JP2004064038A - 圧電／電歪デバイス及び圧電／電歪素子、並びにそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用環境乃至素子自体の温度変化によらず、若しくは、高温下の使用においても、印加する電界に従った変位を生じ得、温度特性の優れた圧電／電歪デバイスを提供すること。
【解決手段】相対向する一対の薄板部１２ａ，１２ｂと、その一対の薄板部１２ａ，１２ｂを支持する固定部１４とを具備し、一対の薄板部１２ａ，１２ｂの先端部分に可動部２０ａ，２０ｂが備わり、可動部２０ａ，２０ｂは互いに対向する端面３４ａ，３４ｂを有するとともに、一対の薄板部１２ａ，１２ｂにそれぞれ圧電／電歪素子１８ａ，１８ｂが配設された圧電／電歪デバイス１００である。圧電／電歪デバイス１００は、少なくとも薄板部１２ａ，１２ｂと圧電／電歪素子１８ａ，１８ｂの両側面が、低熱膨張率材料の被覆膜１０１で覆われている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、膜状の圧電／電歪素子と、その圧電／電歪素子の変位動作に基づいて作動する可動部を備えた圧電／電歪デバイスと、それらの製造方法に関する。詳しくは、温度特性に優れ高温下において高い精度で変位制御が可能であるとともに、高温高湿下においても劣化することなく長期にわたり安定した変位動作を実現し得る圧電／電歪素子、及び圧電／電歪素子を備える圧電／電歪デバイス、並びに、それらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光学、精密機械、半導体製造等の分野において、サブミクロンのオーダーで光路長や位置を調整する変位制御素子が所望されるようになってきている。これに応え、強誘電体や反強誘電体に電界を加えたときに起こる逆圧電効果や電歪効果等に基づくところの歪みを利用した圧電／電歪素子の開発が進められている。これら電界誘起歪みを利用する変位制御素子は、従来のサーボモータ、パルスモータ等による電磁方式等に比較して、微小変位制御が容易であり、機械／電気エネルギー変換効率が高く省電力化が図れ、超精密に実装出来て製品の小型軽量化に寄与出来る、等の特徴を有し、応用分野は拡大の一途を辿るものと考えられている。
【０００３】このような変位制御素子として、例えば特許文献１には、図１１に示すように、圧電／電歪材料からなる板状体２００に孔部２０２を設けることにより、固定部２０４と可動部２０６とこれらを支持する梁部２０８とを一体に形成し、更に、梁部２０８に電極層２１０を設けた圧電アクチュエータが開示されている。
【０００４】この圧電アクチュエータは、電極層２１０に電圧を印加すると、逆圧電効果や電歪効果により、梁部２０８が固定部２０４と可動部２０６とを結ぶ方向に伸縮するため、可動部２０６を板状体２００の面内において弧状変位又は回転変位させることが可能である。
【０００５】しかしながら、上記の特許文献１に開示された圧電アクチュエータにおいては、圧電／電歪材料の伸縮方向（即ち、板状体２００の面内方向）の変位をそのまま可動部２０６に伝達していたため、可動部２０６の作動量が小さいという問題があった。又、圧電アクチュエータは、全ての部分を脆弱で比較的重い材料である圧電／電歪材料によって構成しているため、機械的強度が低く、ハンドリング性、耐衝撃性、耐湿性に劣ることに加え、圧電アクチュエータ自体が重く、動作上、有害な振動（例えば、高速作動時の残留振動やノイズ振動）の影響を受け易いという問題点があった。
【０００６】本出願人は、変位制御素子である圧電／電歪素子の変位動作に基づいて作動する可動部を備えた圧電／電歪デバイスを、新たに開発し、その製造方法とともに特許文献２により提案し、上記問題を解消している。その圧電／電歪デバイスは、相対向する一対の薄板部と、これら薄板部を支持する固定部とを具備し、一対の薄板部の先端部分に可動部を有し、一対の薄板部のうち、少なくとも１つの薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスであり、可動部が互いに対向する端面を有し、端面間の距離が可動部の長さ以上であることを特徴とするものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１３６６６５号公報
【特許文献２】
特開２００１−３２０１０３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記先の提案を更に改善するものである。即ち、上記先の提案に示した先端部分に可動部を有する薄板部とそれを支持する固定部とを備え薄板部に圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスは、例えば磁気ディスクや光ディスク等のヘッド素子の微小位置決め用アクチュエータとして好適に用いられ得るものであり、優れた微小変位制御素子であるが、近時、磁気ディスクや光ディスク等の容量が、より大きくなり、より高密度化するに従って、位置決め精度の限界を、更に向上する要望が生まれてきており、先の提案に示した圧電／電歪デバイスのままでは、これに十分に応えられていなかった。
【０００９】先の提案に示した圧電／電歪デバイスの位置決め精度の限界は、使用環境に起因するものと考えられた。即ち、上記用途に使用する場合には、使用環境の温度変化が大きく且つ高温になることから、薄板部（振動板）を構成する材料や圧電材料乃至電歪材料等の温度特性により、あるいは、製造プロセスの温度と使用時の温度差により圧電／電歪素子の圧電／電歪層に応力が残留することに起因して、圧電／電歪デバイスが、印加する電界に従って意図する変位を生じず、例えば大きめに変化してしまい、超高精度の微小変位制御が困難になっていると考えられた。
【００１０】より具体的には、例えば代表的な圧電材料であるＰＺＴの場合、その熱膨張率は、１．４×１０^−６／℃であるのに対し、薄板部を構成する材料として用いられる、機械的特性に優れた金属（例えば各種ステンレス、バネ鋼等の鉄系合金、黄銅、ベリリウム銅等の銅系合金、ジュラルミン等のアルミニウム系合金）や高強度セラミックス（例えばアルミナや部分安定化ジルコニア）や電極材料の熱膨張率は７．５×１０^−６／℃以上であるから、周囲環境乃至素子自体の温度変化に伴い、圧電材料と電極材料及び薄板部との間に応力が発生し、その変位も変化してしまい、意図しない変位を発現してしまう。
【００１１】これは、薄板部上に圧電素子を形成する際に、強固な接着力が得られる熱硬化型エポキシ接着剤を用いる場合は１００〜１５０℃程度のプロセス温度が適用され、一体焼成により行う場合は１０００℃以上のプロセス温度が適用されるため、上記用途における使用時の温度が室温付近であるとすると、その温度差によって、応力が残留してしまうことによる。そこで、これらを解決する必要が生じ、本発明が導き出された。
【００１２】従って、本発明の目的とするところは、上記課題を解決することにあり、換言すれば、使用環境乃至素子自体の温度変化によらず、若しくは、高温下の使用においても、印加する電界に従った変位を生じ、超高精度の微小変位制御を可能とする圧電／電歪デバイスを提供することにある。課題解決のため、圧電／電歪デバイスを構成する圧電／電歪素子において、温度上昇に伴い制御値より大きくなる変位を抑制する方法について研究を重ねた結果、以下に示す手段により、上記目的が達成されることが見出された。
【００１３】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、先ず、以下に示す２つの圧電／電歪デバイスが提供される。
【００１４】第１の圧電／電歪デバイスは、相対向する一対の薄板部と、その一対の薄板部を支持する固定部とを具備し、一対の薄板部の先端部分に可動部が備わり、可動部は互いに対向する端面を有するとともに、一対の薄板部のうち少なくとも一の薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスであって、少なくとも薄板部と圧電／電歪素子の両側面が、低熱膨張率材料の被覆膜で覆われていることを特徴とする圧電／電歪デバイスである。
【００１５】ここで、低熱膨張率材料とは、圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪材料よりも小さな熱膨張率の材料であれば、温度特性の良好な圧電／電歪デバイスを得ることが出来、限定されるものではない。より優れた温度特性の圧電／電歪デバイスにするために、Ｍｏ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｕ_３Ｏ_８、ＰｂＴｉＯ_３、ＳｒＺｒＯ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２を微量添加したＳｉＯ_２、コージェライトからなる群から選ばれる何れかの材料を用いることが好ましい。
