WO2016076361A1 - 圧電デバイス - Google Patents

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WO2016076361A1
WO2016076361A1 PCT/JP2015/081746 JP2015081746W WO2016076361A1 WO 2016076361 A1 WO2016076361 A1 WO 2016076361A1 JP 2015081746 W JP2015081746 W JP 2015081746W WO 2016076361 A1 WO2016076361 A1 WO 2016076361A1
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WO
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piezoelectric
electrode film
layer
piezoelectric device
inactive layer
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PCT/JP2015/081746
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English (en)
French (fr)
Inventor
大西　孝生
政之 植谷
Original Assignee
日本碍子株式会社
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    • H10N30/097—Forming inorganic materials by sintering

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric device.
  • the piezoelectric device is also referred to as a piezoelectric / electrostrictive device.
  • the upper surface of the upper electrode film in the “piezoelectric element including the piezoelectric layer, the upper electrode film provided on the upper surface of the piezoelectric layer, and the lower electrode film provided on the lower surface of the piezoelectric layer” is inactive.
  • a piezoelectric device in which layers (typically, metal layers) are bonded is widely known (see, for example, Patent Document 1 below). This piezoelectric device is also called a “unimorph type” piezoelectric device.
  • the “inactive layer” refers to a layer that does not exhibit a piezoelectric effect (and an inverse piezoelectric effect), unlike a piezoelectric layer.
  • the piezoelectric device includes a position control element for an optical lens (for example, an ultrasonic motor for camera autofocus and zoom) and a position control element (for example, a hard disk) for reading and / or writing magnetic information. Since it can be used as an actuator for a magnetic head of a drive) or a sensor for converting mechanical vibration into an electrical signal, it has been actively developed.
  • a position control element for an optical lens for example, an ultrasonic motor for camera autofocus and zoom
  • a position control element for example, a hard disk
  • the bending rigidity (difficult to bend) on the upper surface side of the piezoelectric element becomes larger than that on the lower surface side, and the upper surface of the piezoelectric element is increased.
  • the bending rigidity (specifically, thickness, material, etc.) of the inert layer the degree of difference in bending rigidity between the upper surface side and the lower surface side of the piezoelectric element can be adjusted.
  • the relationship (deflection characteristic) of the deformation amount (deflection amount) of the piezoelectric element (in the thickness direction) with respect to the voltage applied to the element can be adjusted.
  • this piezoelectric device has a shape having a longitudinal direction (y-axis direction) when viewed from above, and “a side electrode film electrically connected to the upper electrode film 900.
  • “902” is further provided.
  • the side electrode film 902 is continuously extended to the edge of the upper surface of the inactive layer 904 (see A part in FIG. 22) via the side surface of the inactive layer 904. That is, “an electrode surface electrically connected to the upper electrode film 900 and exposed upward” (an electrode surface corresponding to part A in FIG. 22; hereinafter also referred to as “upper exposed electrode surface”) is provided. Yes. This is based on the following reason.
  • this type of piezoelectric device is used with the upper and lower electrode films electrically connected to a pair of terminals for voltage application.
  • a conductive member 908 connected to a terminal (first terminal) 906 is joined to the “upper exposed electrode surface”, and a conductive wire (
  • the upper electrode film 900 and the lower electrode film 912 can be electrically connected to the first terminal 906 and the second terminal 910, respectively.
  • the electrical connection is facilitated, and the reliability of the electrical connection is improved.
  • the piezoelectric device shown in FIG. 23 is coupled to the terminal 906 by an adhesive 917.
  • the side electrode film 902 is unnecessarily continuously extended to the end of the lower surface of the piezoelectric layer 914 via the side surface of the piezoelectric layer 914 (FIG. 22). (See part B).
  • This “electrode surface corresponding to the portion B” is electrically connected to the upper electrode film 900.
  • the lower electrode film 912 cannot be provided in the region occupied by the “electrode surface corresponding to the portion B” on the lower surface of the piezoelectric layer 914.
  • the piezoelectric element can be driven only in a range where the upper electrode film 900 and the lower electrode film 912 in the piezoelectric layer 914 are opposed to each other.
  • a region (hereinafter referred to as “non-driving portion” 916) 916 in which the upper electrode film 900 and the lower electrode film 912 do not face each other in the piezoelectric layer 914 is formed. It is unavoidable.
  • the maximum deflection amount with respect to the total length in the “longitudinal direction (y-axis direction)” of this piezoelectric device is greater than when the “non-driving portion 916” is not present.
  • the “ratio of the maximum deformation amount in the z-axis direction” becomes small.
  • the “side surface of the inactive layer 922” in the side electrode film 920 is obtained.
  • the “piezoelectric layer via the side surface of the piezoelectric layer 924” is left, leaving a portion (upper side electrode film) continuously extending to the end of the upper surface of the inert layer 922 via It is only necessary to eliminate a portion (lower side electrode film) extending continuously to the end of the lower surface of 924.
  • the lower electrode film 926 can be provided over the entire lower surface of the piezoelectric layer 924, and thus the “non-driving portion 916” can be eliminated.
  • the side electrode film is formed using a technique such as sputtering.
  • a technique such as sputtering.
  • the portion corresponding to the “lower side electrode film” on the side surface of the piezoelectric device is used. It is necessary to perform masking.
  • the distance between the upper electrode film 928 and the lower electrode film 926 facing each other in the piezoelectric layer is decreased (thus reducing the thickness of the piezoelectric device), and the upper electrode film facing each other.
  • the electric field strength between 928 and the lower electrode film 926 needs to be increased.
  • the piezoelectric device when the piezoelectric device is thin, it is very difficult to mask only the portion corresponding to the “lower side electrode film”.
  • the side electrode film 920 is formed using a technique such as sputtering without masking, the “lower side electrode film” is added to the “upper side electrode film” as shown in FIG. It is formed unnecessarily. As a result, as described above, the “non-driving unit 916” is inevitably generated.
  • an object of the present invention is to provide a piezoelectric device of this type that can eliminate the “non-driving portion” while ensuring the “upper exposed electrode surface”.
  • the piezoelectric device according to the present invention is a laminated fired body having a shape having a longitudinal direction when viewed from above.
  • the piezoelectric device includes a “piezoelectric layer made of a piezoelectric material”, an “upper electrode film provided on the upper surface of the piezoelectric layer”, a “lower electrode film provided on the lower surface of the piezoelectric layer”, and “A first inactive layer made of a ceramic material provided on the upper surface of the upper electrode film”.
  • the characteristic of this piezoelectric device is that “the first inactive layer is recessed in the in-plane direction of the first inactive layer across the entire length in the thickness direction of the first inactive layer on the end surface in the longitudinal direction of the first inactive layer. The first exposed portion that is a portion corresponding to the bottom of the first recessed portion on the upper surface of the upper electrode film is exposed (to the outside), and the upper electrode film is exposed. The remaining portion of the upper surface of the substrate is covered with the first inactive layer ”.
  • the end face in the longitudinal direction of the first inactive layer refers to “the side surface of the first inactive layer as seen from the longitudinal direction of the first inactive layer”. It is preferable that the upper electrode film is provided over the entire upper surface of the piezoelectric layer, and the lower electrode film is provided over the entire lower surface of the piezoelectric layer. Moreover, it is preferable that the piezoelectric layer and the first inactive layer are fired simultaneously.
  • the “upper exposed electrode surface” can be secured at the bottom of the through hole.
  • providing such a through hole is not preferable because cracks starting from the through hole tend to occur when the piezoelectric device is dropped.
  • first exposed portion there is an aspect in which an exposed portion on the upper surface of the upper electrode film exists (for example, an aspect in which an inert layer is provided only in a part of the upper electrode film in the longitudinal direction when viewed from above. Therefore, in the aspect in which a step is formed between the inactive layer and the upper electrode film), when the piezoelectric device is dropped, cracks are likely to occur in the piezoelectric device due to the presence of the step. Therefore, as described above, all the remaining portions other than the “first exposed portion” on the upper surface of the upper electrode film are covered with the first inactive layer (that is, the step does not exist). It can be said that it is preferable.
  • the first inactive layer is made of a ceramic material (more preferably, a piezoelectric ceramic material) having a thermal expansion coefficient smaller than that of a metal.
  • the inactive layer is made of metal.
