間に挟まれている圧電板2の圧電
材料を分極させる。以上の本実施例の製造方法により、
本実施例の圧電アクチュエータが製造される。本実施例
の製造方法によれば、製造に要する設備が安価かつ簡便
であり、試作品などの少量生産では特に素早く安価に前
述の圧電アクチュエータを製造することができるという
効果がある。
Finally, in the polarization step, a high voltage is applied between the first electrode 31 and the second electrode 32 via each lead wire L, and the piezoelectric plate 2 sandwiched between the two electrodes 31, 32 is applied. Polarize the piezoelectric material. According to the manufacturing method of the present embodiment described above,
The piezoelectric actuator of this embodiment is manufactured. According to the manufacturing method of this embodiment, there is an effect that the equipment required for manufacturing is inexpensive and simple, and the above-described piezoelectric actuator can be manufactured particularly quickly and inexpensively in small-quantity production of prototypes and the like.

【0040】(実施例1の製造方法の変形態様1)本実
施例の製造方法の変形態様として、実施例1と同様の接
合工程の後、溝形成工程にレーザ加工法を使用し、電極
形成工程にCVDを使用する製造方法が可能である。レ
ーザ加工法による溝形成工程では、図6に示すように、
波長が1μm程度の赤外線レーザ光10を集光レンズ1
1で集光し、純水9に浸されている圧電板2の溝2aを
形成すべき部位に照射する。すると、赤外レーザ光の集
中照射による局部的な温度上昇により、圧電板2を形成
しているPZTは被照射部位で純水9と化学反応して浸
食され、溝2aが徐々に形成される。圧電板2上の溝2
aを形成すべきパターンに沿ってレーザ光10を走査さ
せることにより、各電極31,32,41,42を収容
すべき溝2aが全て形成される。
(Modification 1 of Manufacturing Method of Example 1) As a modification of the manufacturing method of this example, after the same bonding step as in Example 1, a laser processing method is used in a groove forming step, and an electrode is formed. A manufacturing method using CVD in the process is possible. In the groove forming step by the laser processing method, as shown in FIG.
Focusing lens 1 for infrared laser light 10 having a wavelength of about 1 μm
The light is condensed at 1 and irradiates a portion of the piezoelectric plate 2 immersed in pure water 9 where the groove 2a is to be formed. Then, due to the local temperature rise due to the concentrated irradiation of the infrared laser beam, the PZT forming the piezoelectric plate 2 chemically reacts with the pure water 9 at the irradiated portion to be eroded, and the groove 2a is gradually formed. . Groove 2 on piezoelectric plate 2
By scanning the laser beam 10 along the pattern in which a is to be formed, all the grooves 2a in which the electrodes 31, 32, 41, and 42 are to be accommodated are formed.

【0041】CVDによる電極形成工程では、溝2a以
外の圧電板2の表面にはレジストでマスクを形成してお
き、溝2a内に導電物質(本実施例では銀)が付着する
ようにパターニングしておく。その結果、溝2a内には
各電極31,32,41,42が形成され、その他の圧
電板2の表面は清浄に保たれる。なお、マスク材による
パターニングをしないで、圧電板2の表面に堆積した導
電物質を、切削や研摩等の機械加工や化学処理で除去し
てしまっても良い。
In the electrode forming step by CVD, a mask is formed with a resist on the surface of the piezoelectric plate 2 other than the groove 2a, and patterning is performed so that a conductive material (in this embodiment, silver) adheres in the groove 2a. Keep it. As a result, the electrodes 31, 32, 41, and 42 are formed in the groove 2a, and the other surfaces of the piezoelectric plate 2 are kept clean. Note that the conductive material deposited on the surface of the piezoelectric plate 2 may be removed by machining such as cutting or polishing or chemical treatment without patterning by the mask material.

【0042】リード線Lに代わるボンディングワイヤを
接続すべき電極パッドPは、上記電極形成工程で溝2a
と同時に形成される。本変形態様の製造方法の長所は、
機械加工によらずレーザ加工で溝2aを形成するので、
より細い幅の溝2aをより狭い間隔で形成できること
で、それゆえ、より低電圧で作動が可能になるという効
果がある。ちなみに溝2a幅の最小限度は、赤外線レー
ザで5μm程度、紫外線レーザで2μm程度であり、溝
2aの間隔の最小限度は、赤外線レーザで30μm程
度、紫外線レーザで10μm程度である。
The electrode pad P to which a bonding wire instead of the lead wire L is to be connected is formed by the groove 2a in the above-described electrode forming step.
Formed at the same time. The advantages of the manufacturing method of this modification are as follows.
Since the grooves 2a are formed by laser processing instead of mechanical processing,
Since the grooves 2a having a smaller width can be formed at smaller intervals, there is an effect that the operation can be performed at a lower voltage. Incidentally, the minimum width of the groove 2a is about 5 μm for the infrared laser and about 2 μm for the ultraviolet laser, and the minimum interval between the grooves 2a is about 30 μm for the infrared laser and about 10 μm for the ultraviolet laser.

