JPH11339561A

JPH11339561A - セラミック素子、セラミック素子の製造方法、表示装置、リレー装置及びコンデンサ

Info

Publication number: JPH11339561A
Application number: JP14617098A
Authority: JP
Inventors: Yukihisa Takeuchi; 幸久武内; Toshikatsu Kashiwaya; 俊克柏屋; Nobuo Takahashi; 伸夫高橋
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 1999-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】印加電圧に応じて機械的変位量をアナログ的に
変化させ、駆動電圧の印加終了後における電圧無負荷状
態において、駆動電圧印加時と同等の変位量を維持させ
る。【解決手段】反強誘電体膜２２と該反強誘電体膜２２の
一主面（表面）に形成された一対の電極２４ａ及び２４
ｂとを有するアクチュエータ部本体２６と、該アクチュ
エータ部本体２６を支持する振動部１８と、該振動部１
８を振動可能に支持する固定部２０とを設けて構成し、
更に、分極後の反強誘電体膜２２が、一対の電極２４ａ
及び２４ｂに印加される電圧Ｖに応じて、その平均誘電
率がアナログ的に増加する領域Ｚｔを有するように構成
する。具体的には、反強誘電体膜２２の平均膜厚をｔ、
一対の電極２４ａ及び２４ｂ間のピッチをｐとしたと
き、ｐ／ｔ≦２．５を満足するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータ、
各種振動子、ディスプレイ、リレー等に用いられる電気
エネルギーを機械エネルギーに変換する素子ないしは、
フィルタ、共振回路等に用いられるコンデンサ素子であ
って、特に反強誘電相−強誘電相転移を利用したセラミ
ック素子と、該セラミック素子を画素の表示駆動に利用
した表示装置と、前記セラミック素子をリレーのスイッ
チング駆動に利用したリレー装置と、前記セラミック素
子を容量可変に利用したコンデンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光学や精密加工等の分野におい
て、サブミクロンのオーダーで光路長や位置を調整する
変位素子が所望されるようになってきている。

【０００３】これに応えるものとして、強誘電体等の圧
電材料に電界を加えた時に起きる逆圧電効果に基づくと
ころの変位の発現を利用したアクチュエータの開発が進
められている。

【０００４】その中で、本出願人にあっても、先に、特
開平３−１２８６８１号公報や特開平５−４９２７０号
公報等において、各種の用途に好適に用いられるセラミ
ックス製の圧電／電歪膜型素子を提案している。

【０００５】前記提案例に係る圧電／電歪膜型素子は、
小型で安価な、高信頼性の電気機械変換素子であるとと
もに、低い駆動電圧にて大変位を得られ、また応答速度
が速く、かつ発生力も大きいという優れた特徴を有して
おり、アクチュエータ、ディスプレイ、リレー等の構成
部材等として有用である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記圧電／
電歪膜型素子は、圧電／電歪作動部（アクチュエータ
部）に電圧を印加することによって、その逆圧電効果あ
るいは電歪効果で機械的変位を得るようにしているた
め、印加電圧に対して変位量の大小を精密に制御可能な
利点を有する反面、微細な素子では大きな変位の発生力
を得ることが困難であるという欠点を有する。

【０００７】また、圧電／電歪膜型素子は、一方向に変
位した状態を一定時間にわたって維持する必要がある場
合には、圧電／電歪膜作動部に対して電圧を印加し続け
る必要がある。

【０００８】このため、例えば本発明者らが特開平７−
２８７１７６号公報で開示したような表示装置に適用す
る場合、発光状態を維持する必要のある期間中、前記圧
電／電歪膜作動部に電圧を印加しつづけなければならな
い。

【０００９】この場合、多数の発光素子が２次元的に配
列されて構成される表示装置等を作製する際に、駆動用
の電気配線を１素子ずつ独立して配設する必要があり、
設計的、製造的に大きな制約となる。

【００１０】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、印加電圧に対応して変位量の大小を精
密に制御可能であって、かつ、微細な素子においても、
圧電／電歪膜型素子を上回る大きな変位発生力を得るこ
とが可能なセラミック素子を提供することを目的とす
る。

【００１１】また、本発明の他の目的は、前記条件に加
えて、駆動電圧の印加終了後における電圧無負荷状態な
いし低負荷状態において、駆動電圧印加時とほぼ同等の
変位量を維持することができるセラミック素子を提供す
ることを目的とする。

【００１２】また、本発明の他の目的は、前記条件に加
えて、様々なアプリケーション（表示装置やフィルタ
等）を構成した場合に、駆動用の電気配線を簡素化で
き、製造コストの低廉化を有効に図ることができるセラ
ミック素子を提供することにある。

【００１３】また、本発明の他の目的は、低消費電力
で、駆動用の電気配線を簡素化でき、製造コストやラン
ニングコストの低廉化を有効に図ることができる表示装
置を提供することにある。

【００１４】また、本発明の他の目的は、低消費電力
で、駆動用の電気配線を簡素化でき、もって製造コスト
やランニングコストの低廉化を有効に図ることができ、
しかもスイッチング操作の多様化を図ることができるリ
レー装置を提供することにある。

【００１５】また、本発明の他の目的は、容量がアナロ
グ的に変化する容量可変コンデンサを簡単に、かつ、薄
型に構成することができ、可変コンデンサが組み込まれ
たパラメトリック増幅器や周波数自動制御回路（ＡＦ
Ｃ）並びに各種通信機器等の小型化を促進させることが
できるコンデンサを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るセラミック
素子は、反強誘電体膜と該反強誘電体膜に形成された少
なくとも一対の電極とを有する作動部と、前記作動部を
支持する振動部と、前記振動部を振動可能に支持する固
定部とを設けて構成する。

【００１７】ここで、反強誘電体膜の動作原理について
説明する。反強誘電体膜においては、強誘電相が温度、
応力、電界などの変化によって誘起されたとすると、そ
の歪みｘ_Fは、以下の式で与えられる。

【００１８】ｘ_F＝Ｑ（１＋Ω）Ｐ_F ² 但し、Ｐ_Fは強誘電的分極でＰ_F＝（Ｐａ＋Ｐｂ）／２
であり、Ｐａ及びＰｂは副格子分極を示す。

【００１９】ペロブスカイト型結晶では、電歪定数Ｑｈ
（＝Ｑ₁₁＋２Ｑ₁₂）が正値をとるため、通常の強誘電体
の自発体積歪みは常に正であるのに対して、反強誘電体
では、Ωの値によってその自発歪みｘ_Aは正にも負にも
なり得る。なお、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃）ではΩ
＝１．８である。

【００２０】仮に、反強誘電相−強誘電相転移の前後で
副格子分極の絶対値｜Ｐａ｜，｜Ｐｂ｜があまり変化し
ないと考えた場合、この転移に伴う歪み変化量Δｘは、 Δｘ＝ｘ_F−ｘ_A＝２ＱΩＰ_F ² となる。また、反強誘電相−強誘電相転移を利用する方
が、常誘電相−反強誘電相転移を用いるよりも大きな変
位が得られることが知られている。

【００２１】例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）
派生系セラミックス（多結晶体）は、高温相の立方晶常
誘電相から温度の降下につれて擬正方晶反強誘電相、斜
方晶強誘電相へと逐次転移を示すことが知られている。
従って、室温での反強誘電相が安定な組成を選ぶと、外
部電界の印加によって容易に強誘電相を誘起することが
可能であり、それに付随して大きな歪みの変化が行われ
ることが予想される。

【００２２】そして、強誘電相が誘起されると電界を零
にしても反強誘電相に戻ることはなく、「強誘電相の歪
みの状態を記憶する効果（形状記憶効果）」を示す。元
の反強誘電状態に戻すには、小さな逆バイアス電界を印
加する、あるいは昇温アニールすればよい。

【００２３】つまり、反強誘電体は、外部電界の印加に
より電界誘起相転移を生じるため、前記一対の電極に所
定電圧以上の電圧を印加することにより、反強誘電相か
ら強誘電相に相転移して体積変化し、容易に機械的変位
を得ることができる。

【００２４】この変位量は、前記相転移に伴うことか
ら、圧電／電歪素子のように、印加電圧値によって変位
量の大小を精度よく制御することはできないが、逆に印
加電圧を下げても、該印加電圧が、強誘電相から元の反
強誘電相に相転移する所定の電圧まで下がらなければ前
記変位を維持しつづけることができるという特性を示
す。

【００２５】これを知って、本発明に係るセラミック素
子をみると、該セラミック素子は、固定部にて振動可能
に支持された振動部上に反強誘電体膜を有する作動部が
形成されたかたちとなるため、一対の電極に所定電圧を
印加することにより、作動部における反強誘電体膜は、
前記所定電圧による外部電界によって電界誘起相転移が
生じ、その相転移に伴って機械的変位が発生する。この
変位は振動部によって増幅され、作動部は一方向（例え
ば作動部が自由空間を臨む方向）に変位することにな
る。

【００２６】一旦、作動部が一方向に変位した場合、一
対の電極への電圧印加を停止（例えば電界＝０）して
も、その変位はそのまま維持される。そのため、作動部
に生じた変位を一定期間にわたって維持する必要がある
場合においても、一対の電極に電圧を印加し続ける必要
がなくなる。なお、作動部に生じた変位を元に戻すに
は、一対の電極に小さな逆バイアス電圧、具体的には、
強誘電相から反強誘電相に相転移する電圧を印加すれば
よい。

【００２７】このように、本発明に係るセラミック素子
においては、一対の電極への印加電圧に応じて機械的変
位量がデジタル的に変化し、更に電圧の印加終了後にお
ける電圧無負荷状態において、電圧印加時と同等の変位
量を維持することができる。

【００２８】そして、前記構成において、前記一対の電
極として、該一対の電極への印加電圧によって発生する
電界の強さが空間的に異なる形態を有するようにしても
よい。これにより、作動部のうち、一部の領域が例えば
低い電圧印加によって変位し、その他の部分は変位しな
いという現象が生じ、その後、例えば高い電圧を一対の
電極に印加することによって、前記その他の部分も変位
して、作動部全体が変位する。

【００２９】即ち、作動部は、印加電圧を昇圧していく
につれて、逐次、比較的高電界のかかる部分から順次デ
ジタル的に変位していくことになる。

【００３０】このように、本発明に係るセラミック素子
においては、一対の電極に印加される電圧値により複数
の変位形態及び／又は変位分布を選択することができ、
準アナログ的な機械的変位の実現を図ることができる。

【００３１】前記変位形態等の選択性に富んだ素子を得
る場合、具体的には、前記一対の電極における電極間距
離が大きい領域と小さい領域を有するようにすればよ
い。一対の電極パターンによって電極間距離の大きい領
域と小さい領域を形成することにより、一対の電極に一
定電圧を印加した場合において、常に前記大きい領域よ
りも前記小さい領域の方が高い電界が発生するため、印
加電圧が低いときは、ある電圧で、前記反強誘電体膜の
うち、前記小さい領域に対応する部分だけが相転移し
て、変位することになる。次に、より大きな電圧を一対
の電極に印加すると、ある電圧で前記大きい領域が相転
移して変位する。結果として、２つの印加電圧レベルの
うちのいずれかを選択することにより、２つの変位形態
・変位分布を任意に選択できるという効果を得ることが
できる。

【００３２】もちろん、一対の電極に印加する電圧レベ
ルと変位形態・変位分布の数は３つ以上でも実現可能で
ある。

【００３３】また、前記構成において、分極後の前記反
強誘電体膜に前記電極に印加される電圧に応じて、その
平均誘電率がアナログ的に増加する領域を有するように
してもよい。この場合、電極に電圧を印加することによ
り、作動部における反強誘電体膜は、印加される電圧に
応じた領域にわたって電界誘起相転移が生じることとな
る。印加電圧というときは、正電圧及び負電圧の絶対値
を指す。

【００３４】具体的に、本発明に係るセラミック素子の
作用について説明すると、印加電圧が徐々に上昇するこ
とによって、まず、印加電圧が所定電圧に達するまで
は、作動部に発生する電界が弱いため、反強誘電体膜に
は電界誘起相転移（以下、単に相転移と記す）は生じな
い。

【００３５】印加電圧が所定電圧を越えた段階から、電
極間の距離が最も短い領域や電極に最も近い領域が相転
移させるのに十分な電界強度を有することとなって、こ
れらの領域において相転移が生じ、その相転移に伴って
機械的変位が発生する。この変位は振動部によって増幅
され、作動部は一方向（例えば作動部が自由空間を臨む
方向）に変位することになる。

【００３６】更に、前記印加電圧が上昇するに従って、
相転移させるのに十分な電界強度の領域が徐々に広が
り、電極間の距離が長い領域や電極から遠い領域におい
ても相転移が生じることになる。この場合、相転移領域
の拡大に応じて作動部の機械的変位も大きくなる。

【００３７】即ち、本発明に係るセラミック素子におい
ては、作動部に生じた一方向への変位が印加電圧の上昇
に応じてアナログ的に増大することとなる。

【００３８】一旦、作動部が一方向に変位した場合、一
対の電極への電圧印加を停止（例えば電界＝０）して
も、その変位はそのまま維持される。そのため、作動部
に生じた変位を一定期間にわたって維持する必要がある
場合においても、一対の電極に電圧を印加し続ける必要
がなくなる。なお、作動部に生じた変位を元に戻すに
は、一対の電極に小さな逆バイアス電圧、具体的には、
強誘電相から反強誘電相に相転移する電圧を印加すれば
よい。

【００３９】このように、本発明に係るセラミック素子
においては、電極への印加電圧に応じて機械的変位量が
アナログ的に変化し、更に電圧の印加終了後における電
圧無負荷状態において、電圧印加時と同等の変位量を維
持することができる。

【００４０】そのため、印加電圧に対応して変位量の大
小を精密に制御可能であって、かつ、微細な素子におい
ても、圧電／電歪膜型素子を上回る大きな変位発生力を
得ることができる。

【００４１】また、本発明に係るセラミック素子におい
ては、駆動電圧の印加終了後における電圧無負荷状態な
いし低負荷状態において、駆動電圧印加時とほぼ同等の
変位量を維持することができ、当該セラミック素子を様
々なアプリケーション（表示装置やフィルタ等）に適用
した場合に、駆動用の電気配線を簡素化でき、製造コス
トの低廉化を有効に図ることができる。

【００４２】なお、前記構成において、前記印加電圧に
応じて平均誘電率がアナログ的に増加する領域を複数組
み合わせるようにしてもよい。この場合、印加電圧に応
じて変位する割合（変位増大率）の異なる領域が複数存
在することになる。また、印加電圧値によって複数の変
位形態及び／又は変位分布を選択することができ、変位
形態等の選択性に富んだ素子を得ることができる。

【００４３】前記変位形態等の選択性に富んだ素子を得
る場合、具体的には、例えば前記一対の電極における電
極間距離が大きい領域と小さい領域を有するようにすれ
ばよい。一対の電極パターンによって電極間距離の大き
い領域と小さい領域を形成することにより、一対の電極
に一定電圧を印加した場合において、常に前記大きい領
域よりも前記小さい領域の方が高い電界が発生するた
め、印加電圧が低いときは、ある電圧で、前記反強誘電
体膜のうち、前記小さい領域に対応する部分だけが相転
移して、変位することになる。次に、より大きな電圧を
一対の電極に印加すると、ある電圧で前記大きい領域が
相転移して変位する。結果として、２つの印加電圧レベ
ルのうちのいずれかを選択することにより、２つの変位
形態・変位分布を任意に選択できるという効果を得るこ
とができる。

【００４４】もちろん、一対の電極に印加する電圧レベ
ルと変位形態・変位分布の数は３つ以上でも実現可能で
ある。

【００４５】そして、前記構成において、前記振動部及
び固定部を、セラミックグリーンシート又はセラミック
グリーンテープを積層し、一体焼成して構成された基体
に設けるようにしてもよい。

【００４６】この場合、少なくとも振動部を、主として
部分安定化ジルコニアにて構成するようにしてもよい。
これにより、高強度かつ高靱性の振動部とすることがで
き、セラミック素子の長寿命化を図ることができる。

【００４７】また、前記構成において、前記反強誘電体
膜の組成を、主として下記の組成としてもよい。

【００４８】Ｐｂ_0.99Ｎｂ_0.02｛［Ｚｒ_xＳｎ_1-x］_1-yＴｉ_y｝
_0.98Ｏ₃ 但し、0.5 ＜ｘ＜ 0.6， 0.05 ＜ｙ＜ 0.063， 0.01 ＜
Ｎｂ＜ 0.03 この場合、反強誘電相−強誘電相転移を利用するため、
常誘電相−反強誘電相転移を用いるよりも大きな変位が
得られる。特に、前記組成は、室温での反強誘電相が安
定であるため、外部電界の印加によって容易に強誘電相
を誘起することが可能であり、それに付随して大きな歪
みの変化を行わせることができる。

【００４９】特に、前記反強誘電体膜の材料として、前
記組成にＡｇを酸化銀換算で１〜１０重量％含有するこ
とが、より緻密で大きな変位を得る上で、また、より安
定な形状記憶特性を得る上で好適である。

【００５０】なお、前記のＡｇを含有させる手段として
は、反強誘電体膜を合成する過程において、酸化物の形
態で他の原料粉末と同時に添加してもよいし、予め合成
した反強誘電体材料粉末に、酸化銀として、あるいは硝
酸銀の水溶液として粉砕混合してもよい。また、あるい
は印刷ペーストを調合する際に、酸化銀粉末の形態やＡ
ｇの有機金属化合物の形態で混合してもよい。

【００５１】そして、基体の構成としては、窓部が設け
られたスペーサプレートと該スペーサプレートの一方の
側に重ね合わされて前記窓部を覆蓋する閉塞プレートと
を積層し、一体焼成して構成するようにしてもよい。こ
の場合、振動部上の微細な領域に作動部を形成すること
が可能となり、作動部の高集積化を実現させることがで
きる。

【００５２】また、前記スペーサプレートの他方の側に
重ね合わされて前記窓部を覆蓋し、かつ該窓部に対応す
る位置に１つ以上の貫通孔を有する少なくとも１層のベ
ースプレートを積層し、前記スペーサプレート及び閉塞
プレートと共に一体焼成して基体を構成するようにして
もよい。この場合、スペーサプレート、閉塞プレート及
びベースプレートの積層体が一体焼成されて振動部及び
固定部が形成されることになるが、一般に、窓部の両開
口部を閉塞して一体焼成した場合、窓部での圧力上昇に
よって焼成体自体が破壊されるおそれがある。しかし、
本発明では、ベースプレートに１つ以上の貫通孔を設け
るようにしているため、一体焼成時に発生する窓部の圧
力が貫通孔を通じて外部に逃げ、前記積層体の一体焼成
に伴う破壊は回避される。これは、振動部及び固定部の
信頼性の向上において有利となる。

【００５３】少なくとも反強誘電体膜の一部における前
記一対の電極の形成の態様としては、前記一対の電極を
共に、前記反強誘電体膜の一主面に形成するようにして
もよいし、前記一対の電極のうち、一方の電極を前記反
強誘電体膜の一主面に形成し、他方の電極を前記反強誘
電体膜の他主面に形成するようにしてもよい。

【００５４】特に、一対の電極を反強誘電体膜の一主面
に形成した場合においては、前記反強誘電体膜の平均膜
厚をｔ、電極間のピッチをｐとしたとき、ｐ／ｔ≦２．
５を満足することが好ましい。また、前記振動部を、主
としてアルミナを０．５モル％以上含有する部分安定化
ジルコニアにて構成することが好ましい。この場合、振
動部上に直接反強誘電体膜が形成される形となるため、
反強誘電体膜と振動部とが強固に結合し、これにより、
高い変位量のセラミック素子を得ることができる。

【００５５】また、一方の電極を反強誘電体膜の一主面
に形成し、他方の電極を反強誘電体膜の他主面に形成し
た場合においては、前記一方の電極の面積をＡ、前記他
方の電極の面積をＢとしたとき、Ａ／Ｂ≧２又はＡ／Ｂ
≦０．５を満足することが好ましく、あるいは前記電極
間に挟まれた領域の膜厚分布に２０％以上のばらつきが
あることが好ましい。

【００５６】特に、上述のような電極形態においては、
前記振動部を主として酸化チタンを０．５モル％以上含
有する部分安定化ジルコニアにて構成するようにしても
よい。この場合、他方の電極を介して反強誘電体膜と振
動部とが強固に結合されるため、信頼性が増すと共に、
反強誘電体膜と振動部の相対する面において、電極の存
在しない領域においては、反強誘電体膜と振動部とが固
着しない。そのため、作動部の振動変位に対して拘束さ
れず、高い変位量のセラミック素子を得ることができ
る。

【００５７】そして、一対の電極を反強誘電体膜の一主
面に形成した場合においては、前記振動部と反強誘電体
膜との間に中間層を設けるようにしてもよい。この場
合、前記中間層は、Ｐｔ又はＰｄの金属、あるいは両者
の合金であることが好ましい。また、中間層の厚みは１
μｍ以上、１５μｍ以下であることが適当であり、２μ
ｍ以上、６μｍ以下であることが好ましい。

【００５８】また、前記構成において、前記振動部の厚
みを反強誘電体膜の厚みよりも薄くすることが好まし
い。この場合、振動部の中心を通る最短寸法における前
記固定部の上面と前記振動部の上面との境界部分を境界
点と定義し、該境界点から前記反強誘電体膜の形成端ま
での距離をＬｎ、前記振動部の厚みをｔｖとしたとき、
Ｌｎ＜ｔｖ×１５を満足する場合、前記基体の厚みｔｂ
がｔｂ≦３５０μｍであることが適当であり、好ましく
はｔｂ≦２５０μｍ、より好ましくはｔｂ≦１３０μｍ
であり、ｔｂ≦７０μｍが最も好ましい。

【００５９】また、前記境界点から前記反強誘電体膜の
形成端までの距離ＬｎがＬｎ≧ｔｖ×１５を満足する場
合においては、前記振動部の厚みｔｖは１〜５０μｍが
好ましく、３〜２０μｍが更に好ましい。一方、反強誘
電体膜２２の平均厚さは、１〜１００μｍが好ましく、
３〜５０μｍが更に好ましく、５〜４０μｍが最も好ま
しい。

【００６０】また、前記基体上に形成された前記反強誘
電体膜は、荷重が付与されながら焼成処理されているこ
とが望ましい。この場合、前記荷重としては、０．４ｋ
ｇ／ｃｍ²以上であることが好ましい。更に、前記振動
部直下の空間の深さが１５μｍ以下であることが好まし
い。

【００６１】次に、本発明は、反強誘電体膜と該反強誘
電体膜に形成された少なくとも一対の電極とを有する作
動部と、前記作動部を支持する振動部と、前記振動部を
振動可能に支持する固定部とを有するセラミック素子の
製造方法において、セラミックグリーンシート又はセラ
ミックグリーンテープを積層し、一体焼成して前記振動
部と固定部を有する基体を作製する工程と、前記基体の
前記振動部上に前記反強誘電体膜を形成する工程と、前
記反強誘電体膜を焼成する工程とを有することを特徴と
する。