  • metals have a larger thermal expansion coefficient than piezoelectric materials. Therefore, when the inactive layer is made of metal, the difference in thermal expansion coefficient between the inactive layer and the piezoelectric layer becomes large. As a result, there is a problem that relatively large thermal (shear) stress is generated at the boundary between the inert layer and the piezoelectric layer, and peeling is likely to occur at the boundary.
  • the difference of the thermal expansion coefficient between a 1st inactive layer and a piezoelectric layer becomes comparatively small.
  • a large thermal stress is unlikely to be generated at the boundary between the first inactive layer and the piezoelectric layer, and therefore peeling due to the thermal stress is unlikely to occur.
  • the first inactive layer is made of a piezoelectric ceramic material having the same composition as the piezoelectric material constituting the piezoelectric layer. This eliminates the difference in thermal expansion coefficient between the first inactive layer and the piezoelectric layer. As a result, peeling due to the thermal stress is further less likely to occur.
  • the first inactive layer is made of a piezoelectric material having the same composition as the piezoelectric material constituting the piezoelectric layer
  • the particles of the piezoelectric material constituting the first inactive layer It is preferable that the size of is smaller than the size of the particles of the piezoelectric material constituting the piezoelectric layer.
  • the piezoelectric material constituting the piezoelectric layer is used in a state where the polarization treatment is performed, while the piezoelectric material constituting the first inactive layer is not subjected to the polarization treatment. Used in.
  • the larger the particle size of the piezoelectric material the greater the piezoelectric effect (and the inverse piezoelectric effect) of the piezoelectric material.
  • the smaller the particle size of the piezoelectric material the greater the bending strength of the piezoelectric material.
  • a corner corresponding to a boundary between a side surface of the first depression and an upper surface of the first inactive layer is covered with an electrode film. According to this, it becomes difficult to generate
  • the first non-existing portion on the upper surface of the upper electrode film passes through a portion corresponding to the side surface of the first indented portion on the first inactive layer. It is preferable to form a first extended electrode film that is electrically connected to the upper electrode and continues to the central portion when viewed from above on the upper surface of the active layer.
  • the central part of the upper and lower surfaces of the piezoelectric device when viewed from above such as when applying a voltage to the piezoelectric device in order to perform polarization processing and tests for evaluating the deflection (deformation) characteristics of the piezoelectric device.
  • the pair of terminals for applying voltage are respectively connected to the portions corresponding to the “center portion of the piezoelectric device when viewed from above” in the first extension electrode film and the lower electrode film. Can do. Therefore, it becomes easy to perform operations such as polarization processing and tests for evaluating the above characteristics.
  • a second inactive layer made of a ceramic material provided on the lower surface of the lower electrode film.
  • a second indented portion that is recessed in the in-plane direction of the second inactive layer over the entire thickness direction of the second inactive layer.
  • a second exposed portion that is formed and corresponds to the bottom of the second depression on the lower surface of the lower electrode film, and the remaining portion of the lower surface of the lower electrode film covers the second inactive layer. It is preferable that
  • the bending rigidity (specifically, the thickness, the first inactive layer provided on the upper surface side of the piezoelectric element and the second inactive layer provided on the lower surface side of the piezoelectric element)
  • the degree of freedom in adjusting the bending characteristics of the piezoelectric device can be increased.
  • FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a piezoelectric device according to the present invention. It is a side view of embodiment shown in FIG. It is a 1st figure for demonstrating the manufacturing process of embodiment shown in FIG.
  • FIG. 6 is a second diagram for explaining a manufacturing process of the embodiment shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a third diagram for explaining a manufacturing process of the embodiment shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a fourth diagram for explaining a manufacturing process of the embodiment shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a fifth diagram for explaining a manufacturing process of the embodiment shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a sixth diagram for explaining a manufacturing process of the embodiment shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration when the embodiment illustrated in FIG.
  • FIG. 1 is electrically connected to a pair of terminals for voltage application. It is the figure which expanded and showed the edge part of the longitudinal direction of embodiment shown in FIG. It is a figure corresponding to FIG. 10 about the modification of embodiment shown in FIG. It is a figure corresponding to FIG. 10 about the other modification of embodiment shown in FIG. It is a figure corresponding to FIG. 1 about the other modification of embodiment shown in FIG. It is a figure corresponding to FIG. 2 about the modification shown in FIG. It is the figure which showed a mode when a pair of terminal for a voltage application was each connected to the center part when it sees from the upper direction in the upper and lower surfaces of a piezoelectric device. It is a figure corresponding to FIG. 1 about the other modification of embodiment shown in FIG.
  • FIG. 2 It is a figure corresponding to FIG. 2 about the modification shown in FIG. It is a figure corresponding to FIG. 1 about the other modification of embodiment shown in FIG. It is a figure corresponding to FIG. 2 about the modification shown in FIG. It is a perspective view about the other modification of embodiment shown in FIG. It is a figure corresponding to FIG. 1 about the conventional piezoelectric device. It is a figure corresponding to FIG. 2 about the piezoelectric device shown in FIG. It is the schematic diagram which showed an example of the structure at the time of the piezoelectric device shown in FIG. 21 being electrically connected with a pair of terminal for voltage application.
  • FIG. 23 is a diagram corresponding to FIG. 22 for a modified example of the piezoelectric device shown in FIG. 21.
  • this embodiment an embodiment of a piezoelectric device according to the present invention (hereinafter also referred to as “this embodiment”) will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • this embodiment is a rectangular parallelepiped laminated fired body which has a longitudinal direction (y-axis direction).
  • the length (dimension in the y-axis direction after firing) is 0.5 to 3 mm
  • the width (dimension in the x-axis direction after firing) is 0.2 to 2 mm
  • the height (z-axis direction after firing). ) Is 0.05 to 0.2 mm.
  • the length of this embodiment is larger than the width and height of this embodiment.
  • the piezoelectric layer 10, the upper electrode film 20 bonded to the upper surface of the piezoelectric layer 10, the lower electrode film 30 bonded to the lower surface of the piezoelectric layer 10, and the non-bonded to the upper surface of the upper electrode film 20 are used.
  • An active layer 40 is provided.
  • the fired laminated body of the piezoelectric layer 10, the upper electrode film 30, and the lower electrode film 40 constitutes a piezoelectric element.
  • This piezoelectric device is also called a “unimorph type” piezoelectric device.
  • the piezoelectric layer 10 is a thin fired body having a rectangular planar shape.
  • the thickness of the piezoelectric layer 10 (after firing) is 0.02 to 0.1 mm.
  • the piezoelectric layer 10 exhibits a piezoelectric effect (and an inverse piezoelectric effect).
  • Examples of the material (piezoelectric material) constituting the piezoelectric layer 10 include piezoelectric ceramics, electrostrictive ceramics, ferroelectric ceramics, and antiferroelectric ceramics.
  • Specific materials include lead zirconate, lead titanate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate, lead zinc niobate, lead manganese niobate, lead antimony stannate, lead manganese tungstate, lead cobalt niobate, Examples thereof include ceramics containing barium titanate, sodium bismuth titanate, potassium sodium niobate, strontium bismuth tantalate, etc. alone or as a mixture.
  • the particle size of the piezoelectric material constituting the piezoelectric layer 10 is 0.5 to 2 ⁇ m.
  • the piezoelectric material constituting the piezoelectric layer 10 is in a state of being subjected to polarization treatment.
  • Both the upper electrode film 20 and the lower electrode film 30 are thin fired bodies having a rectangular planar shape. Both the upper electrode film 20 and the lower electrode film 30 have a thickness of 0.8 to 3 ⁇ m. The planar shape of the upper electrode film 20 and the lower electrode film 30 is the same as that of the piezoelectric layer 10. Each of the upper electrode film 20 and the lower electrode film 30 is provided over the entire upper and lower surfaces of the piezoelectric layer 10.
  • Examples of the material (conductive material) constituting the upper electrode film 20 and the lower electrode film 30 include platinum (Pt), palladium (Pd), and alloys thereof. This is based on the fact that platinum or palladium has the characteristic that “the melting point is high and it is difficult to be oxidized (thus, it can be stably fired in an oxygen atmosphere without being oxidized)”.