【００１６】第２の圧電／電歪デバイスは、相対向する一対の薄板部と、その一対の薄板部を支持する固定部とを具備し、一対の薄板部の先端部分に可動部が備わり、可動部は互いに対向する端面を有するとともに、一対の薄板部のうち少なくとも一の薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスであって、少なくとも薄板部と圧電／電歪素子の両側面が、ポリシラザンを用いて形成した被覆膜で覆われていることを特徴とする圧電／電歪デバイスである。このポリシラザンを用いて形成した被覆膜は、実質的にＳｉＯ_２のみで構成される膜に転化し、圧電／電歪素子に比べて低熱膨張率な膜となる。
【００１７】ところで、圧電／電歪デバイスの製造においては、例えば後述するようにセラミック積層体（セラミックグリーンシートを積層し、一体焼成したもの）に圧電／電歪素子を形成したとき、圧電／電歪素子に内部残留応力が発生することになる。特に、一体焼成によって圧電／電歪素子をセラミック積層体に形成する場合は、焼成時に生じる構成部材の収縮や熱膨張率の違いによって圧電／電歪素子に内部残留応力が発生し易くなる。
【００１８】この状態から、圧電／電歪デバイスを使用すると、使用時の周囲温度乃至素子自体の温度によっては、圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪層に所定電界を与えたときに、可動部において、制御通りの変位を発現しない場合がある。
【００１９】この現象の原因として、製造時と使用時との温度差により、製造時に生じた内部残留応力の影響が変わることが挙げられる。即ち、室温では内部残留応力が大きく、圧電／電歪材料本来の変位特性が抑制されているが、使用温度の上昇に伴い、内部残留応力が低減し、可動部の変位が大きくなってしまう。
【００２０】本発明に係る第１及び第２の圧電／電歪デバイスでは、少なくとも薄板部と圧電／電歪素子の両側面を低熱膨張率材料の被覆膜で覆っているため、高温になるに従って、この低熱膨張率被覆膜と圧電／電歪素子との間に新たな応力が生じ、高温下における圧電／電歪素子の過剰な変位の増大を抑制する。従って、高温下においても、より設計値に近い精度の高い可動部の変位動作を得ることが可能である。
【００２１】本発明に係る第１及び第２の圧電／電歪デバイスにおいては、可動部の互いに対向する端面の間に空隙が形成されていることが好ましい。一方の端面を含む可動部の一部と、他方の端面を含む可動部の別の一部とが撓み易くなり、変形に強くなって圧電／電歪デバイスのハンドリング性に優れることとなるからである。又、可動部の軽量化を図ることが出来、可動部の変位量を低下させることなく、共振周波数を高めることが可能となり、可動部の大きな変位と可動部の変位動作の高速化（高共振周波数化）を両立させることが出来る。尚、可動部を、より軽量化出来るため、図２２に示すように、全長を短縮した可動部４２０の如き形態も好適に採用される。
【００２２】本発明に係る第１及び第２の圧電／電歪デバイスは、先の提案（特許文献２）と同様に、可動部、固定部、薄板部は、セラミックス若しくは金属を用いて構成されていてもよく、各部をセラミック材料どうしで構成することも出来、あるいは、金属材料どうしで構成することも出来る。更には、セラミックスと金属の材料とから製造されたものを組み合わせたハイブリッド構造として構成することも可能である。
【００２３】通常、相対向する一対の薄板部は、圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪材料より高い熱膨張率を有する材料で構成される。例えば、ジルコニア、ステンレス等である。
【００２４】より好ましくは、本発明に係る第１及び第２の圧電／電歪デバイスにおいて、薄板部と可動部と固定部は、セラミックグリーン積層体を同時焼成することによって一体化されたセラミック基体で構成する。
【００２５】本発明に係る第１及び第２の圧電／電歪デバイスにおいては、圧電／電歪素子は、焼成によってセラミック基体に一体化されていることが好ましく、膜状を呈し、圧電／電歪層と、圧電／電歪層に形成された一対の電極とを有することが好ましい。その圧電／電歪層と一対の電極とは、複数、積層されてなることが好ましい。このような構成にすることにより、圧電／電歪素子の発生力が増大し、大変位が図られるとともに、デバイス自体の剛性が増すことで、高共振周波数化が図られ、変位動作の高速化を容易に達成出来る。
【００２６】又、圧電／電歪素子は、一対の電極のうち、一方の電極を少なくとも薄板部に形成するようにしてもよい。こうすると、圧電／電歪素子による振動を薄板部を通じて効率よく可動部に伝達することが出来、応答性の向上が図られる。
【００２７】本発明に係る圧電／電歪デバイスは、各種トランスデューサ、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や共振子、発振子、ディスクリミネータ等の能動素子の他、超音波センサや加速度センサ、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出来、特に、光学機器、精密機器等の各種精密部品等の変位や位置決め調整、角度調整の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可能である。
【００２８】又、本発明によれば、以下に示す２つの圧電／電歪素子が提供される。
【００２９】第１の圧電／電歪素子は、圧電／電歪層と、圧電／電歪層に形成された一対の電極とを有する膜状の圧電／電歪素子であって、少なくとも変位方向と平行な一対の側面が、ポリシラザンを用いて形成した被覆膜で覆われていることを特徴とする圧電／電歪素子である。このポリシラザンを用いて形成した被覆膜は、実質的にＳｉＯ_２のみで構成される膜となる。
【００３０】第２の圧電／電歪素子は、圧電／電歪層と、圧電／電歪層に形成された一対の電極とを有する膜状の圧電／電歪素子であって、少なくとも変位方向と平行な一対の側面が、実質的にＳｉＯ_２のみで構成され厚さが０．１μｍ以上の被覆膜で覆われていることを特徴とする圧電／電歪素子である。
【００３１】ＳｉＯ_２のみからなる膜は、圧電／電歪素子に比べて低熱膨張率な膜である。即ち、本発明に係る第１及び第２の圧電／電歪素子は、ともに、少なくとも変位方向と平行な一対の側面が、圧電／電歪素子に比べて低熱膨張率な膜で覆われていることになり、このことから、例えば素子の駆動に伴い高温になるに従って、この低熱膨張率被覆膜が圧電／電歪素子の圧電材料と電極材料との熱膨張率差に起因する温度特性を抑制し得る。従って、高温下においても、より設計値に近い精度の高い変位量を発現することが出来る。
【００３２】本発明に係る第１及び第２の圧電／電歪素子においては、最上面及び最下面に電極が設けられるように、圧電／電歪層と電極とが交互に積層されてなり、圧電／電歪層を複数有することが好ましく、その圧電／電歪層と一対の電極とは、複数、積層されてなることが好ましい。圧電／電歪素子の発生力が増大し、大変位が図られるとともに、圧電／電歪素子の剛性が、より増すことで、高共振周波数化が図られ、変位動作の高速化を達成出来るからである。
【００３３】更に、本発明によれば、相対向する一対の薄板部と、一対の薄板部を支持する固定部とを具備し、一対の薄板部の先端部分に可動部が備わり、可動部は互いに対向する端面を有するとともに、一対の薄板部のうち少なくとも一の薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、薄板部上に圧電／電歪素子を作製した後に、少なくとも薄板部と圧電／電歪素子の両側面を、膜形成法により低熱膨張率材料の被覆膜で覆う工程を含むことを特徴とする圧電／電歪デバイスの第１の製造方法が提供される。このとき、膜形成法としては、別途予め作製した膜板の貼付の他に、塗布、浸漬、スパッタリング、ＣＶＤ、レーザアブレーション等の方法を用いることが出来る。
【００３４】尚更に、本発明によれば、圧電／電歪層と、圧電／電歪層に形成された一対の電極とを有する膜状の圧電／電歪素子の製造方法であって、少なくとも変位方向と平行な一対の側面を、膜形成法により実質的にＳｉＯ_２のみで構成され厚さが０．１μｍ以上の被覆膜で覆う工程を含むことを特徴とする圧電／電歪素子の製造方法が提供される。このとき、膜形成法としては、ポリシラザンを用いた塗布法乃至浸漬法を採用することが好ましい。