【0043】(実施例1の製造方法の変形態様2)本実
施例の製造方法の変形態様として、実施例1と同様の接
合工程の後、溝形成工程に反応性イオンエッチングを使
用し、電極形成工程にスパッタリングを使用する製造方
法が可能である。反応性イオンエッチングによる溝形成
工程では、図7に示すように、反応性イオンエッチング
装置の加工用真空チャンバ13内に、レジストのマスク
材で表面がパターニングされている圧電板2を入れて加
工する。同装置では、高周波の交流電源15により駆動
される磁場コイル14による交流磁場内に、反応性ガス
のプラズマ17が発生し、圧電板2の溝2aを形成すべ
き部位で化学反応による浸食が起こる。この際、反応性
ガスとしては、CF4 ,Cl2 等を使用することができ
る。一方、弾性板5に接合されている圧電板2は、電極
基板12上に複数個が並べられており、電極基板12を
介して高周波の交流電源15から高電圧を印加されてい
る。なお、加工用真空チャンバは、真空排気系16によ
り適正な真空度に保たれている。
(Modification 2 of the manufacturing method of the first embodiment) As a modification of the manufacturing method of the first embodiment, reactive ion etching is used in the groove forming step after the joining step similar to that of the first embodiment. A manufacturing method using sputtering in the forming step is possible. In the groove forming step by reactive ion etching, as shown in FIG. 7, a piezoelectric plate 2 whose surface is patterned with a resist mask material is put into a processing vacuum chamber 13 of a reactive ion etching apparatus and processed. . In this device, a plasma 17 of a reactive gas is generated in an AC magnetic field generated by a magnetic field coil 14 driven by a high-frequency AC power supply 15, and erosion due to a chemical reaction occurs in a portion of the piezoelectric plate 2 where a groove 2a is to be formed. . At this time, CF 4 , Cl 2 or the like can be used as the reactive gas. On the other hand, a plurality of piezoelectric plates 2 joined to the elastic plate 5 are arranged on the electrode substrate 12, and a high voltage is applied from the high-frequency AC power supply 15 via the electrode substrate 12. The vacuum chamber for processing is maintained at an appropriate vacuum level by the vacuum exhaust system 16.

【0044】スパッタリングによる電極形成工程では、
溝2a以外の圧電板2の表面には上記溝形成工程で使用
したマスクを残しておき、スパッタリングで溝2a内に
導電物質を付着させる。その結果、溝2a内には各電極
31,32,41,42が形成され、その他の圧電板2
の表面はマスクを剥がすと清浄に保たれている。リード
線Lに代わるボンディングワイヤを接続すべき電極パッ
ドPは、上記電極形成工程で溝2aと同時に形成され
る。
In the electrode forming step by sputtering,
The mask used in the above-described groove forming step is left on the surface of the piezoelectric plate 2 other than the grooves 2a, and a conductive substance is attached to the inside of the grooves 2a by sputtering. As a result, the electrodes 31, 32, 41, and 42 are formed in the groove 2a, and the other piezoelectric plates 2 are formed.
The surface is kept clean when the mask is removed. The electrode pad P to which a bonding wire instead of the lead wire L is to be connected is formed simultaneously with the groove 2a in the above-described electrode forming step.

【0045】本変形態様の製造方法の長所は、反応性イ
オンエッチングとスパッタリングとを使用して溝2aと
各電極31,32,41,42とを形成するので、一度
に沢山の圧電板2を加工することができ、大量生産が容
易になることである。 (実施例1の電極パッドの形成)電極パッドPは、CV
D、スパッタリング、蒸着または無電解メッキによるア
ルミニウム、銀、金またはニッケル等の成膜で形成が可
能である。それゆえ、前述のように、電極31,32,
41,42をこれらの加工法で形成する際に、同時に形
成するのが合理的である。成膜の電極パッドPには、ワ
イヤボンディングにより電圧源との接続が可能である。
An advantage of the manufacturing method of this modification is that the grooves 2a and the electrodes 31, 32, 41, 42 are formed by using reactive ion etching and sputtering, so that a large number of piezoelectric plates 2 can be formed at one time. It can be processed and mass production is facilitated. (Formation of Electrode Pad of Example 1) The electrode pad P
D, it can be formed by film formation of aluminum, silver, gold, nickel or the like by sputtering, vapor deposition or electroless plating. Therefore, as described above, the electrodes 31, 32,
When forming 41 and 42 by these processing methods, it is reasonable to form them simultaneously. The electrode pad P for film formation can be connected to a voltage source by wire bonding.

