JP4566439B2 - 圧電／電歪デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電／電歪素子の変位動作を左右一対の両可動部に伝達して、両可動部の他端部側にて挟持された被制御部品を制御し、または、他端部側にて被検査部品を挟持する左右一対の両可動部の変位動作を圧電／電歪素子により検出して、被検査部品の特性を検出する形式の圧電／電歪デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
当該形式の従来の圧電／電歪デバイスは、図１に示すように、基体１０ａを構成する左右の両可動部１１，１２の外側面にそれぞれ圧電／電歪素子１０ｂを配設しているもので、両可動部１１，１２は、その一端部側にて連結部１３により互いに連結されて、その可動部本体１１ａ，１２ａが他端部側に延びていて、各可動部本体１１ａ，１２ａの他端部が被制御部品や被検査部品等部品Ｈが取付けられる取付部１１ｂ，１２ｂに形成されている。
【０００３】
各取付部１１ｂ，１２ｂは、各可動部本体１１ａ，１２ａの他端から所定の幅で内側の突出して、互いに所定間隔を保持して対向している。部品Ｈは、その両側面にて、接着剤ｈ1，ｈ2を介して、各取付部１１ｂ，１２ｂの内側面１１ｂ1，１２ｂ1（接合面）に固着されて、両可動部１１，１２の両取付部１１ｂ，１２ｂにて挟持される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
当該形式の圧電／電歪デバイスにおいて、取付けられる部品Ｈがデバイスの長手方向に長い場合には、図２に示すように、各取付部１１ｂ，１２ｂの長さＬ4を長くする必要がある。この場合、デバイスの全長Ｌ1は、各取付部１１ｂ，１２ｂの長さＬ4が伸びた分だけ長くなる。このように、取付ける部品Ｈの長さｈと各取付部１１ｂ，１２ｂの長さＬ４とが同じである場合には、デバイスの全長Ｌ1は部品Ｈの長さｈに制約されることになる。
【０００５】
一方、図２に示す長い部品Ｈを各取付部１１ｂ，１２ｂに取付ける場合、各取付部１１ｂ，１２ｂの長さＬ4を変えることなく、例えば図１に示すままにする場合には、部品Ｈの長さｈに拘わらず、デバイスの全長Ｌ１は変わらない。しかしながら、この場合には、各取付部１１ｂ，１２ｂの長さＬ4が部品Ｈの長さｈより短くなって、部品Ｈに対する接合面の面積（接着面積）が小さくなり、接着剤ｈ1，ｈ2として通常の樹脂製の接着剤を使用する場合には、部品Ｈに対する接着強度が低減することになる。部品Ｈに対する接着強度が低減することは、最悪の場合には、部品Ｈが各取付部１１ｂ，１２ｂから外れることになる。
【０００６】
長手方向の寸法ｈの長い部品Ｈは、それ以外の寸法や密度が変わらない場合、長さｈが長くなった分だけ部品Ｈの質量も増大することになって、接着面積が小さいとき、例えば、各取付部１１ｂ，１２ｂが図１に示す状態にある場合には、各接着剤ｈ1，ｈ2にかかる衝撃が大きくなって、各取付部１１ｂ，１２ｂから外れ易くなる。
【０００７】
当該形式の圧電／電歪デバイスにおいて、部品Ｈが取付部１１ｂ，１２ｂの一方から外れると、取付部１１ｂ，１２ｂの他方で、部品Ｈを支持して部品Ｈに加わる衝撃を受承しなければならない。この状態では、部品Ｈは他方の取付部から外れ易く、また、取付け状態の支持バランスが崩れて、捻れ力の作用で支持している１本の取付部やそれと連結している可動部が折れるおそれもある。
【０００８】
これに対処するためには、接着力の極めて高い接着剤を使用しなければならないが、接着面積がどれだけ小さくても十分な接着強度が確保できるような、特殊な接着剤は一般的ではないとともに、このような特殊な特性の接着剤を使用する場合においても自ずと限界がある。
【０００９】
当該形式の圧電／電歪デバイスにおいて、両取付部１１ｂ，１２ｂの変位を大きくしてデバイス特性を向上させる場合には、両可動部１１、１２の可動部本体１１ａ，１２ａを長くして、可動部本体１１ａ，１２ａの変位量を大きくする必要があるが、デバイスの全長Ｌ1を長くすることなく両可動部１１，１２の可動部本体１１ａ，１２ａを長くするには、両取付部１１ｂ，１２ｂを短くしなければならない。この結果、各取付部１１ｂ，１２ｂにおける接合面１１ｂ1，１２ｂ1の接着面積が一層小さくなって、各取付部１１ｂ，１２ｂの接合面１１ｂ1，１２ｂ1に対する部品Ｈの接着力が一層弱くなって、部品Ｈは接合面１１ｂ1，１２ｂ1から一層外れ易くて脱落し易くなる。
【００１０】
当該形式の圧電／電歪デバイスにおいては、部品Ｈを両可動部１１，１２の取付部１１ｂ，１２ｂに取付けるには、一般に、樹脂製の接着剤ｈ1，ｈ2を介して各接合面１１ｂ1，１２ｂ1に接着するが、樹脂製の接着剤ｈ1，ｈ2は室温以上の温度変化に対して硬度やヤング率に低下をきたす。圧電／電歪デバイスの使用状態の温度変化は、例えば室温〜１００℃の範囲の程度ではあるが、この温度範囲であっても、高温の場合には接着剤ｈ1，ｈ2が柔らかくなる。このため、外力が加わった場合の接着剤ｈ1，ｈ2の歪みは、室温の状態とこれより高温の状態とでは大きく異なることになり、当該形式の圧電／電歪デバイスのデバイス特性は、室温の状態では設定された通りであっても、高温の状態では大きく異なることになる。
【００１１】
図３および図４は、室温等の低温時と、室温より高温時におけるデバイスのそれぞれの作動状態を示している。このような温度変化の影響は、接着面積が小さくなるほど接着剤にかかる歪みがより大きくなるため温度変動の影響もより大きくなる。従って、接着面積は大きい方が温度変動の影響を小さくすることができる。
【００１２】
当該形式の圧電／電歪デバイスにおいて、部品Ｈの大きさが大きくなり質量が増えた場合には、デバイス自体を固定するための固定部１３は、部品Ｈとデバイス自身を合わせた質量を支えなければならず、衝撃を受けた場合には、固定部１３が外れ易くなる。接着面積を増やすために、固定部１３の長さＬ2を長くすると、デバイスの全長Ｌ1も長くなる。
【００１３】
従って、本発明の目的は、当該形式の圧電／電歪デバイスにおいて、デバイスの全長を変えることなく、かつ、取付部の接合面における接着面積を低減すことなく、各可動部の変位を大きくすること、および、各取付部と部品の接着およびデバイス自身の固定を十分に確保することにあり、さらには、特に大きく重い部品や接着強度を要する場合の部品とデバイスを強固に取付けることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧電／電歪デバイスおよびその製造方法に関するもので、相対向する一対の可動部およびこれら両可動部を一端部側にて互いに連結する固定部を有する基体における前記両可動部の少なくとも一方の外側面に圧電／電歪素子を配設してなる圧電／電歪デバイスを適用対象とするものである。
【００１５】
しかして、本発明に係る圧電／電歪デバイスにおいては、前記基体は前記両可動部の他端部側に被制御部品または被検査部品を取付ける一対の長尺の取付部を備えており、同取付部は前記可動部の他端から反転した状態で同可動部の内側面に沿って所定幅のスリット状の隙間を保持して所定長さ延びていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る圧電／電歪デバイスにおいては、前記基体を構成する固定部はその相対向する側部に、前記各可動部の内側面に沿って延びる所定幅のスリット状の一対の隙間を備える構成とすることができる。
【００１７】
本発明に係る圧電／電歪デバイスにおいては、前記基体は、複数のセラミックグリーンシートを多数積層し焼成してなるセラミック積層体にて構成されているものであり、または、 複数の金属板を多数積層し接合してなる金属積層体にて構成することができ、また、１枚の金属製の平板を屈曲して構成することもできるものである。
【００１８】
また、本発明に係る圧電／電歪デバイスにおいては、前記基体を構成する可動部と取付部間のスリット状の隙間、および／または、固定部の両可動部に沿ったスリット状の隙間は、当該圧電／電歪デバイスの動作時における前記可動部の変位を規制しない寸法に設定することができ、また、前記各取付部は前記各可動部と同一または近似する厚みに形成することができる。これらの基体を構成する各取付部の内側面には、被制御部品または被検査部品が接着剤を介して固着されていて、当該圧電／電歪デバイスは、前記被制御部品または被検査部品を前記両取付部にて挟持した状態で使用することができる。
【００１９】
本発明に係る圧電／電歪デバイスにおけるより具体的な構成は、相対向する一対の板状の可動部、これら両可動部を一端部側にて互いに連結する固定部、および、前記各可動部の他端部側に連結する取付部を有する基体と、同基体を構成する前記両可動部の少なくとも一方の外側面に配設された圧電／電歪素子を備えている圧電／電歪デバイスであって、前記各可動部と前記各取付部間にはスリット状の隙間が介在し、同スリット状の隙間の長さＬ12が前記各可動部と前記各取付部を連結している各連結部の長さＬ5よりも大きく設定されていることを特徴とするものである。当該圧電／電歪デバイスにおいては、前記スリット状の隙間の長さＬ12を前記各連結部の長さＬ5の少なくとも２倍、好ましくは５倍以上とする。
【００２０】
なお、当該圧電／電歪デバイスにおける連結部の長さＬ5、および、スリット状の隙間の長さＬ12は、図２１に示す圧電／電歪デバイスにおいて規定する部位の寸法を意味する。
【００２１】
本発明に係る圧電／電歪デバイスの製造方法は、相対向する一対の可動部と、これら両可動部を一端部側にて互いに連結する固定部と、前記各可動部の他端側から反転した状態で同可動部の内側面に沿って所定幅のスリット状の隙間を保持して所定長さ延びる取付部を有する基体における前記両可動部の少なくとも一方の外側面に圧電／電歪素子を配設してなる圧電／電歪デバイスを製造する方法である。
【００２２】
しかして、本発明に係る圧電／電歪デバイスの第１の製造方法は、前記基体の形成材料としてセラミックグリーンシートを多数積層し焼成してなる基体ブロックを採用し、同基体ブロックの所定の部位を前記セラミックグリーンシートの積層方向に沿って切断して、前記各可動部、前記固定部、および前記各取付部を有する基体を形成することを特徴とするものである。
【００２３】
本発明に係る圧電／電歪デバイスの第２の製造方法は、前記基体の形成材料として可撓性で屈曲加工の可能な金属製の平板を採用して、同平板を前記基体が平面状に展開された形状に打抜き加工して打抜構造体を形成し、同打抜構造体の所定の部位を屈曲して前記各可動部、前記固定部、および前記各取付部を有する基体を形成することを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明に係る圧電／電歪デバイスの第３の製造方法は、複数の金属製の板を多数積層し接着してなる基体ブロックを採用し、同基体ブロックの所定の部位を前記金属板の積層方向に沿って切断して、前記各可動部、前記固定部、および、前記各取付部を有する基体を形成することを特徴とするものである。
【００２５】
【発明の作用・効果】
本発明に係る圧電／電歪デバイスは、基体を構成する各可動部にそれぞれ長尺の取付部を備えているもので、各取付部の接合面が大きくて、各取付部と部品との接着面積を大きく設定することができる。このため、当該圧電／電歪デバイスによれば、各取付部の接合面に対する部品の接着力が強くて、部品は各取付部から容易に外れることがなく、衝撃に対して強い接合構造を構成することができるとともに、部品の一方の取付部からの離脱に起因する他方の取付部の損傷を防止することもできる。
【００２６】
また、当該接合構造では、各取付部が各可動部の他端から反転した状態で、可動部の内側面に沿って所定幅のスリット状の隙間を保持して所定長さ延びている。このため、デバイスの全長を長くすることなく、かつ、両可動部の変位特性を低下させることなく、各取付部と部品の接着力の強い接合構造を構成することができる。
【００２７】
また、当該接合構造は、取付部に接着する部品が大きくて質量が増大して、接着剤にかかる外力が大きくなった場合でも、デバイスの全長を長くしなくても接着面積を広く取れるので、接着面積当たりの歪みを小さくできる。このため、当該接合構造によれば、接着剤の温度変化に起因するデバイス特性に及ぼす影響を接着面積が狭い場合に比較して大幅に抑制して、設定されたデバイス特性を安定した状態で発揮する動作範囲を、低温から高温までの幅広い温度範囲に拡大することができる。
【００２８】
本発明に係る圧電／電歪デバイスにおいて、基体を構成する固定部の両側にスリット状の溝部を設けた場合、溝部の長さを深くすることで、デバイスの全長を長くすることなく、固定部の面積を増大させることができる。これにより、当該圧電／電歪デバイスを固定する接着面積を広くすることができて接着力が強くなり、当該圧電／電歪デバイスを強固に固定できる。 当該圧電／電歪デバイスに取付ける部品については、大型で質量が増大して、固定部がデバイスと部品を合わせた質量を保持しなければならない場合でも、接着力を十分高くできるのでデバイスの固定を安定化させることができる。
【００２９】
本発明に係る圧電／電歪デバイスを構成する基体としては、セラミックグリーンシートを多数積層し焼成してなるセラミック積層体にて構成されている基体（第１の基体）や、１枚の金属製の平板を屈曲して構成されている基体（第２の基体）、複数の金属板を多数積層し接着してなる金属積層体にて構成されている基体（第３の基体）を採用することができる。この場合、これらの基体を構成する各可動部と各取付部間のスリット状の隙間は、当該圧電／電歪デバイスの動作時における各可動部の変位を規制しないスリット幅に設定することが好ましく、また、各取付部は各可動部と同一または近似する厚みに形成することが好ましい。
これにより、長尺の取付部に起因する可動部の変位特性に及ぼす影響を極力防止することができる。
【００３０】
当該基体は、第１の基体にあっては、その形成材料として、セラミックグリーンシートを多数積層し焼成してなる基体ブロックを採用し、同基体ブロックの所定の部位をセラミック層の積層方向に沿って切断して基体を形成する手段により容易に製造することができる。また、第２の基体にあっては、その形成材料として、可撓性で屈曲加工の可能な金属製の平板を採用して、同平板を基体が平面状に展開された形状に打抜き加工して打抜構造体を形成し、同打抜構造体の所定の部位を屈曲して形成することにより容易に製造することができる。第３の基体にあっては、その形成材料として、可撓性で屈曲加工の可能な金属製の平板を採用して、同平板を多数積層し接着してなる基体ブロックを採用し、同基体ブロックの所定の部位を積層方向に沿って切断して基体を形成する手段により容易に製造することができる。
【００３１】
本発明に係る圧電／電歪デバイスによれば、各種トランスヂューサー、各種アクチュエータ、周波数領域機能部品(フィルタ)、トランス、通信用や動力用の振動子、発振子、ディスクリミネータなどの能動素子のほか、超音波センサ、加速度センサ、角速度センサや衝撃センサ、質量センサ等の各種センサ用のセンサ素子として利用することができ、特に光学機器、精密機器等の各種精密部品の変位や位置決め調整、角度調整機構に用いられる各種アクチュエータに好適に利用することができる。なお、本発明に係る圧電／電歪デバイスは、電気的エネルギーと機械的エネルギーを相互に変換する素子を包含する概念である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて説明するに、図５および図６には、本発明に係る第１の圧電／電歪デバイスが示されている。当該圧電／電歪デバイス１０は、基体１０ａと一対の圧電／電歪素子１０ｂからなり、また、基体１０ａはセラミックグリーンシートの積層体を焼成したものにて構成されている。
【００３３】
当該圧電／電歪デバイス１０において、基体１０ａは、一端側が閉塞しかつ他端側が開放状態にあるコ字状を呈するもので、左右一対の可動部１１，１２と、両可動部１１，１２をその一端部側にて互いに連結する固定部１３と、各可動部１１，１２の他端部側に連結部１４を介して連結する取付部１５，１６にて構成されている。これらの各部位１１〜１６はセラミック構造体からなる一体構造のものである。
【００３４】
当該基体１０ａにおいては、各可動部１１，１２はその外側面に各圧電／電歪素子１０ｂを貼着されていて動作部を構成し、固定部１３はその上面側または下面側にて、例えば、ハードディスクの磁気ヘッドを保持するサスペンションのジンバルに接着されて固定され、かつ、各取付部１５，１６の内側面には、例えば、被制御部品であるハードディスク用の磁気ヘッドＨが接着されて固定される。
【００３５】
当該基体を構成する各取付部１５，１６は、各可動部１１，１２の他端部側から反転した状態で、各可動部１１，１２の内側面に沿って一端部側へ所定長さ延びていて、各可動部１１，１２の内側面との間に、所定のスリット状の隙間１５ａ，１６ａを保持している。各取付部１５，１６は、各可動部１１，１２の略中央部にまで延びていて、その内側面が磁気ヘッドＨの接合面１５ｂ，１６ｂに形成されている。各接合面１５ｂ，１６ｂの全面には、接着剤１５ｃ，１６ｃを介して磁気ヘッドＨの各側面が接合される。接着剤１５ｃ，１６ｃとしては、エポキシ樹脂等からなる接着剤が採用されていて、大きな接着面積が確保されている。
【００３６】
各取付部１５，１６と各可動部１１，１２のスリット状の隙間１５ａ，１６ａは、当該圧電／電歪デバイス１０の動作時に、各可動部１１，１２の変位が規制されない寸法に設定されている。換言すれば、各可動部１１，１２が変位動作した際、各可動部１１，１２が各取付部１５，１６に当接しない間隔に設定されている。これにより、各可動部１１，１２の内面側に位置する取付部１５，１６に起因する各可動部１１，１２の変位特性、および、これに起因するデバイス特性に及ぼす影響を防止している。
【００３７】