【００３５】尚、近時、上記圧電／電歪素子及び圧電／電歪デバイスの用途としては、従来の据置き型の磁気ディスクや光ディスク装置等に加え、車載機器やモバイル機器用の磁気ディスクや光ディスクあるいは加速度センサ、角速度センサといった、振動、衝撃を受け易い装置での使用が増加し、機械的強度に不足を生じる場合がある。従来の圧電／電歪素子及び圧電／電歪デバイスの機械的強度は、圧電／電歪デバイスを構成する各材料の物性値から計算されるよりも低い値となっている。これは、製造プロセスの温度と使用時の温度差に起因して圧電／電歪素子の圧電／電歪層並びに薄板部（振動板）に応力が残留することに加え、圧電／電歪デバイスの製造プロセスで圧電／電歪素子や薄板部（振動板）につく傷がノッチとなり、このノッチ部分に応力が集中することに起因していると考えられた。
【００３６】本発明に係る上記した圧電／電歪デバイス並びに圧電／電歪素子では、被覆膜により上記ノッチ部分を埋め、表面を平滑にすることにより、応力の集中を緩和するため、機械的強度を向上することが可能である。又、低熱膨張率材料の被覆膜を使用温度より高温で形成した場合、使用温度において、その被覆膜に圧縮応力を残留させることとなり被覆膜にクラックが発生し難く、又、クラックが発生してもその進展が抑制されるため、結果的に機械的強度を向上することが出来る。
【００３７】又、以下に示す製造方法によって得られる圧電／電歪デバイスによっても、本発明の目的を達成することが可能である。尚、上記した本発明に係る第１の製造方法は、本発明に係る第１及び第２の圧電／電歪デバイスを得ることが出来る手段であるが、以下に示す本発明に係る第２、第３、第４（第２〜第４とも記す）の製造方法は、本発明に係る第１及び第２の圧電／電歪デバイスの如く被覆膜で覆われたものを製造する手段ではなく、主な構成部材間の接合が拡散接合法でなされている圧電／電歪デバイスを得る手段である。
【００３８】本発明に係る第２の製造方法は、薄板部と、薄板部を支持するとともに内部にキャビティが形成された固定部とを具備し、薄板部であり固定部のキャビティに相応する位置に、１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、後に薄板部となる薄板と、少なくとも１層からなり後に固定部となる厚板とを、拡散接合により接合し接合体を作製する工程と、接合体の薄板上に圧電／電歪素子を形成する工程と、を有することに特徴がある。
【００３９】次に、本発明に係る第３の製造方法は、相対向する一対の薄板部と、一対の薄板部を支持する固定部とを具備するとともに、一対の薄板部のうち少なくとも一の薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスの製造方法である。
【００４０】本発明に係る第３の製造方法では、後に薄板部となる薄板と、後に固定部となる１枚以上の薄板乃至は厚板と、を拡散接合により接合し接合体を作製する工程と、接合体の少なくとも一の薄板上に圧電／電歪素子を配設し圧電／電歪デバイス原盤を作製する工程と、圧電／電歪デバイス原盤を切断し個割の圧電／電歪デバイスを得る工程と、を有することを特徴としている。
【００４１】又、本発明に係る第４の製造方法は、相対向する一対の薄板部と、一対の薄板部を支持する固定部とを具備し、一対の薄板部の先端部分に可動部が備わり、可動部は互いに対向する端面を有するとともに、一対の薄板部のうち少なくとも一の薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスの製造方法である。
【００４２】本発明に係る第４の製造方法では、相対向する一対の薄板部と、一対の薄板部を支持する固定部とを具備し、一対の薄板部の先端部分に可動部が備わり、可動部は互いに対向する端面を有するとともに、一対の薄板部のうち少なくとも一の薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、後に薄板部となる薄板と、後に可動部及び固定部の一部となる１枚以上の薄板乃至は厚板と、を拡散接合により接合し中間接合体を作製する工程と、中間接合体と、後に固定部となる１枚以上の薄板と、を拡散接合により接合し接合体を作製する工程と、接合体の少なくとも一の薄板上に圧電／電歪素子を配設し圧電／電歪デバイス原盤を作製する工程と、圧電／電歪デバイス原盤を切断し個割の圧電／電歪デバイスを得る工程と、を有することに特徴がある。
【００４３】本発明に係る第２〜第４の製造方法では、後に少なくとも固定部の一部となる薄板乃至は厚板に、予め窓部が形成されていることが好ましい。勿論、後に薄板部となる薄板も含め、全てが窓部を有するものであってもよい。
【００４４】この窓部は薄板等に開けられた孔部であり、圧電／電歪デバイスの構成要素にはならないが、構成要素たる薄板部、固定部等の形状等を決定する必要な空間である。従って、窓部を有さない場合には予め最終形あるいは最終形に極近い形状の薄板等を接合することになる。この場合、その形状と、薄板等に使用する材料によっては、強度が保たれず製造工程中に変形する可能性があるが、窓部を有する薄板等は枠状体となることから強度が保ち易く変形し難くなる。薄板等に予め窓部を形成する手段は例えば薄板等がセラミックグリーンシート等である場合に好適である。一方、薄板等が金属板である場合には予め窓部が形成されていてもよく、形成されていないものであっても適用出来る。
【００４５】本発明に係る第２〜第４の製造方法では、拡散接合前後の形状変化を抑制するため、主構成部材である全ての薄板乃至厚板に同種の材料を用いる。そして、圧電／電歪デバイスの主構成部材である薄板乃至厚板を、拡散接合法により接合して圧電／電歪デバイスを得ることから、接合部分が部材自体と一体化し、接合の信頼性が極高いものとなる。接合部分も含め構成部材に異種材料が存在しないことになり、温度変化による熱応力が最小限に止まり、温度特性が良好となる。従って、作製された圧電／電歪デバイスは、使用環境の温度変化又は高温下の使用においても超高精度の微小変位制御が可能である。更に、接合部分に接着剤層が存在しないため、厚さ方向の寸法精度が高い。
【００４６】本発明に係る第２〜第４の製造方法においては、薄板乃至厚板は、８００℃における０．２％耐力が７５ＭＰａ以上である材料で構成することが好ましい。拡散接合の前後における薄板乃至厚板（被接合体）の変形を抑制出来るからである。代表的な金属材料の８００℃における０．２％耐力と拡散接合の前後における寸法変化（変形）との関係を図１９に例示する。図示されるように、上記条件に適う材料として１８Ｃｒ−８Ｎｉ合金（ＳＵＳ３０４相当）、１８Ｃｒ−８Ｎｂ合金、１８Ｃｒ−８Ｍｏ合金を挙げることが出来る。
【００４７】又、拡散接合法は、２の加圧ダイの間に被接合体（薄板乃至厚板、あるいは複数の薄板が接合された中間接合体）を配し、所定温度下で被接合体を加圧することによって行われる。このとき、加圧ダイと被接合体との間に、被接合体と同じ材料からなり固体潤滑剤が塗布された加圧板を介して加圧を行うことが好ましい。被接合体と同じ材料の、即ち、同じ熱膨張率の、加圧板を用いることによって加圧ダイに挟まれた被接合体の変形を防止出来るとともに、加圧板に固体潤滑剤を塗布することにより加圧板が被接合体と接合されてしまうのを防止出来るからである。尚、固体潤滑剤は、少なくとも六方晶窒化ホウ素を含むものであることが好ましい。拡散接合時の高温、高加圧下でも、被接合体と反応、付着することがないからである。
【００４８】又、上記拡散接合法において、加圧ダイと被接合体との間に、熱膨張率が被接合体の熱膨張率に対し±３０％の範囲にあるセラミックス製の加圧板を介して加圧を行うことも好ましい。拡散接合の前後における薄板乃至厚板（被接合体）の変形を抑制出来るからである。図２０に被接合体（の熱膨張率）に対する加圧板の熱膨張率の比率と拡散接合の前後における寸法変化（変形）を示す。図示されるように、被接合体に対する加圧板の熱膨張率が７０％以上であれば、換言すれば、熱膨張率が被接合体に対し３０％以内の範囲にある（セラミックス製の）加圧板であれば、概ね寸法変化を１％以下に抑えることが可能である。尚、セラミックス製の加圧板として純度８０％以上の酸化カルシウム（ＣａＯ）又は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で構成されるものを用いることが好ましい。これより純度が低いと熱膨張率が著しく低くなり、拡散接合前後の被接合体の変形が顕著になるからである。