【0046】(実施例1の変形態様)前述の実施例1の
圧電アクチュエータ1では、ユニモルフと同様に弾性板
5の片面にしか圧電板2が接合されていなかったが、バ
イモルフと同様に弾性板5の両面に圧電板2がそれぞれ
接合されている変形態様も可能である。本変形態様の圧
電アクチュエータによれば、前述の圧電アクチュエータ
1に比べ発生力を倍増できるという効果がある。
(Modification of Embodiment 1) In the piezoelectric actuator 1 of Embodiment 1 described above, the piezoelectric plate 2 was bonded to only one surface of the elastic plate 5 as in the unimorph, but the elastic plate was bonded in the same manner as in the bimorph. A modification in which the piezoelectric plates 2 are respectively bonded to both surfaces of the plate 5 is also possible. According to the piezoelectric actuator of this modification, there is an effect that the generated force can be doubled as compared with the piezoelectric actuator 1 described above.

【0047】[実施例2] (実施例2の構成)本発明の実施例2としての圧電アク
チュエータ1’は、図8および図9に示すように、一枚
の円盤状のステンレス鋼製の薄板からなる円盤状の弾性
板5’と、弾性板5の表裏両面に導電性接着剤でそれぞ
れ接合されている二枚の圧電板2’とからなる。圧電板
2は、実施例1と同様にPZTからなる薄板で、弾性板
5よりやや直径が小さな円盤状をしている。
Embodiment 2 (Structure of Embodiment 2) As shown in FIGS. 8 and 9, a piezoelectric actuator 1 'as Embodiment 2 of the present invention is a single disk-shaped stainless steel thin plate. And two piezoelectric plates 2 'bonded to the front and back surfaces of the elastic plate 5 with a conductive adhesive, respectively. The piezoelectric plate 2 is a thin plate made of PZT similarly to the first embodiment, and has a disk shape having a diameter slightly smaller than that of the elastic plate 5.

【0048】二枚の圧電板2’は、図8に示すように二
つの区画に区切られており、この二つの区画は、二枚の
圧電板2’について表裏で対応している。圧電板2’
は、各区画についてそれぞれ対をなす複数の第1電極3
1’および第2電極32’を有している。また各圧電板
2は、各区画でそれぞれ各第1電極31’を接続してい
る第1共通電極41’と、それぞれ各第2電極32’を
接続している第2共通電極42とを有する。
The two piezoelectric plates 2 'are divided into two sections as shown in FIG. 8, and these two sections correspond to the front and back sides of the two piezoelectric plates 2'. Piezoelectric plate 2 '
Is a plurality of first electrodes 3 forming a pair for each section.
1 ′ and a second electrode 32 ′. Further, each piezoelectric plate 2 has a first common electrode 41 ′ connecting each first electrode 31 ′ in each section, and a second common electrode 42 connecting each second electrode 32 ′ in each section. .

【0049】複数の第1電極31’はそれぞれ略半円弧
状のパターンを圧電板2’の表面に描いて形成されてお
り、二つの第1共通電極41’も圧電板2’の表面にそ
れぞれ直線状にパターンを描いて形成されている。一
方、複数の第2電極32’もそれぞれ略半円弧状のパタ
ーンを圧電板2’の裏面(弾性板5’と接合する面)に
描いて形成されており、二つの第2共通電極42’も圧
電板2’の裏面にそれぞれ直線状にパターンを描いて形
成されている。
Each of the plurality of first electrodes 31 ′ is formed by drawing a substantially semicircular pattern on the surface of the piezoelectric plate 2 ′, and two first common electrodes 41 ′ are also formed on the surface of the piezoelectric plate 2 ′. It is formed by drawing a pattern in a straight line. On the other hand, the plurality of second electrodes 32 'are also formed by drawing substantially semicircular arc-shaped patterns on the back surface of the piezoelectric plate 2' (the surface joined to the elastic plate 5 '), and the two second common electrodes 42' are formed. Also, a pattern is drawn linearly on the back surface of the piezoelectric plate 2 '.

【0050】すなわち、第1電極31’および第2電極
32’は、図9に示すように、それぞれの圧電板2’の
厚さ方向の面内に互いに対向する二つの櫛の歯状に交互
に配設されている。第1電極31’および第1共通電極
41’は、各区画毎に形成された電極パッド(図略)に
より、それぞれリード線に接続されている。一方、第2
電極32’および第2共通電極42は、導電性接着剤を
介して弾性板5に接続されており、さらに弾性板5を介
して他のリード線(図略)に接続されている。それゆ
え、第2共通電極42’の必要性はなく、第2共通電極
42’を省略して構成することも可能である。
That is, as shown in FIG. 9, the first electrode 31 ′ and the second electrode 32 ′ are alternately formed in two comb-tooth-like shapes facing each other in the thickness direction of each piezoelectric plate 2 ′. It is arranged in. The first electrode 31 'and the first common electrode 41' are connected to lead wires by electrode pads (not shown) formed for each section. On the other hand, the second
The electrode 32 'and the second common electrode 42 are connected to the elastic plate 5 via a conductive adhesive, and further connected to another lead wire (not shown) via the elastic plate 5. Therefore, there is no need for the second common electrode 42 ', and the second common electrode 42' can be omitted.