当該圧電／電歪デバイス１０においては、各圧電／電歪素子１０ｂに電圧が印加されていない非作動時には図５に示す状態にあり、圧電／電歪デバイス１０の長軸ｍ（固定部１３の中心軸）と取付部１５，１６の中心軸ｎとはほぼ一致している。この状態で、例えば、図７（ａ）の波形図に示すように、一方の圧電／電歪素子１０ｂにおける一対の電極１７ａ，１７ｂに所定のバイアス電位Ｖｂを有するサイン波Ｗｂをかけ、同図（ｂ）に示すように、他方の圧電／電歪素子１０ｂにおける一対の電極１７ａ，１７ｂに、前記サイン波Ｗｂとはほぼ１８０度位相の異なるサイン波Ｗａをかける。この結果、一方の圧電／電歪素子１０ｂにおける一対の電極１７ａ，１７ｂに対して、例えば、最大値の電圧が印加された段階では、一方の圧電／電歪素子１０ｂにおける圧電／電歪層１７ｃは、その主面方向に収縮変位する。
【００３８】
これにより、当該圧電／電歪デバイス１０においては、例えば図６に示すように、一方の可動部１１に対して図示右方向（矢印Ａ方向）に撓ませる応力が発生し、この応力によって可動部１１は同方向に撓む。この場合、他方の圧電／電歪素子１０ｂにおける一対の電極１７ａ，１７ｂは、電圧が印加されない状態になるため、他方の可動部１２は、一方の可動部１１の撓みに追従して可動部１１と同じ方向へ撓む。この結果、両可動部１１ａ，１１ｂは、圧電／電歪デバイス１０の長軸ｍに対して、図示右方向へ変位する。この変位の変位量は、各圧電／電歪素子１０ｂに対する印加電圧の最大値に応じて変化する。電圧の最大値が大きくなるほど、変位量は大きくなる。
【００３９】
このように、当該圧電／電歪デバイス１０においては、圧電／電歪素子１０ｂの微小な変位が、両可動部１１，１２の撓みを利用して大きな変位動作に増幅されて両可動部１１，１２に伝達されることになるため、取付部１５，１６を圧電／電歪デバイス１０の長軸ｍに対して大きく変位させることが可能となり、例えば磁気ヘッドＨの位置制御を的確に行うことができる。
【００４０】
ところで、当該圧電／電歪デバイス１０においては、従来のこの種形式の圧電／電歪デバイスに比較して、下記のごとき種々の顕著な作用効果を奏するものである。すなわち、当該圧電／電歪デバイス１０においては、デバイスの全長を長くすることなく部品Ｈ（例えば磁気ヘッド）の接着面積を大きく設定して接着力を大幅に増大して、部品Ｈの各取付部１５，１６からの脱落や、各取付部１５，１６の損傷を防止することができる。また、部品Ｈを各取付部１５，１６の接合面１５ｂ，１６ｂに介在させる接着剤１５ｃ，１６ｃの厚みを薄くして、接着剤１５ｃ，１６ｃの温度変化に起因するデバイス特性に及ぼす影響を大幅に低減することができる。また、各可動部１１，１２のアーム長さ（可動部本体１１ａ，１２ａ）を長く設定することが可能であって、両可動部１１，１２の最大変位量を増大してデバイス特性の向上を図ることができる。
【００４１】
この種形式の従来の圧電／電歪デバイスを示す図１と、本発明の一例に係る圧電／電歪デバイス１０を示す図８には、圧電／電歪デバイスおよび基体の各部位の寸法関係を同一符号で示している。これら各図において、符号Ｌ1はデバイスの長さ（基体の全長でもある）、符号Ｌ2は基体における固定部の長さ、符号Ｌ3は基体における可動部のアームの長さ、符号Ｌ4は基体における取付部の接合面の長さである。また、符号Ｌ5は、本発明に係る圧電／電歪デバイスの特有の部位である連結部の長さ、符号Ｌ６は、本発明に係る圧電／電歪デバイスの特有の部位である、可動部と取付部間のスリット状の隙間の間隔である。
【００４２】
これらの図１，図８を参照すると明らかなように、本発明に係る圧電／電歪デバイス１０は従来の圧電／電歪デバイスに比較して、下記のごとき優れた作用効果を確認することができる。すなわち、当該圧電／電歪デバイス１０の作用効果の第１は、部品Ｈに対する接合部の長さＬ4が極めて長くて、基体の全長Ｌ1を長くせずして、部品Ｈに対する接着面積を大きく設定することができることであり、これにより、部品Ｈに対する接着力が著しく強くなって、部品Ｈの各取付部１５，１６からの脱落や、各取付部１５，１６の損傷を防止することができるものである。
【００４３】
当該圧電／電歪デバイス１０の作用効果の第２は、接合部の長さＬ4に起因して、部品Ｈに対する接着面積を大きく設定して部品Ｈの接着力を増大させることから、部品Ｈと各取付部１５，１６の接合面１５ｂ，１６ｂに介在させる接着剤１５ｃ，１６ｃの厚みを薄くすることができることであり、これにより、接着剤１５ｃ，１６ｃの温度変化によるデバイス特性に及ぼす影響を大幅に低減することができるものである。
【００４４】
当該圧電／電歪デバイス１の作用効果の第３は、各可動部１１，１２のアーム長さＬ3と取付部１５，１６の接合面１５ｂ，１６ｂの長さＬ4を互いに独立して設定することができることであり、これにより、基体の材質上の特性を考慮して、各可動部１１，１２のアーム長さＬ3、取付部１５，１６の接合面１５ｂ，１６ｂの長さＬ4を任意に長く設定してデバイス特性を向上させ、かつ、部品Ｈに対する接着力を一層強力にすることができるものである。
【００４５】
当該圧電／電歪デバイス１０においては、使用する部品Ｈが図９に示すように短い場合には、接着剤１５ｃ，１６ｃを部品Ｈの一端面側に回り込ませて接着強度を十分に確保するようにすることができ、また、図１０に示すように、部品Ｈが光ファイバーの断面のような円柱形である場合には、部品Ｈの外周と両取付部１５，１６間に接着剤１５ｃ，１６ｃを充填して接着強度を十分に確保するようにすることができる。
【００４６】
次ぎに、当該圧電／電歪デバイス１０を製造する具体的な方法を、図１１〜図１４に基づいて説明する。当該製造方法は、本発明に係る製造方法の第１の製造方法であり、当該製造方法では、各構成部材を以下のごとく定義する。図１１に示す各セラミックグリーンシート１８を積層して得られる図１２に示す積層体を、セラミックグリーン積層体１０Ａ1と称し、当該セラミックグリーン積層体１０Ａ1を焼成して一体化した図１３に示す積層体をセラミック積層体１０Ａ2と称し、当該セラミック積層体１０Ａ2から不要な部分を切除して取付部１５，１６、可動部１１，１２、および、固定部１３が一体の図１４に示す基体をセラミック基体１０ａと称する。
【００４７】
なお、当該製造方法においては、実際には、圧電／電歪デバイス１０を同一基板内に縦方向および横方向にそれぞれ複数個配置した形態で、最終的にセラミック積層体１０Ａ2をチップ単位に切断して、圧電／電歪デバイス１０を同一工程で多数個取りするものであるが、説明を簡単にするために、圧電／電歪デバイス１０の１個取りする方法について説明する。
【００４８】
本発明に係る第１の製造方法を採用するには、先ず、ジルコニア等のセラミック粉末にバインダ、溶剤、分散剤、可塑剤等を添加混合してスラリーを作製し、当該スラリーを脱泡処理後、リバースロールコーター法、ドクターブレード法等の方法により、所定の厚みを有するセラミックグリーンシートを作製する。
【００４９】
次に、セラミックグリーンシートを金型を用いた打抜加工やレーザ加工等の方法により、種々の形状や厚さに加工して、図１１に示す複数枚の基体形成用のセラミックグリーンシート１８を得る。これらセラミックグリーンシート１８ａ〜１８ｊは、少なくとも可動部１１，１２間に空間を形成するための窓部ｋ1が形成された複数枚（例えば４枚）のセラミックグリーンシート１８ｃ，１８ｄ，１８ｇ，１８ｈ、可動部１１，１２間に空間を形成するための窓部ｋ1と互いに対向する接合面１５ｂ，１６ｂを有する取付部１５，１６を形成するための窓部ｋ2が形成された複数枚（例えば７枚）のセラミックグリーンシート１８ｅ…１８ｆ、スリット状の隙間１５ａ，１６ａとなる窓部ｋ3が形成された複数枚（例えば２枚）のセラミックグリーンシート１８ｂ，１８ｉ、後に可動部１１，１２ 間となる複数枚（例えば２枚）のセラミックグリーンシート１８ａ，１８ｊを用意する。
【００５０】
その後、図１２に示すように、セラミックグリーンシート１８ａ，１８ｊにより、セラミックグリーンシート１８ｃ〜１８ｈ、セラミックグリーンシート１８ｂ，１８ｉ、セラミックグリーンシート１８ｅ…１８ｆを挟み込むようにして、これらセラミックグリーンシート１８を積層し圧着して、セラミックグリーン積層体１０Ａ1とする。この積層にあたっては、セラミックグリーンシート１８ｅ…１８ｆを中央に位置させて積層する。この場合、窓部ｋ2の存在により、圧着時に圧力がかからない部位が発生するため、積層・圧着の順番等を変更し、そのような部位が生じないようにする必要がある。その後、セラミックグリーン積層体１０Ａ1を焼成して、図１３に示すセラミック積層体１０Ａ2を得る。
【００５１】
なお、セラミックグリーン積層体１０Ａ1を形成するための積層回数や順序は、設定された構造に応じて適宜変更されるものであり、設定された構造に対応して、例えば窓部ｋ1〜ｋ3の形状、セラミックグリーンシート１８の枚数等を適宜変更することにより、設定された構造のセラミックグリーン積層体１０Ａ1を得ることができる。また、窓部ｋ1〜ｋ3の形状は、所望の機能に応じて決定することができ、セラミックグリーンシート１８の枚数、各セラミックグリーンシート１８の厚みも特に限定されるものではない。
【００５２】
積層した各セラミックグリーンシート１８に対する圧着は、熱を加えることにより、より一層積層性を向上させることができる。また、セラミックグリーンシート１８の積層に当たっては、セラミック粉末、バインダを主体としたペースト、スラリー等をセラミックグリーンシート１８上に塗布、印刷して、接合補助層とすることで、セラミックグリーンシート１８の界面の積層性を向上させることができる。この場合、セラミック粉末として、セラミックグリーンシート１８に使用されているセラミックと同一または類似する組成のセラミック粉末を採用することが好ましく、これにより、セラミックグリーンシート１８の積層の信頼を確保することができる。
【００５３】
なお、セラミックグリーンシート１８ａ，１８ｊが薄い厚みの場合には、プラスチックフィルム、特に、表面にシリコーン系の離型剤をコーティングしたポリエチレンテレフタレートフィルムを用いて取り扱うことが好ましい。
【００５４】
得られたセラミック積層体１０Ａ2には、図１３に示すように、その両表面、すなわち、積層されているセラミックグリーンシート１８ａ，１８ｊが形成する表面に、それぞれ圧電／電歪素子１０ｂを形成するための圧電／電歪素子体（後述する圧電／電歪素子体３０）を形成する。圧電／電歪素子体３０の形成法としては、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、電気泳動法等の厚膜形成法や、イオンビーム法、スパッタリング法、真空蒸着、イオンプレーティング法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、めっき等の薄膜形成法を用いることができる。このような膜形成法を用いて圧電／電歪素子体３０を形成することにより、接着剤を用いることなく、圧電／電歪素子１０ｂを可動部１１，１２に一体的に接合して配設することができ、信頼性、再現性を確保できると共に、集積化を容易にすることができる。
【００５５】
圧電／電歪素子体３０の形成には、特に、厚膜形成法を採用することが好ましい。圧電／電歪層３１〜３４の形成に厚膜形成法を用いれば、平均粒径０．０１〜５μｍ、好ましくは０．０５〜３μｍの圧電セラミックスの粒子、粉末を主成分とするペースト、スラリー、サスペンション、エマルジョンや、ゾル等を用いて膜化することができ、それを焼成することによって良好な圧電／電歪特性を得ることができるからである。
【００５６】
なお、圧電／電歪素子体３０を形成する電気泳動法は、膜を高い密度で、かつ、高い形状精度で形成できるという利点がある。また、スクリーン印刷法は、膜形成とパターン形成とを同時にできるため、製造工程の簡略化に有利である。
【００５７】
圧電／電歪素子体３０の形成について、より具体的に説明するならば、先ず、セラミックグリーン積層体１０Ａ1を１２００℃〜１６００℃の温度で焼成して一体化してセラミック積層体１０Ａ2を得た後、当該セラミック積層体１０Ａ2の両表面の所定位置に可動部１１，１２の電極３６を印刷、焼成し、次いで、圧電／電歪層３４を印刷、焼成し、さらに、他方の電極３５印刷、焼成し、これらを所定回数繰り返すとともに、この間に複数の圧電／電歪層３３〜３１を圧電／電歪層３４と同様に形成する。その後、各電極３５，３６を駆動回路に電気的に接続するための端子３７，３８を印刷、焼成する。なお、当該圧電／電歪素子体３０の形成では、最下層の電極３６を印刷、焼成し、圧電／電歪層３４と電極３５を印刷、焼成し、この単位で任意の回数、印刷、焼成を繰り返して、圧電／電歪素子体３０を形成してもよい。
【００５８】
当該圧電／電歪素子体３０の形成において、一方の電極３６として白金（Ｐｔ）、圧電／電歪層３１〜３４としてジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、他方の電極３５として金（Ａｕ）、端子３７，３８として銀（Ａｇ）というように、各部材の焼成温度が積層順に従って低くなるように材料を選定すると、ある焼成段階において、それより以前に焼成された材料の再焼結が起こらず、電極材等の剥離や凝集といった不具合の発生を回避することができる。なお、適当な材料を選択することにより、圧電／電歪素子体３０の各部材と端子３７，３８を逐次印刷して、１回で一体焼成することも可能であり、最外層の圧電／電歪層３１を形成した後に低温で最外層の電極３５等を設けることもできる。圧電／電歪素子体３０の各部材と端子３７，３８とは、必ずしも熱処理を必要としない。
【００５９】
圧電／電歪素子体３０の形成においては、セラミックグリーン積層体１０Ａ1の両表面、即ち、セラミックグリーンシート１８ａ，１８ｊの各表面に予め圧電／電歪素子体３０を形成しておき、セラミックグリーン積層体１０Ａ1と圧電／電歪素子体３０とを同時に焼成することも好適に行われる。同時焼成にあたっては、セラミックグリーン積層体１０Ａ1と圧電／電歪素子体３０の全ての構成膜に対して焼成を行うようにしてもよく、一方の電極３６とセラミックグリーン積層体１０Ａ1とを同時焼成したり、他方の電極３５を除く他の構成膜とセラミックグリーン積層体１０Ａ1とを同時焼成する方法等が挙げられる。
【００６０】
圧電／電歪素子体３０とセラミックグリーン積層体１０Ａ1とを同時焼成する方法としては、スラリー原料を用いたテープ成形法等によって圧電／電歪層３１〜３４の前駆体を成形し、この焼成前の圧電／電歪層３１〜３４の前駆体をセラミックグリーン積層体１０Ａ1の表面上に熱圧着等で積層し、同時に焼成して取付部１５，１６、可動部１１，１２、圧電／電歪層３１〜３４、固定部１３とを同時に作製する方法が挙げられる。但し、この方法では、上述した膜形成法を用いて、セラミックグリーン積層体１０Ａ1の表面および／または圧電／電歪層３１〜３４に予め電極３６を形成しておく必要がある。
【００６１】
その他の方法としては、セラミックグリーン積層体１０Ａ1の少なくとも最終的に可動部となる部分に、スクリーン印刷により圧電／電歪素子体３０の各構成層である電極３５，３６、圧電／電歪層３１〜３４を形成し、同時に焼成することが挙げられる。
【００６２】
圧電／電歪素子体３０の構成膜の焼成温度は、これを構成する材料によって適宜決定されるが、一般には、５００℃から１５００℃であり、圧電／電歪層３１〜３４に対しては、好ましくは１０００℃〜１４００℃である。この場合、圧電／電歪層３１〜３４の組成を制御するためには、圧電／電歪層３１〜３４の材料の蒸発源の存在下に焼結することが好ましい。なお、圧電／電歪層３１〜３４とセラミックグリーン積層体１０Ａ1を同時焼成する場合には、両者の焼成条件を合わせることが必要である。圧電／電歪素子体３０は、必ずしもセラミック積層体１０Ａ2またはセラミックグリーン積層体１０Ａ1の両面に形成されるものではなく、片面のみでももちろんよい。
【００６３】
圧電／電歪素子体３０を、セラミック積層体１０Ａ2上に直接形成しないで、別体として前述の方法で形成し、これを任意に切断して圧電／電歪素子１０ｂを形成し、このように形成された圧電／電歪素子１０ｂを、予め形成した基体１０ａに有機樹脂、ガラス等の接着剤で貼り付けて作成することもできる。
【００６４】
圧電／電歪素子体３０が形成されたセラミック積層体１０Ａ2は、所定の部位を切断されて、本発明に係る圧電／電歪デバイス１０に形成される。圧電／電歪素子体３０と一体のセラミック積層体１０Ａ2を、図１３に示す切断線Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3に沿って切断することにより、セラミック積層体１０Ａ2の側部と先端部が切除される。この切除によって、図１４に示すように、セラミック基体１０ａと圧電／電歪素子１０ｂが一体化された、互いに対向する接合面１５ｂ，１６ｂを有する取付部１５，１６を有する圧電／電歪デバイス１０が形成される。
【００６５】
セラミック積層体１０Ａ2と圧電／電歪素子体３０の切断のタイミングは、切断線Ｃ1，Ｃ2に沿って切断した後に切断線Ｃ3に沿って切断してもよく、切断線Ｃ3に沿って切断した後に切断線Ｃ1，Ｃ2に沿って切断してもよい。もちろん、これらの切断を同時に行うようにしてもよい。また、切断線Ｃ3と対向する固定部１３の端面も、例えば圧電／電歪デバイスの全長を精密に制御する等の際に切断線Ｃ4として適宜切断するようにしてもよい。
【００６６】
当該製造方法においては、セラミック積層体１０Ａ2から不要な部分を切除すると同時に、セラミック基体１０ａと圧電／電歪素子１０ｂが一体の、互いに対向する接合面１５ｂ，１６ｂを有する取付部１５，１６を有する圧電／電歪デバイス１０を得ることができるため、製造工程の簡略化を図ることができると共に、圧電／電歪デバイス１０の歩留まりを向上させることができる。
【００６７】