【００６２】この場合、前記反強誘電体膜に対して荷重
を付与しながら焼成処理することが好ましく、前記荷重
が０．４ｋｇ／ｃｍ²以上であることがより望ましい。

【００６３】また、前記製造方法において、反強誘電体
セラミック材料の粉末を合成して前記反強誘電体膜を作
製する際に、前記反強誘電体膜における焼成中の振動部
との相互拡散による組成変動を見越して、反強誘電体セ
ラミック材料の粉末組成を最適組成からずらして調製す
ることが好ましい。この場合、ＺｒＯ₂をその所定量よ
り少なめに秤量し、ＴｉＯ₂をその所定量より多めに秤
量して調製する。具体的には、ＺｒＯ₂の量は、その所
定量を１００％とした場合の９５〜９８％とし、かつ／
又は、ＴｉＯ₂の量は、その所定量を１００％とした場
合の１０２〜１０４％であることが好ましい。

【００６４】また、反強誘電体セラミック材料の粉末を
合成して前記反強誘電体膜を作製する際に、予め酸化鉛
がその所定配合量よりも少なくされた組成で合成した
後、鉛成分の不足分を酸化鉛の形態で後補正して混合す
ることが好ましい。

【００６５】この場合、鉛成分の後補正量が前記所定配
合量の３％以上、２０％以下であることがよく、好まし
くは５％以上、１５％以下である。

【００６６】また、反強誘電体セラミック材料の粉末を
合成して前記反強誘電体膜を作製する際に、原材料とし
て用いる酸化スズの比表面積を８ｍ²／ｇ以上、２０ｍ
²／ｇ以下にすることが好ましい。

【００６７】また、前記製造方法において、基体を作製
する場合、窓部が設けられた第２層と、該第２層の一方
の側に重ね合わされて前記窓部を覆蓋する第３層と、前
記第２層の他方の側に重ね合わされて前記窓部を覆蓋
し、かつ、該窓部に対応する位置に１つ以上の貫通孔を
有する第１層を積層し、一体焼成してセラミック製の前
記基体を作製するようにしてもよい。

【００６８】また、他の方法としては、１つ以上の貫通
孔を有する第１層の上面に、セラミック材料のペースト
をパターン形成して、前記貫通孔に対応した部分に窓部
を有する第２層を形成した後、前記窓部を閉塞するよう
に第３層を積層し、一体焼成してセラミック製の前記基
体を作製するようにしてもよい。

【００６９】前記基体の作製においては、前記第２層の
厚みを１〜２０μｍとすることが好ましい。

【００７０】次に、本発明は、光が導入される光導波板
と、該光導波板の一方の板面に対向して設けられ、かつ
多数の画素に対応した数のアクチュエータ部が配列され
た駆動部を具備し、入力される画像信号の属性に応じて
前記光導波板に対する前記アクチュエータ部の接触・離
隔方向の変位動作を制御して、前記光導波板の所定部位
の漏れ光を制御することにより、前記光導波板に前記画
像信号に応じた映像を表示させる表示装置において、前
記アクチュエータ部を、反強誘電体膜と該反強誘電体膜
に形成された少なくとも一対の電極とを有するアクチュ
エータ部本体と、前記アクチュエータ部本体を支持する
振動部と、前記振動部を振動可能に支持する固定部とを
具備して構成し、更に、前記一対の電極への電圧印加に
よって生じる前記アクチュエータ部の変位動作を光導波
板に伝達する変位伝達部を設けて構成する。

【００７１】これにより、まず、光導波板の例えば端部
から導入される光は、光導波板の屈折率の大きさを調節
することにより、全ての光が光導波板の前面及び背面に
おいて透過することなく内部で全反射する。この状態に
おいて、光導波板の例えば背面に変位伝達部が光の波長
以下の距離で接近あるいは接触すると、それまで全反射
していた光は、光導波板の背面に接触している変位伝達
部の表面まで透過する。一旦、変位伝達部の表面に到達
した光は変位伝達板の表面で反射し、散乱光として一部
は再度光導波板の中で反射するが、散乱光の大部分は光
導波板で反射されることなく、光導波板の前面を透過す
ることになる。

【００７２】このように、光導波板の背面にある変位伝
達板の接触の有無により、光導波板の前面における光の
発光（漏れ光）の有無を制御することができる。この場
合、光導波板に対して変位伝達板を接触・離隔方向に変
位動作させる１つの単位を１画素として考えれば、この
画素を多数マトリクス状に配列し、入力される画像信号
の属性に応じて各画素での変位動作を制御することによ
り、陰極線管や液晶表示装置と同様に、光導波板の前面
に画像信号に応じた映像（文字や図形等）を表示させる
ことができる。

【００７３】次に、本発明は、対向端子部と、該対向端
子部の一方の側に対向して設けられ、かつ多数のスイッ
チング素子に対応した数のアクチュエータ部が配列され
た駆動部を具備し、入力される駆動信号の属性に応じて
前記対向端子に対する前記アクチュエータ部の接触・離
隔方向の変位動作を制御して、前記スイッチング素子の
ＯＮ／ＯＦＦ動作を切換え制御するリレー装置であっ
て、前記アクチュエータ部を、反強誘電体膜と該反強誘
電体膜に形成された少なくとも一対の電極とを有するア
クチュエータ部本体と、前記アクチュエータ部本体を支
持する振動部と、前記振動部を振動可能に支持する固定
部とを具備して構成し、更に、前記一対の電極への電圧
印加によって生じる前記アクチュエータ部の変位動作を
前記対向端子部に伝達する信号端子部を設けて構成す
る。

【００７４】これにより、多数のスイッチング素子のう
ち、一部のスイッチング素子における信号端子部が対向
端子部に接触すると、これら信号端子部と対向端子部と
が電気的に接続され、これら信号端子部と対向端子部間
に信号が流れ、例えばＯＮ動作が行われる。

【００７５】このように、対向端子部の背面にある信号
端子部の接触の有無により、多数のスイッチング素子の
ＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することができる。この場合、
対向端子部に対して信号端子部を接触・離隔方向に変位
動作させる１つの単位を１スイッチング素子として考え
れば、このスイッチング素子を例えば多数マトリクス状
に配列し、入力されるスイッチング信号の属性に応じて
各スイッチング素子での変位動作を制御することによ
り、多数のスイッチング形態の組み合わせを提供するこ
とができ、スイッチング動作の多様化を実現させること
ができる。

【００７６】そして、本発明に係るリレー装置は、信号
端子部を選択的に変位させるアクチュエータ部本体の構
成として、反強誘電体膜と、該反強誘電体膜に形成され
た少なくとも一対の電極とを有するようにしている。こ
の場合、一対の電極に所定の電圧が印加されると、アク
チュエータ部本体に印加電圧に応じた電界が生じ、この
発生電界によって反強誘電体膜が例えば一方向に変位す
る。この反強誘電体膜の一方向の変位によって信号端子
部が対向端子部側に変位し、上述したようなスイッチン
グ素子のＯＮ動作を誘起する。

【００７７】特に、反強誘電体膜は、上述したように、
一旦、変位が行われると、電圧無負荷状態にした場合に
おいても、その変位を維持することから、スイッチング
動作のために、所要スイッチング素子について電圧印加
を行って、該所要スイッチング素子のアクチュエータ部
本体を変位させれば、変位が解除されるまでの期間にわ
たって当該所要スイッチング素子の一対の電極への電圧
印加を停止しても、その変位が維持されて所要スイッチ
ング素子のＯＮ動作が持続するため、消費電力が大幅に
低減され、ランニングコストの低廉化を実現させること
ができる。

【００７８】また、スイッチング制御を行と列を特定し
て行う場合において、該当行に対応するスイッチング素
子列に対してのみ電圧印加を行えばよく、他のスイッチ
ング素子列に対する電圧印加を考慮する必要がなくなる
ため、駆動用の電気配線を行う場合に、１素子ずつ独立
に配線する必要がなくなり、電気配線の簡素化を実現す
ることができる。これは、駆動電圧供給系の負荷の低減
化につながり、機械的構造及び回路構成の簡略化並びに
製造コストの低廉化を図ることができる。

【００７９】次に、本発明に係るコンデンサは、コンデ
ンサ部を支持する振動部と、前記振動部を振動可能に支
持する固定部とを具備して構成し、前記コンデンサ部
を、前記振動部に形成された反強誘電体膜と、該反強誘
電体膜の上面に形成された一対の制御電極と、前記反強
誘電体膜の上面及び下面にそれぞれ形成されたコンデン
サの両端電極とを設けて構成する。

【００８０】これにより、一対の制御電極への印加電圧
の上昇に応じて両端電極に現れる容量がアナログ的に変
化する容量可変コンデンサを簡単に構成することができ
る。しかも、薄膜タイプにて構成することができるた
め、可変コンデンサが組み込まれたパラメトリック増幅
器や周波数自動制御回路（ＡＦＣ）並びに各種通信機器
等の小型化を促進させることができる。

【００８１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るセラミック素
子の３つの実施の形態例を図１〜図５３を参照しながら
説明し、更に、応用例に係る表示装置と、応用例に係る
リレー装置と、応用例に係る容量可変コンデンサを図５
４〜図６３を参照しながら説明する。

【００８２】まず、第１の実施の形態に係るセラミック
素子１００Ａは、図１に示すように、例えばセラミック
スにて構成された基体１０を有し、該基体１０の所定箇
所にアクチュエータ部１２が配設されている。

【００８３】前記基体１０は、一主面が連続した面（面
一）とされ、前記アクチュエータ部１２に対応した位置
に空所１４が設けられている。各空所１４は、基体１０
の他端面に設けられた径の小さい貫通孔１６を通じて外
部と連通されている。

【００８４】前記基体１０のうち、空所１４の形成され
ている部分が薄肉とされ、それ以外の部分が厚肉とされ
ている。薄肉の部分は、外部応力に対して振動を受けや
すい構造となって振動部１８として機能し、空所１４以
外の部分は厚肉とされて前記振動部１８を支持する固定
部２０として機能するようになっている。

【００８５】つまり、基体１０は、最下層であるベース
プレート１０Ａと中間層であるスペーサプレート１０Ｂ
と最上層である閉塞プレート１０Ｃの積層体であって、
スペーサプレート１０Ｂのうち、画素に対応する箇所に
空所１４が形成された一体構造体として把握することが
できる。ベースプレート１０Ａは、補強用基板として機
能するほか、配線用の基板としても機能するようになっ
ている。なお、上記基体１０は、一体焼成であっても、
別途製作したものを接合してもよい。

【００８６】前記アクチュエータ部１２は、図１に示す
ように、前記振動部１８と固定部２０のほか、該振動部
１８上に直接形成された反強誘電体膜２２と、該反強誘
電体膜２２の上面に形成された一対の電極（一方の電極
２４ａ及び他方の電極２４ｂ）とを有するアクチュエー
タ部本体２６を有して構成されている。

【００８７】ここで、各部材の形状について、図２〜図
５Ｃを参照しながら説明する。まず、図２に示すよう
に、基体１０（図１参照）に形成される空所１４の周面
形状、即ち振動部１８の平面形状は例えば円形とされ
（破線参照）、反強誘電体膜２２の平面形状（一点鎖
線）並びに一対の電極２４ａ及び２４ｂにて形づくられ
る外周形状（実線参照）も円形状とされている。この場
合、振動部１８の大きさが最も大きく、次いで一対の電
極２４ａ及び２４ｂの外周形状とされ、反強誘電体膜２
２の平面形状が最も小さく設定されている。なお、一対
の電極２４ａ及び２４ｂの外周形状が最も大きくなるよ
うに設定してもよい。

【００８８】反強誘電体膜２２上に形成される一対の電
極２４ａ及び２４ｂの平面形状は、例えば図３に示すよ
うに、これら一対の電極２４ａ及び２４ｂが互いに平行
し、かつ相互に離間された数ターンの渦巻き状とされて
いる。この渦巻きのターン数は、実際は、５ターン以上
であるが、図３の例では、図面の複雑化を避けるために
３ターンとして記載してある。

【００８９】前記一対の電極２４ａ及び２４ｂの平面形
状としては、図３に示す渦巻き形状のほかに、図４に示
すような形状としてもよい。具体的には、一対の電極２
４ａ及び２４ｂが共に、前記反強誘電体膜２２上の中心
に向かって延びる幹部２８及び３０と該幹部２８及び３
０から多数枝分かれしてなる枝部３２及び３４を有する
形状とし、かつ一対の電極２４ａ及び２４ｂが、相互に
離間されて相補形に配列された形状（以下、便宜的に多
枝形状と記す）にしてもよい。

【００９０】前記例では、振動部１８の平面形状、反強
誘電体膜２２の平面形状並びに一対の電極２４ａ及び２
４ｂにて形づくられる外周形状を円形状とした場合を示
したが、その他、長円形状や楕円形状としてもよい。ま
た、振動部１８の平面形状及び反強誘電体膜２２の平面
形状を共に矩形状とし、コーナー部が角のとれた形状に
してもよいし、振動部１８の平面形状及び反強誘電体膜
２２の平面形状を共に多角形状（例えば八角形状）と
し、各頂角部分が丸みを帯びた形状にしてもよい。

【００９１】また、振動部１８の形状、反強誘電体膜２
２の平面形状、一対の電極２４ａ及び２４ｂにて形づく
られる外周形状は、円と楕円の組み合わせでもよいし、
矩形状と楕円の組み合わせでもよく、特に限定されるも
のではない。

【００９２】前記一対の電極２４ａ及び２４ｂの平面形
状としては、前記渦巻き形状や多枝形状のほか、図５Ａ
に示すように、くし型形状であってもかまわない。この
場合、振動部１８の形状を縦横比（アスペクト比）で
０．２５以下又は４．０以上とし、多数のくし歯部分の
配列方向が振動部１８の長手方向に沿うように一対のく
し型電極２４ａ及び２４ｂを形成することが好ましい。

【００９３】そして、この第１の実施の形態に係るセラ
ミック素子１００Ａにおいては、反強誘電体膜２２の平
均膜厚と一対の電極２４ａ及び２４ｂ間のピッチを規定
することによって、一対の電極２４ａ及び２４ｂに印加
される電圧（印加電圧）に応じてアクチュエータ部１２
の変位量がアナログ的に変化するアナログ変位タイプ
と、印加電圧がある電圧値となった時点でアクチュエー
タ部１２の変位量が急激に変化して、ほとんど瞬時に最
大変位量に達するデジタル変位タイプになることが判明
した。なお、前記印加電圧は、正電圧及び負電圧の絶対
値を示す。

【００９４】具体的には、例えば図５Ａ及び図５Ｂに示
すように、アクチュエータ部１２における反強誘電体膜
２２の平均膜厚をｔ（図５Ｂ参照）、一対の電極２４ａ
及び２４ｂ間のピッチをｐとしたとき（図５Ａ参照）、
ｐ／ｔ≦２．５を満足させればアナログ変位タイプとな
り、ｐ／ｔ＞２．５を満足させればデジタル変位タイプ
となることが判明した。これらの関係式から、一対の電
極２４ａ及び２４ｂ間のピッチｐが一定という条件を与
えたとき、平均膜厚ｔを厚くすればアナログ変位タイプ
となり、反対に平均膜厚ｔを薄くすればデジタル変位タ
イプとなることがわかる。

【００９５】前記アナログ変位タイプとデジタル変位タ
イプの各動作原理について図６Ａ〜図８Ｄを参照しなが
ら説明する。

【００９６】図６Ａ〜図６Ｄ及び図８Ａ〜図８Ｄにおい
ては、説明を簡単化するために、一対の電極２４ａ及び
２４ｂをそれぞれ１本ずつ形成した例を示す。また、図
６Ａ〜図６Ｄ及び図８Ａ〜図８Ｄの例は、反強誘電体膜
２２に予め所定の電界を印加して反強誘電体膜２２を分
極処理した後の動作を示すものである。なお、図６Ａ〜
図６Ｄ及び図８Ａ〜図８Ｄにおける相転移領域（斜線で
示す領域）Ｚｔは厳密な分布ではなく、あくまでも概念
的なイメージを示す。

【００９７】まず、アナログ変位タイプについての動作
原理について図６Ａ〜図６Ｄの動作概念図を参照しなが
ら説明する。

【００９８】最初に、図６Ａに示すように、一方の電極
２４ａ及び他方の電極２４ｂをそれぞれ例えば接地電位
として、一対の電極２４ａ及び２４ｂ間の印加電圧Ｖを
０とした場合は、アクチュエータ部１２に電界は生じな
いため、初期状態、即ち、一方向（反強誘電体膜２２上
に形成された一対の電極２４ａ及び２４ｂが自由空間を
臨む方向）への屈曲変位は生じない。

【００９９】次に、前記一対の電極２４ａ及び２４ｂに
印加される電圧ＶをＶ１、Ｖ２及びＶ３というように徐
々に電圧値（レベル）を上げていった場合についてみる
と、まず、図６Ｂに示すように、印加電圧Ｖ＝Ｖ１（＞
０Ｖ）のとき、即ち、印加電圧Ｖが反強誘電体膜２２に
相転移が生じるのに必要な所定電圧Ｖｄ（以下、単に所
定電圧Ｖｄと記す）よりも小さい電圧Ｖ１のときは、ア
クチュエータ部１２に発生する電界が弱いため、反強誘
電体膜２２には相転移は生じず、このため、アクチュエ
ータ部１２の一方向への屈曲変位は生じない（図７の電
圧Ｖ１時における屈曲変位量参照）。

【０１００】図６Ｃに示すように、印加電圧Ｖが前記所
定電圧Ｖｄを越えた段階から、一対の電極２４ａ及び２
４ｂ間の距離が最も短い領域や一対の電極２４ａ及び２
４ｂに最も近い領域が相転移させるのに十分な電界強度
を有することとなって、これらの領域において相転移が
生じ（相転移領域Ｚｔの発生）、その相転移に伴って機
械的変位が発生する。この変位は振動部１８によって増
幅され、アクチュエータ部１２は一方向に変位すること
になる（図７の電圧Ｖ２時における屈曲変位量参照）。

【０１０１】図６Ｄに示すように、印加電圧Ｖが更に上
昇することに伴って、相転移させるのに十分な電界強度
の領域が徐々に広がり、一対の電極２４ａ及び２４ｂ間
の距離が長い領域や一対の電極２４ａ及び２４ｂから遠
い領域においても相転移が生じることになる（相転移領
域Ｚｔの拡大）。この場合、相転移領域Ｚｔの拡大に応
じてアクチュエータ部１２の機械的変位も大きくなる
（図７の電圧Ｖ３時における屈曲変位量参照）。

【０１０２】このように、アナログ変位タイプにおいて
は、印加電圧Ｖの上昇に応じてアクチュエータ部１２の
屈曲変位量がアナログ的に変化することとなる。図７に
アナログ変位タイプの屈曲変位特性の一例を示す。この
図７の屈曲変位特性を示すセラミック素子は、６０Ｖ〜
１８０Ｖの印加電圧Ｖに対してアナログ的に変位する素
子であり、反強誘電体膜２２の平均膜厚ｔは３０μｍ、
一対の電極２４ａ及び２４ｂ間のピッチｐは１５μｍで
あり、振動部１８の寸法は、平面形状が直径１ｍｍの円
形であって、厚みが０．０１ｍｍである。

【０１０３】次に、デジタル変位タイプについての動作
原理について図８Ａ〜図８Ｄの動作概念図を参照しなが
ら説明する。

【０１０４】最初に、図８Ａに示すように、一方の電極
２４ａ及び他方の電極２４ｂをそれぞれ例えば接地電位
として、一対の電極２４ａ及び２４ｂ間の印加電圧を０
とした場合は、アクチュエータ部１２に電界は生じない
ため、初期状態、即ち、一方向への屈曲変位は生じな
い。

【０１０５】次に、前記一対の電極２４ａ及び２４ｂに
印加される電圧ＶをＶ１、Ｖ２及びＶ３というように徐
々に電圧値（レベル）を上げていった場合についてみる
と、まず、図８Ｂに示すように、印加電圧Ｖ＝Ｖ１（＞
０Ｖ）のとき、即ち、印加電圧Ｖが所定電圧Ｖｄよりも
小さい電圧Ｖ１のときは、アクチュエータ部１２に発生
する電界が弱いため、反強誘電体膜２２には相転移は生
じず、このため、アクチュエータ部１２の一方向への屈
曲変位は生じない。

【０１０６】図８Ｃに示すように、印加電圧Ｖが前記所
定電圧Ｖｄを越えた段階、例えば印加電圧Ｖ＝Ｖ２の段
階において、アクチュエータ部１２は急激に一方向に変
位する。これは、反強誘電体膜２２の平均膜厚ｔと一対
の電極２４ａ及び２４ｂ間のピッチｐがｐ／ｔ＞２．５
の関係にあり、前記印加電圧Ｖ（＝Ｖ２）によって発生
する電界分布が均一であるため、わずかな電圧上昇で大
半の領域が相転移して相転移領域Ｚｔとなるからであ
る。従って、アクチュエータ部１２は、印加電圧Ｖが所
定電圧Ｖｄを越えた時点で、屈曲変位特性上、わずかな
電圧変化にて急激に一方向に変位することになり、電圧
Ｖ２よりもわずかに高い電圧を与えるだけで、アクチュ
エータ部１２は最大変位量まで一方向に変位することに
なる。

【０１０７】図８Ｄに示すように、印加電圧Ｖが前記電
圧Ｖ２よりも上昇して例えば電圧Ｖ３となった時点にお
いては、アクチュエータ部１２に発生する電界が強いこ
とから、反強誘電体膜２２のうち、一対の電極２４ａ及
び２４ｂに挟まれた領域全体が相転移領域Ｚｔとされて
おり、しかも、電圧Ｖ２をわずかに越えた電圧にて最大
変位量まで変位しているため、この段階では、アクチュ
エータ部１２のそれ以上の屈曲変位増加は起こらない。

【０１０８】このように、デジタル変位タイプにおいて
は、印加電圧Ｖの上昇に応じてアクチュエータ部１２の
屈曲変位量が徐々に増加するという特性ではなく、印加
電圧Ｖが反強誘電体膜２２に相転移が生じるのに必要な
所定電圧Ｖｄを越えた時点で、アクチュエータ部１２は
急激に一方向に変位し、前記所定電圧Ｖｄからわずかな
電圧上昇にて最大変位量まで変位することとなる。

【０１０９】次に、前記アナログ変位タイプにおけるア
クチュエータ部１２の一方向変位に伴う作用について図
９Ａ〜図９Ｃ及び図１０Ａ〜図１０Ｃを参照しながら比
較例と共に説明する。これら図９Ａ〜図９Ｃ及び図１０
Ａ〜図１０Ｃで示す例は、図５Ａに示すアクチュエータ
部のＢ−Ｂ線上の断面に沿った一方向変位の経過を示す
ものである。

【０１１０】また、比較例は、図７Ａに示すように、本
実施の形態の反強誘電体膜２２に代えて圧電／電歪膜３
６としたものであり、これはデジタル変位タイプと類似
した屈曲変位特性を示す。

【０１１１】まず、図９Ａに示すように、初期状態にお
いては、一対の電極２４ａ及び２４ｂ間に電圧（電位
差）は生じていないため、反強誘電体膜２２に伸びは生
じず、アクチュエータ部１２の変位は０を保ったままで
ある。これは、比較例においても同様である（図１０Ａ
参照）。