【0051】第1電極31’と第2電極32’とに挟ま
れている圧電材料は、図中上側の圧電板2’では、第2
電極32’から第1電極31’の方向へ圧電板2’の面
内方向で分極している。一方、図中下側の圧電板2’を
形成している圧電材料は、逆に第1電極31’から第2
電極32’の方向へ分極している。 (実施例2の作用効果)本実施例の圧電アクチュエータ
1’は、二枚の圧電板2’内に形成されている両電極3
1’,32’が、図10(a)に示すように左右二つの
区画に分かれているので、各区画を別個に制御すること
が可能である。この際、圧電板2’と第2電極32’お
よび第2共通電極42’とはアース線8を介して接地し
ている。一方、同図中右半面の区画の表裏の圧電板2’
の第1電極31’は、回路4’に接続されており、さら
にスイッチ6を介して正の駆動電源7に導通しうる。他
方、同図中左半面の区画の表裏の圧電板2’の第1電極
31’は、他の回路4’に接続されており、さらにスイ
ッチ6’を介して負の駆動電源7’に導通しうる。
The piezoelectric material sandwiched between the first electrode 31 'and the second electrode 32' is the second piezoelectric material on the upper piezoelectric plate 2 'in FIG.
It is polarized in the in-plane direction of the piezoelectric plate 2 'from the electrode 32' to the first electrode 31 '. On the other hand, the piezoelectric material forming the lower piezoelectric plate 2 'in FIG.
Polarized in the direction of the electrode 32 '. (Effects of Embodiment 2) The piezoelectric actuator 1 'of this embodiment has two electrodes 3 formed in two piezoelectric plates 2'.
Since 1 'and 32' are divided into two sections on the left and right as shown in FIG. 10A, each section can be controlled separately. At this time, the piezoelectric plate 2 ′, the second electrode 32 ′, and the second common electrode 42 ′ are grounded via the ground wire 8. On the other hand, the piezoelectric plates 2 ′ on the front and back of the section on the right half surface in FIG.
The first electrode 31 ′ is connected to the circuit 4 ′, and can be connected to the positive drive power supply 7 via the switch 6. On the other hand, the first electrodes 31 'of the piezoelectric plates 2' on the front and back sides of the left half section in the figure are connected to another circuit 4 ', and are further connected to a negative drive power supply 7' via a switch 6 '. Can.

【0052】すなわち、図10(b)に示すように、ス
イッチ6を閉じて同図中右側の区画の回路4’にだけ正
の電圧を印加すると、圧電アクチュエータ1’は右半面
だけが上に凸に曲がり変形する。さらに、図10(c)
に示すように、スイッチ6’を閉じて同図中左側の区画
の回路4’にだけ負の電圧を印加すると、圧電アクチュ
エータ1’の左半面は、下に凸に曲がり変形する。
That is, as shown in FIG. 10B, when the switch 6 is closed and a positive voltage is applied only to the circuit 4 'in the right section in the figure, only the right half surface of the piezoelectric actuator 1' is raised. It bends convexly and deforms. Further, FIG.
When the switch 6 'is closed and a negative voltage is applied only to the circuit 4' in the left section in the figure, the left half surface of the piezoelectric actuator 1 'is bent downward and deformed.

【0053】以上詳述したように、本実施例の圧電アク
チュエータ1’では対になる電極31’,32’が二つ
の区画に分かれているので、二つの区画をそれぞれ別個
に制御することができるという効果がある。また、弾性
板5’の両面に圧電板2’が接合されているので、ユニ
モルフに対するバイモルフと同様に、実施例1のように
圧電板2が弾性板5の片側にしかない構成の圧電アクチ
ュエータ1に比べ、発生力を倍加させることができると
いう効果もある。
As described above in detail, in the piezoelectric actuator 1 'of the present embodiment, the paired electrodes 31' and 32 'are divided into two sections, so that the two sections can be controlled separately. This has the effect. Further, since the piezoelectric plates 2 'are bonded to both surfaces of the elastic plate 5', the piezoelectric actuator 1 having a configuration in which the piezoelectric plate 2 is provided only on one side of the elastic plate 5 as in the first embodiment is similar to the bimorph for the unimorph. In comparison, there is also an effect that the generation force can be doubled.

【0054】(実施例2の製造方法)本実施例の圧電ア
クチュエータ1’は、前述の実施例1の製造方法の変形
態様1や変形態様2などの製造方法を圧電板2’の表裏
に対して実施することで、製造することができる。各製
造方法の特徴や利点の違いも、実施例1の各変形態様と
同様である。
(Manufacturing Method of Embodiment 2) The piezoelectric actuator 1 'of this embodiment is obtained by applying the manufacturing method of Modification 1 or Modification 2 of the manufacturing method of Embodiment 1 to the front and back of the piezoelectric plate 2'. By carrying out, it can be manufactured. Differences in the features and advantages of each manufacturing method are also the same as those in each variation of the first embodiment.