  • the upper electrode film 20 and the lower electrode film 30 are made of aluminum, titanium, chromium, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, silver, gold, tin, tantalum, tungsten, iridium, You may be comprised with single metal, such as lead, or these alloys.
  • the inert layer 40 is a thin fired body having a rectangular planar shape.
  • the thickness of the inert layer 40 (after firing) is 0.02 to 0.1 mm.
  • the thickness direction of the inactive layer 40 is located at the center in the width direction (x-axis direction) of the side surface (side surface on the y-axis positive direction side) on one end side in the longitudinal direction (y-axis direction) of the inactive layer 40.
  • a recess 40a that is recessed in the in-plane direction (xy plane direction) of the inert layer 40 is formed over the entire area.
  • the recess 40a has a semicircular shape when viewed from above.
  • the “portion corresponding to the bottom of the recessed portion 40a” on the upper surface of the upper electrode film 20 (hereinafter referred to as “exposed portion 20a”) is exposed to the outside. Exposed and all the remaining portions on the upper surface of the upper electrode film 20 are covered with the inactive layer 40.
  • the inert layer 40 does not exhibit a piezoelectric effect (and an inverse piezoelectric effect).
  • the material constituting the inert layer 40 include ceramics (including a piezoelectric material). Specific examples of the material include zirconia, alumina, and piezoelectric ceramics.
  • the particle size of the material constituting the inert layer 40 is 0.5 to 2 ⁇ m.
  • metal has a larger thermal expansion coefficient than piezoelectric material. Therefore, when the inactive layer 40 is made of a metal, the difference in thermal expansion coefficient between the inactive layer 40 and the piezoelectric layer 10 increases, and the boundary between the inactive layer 40 and the piezoelectric layer 10 is relatively small. Large thermal (shear) stresses can occur. As a result, peeling is likely to occur at this boundary portion.
  • the inert layer 40 is made of “a material having a smaller thermal expansion coefficient than metal”, the difference in thermal expansion coefficient between the inert layer 40 and the piezoelectric layer 10 is relatively small. As a result, a large thermal stress is hardly generated at the boundary portion between the inert layer 40 and the piezoelectric layer 10, so that peeling due to the thermal stress is difficult to occur.
  • the inert layer 40 is made of a piezoelectric material having the same composition as the piezoelectric material constituting the piezoelectric layer 10. In this configuration, the difference in thermal expansion coefficient between the inert layer 40 and the piezoelectric layer 10 is eliminated. As a result, peeling due to the thermal stress is further less likely to occur. In this case, since the piezoelectric effect (and the inverse piezoelectric effect) is not shown in the inactive layer 40, the piezoelectric material constituting the inactive layer 40 is used in a state where the polarization treatment is not performed.
  • the inert layer 40 is composed of a piezoelectric material having the same composition as that of the piezoelectric material constituting the piezoelectric layer 10, the size of the particles of the piezoelectric material constituting the inert layer 40 is piezoelectric. It is preferable that the size of the particles of the piezoelectric material constituting the layer 10 is smaller.
  • the larger the particle size of the piezoelectric material the greater the piezoelectric effect (and the inverse piezoelectric effect) of the piezoelectric material.
  • the smaller the particle size of the piezoelectric material the greater the bending strength of the piezoelectric material.
  • the particle size of the piezoelectric material constituting the inert layer 40 can be reduced, and the particle size of the piezoelectric material constituting the piezoelectric layer 10 can be increased.
  • the piezoelectric device by adjusting the applied voltage (specifically, the potential difference applied between the upper electrode film 20 and the lower electrode film 30), the (z) of the piezoelectric device due to the inverse piezoelectric effect of the piezoelectric layer 10 is adjusted.
  • the amount of deformation (in the axial direction) can be controlled.
  • the piezoelectric device can be used as an actuator for controlling the position of an object.
  • the object include an optical lens, a magnetic head, and an optical head.
  • the piezoelectric device can be used as various sensors such as an ultrasonic sensor, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, an impact sensor, and a mass sensor.
  • the degree of bending rigidity difference between the upper surface side and the lower surface side of the piezoelectric element can be increased. Can be adjusted. As a result, the relationship (deflection characteristic) of the deformation amount (deflection amount) of the piezoelectric device (in the z-axis direction) with respect to the voltage applied to the piezoelectric device can be adjusted.
  • one large green inert film 40g is prepared.
  • the green inert film 40g is formed by molding a paste containing a ceramic material constituting the inert layer 40 using one of known techniques such as a doctor blade method. Cylindrical through-holes are respectively formed at four predetermined positions when viewed from above in the green inert film 40g. Later, the side wall of each through-hole is used as the side wall 40a1 (see FIGS. 1 and 2) of the recess 40a.
  • a single green piezoelectric film 10g having the same planar shape as the green inert film 40g is prepared.
  • the green piezoelectric film 10g is formed by molding a paste containing a piezoelectric material constituting the piezoelectric layer 10 using one of known techniques such as a doctor blade method.
  • a green upper electrode film 20g and a green lower electrode film 30g are respectively provided at four locations corresponding to the four through holes as viewed from above on the upper and lower surfaces of the green piezoelectric film 10g.
  • a green inert film 40g is laminated on the upper surface of the green piezoelectric film 10g.
  • each of the through holes is located at the center of the corresponding green upper electrode film 20g (and each green lower electrode film 30g).
  • the green inert film 40g is laminated on the upper surface of the green piezoelectric film 10g.
  • the green lower electrode film 30g may be provided on the lower surface of the green piezoelectric film 10g.
  • each green piezoelectric device a recess corresponding to the recess 40a is formed by using a part of the side wall of the through hole described above.
  • Each green piezoelectric device taken out as described above is fired at a predetermined temperature (for example, 900 to 1200 ° C.) for a predetermined time (for example, the maximum temperature holding time is 0.5 to 3 hours). Is executed.
  • a predetermined temperature for example, 900 to 1200 ° C.
  • the maximum temperature holding time is 0.5 to 3 hours.
  • it corresponds to the green piezoelectric film 10g corresponding to the piezoelectric layer 10
  • a green inert film 40g is co-fired.
  • the present embodiment piezoelectric device after firing shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.
  • the piezoelectric device as in the present embodiment is used with the upper and lower electrode films electrically connected to a pair of terminals for voltage application.
  • the conductive member 82 connected to the terminal (first terminal) 80 is bonded to the “exposed portion 20 a”
  • the conductive wire (second terminal) 84 is bonded to the lower electrode 30 itself.
  • the upper electrode film 20 and the lower electrode film 30 can be electrically connected to the first terminal 80 and the second terminal 84, respectively.
  • the piezoelectric device is coupled to the terminal 80 by an adhesive 86.
  • the piezoelectric device is likely to be cracked due to the presence of the step when the piezoelectric device is dropped. That is, in this embodiment, it becomes difficult to generate cracks due to the presence of such a step.
  • the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention.
  • the center in the width direction (x-axis direction) on the side surface (side surface on the y-axis positive direction side) on one end side in the longitudinal direction (y-axis direction) of the inert layer 40 Only the portion is formed with a semicircular recess 40a as viewed from above.
  • it extends over the entire region in the width direction (x-axis direction) on the side surface (side surface on the y-axis positive direction side) on one end side in the longitudinal direction (y-axis direction) of the inert layer 40.
  • the semicircular recess 40a as viewed from above may be formed.
  • the diameter of the semicircle coincides with the width of the inert layer 40 (dimension in the x-axis direction).
  • the shape of the recess 40a is not semicircular, but may be rectangular, for example.
  • the side wall 40a1 of the recess 40a extends vertically upward from the “exposed portion 20a”. However, as shown in FIG. 12, the side wall 40a1 of the recess 40a It may extend upward from the “exposed portion 20a” in a “direction inclined from the vertical direction”.
  • an extended electrode film 50 may be formed on the upper surface side of the piezoelectric device.
  • the extended electrode film 50 is “continuous from the exposed portion 20a and provided on the side surface 40a1 of the recess 40a” and “continuous from the first portion 51 and above the upper surface of the inert layer 40.
  • Second portion 52 “that continues to the central portion when viewed from the center.
  • an inert layer 60 may be provided on the lower surface of the lower electrode film 30.
  • the bending rigidity (specifically, thickness, material, etc.) of the inert layer 40 provided on the upper surface side of the piezoelectric element and the inert layer 60 provided on the lower surface side of the piezoelectric element are individually set.