【００４９】上記した本発明に係る圧電／電歪デバイスの第２、第３、第４の製造方法は、主構成部材の接合に拡散接合法を用いる点において共通し、何れも先に示した第１の製造方法と併用可能である。即ち、第２、第３、第４の製造方法で得られる圧電／電歪デバイスに、少なくとも薄板部と圧電／電歪素子の両側面を、膜形成法により低熱膨張率材料の被覆膜で覆って得られる圧電／電歪デバイスは、当然に格段に優れた温度特性を備えたものとなる。
【００５０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧電／電歪デバイス、圧電／電歪素子、並びにそれらの製造方法について、その実施の形態を図に示す例を参照しながら説明するが、本発明は、これらに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００５１】尚、以下の説明において、上記第１及び第２の圧電／電歪デバイスを総称して単に本発明に係る圧電／電歪デバイスとよび、上記第１及び第２の圧電／電歪素子を総称して単に本発明に係る圧電／電歪素子とよぶ。又、本発明に係る圧電／電歪素子は、本発明に係る圧電／電歪デバイスの構成要素になり得るものである。
【００５２】ポリシラザンを用いて形成された被覆膜は、後述するように特有の効果を有するが、本明細書において低熱膨張率材料の被覆膜という場合にはポリシラザンを用いて形成された被覆膜を含むものとする。
【００５３】又、本明細書において圧電／電歪デバイスとは、圧電／電歪素子により電気的エネルギと機械的エネルギとを相互に変換するデバイスをいう。従って、本発明に係る圧電／電歪デバイスは、各種アクチュエータや振動子等の能動素子、特に、逆圧電効果や電歪効果による変位を利用した変位制御素子として最も好適に用いられる他、加速度センサ素子や衝撃センサ素子等の受動素子としても好適に使用され得る。
【００５４】以下の実施の形態に示す本発明に係る圧電／電歪デバイスは、特許文献２に開示された本明細書の図３に示す圧電／電歪デバイス１０に低熱膨張率の被覆膜を施したものであり、このことにより、温度特性の改善が図られ、高温下においても与えた電界に対して良好な変位を発現する圧電／電歪デバイスである。
【００５５】先ず、この圧電／電歪デバイス１０について説明する。
【００５６】図３に示すように、圧電／電歪デバイス１０は、相対向する一対の薄板部１２ａ及び１２ｂと、これら薄板部１２ａ及び１２ｂを支持する固定部１４とが一体に形成された基体１６を具備し、一対の薄板部１２ａ及び１２ｂの各一部にそれぞれ圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂが形成されて構成されている。
【００５７】圧電／電歪デバイス１０は、圧電／電歪素子１８ａ及び／又は１８ｂの駆動によって一対の薄板部１２ａ及び１２ｂが変位し、あるいは薄板部１２ａ及び１２ｂの変位を圧電／電歪素子１８ａ及び／又は１８ｂにより検出する構成を有する。即ち、薄板部１２ａ及び１２ｂと圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂにて、アクチュエータ部１９ａ及び１９ｂが構成される。
【００５８】更に、一対の薄板部１２ａ及び１２ｂは、各先端部分が内方に向かって肉厚とされ、その肉厚部分は、薄板部１２ａ及び１２ｂの変位動作に伴って変位する可動部２０ａ及び２０ｂとして機能する。以下、一対の薄板部１２ａ及び１２ｂの先端部分を可動部２０ａ及び２０ｂと記す。そして、可動部２０ａ及び２０ｂの互いに対向する端面３４ａ及び３４ｂ間に、空隙３６を介在させている。
【００５９】基体１６は、全体をセラミックス若しくは金属を用いて構成されるか、あるいは、セラミックスと金属の材料で製造されたものを組み合わせたハイブリッド構造としてもよい。そして、各部を有機樹脂、ガラス等の接着剤で接着してなる構造、セラミックグリーン積層体を焼成により一体化してなるセラミック一体構造、拡散接合、ロウ付け、半田付け、共晶接合若しくは溶接等で一体化した金属一体構造等の構成を採用することが出来る。経時的な状態変化が殆ど生じず接合部位の信頼性が高く、且つ、剛性確保に有利な構造であることから、より好ましくは、セラミックグリーン積層体を焼成により一体化したセラミック積層体で基体１６を構成する。
【００６０】圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、別体として圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを準備して、基体１６に有機樹脂、ガラス等の接着剤や、ロウ付け、半田付け、共晶接合等で貼り付けることが出来る。又、膜形成法を用いることにより、貼り付けではなく、直接、基体１６に形成することも出来る。基体１６をセラミック積層体として、焼成により圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂを基体１６と一体化することが、より好ましい。
【００６１】次に、本発明に係る圧電／電歪デバイスについて説明する。
【００６２】上記した圧電／電歪デバイス１０の少なくとも薄板部と圧電／電歪素子の両側面を低熱膨張率材料の被覆膜で覆ったものが、本発明に係る圧電／電歪デバイスである。図１に、その一実施形態を示す。本発明に係る圧電／電歪デバイス１００は、薄板部１２ａ及び１２ｂと圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの両側面のみが、被覆膜１０１（図中の斜線部）で覆われている。製造方法は後述するが、圧電／電歪デバイス１００は、例えば、圧電／電歪デバイス１０において被覆膜を形成する部分、即ち薄板部１２ａ及び１２ｂと圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの両側面以外をマスキングし、スパッタ、ＣＶＤ、レーザアブレーション等の膜形成法により（両面なので２回実施して）被覆膜を形成することが出来る。
【００６３】尚、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂは、４層からなる膜状の圧電／電歪層２２と、各々の圧電／電歪層２２の両面に形成された一対の電極２４及び２６とを有して構成され、一対の電極２４及び２６のうち一方の電極２６が一対の薄板部１２ａ及び１２ｂ上（即ち最下面）、及び、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの最上面に形成されている。
【００６４】圧電／電歪デバイス１００は、例えば、一方の圧電／電歪素子１８ａにおける一対の電極２４及び２６に対して電圧が印加されると、一方の圧電／電歪素子１８ａにおける圧電／電歪層２２は、その主面方向に収縮変位する。これにより、図１に示すように、一方の薄板部１２ａに対し、その薄板部１２ａを撓ませる方向（矢印Ａに示す方向）の応力が発生することから、薄板部１２ａは矢印Ａに示す方向に撓む。このとき、図２に示すように、可動部２０ａ、２０ｂが磁気ヘッド２２１により連結された状態で、他方の圧電／電歪素子１８ｂにおける一対の電極２４及び２６に電圧は印加されていないと、他方の薄板部１２ｂは一方の薄板部１２ａの撓みに追従して矢印Ａに示す方向に撓む。その結果、可動部２０ａ及び２０ｂは、圧電／電歪デバイス１００の長軸に対して矢印Ａに示す方向に変位する。
【００６５】このように、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの微小な変位が薄板部１２ａ及び１２ｂの撓みを利用して大きな変位動作に増幅され、可動部２０ａ及び２０ｂに伝達され、可動部２０ａ及び２０ｂを、圧電／電歪デバイス１００の長軸に対して大きく変位させることが出来る。
【００６６】特に、可動部２０ａ及び２０ｂの間を空隙３６にしているので、より軽量化が図られ、可動部２０ａ及び２０ｂの変位量を低下させることなく、共振周波数を高めることが可能となる。周波数とは、一対の電極２４及び２６に印加する電圧を交番的に切り換えて、可動部２０ａ及び２０ｂを左右に変位させたときの電圧波形の周波数を示し、共振周波数とは、可動部２０ａ及び２０ｂの変位動作が所定の振動モードで追従出来る最大の周波数をいう。
【００６７】この変位量は、通常、圧電／電歪素子に印加される電圧（又は与えられる電界）の値に応じて変化するが、従来の圧電／電歪デバイスでは、製造時と使用時との温度差により、製造時に生じた内部残留応力の影響が変わることにより、可動部において、制御通りの変位を発現しない場合があった。即ち、高温下において使用される場合に、可動部の変位動作が制御値に比較して大きくなってしまうことがあった。