【0055】なお、圧電板2’の表裏の各電極31’,
32’の位置合わせは、LSI等の集積回路の微細加工
技術の応用で、容易かつ精密になすことが可能である。 (実施例2の変形態様1)各圧電板2’のそれぞれの表
面に区画毎に分けて導電性ペーストを印刷し、焼成して
導電性の金属(例えば銀)膜を成膜して各区画全体を覆
って、実施例2の電極パッドに代えることが可能であ
る。すなわち本変形態様では、弾性板5’と各区画の導
電性の成膜とをそれぞれ共通電極として使用することが
可能である。
The electrodes 31 'on the front and back of the piezoelectric plate 2',
The alignment of 32 'can be easily and precisely performed by applying a microfabrication technique of an integrated circuit such as an LSI. (Modification 1 of Example 2) A conductive paste is printed on each surface of each piezoelectric plate 2 ′ for each section and baked to form a conductive metal (for example, silver) film, thereby forming each section. It is possible to replace the electrode pad of the second embodiment entirely. That is, in the present modification, the elastic plate 5 'and the conductive film in each section can be used as the common electrode.

【0056】それゆえ本変形態様では、第1共通電極4
1’および第2共通電極42’は不要であり、溝形成工
程を簡略化することができる。したがって本変形態様に
よれば、各区画の導電性の成膜も共通電極として作用す
るので、実施例1の効果に加えて第1電極31’の導通
不良の可能性が減って信頼性が向上するという効果があ
る。
Therefore, in this modification, the first common electrode 4
The 1 ′ and second common electrodes 42 ′ are not required, and the groove forming process can be simplified. Therefore, according to this modification, the conductive film in each section also acts as a common electrode, and in addition to the effect of the first embodiment, the possibility of poor conduction of the first electrode 31 'is reduced, and the reliability is improved. There is an effect of doing.

【0057】(実施例2の変形態様2)実施例2では、
圧電板2’を二つの区画に分割して両電極31’,3
2’を配していたが、3つ以上の区画に分割する変形態
様も可能であり、また、区画の分割のしかたも同心円状
であったりしても良い。例えば、弾性板5’の外周部が
剛に固定されている場合には、円盤状の圧電板2’を内
周部と外周部との二つに同心円状に区画し、両区画の一
方と他方とで逆に印加電圧をかける変形態様も可能であ
る。本変形態様では、内周部と外周部とで逆の曲率を持
つので、圧電アクチュエータの発生力および最大変位が
共に大きくなるという効果がある。
(Modification 2 of Embodiment 2) In Embodiment 2,
The piezoelectric plate 2 'is divided into two sections and both electrodes 31', 3
Although 2 'has been arranged, a modified mode in which it is divided into three or more sections is also possible, and the way of dividing the sections may be concentric. For example, when the outer peripheral portion of the elastic plate 5 'is rigidly fixed, the disk-shaped piezoelectric plate 2' is concentrically partitioned into two portions, an inner peripheral portion and an outer peripheral portion, and one of the two partitions is provided. A modification in which an applied voltage is applied to the other side is also possible. In this modification, since the inner and outer peripheral portions have opposite curvatures, there is an effect that both the generated force and the maximum displacement of the piezoelectric actuator are increased.

【0058】[実施例3] (実施例3の製造方法)本発明の実施例3としての圧電
アクチュエータ1”は、図11に示すように、弾性板
5”の片面(または両面)に接合されている圧電板2”
に、表面に二重螺旋のパターンを描いて第1電極31”
および第2電極32”が形成されている。弾性板5”
は、ガラス等の絶縁性材料からなる円盤状の薄板であ
り、この弾性板5”の厚さのほぼ全体に渡って上記電極
31”,32”を収容している溝が形成されている。第
1電極31”と第2電極32”とは、ごく狭い所定の間
隔を空けて互いに隣接して形成されており、両電極3
1”,32”の一端は、それぞれ円盤状の圧電板2”の
外周面に所定の面積で露出している。
Embodiment 3 (Manufacturing Method of Embodiment 3) As shown in FIG. 11, a piezoelectric actuator 1 ″ according to Embodiment 3 of the present invention is joined to one side (or both sides) of an elastic plate 5 ″. Piezoelectric plate 2 "
Then, a double spiral pattern is drawn on the surface to form the first electrode 31 ″.
And the second electrode 32 ". The elastic plate 5"
Is a disk-shaped thin plate made of an insulating material such as glass, and a groove for accommodating the electrodes 31 "and 32" is formed over almost the entire thickness of the elastic plate 5 ". The first electrode 31 ″ and the second electrode 32 ″ are formed adjacent to each other at a very narrow predetermined interval, and
One end of each of 1 "and 32" is exposed with a predetermined area on the outer peripheral surface of the disk-shaped piezoelectric plate 2 ".