当該製造方法は、同一の基板（セラミック積層体１０Ａ2と圧電／電歪素子体３０の一体の構造体）を、圧電／電歪デバイス１０が縦方向および横方向にそれぞれ複数個配置した状態に構成して、同一工程で圧電／電歪デバイス１０を多数個取りする場合に特に好ましい。切除の方法としては、ダイシング加工、ワイヤーソウ加工等の機械加工のほか、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ等のレーザ加工や電子ビーム加工を適用することが可能である。セラミック積層体１０Ａ2の切り出しには、これらの加工方法を組み合わせて加工することになる。例えば、図１３に示す切断線Ｃ1，Ｃ2は、ワイヤーソウ加工とし、切断線Ｃ1，Ｃ2に直交する切断線Ｃ3，Ｃ4（固定部１３、取付部１５，１６の端面の形成）をダイシング加工とすることが好ましい。また、後述する圧電／電歪デバイス２０の作成方法と同様に、個々に切断されて形成されたセラミック基体１０ａと圧電／電歪素子１０ｂを別々に準備して、これらを接着して圧電／電歪デバイス１０を作成することもできる。
【００６８】
基体１０ａを構成する取付部１５，１６および固定部１３の材料としては、剛性を有する限りにおいて特に限定されないが、セラミックグリーンシート積層法を適用できるセラミックを用いることが好ましい。具体的には、安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニアをはじめとするジルコニア、アルミナ、マグネシア、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化チタンを主成分とする材料等が挙げられるほか、これらの混合物を主成分とした材料が挙げられるが、機械的強度や靭性が高い点において、ジルコニア、特に安定化ジルコニアを主成分とする材料と部分安定化ジルコニアを主成分とする材料が好ましい。
【００６９】
基体１０ａを構成する可動部１１，１２は、上述したように、圧電／電歪素子１０ｂの変位により駆動する部分である。可動部１１，１２は、可撓性を有する薄板状の部材であって、表面に配設された圧電／電歪素子１０ｂの伸縮変位を屈曲変位として増幅して、取付部１５，１６に伝達する機能を有する。従って、可動部１１，１２の形状や材質は、可撓性を有し、屈曲変形によって破損しない程度の機械的強度を有するものであれば足り、取付部１５，１６の応答性、操作性を考慮して適宜選択することができる。
【００７０】
可動部１１，１２の厚みＬ10は、２μｍ〜１００μｍ程度とすることが好ましく、可動部１１，１２と圧電／電歪素子１０ｂとを組み合わせた厚みは、７μｍ〜５００μｍとすることが好ましい。電極３５，３６の厚みは、０．１μｍ〜５０μｍ、圧電／電歪層３１〜３４の厚みは、３μｍ〜３００μｍとすることが好ましい。
【００７１】
可動部１１，１２を構成する材料としては、取付部１５，１６や固定部１３と同様のセラミックスを好適に用いることができ、ジルコニア、特に、安定化ジルコニアを主成分とする材料や部分安定化ジルコニアを主成分とする材料は、薄肉であっても機械的強度が大きいこと、靭性が高いこと、圧電／電歪層や電極材との反応性が小さいことから最も好適に用いられる。
【００７２】
安定化ジルコニアおよび部分安定化ジルコニアにおいては、次のように安定化または部分安定化されたものが好ましい。すなわち、ジルコニアを安定化または部分安定化させる化合物としては、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム、酸化カルシウム、および、酸化マグネシウムがあり、少なくともそのうちの１つの化合物を添加、含有させることにより、または、１種類の化合物の添加のみならず、それら化合物を組み合わせて添加することによっても、目的とするジルコニアの安定化は可能である。
【００７３】
なお、それぞれの化合物の添加量としては、酸化イットリウムや酸化イッテルビウムの場合にあっては、１〜３０モル％、好ましくは１．５〜１０モル％、酸化セリウムの場合にあっては、６〜５０モル％、好ましくは８〜２０モル％、酸化カルシウムや酸化マグネシウムの場合にあっては、５〜４０モル％、好ましくは５〜２０モル％とする。その中でも、特に酸化イットリウムを安定化材として用いることが好ましく、この場合には、１．５〜１０モル％、さらに好ましくは２〜４モル％とする。また、焼結助剤等の添加物として、アルミナ、シリカ、遷移金属酸化物等を０．０５〜２０ｗｔ％の範囲で添加することが可能であるが、圧電／電歪素子１０ｂの形成手法として、膜形成法による焼成一体化を採用する場合は、アルミナ、マグネシア、遷移金属酸化物等を添加物として添加することも好ましい。また、機械的強度と安定した結晶相が得られるように、ジルコニアの平均結晶粒子径を０．０５〜１μｍとすることが望ましい。また、上述のように、可動部１１，１２については、取付部１５，１６および固定部１３と同様のセラミックスを用いることができるが、好ましくは、実質的に同一の材料を用いて構成することが、接合部分の信頼性、圧電／電歪デバイス１０の強度、構造の煩雑さの低減を図る上で有利である。
【００７４】
図１５は、第１の圧電／電歪デバイス１０を変形した変形例を示すもので、変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａにおいては、基体１０ａを構成する固定部１３における各可動部１１，１２側の部位に、隙間１５ａ，１６ａに対向するスリット状の隙間１３ａ，１３ｂが設けられていて、スリット状の各隙間１５ａ，１６ａとスリット状の各隙間１３ａ，１３ｂの奥壁部に、樹脂製の弾性部材１９ａ，１９ｂが充填されているものである。
【００７５】
当該圧電／電歪デバイス１０Ａは、スリット状の隙間１５ａ，１６ａを介して各取付部１５，１６に対向する各可動部１１，１２の外方からの衝撃に対処すべく意図しているものである。当該圧電／電歪デバイス１０Ａにおいては、各可動部１１，１２に外方からの衝撃を受けた場合、各可動部１１，１２と各固定部１５，１６の連結部１４に集中する応力は、弾性部材１９ａ，１９ｂにより分散されかつ吸収されるものであり、連結部１４での応力集中に起因する各可動部１１，１２の耐衝撃性を向上させている。
【００７６】
図１６および図１７は、本発明に係る第２の圧電／電歪デバイス２０を示している。当該圧電／電歪デバイス２０は、基体２０ａと一対の圧電／電歪素子２０ｂからなり、また、基体２０ａは、１枚の金属製の平板を屈曲して構成されているものである。当該圧電／電歪デバイス２０において、基体２０ａは、左右一対の可動部２１，２２と、両可動部２１，２２をその一端部側にて互いに連結する固定部２３と、各可動部２１，２２の他端部側に連結部２４を介して連結する一対の取付部２５，２６にて構成されている。これらの各部位２１〜２６は、１枚の金属製の平板にて一体的に形成されており、また、圧電／電歪素子２０ｂは、第１の圧電／電歪デバイス１０を構成する圧電／電歪素子１０ｂと同じものである。
【００７７】
当該基体２０ａにおいては、各可動部２１，２２はその外側面に各圧電／電歪素子２０ｂを貼着されていて動作部を構成し、固定部２３はその下面側にて、例えば、ハードディスクの磁気ヘッドを保持するサスペンションのジンバルに接着されて固定され、かつ、各取付部２５の内側面には、例えば、被制御部品であるハードディスク用の磁気ヘッドＨが接着されて固定される。
【００７８】
当該基体２０ａを構成する各可動部２１，２２は、平板状の固定部２３の各側縁部から屈曲されて起立する細幅の平板状を呈するもので、固定部２３を越えて他端側へ所定長さ延びている。各取付部２５，２６は、各可動部２１，２２とは連結部２４を介して一体のもので、各可動部２１，２２の他端部側から反転した状態で、各可動部２１，２２の内側面に沿って一端部側へ所定長さ延びていて、各可動部２１，２２の内側面との間に、所定のスリット状の隙間２５ａ，２６ａを保持している。
【００７９】
各取付部２５，２６は、各可動部２１，２２の略中央部にまで延びていて、その内側面が磁気ヘッドＨの接合面２５ｂ，２６ｂに形成されていて、各接合面２５ｂ，２６ｂの全面に、圧電／電歪デバイス１０と同様に、磁気ヘッドＨの各側面が接着剤を介して接合される。接着剤としては、エポキシ樹脂等からなる接着剤が採用されていて、大きな接合面積が確保されている。
【００８０】
当該圧電／電歪デバイス２０を構成する基体２０ａは、各可動部２１，２２の他端部側から反転した状態で各可動部２１，２２の内側面に沿って一端部側へ所定長さ延びる各取付部２５，２６を備えていて、各取付部２５，２６が各可動部２１，２２の内側面との間に所定のスリット状の隙間２５ａ，２６ａを保持している点、および、各取付部２５，２６の内側面が部品Ｈの接合面２５ｂ，２６ｂに形成されている点で、圧電／電歪デバイス１０と実質的に同様であって、圧電／電歪デバイス１０と同様に作動し、同様の作用効果を奏するものである。しかして、本発明に係る第２の圧電／電歪デバイス２０を構成する基体２０ａは、下記に示す本発明に係る第２の製造方法にて形成される。
【００８１】
本発明に係る第２の圧電／電歪デバイス２０を構成する基体２０ａは、図１８に示す基体原板２０Ａを用いて形成される。基体原板２０Ａは、金属製の平板を、基体２０ａが平板状に展開された形状に打抜き加工して形成されているもので、同図に示す各２点鎖線Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3に沿って折曲げ加工される。基体原板２０Ａは、この折曲げ加工により、可動部２１，２２、固定部２３、連結部２４および取付部２５，２６からなる基体２０ａに形成される。当該基体２０においては、各可動部２１，２２と各取付部２５，２６間に、スリット状の隙間２５ａ，２６ａが確保される。このように折曲げ加工して作成された基体２０ａにおける各可動部２１，２２の外側面に、圧電／電歪素子２０ｂが接着剤を介して貼着されて、圧電／電歪デバイス２０が形成される。
【００８２】
第１の圧電／電歪デバイス１０および第２の圧電／電歪デバイス２０を構成する圧電／電歪素子１０ａ，２０ａには、従来公知の圧電／電歪素子を採用することができるが、各圧電／電歪デバイス１０，２０には、本出願人が開発した図２０に示す圧電／電歪素子３０Ａが採用される。圧電／電歪素子３０Ａは、圧電／電歪層が４層構造のものであり、圧電／電歪層３１，３２，３３、３４と、これらの両圧電／電歪層間に介在し包囲する第１，第２電極３５，３６と、一対の端子３７，３８にて構成されている。当該圧電／電歪素子３０Ａは、図１３に示す圧電／電歪素子体３０を切断して切出されたものに相当する。
【００８３】
圧電／電歪素子３０Ａを構成する圧電／電歪層３１〜３４には、圧電セラミックが用いられるが、電歪セラミック、強誘電セラミック、反強誘電セラミック等を用いることも可能である。但し、圧電／電歪デバイスをハードディスクドライブの磁気ヘッド位置決め等に使用する場合には、取付部の変位量と駆動電圧または出力電圧とのリニアリティが重要であることから、歪み履歴の小さい材料を用いることが好ましい。抗電界が１０ｋＶ／ｍｍ以下の材料を用いることが好ましい。
【００８４】
圧電／電歪層３１〜３４を形成するための材料としては、具体的には、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス等の単独、または、これらの適宜の混合物等を挙げることができる。特に、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛を主成分とする材料、または、チタン酸ナトリウムビスマスを主成分とする材料が好適である。
【００８５】
圧電／電歪層３１〜３４を形成するための材料には、適宜の材料を添加して、圧電／電歪層の特性を調整することができる。添加材としては、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン、セシウム、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、リチウム、ビスマス、スズ等の酸化物、または、最終的に酸化物となる材料の単独、もしくは、これらの適宜の混合物等を挙げることができる。例えば、主成分であるジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛等に、ランタンやストロンチウムを含有させることにより、抗電界や圧電特性を調整し得る利点がある。なお、シリカ等のガラス化し易い材料の添加は避けるべきである。何故ならば、シリカ等のガラス化し易い材料は、圧電／電歪層の熱処理時に圧電／電歪層と反応し易く、その組成を変化させて圧電特性を劣化させるからである。
【００８６】
圧電／電歪素子３０Ａを構成する電極３５，３６は、室温で固体であって、導電性に優れた金属材料で形成されることが好ましい。金属材料としては、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、パラジウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、鉛等の金属の単体、または、これら金属の合金等を挙げることができる。また、これらの金属材料に圧電／電歪層と同じ材料または異なる材料のセラミックスを分散させてなるサーメット材料を用いることもできる。
【００８７】
圧電／電歪素子３０Ａは、圧電／電歪層３１〜３４と各電極３５，３６を互いに積層した状態で、一体的に焼成することにより形成することが好ましい。この場合には、電極３５，３６としては、白金、パラジウム、またはこれらの合金等の高融点金属材料からなるもの、高融点金属材料と圧電／電歪層３１〜３４の形成材料や他のセラミック材料との混合物であるサーメット材料からなる電極を採用することが好ましい。電極３５，３６の厚みは、圧電／電歪素子３０の変位に影響を及ぼす要因になることから、極力薄い薄膜状であることが好ましい。このため、圧電／電歪層３１〜３４と一体に焼成されて形成される電極が極力薄い薄膜状となるためには、電極３５，３６を形成する材料は金属ペースト、例えば金レジネートペースト、白金レジネートペースト、銀レジネートペースト等の形態で使用することが好ましい。
【００８８】
圧電／電歪素子３０Ａの厚みは、各実施形態の圧電／電歪デバイス１０，２０の圧電／電歪素子１０ｂ，２０ｂとして使用する場合には、４０μｍ〜１８０μｍの範囲が好ましい。厚みが４０μｍ未満である場合には、取扱い中に破損し易く、また、厚みが１８０μｍを越える場合には、デバイスの小型化が困難となる。また、圧電／電歪素子は、圧電／電歪素子３０のごとく多層構造とすることによりその出力を増加させて、デバイスの変位の拡大を図ることができる。また、圧電／電歪素子を多層構造とすることにより、デバイスの剛性が向上することから、デバイスの共振周波数が高くなって、デバイスの変位動作を高速化できる利点がある。
【００８９】
圧電／電歪素子３０Ａは、圧電／電歪層３１〜３４と電極３５，３６を印刷またはテープ成形により積層して焼成してなる大面積の原板、例えば、圧電／電歪素子体３０を、ダイサー、スライサー、ワイヤーソウ等により所定寸法に多数個切出す手段で作成される。圧電／電歪素子３０Ａは、セラミック基体に比較して薄くて硬度が低いため、原板の切削速度を速く設定できて高速で大量に加工処理できる。
【００９０】
圧電／電歪素子３０Ａは、単純な板状構造であって取扱いが容易であり、また、表面積が小さいため汚れの付着量が少なくて汚れを除去し易い。但し、圧電／電歪素子３０Ａは、セラミック材料を主体とすることから、超音波洗浄では、適切な洗浄条件を設定する必要がある。原板から切出された圧電／電歪素子においては、ＵＳ洗浄で精密洗浄した後、大気中、１００℃〜１０００℃で熱処理することにより、セラミック材料の微細な気孔に入り込んでいる水分と有機物を完全に除去するようにすることが好ましい。
【００９１】
圧電／電歪素子３０Ａを、各実施形態に係る圧電／電歪デバイス１０，２０を構成する圧電／電歪素子１０ｂ，２０ｂとして採用する場合、各圧電／電歪素子３０Ａの基体に対する接着手段としては、エポキシ樹脂、ＵＶ樹脂、ホットメルト接着剤等の樹脂系接着剤や、ガラス、セメント、半田、ロウ材等の無機系の接着剤を使用することが好ましく、また、樹脂系接着剤に金属粉末やセラミック粉末を混合したものを使用することもできる。接着剤の硬度はショアＤで８０以上が好ましい。
【００９２】
なお、基体における圧電／電歪素子３０Ａが接着される表面の部位には、予め、ブラスト、エッチング、めっき等の粗面加工を施しておくことが好ましい。接着部位の表面粗さをＲａ＝０．１μｍ〜５μｍ程度にすることにより、接着面積を広げて接着強度を向上させることができる。この場合、圧電／電歪素子側の接着部位の表面も粗い方が好ましい。電極を基体とは導通させたくない場合には、最下層の圧電／電歪層の表面に電極を配置しないようにする。
【００９３】
接着剤として、半田、ロウ材を用いる場合には、濡れ性をよくするために、圧電／電歪素子の表面に金属材料の電極層を配置することが好ましい。接着剤の厚みは、１μｍ〜５０μｍの範囲であることが好ましい。接着剤の厚みは、薄い方がデバイスの変位および共振特性のばらつきを減らす点、および省スペース化の点で好ましいが、接着強度、変位、共振等の特性を確保するためには、採用する接着剤毎に最適の厚みを設定するようにする。
【００９４】
基体に圧電／電歪素子を接着する際には、圧電／電歪素子の電極が基体の固定部側となるようにして、圧電／電歪素子が固定部の屈曲位置に完全にかかるように接着する。圧電／電歪素子は、基体の固定部側の端部と一致させて接着することが好ましいが、圧電／電歪素子の端子と外部端子との接続を容易にするために、圧電／電歪素子を基体の端部から外方へ突出させて接着してもよい。但し、圧電／電歪素子は、金属製である基体に比較して破損し易いので、取扱いに注意が必要である。圧電／電歪素子を基体の所定位置に接着剤で貼り付けた後、切断加工、洗浄してデバイスを作成する
【００９５】