【０１１２】次に、アクチュエータ部１２の一対の電極
２４ａ及び２４ｂに電圧Ｖが印加されて、該印加電圧Ｖ
が前記所定電圧Ｖｄを越えた時点でアクチュエータ部１
２が一方向に変位し始め、前記印加電圧Ｖの上昇に従っ
て、その変位量は大きくなる。図９Ｂは一対の電極２４
ａ及び２４ｂへの印加電圧Ｖを電圧Ｖ３とした場合の屈
曲変位状態を示す。

【０１１３】一方、比較例においては、図１０Ｂに示す
ように、一対の電極２４ａ及び２４ｂへの印加電圧Ｖが
所定電圧Ｖｄとなった時点でアクチュエータ部１２が急
激に最大変位量までデジタル的に変化する。

【０１１４】次に、一対の電極２４ａ及び２４ｂへの電
圧印加を停止して、一対の電極２４ａ及び２４ｂ間の電
圧を０Ｖとした場合、図９Ｃに示すように、反強誘電体
膜２２の「強誘電相の歪みの状態を記憶する効果（形状
記憶効果）」により、一旦生じた変位はそのまま維持さ
れる。一方、比較例においては、図１０Ｃに示すよう
に、一対の電極２４ａ及び２４ｂ間の電圧が０Ｖとなっ
て電圧無負荷状態となった場合、電圧印加にて生じてい
た変位は、その後の電圧印加の停止と共に零の状態（即
ち、初期状態）に戻る。

【０１１５】つまり、前記第１の実施の形態に係るセラ
ミック素子１００Ａにおいては、固定部２０にて振動可
能に支持された振動部１８上に反強誘電体膜２２を有す
るアクチュエータ部本体２６が形成されたかたちとなる
ため、一対の電極２４ａ及び２４ｂに電圧Ｖを印加する
ことにより、アクチュエータ部本体２６における反強誘
電体膜２２は、前記印加電圧Ｖによる外部電界によって
相転移が生じ、その相転移に伴って機械的変位が発生す
る。この変位は振動部１８によって増幅され、アクチュ
エータ部１２は一方向に変位することになる。

【０１１６】一旦、アクチュエータ部１２が一方向に変
位した場合、一対の電極２４ａ及び２４ｂへの電圧印加
を停止（例えば電界＝０）しても、その変位はそのまま
維持される。そのため、アクチュエータ部１２に生じた
変位を一定期間にわたって維持する必要がある場合にお
いても、一対の電極２４ａ及び２４ｂに電圧を印加し続
ける必要がなくなる。なお、アクチュエータ部１２に生
じた変位を元に戻すには、一対の電極２４ａ及び２４ｂ
に小さな逆バイアス電圧、具体的には、強誘電相から反
強誘電相に相転移する電圧を印加すればよい。

【０１１７】このように、第１の実施の形態に係るセラ
ミック素子１００Ａにおいては、一対の電極２４ａ及び
２４ｂへの印加電圧Ｖに応じて機械的変位量がアナログ
的あるいはデジタル的に変化し、更に印加電圧Ｖの印加
終了後における電圧無負荷状態において、電圧印加時と
同等の変位量を維持することができる。

【０１１８】また、第１の実施の形態に係るセラミック
素子１００Ａにおいては、図１１Ａに示すように、一対
の電極２４ａ及び２４ｂの平面形状が例えば渦巻き形状
である場合を例にとると、一対の電極２４ａ及び２４ｂ
に所定電圧Ｖｄ以上の電圧Ｖが印加された場合、図１１
Ｂに示すように、反強誘電体膜２２の表面中、一対の電
極２４ａ及び２４ｂ間の部分が面方向に膨張するため、
アクチュエータ部１２（図１参照）は、一方向に安定に
かつ大きく屈曲変位することになる。

【０１１９】一方、比較例においては、一対の電極２４
ａ及び２４ｂに所定電圧Ｖｄ以上の電圧Ｖが印加された
場合、図１１Ｃに示すように、圧電／電歪膜３６の表面
中、一対の電極２４ａ及び２４ｂ間の部分が異方的に膨
張する（一対の電極２４ａ及び２４ｂ間の方向は伸びる
が、その垂直方向は収縮する）ため、アクチュエータ部
１２の屈曲変位量は小さくなり、屈曲する方向性も不安
定となる。

【０１２０】このように、前記第１の実施の形態に係る
セラミック素子１００Ａにおいては、一対の電極２４ａ
及び２４ｂへの印加電圧Ｖに応じて機械的変位量がアナ
ログ的あるいはデジタル的に変化し、更に印加電圧Ｖの
印加終了後における電圧無負荷状態ないし低負荷状態に
おいて、電圧印加時と同等の変位量を維持することがで
きる。

【０１２１】そのため、印加電圧Ｖに対応して変位量の
大小を精密に制御可能であって、かつ、微細な素子にお
いても、圧電／電歪膜型素子を上回る大きな変位発生力
を得ることができる。

【０１２２】また、第１の実施の形態に係るセラミック
素子１００Ａにおいては、上述のように、印加電圧Ｖの
印加終了後における電圧無負荷状態ないし低負荷状態に
おいて、電圧印加時とほぼ同等の変位量を維持すること
ができることから、当該セラミック素子を様々なアプリ
ケーション（表示装置やフィルタ等）に適用した場合
に、駆動用の電気配線を簡素化でき、製造コストの低廉
化を有効に図ることができる。

【０１２３】この第１の実施の形態に係るセラミック素
子１００Ａにおいては、図１２Ａ〜図１３に示すよう
に、前記振動部１８の中心を通る最短寸法ｍにおける断
面形状が、以下の条件を満足することが好ましい。な
お、図１２Ａ〜図１３では、図面の複雑化を避けるため
に一対の電極２４ａ及び２４ｂの記載を省略してある。

【０１２４】即ち、図１２Ｂに示すように、前記固定部
２０に近接する一方の最外極小点Ｐ１と他方の最外極小
点Ｐ２とを結ぶことによって構成される基準線Ｌより、
前記反強誘電体膜２２の中央部付近における上面の少な
くとも一部分が、電圧無負荷状態（電界Ｅ＝０の状態）
で前記振動部１８と反対方向に突出していることであ
る。

【０１２５】ここで、反強誘電体膜２２の中央部付近と
は、図１２Ａに示すように、前記最短寸法ｍにおいて、
固定部２０の上面と振動部１８の上面との境界部分をそ
れぞれ一方の境界点Ｋ１及び他方の境界点Ｋ２と定義
し、前記最短寸法ｍを１００としたとき、前記一方の境
界点Ｋ１から最短寸法ｍの中心に向かって３０％の範囲
ａ１と、前記他方の境界点Ｋ２から最短寸法ｍの中心に
向かって３０％の範囲ａ２を除く、中央の４０％の範囲
ａ３を指す。

【０１２６】また、図１２Ｂに示すように、前記一方の
最外極小点Ｐ１とは、前記最短寸法ｍにおいて、振動部
１８の上面（場合によっては反強誘電体膜２２の一主
面）の前記最短寸法面に対する投影線に形成される複数
の極小点のうち、前記一方の境界点Ｋ１に最も近接する
極小点をいい、他方の最外極小点Ｐ２とは前記複数の極
小点のうち、前記他方の境界点Ｋ２に最も近接する極小
点をいう。

【０１２７】この場合、前記最短寸法ｍを１００とした
とき、前記一方の境界点Ｋ１から最短寸法ｍの中心に向
かって４０％の範囲（一方の極小点存在領域ｂ１）内に
存在するもので、かつ一方の境界点Ｋ１に最も近接する
極小点が一方の最外極小点Ｐ１として認定され、前記他
方の境界点Ｋ２から最短寸法ｍの中心に向かって４０％
の範囲（他方の極小点存在領域ｂ２）内に存在するもの
で、かつ他方の境界点Ｋ２に最も近接する極小点が他方
の最外極小点Ｐ２として認定される。

【０１２８】前記最外極小点Ｐ１及びＰ２は、図１２Ｂ
に示すように、固定部２０の上面よりも下方に存在する
場合や、図１２Ｃに示すように、固定部２０の上面より
も上方に存在する場合がある。

【０１２９】なお、図１３に示すように、例えば他方の
極小点存在領域ａ２内に他方の最外極小点Ｐ２が存在し
ない場合は、前記他方の境界点Ｋ２が他方の最外極小点
Ｐ２として認定される。これは、一方の最外極小点Ｐ１
でも同じである。

【０１３０】そして、前記条件、つまり、「基準線Ｌよ
り反強誘電体膜２２の中央部付近における上面の少なく
とも一部分が、電圧無負荷状態で振動部１８と反対方向
に突出すること。」という条件において、前記最短寸法
長をｍとしたとき、その突出量ｔがｍ／１０００≦ｔ≦
ｍ／１０を満たすことがより好ましい。

【０１３１】前記条件を満たすことにより、作製された
アクチュエータ部１２に対して必ず一方向に大きな変位
を行わせることができるようになるため、各種電子機器
等に使用した場合の歩留まりの向上を達成させることが
できる。

【０１３２】しかも、図１２Ｂ、図１２Ｃ及び図１３の
形状を有するアクチュエータ部１２は、振動部１８の上
面のうち、最外極小点Ｐ１及びＰ２の部分で屈曲された
形となっているため、図１２Ａの形状を有するアクチュ
エータ部１２と比較して、振動部１８のたわみ剛性が大
きくなる。その結果、同一の変位量を発生させた際に、
振動部１８に生じる応力が小さくて済み、振動部１８の
強度、信頼性のマージンが増すという利点を有する。前
記形状は、大きな変位を得ることができる前記第１の実
施の形態に係るセラミック素子１００Ａの特性に対して
特に有効である。

【０１３３】次に、前記第１の実施の形態に係るセラミ
ック素子１００Ａの変形例（１００Ａａ）について図１
４Ａ〜図１５Ｂを参照しながら説明する。なお、図５Ａ
及び図５Ｂと対応するものについては同符号を付してそ
の重複説明を省略する。

【０１３４】この変形例に係るセラミック素子１００Ａ
ａは、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、前記第１の
実施の形態に係るセラミック素子１００Ａとほぼ同様の
構成を有するが、一対の電極２４ａ及び２４ｂにおける
くし歯の配列ピッチが密である領域（ａ）と粗である領
域（ｂ）を有する点で異なる。配列ピッチが密である領
域（ａ）は、一対の電極２４ａ及び２４ｂ間の距離が小
さいため、一対の電極２４ａ及び２４ｂに一定電圧を印
加した場合、常に、配列ピッチが粗である領域（ｂ）
（一対の電極２４ａ及び２４ｂ間の距離が大きい）より
も高い電界が発生する。

【０１３５】そのため、一対の電極２４ａ及び２４ｂに
印加される電圧Ｖが低いときは、図１５Ａに示すよう
に、ある電圧範囲（電圧レベルＶ１〜Ｖ２）で、前記反
強誘電体膜２２のうち、配列ピッチが密である領域
（ａ）に対応する部分だけが印加電圧Ｖの上昇に応じて
相転移領域が広がり、印加電圧Ｖのレベルに応じた変位
量ほど一方向に屈曲変位することになる。

【０１３６】次に、印加電圧Ｖが、前記電圧範囲よりも
大きな電圧範囲（電圧レベルＶ２〜Ｖ３）である場合
は、図１５Ｂに示すように、配列ピッチが粗である領域
（ｂ）に対応する部分も印加電圧Ｖの上昇に応じて相転
移領域が広がることから、該部分も前記配列ピッチが密
である領域（ａ）に対応する部分と共に、印加電圧Ｖの
レベルに応じた変位量ほど一方向に屈曲変位することに
なる。

【０１３７】結果として、この変形例に係るセラミック
素子１００Ａａにおいては、空間的に分離した複数の領
域において、それぞれ変位形態が異なるアクチュエータ
部１２を得ることができる。

【０１３８】次に、第２の実施の形態に係るセラミック
素子１００Ｂについて図１６〜図２１を参照しながら説
明する。なお、図１と対応するものについては同符号を
付してその重複説明を省略する。

【０１３９】この第２の実施の形態に係るセラミック素
子１００Ｂは、図１６に示すように、前記第１の実施の
形態に係るセラミック素子１００Ａとほぼ同様の構成を
有するが、アクチュエータ部本体２６が、反強誘電体膜
２２と該反強誘電体膜２２の上面及び下面にそれぞれ形
成された上部電極４０ａと下部電極４０ｂとを具備して
いる点で異なる。

【０１４０】そして、この第２の実施の形態に係るセラ
ミック素子１００Ｂにおいては、上部電極４０ａ及び下
部電極４０ｂの各面積、あるいは上部電極４０ａ及び下
部電極４０ｂに挟まれた反強誘電体膜２２の膜厚分布を
規定することによって、上部電極４０ａと下部電極４０
ｂ間に印加される電圧（印加電圧Ｖ）に応じてアクチュ
エータ部１２の変位量がアナログ的に変化するアナログ
変位タイプと、印加電圧Ｖがある電圧値となった時点で
アクチュエータ部１２の変位量が急激に変化して、ほと
んど瞬時に最大変位量に達するデジタル変位タイプにな
ることが判明した。なお、印加電圧Ｖは、正電圧及び負
電圧の絶対値を示す。

【０１４１】具体的には、アクチュエータ部１２におけ
る上部電極４０ａの面積をＡ、下部電極４０ｂの面積を
Ｂとしたとき、（Ａ／Ｂ）≧２又は（Ａ／Ｂ）≦０．５
の関係を満足するか、あるいは反強誘電体膜２２の膜厚
分布に２０％以上のばらつきがあればアナログ変位タイ
プとなり、０．５＜（Ａ／Ｂ）＜２の関係を満足する
か、あるいは反強誘電体膜２２の膜厚分布のばらつきが
２０％未満であればデジタル変位タイプとなることが判
明した。

【０１４２】即ち、例えば反強誘電体膜２２の膜厚分布
のばらつきが２０％未満である場合は、（Ａ／Ｂ）≧２
又は（Ａ／Ｂ）≦０．５の関係を満足することによって
アナログ変位タイプとなり（図１７Ａ参照）、０．５＜
（Ａ／Ｂ）＜２の関係を満足することによってデジタル
変位タイプとなる（図２０Ａ参照）。また、上部電極４
０ａの面積Ａと下部電極４０ｂの面積Ｂが０．５＜（Ａ
／Ｂ）＜２の関係を有する場合は、反強誘電体膜２２の
膜厚分布のばらつきが２０％以上であればアナログ変位
タイプとなり（図１９Ａ参照）、反強誘電体膜２２の膜
厚分布のばらつきが２０％未満であればデジタル変位タ
イプとなる（図２０Ａ参照）。

【０１４３】そして、この第２の実施の形態に係るセラ
ミック素子１００Ｂの第１のアナログ変位タイプは、図
１７Ａに示すように、反強誘電体膜２２の膜厚分布のば
らつきが２０％未満であって、かつ（Ａ／Ｂ）≦０．５
の関係を満足するように構成されている。この場合、上
部電極４０ａの平面形状としては、例えば図１８Ａに示
すように、１本の連続した渦巻き形状や、図１８Ｂに示
すように、１本の連続したジグザグ形状がある。

【０１４４】ここで、この第２の実施の形態に係るセラ
ミック素子１００Ｂの第１のアナログ変位タイプの動作
原理について図１７Ａ〜図１７Ｄを参照しながら説明す
る。

【０１４５】最初に、上部電極４０ａ及び下部電極４０
ｂをそれぞれ例えば接地電位として、上部電極４０ａ及
び下部電極４０ｂ間の印加電圧Ｖを０とした場合は、ア
クチュエータ部１２に電界は生じないため、初期状態、
即ち、一方向（反強誘電体膜２２上に形成された上部電
極４０ａが自由空間を臨む方向）への屈曲変位は生じな
い。

【０１４６】次に、前記上部電極４０ａ及び下部電極４
０ｂ間に印加される電圧ＶをＶ１、Ｖ２及びＶ３という
ように徐々に電圧値（レベル）を上げていった場合につ
いてみると、まず、印加電圧Ｖ＝Ｖ１（＞０Ｖ）のと
き、即ち、印加電圧Ｖが所定電圧Ｖｄよりも小さい電圧
Ｖ１のときは、アクチュエータ部１２に発生する電界が
弱いため、反強誘電体膜２２には相転移は生じず、この
ため、アクチュエータ部１２の一方向への屈曲変位は生
じない。

【０１４７】図１７Ｃに示すように、印加電圧Ｖが前記
所定電圧Ｖｄを越えた段階から、反強誘電体膜２２に発
生する電界分布のうち、強電界部分（例えば上部電極４
０ａに最も近い領域）が相転移し（相転移領域Ｚｔの発
生）、該強電界部分の相転移に伴って反強誘電体膜２２
に機械的変位が発生する。この変位は振動部１８によっ
て増幅され、アクチュエータ部１２は一方向に変位する
ことになる。

【０１４８】図１７Ｄに示すように、印加電圧Ｖが上昇
するに従って、相転移させるのに十分な電界強度の領域
が徐々に広がり、上部電極４０ａから遠い領域において
も相転移が生じることになる（相転移領域Ｚｔの拡
大）。この場合、相転移領域Ｚｔの拡大に応じてアクチ
ュエータ部１２の機械的変位も大きくなる。

【０１４９】このように、第２の実施の形態に係るセラ
ミック素子１００Ｂの第１のアナログ変位タイプにおい
ても、前記第１の実施の形態に係るセラミック素子１０
０Ａ（アナログ変位タイプ）と同様に、印加電圧Ｖの上
昇に応じてアクチュエータ部１２の屈曲変位量がアナロ
グ的に変化することとなる。

【０１５０】次に、第２の実施の形態に係るセラミック
素子１００Ｂの第２のアナログ変位タイプは、図１９Ａ
に示すように、上部電極４０ａの面積Ａと下部電極４０
ｂの面積Ｂが０．５＜（Ａ／Ｂ）＜２の関係を有するも
のであって、かつ、反強誘電体膜２２の膜厚分布のばら
つきが２０％以上となるように構成されている。

【０１５１】ここで、この第２のアナログ変位タイプの
動作原理について図１９Ａ〜図１９Ｄを参照しながら説
明する。

【０１５２】最初に、上部電極４０ａ及び下部電極４０
ｂをそれぞれ例えば接地電位として、上部電極４０ａ及
び下部電極４０ｂ間の印加電圧Ｖを０とした場合は、ア
クチュエータ部１２に電界は生じないため、初期状態、
即ち、一方向への屈曲変位は生じない。

【０１５３】次に、前記上部電極４０ａ及び下部電極４
０ｂ間に印加される電圧ＶをＶ１、Ｖ２及びＶ３という
ように徐々に電圧値（レベル）を上げていった場合につ
いてみると、まず、印加電圧Ｖ＝Ｖ１（＞０Ｖ）のと
き、即ち、印加電圧Ｖが前記所定電圧Ｖｄよりも小さい
電圧Ｖ１のときは、アクチュエータ部１２に発生する電
界が弱いため、反強誘電体膜２２には相転移は生じず、
このため、アクチュエータ部１２の一方向への屈曲変位
は生じない。

【０１５４】図１９Ｃに示すように、印加電圧Ｖが前記
所定電圧Ｖｄを越えた段階から、反強誘電体膜２２に発
生する電界分布のうち、強電界部分（例えば上部電極４
０ａと下部電極４０ｂとの間隔が狭い領域）が相転移し
（相転移領域Ｚｔの発生）、該強電界部分の相転移に伴
って反強誘電体膜２２に機械的変位が発生する。この変
位は振動部１８によって増幅され、アクチュエータ部１
２は一方向に変位することになる。

【０１５５】図１９Ｄに示すように、印加電圧Ｖが更に
上昇するに従って、相転移させるのに十分な電界強度の
領域が徐々に広がり、上部電極４０ａと下部電極４０ｂ
との間隔が広い領域においても相転移が生じることにな
る（相転移領域Ｚｔの拡大）。この場合、相転移領域Ｚ
ｔの拡大に応じてアクチュエータ部１２の機械的変位も
大きくなる。

【０１５６】このように、第２の実施の形態に係るセラ
ミック素子１００Ｂの第２のアナログ変位タイプにおい
ても、前記第１のアナログ変位タイプと同様に、印加電
圧Ｖの上昇に応じてアクチュエータ部１２の屈曲変位量
がアナログ的に変化することとなる。次に、デジタル
変位タイプについての動作原理について図２０Ａ〜図２
０Ｄの動作概念図及び図２１の屈曲変位特性を参照しな
がら説明する。

【０１５７】最初に、図２０Ａに示すように、上部電極
４０ａ及び下部電極４０ｂをそれぞれ例えば接地電位と
して、上部電極４０ａ及び下部電極４０ｂ間の印加電圧
Ｖを０とした場合は、アクチュエータ部１２に電界は生
じないため、初期状態、即ち、一方向への屈曲変位は生
じない。

【０１５８】次に、上部電極４０ａ及び下部電極４０ｂ
間に印加される電圧ＶをＶ１、Ｖ２及びＶ３というよう
に徐々に電圧値（レベル）を上げていった場合について
みると、まず、図２０Ｂに示すように、印加電圧Ｖ＝Ｖ
１（＞０Ｖ）のとき、即ち、印加電圧Ｖが所定電圧Ｖｄ
（例えば１１０Ｖ）よりも小さい電圧Ｖ１のときは、ア
クチュエータ部１２に発生する電界が弱いため、反強誘
電体膜２２には相転移は生じず、このため、アクチュエ
ータ部１２の一方向への屈曲変位は生じない（図２１の
電圧Ｖ１時における屈曲変位量参照）。

【０１５９】図２０Ｃに示すように、印加電圧Ｖが前記
所定電圧Ｖｄを越えた段階、例えば印加電圧Ｖ＝Ｖ２の
段階において、アクチュエータ部１２は急激に一方向に
変位する（図２１の電圧Ｖ２時における屈曲変位量参
照）。これは、上部電極４０ａの面積Ａと下部電極４０
ｂの面積Ｂが０．５＜（Ａ／Ｂ）＜２の関係を有し、か
つ、反強誘電体膜２２の膜厚分布のばらつきが２０％未
満の関係にあり、前記印加電圧Ｖによって発生する電界
分布が均一であるため、わずかな電圧上昇で大半の領域
が相転移領域Ｚｔとなるからである。従って、アクチュ
エータ部１２は、印加電圧Ｖが所定電圧Ｖｄを越えた時
点で最大変位量まで急激に変化することとなる。

【０１６０】図２０Ｄに示すように、印加電圧Ｖが前記
電圧Ｖ２よりも上昇して例えば電圧Ｖ３となった時点に
おいては、アクチュエータ部１２に発生する電界が強い
ことから、反強誘電体膜２２のうち、上部電極４０ａ及
び下部電極４０ｂ間に挟まれた領域全体が相転移領域Ｚ
ｔとなって、アクチュエータ部１２の一方向への変位量
は、印加電圧Ｖが所定電圧Ｖｄを越えた段階で最大変位
量まで変化しているため、電界が強いにも拘わらずその
変位量は変わらない（図２１の電圧Ｖ３時における屈曲
変位量参照）。