【００６８】本発明に係る圧電／電歪デバイス１００では、薄板部１２ａ及び１２ｂと圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの両側面、即ち、変位方向と平行な一対の側面が、圧電／電歪素子に比べて低熱膨張率材料の被覆膜１０１で覆われていることから、高温になるに従って、被覆膜１０１が矢印Ａに示す方向に生じる過剰な圧電／電歪素子の変位を抑えることが出来る。従って、高温下においても、可動部の変位量を所望の値として、精度よく動作させることが可能である。
【００６９】この圧電／電歪デバイス１００は、アクチュエータ部１９ａ及び１９ｂの駆動力を上げても、基本的に薄板部１２ａ及び１２ｂの幅は不変であるため、例えば非常に狭い間隙において使用される光ディスクのピックアップやハードディスク用磁気ヘッドの位置決め制御用のアクチュエータ等に適用する上で非常に好ましいデバイスである。
【００７０】図２に、図１に示す圧電／電歪デバイス１００にハードディスク用の磁気ヘッドを取り付けた態様を示す。磁気ヘッド２２１は、空隙３６の位置に、可動部２０ａ及び２０ｂと接着部２２２（端面３４ａ及び３４ｂ）で固定され、磁気ヘッド２２１が取り付けられた圧電／電歪デバイス１００自体は、接着部２２３でハードディスクのサスペンションに固定される。可動部２０ａ及び２０ｂの接着部２２２は対向する端面３４ａ及び３４ｂであり、その表面積が大きいことから、可動部２０ａ及び２０ｂに磁気ヘッド２２１の取付性は向上し、確実に磁気ヘッド２２１を固着することが出来る。ハードディスクでは、先ず、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等で圧電／電歪デバイス１００の位置決めがなされ、更に、圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの変位動作に伴って変位する可動部２０ａ及び２０ｂによって磁気ヘッド２２１が正確に位置決めされる。
【００７１】次に、図４、図５に基づいて、本発明に係る圧電／電歪デバイスの他の実施形態について説明する。
【００７２】図４に示す圧電／電歪デバイス１４０は、図示されるように、可動部２０ａ及び２０ｂを含む薄板部１２ａ及び１２ｂと圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂと固定部１４の両側面、即ち全ての側面が低熱膨張率材料の被覆膜１４１（図中の斜線部）で覆われている。端面には被覆膜１４１は形成されない。圧電／電歪デバイス１４０は、例えば、圧電／電歪デバイス１００と同様に、スパッタ、ＣＶＤ、レーザアブレーション等の膜形成法により（両面なので２回実施して）被覆膜を形成することが出来る。
【００７３】図５に示す圧電／電歪デバイス１５０は、図示されるように、可動部２０ａ及び２０ｂを含む薄板部１２ａ及び１２ｂと圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂと固定部１４の、即ち全ての面が（端面も側面も）、低熱膨張率材料の被覆膜１５１（図中の斜線部）で覆われている。圧電／電歪デバイス１５０は、例えば、浸漬法あるいは塗布法によって、容易に被覆膜を形成することが出来る。
【００７４】尚、本発明の被覆膜は温度特性の抑制のみならず、後述する高温、高湿下での圧電／電歪素子のマイグレーションによるショート及び金属基体及び金属薄板部の腐食、部分安定化ジルコニア基体及び薄板部の相変態に起因する破損を抑制する防湿皮膜や、同じく後述する圧電／電歪デバイスからの発塵を抑制する防塵被覆としての効果があるため、圧電／電歪デバイスのより多くの部分が被覆されていることが好ましい。このため圧電／電歪デバイス１００の態様と比べて、圧電／電歪デバイス１４０の態様が好ましく、更には圧電／電歪デバイス１５０の態様が、より好ましい。
【００７５】圧電／電歪デバイス１４０，１５０は、何れも圧電／電歪デバイス１００と同様に、薄板部１２ａ及び１２ｂと圧電／電歪素子１８ａ及び１８ｂの両側面、即ち、変位方向と平行な一対の側面が、圧電／電歪素子に比べて低熱膨張率材料の被覆膜で覆われていることから、高温になるに従って生じる圧電／電歪素子の過剰な変位を抑え、高温下においても、与えた電界に追従し所望の変位量を精度よく発現する。即ち、本発明に係る圧電／電歪デバイスは、少なくとも薄板部と圧電／電歪素子の両側面が、圧電／電歪素子に比べて低熱膨張率材料の被覆膜で覆われていれば、一定の効果を導くことが出来る。
【００７６】本発明に係る圧電／電歪デバイス１００，１４０，１５０において、被覆膜になる材料は、上記したように、圧電／電歪素子に比べて低熱膨張率の材料であればよいが、より温度特性を良好にするためには、Ｍｏ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｕ_３Ｏ_８、ＰｂＴｉＯ_３、ＳｒＺｒＯ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２を微量添加したＳｉＯ_２、コージェライトからなる材料のうち何れかを用いることが好ましい。これらは、熱膨張率が、０．０５〜１．０×１０^−６／℃程度であり、圧電／電歪材料や電極材料との密着性に優れ、被覆膜を形成し易いからである。
【００７７】ここで、本発明に係る圧電／電歪デバイスが発現する効果について言及する。
【００７８】本発明においては、上記したように、圧電／電歪デバイスの温度特性が良好になることが第１の効果であるが、その他に、本発明の態様、即ち、少なくとも薄板部と圧電／電歪素子の両側面を圧電／電歪素子に比べて低熱膨張率材料の被覆膜で覆う圧電／電歪デバイスであることによって、以下に示す副次的な効果を発現する。
【００７９】第２の効果は、パーティクル発生の防止である。本発明に係る圧電／電歪デバイスにおいては、圧電／電歪素子の両側面を被覆膜で覆っているので、少なくとも圧電／電歪素子の側面からのパーティクルの発生は抑えられ、長期にわたりパーティクルの発生を少なくすることが出来る。パーティクルの発生を少なくするための、より好ましい態様は、図５に示すような圧電／電歪素子を含む圧電／電歪デバイス全体を被覆膜で覆うものである。
【００８０】一般に、圧電／電歪素子を利用する場合、圧電／電歪材料自体が脆弱な材料であることから、圧電／電歪素子自体の欠けやクラックが発生する確率が高く、特に、長期間にわたり動作させると結晶等の粒界が剥離してパーティクルが発生し易い。そして、従来、圧電／電歪材料として、長期にわたりパーティクルの発生が殆どないような改善された材料は見出されておらず、このような圧電／電歪素子の抱える問題は、その用途によっては重大な問題に直結するおそれがある。
【００８１】例えば、上記したようなハードディスクの磁気ヘッドの位置決めに用いる場合には、発生したパーティクルがディスクやヘッドを汚し、読み取り書き込み動作を誤らせるだけでなく、装置の破壊を引き起こす要因となる。本発明に係る圧電／電歪デバイスを用いれば、このような問題は生じ得ない。
【００８２】第３の効果は、圧電／電歪デバイスの耐久性の向上である。本発明に係る圧電／電歪デバイスにおいては、圧電／電歪素子の両側面を被覆膜で覆っているので、特に高湿度雰囲気において使用される場合にも、水分の侵入が抑えられ、長期にわたりマイグレーション等によるショートの発生率が低減される結果、高い信頼性を得ることが出来る。耐久性を向上させるための、より好ましい態様は、図５に示すような圧電／電歪デバイス全体を被覆膜で覆うものである。
【００８３】特に、被覆膜がポリシラザンを用いて形成される場合には、後述するようにポリシラザンが水分を消費しながらシリカ（ＳｉＯ_２）膜へ化学変化するため、高湿度雰囲気の水分のみならず圧電／電歪素子乃至圧電／電歪デバイスに内在する水分をも除去するので、被覆膜の内側は常に乾燥した状態になり、いっそう劣化を引き起こし難くなる。
【００８４】第４の効果は、部品等の接着不良の防止である。本発明に係る圧電／電歪デバイスにおいて、図５に示すように圧電／電歪デバイス全体を被覆膜で覆うことにより、圧電／電歪デバイス表面（側面及び端面）の接着性を向上させることが出来る。
【００８５】例えば、本発明に係る圧電／電歪デバイスを上記したようなハードディスクの磁気ヘッドの位置決めに用いる場合に、図２に示すように、磁気ヘッドを可動部の端面に接着したり、圧電／電歪デバイス自体をハードディスクのサスペンション等に接着するが、従来、圧電／電歪デバイス表面の接着性が良好ではないことから、十分な接着強度が得られなかった。