本発明に係る第３の圧電／電歪デバイスは、第１の圧電／電歪デバイス１０を構成する基体１０ａと同一形状の基体を、セラミックから金属に置き換えたもので、基体を形成する際に、基体材料を、セラミックから金属に変更したものである。また、当該圧電／電歪デバイスの製造には、本発明に係る第３の製造方法が採用される。
【００９６】
第３の製造方法においては、第１の製造方法でのセラミックグリーンシートに替えて金属板を準備し、これを積層して接着することにより基体を形成する。接着する手段としては、有機樹脂、ガラス等の接着剤による接着、ロウ付け、半田付け、拡散接合、超音波接合、熱圧着、クラッディング法等を採用することができる。また、各積層した金属板を、溶接等により一体化する手段を採用することもできる。
【００９７】
積層する各金属板の窓部の作成は、金型による打ち抜きの他に、レーザー加工、放電加工、エッチング、サンドブラスト等を採用することができる。基体を構成する金属板の材料は、圧電／電歪デバイス２０の基体２０ａの材料と同じ材料を採用することができる。
【００９８】
なお、当該製造方法においては、基体の構成材料として、金属板とセラミック板を合わせて使用することができ、これにより、ハイブリット構造の基体を形成することができる。さらに飛躍すれば、基体の構成材料として樹脂を採用して、樹脂製の基板を形成することができ、圧電／電歪デバイスの用途によっては、樹脂製の基体を構成部材とする圧電／電歪デバイスを構成することも可能である。
【００９９】
当該製造方法においては、金属板の積層一体化のための接着回数や順序は、何等限定されるものではなく、金属板の枚数、形状、厚み等については、設定された構造に応じて適宜決定される。鋳造による金属部材（ 厚板 ）を部分的に挟むうようにすることもできる。なお、当該製造方法においては、接着方法や材料に問題無ければ、金属板に替えて、カーボン材料や樹脂材料を採用することもできる。
【０１００】
使用する圧電／電歪素子については、圧電／電歪デバイス１０、２０の圧電／電歪素子１０ｂ，２０ｂと同様、圧電／電歪素子３０Ａ1を採用することができる。例えば、圧電／電歪素子体３０を、基体の所定位置に接着剤で貼り付けた後、切断加工、洗浄して、圧電／電歪デバイスを形成することができる。圧電／電歪素子は４層以上で構成されることが好ましい。また、圧電／電歪素子は１０層以下で構成されることが好ましい。圧電／電歪素子は印刷多層法で作成されることが好ましい。圧電／電歪素子の電極の位置ずれが５０μｍ以下であることが好ましい。圧電／電歪層の層数を増やせば、駆動力の増大は図られるが、それに伴い消費電力も増えるため実際に実施する場合には用途に応じて適宜層数を決めればよい。薄膜や厚膜等の膜形成方法を用いて製造することが好ましい。圧電／電歪素子を、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法等で支持基板上に作成して、支持基板ごと貼り付けてもよく、支持基板から剥がして貼り付けてもよい。
【０１０１】
金属材料で基体を構成する際には、少なくとも可動部は冷間圧延加工された金属板を採用することが好ましい。
【０１０２】
【実施例】
（実施例１）：本実施例では、本発明に係る第１の圧電／電歪デバイス１０を作成し、当該圧電／電歪デバイス１０、および、部品Ｈの各部位の寸法関係を図２１に示している。当該圧電／電歪デバイス１０における同一系統の符号Ｌは、デバイスの長さ（基体の全長）Ｌ1、基体における固定部の長さＬ2、基体における可動部のアームの長さＬ3、基体における取付部の接合面の長さＬ4、連結部の長さＬ5、可動部と取付部間のスリット状の隙間の間隔Ｌ6、両可動部間の間隔Ｌ7、両取付部部間の間隔Ｌ8、取付部の厚みＬ9、可動部の厚みＬ10、可動部の高さＬ11（紙面の表裏方向の距離）、スリット状の隙間の長さＬ12をそれぞれ示している。
【０１０３】
また、他の同一系統の符号Ｍは、デバイスの全幅Ｍ1、圧電／電歪素子の実質的駆動部の端部が固定部にかかる長さＭ2、取付部と圧電／電歪素子との厚みＭ3、部品Ｈの横方向長さＭ4、部品Ｈの縦方向の長さＭ5、接着剤の厚みＭ6をそれぞれ示している。
【０１０４】
当該圧電／電歪デバイス１０においては、両取付部の間隔Ｌ8と圧電／電歪デバイスの横方向長さＭ4の関係についてはＬ8≧Ｍ4であり、より好ましくはＬ8−Ｍ4である。Ｌ8＜Ｍ4の場合には、部品Ｈを挿入する際に両取付部間を拡げる必要があり、両取付部間を拡げる際にデバイスを破損するおそれがある。接着剤の厚みＭ6については、０．１〜０．００５ｍｍ、好ましくは、０．０５〜０．０１ｍｍである。接着剤の厚みＭ6が０．１ｍｍより厚い場合には、高温時の両可動部の変位に対する温度の影響が大きくなる。また、両取付部部間の間隔Ｌ8と電歪デバイスの横方向長さＭ4の差が小さいことから、部品Ｈを両取付部間に挿入したり、部品Ｈを各取付部間に接着剤を注入することが難しくて、接着剤の厚みの制御が難しい。このため、接着剤の厚みＭ6を０．０１ｍｍより薄く設定する場合には、部品Ｈに対する接着強度にばらつきが発生し易い。このため、接着剤の厚みＭ6は、より好ましくは０．０１〜０．０３ｍｍである。
【０１０５】
当該圧電／電歪デバイス１０においては、連結部の長さＬ5と可動部の厚みＬ10の関係についてはＬ5≧Ｌ10、連結部の長さＬ5と取付部の厚みＬ9の関係につていはＬ5≧Ｌ9である。連結部は、可動部と取付部を連結する部位であって、構造上最も弱い部位であることから、連結部の長さＬ5がこれらの関係を満たさない場合には、連結部が破損し易くなる。部品Ｈの縦方向の長さＭ5と取付部の接合面の長さＬ4の関係については、Ｍ5≧Ｌ4である。取付部の接合面は、部品Ｈに対する接着強度を確保すべく機能するものであり、取付部の接合面の長さＬ4を部品Ｈの縦方向の長さＭ5より長くしても意味がない。但し、採用する部品が当該部品Ｈと形状を異にする場合には、たとえば、図８および図９に示す形状の部品である場合には、この限りではない。
【０１０６】
当該圧電／電歪デバイス１０においては、可動部と取付部間のスリット状の隙間（スリット隙間）の間隔Ｌ6は、０．２〜０．００１ｍｍであり、好ましくは０．１〜０．０１ｍｍ、さらに好ましくは０．０７〜０．０３ｍｍである。スリット隙間の間隔Ｌ6が０．００１ｍｍ未満では、両可動部の高変位時に取付部と接触して可動部の変位動作を規制することなる。また、スリット隙間の間隔Ｌ6が０．２ｍｍよりも大きい場合には、デバイスの横方向の全幅Ｍ1が大きくなって無意味である。部品Ｈを取付部に接合する場合には、注入する接着剤がスリット隙間に回り込んで、スリット隙間を埋め込み易い。スリット隙間の間隔Ｌ6が０．０３ｍｍ以上である場合には、接着剤のスリット隙間への回り込みが抑制される。
【０１０７】
この場合、接着剤が取付部の接合面からはみ出さないように接着剤の量を制御することが重要であり、また、スリット隙間の間隔Ｌ6は接着剤の厚みＭ6より大きくすることが好ましい。なお、当該圧電／電歪デバイス１０においては、両可動部の高変位動作時に、可動部と取付部との当接を利用して、可動部の外部からの衝撃に対するストッパー機能を持たせる態様とすることもできる。
【０１０８】
スリット状の隙間の長さＬ12については、連結部の長さＬ5の２倍以上、好ましくは５倍以上とする。これにより、部品Ｈの長さＭ5と取付部の長さＬ4が同じにできない場合でも、換言すればＭ5＞Ｌ4の場合においても、部品Ｈに対する接着面積をより大きく設定して接着強度を確保し、かつ、可動部のアームの長さＬ3を長く設定して大きな変位を確保することができる。
【０１０９】
当該圧電／電歪デバイス１０においては、取付部の厚みＬ9は０．２〜０．１１ｍｍ、好ましくは０．１〜０．０２ｍｍ、より好ましくは０．０７〜０．０３ｍｍである。取付部の厚みＬ9が０．２ｍｍを越えるとデバイスの全幅Ｍ1が大きくなって好ましくなく、取付部の厚みＬ9が０．０１未満であると折損し易い。可動部の厚みＬ10は、０．２〜０．００１ｍｍ、好ましくは０．１〜０．０１ｍｍ、より好ましくは０．０８〜０．０３ｍｍである。デバイスの省スペース化の点からすれば、固定部の長さＬ2、可動部のアーム長さＬ3、連結部の長さＬ5、スリット隙間の間隔Ｌ6、取付部の厚みＬ9、可動部の厚みＬ10、接着剤の厚みＭ6はできるだけ小さいほうが好ましく、これにより、デバイスの全長Ｌ1および全幅Ｍ1が小さくなる。
【０１１０】
当該圧電／電歪デバイス１０においては、可動部のアーム長さＬ3は０．２〜３ｍｍ、好ましくは０．３〜２ｍｍである。取付部の接合面の長さＬ4は０．０５〜２ｍｍである。両可動部間の間隔Ｌ7は０．１〜２ｍｍ、好ましくは０．２〜１．６ｍｍである。取付部の厚みＬ9は０．００２〜０．１ｍｍ、好ましくは０．０１〜０．０８ｍｍである。可動部の高さＬ11は０．０５〜２ｍｍ、好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。取付部と圧電／電歪素子間との厚みＭ3は０．０００７〜０．５ｍｍである。これらの寸法にあっては、可動部のアーム長さＬ3／両可動部間の間隔Ｌ7は０．５〜１０、好ましくは０．５〜５である。両可動部間の間隔Ｌ7／可動部の厚みＬ10は０．５〜２０、好ましくは１〜１５、さらに好ましくは１〜１０である。可動部の厚みＬ10と可動部の高さＬ11とは、Ｌ10＜Ｌ11である。可動部の厚みＬ10と、圧電／電歪素子の実質的駆動部の端部が固定部にかかる長さＭ2とは、Ｍ2＞（Ｌ10）／２である。
【０１１１】
（実施例２）：本実施例では、本発明に係る第１の圧電／電歪デバイス１０を変形した変形例で、基体が図１５に示す圧電／電歪デバイスの基体に対応する形式の圧電／電歪デバイス１０Ｂを作成していて、当該圧電／電歪デバイス１０Ｂの各部位の寸法関係を図２２に示している。当該圧電／電歪デバイス１０Ｂにおける同一系統の符号Ｌは、実施例１にて形成した圧電／電歪デバイス１０と同一であるが、その一部の部位の寸法および部品Ｈの各部位の寸法は省略している。但し、当該圧電／電歪デバイス１０Ｂでは、圧電／電歪デバイス１０には存在しない、固定部におけるスリット状の隙間の幅Ｌ13、および固定部側のスリット状の隙間の長さＬ14を付加している。
【０１１２】
当該圧電／電歪デバイス１０Ｂにおいては、固定部のスリット状の隙間の幅Ｌ13は０．２〜０．００１ｍｍ、好ましくは０．１〜０．０１ｍｍ、さらに好ましくは０．０７〜０．０３ｍｍである。また、固定部のスリット状の隙間の長さＬ14は、固定部が部品Ｈと干渉するまでの長さとすることができるが、好ましくは０．０５〜２ｍｍ、さらに好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。なお、その他の部位の寸法は、実施例１にて作成している圧電／電歪デバイス１０と同一寸法に設定している。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の圧電／電歪デバイスの一例を示す平面図である。
【図２】従来の圧電／電歪デバイスの他の一例を示す平面図である。
【図３】従来の一例に係る圧電／電歪デバイスの動作状態を示す平面図である。
【図４】同圧電／電歪デバイスの動作時の不具合が発生した状態を示す平面図である。
【図５】本発明に係る第１の圧電／電歪デバイスを示す平面図である。
【図６】同圧電／電歪デバイスの動作状態を示す平面図である。
【図７】同圧電／電歪デバイスの各圧電／電歪素子に印加される電圧の波形図（ａ），（ｂ）である。
【図８】同圧電／電歪デバイスの従来の圧電／電歪デバイス（図１に図示）に対する寸法関係を示す平面図である。
【図９】同圧電／電歪デバイスの異なる部品を挟持した状態を示す平面図である。
【図１０】同圧電／電歪デバイスのさらに異なる部品を挟持した状態を示す平面図である。
【図１１】同圧電／電歪デバイスの基体を構成する各セラミックグリーンシートを示す斜視図である。
【図１２】同セラミックグリーンシートを積層して形成されたセラミックグリーンシート積層体を示す一部省略斜視図である。
【図１３】同セラミックグリーンシート積層体を焼成して形成したセラミック積層体と圧電／電歪素子体を一体とした構造体を示す斜視図である。
【図１４】同構造体を切断して形成した同圧電／電歪デバイスを示す斜視図である。
【図１５】同圧電／電歪デバイスの変形例を示す平面図である。
【図１６】本発明に係る第２の圧電／電歪デバイスを示す斜視図である。
【図１７】同圧電／電歪デバイスであって、部品を挟持していない状態を示す斜視図である。
【図１８】同圧電／電歪デバイスを構成する基体を形成するための基体原板を示す斜視図である。
【図１９】同基体原板から形成された基体を示す斜視図である。
【図２０】本発明の圧電／電歪デバイスで採用される圧電／電歪素子を拡大して示す斜視図である。
【図２１】本発明に係る実施例１で作成した圧電／電歪デバイスの寸法関係を示す平面図である。
【図２２】本発明に係る実施例２で作成した圧電／電歪デバイスの寸法関係を示す平面図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｂ…圧電／電歪デバイス、１０Ａ1…セラミックグリーンシート積層体、１０Ａ2…セラミック積層体、１０ａ…基体、１０ｂ…圧電／電歪素子、１１，１２…可動部、１３…固定部、１３ａ，１３ｂ…スリット状の隙間、１４…連結部、１５，１６…取付部、１５ａ，１６ａ…スリット状の隙間、１５ｂ，１６ｂ…接合面、１５ｃ，１６ｃ…接着剤、１７ａ，１７ｂ…電極、１７ｃ…圧電／電歪層、１８（１８ａ〜１８ｊ）…セラミックグリーンシート、１９ａ，１９ｂ…弾性部材、２０…圧電／電歪デバイス、２０Ａ…基体原板、２０ａ…基体、２０ｂ…圧電／電歪素子、２１，２２…可動部、２３…固定部、２４…連結部、２５，２６…取付部、２５ａ，２６ａ…隙間、２５ｂ，２６ｂ…接合面、３０…圧電／電歪素子体、３０Ａ…圧電／電歪素子、３１〜３４…圧電／電歪層、３５，３６…電極、３７，３８…端子。
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電／電歪素子の変位動作を左右一対の両可動部に伝達して、両可動部の他端部側にて挟持された被制御部品を制御し、または、他端部側にて被検査部品を挟持する左右一対の両可動部の変位動作を圧電／電歪素子により検出して、被検査部品の特性を検出する形式の圧電／電歪デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
当該形式の従来の圧電／電歪デバイスは、図１に示すように、基体１０ａを構成する左右の両可動部１１，１２の外側面にそれぞれ圧電／電歪素子１０ｂを配設しているもので、両可動部１１，１２は、その一端部側にて連結部１３により互いに連結されて、その可動部本体１１ａ，１２ａが他端部側に延びていて、各可動部本体１１ａ，１２ａの他端部が被制御部品や被検査部品等部品Ｈが取付けられる取付部１１ｂ，１２ｂに形成されている。
【０００３】
各取付部１１ｂ，１２ｂは、各可動部本体１１ａ，１２ａの他端から所定の幅で内側の突出して、互いに所定間隔を保持して対向している。部品Ｈは、その両側面にて、接着剤ｈ1，ｈ2を介して、各取付部１１ｂ，１２ｂの内側面１１ｂ1，１２ｂ1（接合面）に固着されて、両可動部１１，１２の両取付部１１ｂ，１２ｂにて挟持される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
当該形式の圧電／電歪デバイスにおいて、取付けられる部品Ｈがデバイスの長手方向に長い場合には、図２に示すように、各取付部１１ｂ，１２ｂの長さＬ4を長くする必要がある。この場合、デバイスの全長Ｌ1は、各取付部１１ｂ，１２ｂの長さＬ4が伸びた分だけ長くなる。このように、取付ける部品Ｈの長さｈと各取付部１１ｂ，１２ｂの長さＬ４とが同じである場合には、デバイスの全長Ｌ1は部品Ｈの長さｈに制約されることになる。
【０００５】
一方、図２に示す長い部品Ｈを各取付部１１ｂ，１２ｂに取付ける場合、各取付部１１ｂ，１２ｂの長さＬ4を変えることなく、例えば図１に示すままにする場合には、部品Ｈの長さｈに拘わらず、デバイスの全長Ｌ１は変わらない。しかしながら、この場合には、各取付部１１ｂ，１２ｂの長さＬ4が部品Ｈの長さｈより短くなって、部品Ｈに対する接合面の面積（接着面積）が小さくなり、接着剤ｈ1，ｈ2として通常の樹脂製の接着剤を使用する場合には、部品Ｈに対する接着強度が低減することになる。部品Ｈに対する接着強度が低減することは、最悪の場合には、部品Ｈが各取付部１１ｂ，１２ｂから外れることになる。
【０００６】
長手方向の寸法ｈの長い部品Ｈは、それ以外の寸法や密度が変わらない場合、長さｈが長くなった分だけ部品Ｈの質量も増大することになって、接着面積が小さいとき、例えば、各取付部１１ｂ，１２ｂが図１に示す状態にある場合には、各接着剤ｈ1，ｈ2にかかる衝撃が大きくなって、各取付部１１ｂ，１２ｂから外れ易くなる。
【０００７】
当該形式の圧電／電歪デバイスにおいて、部品Ｈが取付部１１ｂ，１２ｂの一方から外れると、取付部１１ｂ，１２ｂの他方で、部品Ｈを支持して部品Ｈに加わる衝撃を受承しなければならない。この状態では、部品Ｈは他方の取付部から外れ易く、また、取付け状態の支持バランスが崩れて、捻れ力の作用で支持している１本の取付部やそれと連結している可動部が折れるおそれもある。
【０００８】
これに対処するためには、接着力の極めて高い接着剤を使用しなければならないが、接着面積がどれだけ小さくても十分な接着強度が確保できるような、特殊な接着剤は一般的ではないとともに、このような特殊な特性の接着剤を使用する場合においても自ずと限界がある。
【０００９】
当該形式の圧電／電歪デバイスにおいて、両取付部１１ｂ，１２ｂの変位を大きくしてデバイス特性を向上させる場合には、両可動部１１、１２の可動部本体１１ａ，１２ａを長くして、可動部本体１１ａ，１２ａの変位量を大きくする必要があるが、デバイスの全長Ｌ1を長くすることなく両可動部１１，１２の可動部本体１１ａ，１２ａを長くするには、両取付部１１ｂ，１２ｂを短くしなければならない。この結果、各取付部１１ｂ，１２ｂにおける接合面１１ｂ1，１２ｂ1の接着面積が一層小さくなって、各取付部１１ｂ，１２ｂの接合面１１ｂ1，１２ｂ1に対する部品Ｈの接着力が一層弱くなって、部品Ｈは接合面１１ｂ1，１２ｂ1から一層外れ易くて脱落し易くなる。