【0059】上記露出部に隣接している弾性板5”表面
には、所定の面積の電極パッドP”がそれぞれ蒸着ない
しスパッタ等で形成されている。この圧電板2”の外周
面での各電極31”,32”の露出部と電極パッドP”
とは、導電性樹脂(または導電性ペーストないし導電性
接着剤)で互いに導通している。電極パッドP”には、
図示しないボンディングワイヤないしリード線が接続さ
れる。
On the surface of the elastic plate 5 "adjacent to the exposed portion, electrode pads P" having a predetermined area are formed by vapor deposition or sputtering. The exposed portions of the electrodes 31 "and 32" on the outer peripheral surface of the piezoelectric plate 2 "and the electrode pads P"
Are electrically conductive with each other by a conductive resin (or a conductive paste or a conductive adhesive). The electrode pad P "
A bonding wire or lead wire (not shown) is connected.

【0060】なお、圧電板2”の圧電材料の分極方向に
ついては、前述の実施例1および実施例2と同様であ
る。 (実施例3の作用効果)本実施例によれば、圧電板3’
の全体が圧電材料の圧電定数d33で作用するので、低電
圧で駆動が可能でありながら、従来技術のユニモルフお
よびバイモルフに比較して発生力は倍増し、最大変位も
数割程度向上するという効果がある。
The direction of polarization of the piezoelectric material of the piezoelectric plate 2 ″ is the same as in the above-described first and second embodiments. (Operation and effect of the third embodiment) According to this embodiment, the piezoelectric plate 3 '
Since the whole acts in piezoelectric constant d 33 of the piezoelectric material, that while it can be driven at a low voltage, generated force compared to the unimorph or bimorph prior art has doubled, also improved several percent maximum displacement effective.

【0061】(実施例3の製造方法)本実施例の圧電ア
クチュエータ1”は、前述の実施例1の製造方法の変形
態様1や変形態様2などの製造方法を実施することで、
製造することができる。各製造方法の特徴や利点の違い
も、実施例1の製造方法の各変形態様と同様である。 (実施例3の変形態様)本実施例においても実施例2と
同様に、弾性板5”をステンレス鋼などの導電性バネ弾
性材料で形成し、各電極31”,32”が圧電板2”の
両面から櫛の歯状に交互に形成されている変形態様が可
能である。本変形態様では、圧電板2”の裏面は導電性
接着剤で導電性の弾性板5”に接合されており、圧電板
2”の表面全体には導電性の膜が形成されている。そし
て弾性板5”および導電性の膜は各電極31”,32”
とそれぞれ導通しており、弾性板5”および導電性の膜
のそれぞれにリード線ないしボンディングワイヤが接続
されている。それゆえ、電極パッドP”は本変形態様に
は必要ない。ここで、導電性の膜は、導電性ペーストの
印刷および焼成、蒸着、CVDおよびスパッタなどの方
法で成膜することができる。
(Manufacturing Method of Third Embodiment) The piezoelectric actuator 1 ″ of the present embodiment is obtained by implementing the manufacturing method of the first or second modification of the manufacturing method of the first embodiment.
Can be manufactured. Differences in the features and advantages of the respective manufacturing methods are the same as those of the respective modifications of the manufacturing method of the first embodiment. (Modification of Embodiment 3) In this embodiment, similarly to Embodiment 2, the elastic plate 5 "is formed of a conductive spring elastic material such as stainless steel, and each of the electrodes 31" and 32 "is made of the piezoelectric plate 2". A modification is possible in which both sides are alternately formed in a comb tooth shape. In this modification, the back surface of the piezoelectric plate 2 "is joined to the conductive elastic plate 5" with a conductive adhesive, and a conductive film is formed on the entire surface of the piezoelectric plate 2 ". The elastic plate 5 "and the conductive film are provided on the respective electrodes 31", 32 ".
Respectively, and a lead wire or a bonding wire is connected to each of the elastic plate 5 ″ and the conductive film. Therefore, the electrode pad P ″ is not necessary for this modification. Here, the conductive film can be formed by a method such as printing and baking of a conductive paste, vapor deposition, CVD, and sputtering.

【0062】本変形態様によれば、弾性板5”および導
電性の膜がそれぞれ各電極31”,32”の全体と導通
している共通電極の作用をする。それゆえ本変形態様に
よれば、駆動電源の回路と電極31”,32”と間の導
通不良が起こりにくく、電極31”,32”が途中で断
線しても問題がないので、実施例3よりも信頼性が向上
するという効果がある。
According to this modification, the elastic plate 5 "and the conductive film act as common electrodes which are electrically connected to the whole of the electrodes 31" and 32 ", respectively. In addition, it is difficult to cause a conduction failure between the driving power supply circuit and the electrodes 31 "and 32", and there is no problem even if the electrodes 31 "and 32" are disconnected in the middle, so that the reliability is improved as compared with the third embodiment. effective.