【００８６】圧電／電歪デバイス表面の接着性が良好ではない理由は、圧電／電歪デバイスを所望の形状に加工する際に、ワイヤーソー、ダイシング等の加工を行うが、圧電／電歪デバイスが非常に小さいことから（例えば薄板部間の寸法で１〜２ｍｍ程度）、厚さ（端面の幅）が０．０５〜０．５ｍｍ程度であるため、加工面に付着した切り粉や砥粒を完全に除去することは困難であり、その残留した切り粉や砥粒を介して接着を行うためと考えられた。
【００８７】本発明に係る圧電／電歪デバイスを用いれば、加工後に被覆膜を形成するため、このような問題は生じ得ない。尚、樹脂性の膜は接着性に劣り好ましくない。被覆膜は無機の膜が好ましく、上記した低熱膨張率の材料であるＭｏ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｕ_３Ｏ_８、ＰｂＴｉＯ_３、ＳｒＺｒＯ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２を微量添加したＳｉＯ_２、コージェライトを用いた被覆膜であれば好適である。
【００８８】続いて、本発明に係る圧電／電歪素子の実施形態について、適用例を掲げて説明する。
【００８９】本発明に係る圧電／電歪素子は、圧電／電歪層と、圧電／電歪層に形成された一対の電極とを有する膜状の圧電／電歪素子であって、少なくとも変位方向と平行な一対の側面が被覆膜で覆われているものである。その被覆膜は、ポリシラザンを用いて形成した膜であるか、若しくは、実質的にＳｉＯ_２のみで構成され厚さが０．１μｍ以上の膜である。
【００９０】少なくとも変位方向と平行な一対の側面を覆う被覆膜が、ポリシラザンを用いて形成した膜であっても、実質的にＳｉＯ_２のみで構成され厚さが０．１μｍ以上の膜であっても、圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪材料よりも低熱膨張率の膜であり、本発明に係る圧電／電歪素子は、既に説明した本発明に係る圧電／電歪デバイスに好ましく適用することが出来る。
【００９１】図１２は、本発明に係る圧電／電歪素子の他の適用例である表示装置用表示素子の断面図である。表示素子１２４は、光源１２６からの光１２８が導入される光導波板１３０と、その光導波板１３０の背面に対向して設けられ、且つ、多数のアクチュエータ部１３２が画素に対応してマトリクス状あるいは千鳥状に配列された駆動部１３４を有して構成されている。
【００９２】画素の配列構成は、図示しないが、例えば、垂直方向に並ぶ２つのアクチュエータ部１３２で１つのドットを構成し、３つのドット（赤色ドット、緑色ドット及び青色ドット）を水平方向に並べて１つの画素を構成する。そして、表示素子１２４では、各アクチュエータ部１３２上に、それぞれ画素構成体１４０が積層されており、画素構成体１４０は、アクチュエータ部１３２の変位に伴って、上下（図中）に変位し、光導波板１３０との接触面積を大きくして、画素に応じた面積にして、カラー画面を表現する。
【００９３】このような表示装置用表示素子においては、通常、運転が開始されると、長期間、継続して運転され、又、使用される周囲環境の温度、湿度等が、必ずしも良好な条件であるとは限らない。従って、各構成部品には、より高い耐久性が求められるが、本発明に係る圧電／電歪素子は、上記した本発明に係る圧電／電歪デバイスの有する第１〜第４の効果のうち圧電／電歪素子に係る第２〜第３の効果を備えるものであるので、換言すれば、パーティクルが発生し難く、耐久性に優れた変位制御素子であるので、表示素子１２４のアクチュエータ部１３２として好適である。特に、アクチュエータ部１３２と薄板部１４２を覆う被覆膜がポリシラザンを用いて形成される場合には、被覆膜の内側は常に乾燥した状態になるため、周囲の高湿度のもたらす悪影響あるいは内在していた水分による劣化を、完全に回避することが出来る。
【００９４】次に、本発明に係る圧電／電歪デバイス及び圧電／電歪素子を構成する材料について説明する。
【００９５】圧電／電歪デバイスの可動部並びに固定部を構成する材料としては、剛性を有する限りにおいて特に限定されないが、後述するセラミックグリーンシート積層法を適用可能なセラミックスを好適に用いることが出来る。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他、これらの混合物を主成分とした材料が挙げられるが、機械的強度や靱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。又、金属材料においては、剛性を有する限り、限定されないが、ステンレス鋼、ニッケル、ばね鋼、黄銅、ベリリウム銅等が挙げられる。
【００９６】薄板部を構成する材料としては、可動部や固定部と同様のセラミックスを好適に用いることが出来る。中でも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は、薄肉であっても機械的強度が大きいこと、靱性が高いこと、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。金属材料で構成する場合にも、可撓性を有し、屈曲変形が可能な金属材料であればよいが、好ましくは、鉄系材料としては、各種ステンレス鋼、各種バネ鋼鋼材で構成することが望ましく、非鉄系材料としては、黄銅、ベリリウム銅、リン青銅、ニッケル、ニッケル鉄合金で構成することが望ましい。
【００９７】圧電／電歪素子では、圧電／電歪層には、圧電セラミックスが好適に用いられるが、電歪セラミックスや強誘電体セラミックス、あるいは反強誘電体セラミックスを用いることも可能である。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、チタン酸ビスマスネオジウム、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。
【００９８】圧電／電歪素子の電極は、室温で固体であり、導電性に優れた金属で構成されていることが好ましく、例えばアルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、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、鉛等の金属単体、若しくはこれらの合金が用いられ、更に、これらに圧電／電歪層あるいは薄板部と同じ材料を分散させたサーメット材料を用いてもよい。
【００９９】次に、本発明に係る圧電／電歪デバイスの被覆膜を施す工程を有する第１の製造方法を、図を参照しながら説明する。尚、本発明に係る圧電／電歪素子の製造方法についても、以下の説明に含めて記載する。
【０１００】本発明に係る圧電／電歪デバイスは、各部材の構成材料をセラミックスとし、圧電／電歪素子を除く基体、即ち、薄板部、固定部、及び可動部については、以下に記すセラミックグリーンシート積層法を用いて製造することが好ましい。各部材の接合部の経時的な状態変化が殆ど生じず、接合部位の信頼性が高く、且つ、剛性確保に有利だからである。又、圧電／電歪素子や、電極端子等については、薄膜や厚膜等の膜形成法を用いて製造することが好ましい。これらの手段による製造方法は、生産性や成形性に優れ、圧電／電歪デバイスを短時間に、再現性よく得ることが出来る。
【０１０１】先ず、セラミックグリーンシート積層法について記す。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、これを脱泡処理後、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。次に、金型を用いた打抜加工やレーザ加工等の方法により、セラミックグリーンシートを所定の形状に加工して、複数枚の基体形成用のセラミックグリーンシートを得る。その後、セラミックグリーンシートを積層・圧着して、セラミックグリーン積層体とした後、焼成してセラミック積層体を得る。
【０１０２】次に、セラミック積層体の両表面上に、それぞれ圧電／電歪素子を、例えばスクリーン印刷法、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て、接着剤を用いることなく作製する。より好ましい手段は、厚膜形成法である。
【０１０３】尚、基体を作製し、圧電／電歪素子を形成し、圧電／電歪デバイスの形状を整えるまでの過程の詳細については、特許文献２における記載内容に従う。その記載に示されるように複数の製造過程を経ることが出来る。
【０１０４】続いて、少なくとも薄板部と圧電／電歪素子の両側面を、膜形成法により低熱膨張率材料の被覆膜で覆う。薄板部と圧電／電歪素子の両側面の他に、可動部、固定部を含み圧電／電歪デバイスの側面全体を低熱膨張率材料の被覆膜で覆うことも好ましく、更には、端面を含む圧電／電歪デバイス全体を低熱膨張率材料の被覆膜で覆ってもよい。尚、ここで圧電／電歪素子の（両）側面とは、変位方向と平行な方向の面を指す。