  • the degree of freedom in adjusting the flexural characteristics of the piezoelectric device can be increased. It is preferable that at least one of the thickness and material of the inactive layers 40 and 60 is different.
  • the central portion in the width direction (x-axis direction) on the side surface (side surface on the y-axis negative direction side) on the other end side in the longitudinal direction (y-axis direction) of the inactive layer 60 is formed over the entire thickness direction of the inactive layer 60.
  • the recess 60a when viewed from below, has a semicircular shape.
  • a “part corresponding to the bottom of the recess 60a” on the lower surface of the lower electrode film 30 (hereinafter referred to as “exposed portion 30a”) is exposed to the outside. All the remaining portions on the lower surface of the lower electrode film 30 are covered with the inactive layer 60. Similar to the case where the exposed portion 20a is used to electrically connect the corresponding terminal (first terminal) to the upper electrode film 20 (see FIG. 9), the exposed portion 30a also has the lower electrode film. 30 and a corresponding terminal (second terminal) can be used for electrical connection.
  • an inactive layer 60 provided with the depression 60a is provided on the lower surface of the lower electrode film 30, and
  • the extended electrode film 50 described above may be formed on the upper surface side, and the extended electrode film 70 may be formed on the lower surface side of the piezoelectric device.
  • the extended electrode film 70 is, like the extended electrode film 50, “continuous from the exposed portion 30a and the first portion 71 provided on the side surface 60a1 of the recess 60a” and “continuous from the first portion 71, 2nd part 72 "which continues to the central part when it sees from the lower surface in the lower surface of the inactive layer 60.
  • an electrode film 55 covering a corner corresponding to the boundary between the side surface 40a1 of the recess 40a and the upper surface of the inactive layer 40 may be provided. This makes it difficult for the grains from the corners of the ceramic particles constituting the inert layer 40 to fall off.
  • the electrode film 55 desirably extends from the exposed portion 20a to the upper surface of the inactive layer 40 via the side surface 40a1 and the corner portion of the recessed portion 40a.
  • the internal electrode is not provided inside the piezoelectric layer 10, but the internal electrode may be provided inside the piezoelectric layer 10.

Abstract

　ユニモルフ型の圧電デバイスにおいて、「上部電極膜と電気的に接続され、上方に向いた外部に露呈する電極面」を確保しながら「非駆動部」をなくす。圧電デバイスは、上方からみたときに長手方向を有する形状を備え、圧電層１０と、上部電極膜２０と、下部電極膜３０と、上部電極膜２０の上面に設けられた、セラミックス材料からなる不活性層４０とを備える。不活性層４０における長手方向の端面に、不活性層４０の厚さ方向の全域に亘って不活性層４０の面内方向に窪んだ窪み部４０ａが形成される。上部電極膜２０の上面における「窪み部４０ａの底部に対応する部分２０ａ」が外部に露呈しており、上部電極膜２０の上面における「残りの全ての部分」が不活性層４０に覆われる。

Description

圧電デバイス
　本発明は、圧電デバイスに関する。圧電デバイスは、圧電／電歪デバイスとも称呼される。
　従来より、「圧電層と、前記圧電層の上面に設けられた上部電極膜と、前記圧電層の下面に設けられた下部電極膜、とを含む圧電素子」における上部電極膜の上面に不活性層（典型的には、金属層）が接合された圧電デバイスが広く知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。この圧電デバイスは、「ユニモルフ型」の圧電デバイスとも呼ばれる。なお、「不活性層」とは、圧電層と異なり、圧電効果（及び、逆圧電効果）を示さない層を指す。
　この圧電デバイスは、光学レンズの位置制御用素子（例えば、カメラ用オートフォーカスやズーム用の超音波モータ）や、磁気的情報等の読取り及び／又は書込み用素子の位置制御用素子（例えば、ハードディスクドライブの磁気ヘッド用のアクチュエータ）、或いは機械的振動を電気信号に変換するセンサ等として利用され得るため、活発に開発されてきている。
　この圧電デバイスによれば、圧電素子の上面側に不活性層を接合することによって、圧電素子の上面側の曲げ剛性（撓みのし難さ）が下面側のそれより大きくなり、圧電素子の上面側及び下面側の間で曲げ剛性に相違が与えられる。不活性層の曲げ剛性（具体的には、厚さ、材質等）を調整することによって、圧電素子の上面側及び下面側の間の曲げ剛性の相違の程度が調整され得、この結果、圧電素子に印加される電圧に対する圧電素子の（厚さ方向の）変形量（撓み量）の関係（撓み特性）が調整され得る。
特開２００３－２０９９８１号公報
　ところで、この圧電デバイスの一例として、図２１及び図２２に示すように、上方からみて長手方向（ｙ軸方向）を有する形状を備え、「上部電極膜９００と電気的に接続された側面電極膜９０２」が更に設けられたものが考えられる。この例では、側面電極膜９０２が、不活性層９０４の側面を経由して不活性層９０４の上面の端部（図２２のＡ部を参照）まで連続して延設されている。即ち、「上部電極膜９００と電気的に接続され、上方に向いた露呈する電極面」（図２２のＡ部に対応する電極面。以下、「上方露呈電極面」とも呼ぶ）が設けられている。これは、以下の理由に基づく。