【００１０】
当該形式の圧電／電歪デバイスにおいては、部品Ｈを両可動部１１，１２の取付部１１ｂ，１２ｂに取付けるには、一般に、樹脂製の接着剤ｈ1，ｈ2を介して各接合面１１ｂ1，１２ｂ1に接着するが、樹脂製の接着剤ｈ1，ｈ2は室温以上の温度変化に対して硬度やヤング率に低下をきたす。圧電／電歪デバイスの使用状態の温度変化は、例えば室温〜１００℃の範囲の程度ではあるが、この温度範囲であっても、高温の場合には接着剤ｈ1，ｈ2が柔らかくなる。このため、外力が加わった場合の接着剤ｈ1，ｈ2の歪みは、室温の状態とこれより高温の状態とでは大きく異なることになり、当該形式の圧電／電歪デバイスのデバイス特性は、室温の状態では設定された通りであっても、高温の状態では大きく異なることになる。
【００１１】
図３および図４は、室温等の低温時と、室温より高温時におけるデバイスのそれぞれの作動状態を示している。このような温度変化の影響は、接着面積が小さくなるほど接着剤にかかる歪みがより大きくなるため温度変動の影響もより大きくなる。従って、接着面積は大きい方が温度変動の影響を小さくすることができる。
【００１２】
当該形式の圧電／電歪デバイスにおいて、部品Ｈの大きさが大きくなり質量が増えた場合には、デバイス自体を固定するための固定部１３は、部品Ｈとデバイス自身を合わせた質量を支えなければならず、衝撃を受けた場合には、固定部１３が外れ易くなる。接着面積を増やすために、固定部１３の長さＬ2を長くすると、デバイスの全長Ｌ1も長くなる。
【００１３】
従って、本発明の目的は、当該形式の圧電／電歪デバイスにおいて、デバイスの全長を変えることなく、かつ、取付部の接合面における接着面積を低減すことなく、各可動部の変位を大きくすること、および、各取付部と部品の接着およびデバイス自身の固定を十分に確保することにあり、さらには、特に大きく重い部品や接着強度を要する場合の部品とデバイスを強固に取付けることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧電／電歪デバイスおよびその製造方法に関するもので、相対向する一対の可動部およびこれら両可動部を一端部側にて互いに連結する固定部を有する基体における前記両可動部の少なくとも一方の外側面に圧電／電歪素子を配設してなる圧電／電歪デバイスを適用対象とするものである。
【００１５】
しかして、本発明に係る圧電／電歪デバイスにおいては、前記基体は前記両可動部の他端部側に被制御部品または被検査部品を取付ける一対の長尺の取付部を備えており、同取付部は前記可動部の他端から反転した状態で同可動部の内側面に沿って所定幅のスリット状の隙間を保持して所定長さ延びていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る圧電／電歪デバイスにおいては、前記基体を構成する固定部はその相対向する側部に、前記各可動部の内側面に沿って延びる所定幅のスリット状の一対の隙間を備える構成とすることができる。
【００１７】
本発明に係る圧電／電歪デバイスにおいては、前記基体は、複数のセラミックグリーンシートを多数積層し焼成してなるセラミック積層体にて構成されているものであり、または、 複数の金属板を多数積層し接合してなる金属積層体にて構成することができ、また、１枚の金属製の平板を屈曲して構成することもできるものである。
【００１８】
また、本発明に係る圧電／電歪デバイスにおいては、前記基体を構成する可動部と取付部間のスリット状の隙間、および／または、固定部の両可動部に沿ったスリット状の隙間は、当該圧電／電歪デバイスの動作時における前記可動部の変位を規制しない寸法に設定することができ、また、前記各取付部は前記各可動部と同一または近似する厚みに形成することができる。これらの基体を構成する各取付部の内側面には、被制御部品または被検査部品が接着剤を介して固着されていて、当該圧電／電歪デバイスは、前記被制御部品または被検査部品を前記両取付部にて挟持した状態で使用することができる。
【００１９】
本発明に係る圧電／電歪デバイスにおけるより具体的な構成は、相対向する一対の板状の可動部、これら両可動部を一端部側にて互いに連結する固定部、および、前記各可動部の他端部側に連結する取付部を有する基体と、同基体を構成する前記両可動部の少なくとも一方の外側面に配設された圧電／電歪素子を備えている圧電／電歪デバイスであって、前記各可動部と前記各取付部間にはスリット状の隙間が介在し、同スリット状の隙間の長さＬ12が前記各可動部と前記各取付部を連結している各連結部の長さＬ5よりも大きく設定されていることを特徴とするものである。当該圧電／電歪デバイスにおいては、前記スリット状の隙間の長さＬ12を前記各連結部の長さＬ5の少なくとも２倍、好ましくは５倍以上とする。
【００２０】
なお、当該圧電／電歪デバイスにおける連結部の長さＬ5、および、スリット状の隙間の長さＬ12は、図２１に示す圧電／電歪デバイスにおいて規定する部位の寸法を意味する。
【００２１】
本発明に係る圧電／電歪デバイスの製造方法は、相対向する一対の可動部と、これら両可動部を一端部側にて互いに連結する固定部と、前記各可動部の他端側から反転した状態で同可動部の内側面に沿って所定幅のスリット状の隙間を保持して所定長さ延びる取付部を有する基体における前記両可動部の少なくとも一方の外側面に圧電／電歪素子を配設してなる圧電／電歪デバイスを製造する方法である。
【００２２】
しかして、本発明に係る圧電／電歪デバイスの第１の製造方法は、前記基体の形成材料としてセラミックグリーンシートを多数積層し焼成してなる基体ブロックを採用し、同基体ブロックの所定の部位を前記セラミックグリーンシートの積層方向に沿って切断して、前記各可動部、前記固定部、および前記各取付部を有する基体を形成することを特徴とするものである。
【００２３】
本発明に係る圧電／電歪デバイスの第２の製造方法は、前記基体の形成材料として可撓性で屈曲加工の可能な金属製の平板を採用して、同平板を前記基体が平面状に展開された形状に打抜き加工して打抜構造体を形成し、同打抜構造体の所定の部位を屈曲して前記各可動部、前記固定部、および前記各取付部を有する基体を形成することを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明に係る圧電／電歪デバイスの第３の製造方法は、複数の金属製の板を多数積層し接着してなる基体ブロックを採用し、同基体ブロックの所定の部位を前記金属板の積層方向に沿って切断して、前記各可動部、前記固定部、および、前記各取付部を有する基体を形成することを特徴とするものである。
【００２５】
【発明の作用・効果】
本発明に係る圧電／電歪デバイスは、基体を構成する各可動部にそれぞれ長尺の取付部を備えているもので、各取付部の接合面が大きくて、各取付部と部品との接着面積を大きく設定することができる。このため、当該圧電／電歪デバイスによれば、各取付部の接合面に対する部品の接着力が強くて、部品は各取付部から容易に外れることがなく、衝撃に対して強い接合構造を構成することができるとともに、部品の一方の取付部からの離脱に起因する他方の取付部の損傷を防止することもできる。
【００２６】
また、当該接合構造では、各取付部が各可動部の他端から反転した状態で、可動部の内側面に沿って所定幅のスリット状の隙間を保持して所定長さ延びている。このため、デバイスの全長を長くすることなく、かつ、両可動部の変位特性を低下させることなく、各取付部と部品の接着力の強い接合構造を構成することができる。
【００２７】
また、当該接合構造は、取付部に接着する部品が大きくて質量が増大して、接着剤にかかる外力が大きくなった場合でも、デバイスの全長を長くしなくても接着面積を広く取れるので、接着面積当たりの歪みを小さくできる。このため、当該接合構造によれば、接着剤の温度変化に起因するデバイス特性に及ぼす影響を接着面積が狭い場合に比較して大幅に抑制して、設定されたデバイス特性を安定した状態で発揮する動作範囲を、低温から高温までの幅広い温度範囲に拡大することができる。
【００２８】
本発明に係る圧電／電歪デバイスにおいて、基体を構成する固定部の両側にスリット状の溝部を設けた場合、溝部の長さを深くすることで、デバイスの全長を長くすることなく、固定部の面積を増大させることができる。これにより、当該圧電／電歪デバイスを固定する接着面積を広くすることができて接着力が強くなり、当該圧電／電歪デバイスを強固に固定できる。 当該圧電／電歪デバイスに取付ける部品については、大型で質量が増大して、固定部がデバイスと部品を合わせた質量を保持しなければならない場合でも、接着力を十分高くできるのでデバイスの固定を安定化させることができる。
【００２９】
本発明に係る圧電／電歪デバイスを構成する基体としては、セラミックグリーンシートを多数積層し焼成してなるセラミック積層体にて構成されている基体（第１の基体）や、１枚の金属製の平板を屈曲して構成されている基体（第２の基体）、複数の金属板を多数積層し接着してなる金属積層体にて構成されている基体（第３の基体）を採用することができる。この場合、これらの基体を構成する各可動部と各取付部間のスリット状の隙間は、当該圧電／電歪デバイスの動作時における各可動部の変位を規制しないスリット幅に設定することが好ましく、また、各取付部は各可動部と同一または近似する厚みに形成することが好ましい。
これにより、長尺の取付部に起因する可動部の変位特性に及ぼす影響を極力防止することができる。
【００３０】
当該基体は、第１の基体にあっては、その形成材料として、セラミックグリーンシートを多数積層し焼成してなる基体ブロックを採用し、同基体ブロックの所定の部位をセラミック層の積層方向に沿って切断して基体を形成する手段により容易に製造することができる。また、第２の基体にあっては、その形成材料として、可撓性で屈曲加工の可能な金属製の平板を採用して、同平板を基体が平面状に展開された形状に打抜き加工して打抜構造体を形成し、同打抜構造体の所定の部位を屈曲して形成することにより容易に製造することができる。第３の基体にあっては、その形成材料として、可撓性で屈曲加工の可能な金属製の平板を採用して、同平板を多数積層し接着してなる基体ブロックを採用し、同基体ブロックの所定の部位を積層方向に沿って切断して基体を形成する手段により容易に製造することができる。
【００３１】
本発明に係る圧電／電歪デバイスによれば、各種トランスヂューサー、各種アクチュエータ、周波数領域機能部品(フィルタ)、トランス、通信用や動力用の振動子、発振子、ディスクリミネータなどの能動素子のほか、超音波センサ、加速度センサ、角速度センサや衝撃センサ、質量センサ等の各種センサ用のセンサ素子として利用することができ、特に光学機器、精密機器等の各種精密部品の変位や位置決め調整、角度調整機構に用いられる各種アクチュエータに好適に利用することができる。なお、本発明に係る圧電／電歪デバイスは、電気的エネルギーと機械的エネルギーを相互に変換する素子を包含する概念である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて説明するに、図５および図６には、本発明に係る第１の圧電／電歪デバイスが示されている。当該圧電／電歪デバイス１０は、基体１０ａと一対の圧電／電歪素子１０ｂからなり、また、基体１０ａはセラミックグリーンシートの積層体を焼成したものにて構成されている。
【００３３】
当該圧電／電歪デバイス１０において、基体１０ａは、一端側が閉塞しかつ他端側が開放状態にあるコ字状を呈するもので、左右一対の可動部１１，１２と、両可動部１１，１２をその一端部側にて互いに連結する固定部１３と、各可動部１１，１２の他端部側に連結部１４を介して連結する取付部１５，１６にて構成されている。これらの各部位１１〜１６はセラミック構造体からなる一体構造のものである。
【００３４】
当該基体１０ａにおいては、各可動部１１，１２はその外側面に各圧電／電歪素子１０ｂを貼着されていて動作部を構成し、固定部１３はその上面側または下面側にて、例えば、ハードディスクの磁気ヘッドを保持するサスペンションのジンバルに接着されて固定され、かつ、各取付部１５，１６の内側面には、例えば、被制御部品であるハードディスク用の磁気ヘッドＨが接着されて固定される。
【００３５】
当該基体を構成する各取付部１５，１６は、各可動部１１，１２の他端部側から反転した状態で、各可動部１１，１２の内側面に沿って一端部側へ所定長さ延びていて、各可動部１１，１２の内側面との間に、所定のスリット状の隙間１５ａ，１６ａを保持している。各取付部１５，１６は、各可動部１１，１２の略中央部にまで延びていて、その内側面が磁気ヘッドＨの接合面１５ｂ，１６ｂに形成されている。各接合面１５ｂ，１６ｂの全面には、接着剤１５ｃ，１６ｃを介して磁気ヘッドＨの各側面が接合される。接着剤１５ｃ，１６ｃとしては、エポキシ樹脂等からなる接着剤が採用されていて、大きな接着面積が確保されている。
【００３６】
各取付部１５，１６と各可動部１１，１２のスリット状の隙間１５ａ，１６ａは、当該圧電／電歪デバイス１０の動作時に、各可動部１１，１２の変位が規制されない寸法に設定されている。換言すれば、各可動部１１，１２が変位動作した際、各可動部１１，１２が各取付部１５，１６に当接しない間隔に設定されている。これにより、各可動部１１，１２の内面側に位置する取付部１５，１６に起因する各可動部１１，１２の変位特性、および、これに起因するデバイス特性に及ぼす影響を防止している。
【００３７】
当該圧電／電歪デバイス１０においては、各圧電／電歪素子１０ｂに電圧が印加されていない非作動時には図５に示す状態にあり、圧電／電歪デバイス１０の長軸ｍ（固定部１３の中心軸）と取付部１５，１６の中心軸ｎとはほぼ一致している。この状態で、例えば、図７（ａ）の波形図に示すように、一方の圧電／電歪素子１０ｂにおける一対の電極１７ａ，１７ｂに所定のバイアス電位Ｖｂを有するサイン波Ｗｂをかけ、同図（ｂ）に示すように、他方の圧電／電歪素子１０ｂにおける一対の電極１７ａ，１７ｂに、前記サイン波Ｗｂとはほぼ１８０度位相の異なるサイン波Ｗａをかける。この結果、一方の圧電／電歪素子１０ｂにおける一対の電極１７ａ，１７ｂに対して、例えば、最大値の電圧が印加された段階では、一方の圧電／電歪素子１０ｂにおける圧電／電歪層１７ｃは、その主面方向に収縮変位する。
【００３８】
これにより、当該圧電／電歪デバイス１０においては、例えば図６に示すように、一方の可動部１１に対して図示右方向（矢印Ａ方向）に撓ませる応力が発生し、この応力によって可動部１１は同方向に撓む。この場合、他方の圧電／電歪素子１０ｂにおける一対の電極１７ａ，１７ｂは、電圧が印加されない状態になるため、他方の可動部１２は、一方の可動部１１の撓みに追従して可動部１１と同じ方向へ撓む。この結果、両可動部１１ａ，１１ｂは、圧電／電歪デバイス１０の長軸ｍに対して、図示右方向へ変位する。この変位の変位量は、各圧電／電歪素子１０ｂに対する印加電圧の最大値に応じて変化する。電圧の最大値が大きくなるほど、変位量は大きくなる。
【００３９】
このように、当該圧電／電歪デバイス１０においては、圧電／電歪素子１０ｂの微小な変位が、両可動部１１，１２の撓みを利用して大きな変位動作に増幅されて両可動部１１，１２に伝達されることになるため、取付部１５，１６を圧電／電歪デバイス１０の長軸ｍに対して大きく変位させることが可能となり、例えば磁気ヘッドＨの位置制御を的確に行うことができる。
【００４０】
ところで、当該圧電／電歪デバイス１０においては、従来のこの種形式の圧電／電歪デバイスに比較して、下記のごとき種々の顕著な作用効果を奏するものである。すなわち、当該圧電／電歪デバイス１０においては、デバイスの全長を長くすることなく部品Ｈ（例えば磁気ヘッド）の接着面積を大きく設定して接着力を大幅に増大して、部品Ｈの各取付部１５，１６からの脱落や、各取付部１５，１６の損傷を防止することができる。また、部品Ｈを各取付部１５，１６の接合面１５ｂ，１６ｂに介在させる接着剤１５ｃ，１６ｃの厚みを薄くして、接着剤１５ｃ，１６ｃの温度変化に起因するデバイス特性に及ぼす影響を大幅に低減することができる。また、各可動部１１，１２のアーム長さ（可動部本体１１ａ，１２ａ）を長く設定することが可能であって、両可動部１１，１２の最大変位量を増大してデバイス特性の向上を図ることができる。
【００４１】
この種形式の従来の圧電／電歪デバイスを示す図１と、本発明の一例に係る圧電／電歪デバイス１０を示す図８には、圧電／電歪デバイスおよび基体の各部位の寸法関係を同一符号で示している。これら各図において、符号Ｌ1はデバイスの長さ（基体の全長でもある）、符号Ｌ2は基体における固定部の長さ、符号Ｌ3は基体における可動部のアームの長さ、符号Ｌ4は基体における取付部の接合面の長さである。また、符号Ｌ5は、本発明に係る圧電／電歪デバイスの特有の部位である連結部の長さ、符号Ｌ６は、本発明に係る圧電／電歪デバイスの特有の部位である、可動部と取付部間のスリット状の隙間の間隔である。
【００４２】
これらの図１，図８を参照すると明らかなように、本発明に係る圧電／電歪デバイス１０は従来の圧電／電歪デバイスに比較して、下記のごとき優れた作用効果を確認することができる。すなわち、当該圧電／電歪デバイス１０の作用効果の第１は、部品Ｈに対する接合部の長さＬ4が極めて長くて、基体の全長Ｌ1を長くせずして、部品Ｈに対する接着面積を大きく設定することができることであり、これにより、部品Ｈに対する接着力が著しく強くなって、部品Ｈの各取付部１５，１６からの脱落や、各取付部１５，１６の損傷を防止することができるものである。
【００４３】