【０１６１】このように、前記デジタル変位タイプにお
いては、印加電圧Ｖの上昇に応じてアクチュエータ部１
２の屈曲変位量が徐々に増加するという特性ではなく、
印加電圧Ｖが所定電圧Ｖｄを越えた時点で、アクチュエ
ータ部１２が急激に最大変化量までデジタル的に変化す
ることとなる。

【０１６２】図２１にデジタル変位タイプの屈曲変位特
性の一例を示す。この図２１の屈曲変位特性を示すセラ
ミック素子は、印加電圧Ｖが約１１０Ｖとなった時点で
最大変位量までデジタル的に変位する素子であり、反強
誘電体膜２２の平均膜厚ｔは１５μｍ、振動部１８の寸
法は、平面形状が直径１ｍｍの円形であって、厚みが
０．０１ｍｍである。

【０１６３】この第２の実施の形態に係るセラミック素
子１００Ｂ（第１及び第２のアナログ変位タイプ並びに
デジタル変位タイプ）においても、巨視的には前記第１
の実施の形態に係るセラミック素子１００Ａと同様の作
用・効果（図６Ａ〜図６Ｃ参照）を奏し、上部電極４０
ａ及び下部電極４０ｂへの印加電圧Ｖに応じて機械的変
位量がアナログ的あるいはデジタル的に変化し、更に印
加電圧Ｖの印加終了後における電圧無負荷状態におい
て、電圧印加時と同等の変位量を維持することができ
る。

【０１６４】次に、第２の実施の形態に係るセラミック
素子１００Ｂの変形例（１００Ｂａ）について図２２〜
図２３Ｂを参照しながら説明する。

【０１６５】この変形例に係るセラミック素子１００Ｂ
ａは、図２２に示すように、前記第２の実施の形態に係
るセラミック素子１００Ｂとほぼ同様の構成を有する
が、上部電極４０ａと下部電極４０ｂとの間隔が広い領
域（ｃ）と狭い領域（ｄ）を有する点で異なる。これ
は、反強誘電体膜２２の膜厚分布を選択的に形成するこ
とで達成できる。

【０１６６】上部電極４０ａと下部電極４０ｂとの間隔
が狭い領域（ｄ）は、上部電極４０ａ及び下部電極４０
ｂ間の距離が小さいため、上部電極４０ａ及び下部電極
４０ｂ間に一定電圧を印加した場合、常に、上部電極４
０ａと下部電極４０ｂとの間隔が広い領域（ｃ）（電極
４０ａ及び４０ｂ間の距離が大きい）よりも高い電界が
発生する。

【０１６７】そのため、上部電極４０ａ及び下部電極４
０ｂ間に印加される電圧が低いときは、図２３Ａに示す
ように、ある電圧範囲（電圧レベルＶ１〜Ｖ２）で、前
記反強誘電体膜２２のうち、上部電極４０ａと下部電極
４０ｂとの間隔が狭い領域（ｄ）に対応する部分だけが
印加電圧の上昇に応じて相転移領域が広がり、前記印加
電圧Ｖのレベルに応じた変位量ほど一方向に屈曲変位す
ることになる。

【０１６８】次に、印加電圧Ｖが、前記電圧範囲よりも
大きな電圧範囲（電圧レベルＶ２〜Ｖ３）である場合
は、図２３Ｂに示すように、上部電極４０ａと下部電極
４０ｂとの間隔が広い領域に対応する部分も印加電圧Ｖ
の上昇に応じて相転移領域が広がることから、該部分も
前記上部電極４０ａ及び下部電極４０ｂとの間隔が狭い
領域（ｄ）と共に、印加電圧Ｖのレベルに応じた変位量
ほど一方向に屈曲変位することになる。

【０１６９】結果として、この第２の実施の形態に係る
セラミック素子の変形例１００Ｂａにおいても、前記第
１の実施の形態に係るセラミック素子の変形例１００Ａ
ａと同様に、空間的に分離した複数の領域において、そ
れぞれ変位形態が異なるアクチュエータ部１２を得るこ
とができる。

【０１７０】前記第１の実施の形態に係るセラミック素
子１００Ａ（変形例１００Ａａも含む）においては、ア
クチュエータ部１２に形成される電極パターンとして、
反強誘電体膜２２の表面に一対の電極２４ａ及び２４ｂ
を形成するようにし、第２の実施の形態に係るセラミッ
ク素子１００Ｂ（変形例１００Ｂａも含む）において
は、アクチュエータ部１２に形成される電極パターンと
して、反強誘電体膜２２の上面及び下面にそれぞれ上部
電極４０ａ及び下部電極４０ｂを形成するようにした
が、その他、１つのセラミック素子内において、あるい
は１つの連続した反強誘電体膜２２内において、電極パ
ターンが、第１の実施の形態に係るセラミック素子１０
０Ａと同様の電極パターンの領域と第２の実施の形態に
係るセラミック素子１００Ｂと同様の電極パターンの領
域とが共存するようにしてもよい。

【０１７１】また、１つのセラミック素子内において、
あるいは１つの連続した反強誘電体膜２２内において、
アナログ変位タイプとデジタル変位タイプとが共存する
ような構成を採用することも可能である。

【０１７２】次に、第１及び第２の実施の形態に係るセ
ラミック素子１００Ａ及び１００Ｂにおける前記アクチ
ュエータ部１２の各構成部材、特に各構成部材の材料等
の選定について説明する。

【０１７３】まず、振動部１８を構成するセラミックス
としては例えば酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、
酸化マグネシウム、酸化チタン、スピネル、ムライト、
窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、これらの混合物
等を用いることができる。

【０１７４】安定化された酸化ジルコニウムは振動部１
８の厚さが薄くても、機械的強度が高いこと、靱性が高
いことなどから特に好ましい。安定化された酸化ジルコ
ニウムとは、安定化酸化ジルコニウム及び部分安定化酸
化ジルコニウムを包含する。

【０１７５】安定化酸化ジルコニウムを得るための安定
化剤としては、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸
化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化イッテルビウ
ム、酸化セリウム又はその他の希土類金属の酸化物等を
１〜３０モル％含有する。特に、振動部１８の機械的強
度を高めるために、酸化イットリウムを１．５〜６モル
％含有することが望ましく、更に好ましくは２〜５モル
％含有することが好ましい。

【０１７６】また、部分安定化ジルコニウムを主成分と
する振動部１８を用いる場合、更に０．１〜５モル％の
酸化アルミニウム、あるいは０．１〜１０モル％の酸化
チタン、又は酸化チタンと酸化アルミニウムの混合物を
含有させることも、相対的変位量の増大、あるいは振動
部１８と反強誘電体膜２２との反応性、密着性を制御す
る上で適宜添加することが望ましい。

【０１７７】即ち、例えば反強誘電体膜２２として下記
組成を用い、振動部１８と反強誘電体膜２２との密着性
を向上したい場合には、酸化アルミニウムを０．１モル
％添加することが好ましい。

【０１７８】Ｐｂ_0.99Ｎｂ_0.02｛［Ｚｒ_xＳｎ_1-x］
_1-yＴｉ_y｝_0.98Ｏ₃ 但し、0.5 ＜ｘ＜ 0.6， 0.05 ＜ｙ＜ 0.063， 0.01 ＜
Ｎｂ＜ 0.03 これは、特に、第１の実施の形態に係るセラミック素子
１００Ａのように、反強誘電体膜２２の他主面が振動部
１８と密着し、相対する一主面上に一対の電極２４ａ及
び２４ｂが形成された構成のセラミック素子の場合に好
ましい。

【０１７９】逆に、振動部１８と反強誘電体膜２２との
密着を阻害したい場合には、酸化チタンを０．１〜１０
モル％添加することが好ましい。これは、特に、第２の
実施の形態に係るセラミック素子１００Ｂのように、振
動部１８上に下部電極４０ｂを形成し、その上に反強誘
電体膜２２を形成し、更にその上に上部電極４０ａを形
成する構成のセラミック素子の場合に特に好ましい。そ
の理由は、例えば図２２に示すように、下部電極４０ｂ
上から外方へ延びた（あるいは張り出した）反強誘電体
膜２２の外縁部２２ａが振動部１８と密着結合した場合
に生ずる結合部（反強誘電体膜２２と振動部１８との結
合部）の拘束により変位量が低下することを防止できる
からである。

【０１８０】なお、酸化アルミニウムを含有させた振動
部１８において、振動部１８と反強誘電体膜２２との密
着を阻害したい場合には、酸化アルミニウム量を２モル
％以下とし、かつ厚膜形成方法により反強誘電体膜２２
を形成するに際して、焼成後に反強誘電体膜２２となる
ペーストを厚膜形成方法により塗布した後、焼成前に酸
化雰囲気下で加熱して脱バインダー処理を施し、その
後、所定の雰囲気で反強誘電体膜２２を焼成することも
好ましい。

【０１８１】ここで述べた酸化アルミニウムや酸化チタ
ンは、安定化酸化ジルコニウム原料に混合添加してもよ
いが、安定化酸化ジルコニウム原料を合成する過程で共
沈法等により混合添加することにより、より均一な原料
粉末が得られ、ひいては均一な組織で機械的強度、耐久
性等により優れた振動部１８を得ることができる。

【０１８２】振動部１８は多数のセラミックス結晶から
なるが、振動部１８の機械的強度を高めるため、結晶粒
の平均粒径は０．０５〜２μｍであることが望ましい。

【０１８３】スペーサプレート１０Ｂ及び閉塞プレート
１０Ｃは、グリーンシートの積層及び焼成一体化により
振動部１８及び固定部２０として結合一体化されるた
め、同じ種類のセラミックスであることが望ましい。

【０１８４】但し、アルミナ等の添加量については、積
層、焼成一体化後の基体１０のうねり等の歪みを緩和す
るため、必要に応じて、振動部１８と異なる添加量に調
整することが望ましい。

【０１８５】なお、セラミックスの焼結助剤として一般
には粘土等を加えることもあるが、反強誘電体膜２２と
の反応性を高めすぎて反強誘電体膜２２の組成や特性が
変化しないように助剤成分を調整する必要がある。即
ち、基体１０中の酸化珪素等は、重量比で３％以下、更
に好ましくは１％以下となるように制限することが望ま
しい。

【０１８６】反強誘電体膜２２の材料としては、ジルコ
ン酸鉛を主成分とするもの、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛と
からなる成分を主成分とするもの、更にはジルコン酸鉛
に酸化ランタンを添加したもの、ジルコン酸鉛とスズ酸
鉛とからなる成分に対してチタン酸鉛やニオブ酸鉛を添
加したものが望ましい。

【０１８７】特に下記の組成のようにジルコン酸鉛とス
ズ酸鉛からなる成分を含む反強誘電体膜２２を第１及び
第２の実施の形態に係るセラミック素子１００Ａ及び１
００Ｂのような膜型素子として適用する場合、比較的低
電圧で駆動することができるため、特に好ましい。

【０１８８】Ｐｂ_0.99Ｎｂ_0.02｛［Ｚｒ_xＳｎ_1-x］
_1-yＴｉ_y｝_0.98Ｏ₃ 但し、0.5 ＜ｘ＜ 0.6， 0.05 ＜ｙ＜ 0.063， 0.01 ＜
Ｎｂ＜ 0.03 また、この反強誘電体膜２２は、多孔質であってもよ
く、多孔質の場合には気孔率３０％以下であることが望
ましい。

【０１８９】なお、反強誘電体膜２２の原料として用い
る反強誘電体粉末は、印刷用ペーストの調合前に、乾式
振動ミル、乾式アトライタ等により乾式粉砕すること
が、より緻密で屈曲変位特性の高い反強誘電体膜２２を
得る上で好適である。

【０１９０】この場合、特に、前記反強誘電体膜２２の
材料として、上述した組成にＡｇを酸化銀換算で１〜１
０重量％含有することが、より緻密で大きな変位を得る
上で、また、より安定な形状記憶特性を得る上で好適で
ある。

【０１９１】Ａｇを含有させる手段としては、反強誘電
体膜２２を合成する過程において、酸化物の形態で他の
原料粉末と同時に添加してもよいし、予め合成した反強
誘電体材料粉末に、酸化銀として、あるいは硝酸銀の水
溶液として粉砕混合してもよい。また、あるいは印刷ペ
ーストを調合する際に、酸化銀粉末の形態やＡｇの有機
金属化合物の形態で混合してもよい。

【０１９２】そして、反強誘電体膜２２の厚さと振動部
１８の厚さとは、同次元の厚さであることが望ましい。
なぜなら、振動部１８の厚さが極端に（１桁以上）、反
強誘電体膜２２よりも厚くなると、反強誘電体膜２２の
焼成工程における収縮に対して振動部１８がその収縮を
妨げるように拘束するため、反強誘電体膜２２が振動部
１８から剥離しやすくなったり、反強誘電体膜２２の緻
密化を阻害したり、更には焼成後の反強誘電体膜２２の
中に残留応力が存在して特性を低下させる要因となる。

【０１９３】反対に、厚さの次元が同程度であれば、反
強誘電体膜２２の焼成工程における収縮に振動部１８が
追従して変形しやすくなり、緻密で高変位な特性を有す
る反強誘電体膜２２を得ることができる。

【０１９４】具体的には、振動部１８の厚さは１〜５０
μｍが好ましく、３〜２０μｍが更に好ましい。一方、
反強誘電体膜２２の平均厚さは、１〜１００μｍが好ま
しく、３〜５０μｍが更に好ましく、５〜４０μｍが最
も好ましい。

【０１９５】電極２４ａ及び２４ｂ（４０ａ及び４０
ｂ）は、振動部１８や反強誘電体膜２２に対して薄い方
が、アクチュエータ部１２の変位動作に対する拘束力が
弱まるため好ましく、具体的には、厚さ０．０１μｍ〜
１０μｍであることがより好ましく、０．０１〜５μｍ
が更に好ましい。

【０１９６】前記電極２４ａ及び２４ｂ（４０ａ及び４
０ｂ）の材質は、室温で固体であって導電性の物質で構
成されていることが好ましい。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、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、ベリリウム等を含有する金属単体又は合金が挙げら
れる。これらの元素が任意の組み合わせで含有されてい
てもよいことはいうまでもない。

【０１９７】第２の実施の形態に係るセラミック素子１
００Ｂのように、下部電極４０ｂが振動部１８と反強誘
電体膜２２との間に介在する構成のセラミック素子の場
合には、反強誘電体膜２２の焼成温度に耐える耐熱性を
有することが望ましく、必要に応じて耐蝕性に優れた材
質を選んでもよい。

【０１９８】次に、第１及び第２の実施の形態に係るセ
ラミック素子１００Ａ及び１００Ｂの製造方法を説明す
る。

【０１９９】振動部１８及び固定部２０を含む基体１０
は、グリーンシート又はグリーンテープである成形層を
熱圧着等で積層し、次いで焼成することで一体化するこ
とができる。例えば、図１に示す基体１０では、３層の
グリーンシート又はグリーンテープを積層するが、その
第２層に空所１４となる所定形状の窓部を積層前に予め
設けておけばよい。また、成形型を用いる加圧成形、鋳
込み成形、射出成形等によって、成形層を作製し、切
削、研削加工、レーザ加工、プレス加工による打ち抜き
等の機械加工により、空所（窓部）１４等を設けてもよ
い。図１では、３層構造となっているが、４層構造、５
層構造として、基体１０の剛性を向上させたり、裏面配
線板として使用する層を同時に積層して形成してもよ
い。

【０２００】次に、前記基体１０の振動部１８上にアク
チュエータ部本体２６を形成する。この場合、金型を用
いたプレス成形法又はスラリー原料を用いたテープ成形
法等によって反強誘電体膜２２を成形し、この焼成前の
反強誘電体膜２２を焼成前の基体１０における振動部１
８上に熱圧着で積層し、同時に焼成して、基体１０の振
動部１８上に反強誘電体膜２２を形成する方法と、以下
に示す膜形成法とがある。

【０２０１】膜形成法は、振動部１８上に反強誘電体膜
２２と一対の電極２４ａ及び２４ｂをこの順序で積層す
る方法であるが、例えば、スクリーン印刷のような厚膜
法、ディッピング等の塗布法、イオンビーム、スパッタ
リング、真空蒸着、イオンプレーティング、化学蒸着法
（ＣＶＤ）、メッキ等の薄膜法等が適宜用いられる。一
対の電極２４ａ及び２４ｂにつながる配線や端子パッド
の形成も前記厚膜法や薄膜法が用いられる。

【０２０２】第１の実施の形態に係るセラミック素子１
００Ａは、その一例として、例えば以下のような製法が
採用される。まず、基体１０の振動部１８上にスクリー
ン印刷法によって反強誘電体膜２２を形成する。その
後、焼成を行って、基体１０の振動部１８上に反強誘電
体膜２２を接合する。この場合、基体１０と反強誘電体
膜２２との接合性を向上させて、これら基体１０と反強
誘電体膜２２との一体化を有利にするには、反強誘電体
膜２２に対する焼成を反強誘電体材料の雰囲気下におい
て密閉容器内で実施することが好ましい。更に好ましく
は、雰囲気濃度は高くすることが望ましい。

【０２０３】雰囲気焼成は次の方法等により行われる。

【０２０４】（１）反強誘電体材料と同成分系の粉末を
蒸発源として一緒に密閉容器内に置く。

【０２０５】（２）反強誘電体材料の組成として、鉛成
分を予め過剰とする。

【０２０６】（３）反強誘電体材料の板をセッターとし
て使用する。

【０２０７】また、焼成温度は、９００〜１４００℃が
好ましく、更に好ましくは１１００〜１４００℃が望ま
しい。

【０２０８】前記基体１０と反強誘電体膜２２との接合
が終了した後、一対の電極２４ａ及び２４ｂを含む配線
層をスクリーン印刷にて積層する。この配線層のパター
ンは、例えば図５５に示すように、垂直選択線５８のパ
ターン、信号線６０のパターン及び電極パターンであっ
て、電極パターンは、この段階（スクリーン印刷段階）
では図３に示すような渦巻き形状や図４に示すような多
枝形状ではなく、単に円形状とされた状態である。

【０２０９】その後、例えばエキシマレーザによって円
形状の電極パターンの所要箇所を蒸発させることによ
り、図３に示すような渦巻き形状や図４に示すような多
枝形状にパターニングして一対の電極２４ａ及び２４ｂ
とする。

【０２１０】前記エキシマレーザによるパターニングが
終了した後、熱処理することにより、基体１０上へのア
クチュエータ部本体２６の形成が終了する。なお、薄膜
法により、一対の電極２４ａ及び２４ｂを形成する場合
においては、必ずしも前記熱処理は必要としない。

【０２１１】次に、前記第２の実施の形態に係るセラミ
ック素子１００Ｂを製造する場合について説明すると、
この場合、膜形成法として振動部１８上に下部電極４０
ｂ、反強誘電体膜２２、上部電極４０ａをこの順序で積
層する方法が採用されるわけだが、具体的には、例え
ば、その一例として以下のような製法が採用される。

【０２１２】まず、基体１０の振動部１８に、予め酸化
アルミニウムを１モル％添加して形成し、該振動部１８
上に白金粉末と有機バインダーを主成分とするペースト
をスクリーン印刷法によって印刷塗布し、乾燥工程を経
た後に焼成することによって、下部電極４０ｂを形成す
る。

【０２１３】その後、反強誘電体粉末と有機バインダー
を主成分とするペーストを同じくスクリーン印刷法によ
って印刷塗布し、乾燥後、酸化雰囲気中で５００〜６０
０℃１時間の脱脂処理を行う。

【０２１４】次いで、第１の実施の形態の場合と同様
に、雰囲気焼成を行い、反強誘電体膜２２を形成する。
その後、金を含有する有機金属化合物と溶剤とを主体と
するペーストをスクリーン印刷法によって印刷塗布し、
乾燥後、焼成して上部電極４０ａを形成する。

【０２１５】次に、第３の実施の形態に係るセラミック
素子１００Ｃについて図２４〜図５３を参照しながら説
明する。

【０２１６】この第３の実施の形態に係るセラミック素
子１００Ｃは、上述した第１及び第２の実施の形態に係
るセラミック素子１００Ａ及び１００Ｂのように、振動
部１８上に反強誘電体膜２２を形成してなるセラミック
素子において、その形状記憶効果をより高めたセラミッ
ク素子を提供するものである。

【０２１７】この第３の実施の形態に係るセラミック素
子１００Ｃを作製するにあたって、本発明者らは、図２
５に示すように、反強誘電体膜２２の両面に電極１０２
ａ及び１０２ｂを形成したいわゆるバルク型素子１０４
と、例えば図１に示すように、振動部１８上に形成され
た反強誘電体膜２２上に一対の電極２４ａ及び２４ｂを
形成してなる第１の実施の形態に係るセラミック素子１
００Ａと、例えば図１４に示すように、振動部１８上に
下部電極４０ｂ、反強誘電体膜２２及び上部電極４０ａ
を順次積層してなる第２の実施の形態に係るセラミック
素子１００Ｂについて、その形状記憶効果を確かめた。

【０２１８】その結果、図２５に示すバルク型素子１０
４は、相転移電界を超える電圧を印加した後、印加電圧
を下げて数秒間以上保持しても、屈曲変位が維持される
が、前記セラミック素子１００Ａ及び１００Ｂにおいて
は、相転移電界を超える電圧を印加した後、印加電圧を
下げると、数ミリ秒又は数１０ミリ秒間の保持のあいだ
で屈曲変位が減少し、短時間の形状記憶効果しか得られ
ないことがわかった。特に、第１の実施の形態に係るセ
ラミック素子１００Ａは、第２の実施の形態に係るセラ
ミック素子１００Ｂよりも屈曲変位の減少率がわずかに
大きいことが判明した。

【０２１９】これは、反強誘電体膜２２の焼成過程から
冷却過程において、振動部１８の応力的な拘束により、
反強誘電体膜２２に残留応力が発生し、有害な結晶歪み
を誘起していることが要因と推定される。従って、後述
する表示装置２００に応用した場合に、輝度が低下す
る、あるいは隣接画素に対する駆動時の電圧変動によっ
て輝度の変動が生じるおそれがある。

【０２２０】そこで、本発明者らは、第１の実施の形態
に係るセラミック素子１００Ａにおける前記不都合を解
決するために、以下の５つの条件について検討を行っ
た。

【０２２１】（１）中間層１０６（図２４参照）の形成（２）基体１０及び振動部１８の薄膜化（３）荷重焼成（ホットプレス法：図２９参照）（４）組成の見越し補正及び鉛成分の後補正並びに酸化
スズ粉末の微粉化（５）反強誘電体膜２２の焼結後における振動部１８の
沈み込み量の抑制第３の実施の形態に係るセラミック素子１００Ｃは、前
記５つの条件をすべて満足するものであり（図２４参
照）、これら５つの条件による効果並びに有効範囲につ
いて詳細に説明する。

【０２２２】まず、変位保持率について定義付けをして
おく。変位保持率とは、反強誘電体膜２２に対してある
ピーク電圧（例えば１３０Ｖ）を印加して屈曲変位を行
わせた後に、印加電圧を下げて所定電圧（例えば５０
Ｖ）における変位を測定し、ピーク電圧における変位量
を１００％としたときの、電圧降下時の前記所定電圧印
加時における変位の百分率を指す。