　即ち、一般に、この種の圧電デバイスは、上部及び下部電極膜が電圧印加用の一対の端子とそれぞれ電気的に接続されて使用される。この点、図２１及び図２２に示す圧電デバイスでは、例えば、図２３に示すように、端子（第１端子）９０６と接続する導電部材９０８が上記「上方露呈電極面」に接合され、導線（第２端子）９１０が下部電極膜９１２そのものに接合されることによって、上部電極膜９００及び下部電極膜９１２が第１端子９０６及び第２端子９１０とそれぞれ電気的に接続され得る。このように、「上方露呈電極面」を利用して上部電極膜と対応する端子とが電気的に接続されると、その電気的接続が行い易くなり、その電気的接続の信頼性を高めることができる。以上、この種の圧電デバイスの電気的接続の容易化のため、「上方露呈電極面」を設けることが好ましい、といえる。図２３に示される圧電デバイスは、接着剤９１７により端子９０６に結合されている。
　図２１及び図２２に示す圧電デバイスでは、側面電極膜９０２が、圧電層９１４の側面を経由して、圧電層９１４の下面の端部まで不必要に連続して延設されている（図２２のＢ部を参照）。この「Ｂ部に対応する電極面」は上部電極膜９００と電気的に接続されている。上部電極膜９００及び下部電極膜９１２間の短絡を防止するため、圧電層９１４の下面における「Ｂ部に対応する電極面」の占める領域には下部電極膜９１２を設けることができない。圧電素子は、圧電層９１４における上部電極膜９００及び下部電極膜９１２が対向する範囲でのみ駆動し得る。この結果、図２２に示すように、この圧電デバイスでは、圧電層９１４における上部電極膜９００及び下部電極膜９１２が対向しない領域（以下、「非駆動部」と呼ぶ。図２２を参照）９１６が不可避的に発生している。
　図２２に示すように「非駆動部９１６」が存在すると、「非駆動部９１６」が存在しない場合と比べて、この圧電デバイスにおける「長手方向（ｙ軸方向）の全長に対する、最大撓み量（ｚ軸方向の最大変形量）の割合」が小さくなる、という問題が発生する。
　図２２に示す圧電デバイスにおいて、上記「上方露呈電極面」を確保しながら「非駆動部９１６」をなくすためには、図２４に示すように、側面電極膜９２０における「不活性層９２２の側面を経由して不活性層９２２の上面の端部まで連続して延設される部分」（上部側面電極膜）を残しながら、側面電極膜９２０における「圧電層９２４の側面を経由して圧電層９２４の下面の端部まで連続して延設される部分」（下部側面電極膜）をなくせばよい。この結果、下部電極膜９２６を圧電層９２４の下面の全面に亘って設けることができるので、上記「非駆動部９１６」をなくすことができる。
　一般に、側面電極膜は、スパッタリング等の手法を利用して形成される。図２４に示す圧電デバイスのように、上記「上部側面電極膜」を残しながら上記「下部側面電極膜」をなくすためには、圧電デバイスの側面における上記「下部側面電極膜」に対応する部分のみにマスキングを行う必要がある。この圧電デバイスの撓み量を大きくするためには、圧電層における対向する上部電極膜９２８及び下部電極膜９２６間の距離を小さくして（従って、圧電デバイスを薄くして）、対向する上部電極膜９２８及び下部電極膜９２６間の電界強度を大きくする必要がある。このように、圧電デバイスが薄い場合、上記「下部側面電極膜」に対応する部分のみにマスキングを行うことが非常に困難である。この結果、マスキングを行うことなくスパッタリング等の手法を利用して側面電極膜９２０を形成すると、図２２に示すように、上記「上部側面電極膜」に加えて、上記「下部側面電極膜」が不必要に形成されてしまう。この結果、上述のように、「非駆動部９１６」が不可避的に発生してしまう。
　以上より、この種の圧電デバイスであって、上記「上方露呈電極面」を確保しながら「非駆動部」をなくすことができるものが望まれているところである。従って、本発明の目的は、この種の圧電デバイスであって、上記「上方露呈電極面」を確保しながら「非駆動部」をなくすことができるものを提供することにある。
　本発明に係る圧電デバイスは、上方からみたときに長手方向を有する形状を備えた積層焼成体である。この圧電デバイスは、「圧電体材料で構成される圧電層」と、「前記圧電層の上面に設けられた上部電極膜」と、「前記圧電層の下面に設けられた下部電極膜」と、「前記上部電極膜の上面に設けられた、セラミックス材料で構成された第１不活性層」と、を備える。
　この圧電デバイスの特徴は、「前記第１不活性層における前記長手方向の端面に、前記第１不活性層の厚さ方向の全域に亘って前記第１不活性層の面内方向に窪んだ第１窪み部が形成された」点、並びに、「前記上部電極膜の上面における前記第１窪み部の底部に対応する部分である第１露呈部分が（外部に）露呈し、前記上部電極膜の上面における残りの部分が前記第１不活性層に覆われている」点にある。
　ここにおいて、「第１不活性層における長手方向の端面」とは、「第１不活性層を長手方向からみたときにみえる第１不活性層の側面」を指す。前記上部電極膜が前記圧電層の上面の全域に亘って設けられ、且つ、前記下部電極膜が前記圧電層の下面の全域に亘って設けられることが好適である。また、前記圧電層と前記第１不活性層とが同時に焼成されることが好ましい。
　上記特徴によれば、上記第１露呈部分が、上述した「上方露呈電極面」（＝上部電極膜と電気的に接続され、上方に向いた露呈する電極面）となり得る。従って、上記第１露呈部分を利用して、この圧電デバイスの電気的接続を容易に行うことができる（後述する図９を参照）。加えて、図２１及び図２２に示した圧電デバイスとは異なり、「上方露呈電極面」を確保するために側面電極膜（＝上記「上部側面電極膜」＋上記「下部側面電極膜」）を設ける必要がない。従って、上部及び下部電極膜をそれぞれ、圧電層の上下面の全域に亘って設けることができるので、上記「非駆動部」をなくすことが可能である。この結果、圧電デバイスにおける「長手方向の全長に対する、最大撓み量（最大変形量）の割合」を大きくすることができる。
　なお、不活性層における上方からみたときの中央部に貫通孔を形成しても、この貫通孔の底部にて「上方露呈電極面」を確保することができる。しかしながら、このような貫通孔を設けると、圧電デバイスの落下等の際、この貫通孔を起点とするクラックが生じ易くなるので好ましくない。
　また、上記「第１露呈部分」以外にも上部電極膜の上面における露呈する部分が存在する態様（例えば、上方からみたとき、上部電極膜における長手方向の一部分にのみ不活性層が設けられる態様、従って、不活性層と上部電極膜とで段差が形成される態様）では、圧電デバイスの落下等の際、この段差の存在に起因して、圧電デバイスにクラックが生じ易くなる。従って、上記特徴のように、上部電極膜の上面における「第１露呈部分」以外の残りの全ての部分が第１不活性層に覆われていること（即ち、上記段差が存在しないこと）が好ましい、といえる。
　上記本発明に係る圧電デバイスでは、前記第１不活性層は、金属より熱膨張係数が小さいセラミックス材料（より好ましくは、圧電セラミックス材料）で構成されることが好適である。通常、不活性層は金属で構成される。一般に、金属は圧電体材料より熱膨張係数が大きい。従って、不活性層が金属で構成される場合、不活性層と圧電層との間の熱膨張係数の差が大きくなる。この結果、不活性層と圧電層との境界部に比較的大きな熱（せん断）応力が発生して、この境界部に剥離が発生し易い、という問題があった。これに対し、上記構成によれば、第１不活性層と圧電層との間の熱膨張係数の差が比較的小さくなる。この結果、第１不活性層と圧電層との境界部に大きな熱応力が発生し難くなるので、上記熱応力に起因する剥離が発生し難くなる。
　更には、前記第１不活性層は、前記圧電層を構成する前記圧電体材料と同じ組成の圧電セラミックス材料で構成されると、更に好ましい。これによれば、第１不活性層と圧電層との間の熱膨張係数の差がなくなる。この結果、上記熱応力に起因する剥離が更に一層発生し難くなる。
　このように、前記第１不活性層が、前記圧電層を構成する前記圧電体材料と同じ組成の圧電体材料で構成される場合、前記第１不活性層を構成する前記圧電体材料の粒子の大きさが、前記圧電層を構成する前記圧電体材料の粒子の大きさより小さいことが好適である。なお、前記圧電層を構成する前記圧電体材料は、分極処理が行われた状態で使用される一方で、前記第１不活性層を構成する前記圧電体材料は、分極処理が行われない状態で使用される。
　一般に、圧電体材料の粒径が大きいほど、圧電体の圧電効果（及び、逆圧電効果）が大きくなる。一方、圧電体材料の粒径が小さいほど、圧電体の曲げ強度が大きくなる。上記構成によれば、第１不活性層を構成する圧電体材料の粒径を小さくし、且つ、圧電層を構成する圧電体材料の粒径を大きくすることができる。この結果、圧電デバイスの落下等の際、外部に露呈する第１不活性層が破損し難くなり、且つ、圧電層が発生する圧電効果（及び、逆圧電効果）を大きくすることができる。