【０１０５】使用する低熱膨張率材料は、圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪材料の熱膨張率より小さな熱膨張率の材料であれば限定されるものではないが、例えばＭｏ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｕ_３Ｏ_８、ＰｂＴｉＯ_３、ＳｒＺｒＯ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２を微量添加したＳｉＯ_２、コージェライト、等を用いることが出来る。なかでも、実質的にシリカ（ＳｉＯ_２）のみで被覆膜を構成することが好ましい。
【０１０６】被覆膜形成に用いる膜形成法としては、別途作製した膜板の貼付や、塗布、浸漬、スパッタリング、ＣＶＤ、レーザアブレーション、等の手段を採用することが出来、使用する低熱膨張率材料や、被覆膜を形成する部分乃至面積を鑑みて、適用し易い方法を用いればよい。
【０１０７】図６は、圧電／電歪デバイス１０（図３参照）全体を低熱膨張率材料の被覆膜で覆った圧電／電歪デバイス１５０（図５参照）を作製する場合を例にとり、浸漬法により被覆膜を形成する過程を説明する上面図である。ここで、被覆膜はシリカ（ＳｉＯ_２）で形成するものとする。
【０１０８】先ず、圧電／電歪デバイス１０を浸ける小さな浸漬槽を多数有する厚板６１（例えばＰＴＦＥ製）を用意する。厚板６１には液抜き孔６４を有し、圧電／電歪デバイス１０の形状に合わせた形状の窪み６３が多数形成されており、窪み６３が浸漬槽の役割を果たす。そして、圧電／電歪デバイス１０を窪み６３に格納し、厚板６１と同形状の厚板６２を裏返して蓋をして、厚板６１から厚板６２が外れないように耐溶剤性を有する輪ゴム６５、等で固定する。
【０１０９】次いで、キシレンで例えば２０質量％に希釈したポリシラザン溶液中に、厚板６１，６２ごと圧電／電歪デバイス１０を浸漬させる。そして、圧電／電歪デバイス１０をポリシラザン溶液から上げた後、余分な溶液を取り除くために、例えば窒素ガスでブローし乾燥させ、更にキシレンを取り除くために、例えば１２０℃で例えば３０分間加熱乾燥する。その後、例えば４５０℃で２時間程度、熱処理する。
【０１１０】上記過程を経ることによって、浸漬により圧電／電歪デバイス１０の全表面に付着したポリシラザンの塗膜が、加熱による酸化乃至加水分解により、実質的にシリカのみからなるセラミックスの緻密な被覆膜に転化し、図５に示す全体が被覆膜で覆われた圧電／電歪デバイス１５０を得ることが出来る。
【０１１１】尚、ポリシラザン（−ＳｉＨ_２ＮＨ−）には、平均分子量に幅があり３００〜５０００程度のものが存在する。又、酸化触媒や脱水素剤を含むものが存在する。本発明に係る圧電／電歪デバイス乃至圧電／電歪素子に被覆膜を形成するために用いる場合には、何れのポリシラザンでも構わない。但し、分子量に応じて粘度が変わり得るので、浸漬により付着する塗膜の厚さを好ましくは０．１μｍ以上に制御するために、キシレン等で上記例によらず適切な濃度に希釈して用いることが好ましい。又、ポリシラザンの種類によって、上記した加熱乾燥温度、熱処理温度、及びそれらの所要時間は適切に変更することが好ましい。
【０１１２】図８〜図１０は、ジルコニア製の振動板８２と、その上に形成された積層型の圧電／電歪素子８８とを有するユニモルフ型の圧電／電歪デバイス８０に対して、低熱膨張率材料の被覆膜の形成過程を説明する斜視図である。
【０１１３】図８は、別途作製した低熱膨張率材料の膜板８１を圧電／電歪デバイス８０の側面に貼付する様子を表す。この方法は、比較的大型の圧電／電歪デバイスについて用いることが出来る。膜板８１としてはシリカを主成分とする各種ガラス（例えばソーダガラス）を用いることが出来る。貼付は、エポキシ系、ウレタン系、アクリル系等の接着剤で行えばよい。
【０１１４】比較的小型の圧電／電歪デバイスに対しては、図９、図１０に示すように、直接、圧電／電歪デバイス８０の側面に、低熱膨張率材料を用いて被覆膜を形成することが好ましい。図９においては、例えばＴｉＯ_２を微量添加したＳｉＯ_２をスパッタリングにより、圧電／電歪デバイス８０の側面に選択的に、０．１〜１０μｍの被覆膜９１を形成する様子を表す。
【０１１５】又、図１０においては、例えばシロキサン溶液を用いて、塗布法により、圧電／電歪デバイス８０の全面に、０．１〜１０μｍの被覆膜９２を形成する様子を表す。シロキサン溶液はゾルゲル反応によりシリカ膜へと転化する。先に記したポリシラザンを用いる他に本手段によっても、実質的にシリカのみからなる被覆膜を形成することが可能である。
【０１１６】次に、本発明に係る圧電／電歪デバイスの第２〜第４の製造方法、即ち、拡散接合工程を有する製造方法の実施形態について説明する。尚、以下に例示される実施形態においては、金属板であって窓部を有する薄板乃至厚板を使用しているが、既に説明したように窓部を有しない薄板乃至厚板であってもよい。
【０１１７】先ず、図２１（ａ）〜図２１（ｇ）を参照して、本発明に係る圧電／電歪デバイスの第４の製造方法について説明する。図２１（ａ）〜図２１（ｅ）は本発明に係る圧電／電歪デバイスの第４の製造方法の工程の一例を説明する図であり、図２１（ｆ）は、作製される圧電／電歪デバイスの一例を示す斜視図であり、図２１（ｇ）は同じく側面図である。図２１（ｆ）、図２１（ｇ）に示される圧電／電歪デバイス３００は、相対向する一対の薄板部３１２と、一対の薄板部３１２を支持する固定部３１４とを具備し、一対の薄板部３１２の先端部分に可動部３２０が備わり、可動部３２０は互いに対向する端面３３４を有するとともに、一対の薄板部３１２に、それぞれ１の圧電／電歪素子３７８が配設された圧電／電歪デバイスである。
【０１１８】製造工程について説明する。先ず、図２１（ａ）に示すように、後に薄板部３１２となる薄板３７１と、窓部３４１を有し後に可動部３２０及び固定部３１４の一部となる１枚の薄板３７２（２枚以上でもよい）とを、薄板３７１を上側にして仮接着し仮積層体とした後に拡散接合により接合し、中間接合体３７３ａ（図２１（ｂ）参照）を作製する。同様にして、薄板３７２を上側にして仮接着し仮積層体とした後に拡散接合により接合し、中間接合体３７３ｂ（図２１（ｂ）参照）を作製する。尚、薄板３７１と薄板３７２、及び、次に示す薄板３７４は、例えば１８Ｃｒ−８Ｍｏの金属板であり、厚さは例えば６０μｍ（薄板３７１）、７０μｍ（薄板３７２）、１５０μｍ（薄板３７４）である。又、仮接着し仮積層体とした後に拡散接合により接合する拡散接合方法については、後に詳述する。
【０１１９】次に、図２１（ｂ）に示すように、中間接合体３７３ａと中間接合体３７３ｂとの間に、窓部３４３を有し後に固定部３１４となる３枚の薄板３７４（１枚以上なら限定されない）を挟んで仮接着し仮積層体とした後に、拡散接合により接合し、接合体３７６（図２１（ｃ）参照）を作製する。
【０１２０】続いて、図２１（ｃ）に示すように、接合体３７６の両外面、即ち、最上層と最下層に位置する薄板３７１上であって薄板３７２の窓部３４２に相応する位置に、別途作製した圧電／電歪素子３７８を接着により配設し圧電／電歪デバイス原盤３７７を作製する（図２１（ｄ））。そして、図２１（ｅ）に示すように、圧電／電歪デバイス原盤３７７を、切断線３６９に沿って切断すれば、既に説明した個割の圧電／電歪デバイス３００を８個得ることが出来る。
【０１２１】尚、本発明に係る圧電／電歪デバイスの第３の製造方法は、上記した本発明に係る圧電／電歪デバイスの第４の製造方法に準じる。即ち、本発明に係る圧電／電歪デバイスの第３の製造方法は、相対向する一対の薄板部と、一対の薄板部を支持する固定部とを具備するとともに、一対の薄板部のうち少なくとも一の薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスの製造方法であり、上記した図２１（ｆ）、図２１（ｇ）に示される圧電／電歪デバイス３００から、可動部３２０を除いたものである。そして、製造工程は、薄板３７２を取り扱わないことを除けば、上記した図２１（ａ）〜図２１（ｅ）に従う。
【０１２２】次に、図１３〜図１６により、本発明に係る圧電／電歪デバイスの第４の製造方法の工程の他例を説明する。上記した図２１（ａ）〜図２１（ｅ）に示した工程は、例として８個の圧電／電歪デバイスを得る工程であったが、以下に示す工程は例として１６０個の圧電／電歪デバイスを得る工程であり、図２１（ａ）〜図２１（ｅ）に示した工程が複数個（８個）の圧電／電歪デバイスが一の方向（図中横方向）に並んで作製されるのに対し、図１３〜図１６に示す工程では圧電／電歪デバイスが二の方向（図中において横方向に２０個及び縦方向に８列、２０×８＝１６０個）に並んで作製される。