【０２２３】印加電圧に対する前記変位動作は、例えば
図５２に示すように、例えば初期値（０Ｖ）から正のピ
ーク電圧（１３０Ｖ）にかけて示す曲線に沿って変位
し、正のピーク電圧から初期値にかけてで示す曲線に
沿って変位し、初期値から負のピーク電圧（−１３０
Ｖ）にかけてで示す曲線に沿って変位し、負のピーク
電圧から初期値にかけてで示す曲線に沿って変位す
る。

【０２２４】１．振動部１８と反強誘電体膜２２の間へ
の中間層１０６の形成中間層１０６の形成とは、例えば図２４に示すように、
反強誘電体膜２２の上面に一対の電極２４ａ及び２４ｂ
が形成されたセラミック素子１００Ｃにおいて、振動部
１８と反強誘電体膜２２との間に金属膜層（即ち、中間
層１０６）を形成することである。この中間層１０６の
形成によって、変位保持率を７０％程度に高めることが
できた。

【０２２５】これは、振動部１８と反強誘電体膜２２と
の間に、高温で軟らかい金属膜層（中間層１０６）を介
在させることで、反強誘電体膜２２の焼成過程から冷却
過程において、振動部１８の応力的な拘束によって反強
誘電体膜２２に発生する応力が緩和されていることによ
るものと推定される。

【０２２６】そして、前記中間層１０６の材質として好
ましいのは、Ｐｔ又はＰｄ、あるいは両者の合金であ
る。中間層１０６の厚みとしては、１μｍ以上、１０μ
ｍ以下が適当である。好ましくは２μｍ以上、６μｍ以
下である。

【０２２７】なぜならば、１μｍ未満では上述した応力
緩和の効果が現れず、１０μｍを超えると中間層１０６
の焼成時における焼成収縮により、中間層１０６が振動
部１８から剥離してしまうからである。

【０２２８】ここで、１つの実験例（便宜的に第１の実
験例と記す）について説明する。この第１の実験例は、
中間層１０６の厚みによって変位保持率がどのように変
わるかを実施例１〜実施例３並びに比較例１〜比較例３
に基づいて確かめたものである。

【０２２９】実施例１はＰｔの中間層１０６を４μｍ形
成したものであり、実施例２はＰｄの中間層１０６を２
μｍ形成したものであり、実施例３はＰｄの中間層１０
６を８μｍ形成したものである。一方、比較例１はＰｔ
の中間層１０６を１５μｍ形成したものであり、比較例
２はＰｔの中間層１０６を０．５μｍ形成したものであ
り、比較例３は中間層１０６を形成しなかったものであ
る。

【０２３０】その実験結果を図２６に示す。中間層１０
６が１５μｍである比較例１の場合、中間層の剥離によ
り測定できず、中間層１０６が０．５μｍである比較例
２の場合、変位保持率が５８％程度と低下し、中間層１
０６のない比較例３にいたっては、変位保持率が５４％
と非常に低くなっている。

【０２３１】従って、この結果から中間層１０６の厚み
としては、１μｍ以上、１０μｍ以下が適当であり、好
ましくは２μｍ以上、６μｍ以下である。

【０２３２】２．基体及び振動部の薄膜化振動部１８の厚みを反強誘電体膜２２の厚みよりも薄く
し、併せて基体１０の全体の厚みを薄膜化する。これに
よって、反強誘電体膜２２に対する基体１０の応力的な
拘束が減るため、反強誘電体膜２２の焼結性の増加と、
応力緩和の効果が得られる。

【０２３３】ここで、１つの実験例（便宜的に第２の実
験例と記す）について説明する。この第２の実験例は、
基体１０の厚みを変えた場合の変位保持率の変化を実施
例４〜実施例７に基づいて確かめたものである。その結
果を図２７に示す。この図２７の表中、基体１０の厚み
の（）内の数値は順に、振動部１８、スペーサプレー
ト１０Ｂ、ベースプレート１０Ａ（図２４参照）の厚み
である。実施例４〜実施例７はいずれも中間層１０６が
なく、荷重焼成並びに粉末の見越し補正及び鉛成分の後
補正を行わず、ＳｎＯ₂の比表面積を１３ｍ²／ｇとし
たものである。

【０２３４】この実験結果から、振動部１８の厚みを反
強誘電体膜２２の厚みよりも薄くし、併せて基体１０の
全体の厚みを薄膜化することが変位保持率を高める上で
好ましいことがわかる。

【０２３５】前記例は、図２８に示すように、振動部１
８の中心を通る最短寸法ｍにおいて、固定部２０の上面
と振動部１８の上面との境界部分を境界点ｋと定義し、
該境界点ｋから反強誘電体膜２２の形成端までの距離を
Ｌｎ（μｍ）、振動部１８の厚みをｔｖ（μｍ）とした
とき、Ｌｎ＜ｔｖ×１５を満足する場合に成立し、この
場合、基体１０の厚みｔｂは、ｔｂ≦３５０μｍが適当
であり、好ましくはｔｂ≦２５０μｍ、より好ましくは
ｔｂ≦１３０μｍであり、最も好ましくはｔｂ≦７０μ
ｍである。一方、Ｌｎ≧ｔｖ×１５を満足する場合は、
振動部１８の厚みｔｖは１〜５０μｍが好ましく、３〜
２０μｍが更に好ましい。一方、反強誘電体膜２２の平
均厚さは、１〜１００μｍが好ましく、３〜５０μｍが
更に好ましく、５〜４０μｍが最も好ましい。

【０２３６】３．荷重焼成（ホットプレス法）図２９に示すように、基体１０上に形成された反強誘電
体膜２２に荷重（ホットプレス荷重）Ｐをかけながら反
強誘電体膜２２を焼成処理する方法である。基体１０上
に反強誘電体膜２２を印刷により形成した段階のもの
を、以下、サンプル１０８と記す。

【０２３７】具体的な方法としては、例えば図３０Ａに
示すように、ヒータ１１０への通電によって焼成を行う
電気炉１１２の内部に台１１４を設置し、該台１１４の
上に、基体１０の底面が台１１４の上面に接するように
してサンプル１０８を載置し、該サンプル１０８の上部
におもし１１６を載せた状態で焼成する方法や、図３０
Ｂに示すように、前記電気炉１１２内に設置された台１
１４の上に、反強誘電体膜２２の上面が台１１４の上面
に接するようにしてサンプル１０８を載置し、基体１０
の底面におもし１１６を載せた状態で焼成する方法等が
ある。

【０２３８】この荷重焼成によって、反強誘電体膜２２
の焼結性が増し、より緻密な膜を得ることができる。

【０２３９】ホットプレス荷重Ｐとしては０．４ｋｇ／
ｃｍ²以上がよい。但し、振動部１８の厚みに応じて振
動部１８が破壊しない程度の荷重とする。荷重が大きい
と、スペーサプレート１０Ｂと振動部１８の端部ｓ（図
２９参照）において、振動部１８が割れるおそれがある
からである。

【０２４０】ここで、１つの実験例（便宜的に第３の実
験例と記す）について説明する。この第３の実験例は、
ホットプレス荷重Ｐを変えた場合の反強誘電体膜２２の
緻密度の変化を実施例８及び比較例４〜比較例６に基づ
いて確かめたものである。膜の緻密度とは、緻密度＝１
００％−表面の気孔率である。

【０２４１】その実験結果を図３１に示す。この結果か
らホットプレス荷重Ｐとしては０．４ｋｇ／ｃｍ²以上
で、その上限は振動部１８の厚みによって異なり、好ま
しくは振動部１８が破壊しない程度の荷重であることが
望ましい。

【０２４２】４．組成の見越し補正及び鉛成分の後補正
並びに酸化スズ粉末の微粉化ａ．組成の見越し補正反強誘電体膜２２を形成するにあたり、反強誘電体セラ
ミック材料の粉末を合成するが、その際に、反強誘電体
膜２２における焼成中の振動部１８との相互拡散による
組成変動を見越して、反強誘電体セラミック材料の粉末
組成を最適組成からずらして調製する。

【０２４３】具体的には、反強誘電体膜２２の焼成時に
おいて振動部１８からジルコニウムが拡散流入し、反強
誘電体膜２２からチタニウムが振動部１８へ拡散流出し
ていくため、予めジルコニウムの量を減らし、チタニウ
ムの量を増やしておく。

【０２４４】なお、各成分の調整量は、焼成条件及び振
動部１８の組成、並びに反強誘電体膜２２の厚み等とも
関連するため、個々に最適調整量を決定することが重要
である。

【０２４５】次に、見越し補正をしない通常の合成方法
と見越し補正を行う前記合成方法との違いについて、図
３２及び図３３の工程ブロック図を参照しながら説明す
る。

【０２４６】通常の合成方法は、図３２に示すように、
反強誘電体セラミック材料の粉末を最適組成に合わせて
秤量し、その後、粉末をボールミルで混合する（５０時
間）。その後、混合された粉末に対して１０００℃、５
時間の仮焼を施し、次いで、ボールミルで粉砕する（１
０時間）。

【０２４７】見越し補正を行う合成方法は、図３３に示
すように、秤量する粉末の組成が若干異なるものの、全
体として見た場合、その工程は通常の合成方法とほぼ同
じである。この場合、ＺｒＯ₂は最適な焼結体組成より
少なめに秤量され、ＴｉＯ₂は最適な焼結体組成より多
めに秤量される。

【０２４８】ここで、１つの実験例（便宜的に第４の実
験例と記す）について説明する。この第４の実験例は、
見越し補正量によって変位保持率がどのように変わるか
を実施例９−１、実施例９−２、実施例１０−１及び実
施例１０−２並びに比較例７に基づいて確かめたもので
ある。ここでの見越し補正量とは、加えるＺｒＯ₂及び
ＴｉＯ₂の各量について、それぞれの所定量を１００％
とした場合の百分率を示す。

【０２４９】その実験結果を図３４に示す。この結果か
ら、ＺｒＯ₂の量は最適な焼結体組成を１００％とした
場合の９５〜９８％であり、かつ／又は、ＴｉＯ₂の量
は最適な焼結体組成を１００％とした場合の１０２〜１
０４％が適当である。

【０２５０】ｂ．鉛成分の後補正反強誘電体膜２２は、振動部１８上にスクリーン印刷法
によって形成されるが、その印刷材料をつくる際、特
に、反強誘電体セラミック材料粉末の合成の際に、予め
酸化鉛を１０％少ない組成で合成した後、不足分の１０
％を酸化鉛の形態で混合し、その混合材料を反強誘電体
膜形成用の印刷材料として用いる。この場合、酸化鉛の
粉末が混在することで、反強誘電体膜２２の焼結性が向
上する。

【０２５１】この鉛成分の後補正は、図３５に示すよう
に、反強誘電体セラミック材料の粉末のうち、酸化鉛を
除いたものを最適組成に合わせて秤量し、酸化鉛のみは
所定配合量の９０％とする。その後、これら粉末をボー
ルミルで混合し（５０時間）、次いで、混合された粉末
に対して１０００℃、５時間の仮焼を施す。その後、酸
化鉛を所定配合量の１０％を混合し、ボールミルで混
合、粉砕する（１０時間）。

【０２５２】ここで、１つの実験例（便宜的に第５の実
験例と記す）について説明する。この第５の実験例は、
鉛成分の後補正量によって膜の緻密度がどのように変わ
るかを実施例１１〜実施例１３並びに比較例１０及び比
較例１１に基づいて確かめたものである。ここでの鉛成
分の後補正量とは、鉛成分１００％中の後補正量（ｗｔ
％）を示す。

【０２５３】その実験結果を図３６に示す。この結果か
ら、鉛成分の後補正量は、３％以上、２０％以下が適当
であり、好ましくは５％以上、１５％以下である。

【０２５４】ｃ．組成の見越し補正＋鉛成分の後補正反強誘電体セラミック材料の粉末を合成する際に、上述
した組成の見越し補正と鉛成分の後補正を組み合わせる
ことにより、変位保持率が増加し、かつ、反強誘電体膜
２２の緻密度を上げることができる。

【０２５５】この組み合わせに係る合成方法は、図３７
に示すように、秤量の段階で、酸化鉛を所定配合量の９
０％とし、ＺｒＯ₂を所定量より少なめに秤量し、Ｔｉ
Ｏ₂を所定量より多めに秤量する。その後、これら粉末
をボールミルで混合し（５０時間）、次いで、混合され
た粉末に対して１０００℃、５時間の仮焼を施す。その
後、酸化鉛を所定配合量の１０％を混合し、ボールミル
で混合、粉砕する（１０時間）。

【０２５６】ｄ．酸化スズ粉末の微粉化振動部１８上での反強誘電体膜２２の均質性と変位特性
を向上させるために、反強誘電体セラミック材料の粉末
の合成の際に、原材料として用いる酸化スズ（Ｓｎ
Ｏ₂）の比表面積を１０ｍ²／ｇ以上にする。この酸化
スズの微粉化は、ＳｎＯ₂粉末のみを予め粉砕しておい
て秤量に取りかかることで達成できる。

【０２５７】ここで、１つの実験例（便宜的に第６の実
験例と記す）について説明する。この第６の実験例は、
ＳｎＯ₂の比表面積の違いによってヒステリシス特性
（電圧−歪み特性）の測定結果がどのように変化するか
を実施例１４並びに比較例１２及び比較例１３に基づい
て確かめたものである。

【０２５８】その実験結果を図３８に示す。比表面積が
５ｍ²／ｇの比較例１２においては、ＳｎＯ₂粒子の残
存があるため、組成のばらつきが大きく変位せず、比表
面積が２２ｍ²／ｇの比較例１３においては、ＳｎＯ₂
粒子同士の凝集があるため、組成のばらつきが大きく変
位しなかった。一方、比表面積が１３ｍ²／ｇの実施例
１４においては、図５３に示す特性と同様に、良好なヒ
ステリシスを得ることができた。

【０２５９】従って、ＳｎＯ₂の比表面積は８ｍ²／ｇ
以上、２０ｍ²／ｇ以下とすることが適当である。

【０２６０】５．反強誘電体膜の焼結後における振動部
の沈み込み量の抑制前記（２）の条件で示したように、反強誘電体膜２２の
厚みを振動部１８の厚みよりも厚くしていくと、反強誘
電体膜２２の焼成時における焼成収縮力が増加し、図３
９Ａに示すように、振動部１８の下方へのたわみ変形が
促進され、振動部１８の沈み込み量が大きくなる。

【０２６１】例えば、スペーサプレート１０Ｂの厚みが
１５０μｍの場合、振動部１８の沈み込み量が最大１５
０μｍまで発生する可能性がある。振動部１８の沈み込
み量が大きいと、反強誘電体膜２２の中央部付近の表面
が基体１０の表面よりも沈み込んでしまい、アクチュエ
ータ部１２としたときの屈曲変位が小さくなるおそれが
ある。

【０２６２】そこで、図３９Ｂに示すように、振動部１
８直下の空間、即ち、空所１４の深さを１５μｍ以下に
する。これにより、振動部１８の沈み込み量を１５μｍ
以下に抑制でき、反強誘電体膜２２の中央付近の表面が
基体１０の表面よりも沈み込むことがなくなる。これ
は、図１２Ａ〜図１３で示す条件を簡単に実現できる手
法でもあり、アクチュエータ部１２の一方向変位を確実
に達成させることができる。

【０２６３】次に、空所１４の深さが１５μｍ以下であ
るセラミック素子の２種類の製造方法について説明す
る。

【０２６４】まず、第１の方法は、基体１０は、グリー
ンシート又はグリーンテープである成形層を熱圧着等で
積層し、次いで焼成することで一体化することができ
る。例えば、図４０に示すように、３層のグリーンシー
ト又はグリーンテープ（ベースプレート１０Ａとなる層
１２０Ａ、スペーサプレート１０Ｂとなる層１２０Ｂ及
び閉塞プレート１０Ｃとなる層１２０Ｃ）を積層する
が、そのうちの第２層（スペーサプレート１０Ｂとなる
層１２０Ｂ）に、後に空所１４となる所定形状の窓部１
２２を積層前に予め設けておけばよい。

【０２６５】また、成形型を用いる加圧成形、鋳込み成
形、射出成形等によって成形層を作製し、切削、研削加
工、レーザ加工、プレス加工による打ち抜き等の機械加
工により、空所１４（窓部１２２）等を設けてもよい。
このときに、第２層１２０Ｂの厚みを１〜２０μｍにす
ることが好ましい。

【０２６６】第２の方法は、まず、例えば図４１Ａに示
すように、ベースプレート１０Ａとなるグリーンシート
又はグリーンテープ１２０Ａ上に、該グリーンシート又
はグリーンテープ１２０Ａと同素材のペースト１２４を
印刷法により塗布して第２層（スペーサプレート１０Ｂ
となる層１２０Ｂ）とする。このときの印刷パターンは
窓部１２６を設けた形状とする。その後、図４１Ｂに示
すように、前記第２層１２０Ｂを含む全面に第３層（閉
塞プレート１０Ｃとなる層１２０Ｃ）を積層し、次い
で、焼成することで、図４１Ｃに示すように、基体１０
として一体化することができる。このとき、前記窓部１
２６の部分に空所１４が形成され、振動部１８が形成さ
れることになる。この場合も、第２層１２０Ｂ（この例
では、ペースト１２４）の印刷パターンの厚みを１〜２
０μｍにすることが好ましい。

【０２６７】ここで、１つの実験例（便宜的に第７の実
験例と記す）について説明する。この第７の実験例は、
第２層（スペーサプレート１０Ｂとなる層１２０Ｂ）と
反強誘電体膜２２の厚みによって、反強誘電体膜２２の
焼成後における振動部１８の沈み込み量δとピーク電圧
通常印加時の変位がどのように変わるかを実施例１５及
び実施例１６並びに比較例１４及び比較例１５に基づい
て確かめたものである。

【０２６８】振動部１８の沈み込み量δとは、図４２に
示すように、反強誘電体膜２２の焼成後において、振動
部１８の上面中、空所１４の中央部分に対応する部分
が、基体１０の上面よりも下方に沈み込んだ量を示す。

【０２６９】第７の実験結果を図４３に示す。この第７
の実験例においては、図４４に示すように、パルス状の
駆動波形（電圧）をセラミック素子に与え、そのときの
屈曲変位量を測定している。この波形は、例えば表示装
置のようなマトリクス状に配置された行電極と列電極と
からなる少ない数の制御電極で駆動する場合に、実際に
セラミック素子にかかりうる電圧変動を模擬している。

【０２７０】本来、理想的な状態のセラミック素子にお
いては、図４４に示す駆動波形を印加すると、その電圧
−屈曲変位特性は、図４５のようなヒステリシス曲線を
描く。

【０２７１】しかし、実際に製作したセラミック素子、
特に、沈み込み量δが大きいセラミック素子において
は、図４６に示すように、最大電圧より低い電圧におい
ても、一旦相転移により生じた変位が徐々に低下したり
（図４６中の３０Ｖ−８０Ｖの保持区間参照）、ある
いは逆にリセットしてゼロになった変位が徐々に増大す
る（図４６中の３０Ｖ−８０Ｖの保持区間参照）。

【０２７２】これに対して、図３９Ｂに示すように、沈
み込み量δを１５μｍ以下に抑制したセラミック素子に
おいては、図４７に示すように、特性上、理想的なセラ
ミック素子に達していないものの、図４６の特性と比し
てかなり改善され、高いメモリ効果が得られることを見
い出した。

【０２７３】なお、図４５、図４６及び図４７において
は、その電圧−屈曲変位特性曲線が見やすいように、縦
軸の変位量のゼロ点を、横軸の時間軸との交点からわざ
とずらして表示した。

【０２７４】このように、メモリ効果の指標として、図
４８に示すように、最大変位量Ｄ１に対して、上述の２
つの保持区間及びでの変位差Ｄ２の占める割合Ｘ＝
（Ｄ２／Ｄ１）×１００（％）をとると、以下のように
なる。

【０２７５】理想的な場合（図４５参照）：Ｘ＝１００（％）沈み込み量δ＝２５μｍのサンプル（図４６参照）：Ｘ
＝３０（％）沈み込み量δ＝１０μｍのサンプル（図４７参照）：Ｘ
＝８０（％）なお、この沈み込み量δの異なる２種類のサンプルにお
いては、ともに、振動部１８の厚さ１０μｍに対し、反
強誘電体膜２２の厚さを５０μｍと５倍の厚さに設定
し、また、電極構成は、下部電極４０ｂと上部電極４０
ａが反強誘電体膜２２を挟む構成とした。

【０２７６】更に、反強誘電体膜２２の厚さを７０μｍ
とし、沈み込み量δを１０μｍとしたサンプルにおいて
は、Ｘ＝８８％の値を得、同じく反強誘電体膜２２の厚
さを８０μｍとしたサンプルにおいては、Ｘ＝９５％の
値を得た。

【０２７７】この第７の実験結果から、第２層１２０Ｂ
の厚みが薄いと下方への沈み込みが抑制され、かつ、大
きな変位が得られるが、第２層１２０Ｂの厚みが厚いと
前記沈み込みが大きく、変位も小さくなることがわか
る。

【０２７８】なお、上記の２種類の製造方法のほかに、
更に以下のような方法を採用することも可能である。

【０２７９】即ち、ベースプレート１０Ａとなるグリー
ンシートの一主面に、数１００℃の加熱で熱分解し、ガ
ス化する有機物ペーストを空所形状のパターンで印刷塗
布し、その後、閉塞プレート１０Ｃとなるグリーンシー
トをその表面に積層し、次いで、焼成することにより、
空所１４の深さが１５μｍ以下の基体１０を得る。そし
て、上述のように、基体１０上に反強誘電体膜２２及び
一対の電極２４ａ及び２４ｂを形成することにより、空
所１４の深さが１５μｍ以下のセラミック素子を得るこ
とができる。この場合、前記有機物ペーストとしては、
例えばテオブロミン（Ｃ₇Ｈ₈Ｎ₄Ｏ₂）を適用するこ
とができる。

【０２８０】この実施例として、上記と同様に、振動部
１８の厚さ１０μｍに対し、反強誘電体膜２２の厚さを
４０μｍに設定し、沈み込み量δを６μｍとしたサンプ
ルを試作したところ、Ｘ＝９２％の値を得、また、反強
誘電体膜２２の厚さを６０μｍにしたサンプルでは、Ｘ
＝９８％の値を得ることができた。

【０２８１】また、この実施例として、振動部１８の厚
さ７μｍに対し、反強誘電体膜２２の厚さを４０μｍに
設定し、沈み込み量δを３μｍとしたサンプルを試作し
たところ、Ｘ＝９０％の値を得ることができた。

【０２８２】また、更に別の製造方法としては、ベース
プレート１０Ａとなるグリーンシートの一主面に、空所
形状のパターンでレーザ光を照射し、表面層を分解除去
し、その後、閉塞プレート１０Ｃとなるグリーンシート
をその表面に積層し、次いで、焼成することにより、空
所１４の深さが１５μｍ以下の基体１０を得る。そし
て、上述のように、基体１０上に反強誘電体膜２２及び
一対の電極２４ａ及び２４ｂを形成することにより、空
所１４の深さが１５μｍ以下のセラミック素子を得るこ
とができる。この場合、レーザ光としては、グリーンシ
ート組成物中の有機物の化学結合を直接分解しうるエキ
シマレーザが、ＣＯ₂レーザ等と比較して、照射表面に
おける熱発生が少なく、付随して生じるグリーンシート
の変形や変質を最小限に抑制できる点で好ましい。