　上記本発明に係る圧電デバイスでは、前記第１窪み部の側面と前記第１不活性層の上面との境界に対応する角部が、電極膜で覆われていることが好適である。これによれば、前記第１不活性層を構成するセラミックスの粒子の前記角部からの脱粒が発生し難くなる。
　上記本発明に係る圧電デバイスでは、前記上部電極膜の上面における前記第１露呈部分から、前記第１不活性層における前記第１窪み部の側面に対応する部分を経由して、前記第１不活性層の上面における上方からみたときの中央部分まで連続する、前記上部電極と電気的に接続された第１延長電極膜が形成されることが好適である。
　通常、分極処理、並びに、圧電デバイスの撓み（変形）の特性を評価する試験等を行うために、圧電デバイスに電圧を印加する場合などにおいて、圧電デバイスの上下面における上方からみたときの中央部分に電圧印加用の一対の端子をそれぞれ接続すると、作業が行い易くなるという事実がある（後述する図１５を参照）。この点、上記構成によれば、第１延長電極膜、及び、下部電極膜における「上方からみたときの圧電デバイスの中央部分」に対応する部分に電圧印加用の一対の端子をそれぞれ接続することができる。従って、分極処理、並びに、上記特性を評価する試験等の作業が行い易くなる。
　上記本発明に係る圧電デバイスでは、前記下部電極膜の下面に設けられた、セラミックス材料で構成された第２不活性層を備えることが好適である。ここにおいて、前記第２不活性層における前記長手方向の端面に、前記第２不活性層の厚さ方向の全域に亘って前記第２不活性層の面内方向に窪んだ第２窪み部が形成され、前記下部電極膜の下面における前記第２窪み部の底部に対応する部分である第２露呈部分が露呈し、前記下部電極膜の下面における残りの部分が前記第２不活性層に覆われていることが好ましい。
　上記構成によれば、圧電素子の上面側に設けられた第１不活性層と、圧電素子の下面側に設けられた第２不活性層のそれぞれの曲げ剛性（具体的には、厚さ、材質等）を個別に調整することによって、圧電デバイスの撓み特性を調整する際の自由度を高めることができる。
本発明に係る圧電デバイスの実施形態の斜視図である。 図１に示した実施形態の側面図である。 図１に示した実施形態の製造過程を説明するための第１の図である。 図１に示した実施形態の製造過程を説明するための第２の図である。 図１に示した実施形態の製造過程を説明するための第３の図である。 図１に示した実施形態の製造過程を説明するための第４の図である。 図１に示した実施形態の製造過程を説明するための第５の図である。 図１に示した実施形態の製造過程を説明するための第６の図である。 図１に示した実施形態が電圧印加用の一対の端子と電気的に接続される際の構成の一例を示した模式図である。 図１に示した実施形態の長手方向の端部を拡大して示した図である。 図１に示した実施形態の変形例についての図１０に対応する図である。 図１に示した実施形態の他の変形例についての図１０に対応する図である。 図１に示した実施形態の他の変形例についての図１に対応する図である。 図１３に示した変形例についての図２に対応する図である。 圧電デバイスの上下面における上方からみたときの中央部分に電圧印加用の一対の端子がそれぞれ接続される際の様子を示した図である。 図１に示した実施形態の他の変形例についての図１に対応する図である。 図１６に示した変形例についての図２に対応する図である。 図１に示した実施形態の他の変形例についての図１に対応する図である。 図１８に示した変形例についての図２に対応する図である。 図１に示した実施形態の他の変形例についての斜視図である。 従来の圧電デバイスについての図１に対応する図である。 図２１に示した圧電デバイスについての図２に対応する図である。 図２１に示した圧電デバイスが電圧印加用の一対の端子と電気的に接続される際の構成の一例を示した模式図である。 図２１に示した圧電デバイスの変形例についての図２２に対応する図である。
　以下、図１及び図２を参照しながら、本発明に係る圧電デバイスの実施形態（以下、「本実施形態」とも呼ぶ）について説明する。
（構成）
　図１及び図２に示すように、本実施形態は、長手方向（ｙ軸方向）を有する直方体状の積層焼成体である。本実施形態の長さ（焼成後のｙ軸方向の寸法）は０．５～３ｍｍ、幅（焼成後のｘ軸方向の寸法）は０．２～２ｍｍ、高さ（焼成後のｚ軸方向の寸法）は０．０５～０．２ｍｍである。本実施形態の長さは、本実施形態の幅及び高さよりも大きい。本実施形態は、圧電層１０、圧電層１０の上面に接合された上部電極膜２０、圧電層１０の下面に接合された下部電極膜３０、及び、上部電極膜２０の上面に接合された不活性層４０を備える。圧電層１０、上部電極膜３０、及び、下部電極膜４０の焼成積層体は、圧電素子を構成している。この圧電デバイスは、「ユニモルフ型」の圧電デバイスとも呼ばれる。
　圧電層１０は、平面形状が長方形の薄い焼成体である。圧電層１０の厚さ（焼成後）は０．０２～０．１ｍｍである。圧電層１０は、圧電効果（及び、逆圧電効果）を示す。圧電層１０を構成する材料（圧電体材料）としては、圧電セラミックス、電歪セラミックス、強誘電体セラミックス、或いは反強誘電体セラミックスが挙げられる。具体的な材料としては、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、ニオブ酸カリウムナトリウム、及び、タンタル酸ストロンチウムビスマス等を単独であるいは混合物として含有するセラミックスが挙げられる。圧電層１０を構成する圧電体材料の粒径は、０．５～２μｍである。なお、圧電層１０に圧電効果（及び、逆圧電効果）を示させるため、圧電層１０を構成する圧電体材料は、分極処理がなされた状態にある。
　上部電極膜２０、及び下部電極膜３０は共に、平面形状が長方形の薄い焼成体である。上部電極膜２０、及び下部電極膜３０の厚さは共に、０．８～３μｍである。上部電極膜２０、及び下部電極膜３０の平面形状は、圧電層１０のそれと同形である。上部電極膜２０、及び下部電極膜３０はそれぞれ、圧電層１０の上下面の全域に亘って設けられている。
　上部電極膜２０、及び下部電極膜３０を構成する材料（導電材料）としては、白金（Ｐｔ）、又は、パラジウム（Ｐｄ）、或いは、これらの合金が挙げられる。これは、白金、又は、パラジウムが、「融点が高く、且つ、酸化され難い（従って、酸化されることなく酸素雰囲気で安定して焼成され得る）」という特性を有することに基づく。なお、上部電極膜２０、及び下部電極膜３０は、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、金、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、鉛等の金属単体、もしくはこれらの合金で構成されてもよい。
　不活性層４０は、平面形状が長方形状の薄い焼成体である。不活性層４０の厚さ（焼成後）は０．０２～０．１ｍｍである。ただし、不活性層４０の長手方向（ｙ軸方向）の一端側の側面（ｙ軸正方向側の側面）における幅方向（ｘ軸方向）の中央部には、不活性層４０の厚さ方向の全域に亘って不活性層４０の面内方向（ｘ－ｙ平面方向）に窪んだ窪み部４０ａが形成されている。この例では、上方からみたとき、窪み部４０ａは半円状を呈している。
　このように、窪み部４０ａが設けられていることに起因して、上部電極膜２０の上面における「窪み部４０ａの底部に対応する部分」（以下、「露呈部分２０ａ」と呼ぶ）が外部に露呈し、上部電極膜２０の上面における残りの全ての部分が不活性層４０に覆われている。
　不活性層４０は、圧電効果（及び、逆圧電効果）を示さない。不活性層４０を構成する材料としては、セラミックス（圧電体材料を含む）が挙げられる。具体的な材料としては、ジルコニア、アルミナ、圧電セラミックス等が挙げられる。不活性層４０を構成する材料の粒径は、０．５～２μｍである。
　なお、金属は圧電体材料より熱膨張係数が大きい。従って、不活性層４０が金属で構成される場合、不活性層４０と圧電層１０との間の熱膨張係数の差が大きくなり、不活性層４０と圧電層１０との境界部に比較的大きな熱（せん断）応力が発生し得る。この結果、この境界部に剥離が発生し易い。これに対し、不活性層４０が「金属より熱膨張係数が小さい材料」で構成されると、不活性層４０と圧電層１０との間の熱膨張係数の差が比較的小さくなる。この結果、不活性層４０と圧電層１０との境界部に大きな熱応力が発生し難くなるので、上記熱応力に起因する剥離が発生し難くなる。
　更には、不活性層４０が、圧電層１０を構成する圧電体材料と同じ組成の圧電体材料で構成されると、更に好ましい。この構成では、不活性層４０と圧電層１０との間の熱膨張係数の差がなくなる。この結果、上記熱応力に起因する剥離が更に一層発生し難くなる。なお、この場合、不活性層４０に圧電効果（及び、逆圧電効果）を示させないため、不活性層４０を構成する圧電体材料は、分極処理が行われない状態で使用される。