【0063】なお、本変形態様の圧電アクチュエータ
1”は、実施例2の製造方法と同様の製造方法で製造が
可能である。また、圧電板2’の表裏の各電極31”,
32”の位置合わせは、LSI等の集積回路の微細加工
技術の応用で、容易かつ精密になすことが可能である。
The piezoelectric actuator 1 "of this modified embodiment can be manufactured by the same manufacturing method as that of the embodiment 2. Further, the electrodes 31", 31 ",
The alignment of 32 "can be easily and precisely performed by applying a microfabrication technique of an integrated circuit such as an LSI.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施例1としての圧電アクチュエータの形状
を示す斜視図
FIG. 1 is a perspective view showing a shape of a piezoelectric actuator according to a first embodiment.

【図2】 実施例1としての圧電アクチュエータの構成
を示す断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a piezoelectric actuator according to the first embodiment.

【図3】 実施例1の圧電板の分極方向と両電極とを示
す断面図
FIG. 3 is a sectional view showing the polarization direction and both electrodes of the piezoelectric plate according to the first embodiment.

【図4】 実施例1としての圧電アクチュエータの作用
を示す組図 (a)印加電圧の無い状態での形状を示す断面図 (b)印加電圧の有る状態での形状を示す断面図
FIG. 4 is a set diagram showing the operation of the piezoelectric actuator according to the first embodiment; (a) a sectional view showing a shape without applied voltage; and (b) a sectional view showing a shape with applied voltage.

【図5】 実施例1の圧電アクチュエータへのリード線
の接続を示す斜視図
FIG. 5 is a perspective view showing connection of a lead wire to the piezoelectric actuator according to the first embodiment.

【図6】 レーザ加工による溝形成工程を示す模式図FIG. 6 is a schematic view showing a groove forming step by laser processing.

【図7】 反応性イオンエッチング加工による溝形成工
程を示す模式図
FIG. 7 is a schematic view showing a groove forming step by reactive ion etching.

【図8】 実施例2としての圧電アクチュエータの形状
を示す斜視図
FIG. 8 is a perspective view showing the shape of a piezoelectric actuator according to a second embodiment.

【図9】 実施例2としての圧電アクチュエータの構成
を示す断面図
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a piezoelectric actuator according to a second embodiment.

【図10】実施例2としての圧電アクチュエータの作用
を示す組図 (a)印加電圧の無い状態での形状を示す断面図 (b)部分的に印加電圧の有る状態での形状を示す断面
図 (c)全面的に印加電圧の有る状態での形状を示す断面
FIG. 10 is a set diagram showing the operation of the piezoelectric actuator according to the second embodiment. (A) A cross-sectional view showing a shape without an applied voltage. (B) A cross-sectional view showing a shape with a partially applied voltage. (C) A cross-sectional view showing a shape in a state where an applied voltage is present over the entire surface.

【図11】実施例3としての圧電アクチュエータの形状
を示す斜視図
FIG. 11 is a perspective view showing the shape of a piezoelectric actuator according to a third embodiment.

【図12】従来技術としての圧電ユニモルフの形状を示
す斜視図
FIG. 12 is a perspective view showing the shape of a conventional piezoelectric unimorph.

【図13】従来技術としての圧電ユニモルフの作用を示
す組図 (a)印加電圧の無い状態での形状を示す断面図 (b)印加電圧の有る状態での形状を示す断面図
FIG. 13 is a set diagram showing the operation of a piezoelectric unimorph as a conventional technique. (A) Cross-sectional view showing a shape without applied voltage. (B) Cross-sectional view showing a shape with applied voltage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1’,1”:圧電アクチュエータ 2,2’,2”:圧電板 2a,2a’:溝 31,31’,31”:第1電極 32,32’,3
2”:第2電極 41,41’:第1共通電極 42,42’:第2共
通電極 5,5’,5”:弾性板 6,6’:スイッチ 7,7’:駆動電源(比較的低
電圧) 8:アース線 9:純水 10:赤外レーザ 11:レーザ集光光
学系 12:電極基板 13:真空チャンバ 14:磁場
コイル 15:高周波電源 16:真空排気系 17:プラ
ズマ d31,d33:圧電定数 L:リード線 P,P’:
電極パッド P1:圧電ユニモルフ(従来技術) P2:圧電板 P3:電極 P5:円盤状弾性板 P6:スイッチ P7:駆動電源(比較的高電圧)
1, 1 ', 1 ": piezoelectric actuator 2, 2', 2": piezoelectric plate 2a, 2a ': groove 31, 31', 31 ": first electrode 32, 32 ', 3
2 ″: second electrode 41, 41 ′: first common electrode 42, 42 ′: second common electrode 5, 5 ′, 5 ″: elastic plate 6, 6 ′: switch 7, 7 ′: drive power source (relatively low voltage) 8: grounding wire 9: pure water 10: infrared laser 11: laser beam focusing optics 12: electrode substrate 13: a vacuum chamber 14: the field coil 15: high-frequency power source 16: vacuum evacuation system 17: plasma d 31, d 33 : piezoelectric constant L: lead wire P, P ':
Electrode pad P1: piezoelectric unimorph (prior art) P2: piezoelectric plate P3: electrode P5: disc-shaped elastic plate P6: switch P7: drive power supply (relatively high voltage)