【０２８３】次に、第３の実施の形態に係るセラミック
素子１００Ｃと同様の構成を有する実施例１７と前記５
つの条件を一部において満足しない比較例１６について
の各ヒステリシス特性（電圧−屈曲変位特性）と各変位
保持率の違いについて１つの実験例（便宜的に、第８の
実験例と記す）に基づいて図２５、図４９〜図５３を参
照しながら説明する。第８の実験結果を図４９に示す。

【０２８４】まず、比較として、バルク型素子１０４の
作製条件及び歪み測定条件について説明する。バルク型
素子１０４は、図２５に示すように、反強誘電体仮焼粉
末を一軸プレスで成形し、焼成したものを、１２×３×
１ｍｍに加工後、両主面にＡｇ電極１０２ａ及び１０２
ｂを形成して作製した。そして、一方のＡｇ電極１０２
ａ上に歪みゲージ１１８を貼り付け、両電極１０２ａ及
び１０２ｂ間に周波数０．６Ｈｚで±４ｋＶの電圧ｅを
印加し、そのときの歪みを導線１３０ａ及び１３０ｂを
通じて測定した。その測定結果を図５０に示す。このバ
ルク型素子１０４の変位保持率は１００〜１０７％であ
った（図４９参照）。

【０２８５】次に、実施例１７に係るセラミック素子の
作製条件は次の通りである。前記（１）の条件である中
間層１０６として厚み４μｍのＰｔ膜を形成し、前記
（２）及び（５）の条件を満足するために、基体１０と
して厚みが５０μｍのもの（振動部１８の厚み１０μ
ｍ、スペーサプレート１０Ｂの厚み１０μｍ、ベースプ
レート１０Ａの厚み３０μｍ）を使用した。また、前記
（３）の条件を満足するために、ホットプレス荷重Ｐを
０．６ｋｇ／ｃｍ²とし、前記（４）の条件を満足する
ために、反強誘電体膜２２の焼成前組成（即ち、印刷後
の組成）は見越し補正と鉛成分の後補正の組み合わせ
で、かつ、ＳｎＯ₂粉末の比表面積を１１ｍ²／ｇとし
た。

【０２８６】そして、反強誘電体膜２２上の一対の電極
２４ａ及び２４ｂ間に周波数が１ｋＨｚ、ピーク値が±
１３０Ｖのサイン波（図５１参照）を印加し、そのとき
の変位量をレーザ変位計を用いて連続的に測定すると、
一例として図５２に示すような特性図を得た。この実施
例１７においては、ピーク電圧（１３０Ｖ）での変位λ
ｐｅと、電圧降下時における所定電圧（５０Ｖ）での変
位λｃｅから、その変位保持率が８１〜９５％（図４９
参照）であり、形状記憶効果が十分に発揮されているこ
とがわかる。

【０２８７】一方、比較例１６に係るセラミック素子の
作製条件は次の通りである。中間層１０６は形成せず、
基体１０として厚みが３１０μｍのもの（振動部１８の
厚み１０μｍ、スペーサプレート１０Ｂの厚み１５０μ
ｍ、ベースプレート１０Ａの厚み１５０μｍ）を使用し
た。また、荷重焼成は行わず、反強誘電体膜２２の焼成
前組成（即ち、印刷後の組成）においては見越し補正及
び鉛成分の後補正とも行わなかった。但し、ＳｎＯ₂粉
末の比表面積は１３ｍ²／ｇとした。これは、ＳｎＯ₂
粉末の比表面積が８ｍ²／ｇ未満、２０ｍ²／ｇを超え
ると反強誘電性を示さなくなるため、ＳｎＯ₂粉末の比
表面積は前記（４）の条件の指定組成範囲内とした。

【０２８８】そして、反強誘電体膜２２上の一対の電極
２４ａ及び２４ｂ間に周波数が１ｋＨｚ、ピーク値が±
１３０Ｖのサイン波（図５１参照）を印加し、そのとき
の変位量をレーザ変位計を用いて連続的に測定すると、
図５３に示すような特性図を得た。この比較例１６にお
いては、ピーク電圧（１３０Ｖ）での変位λｐｃと、電
圧降下時における所定電圧（５０Ｖ）での変位λｃｃか
ら、変位保持率が５０〜５４％であり（図４９参照）、
形状記憶効果が十分でないことがわかる。

【０２８９】上述した第３の実施の形態に係るセラミッ
ク素子１００Ｃでは、高い変位保持率を得るために、前
記５つの条件をすべて満足させるようにしたが、７０％
程度以上の変位保持率を満足させる場合は、前記５つの
条件をすべて満足させる必要はなく、適宜選択して行え
ばよい。

【０２９０】応用例応用例１次に、応用例に係る表示装置２００について図５４〜図
５７を参照しながら説明する。この応用例に係る表示装
置２００は、第１の実施の形態に係るセラミック素子１
００Ａ（アナログ変位タイプ及びデジタル変位タイプ）
を表示装置２００に適用したものである。従って、図１
と対応するものについては同符号を付してその重複説明
を省略する。

【０２９１】この応用例に係る表示装置２００は、図５
４に示すように、光５０が導入される光導波板５２と、
該光導波板５２の背面に対向して設けられ、かつ多数の
アクチュエータ部１２が画素に対応して配列された駆動
部５４を有して構成されている。

【０２９２】駆動部５４は、例えばセラミックスにて構
成された基体１０を有し、該基体１０の各画素に応じた
位置にアクチュエータ部１２が配設されている。前記基
体１０は、一主面が光導波板５２の背面に対向するよう
に配置されており、該一主面は連続した面（面一）とさ
れ、各画素に対応した位置にそれぞれ空所１４を有す
る。

【０２９３】各アクチュエータ部１２上には、光導波板
５２との接触面積を大きくして画素に応じた面積にする
変位伝達部５６が接続されている。この変位伝達部５６
は、実質的な発光面積を規定する板部材５６ａとアクチ
ュエータ部１２の変位を板部材５６ａに伝達するための
変位伝達部材５６ｂを有する。

【０２９４】変位伝達部５６の変位伝達部材５６ｂは、
アクチュエータ部１２の変位を直接光導波板５２に伝達
できる程度の硬度を有するものが好ましい。従って、上
記変位伝達部材５６ｂの材質としては、ゴム、有機樹
脂、有機接着フイルム、ガラス等が好ましいものとして
挙げられるが、電極層そのもの、あるいは圧電体、ない
しは上述したセラミックス等の材質であってもかまわな
い。最も好ましくは、エポキシ系、アクリル系、シリコ
ーン系、ポリオレフィル系等の有機樹脂又は有機接着フ
イルムがよい。更に、これらにフィラーを混ぜて硬化収
縮を抑制することも有効である。

【０２９５】板部材５６ａの材質としては、前記変位伝
達部材５６ｂの材料のほか、エポキシ系、アクリル系、
シリコーン系等の有機樹脂に高屈折率を有するセラミッ
ク粉末、例えばジルコニア粉末、チタニア粉末、酸化鉛
粉末、それらの混合粉末等を高分散させた材料が、発光
効率、平坦性維持の点で望ましい。この場合、樹脂重
量：セラミック粉末重量＝１：（０．１〜１０）がよ
い。更に、前記組成に平均粒径０．５〜１０μｍのガラ
ス粉末をセラミック粉末に対して１：（０．１〜１．
０）の割合で添加すると、光導波板５２の面との接触
性、離型性が改良されるため好ましい。

【０２９６】なお、前記板部材５６ａは、光導波板５２
と接触する部分（面）の平坦度、平滑度が、アクチュエ
ータ部１２の変位量に比較して十分小さくすることが好
ましく、具体的には、１μｍ以下、更に好ましくは０．
５μｍ、特に好ましくは０．１μｍ以下である。但し、
変位伝達部５６の光導波板５２と接触する部分（面）の
平坦度は、変位伝達部５６が光導波板５２に接触した状
態での隙間を減ずるために重要であって、接触した状態
で当該接触部分が変形するものであれば上記平坦度に必
ずしも限定されるものではない。

【０２９７】前記変位伝達部５６のアクチュエータ部本
体２６への接続は、変位伝達部５６として上述した材料
を使用する場合にあっては、接着剤を使って上述した材
料の変位伝達部５６を積層するか、上述した材料の溶
液、ペーストないしスラリーをコーティングする等の方
法によりアクチュエータ部本体２６の上部、あるいは光
導波板５２上に形成することにより行えばよい。

【０２９８】前記変位伝達部５６をアクチュエータ部本
体２６に接続する場合は、好ましくは、変位伝達部材５
６ｂの材料を接着剤として兼ねる材料とすればよい。特
に、有機接着フイルムを採用すれば、熱をかけることで
接着剤として使えるため、好ましい。

【０２９９】光導波板５２は、その内部に導入された光
５０が前面及び背面において光導波板５２の外部に透過
せずに全反射するような光屈折率を有するものであり、
可視光波長領域での透過率が均一で、かつ高いものであ
ることが必要である。このような特性を具備するもので
あれば、特にその材質は制限されないが、具体的には、
例えばガラス、石英、アクリル等の透光性プラスチッ
ク、透光性セラミックスなど、あるいは異なる屈折率を
有する材料の複数層構造体、又は表面にコーティング層
を設けたものなどが一般的なものとして挙げられる。

【０３００】そして、各電極２４ａ及び２４ｂに通じる
配線は、図５５に示すように、多数の画素の行数に応じ
た本数の垂直選択線５８と、多数の画素の列数に応じた
本数の信号線６０とを有する。各垂直選択線５８は、各
画素（アクチュエータ部１２）における一方の電極２４
ａに電気的に接続され、各信号線６０は、各画素１２の
他方の電極２４ｂに電気的に接続されている。

【０３０１】また、前記各垂直選択線５８は、前列の画
素１２に関する一方の電極２４ａから導出されて当該画
素１２に関する一方の電極２４ａに接続されて、一つの
行に関し、シリーズに配線された形となっている。信号
線６０は、列方向に延びる本線６０ａと該本線６０ａか
ら分岐して各画素１２の他方の電極２４ｂに接続される
支線６０ｂからなる。

【０３０２】各垂直選択線５８への電圧信号の供給は、
基体１０の他主面からスルーホール６２を通じて行わ
れ、各信号線６０への電圧信号の供給も、基体１０の他
主面からスルーホール６４を通じて行われるようになっ
ている。

【０３０３】スルーホール６２及び６４の配置パターン
としては種々のものが考えられるが、図５５の例では、
垂直選択線５８のスルーホール６２は、行数をＭ、列数
をＮとしたとき、Ｎ＝Ｍ又はＮ＞Ｍの場合においては、
ｎ行ｎ列（ｎ＝１，２・・・）の画素の近傍で、かつ
（ｎ−１）列の信号線（本線）寄りの位置に形成され、
Ｎ＜Ｍの場合においては、（αＮ＋ｎ）行ｎ列（α＝
０，１・・・（Ｍ／Ｎの商−１））の画素の近傍で、か
つ（ｎ−１）列の信号線（本線）寄りの位置に形成され
る。

【０３０４】また、垂直選択線５８のスルーホール６２
は、信号線６０の場合と異なって、垂直選択線５８上に
形成されないため、スルーホール６２と一方の電極２４
ａ間にそれらの電気的導通を図るための中継導体６６が
形成される。

【０３０５】なお、各垂直選択線５８と各信号線６０と
が交差する部分には、互いの配線５８及び６０間の絶縁
をとるためにシリコン酸化膜、ガラス膜、樹脂膜等から
なる絶縁膜６８（二点鎖線で示す）が介在されている。

【０３０６】そして、この応用例に係る表示装置２００
に対する駆動においては、画素１２に対して基本的に３
つの動作（ＯＮ選択、ＯＦＦ選択及び非選択）を行わせ
ることによって画像表示するようになっている。

【０３０７】具体的には、表示装置２００への画像信号
の入力に基づいて、例えばシフトレジスタにて構成され
た垂直シフト回路による垂直選択線５８への電位供給に
従って、１水平走査期間毎に、例えば１行目、２行目、
・・・ｎ行目というように１行ずつ画素群が選択されて
いくが、選択された行のうち、ＯＮ選択すべき画素１２
に関する信号線６０に対して、例えばシフトレジスタに
て構成された水平シフト回路から所定の選択時点におい
て電位供給が行われる。その結果、垂直シフト回路と水
平シフト回路によってＯＮ選択された画素１２には、そ
の反強誘電体膜２２に相転移を起こすに十分な所定電圧
が印加される。このとき、当該画素におけるアクチュエ
ータ部１２は凸状に変位し、この状態は表示装置でみた
場合、ＯＮ選択状態であり、このＯＮ選択状態では、ア
クチュエータ部１２の凸状変形によって変位伝達部５６
が光導波板５２側に変位し、該変位伝達部５６は光導波
板５２に接触することとなる。

【０３０８】前記変位伝達部５６は、アクチュエータ部
１２の変位に対応して光導波板５２の背面に接触するも
のであるが、変位伝達部５６が光導波板５２の背面に接
触すると、例えば光導波板５２内で全反射されていた光
５０が、光導波板５２の背面を透過して変位伝達部５６
の表面まで透過し、変位伝達部５６の表面で散乱し、反
射する。

【０３０９】変位伝達部５６は、光導波板５２の背面を
透過した光を散乱し、反射するため、更には光導波板５
２との接触面積を所定以上に大きくするために設けられ
るものである。即ち、変位伝達部５６と光導波板５２と
の接触面積により、発光面積が規定される。

【０３１０】なお、変位伝達部５６と光導波板５２との
接触とは、変位伝達部５６と光導波板５２とが光（光導
波板５２に導入される光）５０の波長以下の距離に位置
することを意味する。

【０３１１】一方、垂直シフト回路にて選択された行に
関する画素群のうち、ＯＮ選択しない画素、即ち、ＯＦ
Ｆ選択すべき画素１２については、所定の選択時点にお
いて当該画素１２に関する信号線６０の電位がＯＮ選択
時の電位とは異なる電位とされ、この場合、アクチュエ
ータ部１２の凸状変位を元に戻すに十分な電圧（逆バイ
アス電圧）とされる。このとき、当該画素におけるアク
チュエータ部１２は、元の状態に復帰する。この状態
は、表示装置２００でみた場合、ＯＦＦ選択状態であ
り、このＯＦＦ選択状態では、アクチュエータ部１２の
前記変位動作によって変位伝達部５６が光導波板５２側
から離間した状態となる。

【０３１２】垂直シフト回路によって選択されない行に
関する全ての画素群については、非選択状態とされ、こ
の場合、一対の電極２４ａ及び２４ｂへの電圧印加は停
止される。

【０３１３】次に、本応用例に係る表示装置２００の動
作を図５４を参照しながら説明する。まず、光導波板５
２の例えば端部から光５０が導入される。この場合、光
導波板５２の屈折率の大きさを調節することにより、全
ての光５０が光導波板５２の前面及び背面において透過
することなく内部で全反射する。この状態において、あ
るアクチュエータ部１２が励起状態とされて、光導波板
５２の背面に前記アクチュエータ部１２に対応する変位
伝達部５６が光の波長以下の距離で接近あるいは接触す
ると、それまで全反射していた光５０は、光導波板５２
の背面に接触している変位伝達部５６の表面まで透過す
る。

【０３１４】一旦、変位伝達部５６の表面に到達した光
５０は、変位伝達部５６の表面で反射して散乱光７０と
して、一部は再度光導波板５２の中で反射するが、散乱
光７０の大部分は光導波板５２で反射されることなく、
光導波板５２の前面を透過することになる。

【０３１５】つまり、光導波板５２の背面にある変位伝
達部５６の接触の有無により、光導波板５２の前面にお
ける光の発光（漏れ光）の有無を制御することができ
る。特に、本応用例に係る表示装置２００では、光導波
板５２に対して変位伝達部５６を接触・離隔方向に変位
動作させる１つの単位を１画素とし、更にこの画素１２
を多数マトリクス状、あるいは各行に関し、千鳥状に配
列するようにしているため、入力される画像信号の属性
に応じて各画素１２での変位動作を制御することによ
り、陰極線管や液晶表示装置と同様に、光導波板５２の
前面に画像信号に応じた映像（文字や図形等）を表示さ
せることができる。

【０３１６】このように、本応用例に係る表示装置２０
０においては、変位伝達部５６を選択的に変位させるア
クチュエータ部本体２６の構成として、反強誘電体膜２
２と、該反強誘電体膜２２に形成された一対の電極２４
ａ及び２４ｂとを有するようにしている。この場合、一
対の電極２４ａ及び２４ｂに所定の電圧が印加される
と、アクチュエータ部本体２６に印加電圧に応じた電界
が生じ、この発生電界によって反強誘電体膜２２が例え
ば一方向に変位する。この反強誘電体膜２２の一方向の
変位によって変位伝達部５６が光導波板５２側に変位
し、上述したような光導波板５２からの漏れ光の発生を
誘起する。

【０３１７】特に、反強誘電体膜２２は、上述したよう
に、一旦、変位が行われると、電圧無負荷状態にした場
合においても、その変位を維持することから、画像表示
のために、所要画素について電圧印加を行って、該所要
画素１２のアクチュエータ部本体２６を変位させれば、
変位が解除されるまでの期間にわたって当該所要画素１
２の一対の電極２４ａ及び２４ｂへの電圧印加を停止し
ても、その変位が維持されて所要画素１２の発光が持続
する。

【０３１８】ここで、本応用例に係る表示装置２００と
比較例に係る表示装置の発光動作上の違いを図５６Ａ及
び図５６Ｂに基づいて説明する。なお、比較例に係る表
示装置は、本応用例に係る表示装置２００の反強誘電体
膜２２に代えて圧電／電歪膜３６（図１０Ａ参照）を用
いたものである。

【０３１９】比較例に係る表示装置は、選択行（垂直シ
フト回路にて選択された行）に関しては、一対の電極２
４ａ及び２４ｂに所定電圧が印加されることから、ＯＮ
選択された画素１２が発光することになるが、選択行以
外の行、即ち非選択行に関する画素１２については電圧
印加が停止状態となるため、これら非選択行に関する画
素群のすべてのアクチュエータ部１２の変位が元に戻っ
てしまい、選択時での発光状態は維持されない。図５６
Ｂにその様子を示す。図５６Ｂは、非選択行に関する画
素１２がすべて消光状態であって、選択行のＯＮ選択さ
れた画素１２のみが発光している状態を示している。

【０３２０】一方、本応用例に係る表示装置２００にお
いては、選択行に関しては、一対の電極２４ａ及び２４
ｂに所定電圧が印加されることから、ＯＮ選択された画
素１２が発光し、ＯＦＦ選択された画素１２は消光する
ことになる。この発光状態は、反強誘電体膜２２の「強
誘電相の歪みの状態を記憶する効果（形状記憶効果）」
によって、一対の電極２４ａ及び２４ｂへの電圧印加を
停止したとしても、そのまま維持される。図５６Ａにそ
の様子を示す。この図５６Ａにおいて、選択行について
は、現在の水平走査線に関する画像信号に対応した発光
状態を示し、選択行よりも上の行については、直前に選
択したときの発光状態が維持されていることを示し、選
択行よりも下の行については前フィールド期間（あるい
は前フレーム期間）における発光状態が維持されている
ことを示す。

【０３２１】つまり、個別に信号配線と共通配線を形成
した場合には、アクチュエータ部１２の変位を維持した
い時間に対して、より短い時間だけ所定の電圧を印加す
ればよいため、圧電／電歪膜３６を用いた比較例に係る
表示装置と比して省電力化が可能である。

【０３２２】更に、垂直選択線５８と信号線６０とを形
成した場合において、比較例に係る表示装置のように、
圧電／電歪膜３６を使用した場合には、全アクチュエー
タ部１２のうち、常に選択した行のアクチュエータ部１
２しか同時に変位させることができないが、本応用例に
係る表示装置２００においては、選択した行のアクチュ
エータ部１２は次の行を選択するタイミングにおいても
変位を維持するため、全ての行を選択し終えた時点で
は、最大、全ての行の全てのアクチュエータ部１２を同
時に変位維持することが可能である。

【０３２３】また、複雑な映像を表示可能な構成の場合
には、必然的に画素数の多い構成となり、それに伴って
垂直選択線５８と信号線６０を形成する構成が必要とな
るが、圧電／電歪膜３６を用いた比較例に係る表示装置
の場合には、全アクチュエータ部１２のうち、常に選択
した行のアクチュエータ部１２しか同時に変位させるこ
とができず、選択した行の画素しか発光させることがで
きないが、本応用例に係る表示装置２００の場合には、
選択した行のアクチュエータ部１２は、次の行を選択す
るタイミングにおいても変位を維持するため、すべての
行を選択し終えた時点では、全ての行の全てのアクチュ
エータ部１２を同時に変位維持することが可能で、最大
で、全画素を発光させることが可能となり、一定時間内
における発光量を数倍から数十倍以上に増加させること
が可能となる。

【０３２４】このようなことから、画像表示の例えば水
平走査線に合わせて画素表示させる場合において、該当
水平走査線に対応する画素列（画素群）に対してのみ電
圧印加を行えばよいため、他の画素列（画素群）に対す
る電圧印加を考慮する必要がなくなり、その結果、駆動
用の電気配線を行う場合に、１画素ずつ独立に配線する
必要がなくなり、電気配線の簡素化を実現することがで
きる。これは、駆動電圧供給系の負荷の低減化につなが
り、機械的構造及び回路構成の簡略化並びに製造コスト
の低廉化を図ることができる。

【０３２５】特に、図５７に示すように、第３の実施の
形態に係るセラミック素子１００Ｃ（図２４参照）を適
用して表示装置２００ａとした場合、アクチュエータ部
１２での変位保持率が高いため、輝度の低下や、隣接画
素に対する駆動時の電圧変動による輝度の変動等は生じ
なくなり、高品位の画像を表示を行わせることが可能と
なる。

【０３２６】応用例２次に、第１の実施の形態に係るセラミック素子１００Ａ
（図１参照）をリレー装置に適用した応用例に係るリレ
ー装置２１０について図５８〜図６０Ｂを参照しながら
説明する。なお、図１と対応するものについては同符号
を付してその重複説明を省略する。

【０３２７】この応用例に係るリレー装置２１０は、図
５８に示すように、例えば接地電位Ｖｓｓが印加された
対向端子板８０と、該対向端子板８０の背面に対向して
設けられ、かつ多数のアクチュエータ部１２がスイッチ
ング素子として例えば１列に配列された駆動部８２を有
して構成されている。

【０３２８】駆動部８２は、例えばセラミックスにて構
成された基体１０を有し、該基体１０の各スイッチング
素子に対応した位置にアクチュエータ部１２が配設され
ている。前記基体１０は、一主面が対向端子板８０の背
面に対向するように配置されており、該一主面は連続し
た面（面一）とされ、各スイッチング素子（アクチュエ
ータ部）１２に対応した位置にそれぞれ空所１４を有す
る。