当該圧電／電歪デバイス１０の作用効果の第２は、接合部の長さＬ4に起因して、部品Ｈに対する接着面積を大きく設定して部品Ｈの接着力を増大させることから、部品Ｈと各取付部１５，１６の接合面１５ｂ，１６ｂに介在させる接着剤１５ｃ，１６ｃの厚みを薄くすることができることであり、これにより、接着剤１５ｃ，１６ｃの温度変化によるデバイス特性に及ぼす影響を大幅に低減することができるものである。
【００４４】
当該圧電／電歪デバイス１の作用効果の第３は、各可動部１１，１２のアーム長さＬ3と取付部１５，１６の接合面１５ｂ，１６ｂの長さＬ4を互いに独立して設定することができることであり、これにより、基体の材質上の特性を考慮して、各可動部１１，１２のアーム長さＬ3、取付部１５，１６の接合面１５ｂ，１６ｂの長さＬ4を任意に長く設定してデバイス特性を向上させ、かつ、部品Ｈに対する接着力を一層強力にすることができるものである。
【００４５】
当該圧電／電歪デバイス１０においては、使用する部品Ｈが図９に示すように短い場合には、接着剤１５ｃ，１６ｃを部品Ｈの一端面側に回り込ませて接着強度を十分に確保するようにすることができ、また、図１０に示すように、部品Ｈが光ファイバーの断面のような円柱形である場合には、部品Ｈの外周と両取付部１５，１６間に接着剤１５ｃ，１６ｃを充填して接着強度を十分に確保するようにすることができる。
【００４６】
次ぎに、当該圧電／電歪デバイス１０を製造する具体的な方法を、図１１〜図１４に基づいて説明する。当該製造方法は、本発明に係る製造方法の第１の製造方法であり、当該製造方法では、各構成部材を以下のごとく定義する。図１１に示す各セラミックグリーンシート１８を積層して得られる図１２に示す積層体を、セラミックグリーン積層体１０Ａ1と称し、当該セラミックグリーン積層体１０Ａ1を焼成して一体化した図１３に示す積層体をセラミック積層体１０Ａ2と称し、当該セラミック積層体１０Ａ2から不要な部分を切除して取付部１５，１６、可動部１１，１２、および、固定部１３が一体の図１４に示す基体をセラミック基体１０ａと称する。
【００４７】
なお、当該製造方法においては、実際には、圧電／電歪デバイス１０を同一基板内に縦方向および横方向にそれぞれ複数個配置した形態で、最終的にセラミック積層体１０Ａ2をチップ単位に切断して、圧電／電歪デバイス１０を同一工程で多数個取りするものであるが、説明を簡単にするために、圧電／電歪デバイス１０の１個取りする方法について説明する。
【００４８】
本発明に係る第１の製造方法を採用するには、先ず、ジルコニア等のセラミック粉末にバインダ、溶剤、分散剤、可塑剤等を添加混合してスラリーを作製し、当該スラリーを脱泡処理後、リバースロールコーター法、ドクターブレード法等の方法により、所定の厚みを有するセラミックグリーンシートを作製する。
【００４９】
次に、セラミックグリーンシートを金型を用いた打抜加工やレーザ加工等の方法により、種々の形状や厚さに加工して、図１１に示す複数枚の基体形成用のセラミックグリーンシート１８を得る。これらセラミックグリーンシート１８ａ〜１８ｊは、少なくとも可動部１１，１２間に空間を形成するための窓部ｋ1が形成された複数枚（例えば４枚）のセラミックグリーンシート１８ｃ，１８ｄ，１８ｇ，１８ｈ、可動部１１，１２間に空間を形成するための窓部ｋ1と互いに対向する接合面１５ｂ，１６ｂを有する取付部１５，１６を形成するための窓部ｋ2が形成された複数枚（例えば７枚）のセラミックグリーンシート１８ｅ…１８ｆ、スリット状の隙間１５ａ，１６ａとなる窓部ｋ3が形成された複数枚（例えば２枚）のセラミックグリーンシート１８ｂ，１８ｉ、後に可動部１１，１２ 間となる複数枚（例えば２枚）のセラミックグリーンシート１８ａ，１８ｊを用意する。
【００５０】
その後、図１２に示すように、セラミックグリーンシート１８ａ，１８ｊにより、セラミックグリーンシート１８ｃ〜１８ｈ、セラミックグリーンシート１８ｂ，１８ｉ、セラミックグリーンシート１８ｅ…１８ｆを挟み込むようにして、これらセラミックグリーンシート１８を積層し圧着して、セラミックグリーン積層体１０Ａ1とする。この積層にあたっては、セラミックグリーンシート１８ｅ…１８ｆを中央に位置させて積層する。この場合、窓部ｋ2の存在により、圧着時に圧力がかからない部位が発生するため、積層・圧着の順番等を変更し、そのような部位が生じないようにする必要がある。その後、セラミックグリーン積層体１０Ａ1を焼成して、図１３に示すセラミック積層体１０Ａ2を得る。
【００５１】
なお、セラミックグリーン積層体１０Ａ1を形成するための積層回数や順序は、設定された構造に応じて適宜変更されるものであり、設定された構造に対応して、例えば窓部ｋ1〜ｋ3の形状、セラミックグリーンシート１８の枚数等を適宜変更することにより、設定された構造のセラミックグリーン積層体１０Ａ1を得ることができる。また、窓部ｋ1〜ｋ3の形状は、所望の機能に応じて決定することができ、セラミックグリーンシート１８の枚数、各セラミックグリーンシート１８の厚みも特に限定されるものではない。
【００５２】
積層した各セラミックグリーンシート１８に対する圧着は、熱を加えることにより、より一層積層性を向上させることができる。また、セラミックグリーンシート１８の積層に当たっては、セラミック粉末、バインダを主体としたペースト、スラリー等をセラミックグリーンシート１８上に塗布、印刷して、接合補助層とすることで、セラミックグリーンシート１８の界面の積層性を向上させることができる。この場合、セラミック粉末として、セラミックグリーンシート１８に使用されているセラミックと同一または類似する組成のセラミック粉末を採用することが好ましく、これにより、セラミックグリーンシート１８の積層の信頼を確保することができる。
【００５３】
なお、セラミックグリーンシート１８ａ，１８ｊが薄い厚みの場合には、プラスチックフィルム、特に、表面にシリコーン系の離型剤をコーティングしたポリエチレンテレフタレートフィルムを用いて取り扱うことが好ましい。
【００５４】
得られたセラミック積層体１０Ａ2には、図１３に示すように、その両表面、すなわち、積層されているセラミックグリーンシート１８ａ，１８ｊが形成する表面に、それぞれ圧電／電歪素子１０ｂを形成するための圧電／電歪素子体（後述する圧電／電歪素子体３０）を形成する。圧電／電歪素子体３０の形成法としては、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、電気泳動法等の厚膜形成法や、イオンビーム法、スパッタリング法、真空蒸着、イオンプレーティング法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、めっき等の薄膜形成法を用いることができる。このような膜形成法を用いて圧電／電歪素子体３０を形成することにより、接着剤を用いることなく、圧電／電歪素子１０ｂを可動部１１，１２に一体的に接合して配設することができ、信頼性、再現性を確保できると共に、集積化を容易にすることができる。
【００５５】
圧電／電歪素子体３０の形成には、特に、厚膜形成法を採用することが好ましい。圧電／電歪層３１〜３４の形成に厚膜形成法を用いれば、平均粒径０．０１〜５μｍ、好ましくは０．０５〜３μｍの圧電セラミックスの粒子、粉末を主成分とするペースト、スラリー、サスペンション、エマルジョンや、ゾル等を用いて膜化することができ、それを焼成することによって良好な圧電／電歪特性を得ることができるからである。
【００５６】
なお、圧電／電歪素子体３０を形成する電気泳動法は、膜を高い密度で、かつ、高い形状精度で形成できるという利点がある。また、スクリーン印刷法は、膜形成とパターン形成とを同時にできるため、製造工程の簡略化に有利である。
【００５７】
圧電／電歪素子体３０の形成について、より具体的に説明するならば、先ず、セラミックグリーン積層体１０Ａ1を１２００℃〜１６００℃の温度で焼成して一体化してセラミック積層体１０Ａ2を得た後、当該セラミック積層体１０Ａ2の両表面の所定位置に可動部１１，１２の電極３６を印刷、焼成し、次いで、圧電／電歪層３４を印刷、焼成し、さらに、他方の電極３５印刷、焼成し、これらを所定回数繰り返すとともに、この間に複数の圧電／電歪層３３〜３１を圧電／電歪層３４と同様に形成する。その後、各電極３５，３６を駆動回路に電気的に接続するための端子３７，３８を印刷、焼成する。なお、当該圧電／電歪素子体３０の形成では、最下層の電極３６を印刷、焼成し、圧電／電歪層３４と電極３５を印刷、焼成し、この単位で任意の回数、印刷、焼成を繰り返して、圧電／電歪素子体３０を形成してもよい。
【００５８】
当該圧電／電歪素子体３０の形成において、一方の電極３６として白金（Ｐｔ）、圧電／電歪層３１〜３４としてジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、他方の電極３５として金（Ａｕ）、端子３７，３８として銀（Ａｇ）というように、各部材の焼成温度が積層順に従って低くなるように材料を選定すると、ある焼成段階において、それより以前に焼成された材料の再焼結が起こらず、電極材等の剥離や凝集といった不具合の発生を回避することができる。なお、適当な材料を選択することにより、圧電／電歪素子体３０の各部材と端子３７，３８を逐次印刷して、１回で一体焼成することも可能であり、最外層の圧電／電歪層３１を形成した後に低温で最外層の電極３５等を設けることもできる。圧電／電歪素子体３０の各部材と端子３７，３８とは、必ずしも熱処理を必要としない。
【００５９】
圧電／電歪素子体３０の形成においては、セラミックグリーン積層体１０Ａ1の両表面、即ち、セラミックグリーンシート１８ａ，１８ｊの各表面に予め圧電／電歪素子体３０を形成しておき、セラミックグリーン積層体１０Ａ1と圧電／電歪素子体３０とを同時に焼成することも好適に行われる。同時焼成にあたっては、セラミックグリーン積層体１０Ａ1と圧電／電歪素子体３０の全ての構成膜に対して焼成を行うようにしてもよく、一方の電極３６とセラミックグリーン積層体１０Ａ1とを同時焼成したり、他方の電極３５を除く他の構成膜とセラミックグリーン積層体１０Ａ1とを同時焼成する方法等が挙げられる。
【００６０】
圧電／電歪素子体３０とセラミックグリーン積層体１０Ａ1とを同時焼成する方法としては、スラリー原料を用いたテープ成形法等によって圧電／電歪層３１〜３４の前駆体を成形し、この焼成前の圧電／電歪層３１〜３４の前駆体をセラミックグリーン積層体１０Ａ1の表面上に熱圧着等で積層し、同時に焼成して取付部１５，１６、可動部１１，１２、圧電／電歪層３１〜３４、固定部１３とを同時に作製する方法が挙げられる。但し、この方法では、上述した膜形成法を用いて、セラミックグリーン積層体１０Ａ1の表面および／または圧電／電歪層３１〜３４に予め電極３６を形成しておく必要がある。
【００６１】
その他の方法としては、セラミックグリーン積層体１０Ａ1の少なくとも最終的に可動部となる部分に、スクリーン印刷により圧電／電歪素子体３０の各構成層である電極３５，３６、圧電／電歪層３１〜３４を形成し、同時に焼成することが挙げられる。
【００６２】
圧電／電歪素子体３０の構成膜の焼成温度は、これを構成する材料によって適宜決定されるが、一般には、５００℃から１５００℃であり、圧電／電歪層３１〜３４に対しては、好ましくは１０００℃〜１４００℃である。この場合、圧電／電歪層３１〜３４の組成を制御するためには、圧電／電歪層３１〜３４の材料の蒸発源の存在下に焼結することが好ましい。なお、圧電／電歪層３１〜３４とセラミックグリーン積層体１０Ａ1を同時焼成する場合には、両者の焼成条件を合わせることが必要である。圧電／電歪素子体３０は、必ずしもセラミック積層体１０Ａ2またはセラミックグリーン積層体１０Ａ1の両面に形成されるものではなく、片面のみでももちろんよい。
【００６３】
圧電／電歪素子体３０を、セラミック積層体１０Ａ2上に直接形成しないで、別体として前述の方法で形成し、これを任意に切断して圧電／電歪素子１０ｂを形成し、このように形成された圧電／電歪素子１０ｂを、予め形成した基体１０ａに有機樹脂、ガラス等の接着剤で貼り付けて作成することもできる。
【００６４】
圧電／電歪素子体３０が形成されたセラミック積層体１０Ａ2は、所定の部位を切断されて、本発明に係る圧電／電歪デバイス１０に形成される。圧電／電歪素子体３０と一体のセラミック積層体１０Ａ2を、図１３に示す切断線Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3に沿って切断することにより、セラミック積層体１０Ａ2の側部と先端部が切除される。この切除によって、図１４に示すように、セラミック基体１０ａと圧電／電歪素子１０ｂが一体化された、互いに対向する接合面１５ｂ，１６ｂを有する取付部１５，１６を有する圧電／電歪デバイス１０が形成される。
【００６５】
セラミック積層体１０Ａ2と圧電／電歪素子体３０の切断のタイミングは、切断線Ｃ1，Ｃ2に沿って切断した後に切断線Ｃ3に沿って切断してもよく、切断線Ｃ3に沿って切断した後に切断線Ｃ1，Ｃ2に沿って切断してもよい。もちろん、これらの切断を同時に行うようにしてもよい。また、切断線Ｃ3と対向する固定部１３の端面も、例えば圧電／電歪デバイスの全長を精密に制御する等の際に切断線Ｃ4として適宜切断するようにしてもよい。
【００６６】
当該製造方法においては、セラミック積層体１０Ａ2から不要な部分を切除すると同時に、セラミック基体１０ａと圧電／電歪素子１０ｂが一体の、互いに対向する接合面１５ｂ，１６ｂを有する取付部１５，１６を有する圧電／電歪デバイス１０を得ることができるため、製造工程の簡略化を図ることができると共に、圧電／電歪デバイス１０の歩留まりを向上させることができる。
【００６７】
当該製造方法は、同一の基板（セラミック積層体１０Ａ2と圧電／電歪素子体３０の一体の構造体）を、圧電／電歪デバイス１０が縦方向および横方向にそれぞれ複数個配置した状態に構成して、同一工程で圧電／電歪デバイス１０を多数個取りする場合に特に好ましい。切除の方法としては、ダイシング加工、ワイヤーソウ加工等の機械加工のほか、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ等のレーザ加工や電子ビーム加工を適用することが可能である。セラミック積層体１０Ａ2の切り出しには、これらの加工方法を組み合わせて加工することになる。例えば、図１３に示す切断線Ｃ1，Ｃ2は、ワイヤーソウ加工とし、切断線Ｃ1，Ｃ2に直交する切断線Ｃ3，Ｃ4（固定部１３、取付部１５，１６の端面の形成）をダイシング加工とすることが好ましい。また、後述する圧電／電歪デバイス２０の作成方法と同様に、個々に切断されて形成されたセラミック基体１０ａと圧電／電歪素子１０ｂを別々に準備して、これらを接着して圧電／電歪デバイス１０を作成することもできる。
【００６８】
基体１０ａを構成する取付部１５，１６および固定部１３の材料としては、剛性を有する限りにおいて特に限定されないが、セラミックグリーンシート積層法を適用できるセラミックを用いることが好ましい。具体的には、安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニアをはじめとするジルコニア、アルミナ、マグネシア、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化チタンを主成分とする材料等が挙げられるほか、これらの混合物を主成分とした材料が挙げられるが、機械的強度や靭性が高い点において、ジルコニア、特に安定化ジルコニアを主成分とする材料と部分安定化ジルコニアを主成分とする材料が好ましい。
【００６９】
基体１０ａを構成する可動部１１，１２は、上述したように、圧電／電歪素子１０ｂの変位により駆動する部分である。可動部１１，１２は、可撓性を有する薄板状の部材であって、表面に配設された圧電／電歪素子１０ｂの伸縮変位を屈曲変位として増幅して、取付部１５，１６に伝達する機能を有する。従って、可動部１１，１２の形状や材質は、可撓性を有し、屈曲変形によって破損しない程度の機械的強度を有するものであれば足り、取付部１５，１６の応答性、操作性を考慮して適宜選択することができる。
【００７０】
可動部１１，１２の厚みＬ10は、２μｍ〜１００μｍ程度とすることが好ましく、可動部１１，１２と圧電／電歪素子１０ｂとを組み合わせた厚みは、７μｍ〜５００μｍとすることが好ましい。電極３５，３６の厚みは、０．１μｍ〜５０μｍ、圧電／電歪層３１〜３４の厚みは、３μｍ〜３００μｍとすることが好ましい。
【００７１】
可動部１１，１２を構成する材料としては、取付部１５，１６や固定部１３と同様のセラミックスを好適に用いることができ、ジルコニア、特に、安定化ジルコニアを主成分とする材料や部分安定化ジルコニアを主成分とする材料は、薄肉であっても機械的強度が大きいこと、靭性が高いこと、圧電／電歪層や電極材との反応性が小さいことから最も好適に用いられる。
【００７２】
安定化ジルコニアおよび部分安定化ジルコニアにおいては、次のように安定化または部分安定化されたものが好ましい。すなわち、ジルコニアを安定化または部分安定化させる化合物としては、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム、酸化カルシウム、および、酸化マグネシウムがあり、少なくともそのうちの１つの化合物を添加、含有させることにより、または、１種類の化合物の添加のみならず、それら化合物を組み合わせて添加することによっても、目的とするジルコニアの安定化は可能である。
【００７３】