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】バネ弾性を持つ薄板である弾性板と、 該弾性板の少なくとも一方の表面に接合されている圧電
材料からなる薄板である圧電板と、 該圧電板の厚さ以下の間隔で該圧電板に形成されている
複数の溝の中に導電材が充填されており、互いに該圧電
材料を挟んで隣接している該導電材から形成されている
第1電極および第2電極と、を有することを特徴とす
る、圧電アクチュエータ。
1. An elastic plate which is a thin plate having spring elasticity, a piezoelectric plate which is a thin plate made of a piezoelectric material joined to at least one surface of the elastic plate, and is spaced apart by a thickness equal to or less than the thickness of the piezoelectric plate. A plurality of grooves formed in the piezoelectric plate are filled with a conductive material, and a first electrode and a second electrode formed of the conductive material adjacent to each other across the piezoelectric material, A piezoelectric actuator, comprising:
【請求項2】前記第1電極および前記第2電極を収容し
ている前記溝は、前記圧電板の前記弾性板と背向する表
面に開口している、請求項1記載の圧電アクチュエー
タ。
2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein said groove accommodating said first electrode and said second electrode is opened on a surface of said piezoelectric plate facing away from said elastic plate.
【請求項3】前記第1電極および前記第2電極は、前記
圧電板の厚さ方向の面内に互いに対向する二つの櫛の歯
状に交互に配設されている、請求項1記載の圧電アクチ
ュエータ。
3. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode are alternately arranged in a comb-like shape in a face of the piezoelectric plate in a thickness direction of two opposing combs. Piezo actuator.
【請求項4】前記第1電極および前記第2電極は、前記
圧電板の表面に平行な面内に互いに対向する二つの櫛の
歯状に交互に配設されている、請求項1記載の圧電アク
チュエータ。
4. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode are alternately arranged in a plane parallel to the surface of the piezoelectric plate in a tooth shape of two opposing combs. Piezo actuator.
【請求項5】前記第1電極および前記第2電極は、前記
圧電板の表面に平行な面内に、直線状、屈折した直線
状、円弧状および二重螺旋状を含む曲線状、およびこれ
らが複合している形状のうちいずれかの形状で配設され
ている、請求項1記載の圧電アクチュエータ。
5. The first electrode and the second electrode are formed in a plane parallel to the surface of the piezoelectric plate, such as a straight line, a bent straight line, an arc shape, and a curved shape including a double helix. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric actuator is disposed in any one of composite shapes.
【請求項6】前記圧電板は複数の区画に区切られてお
り、該各区画についてそれぞれ対をなす複数の前記第1
電極および前記第2電極を有する、請求項1記載の圧電
アクチュエータ。
6. The piezoelectric plate is divided into a plurality of sections, and each of the plurality of the first plates forms a pair with each section.
The piezoelectric actuator according to claim 1, comprising an electrode and the second electrode.
【請求項7】バネ弾性を持つ薄板である弾性板の表面に
接合されるまたは接合されている圧電材料からなる薄板
である圧電板の表面から、該圧電板の厚さよりも短い間
隔で複数の溝を該圧電板に形成する溝形成工程と、 該溝の中に導電材を充填して、互いに該圧電材料を挟ん
で隣接している第1電極および第2電極を形成する電極
形成工程と、 該第1電極と該第2電極との間に高電圧を印加して、該
両電極の間に挟まれている該圧電材料を分極させる分極
工程と、を有することを特徴とする、圧電アクチュエー
タの製造方法。
7. A thin plate made of a piezoelectric material joined to or joined to a surface of an elastic plate which is a thin plate having spring elasticity. A groove forming step of forming a groove in the piezoelectric plate; an electrode forming step of filling a conductive material in the groove and forming a first electrode and a second electrode adjacent to each other with the piezoelectric material interposed therebetween; Applying a high voltage between the first electrode and the second electrode to polarize the piezoelectric material sandwiched between the two electrodes. Actuator manufacturing method.
【請求項8】前記溝形成工程は、ダイシング加工、レー
ザ加工および反応性イオンエッチング加工のうちいずれ
かにより前記溝を形成する工程である、請求項7記載の
圧電アクチュエータの製造方法。
8. The method according to claim 7, wherein said groove forming step is a step of forming said groove by any one of dicing, laser processing and reactive ion etching.
【請求項9】前記電極形成工程は、CVD、スパッタリ
ング、導電性ペーストの刷り込み、無電解メッキおよび
蒸着のうちいずれかにより、前記第1電極および前記第
2電極を形成する工程である、請求項7記載の圧電アク
チュエータの製造方法。
9. The electrode forming step is a step of forming the first electrode and the second electrode by any one of CVD, sputtering, printing of a conductive paste, electroless plating, and vapor deposition. Item 8. The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to Item 7.
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