【０３２９】各アクチュエータ部１２上の全面には、薄
い絶縁シート（絶縁フイルム）８４が配置され、更に、
該絶縁シート８４と前記対向端子板８０との間には信号
端子付きの基板８６が配置されている。なお、図５８〜
図６０Ｂにおいては、図面の複雑化を避けるために一対
の電極２４ａ及び２４ｂ（上部電極４０ａ及び下部電極
４０ｂ）の記載を省略してある。

【０３３０】前記信号端子付き基板８６は、多数の開口
８８が形成された絶縁基板９０の一方の板面（駆動部８
２側を臨む板面）に、薄い金属板９２が例えば接着剤に
て貼り合わされて構成され、この金属板９２は、絶縁基
板９０に形成されている多数の開口８８と対応する箇所
に前記開口８８と開口幅がほぼ同じとされた開口９４が
多数形成され、更に、これら開口９４を閉塞するように
極薄の例えばベリリウム銅からなる金属製の板ばね９６
が設けられている。板ばね９６は、中央部分が一方向
（対向端子板８０を臨む方向）に突出した断面形状を有
する。この場合、信号端子付き基板８６における絶縁基
板９０の開口８８と金属板９２の開口９４によって信号
端子付き基板８６の開口９８が構成され、金属板９２と
板ばね９６にて信号端子部が構成される。

【０３３１】また、駆動部８２の構成部材である基体１
０の周囲には、アクチュエータ部本体２６の厚みとほぼ
同じ高さを有する例えばセラミック部材からなる側壁９
９が固着されている。

【０３３２】そして、本応用例に係るリレー装置２１０
を作製する場合は、駆動部８２上に絶縁シート８４を例
えば接着剤にて固着する。このとき、絶縁シート８４
は、基体１０の側壁９９の上面と、各アクチュエータ部
本体２６の上面に接着される。その後、絶縁シート８４
上に信号端子付き基板８６を例えば接着剤にて貼り合わ
せ固着する。この貼り合わせにおいては、信号端子付き
基板８６の金属板９２側の面を絶縁シート８４に対向さ
せて貼り合わせる。このとき、板ばね９６の突出部分９
６ａが信号端子付き基板８６の開口９８内を対向端子板
８０側に進入するかたちとなる。その後、信号端子付き
基板８６における絶縁基板９０上に対向端子板８０を例
えば接着剤にて貼り合わせ固着する。この段階で、図５
９に示す本応用例に係るリレー装置２１０が完成する。

【０３３３】前記板ばね９６の開口９８内での突出量は
以下のようにして設定される。まず、図６０Ａに示すよ
うに、アクチュエータ部本体２６における反強誘電体膜
２２が一方向（アクチュエータ部本体２６が対向端子板
８０を臨む方向）に変位していない状態において、板ば
ね９６における突出部分９６ａの上端が対向端子板８０
に接触しない程度とし、図６０Ｂに示すように、前記反
強誘電体膜２２が一方向に変位（本実施例では５μｍ程
度の変位）した状態において、板ばね９６における突出
部分９６ａの上端が対向端子板８０に接触する程度とす
る。

【０３３４】そして、多数のスイッチング素子（アクチ
ュエータ部）１２のうち、一部のスイッチング素子１２
に対応する板ばね９６が対向端子板８０に接触すると、
これら板ばね９６と対向端子板８０とが電気的に接続さ
れ、これら板ばね９６と対向端子板８０間に信号が流
れ、例えばＯＮ動作が行われる。

【０３３５】このように、本応用例に係るリレー装置２
１０においては、対向端子板８０の背面にある板ばね９
６の接触の有無により、多数のスイッチング素子１２の
ＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することができる。この場合、
対向端子板８０に対して板ばね９６を接触・離隔方向に
変位動作させる１つの単位を１スイッチング素子１２と
して考えれば、このスイッチング素子１２を例えば１列
あるいはマトリクス状に配列し、入力されるスイッチン
グ信号の属性に応じて各スイッチング素子１２での変位
動作を制御することにより、多数のスイッチング形態の
組み合わせを提供することができ、スイッチング動作の
多様化を実現させることができる。

【０３３６】また、本応用例に係るリレー装置２１０
は、板ばね９６を選択的に変位させるアクチュエータ部
本体２６の構成として、反強誘電体膜２２と、該反強誘
電体膜２２に形成された一対の電極２４ａ及び２４ｂ
（上部電極４０ａ及び下部電極４０ｂ）とを有するよう
にしている。この場合、一対の電極２４ａ及び２４ｂに
所定の電圧が印加されると、アクチュエータ部本体２６
に印加電圧に応じた電界が生じ、この発生電界によって
反強誘電体膜２２が例えば一方向に変位する。この反強
誘電体膜２２の一方向の変位によって板ばね９６が対向
端子板８０側に変位し、上述したようなスイッチング素
子１２のＯＮ動作を誘起する。

【０３３７】特に、反強誘電体膜２２は、上述したよう
に、一旦、変位が行われると、電圧無負荷状態にした場
合においても、その変位を維持するため、スイッチング
動作のために、所要スイッチング素子１２について電圧
印加を行って、該所要スイッチング素子１２のアクチュ
エータ部本体２６を変位させれば、変位が解除されるま
での期間にわたって当該所要スイッチング素子１２の一
対の電極２４ａ及び２４ｂ（上部電極４０ａ及び下部電
極４０ｂ）への電圧印加を停止しても、その変位が維持
されて所要スイッチング素子１２のＯＮ動作が持続する
ため、消費電力が大幅に低減され、ランニングコストの
低廉化を実現させることができる。

【０３３８】また、スイッチング制御を行と列を特定し
て行う場合は、該当行に対応するスイッチング素子列に
対してのみ電圧印加を行えばよく、他のスイッチング素
子列に対する電圧印加を考慮する必要がなくなるため、
駆動用の電気配線を行う場合に、１素子ずつ独立に配線
する必要がなくなり、電気配線の簡素化を実現すること
ができる。これは、駆動電圧供給系の負荷の低減化につ
ながり、機械的構造及び回路構成の簡略化並びに製造コ
ストの低廉化を図ることができる。

【０３３９】つまり、このリレー装置２１０は、従来の
マグネット方式のリレー装置に比べて１ミリピッチとい
う高集積化が可能であり、かつ制御電圧を常時印加しな
くとも接触状態を維持できるため、省電力なリレー装置
２１０となる。

【０３４０】応用例３次に、応用例に係る容量可変コンデンサ２２０について
図６１Ａ〜図６３を参照しながら説明する。この応用例
に係る容量可変コンデンサは、第１の実施の形態に係る
セラミック素子１００Ａ（特にアナログ変位タイプ）あ
るいは第２の実施の形態に係るセラミック素子１００Ｂ
（特に第１のアナログ変位タイプ）を容量可変コンデン
サに適用したものである。従って、それぞれについて第
１応用例に係る容量可変コンデンサ２２０Ａ及び第２応
用例に係る容量可変コンデンサ２２０Ｂと記す。また、
図１及び図１５Ａと対応するものについては同符号を付
してその重複説明を省略する。

【０３４１】これらの応用例に係る容量可変コンデンサ
２２０Ａ及び２２０Ｂは、コンデンサの容量Ｃを可変に
するための制御電極とコンデンサの両端電極を有して構
成されている。そして、コンデンサの容量Ｃが可変にな
る原理は、まず、反強誘電体膜２２において、相転移領
域Ｚｔの誘電率は、相転移されていない領域の誘電率よ
りも高い。従って、制御電極に印加される電圧を変え
て、反強誘電体膜２２内に発生する相転移領域Ｚｔの範
囲を変えることによって、コンデンサの容量Ｃを可変に
することができる。

【０３４２】これを知って、まず、前記第１応用例に係
る容量可変コンデンサ２２０Ａは、図６１Ａに示すよう
に、第１の実施の形態に係るセラミック素子１００Ａを
適用したものであり、例えばセラミックスにて構成され
た基体１０の所定箇所にコンデンサ部８０が配設されて
構成されている。

【０３４３】コンデンサ部８０は、図６１Ａに示すよう
に、前記振動部１８と固定部２０のほか、該振動部１８
に形成された反強誘電体膜２２と、該反強誘電体膜２２
の上面に形成された一対の制御電極（一方の制御電極２
４ａ及び他方の制御電極２４ｂ）と、反強誘電体膜２２
の上面及び下面にそれぞれ形成されたコンデンサの両端
電極（上部電極４０ａと下部電極４０ｂ）とを有して構
成されている。

【０３４４】次に、前記第１応用例に係る容量可変コン
デンサ２２０Ａの動作原理について図６１Ａ〜図６２Ｂ
を参照しながら説明する。

【０３４５】まず、図６１Ａに示すように、一方の制御
電極２４ａ及び他方の制御電極２４ｂをそれぞれ例えば
接地電位として、一対の制御電極２４ａ及び２４ｂ間の
印加電圧を０とした場合は、コンデンサ部８０に電界は
生じないため、両端電極４０ａ及び４０ｂ間に現れる容
量Ｃは、反強誘電体膜２２が本来持っている誘電率によ
って支配され、初期容量値Ｃ０とされる。

【０３４６】次に、前記一対の制御電極２４ａ及び２４
ｂに印加される電圧ＶをＶ１、Ｖ２及びＶ３というよう
に徐々に電圧値（レベル）を上げていった場合について
みると、まず、図６１Ｂに示すように、印加電圧Ｖ＝Ｖ
１（＞０Ｖ）のとき、即ち、印加電圧Ｖが前記所定電圧
Ｖｄよりも小さい電圧Ｖ１のときは、コンデンサ部８０
に発生する電界が弱いため、反強誘電体膜２２には相転
移は生じず、このため、両端電極４０ａ及び４０ｂ間に
現れる容量Ｃは、反強誘電体膜２２が本来持っている誘
電率によって支配され、この場合も初期容量値Ｃ０とさ
れる。

【０３４７】図６２Ａに示すように、印加電圧Ｖが前記
所定電圧Ｖｄを越えた段階から、一対の制御電極２４ａ
及び２４ｂ間の距離が最も短い領域や一対の制御電極２
４ａ及び２４ｂに最も近い領域が相転移させるのに十分
な電界強度を有することとなって、これらの領域におい
て相転移が生じ（相転移領域Ｚｔの発生）、その相転移
に伴って反強誘電体膜２２の誘電率が高くなり、両端電
極４０ａ及び４０ｂ間に現れる容量Ｃは、前記初期容量
値Ｃ０よりも高い容量値Ｃ１となる。

【０３４８】図６２Ｂに示すように、前記印加電圧Ｖが
更に上昇することに伴って、相転移させるのに十分な電
界強度の領域が徐々に広がり、一対の制御電極２４ａ及
び２４ｂ間の距離が長い領域や一対の制御電極２４ａ及
び２４ｂから遠い領域においても相転移が生じることに
なる（相転移領域Ｚｔの拡大）。この場合、相転移領域
Ｚｔの拡大に応じて反強誘電体膜２２の誘電率が更に高
くなり、両端電極４０ａ及び４０ｂ間に現れる容量Ｃ
は、前記印加電圧Ｖ２時の容量値Ｃ１よりも更に高い容
量値Ｃ２となる。

【０３４９】このように、第１の実施の形態に係るセラ
ミック素子１００Ａ（特にアナログ変位タイプ）のもの
を利用することにより、一対の制御電極２４ａ及び２４
ｂへの印加電圧Ｖの上昇に応じて両端電極４０ａ及び４
０ｂに現れる容量Ｃがアナログ的に変化する容量可変コ
ンデンサを簡単に構成することができる。しかも、薄膜
タイプにて構成することができるため、可変コンデンサ
が組み込まれたパラメトリック増幅器や周波数自動制御
回路（ＡＦＣ）並びに各種通信機器等の小型化を促進さ
せることができる。

【０３５０】次に、第２応用例に係る容量可変コンデン
サ２２０Ｂについて図６３を参照しながら説明する。な
お、図６１Ａと対応するものについては同符号を付して
その重複説明を省略する。

【０３５１】この第２応用例に係る容量可変コンデンサ
２２０Ｂは、図６３に示すように、前記第１応用例に係
る容量可変コンデンサ２２０Ａとほぼ同じ構成を有する
が、反強誘電体膜２２の膜厚分布に２０％以上のばらつ
きを有し、かつ、反強誘電体膜２２の上面に形成された
一対の電極２４ａ及び２４ｂがコンデンサの両端電極と
され、反強誘電体膜２２の上面及び下面に形成された上
部電極４０ａ及び下部電極４０ｂが一対の制御電極（上
部制御電極及び下部制御電極）とされている点で異な
る。

【０３５２】この場合も、前記第１応用例に係る容量可
変コンデンサ２２０Ａと同様に、上部制御電極４０ａ及
び下部電極４０ｂ間に印加される電圧Ｖの上昇に応じて
反強誘電体膜２２上に形成された両端電極２４ａ及び２
４ｂに現れる容量Ｃがアナログ的に変化する容量可変コ
ンデンサを簡単に構成することができる。

【０３５３】上述した例では、第１〜第３の実施の形態
に係るセラミック素子１００Ａ〜１００Ｃを表示装置２
００、リレー装置２１０及び容量可変コンデンサ（２２
０Ａ、２２０Ｂ）に適用した例を示したが、その他、フ
ィルター、超音波センサや角速度センサや加速度センサ
や衝撃センサ等の各種センサ、マイクロフォン、発音体
（スピーカー等）、ディスクリミネータ、動力用や通信
用の振動子や発振子や共振子にも適用させることがで
き、サーボ変位素子、パルス駆動モータ、超音波モー
タ、圧電ファン等に用いられるアクチュエータ等にも適
用させることができる。

【０３５４】なお、本発明に係るセラミック素子の種々
の実施の形態例並びに該セラミック素子を表示装置、リ
レー装置及び容量可変コンデンサに適用した場合の応用
例を具体的に説明してきたが、本発明は、前記実施の形
態例並びに応用例に係る表示装置、リレー装置及び容量
可変コンデンサに限定されて解釈されるものではなく、
本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、種々なる変
更、修正、改良等を加えうるものである。

【０３５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るセラ
ミック素子によれば、反強誘電体膜と該反強誘電体膜に
形成された少なくとも一対の電極とを有する作動部と、
前記作動部を支持する振動部と、前記振動部を振動可能
に支持する固定部とを有し、かつ、分極後の前記反強誘
電体膜において、前記電極に印加される電圧に応じて、
その平均誘電率がアナログ的に増加する領域を有するこ
とを特徴としている。

【０３５６】このため、印加電圧に応じて機械的変位量
がアナログ的に変化し、更に駆動電圧の印加終了後にお
ける電圧無負荷状態において、駆動電圧印加時と同等の
変位量を維持することができるという効果が達成され
る。

【０３５７】これにより、印加電圧に対応して変位量の
大小を精密に制御可能であって、かつ、微細な素子にお
いても、圧電／電歪膜型素子を上回る大きな変位発生力
を得ることが可能となり、様々なアプリケーション（表
示装置やフィルタ等）を構成した場合に、駆動用の電気
配線を簡素化でき、製造コストの低廉化を有効に図るこ
とができる。

【０３５８】次に、本発明に係る表示装置によれば、光
が導入される光導波板と、該光導波板の一方の板面に対
向して設けられ、かつ多数の画素に対応した数のアクチ
ュエータ部が配列された駆動部を具備し、入力される画
像信号の属性に応じて前記光導波板に対する前記アクチ
ュエータ部の接触・離隔方向の変位動作を制御して、前
記光導波板の所定部位の漏れ光を制御することにより、
前記光導波板に前記画像信号に応じた映像を表示させる
表示装置において、前記アクチュエータ部を、反強誘電
体膜と、該反強誘電体膜に形成された一対の電極とを有
するアクチュエータ部本体と、前記アクチュエータ部本
体を支持する振動部と、前記振動部を振動可能に支持す
る固定部とを具備して構成し、更に、前記一対の電極へ
の電圧印加によって生じる前記アクチュエータ部の変位
動作を光導波板に伝達する変位伝達部を設けるようにし
ている。

【０３５９】このため、低消費電力で、駆動用の電気配
線を簡素化でき、製造コストやランニングコストの低廉
化を有効に図ることができるという効果が達成される。

【０３６０】次に、本発明に係るリレー装置によれば、
対向端子部と、該対向端子部の一方の側に対向して設け
られ、かつ多数のスイッチング素子に対応した数のアク
チュエータ部が配列された駆動部を具備し、入力される
駆動信号の属性に応じて前記対向端子部に対する前記ア
クチュエータ部の接触・離隔方向の変位動作を制御し
て、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を切換え
制御するリレー装置であって、前記アクチュエータ部
を、反強誘電体膜と、該反強誘電体膜に形成された一対
の電極とを有するアクチュエータ部本体と、前記アクチ
ュエータ部本体を支持する振動部と、前記振動部を振動
可能に支持する固定部とを具備して構成し、更に、前記
一対の電極への電圧印加によって生じる前記アクチュエ
ータ部の変位動作を前記対向端子部に伝達する信号端子
部を設けるようにしている。

【０３６１】このため、低消費電力で、駆動用の電気配
線を簡素化でき、もって製造コストやランニングコスト
の低廉化を有効に図ることができ、しかもスイッチング
操作の多様化を図ることができるという効果が達成され
る。

【０３６２】次に、本発明に係るコンデンサによれば、
コンデンサ部を支持する振動部と、前記振動部を振動可
能に支持する固定部とを具備して構成し、前記コンデン
サ部を、前記振動部に形成された反強誘電体膜と、該反
強誘電体膜の上面に形成された一対の制御電極と、前記
反強誘電体膜の上面及び下面にそれぞれ形成されたコン
デンサの両端電極とを設けるようにしている。

【０３６３】このため、容量がアナログ的に変化する容
量可変コンデンサを簡単に、かつ、薄型に構成すること
ができ、可変コンデンサが組み込まれたパラメトリック
増幅器や周波数自動制御回路（ＡＦＣ）並びに各種通信
機器等の小型化を促進させることができるという効果が
達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係るセラミック素子の構成
を示す断面図である。

【図２】第１の実施の形態に係るセラミック素子のアク
チュエータ部本体を構成する振動部の平面形状、反強誘
電体膜の平面形状及び一対の電極にて形づくられる外周
形状を示す平面図である。

【図３】第１の実施の形態に係るセラミック素子の反強
誘電体膜上に形成される一対の電極の平面形状（渦巻き
状）を示す平面図である。

【図４】第１の実施の形態に係るセラミック素子の反強
誘電体膜上に形成される一対の電極の平面形状（多枝形
状）を示す平面図である。

【図５】図５Ａは第１の実施の形態に係るセラミック素
子の反強誘電体膜上にくし歯形状の一対の電極を形成し
た場合の構成を示す平面図であり、図５Ｂは図５Ａにお
けるＡ−Ａ線上の断面図であり、図５Ｃは図５Ａにおけ
るＢ−Ｂ線上の断面図である。

【図６】図６Ａは第１の実施の形態に係るセラミック素
子（アナログ変位タイプ）におけるアクチュエータ部の
一対の電極に電圧Ｖ＝０を印加した状態を示す説明図で
あり、図６Ｂは前記アクチュエータ部の一対の電極に電
圧Ｖ＝Ｖ１を印加した状態を示す説明図であり、図６Ｃ
は前記アクチュエータ部の一対の電極に電圧Ｖ＝Ｖ２を
印加した状態を示す説明図であり、図６Ｄは前記アクチ
ュエータ部の一対の電極に電圧Ｖ＝Ｖ３を印加した状態
を示す説明図である。

【図７】第１の実施の形態に係るセラミック素子におけ
るアナログ変位タイプの屈曲変位特性の一例を示す特性
図である。

【図８】図８Ａは第１の実施の形態に係るセラミック素
子（デジタル変位タイプ）におけるアクチュエータ部の
一対の電極に電圧Ｖ＝０を印加した状態を示す説明図で
あり、図８Ｂは前記アクチュエータ部の一対の電極に電
圧Ｖ＝Ｖ１を印加した状態を示す説明図であり、図８Ｃ
は前記アクチュエータ部の一対の電極に電圧Ｖ＝Ｖ２を
印加した状態を示す説明図であり、図８Ｄは前記アクチ
ュエータ部の一対の電極に電圧Ｖ＝Ｖ３を印加した状態
を示す説明図である。

【図９】図９Ａは第１の実施の形態に係るセラミック素
子（アナログ変位タイプ及びデジタル変位タイプ）にお
けるアクチュエータ部の初期状態を示す説明図であり、
図９Ｂは前記アクチュエータ部の一対の電極に電圧を印
加して該アクチュエータ部を変位させた状態を示す説明
図であり、図９Ｃは前記アクチュエータ部の一対の電極
への電圧印加を停止した状態（電圧無負荷状態）を示す
説明図である。

【図１０】図１０Ａは比較例に係る圧電／電歪膜型素子
におけるアクチュエータ部の初期状態を示す説明図であ
り、図１０Ｂは前記アクチュエータ部の一対の電極に電
圧を印加して該アクチュエータ部を変位させた状態を示
す説明図であり、図１０Ｃは前記アクチュエータ部の一
対の電極への電圧印加を停止した状態（電圧無負荷状
態）を示す説明図である。

【図１１】図１１Ａは一対の電極の平面形状が渦巻き形
状である場合の反強誘電体膜及び圧電／電歪膜の膨張方
向を説明するための図であり、図１１Ｂは図１１Ａにお
いて□で囲む部分の反強誘電体膜の膨張方向を示す拡大
図であり、図１１Ｃは図１１Ａにおいて□で囲む部分の
圧電／電歪膜の膨張方向を示す拡大図である。

【図１２】図１２Ａはアクチュエータ部の最短寸法での
断面形状を一部省略して示す断面図であり、図１２Ｂは
一方の最外極小点と他方の最外極小点が固定部の上面よ
りも下方に存在する場合を一部省略して示す断面図であ
り、図１２Ｃは一方の最外極小点と他方の最外極小点が
固定部の上面よりも上方に存在する場合を一部省略して
示す断面図である。

【図１３】アクチュエータ部の最短寸法での断面形状に
おいて、他方の極小点存在領域内に他方の最外極小点が
存在せず、他方の境界点が他方の最外極小点として認定
される場合の例を一部省略して示す断面図である。

【図１４】図１４Ａは第１の実施の形態に係るセラミッ
ク素子の変形例を示す平面図であり、図１４Ｂは図１４
ＡにおけるＣ−Ｃ線上の断面図である。

【図１５】図１５Ａは前記変形例に係るセラミック素子
の一対の電極に低い電圧範囲（電圧レベルＶ１〜Ｖ２）
を印加した状態での変位形態を示す説明図であり、図１
５Ｂは前記変形例に係るセラミック素子の一対の電極に
高い電圧範囲（電圧レベルＶ２〜Ｖ３）を印加した状態
での変位形態を示す説明図である。