なお、それぞれの化合物の添加量としては、酸化イットリウムや酸化イッテルビウムの場合にあっては、１〜３０モル％、好ましくは１．５〜１０モル％、酸化セリウムの場合にあっては、６〜５０モル％、好ましくは８〜２０モル％、酸化カルシウムや酸化マグネシウムの場合にあっては、５〜４０モル％、好ましくは５〜２０モル％とする。その中でも、特に酸化イットリウムを安定化材として用いることが好ましく、この場合には、１．５〜１０モル％、さらに好ましくは２〜４モル％とする。また、焼結助剤等の添加物として、アルミナ、シリカ、遷移金属酸化物等を０．０５〜２０ｗｔ％の範囲で添加することが可能であるが、圧電／電歪素子１０ｂの形成手法として、膜形成法による焼成一体化を採用する場合は、アルミナ、マグネシア、遷移金属酸化物等を添加物として添加することも好ましい。また、機械的強度と安定した結晶相が得られるように、ジルコニアの平均結晶粒子径を０．０５〜１μｍとすることが望ましい。また、上述のように、可動部１１，１２については、取付部１５，１６および固定部１３と同様のセラミックスを用いることができるが、好ましくは、実質的に同一の材料を用いて構成することが、接合部分の信頼性、圧電／電歪デバイス１０の強度、構造の煩雑さの低減を図る上で有利である。
【００７４】
図１５は、第１の圧電／電歪デバイス１０を変形した変形例を示すもので、変形例に係る圧電／電歪デバイス１０Ａにおいては、基体１０ａを構成する固定部１３における各可動部１１，１２側の部位に、隙間１５ａ，１６ａに対向するスリット状の隙間１３ａ，１３ｂが設けられていて、スリット状の各隙間１５ａ，１６ａとスリット状の各隙間１３ａ，１３ｂの奥壁部に、樹脂製の弾性部材１９ａ，１９ｂが充填されているものである。
【００７５】
当該圧電／電歪デバイス１０Ａは、スリット状の隙間１５ａ，１６ａを介して各取付部１５，１６に対向する各可動部１１，１２の外方からの衝撃に対処すべく意図しているものである。当該圧電／電歪デバイス１０Ａにおいては、各可動部１１，１２に外方からの衝撃を受けた場合、各可動部１１，１２と各固定部１５，１６の連結部１４に集中する応力は、弾性部材１９ａ，１９ｂにより分散されかつ吸収されるものであり、連結部１４での応力集中に起因する各可動部１１，１２の耐衝撃性を向上させている。
【００７６】
図１６および図１７は、本発明に係る第２の圧電／電歪デバイス２０を示している。当該圧電／電歪デバイス２０は、基体２０ａと一対の圧電／電歪素子２０ｂからなり、また、基体２０ａは、１枚の金属製の平板を屈曲して構成されているものである。当該圧電／電歪デバイス２０において、基体２０ａは、左右一対の可動部２１，２２と、両可動部２１，２２をその一端部側にて互いに連結する固定部２３と、各可動部２１，２２の他端部側に連結部２４を介して連結する一対の取付部２５，２６にて構成されている。これらの各部位２１〜２６は、１枚の金属製の平板にて一体的に形成されており、また、圧電／電歪素子２０ｂは、第１の圧電／電歪デバイス１０を構成する圧電／電歪素子１０ｂと同じものである。
【００７７】
当該基体２０ａにおいては、各可動部２１，２２はその外側面に各圧電／電歪素子２０ｂを貼着されていて動作部を構成し、固定部２３はその下面側にて、例えば、ハードディスクの磁気ヘッドを保持するサスペンションのジンバルに接着されて固定され、かつ、各取付部２５の内側面には、例えば、被制御部品であるハードディスク用の磁気ヘッドＨが接着されて固定される。
【００７８】
当該基体２０ａを構成する各可動部２１，２２は、平板状の固定部２３の各側縁部から屈曲されて起立する細幅の平板状を呈するもので、固定部２３を越えて他端側へ所定長さ延びている。各取付部２５，２６は、各可動部２１，２２とは連結部２４を介して一体のもので、各可動部２１，２２の他端部側から反転した状態で、各可動部２１，２２の内側面に沿って一端部側へ所定長さ延びていて、各可動部２１，２２の内側面との間に、所定のスリット状の隙間２５ａ，２６ａを保持している。
【００７９】
各取付部２５，２６は、各可動部２１，２２の略中央部にまで延びていて、その内側面が磁気ヘッドＨの接合面２５ｂ，２６ｂに形成されていて、各接合面２５ｂ，２６ｂの全面に、圧電／電歪デバイス１０と同様に、磁気ヘッドＨの各側面が接着剤を介して接合される。接着剤としては、エポキシ樹脂等からなる接着剤が採用されていて、大きな接合面積が確保されている。
【００８０】
当該圧電／電歪デバイス２０を構成する基体２０ａは、各可動部２１，２２の他端部側から反転した状態で各可動部２１，２２の内側面に沿って一端部側へ所定長さ延びる各取付部２５，２６を備えていて、各取付部２５，２６が各可動部２１，２２の内側面との間に所定のスリット状の隙間２５ａ，２６ａを保持している点、および、各取付部２５，２６の内側面が部品Ｈの接合面２５ｂ，２６ｂに形成されている点で、圧電／電歪デバイス１０と実質的に同様であって、圧電／電歪デバイス１０と同様に作動し、同様の作用効果を奏するものである。しかして、本発明に係る第２の圧電／電歪デバイス２０を構成する基体２０ａは、下記に示す本発明に係る第２の製造方法にて形成される。
【００８１】
本発明に係る第２の圧電／電歪デバイス２０を構成する基体２０ａは、図１８に示す基体原板２０Ａを用いて形成される。基体原板２０Ａは、金属製の平板を、基体２０ａが平板状に展開された形状に打抜き加工して形成されているもので、同図に示す各２点鎖線Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3に沿って折曲げ加工される。基体原板２０Ａは、この折曲げ加工により、可動部２１，２２、固定部２３、連結部２４および取付部２５，２６からなる基体２０ａに形成される。当該基体２０においては、各可動部２１，２２と各取付部２５，２６間に、スリット状の隙間２５ａ，２６ａが確保される。このように折曲げ加工して作成された基体２０ａにおける各可動部２１，２２の外側面に、圧電／電歪素子２０ｂが接着剤を介して貼着されて、圧電／電歪デバイス２０が形成される。
【００８２】
第１の圧電／電歪デバイス１０および第２の圧電／電歪デバイス２０を構成する圧電／電歪素子１０ａ，２０ａには、従来公知の圧電／電歪素子を採用することができるが、各圧電／電歪デバイス１０，２０には、本出願人が開発した図２０に示す圧電／電歪素子３０Ａが採用される。圧電／電歪素子３０Ａは、圧電／電歪層が４層構造のものであり、圧電／電歪層３１，３２，３３、３４と、これらの両圧電／電歪層間に介在し包囲する第１，第２電極３５，３６と、一対の端子３７，３８にて構成されている。当該圧電／電歪素子３０Ａは、図１３に示す圧電／電歪素子体３０を切断して切出されたものに相当する。
【００８３】
圧電／電歪素子３０Ａを構成する圧電／電歪層３１〜３４には、圧電セラミックが用いられるが、電歪セラミック、強誘電セラミック、反強誘電セラミック等を用いることも可能である。但し、圧電／電歪デバイスをハードディスクドライブの磁気ヘッド位置決め等に使用する場合には、取付部の変位量と駆動電圧または出力電圧とのリニアリティが重要であることから、歪み履歴の小さい材料を用いることが好ましい。抗電界が１０ｋＶ／ｍｍ以下の材料を用いることが好ましい。
【００８４】
圧電／電歪層３１〜３４を形成するための材料としては、具体的には、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス等の単独、または、これらの適宜の混合物等を挙げることができる。特に、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛を主成分とする材料、または、チタン酸ナトリウムビスマスを主成分とする材料が好適である。
【００８５】
圧電／電歪層３１〜３４を形成するための材料には、適宜の材料を添加して、圧電／電歪層の特性を調整することができる。添加材としては、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン、セシウム、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、リチウム、ビスマス、スズ等の酸化物、または、最終的に酸化物となる材料の単独、もしくは、これらの適宜の混合物等を挙げることができる。例えば、主成分であるジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛等に、ランタンやストロンチウムを含有させることにより、抗電界や圧電特性を調整し得る利点がある。なお、シリカ等のガラス化し易い材料の添加は避けるべきである。何故ならば、シリカ等のガラス化し易い材料は、圧電／電歪層の熱処理時に圧電／電歪層と反応し易く、その組成を変化させて圧電特性を劣化させるからである。
【００８６】
圧電／電歪素子３０Ａを構成する電極３５，３６は、室温で固体であって、導電性に優れた金属材料で形成されることが好ましい。金属材料としては、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、パラジウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、鉛等の金属の単体、または、これら金属の合金等を挙げることができる。また、これらの金属材料に圧電／電歪層と同じ材料または異なる材料のセラミックスを分散させてなるサーメット材料を用いることもできる。
【００８７】
圧電／電歪素子３０Ａは、圧電／電歪層３１〜３４と各電極３５，３６を互いに積層した状態で、一体的に焼成することにより形成することが好ましい。この場合には、電極３５，３６としては、白金、パラジウム、またはこれらの合金等の高融点金属材料からなるもの、高融点金属材料と圧電／電歪層３１〜３４の形成材料や他のセラミック材料との混合物であるサーメット材料からなる電極を採用することが好ましい。電極３５，３６の厚みは、圧電／電歪素子３０の変位に影響を及ぼす要因になることから、極力薄い薄膜状であることが好ましい。このため、圧電／電歪層３１〜３４と一体に焼成されて形成される電極が極力薄い薄膜状となるためには、電極３５，３６を形成する材料は金属ペースト、例えば金レジネートペースト、白金レジネートペースト、銀レジネートペースト等の形態で使用することが好ましい。
【００８８】
圧電／電歪素子３０Ａの厚みは、各実施形態の圧電／電歪デバイス１０，２０の圧電／電歪素子１０ｂ，２０ｂとして使用する場合には、４０μｍ〜１８０μｍの範囲が好ましい。厚みが４０μｍ未満である場合には、取扱い中に破損し易く、また、厚みが１８０μｍを越える場合には、デバイスの小型化が困難となる。また、圧電／電歪素子は、圧電／電歪素子３０のごとく多層構造とすることによりその出力を増加させて、デバイスの変位の拡大を図ることができる。また、圧電／電歪素子を多層構造とすることにより、デバイスの剛性が向上することから、デバイスの共振周波数が高くなって、デバイスの変位動作を高速化できる利点がある。
【００８９】
圧電／電歪素子３０Ａは、圧電／電歪層３１〜３４と電極３５，３６を印刷またはテープ成形により積層して焼成してなる大面積の原板、例えば、圧電／電歪素子体３０を、ダイサー、スライサー、ワイヤーソウ等により所定寸法に多数個切出す手段で作成される。圧電／電歪素子３０Ａは、セラミック基体に比較して薄くて硬度が低いため、原板の切削速度を速く設定できて高速で大量に加工処理できる。
【００９０】
圧電／電歪素子３０Ａは、単純な板状構造であって取扱いが容易であり、また、表面積が小さいため汚れの付着量が少なくて汚れを除去し易い。但し、圧電／電歪素子３０Ａは、セラミック材料を主体とすることから、超音波洗浄では、適切な洗浄条件を設定する必要がある。原板から切出された圧電／電歪素子においては、ＵＳ洗浄で精密洗浄した後、大気中、１００℃〜１０００℃で熱処理することにより、セラミック材料の微細な気孔に入り込んでいる水分と有機物を完全に除去するようにすることが好ましい。
【００９１】
圧電／電歪素子３０Ａを、各実施形態に係る圧電／電歪デバイス１０，２０を構成する圧電／電歪素子１０ｂ，２０ｂとして採用する場合、各圧電／電歪素子３０Ａの基体に対する接着手段としては、エポキシ樹脂、ＵＶ樹脂、ホットメルト接着剤等の樹脂系接着剤や、ガラス、セメント、半田、ロウ材等の無機系の接着剤を使用することが好ましく、また、樹脂系接着剤に金属粉末やセラミック粉末を混合したものを使用することもできる。接着剤の硬度はショアＤで８０以上が好ましい。
【００９２】
なお、基体における圧電／電歪素子３０Ａが接着される表面の部位には、予め、ブラスト、エッチング、めっき等の粗面加工を施しておくことが好ましい。接着部位の表面粗さをＲａ＝０．１μｍ〜５μｍ程度にすることにより、接着面積を広げて接着強度を向上させることができる。この場合、圧電／電歪素子側の接着部位の表面も粗い方が好ましい。電極を基体とは導通させたくない場合には、最下層の圧電／電歪層の表面に電極を配置しないようにする。
【００９３】
接着剤として、半田、ロウ材を用いる場合には、濡れ性をよくするために、圧電／電歪素子の表面に金属材料の電極層を配置することが好ましい。接着剤の厚みは、１μｍ〜５０μｍの範囲であることが好ましい。接着剤の厚みは、薄い方がデバイスの変位および共振特性のばらつきを減らす点、および省スペース化の点で好ましいが、接着強度、変位、共振等の特性を確保するためには、採用する接着剤毎に最適の厚みを設定するようにする。
【００９４】
基体に圧電／電歪素子を接着する際には、圧電／電歪素子の電極が基体の固定部側となるようにして、圧電／電歪素子が固定部の屈曲位置に完全にかかるように接着する。圧電／電歪素子は、基体の固定部側の端部と一致させて接着することが好ましいが、圧電／電歪素子の端子と外部端子との接続を容易にするために、圧電／電歪素子を基体の端部から外方へ突出させて接着してもよい。但し、圧電／電歪素子は、金属製である基体に比較して破損し易いので、取扱いに注意が必要である。圧電／電歪素子を基体の所定位置に接着剤で貼り付けた後、切断加工、洗浄してデバイスを作成する
【００９５】
本発明に係る第３の圧電／電歪デバイスは、第１の圧電／電歪デバイス１０を構成する基体１０ａと同一形状の基体を、セラミックから金属に置き換えたもので、基体を形成する際に、基体材料を、セラミックから金属に変更したものである。また、当該圧電／電歪デバイスの製造には、本発明に係る第３の製造方法が採用される。
【００９６】
第３の製造方法においては、第１の製造方法でのセラミックグリーンシートに替えて金属板を準備し、これを積層して接着することにより基体を形成する。接着する手段としては、有機樹脂、ガラス等の接着剤による接着、ロウ付け、半田付け、拡散接合、超音波接合、熱圧着、クラッディング法等を採用することができる。また、各積層した金属板を、溶接等により一体化する手段を採用することもできる。
【００９７】
積層する各金属板の窓部の作成は、金型による打ち抜きの他に、レーザー加工、放電加工、エッチング、サンドブラスト等を採用することができる。基体を構成する金属板の材料は、圧電／電歪デバイス２０の基体２０ａの材料と同じ材料を採用することができる。
【００９８】
なお、当該製造方法においては、基体の構成材料として、金属板とセラミック板を合わせて使用することができ、これにより、ハイブリット構造の基体を形成することができる。さらに飛躍すれば、基体の構成材料として樹脂を採用して、樹脂製の基板を形成することができ、圧電／電歪デバイスの用途によっては、樹脂製の基体を構成部材とする圧電／電歪デバイスを構成することも可能である。
【００９９】
当該製造方法においては、金属板の積層一体化のための接着回数や順序は、何等限定されるものではなく、金属板の枚数、形状、厚み等については、設定された構造に応じて適宜決定される。鋳造による金属部材（ 厚板 ）を部分的に挟むうようにすることもできる。なお、当該製造方法においては、接着方法や材料に問題無ければ、金属板に替えて、カーボン材料や樹脂材料を採用することもできる。
【０１００】
使用する圧電／電歪素子については、圧電／電歪デバイス１０、２０の圧電／電歪素子１０ｂ，２０ｂと同様、圧電／電歪素子３０Ａ1を採用することができる。例えば、圧電／電歪素子体３０を、基体の所定位置に接着剤で貼り付けた後、切断加工、洗浄して、圧電／電歪デバイスを形成することができる。圧電／電歪素子は４層以上で構成されることが好ましい。また、圧電／電歪素子は１０層以下で構成されることが好ましい。圧電／電歪素子は印刷多層法で作成されることが好ましい。圧電／電歪素子の電極の位置ずれが５０μｍ以下であることが好ましい。圧電／電歪層の層数を増やせば、駆動力の増大は図られるが、それに伴い消費電力も増えるため実際に実施する場合には用途に応じて適宜層数を決めればよい。薄膜や厚膜等の膜形成方法を用いて製造することが好ましい。圧電／電歪素子を、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法等で支持基板上に作成して、支持基板ごと貼り付けてもよく、支持基板から剥がして貼り付けてもよい。
【０１０１】
金属材料で基体を構成する際には、少なくとも可動部は冷間圧延加工された金属板を採用することが好ましい。
【０１０２】
【実施例】
（実施例１）：本実施例では、本発明に係る第１の圧電／電歪デバイス１０を作成し、当該圧電／電歪デバイス１０、および、部品Ｈの各部位の寸法関係を図２１に示している。当該圧電／電歪デバイス１０における同一系統の符号Ｌは、デバイスの長さ（基体の全長）Ｌ1、基体における固定部の長さＬ2、基体における可動部のアームの長さＬ3、基体における取付部の接合面の長さＬ4、連結部の長さＬ5、可動部と取付部間のスリット状の隙間の間隔Ｌ6、両可動部間の間隔Ｌ7、両取付部部間の間隔Ｌ8、取付部の厚みＬ9、可動部の厚みＬ10、可動部の高さＬ11（紙面の表裏方向の距離）、スリット状の隙間の長さＬ12をそれぞれ示している。
【０１０３】
また、他の同一系統の符号Ｍは、デバイスの全幅Ｍ1、圧電／電歪素子の実質的駆動部の端部が固定部にかかる長さＭ2、取付部と圧電／電歪素子との厚みＭ3、部品Ｈの横方向長さＭ4、部品Ｈの縦方向の長さＭ5、接着剤の厚みＭ6をそれぞれ示している。
【０１０４】