　このように、不活性層４０が、圧電層１０を構成する圧電体材料と同じ組成の圧電体材料で構成される場合、不活性層４０を構成する圧電体材料の粒子の大きさが、圧電層１０を構成する圧電体材料の粒子の大きさより小さいことが好適である。
　一般に、圧電体材料の粒径が大きいほど、圧電体の圧電効果（及び、逆圧電効果）が大きくなる。一方、圧電体材料の粒径が小さいほど、圧電体の曲げ強度が大きくなる。上記構成では、不活性層４０を構成する圧電体材料の粒径を小さくし、且つ、圧電層１０を構成する圧電体材料の粒径を大きくすることができる。この結果、圧電デバイスの落下等の際、外部に露呈する不活性層４０が破損し難くなり、且つ、圧電層１０が発生する圧電効果（及び、逆圧電効果）を大きくすることができる。
　この圧電デバイスでは、印加される電圧（具体的には、上部電極膜２０及び下部電極膜３０の間に与えられる電位差）を調整することによって、圧電層１０の逆圧電効果による圧電デバイスの（ｚ軸方向の）変形量（撓み量）が制御され得る。この原理を利用することによって、この圧電デバイスは、対象物の位置を制御するアクチュエータとして利用され得る。この対象物として、光学レンズ、磁気ヘッド、光ヘッド等が挙げられる。
　また、この圧電デバイスでは、圧電層１０の圧電効果によって、圧電デバイスの（ｚ軸方向の）変形量（撓み量）に応じて上部電極膜２０及び下部電極膜３０の間に発生する電圧（電位差）が変化する。この原理を利用することによって、この圧電デバイスは、超音波センサ、加速度センサ、角速度センサ、衝撃センサ、質量センサ等の各種センサとしても利用され得る。
　また、この圧電デバイスでは、不活性層４０の曲げ剛性（具体的には、厚さ、材質等）を調整することによって、圧電素子の上面側及び下面側の間の曲げ剛性の相違の程度が調整され得る。この結果、圧電デバイスに印加される電圧に対する圧電デバイスの（ｚ軸方向の）変形量（撓み量）の関係（撓み特性）が調整され得る。
（製造方法）
　次に、図３～図８を参照しながら、本実施形態の製造方法について簡単に説明する。以下、「焼成前」であることは、対応する部材の名称の冒頭に「グリーン」を付し、或いは、対応する部材の符号の末尾に「ｇ」を付すことによって示される。以下に示す製法は、不活性層４０がセラミックスで構成される場合において、８個の本実施形態（圧電デバイス）を同一行程で製造する場合の一例である。
　先ず、図３に示すように、１枚の大きなグリーン不活性膜４０ｇが準備される。このグリーン不活性膜４０ｇは、ドクターブレード法等の周知の手法の一つを利用して不活性層４０を構成するセラミックス材料を含むペーストを成形することによって形成される。このグリーン不活性膜４０ｇにおける上方からみたときの所定の４か所には、円柱状の貫通孔がそれぞれ形成される。各貫通孔の側壁は、後に、上記窪み部４０ａの側壁４０ａ１（図１及び図２を参照）として使用される。
　次いで、図４に示すように、平面形状がグリーン不活性膜４０ｇと同形の、１枚のグリーン圧電膜１０ｇが準備される。このグリーン圧電膜１０ｇは、ドクターブレード法等の周知の手法の一つを利用して圧電層１０を構成する圧電体材料を含むペーストを成形することによって形成される。このグリーン圧電膜１０ｇの上下面における上方からみたときの上記４つの貫通孔に対応する４か所には、グリーン上部電極膜２０ｇ及びグリーン下部電極膜３０ｇがそれぞれ設けられる。
　続いて、図５に示すように、グリーン圧電膜１０ｇの上面に、グリーン不活性膜４０ｇが積層される。この結果、図６に示すように、上方からみたとき、上記各貫通孔が、対応するグリーン上部電極膜２０ｇ（及び各グリーン下部電極膜３０ｇ）の中央部分にそれぞれ位置している。なお、上述した例では、グリーン圧電膜１０ｇの下面にグリーン下部電極膜３０ｇが設けられた後に、グリーン圧電膜１０ｇの上面にグリーン不活性膜４０ｇが積層されているが、グリーン圧電膜１０ｇの上面にグリーン不活性膜４０ｇが積層された後に、グリーン圧電膜１０ｇの下面にグリーン下部電極膜３０ｇが設けられてもよい。
　次に、図７に示す切断線（２点鎖線を参照）に沿って、切断加工、パンチ加工等の機械加工が施される。この結果、図８に示すように、８つのグリーン圧電デバイスを同一工程で取り出すことができる。各グリーン圧電デバイスでは、それぞれ、上述した貫通孔の側壁の一部を利用して、上記窪み部４０ａに対応する窪みが形成されている。
　そして、上述のように取り出された各グリーン圧電デバイスに対し、所定温度（例えば、９００～１２００℃）で所定時間（例えば、最高温度の保持時間が、０．５～３時間）に亘って焼成が実行される。換言すれば、圧電層１０に対応するグリーン圧電膜１０ｇ、上部電極膜２０に対応するグリーン上部電極膜２０ｇ、下部電極膜３０に対応するグリーン下部電極膜３０ｇ、及び、不活性層４０に対応するグリーン不活性膜４０ｇが、共焼成される。この結果、図１及び図２に示す本実施形態（焼成後の圧電デバイス）が得られる。
　以上、不活性層４０がセラミックスで構成される場合における本実施形態の製法の一例について説明した。不活性層４０が金属で構成される場合、グリーン上部電極膜２０ｇ及びグリーン下部電極膜３０ｇが上下面にそれぞれ設けられたグリーン圧電膜１０ｇのみの状態（グリーン不活性膜４０ｇが積層されない状態）にて、上述した切断加工等が施され、その後、得られた各グリーン積層体が焼成される。この結果、不活性層４０を除いた状態にある図１及び図２に示す本実施形態（焼成体）が得られる。そして、この焼成体の上部電極２０の上面に、接着剤等を利用して、金属で構成された不活性層４０が接合される。これにより、図１及び図２に示す本実施形態（焼成後の圧電デバイス）が得られる。
（圧電デバイスの電気的接続の一例）
　本実施形態のような圧電デバイスは、上部及び下部電極膜が電圧印加用の一対の端子とそれぞれ電気的に接続されて使用される。本実施形態では、係る電気的接続を行う際、図９に示すように、上記「露呈部分２０ａ」（＝上部電極膜２０の上面における、窪み部４０ａの底部に対応する、外部に露呈する部分）が利用され得る。具体的には、図９に示す例では、端子（第１端子）８０と接続する導電部材８２が「露呈部分２０a」に接合され、導線（第２端子）８４が下部電極３０そのものに接合されることによって、上部電極膜２０及び下部電極膜３０が第１端子８０及び第２端子８４とそれぞれ電気的に接続され得る。圧電デバイスは、接着剤８６により端子８０に結合される。
（作用・効果）
　本実施形態によれば、上記「露呈部分２０ａ」が、上述した「上方露呈電極面」（＝上部電極膜と電気的に接続され、上方に向いた露呈する電極面）となり得る。従って、図９に示すように、上記「露呈部分２０ａ」を利用して、本実施形態に係る圧電デバイスの電気的接続を容易に行うことができる。この結果、この電気的接続が行い易くなり、その電気的接続の信頼性を高めることができる。
　加えて、本実施形態では、図２１及び図２２に示した圧電デバイスとは異なり、「上方露呈電極面」（＝「露呈部分２０ａ」）を確保するために側面電極膜（＝上記「上部側面電極膜」＋上記「下部側面電極膜」）を設ける必要がない。従って、上部電極膜２０及び下部電極膜３０をそれぞれ、圧電層１０の上下面の全域に亘って設けることができるので、上記「非駆動部」（上述した図２２を参照）をなくすことが可能である。この結果、圧電デバイスにおける「長手方向（ｙ軸方向）の全長に対する、最大撓み量（最大変形量）の割合」を大きくすることができる。
　更には、本実施形態では、上部電極膜２０の上面における「露呈部分２０ａ」以外の残りの全ての部分が不活性層４０に覆われている。換言すれば、不活性層４０と上部電極膜２０とで段差が形成されていない。ここで、上記段差が形成される態様（例えば、上方からみたとき、上部電極膜における長手方向の一部分にのみ不活性層が設けられることによって、「露呈部分２０ａ」以外にも上部電極膜２０の上面における露呈する部分が存在する態様）では、圧電デバイスの落下等の際、この段差の存在に起因して、圧電デバイスにクラックが生じ易くなる。即ち、本実施形態では、このような段差の存在に起因するクラックが発生し難くなる。
（変形例）
　本発明は本実施形態に限らず、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、本実施形態では、図１０に示すように、不活性層４０の長手方向（ｙ軸方向）の一端側の側面（ｙ軸正方向側の側面）における幅方向（ｘ軸方向）の中央部のみに、上方からみて半円状の窪み部４０ａが形成されている。これに対し、図１１に示すように、不活性層４０の長手方向（ｙ軸方向）の一端側の側面（ｙ軸正方向側の側面）における幅方向（ｘ軸方向）の全域に亘って、上方からみて半円状の窪み部４０ａが形成されていてもよい。この場合、上記半円の直径が不活性層４０の幅（ｘ軸方向の寸法）と一致する。また、上方からみて、窪み部４０ａの形状が半円状でなく、例えば、矩形状であってもよい。