【図１６】第２の実施の形態に係るセラミック素子の構
成を示す断面図である。

【図１７】図１７Ａは第２の実施の形態に係るセラミッ
ク素子（第１のアナログ変位タイプ）におけるアクチュ
エータ部の一対の電極に電圧Ｖ＝０を印加した状態を示
す説明図であり、図１７Ｂは前記アクチュエータ部の一
対の電極に電圧Ｖ＝Ｖ１を印加した状態を示す説明図で
あり、図１７Ｃは前記アクチュエータ部の一対の電極に
電圧Ｖ＝Ｖ２を印加した状態を示す説明図であり、図１
７Ｄは前記アクチュエータ部の一対の電極に電圧Ｖ＝Ｖ
３を印加した状態を示す説明図である。

【図１８】図１８Ａは第２の実施の形態に係るセラミッ
ク素子（第１のアナログ変位タイプ）における上部電極
の平面形状の一例（渦巻き形状）を示す平面図であり、
図１８Ｂは、その他の例（ジグザグ形状）を示す平面図
である。

【図１９】図１９Ａは第２の実施の形態に係るセラミッ
ク素子（第２のアナログ変位タイプ）におけるアクチュ
エータ部の一対の電極に電圧Ｖ＝０を印加した状態を示
す説明図であり、図１９Ｂは前記アクチュエータ部の一
対の電極に電圧Ｖ＝Ｖ１を印加した状態を示す説明図で
あり、図１９Ｃは前記アクチュエータ部の一対の電極に
電圧Ｖ＝Ｖ２を印加した状態を示す説明図であり、図１
９Ｄは前記アクチュエータ部の一対の電極に電圧Ｖ＝Ｖ
３を印加した状態を示す説明図である。

【図２０】図２０Ａは第２の実施の形態に係るセラミッ
ク素子（デジタル変位タイプ）におけるアクチュエータ
部の一対の電極に電圧Ｖ＝０を印加した状態を示す説明
図であり、図２０Ｂは前記アクチュエータ部の一対の電
極に電圧Ｖ＝Ｖ１を印加した状態を示す説明図であり、
図２０Ｃは前記アクチュエータ部の一対の電極に電圧Ｖ
＝Ｖ２を印加した状態を示す説明図であり、図２０Ｄは
前記アクチュエータ部の一対の電極に電圧Ｖ＝Ｖ３を印
加した状態を示す説明図である。

【図２１】第２の実施の形態に係るセラミック素子にお
けるデジタル変位タイプの屈曲変位特性の一例を示す特
性図である。

【図２２】第２の実施の形態に係るセラミック素子の変
形例を示す断面図である。

【図２３】図２３Ａは前記変形例に係るセラミック素子
の一対の電極に低い電圧範囲（電圧レベルＶ１〜Ｖ２）
を印加した状態での変位形態を示す説明図であり、図２
３Ｂは前記変形例に係るセラミック素子の一対の電極に
高い電圧範囲（電圧レベルＶ２〜Ｖ３）を印加した状態
での変位形態を示す説明図である。

【図２４】第３の実施の形態に係るセラミック素子の構
成を示す断面図である。

【図２５】バルク型素子の構成を示す斜視図である。

【図２６】第１の実験例（中間層の厚みによる変位保持
率の変化をみた実験例）の結果を示す表図である。

【図２７】第２の実験例（基体の厚みによる変位保持率
の変化をみた実験例）の結果を示す表図である。

【図２８】基体及び振動部の厚みの寸法関係を説明する
ための図である。

【図２９】ホットプレス法を示す説明図である。

【図３０】図３０Ａはホットプレス法の第１の具体的手
法を概略的に示す説明図であり、図３０Ｂはホットプレ
ス法の第２の具体的手法を概略的に示す説明図である。

【図３１】第３の実験例（ホットプレス荷重による反強
誘電体膜の緻密度の変化をみた実験例）の結果を示す表
図である。

【図３２】反強誘電体セラミック材料の粉末を合成する
場合における通常の方法を示す工程ブロック図である。

【図３３】見越し補正を行う場合の反強誘電体セラミッ
ク材料の粉末の合成方法を示す工程ブロック図である。

【図３４】第４の実験例（見越し補正量による変位保持
率の変化をみた実験例）の結果を示す表図である。

【図３５】鉛成分の後補正を行う場合の反強誘電体セラ
ミック材料の粉末の合成方法を示す工程ブロック図であ
る。

【図３６】第５の実験例（鉛成分の後補正量による膜の
緻密度の変化をみた実験例）の結果を示す表図である。

【図３７】見越し補正及び鉛成分の後補正を組み合わせ
る場合の反強誘電体セラミック材料の粉末の合成方法を
示す工程ブロック図である。

【図３８】第６の実験例（ＳｎＯ₂の比表面積の違いに
よるヒステリシス特性の変化をみた実験例）の結果を示
す表図である。

【図３９】図３９Ａは振動部が沈み込んだ状態を示す断
面図であり、図３９Ｂは振動部の沈み込みを抑制した構
成を示す断面図である。

【図４０】空所の深さが１５μｍ以下であるセラミック
素子の第１の製造方法を示す説明図である。

【図４１】図４１Ａは空所の深さが１０μｍであるセラ
ミック素子の第２の製造方法を示すもので、ベースプレ
ートとなる第１層上にペーストを形成して第２層とした
状態を示す工程図であり、図４１Ｂは第２層上に閉塞プ
レートとなる第３層を積層した状態を示す工程図であ
り、図４１Ｃは３層の積層体を焼成して基体として一体
化させた状態を示す工程図である。

【図４２】第７の実験例（第２層と反強誘電体膜の厚み
による振動部の沈み込み量とピーク電圧通常印加時の変
位の変化をみた実験例）における振動部の沈み込み量を
説明するための図である。

【図４３】第７の実験例の結果を示す表図である。

【図４４】第７の実験例において、セラミック素子に印
加する駆動波形（電圧）を示す図である。

【図４５】第７の実験例において、理想的なセラミック
素子の電圧−屈曲変位特性を示す特性図である。

【図４６】第７の実験例において、沈み込み量δが大き
いセラミック素子の電圧−屈曲変位特性を示す特性図で
ある。

【図４７】第７の実験例において、沈み込み量δを１５
μｍ以下に抑制したセラミック素子の電圧−屈曲変位特
性を示す特性図である。

【図４８】セラミック素子におけるメモリ効果の指標を
説明するための図である。

【図４９】第８の実験例（実施例１７と比較例１６につ
いての各ヒステリシス特性（電圧−屈曲変位特性）と各
変位保持率の違いをみた実験例）の結果を示す表図であ
る。

【図５０】バルク型素子の印加電圧に対する歪みの変化
（ヒステリシス特性）を示す特性図である。

【図５１】実施例１７及び比較例１６についての電圧−
屈曲変位特性を測定するために、一対の電極に印加すべ
き電位波形を示すタイミングチャートである。

【図５２】実施例１７における電圧−屈曲変位特性（ヒ
ステリシス特性）を示す特性図である。

【図５３】比較例１６における電圧−屈曲変位特性（ヒ
ステリシス特性）を示す特性図である。

【図５４】第１の実施の形態に係るセラミック素子（ア
ナログ変位タイプ及びデジタル変位タイプ）を表示装置
に適用した応用例を示す構成図である。

【図５５】応用例に係る表示装置におけるアクチュエー
タ部（画素）の配置を拡大して示す平面図である。

【図５６】図５６Ａは応用例に係る表示装置の動作（発
光状態及び消光状態）を示す説明図であり、図５６Ｂは
比較例に係る表示装置の動作（発光状態及び消光状態）
を示す説明図である。

【図５７】第３の実施の形態に係るセラミック素子を表
示装置に適用した応用例を示す構成図である。

【図５８】第１及び第２の実施の形態に係るセラミック
素子をリレー装置に適用した応用例（以下、単に応用例
に係るリレー装置と記す）を分解して示す構成図であ
る。

【図５９】応用例に係るリレー装置を示す組立構成図で
ある。

【図６０】図６０Ａは応用例に係るリレー装置のアクチ
ュエータ部（スイッチング素子）を変位させないで板ば
ねを対向端子板に対して非接触状態とした例を示す説明
図であり、図６０Ｂは応用例に係るリレー装置のアクチ
ュエータ部（スイッチング素子）を変位させて板ばねを
対向端子板に対して接触状態とした例を示す説明図であ
る。

【図６１】図６１Ａは第１の実施の形態に係るセラミッ
ク素子（アナログ変位タイプ）を容量可変コンデンサに
適用した第１応用例におけるコンデンサ部の一対の制御
電極に電圧Ｖ＝０を印加した状態を示す説明図であり、
図６１Ｂは前記コンデンサ部の一対の制御電極に電圧Ｖ
＝Ｖ１を印加した状態を示す説明図である。

【図６２】図６２Ａは前記コンデンサ部の一対の電極に
電圧Ｖ＝Ｖ２を印加した状態を示す説明図であり、図６
２Ｂは前記コンデンサ部の一対の電極に電圧Ｖ＝Ｖ３を
印加した状態を示す説明図である。

【図６３】第２の実施の形態に係るセラミック素子（第
１のアナログ変位タイプ）を容量可変コンデンサに適用
した第２応用例を示す構成図である。

【符号の説明】

１０…基体１２…アクチュエー
タ部１４…空所１６…貫通孔１８…振動部２０…固定部２２…反強誘電体膜２４ａ、２４ｂ…一
対の電極２６…アクチュエータ部本体４０ａ…上部電極４０ｂ…下部電極５２…光導波板５４…駆動部５６…変位伝達部５８…垂直選択線６０…信号線８０…コンデンサ部Ｚｔ…相転移領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 41/187 Ｈ０１Ｌ 41/18 １０１Ｄ 41/22 41/22 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反強誘電体膜と該反強誘電体膜に形成され
た少なくとも一対の電極とを有する作動部と、前記作動部を支持する振動部と、前記振動部を振動可能に支持する固定部と、を有することを特徴とするセラミック素子。
【請求項２】請求項１記載のセラミック素子において、前記一対の電極は、該一対の電極への印加電圧によって
発生する電界の強さが空間的に異なる形態を有すること
を特徴とするセラミック素子。
【請求項３】請求項２記載のセラミック素子において、前記一対の電極における電極間距離が大きい領域と小さ
い領域とを有することを特徴とするセラミック素子。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラ
ミック素子において、分極後の前記反強誘電体膜は、前記電極に印加される電
圧に応じて、その平均誘電率がアナログ的に増加する領
域を有することを特徴とするセラミック素子。
【請求項５】請求項４記載のセラミック素子において、前記反強誘電体膜が分極された状態で、前記電極に印加
される電圧に応じて一方向への変位がアナログ的に増大
する部分を有することを特徴とするセラミック素子。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載のセラ
ミック素子において、前記振動部及び固定部は、セラミックグリーンシート又
はセラミックグリーンテープを積層し、一体焼成して構
成された基体に設けられていることを特徴とするセラミ
ック素子。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載のセラ
ミック素子において、少なくとも振動部が、主として部分安定化ジルコニアか
らなることを特徴とするセラミック素子。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載のセラ
ミック素子において、前記反強誘電体膜の組成が、主として下記の組成である
ことを特徴とするセラミック素子。Ｐｂ_0.99Ｎｂ_0.02｛［Ｚｒ_xＳｎ_1-x］_1-yＴｉ_y｝
_0.98Ｏ₃ 但し、0.5 ＜ｘ＜ 0.6， 0.05 ＜ｙ＜ 0.063， 0.01 ＜
Ｎｂ＜ 0.03
【請求項９】請求項１〜８のいずれか１項に記載のセラ
ミック素子において、前記反強誘電体膜の組成が、Ａｇを酸化銀換算で１〜１
０重量％含有する組成であることを特徴とするセラミッ
ク素子。
【請求項１０】請求項６〜９のいずれか１項に記載のセ
ラミック素子において、前記基体は、少なくとも、窓部が設けられたスペーサプ
レートと該スペーサプレートの一方の側に重ね合わされ
て前記窓部を覆蓋する閉塞プレートとが積層され、一体
焼成されて構成されていることを特徴とするセラミック
素子。
【請求項１１】請求項１０記載のセラミック素子におい
て、前記基体は、前記スペーサプレートの他方の側に重ね合
わされて前記窓部を覆蓋し、かつ該窓部に対応する位置
に１つ以上の貫通孔を有する少なくとも１層のベースプ
レートが積層され、前記スペーサプレート及び閉塞プレ
ートと共に一体焼成されて構成されていることを特徴と
するセラミック素子。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれか１項に記載の
セラミック素子において、少なくとも前記反強誘電体膜の一部において、前記一対の電極は共に、前記反強誘電体膜の一主面に形
成されていることを特徴とするセラミック素子。
【請求項１３】請求項１２記載のセラミック素子におい
て、前記反強誘電体膜の平均膜厚をｔ、電極間のピッチをｐ
としたとき、ｐ／ｔ≦２．５を満足することを特徴とするセラミック素子。
【請求項１４】請求項９又は１０記載のセラミック素子
において、前記振動部が主としてアルミナを０．５モル％以上含有
する部分安定化ジルコニアからなることを特徴とするセ
ラミック素子。
【請求項１５】請求項１〜１１のいずれか１項に記載の
セラミック素子において、少なくとも前記反強誘電体膜の一部においては、前記一対の電極のうち、一方の電極が前記反強誘電体膜
の一主面に形成され、他方の電極が前記反強誘電体膜の
他主面に形成されていることを特徴とするセラミック素
子。
【請求項１６】請求項１５記載のセラミック素子におい
て、前記一方の電極の面積をＡ、前記他方の電極の面積をＢ
としたとき、Ａ／Ｂ≧２又はＡ／Ｂ≦０．５を満足することを特徴とするセラミック素子。
【請求項１７】請求項１５又は１６記載のセラミック素
子において、前記振動部が主として酸化チタンを０．５モル％以上含
有する部分安定化ジルコニアからなることを特徴とする
セラミック素子。
【請求項１８】請求項１５〜１７のいずれか１項に記載
のセラミック素子において、前記電極間に挟まれた領域の膜厚分布に２０％以上のば
らつきがあることを特徴とするセラミック素子。
【請求項１９】請求項１〜１４のいずれか１項に記載の
セラミック素子において、前記振動部と反強誘電体膜との間に中間層を有すること
を特徴とするセラミック素子。
【請求項２０】請求項１９記載のセラミック素子におい
て、前記中間層は、Ｐｔ又はＰｄの金属、あるいは両者の合
金であることを特徴とするセラミック素子。
【請求項２１】請求項１９又は２０記載のセラミック素
子において、前記中間層の厚みが１μｍ以上、１５μｍ以下であるこ
とを特徴とするセラミック素子。
【請求項２２】請求項２１記載のセラミック素子におい
て、前記中間層の厚みが２μｍ以上、６μｍ以下であること
を特徴とするセラミック素子。
【請求項２３】請求項１〜２２のいずれか１項に記載の
セラミック素子において、前記振動部の厚みが反強誘電体膜の厚みよりも薄いこと
を特徴とするセラミック素子。
【請求項２４】請求項６〜２３のいずれか１項に記載の
セラミック素子において、前記振動部の中心を通る最短寸法における前記固定部の
上面と前記振動部の上面との境界部分を境界点と定義し
たとき、該境界点から前記反強誘電体膜の形成端までの
距離をＬｎ、前記振動部の厚みをｔｖとしたとき、Ｌｎ
＜ｔｖ×１５を満足する場合、前記基体の厚みｔｂがｔ
ｂ≦３５０μｍであることを特徴とするセラミック素
子。
【請求項２５】請求項２４記載のセラミック素子におい
て、前記基体の厚みｔｂがｔｂ≦２５０μｍであることを特
徴とするセラミック素子。
【請求項２６】請求項２５記載のセラミック素子におい
て、前記基体の厚みｔｂがｔｂ≦１３０μｍであることを特
徴とするセラミック素子。
【請求項２７】請求項２６記載のセラミック素子におい
て、前記基体の厚みｔｂがｔｂ≦７０μｍであることを特徴
とするセラミック素子。
【請求項２８】請求項２４記載のセラミック素子におい
て、前記境界点から前記反強誘電体膜の形成端までの距離を
ＬｎがＬｎ≧ｔｖ×１５を満足する場合、前記振動部の
厚みｔｖは、ｔｖ≦２０μｍであることを特徴とするセ
ラミック素子。
【請求項２９】請求項２４記載のセラミック素子におい
て、前記境界点から前記反強誘電体膜の形成端までの距離を
ＬｎがＬｎ≧ｔｖ×１５を満足する場合、前記振動部の
厚みｔｖは、ｔｖ≦１０μｍであることを特徴とするセ
ラミック素子。
【請求項３０】請求項６〜２９のいずれか１項に記載の
セラミック素子において、前記基体上に形成された前記反強誘電体膜は、荷重が付
与されながら焼成処理されていることを特徴とするセラ
ミック素子。
【請求項３１】請求項３０記載のセラミック素子におい
て、前記荷重は、０．４ｋｇ／ｃｍ²以上であることを特徴
とするセラミック素子。
【請求項３２】請求項１〜３１のいずれか１項に記載の
セラミック素子において、前記振動部直下の空間の深さが１５μｍ以下であること
を特徴とするセラミック素子。
【請求項３３】反強誘電体膜と該反強誘電体膜に形成さ
れた少なくとも一対の電極とを有する作動部と、前記作
動部を支持する振動部と、前記振動部を振動可能に支持
する固定部とを有するセラミック素子の製造方法におい
て、セラミックグリーンシート又はセラミックグリーンテー
プを積層し、一体焼成して前記振動部と固定部を有する
基体を作製する工程と、前記基体の前記振動部上に前記
反強誘電体膜を形成する工程と、前記反強誘電体膜を焼成する工程を有することを特徴と
するセラミック素子の製造方法。
【請求項３４】請求項３３記載のセラミック素子の製造
方法において、前記反強誘電体膜に対して荷重を付与しながら焼成処理
することを特徴とするセラミック素子の製造方法。
【請求項３５】請求項３４記載のセラミック素子の製造
方法において、前記荷重が０．４ｋｇ／ｃｍ²以上であることを特徴と
するセラミック素子の製造方法。
【請求項３６】請求項３３〜３５のいずれか１項に記載
のセラミック素子の製造方法において、反強誘電体セラミック材料の粉末を合成して前記反強誘
電体膜を作製する際に、前記反強誘電体膜における焼成
中の振動部との相互拡散による組成変動を見越して、反
強誘電体セラミック材料の粉末組成を最適組成からずら
して調製することを特徴とするセラミック素子の製造方
法。
【請求項３７】請求項３６記載のセラミック素子の製造
方法において、ＺｒＯ₂をその所定量より少なめに秤量し、ＴｉＯ₂を
その所定量より多めに秤量して調製することを特徴とす
るセラミック素子の製造方法。
【請求項３８】請求項３７記載のセラミック素子の製造
方法において、ＺｒＯ₂の量は、その所定量を１００％とした場合の９
５〜９８％であり、かつ／又は、ＴｉＯ₂の量は、その
所定量を１００％とした場合の１０２〜１０４％である
ことを特徴とするセラミック素子の製造方法。
【請求項３９】請求項３３〜３８のいずれか１項に記載
のセラミック素子の製造方法において、反強誘電体セラミック材料の粉末を合成して前記反強誘
電体膜を作製する際に、予め酸化鉛がその所定配合量よ
りも少なくされた組成で合成した後、鉛成分の不足分を
酸化鉛の形態で後補正して混合することを特徴とするセ
ラミック素子の製造方法。
【請求項４０】請求項３９記載のセラミック素子の製造
方法において、鉛成分の後補正量が前記所定配合量の３％以上、２０％
以下であることを特徴とするセラミック素子の製造方
法。
【請求項４１】請求項４０記載のセラミック素子の製造
方法において、鉛成分の後補正量が前記所定配合量の５％以上、１５％
以下であることを特徴とするセラミック素子の製造方
法。
【請求項４２】請求項３３〜４１のいずれか１項に記載
のセラミック素子の製造方法において、反強誘電体セラミック材料の粉末を合成して前記反強誘
電体膜を作製する際に、原材料として用いる酸化スズの
比表面積を８ｍ²／ｇ以上、２０ｍ²／ｇ以下にするこ
とを特徴とするセラミック素子の製造方法。
【請求項４３】請求項３３〜４２のいずれか１項に記載
のセラミック素子の製造方法において、窓部が設けられた第２層と、該第２層の一方の側に重ね
合わされて前記窓部を覆蓋する第３層と、前記第２層の
他方の側に重ね合わされて前記窓部を覆蓋し、かつ、該
窓部に対応する位置に１つ以上の貫通孔を有する第１層
を積層し、一体焼成してセラミック製の前記基体を作製
することを特徴とするセラミック素子の製造方法。
【請求項４４】請求項３３〜４２のいずれか１項に記載
のセラミック素子の製造方法において、１つ以上の貫通孔を有する第１層の上面に、セラミック
材料のペーストをパターン形成して、前記貫通孔に対応
した部分に窓部を有する第２層を形成した後、前記窓部
を閉塞するように第３層を積層し、一体焼成してセラミ
ック製の前記基体を作製することを特徴とするセラミッ
ク素子の製造方法。
【請求項４５】請求項４３又は４４記載のセラミック素
子の製造方法において、前記第２層の厚みが１〜２０μｍであることを特徴とす
るセラミック素子の製造方法。
【請求項４６】光が導入される光導波板と、該光導波板
の一方の板面に対向して設けられ、かつ多数の画素に対
応した数のアクチュエータ部が配列された駆動部を具備
し、入力される画像信号の属性に応じて前記光導波板に
対する前記アクチュエータ部の接触・離隔方向の変位動
作を制御して、前記光導波板の所定部位の漏れ光を制御
することにより、前記光導波板に前記画像信号に応じた
映像を表示させる表示装置において、前記アクチュエータ部は、反強誘電体膜と、該反強誘電
体膜に形成された少なくとも一対の電極とを有するアク
チュエータ部本体と、前記アクチュエータ部本体を支持する振動部と、前記振動部を振動可能に支持する固定部とを具備し、前記一対の電極への電圧印加によって生じる前記アクチ
ュエータ部の変位動作を光導波板に伝達する変位伝達部
とを有することを特徴とする表示装置。
【請求項４７】対向端子部と、該対向端子部の一方の側
に対向して設けられ、かつ多数のスイッチング素子に対
応した数のアクチュエータ部が配列された駆動部を具備
し、入力される駆動信号の属性に応じて前記対向端子に
対する前記アクチュエータ部の接触・離隔方向の変位動
作を制御して、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動
作を切換え制御するリレー装置であって、前記アクチュエータ部は、反強誘電体膜と、該反強誘電
体膜に形成された少なくとも一対の電極とを有するアク
チュエータ部本体と、前記アクチュエータ部本体を支持する振動部と、前記振動部を振動可能に支持する固定部とを具備し、前記一対の電極への電圧印加によって生じる前記アクチ
ュエータ部の変位動作を前記対向端子部に伝達する信号
端子部とを有することを特徴とするリレー装置。
【請求項４８】コンデンサ部を支持する振動部と、前記振動部を振動可能に支持する固定部とを具備し、前記コンデンサ部は、前記振動部に形成された反強誘電
体膜と、該反強誘電体膜の上面に形成された一対の制御
電極と、前記反強誘電体膜の上面及び下面にそれぞれ形
成されたコンデンサの両端電極とを有することを特徴と
するコンデンサ。