当該圧電／電歪デバイス１０においては、両取付部の間隔Ｌ8と圧電／電歪デバイスの横方向長さＭ4の関係についてはＬ8≧Ｍ4であり、より好ましくはＬ8−Ｍ4である。Ｌ8＜Ｍ4の場合には、部品Ｈを挿入する際に両取付部間を拡げる必要があり、両取付部間を拡げる際にデバイスを破損するおそれがある。接着剤の厚みＭ6については、０．１〜０．００５ｍｍ、好ましくは、０．０５〜０．０１ｍｍである。接着剤の厚みＭ6が０．１ｍｍより厚い場合には、高温時の両可動部の変位に対する温度の影響が大きくなる。また、両取付部部間の間隔Ｌ8と電歪デバイスの横方向長さＭ4の差が小さいことから、部品Ｈを両取付部間に挿入したり、部品Ｈを各取付部間に接着剤を注入することが難しくて、接着剤の厚みの制御が難しい。このため、接着剤の厚みＭ6を０．０１ｍｍより薄く設定する場合には、部品Ｈに対する接着強度にばらつきが発生し易い。このため、接着剤の厚みＭ6は、より好ましくは０．０１〜０．０３ｍｍである。
【０１０５】
当該圧電／電歪デバイス１０においては、連結部の長さＬ5と可動部の厚みＬ10の関係についてはＬ5≧Ｌ10、連結部の長さＬ5と取付部の厚みＬ9の関係につていはＬ5≧Ｌ9である。連結部は、可動部と取付部を連結する部位であって、構造上最も弱い部位であることから、連結部の長さＬ5がこれらの関係を満たさない場合には、連結部が破損し易くなる。部品Ｈの縦方向の長さＭ5と取付部の接合面の長さＬ4の関係については、Ｍ5≧Ｌ4である。取付部の接合面は、部品Ｈに対する接着強度を確保すべく機能するものであり、取付部の接合面の長さＬ4を部品Ｈの縦方向の長さＭ5より長くしても意味がない。但し、採用する部品が当該部品Ｈと形状を異にする場合には、たとえば、図８および図９に示す形状の部品である場合には、この限りではない。
【０１０６】
当該圧電／電歪デバイス１０においては、可動部と取付部間のスリット状の隙間（スリット隙間）の間隔Ｌ6は、０．２〜０．００１ｍｍであり、好ましくは０．１〜０．０１ｍｍ、さらに好ましくは０．０７〜０．０３ｍｍである。スリット隙間の間隔Ｌ6が０．００１ｍｍ未満では、両可動部の高変位時に取付部と接触して可動部の変位動作を規制することなる。また、スリット隙間の間隔Ｌ6が０．２ｍｍよりも大きい場合には、デバイスの横方向の全幅Ｍ1が大きくなって無意味である。部品Ｈを取付部に接合する場合には、注入する接着剤がスリット隙間に回り込んで、スリット隙間を埋め込み易い。スリット隙間の間隔Ｌ6が０．０３ｍｍ以上である場合には、接着剤のスリット隙間への回り込みが抑制される。
【０１０７】
この場合、接着剤が取付部の接合面からはみ出さないように接着剤の量を制御することが重要であり、また、スリット隙間の間隔Ｌ6は接着剤の厚みＭ6より大きくすることが好ましい。なお、当該圧電／電歪デバイス１０においては、両可動部の高変位動作時に、可動部と取付部との当接を利用して、可動部の外部からの衝撃に対するストッパー機能を持たせる態様とすることもできる。
【０１０８】
スリット状の隙間の長さＬ12については、連結部の長さＬ5の２倍以上、好ましくは５倍以上とする。これにより、部品Ｈの長さＭ5と取付部の長さＬ4が同じにできない場合でも、換言すればＭ5＞Ｌ4の場合においても、部品Ｈに対する接着面積をより大きく設定して接着強度を確保し、かつ、可動部のアームの長さＬ3を長く設定して大きな変位を確保することができる。
【０１０９】
当該圧電／電歪デバイス１０においては、取付部の厚みＬ9は０．２〜０．１１ｍｍ、好ましくは０．１〜０．０２ｍｍ、より好ましくは０．０７〜０．０３ｍｍである。取付部の厚みＬ9が０．２ｍｍを越えるとデバイスの全幅Ｍ1が大きくなって好ましくなく、取付部の厚みＬ9が０．０１未満であると折損し易い。可動部の厚みＬ10は、０．２〜０．００１ｍｍ、好ましくは０．１〜０．０１ｍｍ、より好ましくは０．０８〜０．０３ｍｍである。デバイスの省スペース化の点からすれば、固定部の長さＬ2、可動部のアーム長さＬ3、連結部の長さＬ5、スリット隙間の間隔Ｌ6、取付部の厚みＬ9、可動部の厚みＬ10、接着剤の厚みＭ6はできるだけ小さいほうが好ましく、これにより、デバイスの全長Ｌ1および全幅Ｍ1が小さくなる。
【０１１０】
当該圧電／電歪デバイス１０においては、可動部のアーム長さＬ3は０．２〜３ｍｍ、好ましくは０．３〜２ｍｍである。取付部の接合面の長さＬ4は０．０５〜２ｍｍである。両可動部間の間隔Ｌ7は０．１〜２ｍｍ、好ましくは０．２〜１．６ｍｍである。取付部の厚みＬ9は０．００２〜０．１ｍｍ、好ましくは０．０１〜０．０８ｍｍである。可動部の高さＬ11は０．０５〜２ｍｍ、好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。取付部と圧電／電歪素子間との厚みＭ3は０．０００７〜０．５ｍｍである。これらの寸法にあっては、可動部のアーム長さＬ3／両可動部間の間隔Ｌ7は０．５〜１０、好ましくは０．５〜５である。両可動部間の間隔Ｌ7／可動部の厚みＬ10は０．５〜２０、好ましくは１〜１５、さらに好ましくは１〜１０である。可動部の厚みＬ10と可動部の高さＬ11とは、Ｌ10＜Ｌ11である。可動部の厚みＬ10と、圧電／電歪素子の実質的駆動部の端部が固定部にかかる長さＭ2とは、Ｍ2＞（Ｌ10）／２である。
【０１１１】
（実施例２）：本実施例では、本発明に係る第１の圧電／電歪デバイス１０を変形した変形例で、基体が図１５に示す圧電／電歪デバイスの基体に対応する形式の圧電／電歪デバイス１０Ｂを作成していて、当該圧電／電歪デバイス１０Ｂの各部位の寸法関係を図２２に示している。当該圧電／電歪デバイス１０Ｂにおける同一系統の符号Ｌは、実施例１にて形成した圧電／電歪デバイス１０と同一であるが、その一部の部位の寸法および部品Ｈの各部位の寸法は省略している。但し、当該圧電／電歪デバイス１０Ｂでは、圧電／電歪デバイス１０には存在しない、固定部におけるスリット状の隙間の幅Ｌ13、および固定部側のスリット状の隙間の長さＬ14を付加している。
【０１１２】
当該圧電／電歪デバイス１０Ｂにおいては、固定部のスリット状の隙間の幅Ｌ13は０．２〜０．００１ｍｍ、好ましくは０．１〜０．０１ｍｍ、さらに好ましくは０．０７〜０．０３ｍｍである。また、固定部のスリット状の隙間の長さＬ14は、固定部が部品Ｈと干渉するまでの長さとすることができるが、好ましくは０．０５〜２ｍｍ、さらに好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。なお、その他の部位の寸法は、実施例１にて作成している圧電／電歪デバイス１０と同一寸法に設定している。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の圧電／電歪デバイスの一例を示す平面図である。
【図２】従来の圧電／電歪デバイスの他の一例を示す平面図である。
【図３】従来の一例に係る圧電／電歪デバイスの動作状態を示す平面図である。
【図４】同圧電／電歪デバイスの動作時の不具合が発生した状態を示す平面図である。
【図５】本発明に係る第１の圧電／電歪デバイスを示す平面図である。
【図６】同圧電／電歪デバイスの動作状態を示す平面図である。
【図７】同圧電／電歪デバイスの各圧電／電歪素子に印加される電圧の波形図（ａ），（ｂ）である。
【図８】同圧電／電歪デバイスの従来の圧電／電歪デバイス（図１に図示）に対する寸法関係を示す平面図である。
【図９】同圧電／電歪デバイスの異なる部品を挟持した状態を示す平面図である。
【図１０】同圧電／電歪デバイスのさらに異なる部品を挟持した状態を示す平面図である。
【図１１】同圧電／電歪デバイスの基体を構成する各セラミックグリーンシートを示す斜視図である。
【図１２】同セラミックグリーンシートを積層して形成されたセラミックグリーンシート積層体を示す一部省略斜視図である。
【図１３】同セラミックグリーンシート積層体を焼成して形成したセラミック積層体と圧電／電歪素子体を一体とした構造体を示す斜視図である。
【図１４】同構造体を切断して形成した同圧電／電歪デバイスを示す斜視図である。
【図１５】同圧電／電歪デバイスの変形例を示す平面図である。
【図１６】本発明に係る第２の圧電／電歪デバイスを示す斜視図である。
【図１７】同圧電／電歪デバイスであって、部品を挟持していない状態を示す斜視図である。
【図１８】同圧電／電歪デバイスを構成する基体を形成するための基体原板を示す斜視図である。
【図１９】同基体原板から形成された基体を示す斜視図である。
【図２０】本発明の圧電／電歪デバイスで採用される圧電／電歪素子を拡大して示す斜視図である。
【図２１】本発明に係る実施例１で作成した圧電／電歪デバイスの寸法関係を示す平面図である。
【図２２】本発明に係る実施例２で作成した圧電／電歪デバイスの寸法関係を示す平面図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｂ…圧電／電歪デバイス、１０Ａ1…セラミックグリーンシート積層体、１０Ａ2…セラミック積層体、１０ａ…基体、１０ｂ…圧電／電歪素子、１１，１２…可動部、１３…固定部、１３ａ，１３ｂ…スリット状の隙間、１４…連結部、１５，１６…取付部、１５ａ，１６ａ…スリット状の隙間、１５ｂ，１６ｂ…接合面、１５ｃ，１６ｃ…接着剤、１７ａ，１７ｂ…電極、１７ｃ…圧電／電歪層、１８（１８ａ〜１８ｊ）…セラミックグリーンシート、１９ａ，１９ｂ…弾性部材、２０…圧電／電歪デバイス、２０Ａ…基体原板、２０ａ…基体、２０ｂ…圧電／電歪素子、２１，２２…可動部、２３…固定部、２４…連結部、２５，２６…取付部、２５ａ，２６ａ…隙間、２５ｂ，２６ｂ…接合面、３０…圧電／電歪素子体、３０Ａ…圧電／電歪素子、３１〜３４…圧電／電歪層、３５，３６…電極、３７，３８…端子。
Claims (19)
- 相対向する一対の可動部およびこれら両可動部を一端部側にて互いに連結する固定部を有する基体における前記両可動部の少なくとも一方の外側面に圧電／電歪素子を配設してなる圧電／電歪デバイスであって、前記基体は前記両可動部の他端部側に被制御部品または被検査部品を取付けるための一対の長尺の取付部を備えており、同取付部は前記可動部の他端から反転した状態で同可動部の内側面に沿って所定幅のスリット状の隙間を保持して所定長さ延びていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
- 請求項１に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、前記基体を構成する固定部は前記各可動部の内側面に沿って延びる所定幅のスリット状の一対の隙間を備えていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
- 請求項１または２に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、前記基体はセラミックで構成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
- 請求項３に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、前記基体は複数のセラミックグリーンシートを多数積層してなるセラミック積層体にて構成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
- 請求項１または２に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、前記基体は金属で構成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
- 請求項５に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、前記基体は複数の金属板を積層してなる金属積層体から構成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
- 請求項５に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、前記基体は１枚の金属製の平板を屈曲して構成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
- 請求項１，２，３，４，５，６または７に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、前記基体が有する可動部と取付部間のスリット状の隙間は、当該圧電／電歪デバイスの動作時における前記可動部の変位を規制しない寸法に設定されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
- 請求項１，２，３，４，５，６，７または８に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、前記基体を構成する各取付部と各可動部とは同一または近似する厚みに形成されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
- 請求項１，２，３，４，５，６，７，８または９に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、前記基体を構成する両取付部の内側面には被制御部品または被検査備品が接着剤を介して固着されていて、当該圧電／電歪デバイスは、前記部品を前記両取付部にて挟持した状態で使用されることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
- 相対向する一対の板状の可動部、これら両可動部を一端部側にて互いに連結する固定部、および、前記各可動部の他端部側に連結する取付部を有する基体と、同基体を構成する前記両可動部の少なくとも一方の外側面に配設された圧電／電歪素子を備えている圧電／電歪デバイスであって、前記各可動部と前記各取付部間にはスリット状の隙間が介在し、同スリット状の隙間の長さＬ12が前記各可動部と前記各取付部を連結している各連結部の長さＬ5よりも大きく設定されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
- 請求項１１に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、前記スリット状の隙間の長さＬ12は前記各連結部の長さＬ5の少なくとも２倍であることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
- 請求項１１に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、前記スリット状の隙間の長さＬ12は前記各連結部の長さＬ5の少なくとも５倍であることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
- 相対向する一対の可動部と、これら両可動部を一端部側にて互いに連結する固定部と、前記各可動部の他端側から反転した状態で同可動部の内側面に沿って所定幅のスリット状の隙間を保持して所定長さ延びる取付部を有する基体における前記両可動部の少なくとも一方の外側面に圧電／電歪素子を配設してなる圧電／電歪デバイスを製造する方法であり、前記基体の形成材料としてセラミックグリーンシートを多数積層し焼成してなる基体ブロックを採用し、同基体ブロックの所定の部位を前記セラミックグリーンシートの積層方向に沿って切断して、前記各可動部、前記固定部、および前記各取付部を有する基体を形成することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
- 請求項１４に記載の圧電／電歪デバイスの製造方法は、請求項４に記載の圧電／電歪デバイスを構成する基体を形成する方法であることを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
- 相対向する一対の可動部と、これら両可動部を一端部側にて互いに連結する固定部と、前記各可動部の他端側から反転した状態で同可動部の内側面に沿って所定幅のスリット状の隙間を保持して所定長さ延びる取付部を有する基体における前記両可動部の少なくとも一方の外側面に圧電／電歪素子を配設してなる圧電／電歪デバイスを製造する方法であり、前記基体の形成材料として可撓性で屈曲加工の可能な金属製の平板を採用して、同平板を前記基体が平面状に展開された形状に打抜き加工して打抜構造体を形成し、同打抜構造体の所定の部位を屈曲して前記各可動部、前記固定部、および、前記各取付部を有する基体を形成することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
- 請求項１６に記載の圧電／電歪デバイスの製造方法は、請求項７に記載の圧電／電歪デバイスを構成する基体を形成する方法であることを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
- 相対向する一対の可動部と、これら両可動部を一端部側にて互いに連結する固定部と、前記各可動部の他端側から反転した状態で同可動部の内側面に沿って所定幅のスリット状の隙間を保持して所定長さ延びる取付部を有する基体における前記可動部の少なくとも一方の外側面に圧電／電歪素子を配設してなる圧電／電歪デバイスを製造する方法であり、前記基体の形成材料として金属板を多数積層してなる基体ブロックを採用し、同基体ブロックの所定部位を前記金属板の積層方向に沿って切断して前記各可動部、前記固定部、および、前記各取付部を有する基体を形成することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
- 請求項１８に記載の圧電／電歪デバイスの製造方法は、請求項６に記載の圧電／電歪デバイスを構成する基体を形成する方法であることを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
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