　また、図１０及び図１１に示した例では、窪み部４０ａの側壁４０ａ１が「露呈部分２０ａ」から垂直に上方に延びているが、図１２に示すように、窪み部４０ａの側壁４０ａ１が「露呈部分２０ａ」から「垂直方向から傾いた方向」に上方に延びていてもよい。
　また、図１及び図２にそれぞれ対応する図１３及び図１４に示すように、圧電デバイスの上面側に延長電極膜５０が形成されてもよい。延長電極膜５０は、「露呈部分２０ａから連続するとともに、窪み部４０ａの側面４０ａ１に設けられた第１部分５１」と、「第１部分５１から連続するとともに、不活性層４０の上面における上方からみたときの中央部分まで連続する第２部分５２」と、を含む。
　通常、圧電層１０の分極処理、並びに、圧電デバイスの撓み（変形）の特性を評価する試験等を行うために、圧電デバイスに電圧を印加する場合などにおいて、圧電デバイスの上下面における上方からみたときの中央部分に電圧印加用の一対の端子をそれぞれ接続すると、作業が行い易くなるという事実がある。この点、図１３及び図１４に示す構成によれば、図１５に示すように、延長電極膜５０の第２部分５２、及び、下部電極膜３０における「上方からみたときの圧電デバイスの中央部分」に対応する部分に電圧印加用の一対の端子（＝第１端子８８、第２端子８９）をそれぞれ接続することができる。従って、分極処理、並びに、上記特性を評価する試験等の作業が行い易くなる。
　また、図１及び図２にそれぞれ対応する図１６及び図１７に示すように、下部電極膜３０の下面に不活性層６０が設けられてもよい。これにより、圧電素子の上面側に設けられた不活性層４０と、圧電素子の下面側に設けられた不活性層６０のそれぞれの曲げ剛性（具体的には、厚さ、材質等）を個別に調整することによって、圧電デバイスの撓み特性を調整する際の自由度を高めることができる。不活性層４０、６０の厚さ及び材質の少なくとも一つを異ならせることが好ましい。
　なお、図１６及び図１７に示す例では、不活性層６０の長手方向（ｙ軸方向）の他端側の側面（ｙ軸負方向側の側面）における幅方向（ｘ軸方向）の中央部に、不活性層６０の厚さ方向の全域に亘って不活性層６０の面内方向（ｘ－ｙ平面方向）に窪んだ窪み部６０ａが形成されている。この例では、下方からみたとき、窪み部６０ａは半円状を呈している。
　この窪み部６０ａが設けられていることに起因して、下部電極膜３０の下面における「窪み部６０ａの底部に対応する部分」（以下、「露呈部分３０ａ」と呼ぶ）が外部に露呈し、下部電極膜３０の下面における残りの全ての部分が不活性層６０に覆われている。上記露呈部分２０ａが、上部電極膜２０と対応する端子（第１端子）とを電気的に接続する際に利用されるのと同様（図９を参照）、この露呈部分３０ａも、下部電極膜３０と対応する端子（第２端子）とを電気的に接続する際に利用され得る。
　また、図１及び図２にそれぞれ対応する図１８及び図１９に示すように、下部電極膜３０の下面に、上記窪み部６０ａが設けられた不活性層６０が設けられ、且つ、圧電デバイスの上面側に上述した延長電極膜５０が形成され、且つ、圧電デバイスの下面側に延長電極膜７０が形成されてもよい。延長電極膜７０は、上記延長電極膜５０と同様、「露呈部分３０ａから連続するとともに、窪み部６０ａの側面６０ａ１に設けられた第１部分７１」と、「第１部分７１から連続するとともに、不活性層６０の下面における下方からみたときの中央部分まで連続する第２部分７２」と、を含む。
　この図１８及び図１９に示す例では、上述した図１３及び図１４に示す例についての上述した作用・効果、並びに、上述した図１６及び図１７に示す例についての上述した作用・効果の両方が奏され得る。
　図２０に示すように、窪み部４０ａの側面４０ａ１と不活性層４０の上面との境界に対応する角部を覆う電極膜５５が設けられてもよい。これにより、不活性層４０を構成するセラミックスの粒子の角部からの脱粒が発生し難くなる。電極膜５５は、望ましくは、露呈部分２０ａから窪み部４０ａの側面４０ａ１および角部を経由して不活性層４０の上面まで至る。
　また、本実施形態では、圧電層１０の内部に内部電極が設けられていないが、圧電層１０の内部に内部電極が設けられていてもよい。また、本実施形態は、上方からみて長手方向（ｙ軸方向）を有する長方形を呈しているが、「不活性層における長手方向の端面」（＝不活性層を長手方向からみたときにみえる不活性層の側面」における幅方向（ｘ軸方向）の両端が明確に定義される限りにおいて、上方からみて長方形以外の形状を呈していても良い。
　１０・・・圧電層、２０・・・上部電極膜、２０ａ・・・露呈部分、３０・・・下部電極膜、３０ａ・・・露呈部分、４０・・・不活性層、４０ａ・・・窪み部、５０・・・延長電極膜、６０・・・不活性層、６０ａ・・・窪み部、７０・・・延長電極膜

Claims (10)

  1. 　上方からみたときに長手方向を有する形状を備えた積層焼成体である圧電デバイスであって、
    　圧電体材料で構成される圧電層と、
    　前記圧電層の上面に設けられた上部電極膜と、
    　前記圧電層の下面に設けられた下部電極膜と、
    　前記上部電極膜の上面に設けられた、セラミックス材料で構成された第１不活性層と、
    　を備え、
    　前記第１不活性層における前記長手方向の端面に、前記第１不活性層の厚さ方向の全域に亘って前記第１不活性層の面内方向に窪んだ第１窪み部が形成され、前記上部電極膜の上面における前記第１窪み部の底部に対応する部分である第１露呈部分が露呈し、前記上部電極膜の上面における残りの部分が前記第１不活性層に覆われている、圧電デバイス。
  2. 　請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
    　前記第１不活性層は、金属より熱膨張係数が小さいセラミックス材料で構成された、圧電デバイス。
  3. 　請求項２に記載の圧電デバイスにおいて、
    　前記第１不活性層は、圧電セラミックス材料で構成された、圧電デバイス。
  4. 　請求項３に記載の圧電デバイスにおいて、
    　前記第１不活性層は、前記圧電層を構成する前記圧電体材料と同じ組成の圧電セラミックス材料で構成された、圧電デバイス。
  5. 　請求項４に記載の圧電デバイスにおいて、
    　前記第１不活性層を構成する前記圧電体材料の粒子の大きさが、前記圧電層を構成する前記圧電セラミックス材料の粒子の大きさより小さい、圧電デバイス。
  6. 　請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
    　前記圧電層と前記第１不活性層とが同時に焼成された、圧電デバイス。
  7. 　請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
    　前記第１窪み部の側面と前記第１不活性層の上面との境界に対応する角部が、電極膜で覆われている、圧電デバイス。
  8. 　請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の圧電デバイスであって、
    　前記上部電極膜の上面における前記第１露呈部分から、前記第１不活性層における前記第１窪み部の側面に対応する部分を経由して、前記第１不活性層の上面における上方からみたときの中央部分まで連続する、前記上部電極と電気的に接続された第１延長電極膜が形成された、圧電デバイス。
  9. 　請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の圧電デバイスであって、
    　前記下部電極膜の下面に設けられた、セラミックス材料で構成された第２不活性層を備え、
    　前記第２不活性層における前記長手方向の端面に、前記第２不活性層の厚さ方向の全域に亘って前記第２不活性層の面内方向に窪んだ第２窪み部が形成され、前記下部電極膜の下面における前記第２窪み部の底部に対応する部分である第２露呈部分が露呈し、前記下部電極膜の下面における残りの部分が前記第２不活性層に覆われている、圧電デバイス。
  10. 　請求項９に記載の圧電デバイスであって、
    　前記上部電極膜の上面における前記第１露呈部分から、前記第１不活性層における前記第１窪み部の側面に対応する部分を経由して、前記第１不活性層の上面における上方からみたときの中央部分まで連続する、前記上部電極と電気的に接続された第１延長電極膜が形成され、
    　前記下部電極膜の下面における前記第２露呈部分から、前記第２不活性層における前記第２窪み部の側面に対応する部分を経由して、前記第２不活性層の下面における下方からみたときの中央部分まで連続する、前記下部電極と電気的に接続された第２延長電極膜が形成された、圧電デバイス。
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