【０１２３】先ず、それぞれ例えばＳＵＳ３０４製の薄板を、金型を用いた打抜法乃至はケミカルエッチング法により加工した薄板７１及び薄板７２を、２枚ずつ用意する。図１３に示されるように、薄板７１は所定箇所に窓部４１を有し、例えば４０μｍ厚さの所定形状を呈し後に薄板部となる金属板であり、薄板７２は例えば５０μｍ厚さで薄板７１に対応した形状を呈し所定箇所に窓部４１及び窓部４２を有し後に可動部及び固定部の一部となる金属板である。そして、各１枚を四隅を接着剤で仮接着して積層し、２つの仮積層体７３ａ，７３ｂを作製する。尚、仮積層体７３ａは薄板７１を上にして積層したもの、仮積層体７３ｂは薄板７２を上にして積層したものである（図１３では仮積層体７３ｂを示す）。又、窓部の形成位置を指す薄板の所定箇所とは、図１３に表される窓部４１，４２の如く縦方向８列に相当する位置を示す。後述する窓部４３も準じる。
【０１２４】得られた２つの仮積層体７３ａ，７３ｂは、仮接着した薄板７１及び薄板７２とを拡散接合により接合して、２つの中間接合体７９ａ，７９ｂとする。図１７に示されるように、拡散接合は、黒鉛製の加圧ダイ１８１の間に例えば仮積層体７３ａを置き、且つ、加圧ダイ１８１と仮積層体７３ａとの間に純度８０％以上のＭｇＯからなる加圧板１８２を挟んで、加圧ダイ１８１により加圧することにより行う。加圧条件は、例えば、加圧温度８５０℃、加圧時間３０分間、加圧雰囲気２×１０^−４Ｔｏｒｒ、加圧圧力１．２５ＭＰａである。尚、ここに示した拡散接合方法及びその条件は、上記及び以下に記す拡散接合工程においても同様である。
【０１２５】次いで、図１４に示されるように、得られた２つの中間接合体７９ａ（上側）と中間接合体７９ｂ（下側）の間に、所定の厚さとなるように複数の薄板７４を、四隅を接着剤で仮接着して積層し、仮積層体７５を作製する。尚、図１４中の中間接合体７９ａ，７９ｂは、接合した薄板７１，７２のうち薄板７２側の面を露わにしている。又、薄板７４は薄板７１，７２と同じＳＵＳ３０４製であり、例えば２００μｍ厚さで、金型を用いた打抜法乃至はケミカルエッチング法により加工し得られ薄板７１，７２に対応した形状を呈し、所定箇所に窓部４３を有し、後に固定部となる金属板である。
【０１２６】得られた仮積層体７５は、仮接着した中間接合体７９ａ，７９ｂ及び薄板７４とを拡散接合により接合して、接合体７６とする。そして、図１５に示されるように、得られた接合体７６の所定の位置（薄板７１上であって、薄板７２の窓部４２にあり薄板７１の窓部４１には存在しない窓（開口）の位置に相当する部分）を接着剤塗布部４４とし、ここにスクリーン印刷法により接着剤を塗布した後、別途作製し用意した圧電／電歪素子７８を接着剤塗布部４４に載置し、接着剤を硬化させ、圧電／電歪素子７８を固定し、圧電／電歪デバイス原盤７７を得る。尚、図示しないが、圧電／電歪素子７８は、接合体７６の両面に現れる薄板７１の他方にも取り付ける。
【０１２７】圧電／電歪素子の形成方法としては、上記の接着によるものの他にゾル−ゲル法、スパッタリング、ＣＶＤ、レーザアブレーション、プラズマ溶射等の成膜技術を用いて直接薄板７１上に形成する方法を採用し得る。
【０１２８】次に、図１６に示されるように、得られた圧電／電歪デバイス原盤７７を、窓部４１，４２，４３の長手方向（図中横方向）とは垂直に、図示される切断線６９に従って、切断すると、個割された圧電／電歪デバイスを得ることが出来る（図中明示されないが図中縦方向の切断線６９は２１本あり切断により図中横方向１列当たり２０個の圧電／電歪デバイスに分別される）。
【０１２９】次に、本発明に係る圧電／電歪デバイスの第２の製造方法について説明する。本発明に係る圧電／電歪デバイスの第２の製造方法は、薄板部と、薄板部を支持するとともに内部にキャビティが形成された固定部とを具備し、薄板部であり固定部のキャビティに相応する位置に、１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスの製造方法である。圧電／電歪デバイスの１例として液滴吐出装置を掲げ、図１８に示す製造工程により説明する。
【０１３０】液滴吐出装置１７０は、薄板部４１２と、薄板部４１２を支持するとともに内部に加圧室１６１（キャビティ）が形成された固定部４１４とを具備し、薄板部４１２であり固定部４１４の加圧室１６１に相応する位置に、１つの圧電／電歪素子１７８が配設されてなるものである。
【０１３１】先ず、後に薄板部４１２となる薄板１７１と、所定形状の窓部１４１を有し後に固定部４１４となる厚板１７２（少なくとも１層の薄板が積層されていてもよい）と、更に、所定形状の貫通孔１４２が形成された厚板１７３とを用意し、仮接着した後に拡散接合して一体化し接合体１７４を得る。窓部１４１は液滴を加圧する加圧室１６１（キャビティ）になり、貫通孔１４２は液体を加圧室に導入し吐出する液体導入口１６２及び液体吐出口１６３となる。そして、接合体１７４の薄板１７１上であって窓部１４１に相応する位置に圧電／電歪素子１７８を接着剤により固着すれば、液滴吐出装置１７０が得られる。
【０１３２】上記した例ではキャビティが１つだけの液滴吐出装置について記載しているが、本発明に係る拡散接合法では、被接合物の変形を抑制出来るため、多数のキャビティが配置された液滴吐出装置を作製する場合においても、位置ズレによる各キャビティ間の吐出量バラツキを抑制出来、好適に用いられる。
【０１３３】
【実施例】以下に、本発明に係る第１及び第２の圧電／電歪デバイス、即ち被覆膜を有する圧電／電歪デバイスを、実施例に基づいて説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【０１３４】先ず、ジルコニアを主成分とするセラミック粉末からセラミックグリーンシート積層法によりセラミック積層体を得て、その表面に、ジルコン酸チタン酸鉛（圧電／電歪層）と白金（電極）を用い、スクリーン印刷法により圧電／電歪素子を形成し、ワイヤーソー加工により形状を整えて、図３に示す圧電／電歪デバイス１０と同じ圧電／電歪デバイスを１０４体得た。そのうちの４２体を試料Ｂとする。
【０１３５】次いで、得られた圧電／電歪デバイスのうち４２体（試料Ｂ相当）を、ポリシラザン溶液（クラリアント社製Ｎ３１０）に浸漬させ塗膜を形成した後に、４９０℃で３０分間、熱処理し、全面にシリカ膜が形成された圧電／電歪デバイスを２０体作製した。これを試料Ａとする。尚、シリカ膜の膜厚は１μｍであった。
【０１３６】同様に、得られた圧電／電歪デバイスのうち２０体（試料Ｂ相当）を、フッ素系被覆剤溶液（住友３Ｍ社製ＦＣ７２２を住友３Ｍ社製溶剤ＰＦ５０６０で５０倍希釈したもの）に浸漬させ塗膜を形成した後に、１２０℃で３０分間、加熱乾燥し、全面にフッ素系被覆膜が形成された圧電／電歪デバイスを２０体作製した。これを試料Ｃとする。尚、フッ素系被覆膜の膜厚は１ｎｍであった。
【０１３７】（温度特性試験）
【０１３８】試料Ａ（１体）をホットプレート上に載置して加熱し、温度を変化させて、それぞれの温度における入力に対する変位をレーザドップラー速度計（ソニー社製ＶＬ１０）により測定した（実施例１）。入力は３０±３０Ｖ、１ｋＨｚｓｉｎ波であり、温度は、２５℃、７０℃、１００℃、１１０℃に変化させた。試料Ｂについても同様に試験した（比較例１）。結果を図７に示す。
【０１３９】（清浄度評価）
【０１４０】十分に洗浄した容器に純水と試料Ａ（１体）を入れて、超音波洗浄（周波数６８ｋＨｚ）を３分間行った。その後、容器中の純水に存在するパーティクル数をパーティクルカウンタ（リオン社製ＫＬ−２６）を用いて計測した。結果は、０．５μｍ以上のパーティクルが数個／ｍｌであった。試料Ｂについても同様に試験した。結果は０．５μｍ以上のパーティクルが数１００個／ｍｌであり、試料Ａの概ね１００倍であった。
【０１４１】（耐久性試験その１）
【０１４２】硫酸アンモニウム飽和塩溶液を入れた密閉容器（縦２６０ｍｍ×横１９０ｍｍ×高さ９０ｍｍ）を、４０℃に設定した低温培養器（ＩＳＵＺＵ社製ＳＬＶ−１１）に投入して恒温恒湿環境（４０℃、８５±５％Ｒ．Ｈ．（相対湿度））をつくった。そして、試料Ａ（２０体）を、その密閉容器に入れ、連続稼動させ、耐久性を調査した。入力は３０±３０Ｖ、１ｋＨｚｓｉｎ波である。試料Ｂについても同様に試験した。結果は、試料Ｂでは１００時間経過後に、５体がマイグレーションによりショートを発生した。試料Ａでは１０００時間経過しても、ショート発生は１体もなかった。
【０１４３】（耐久性試験その２、その３、その４）
【０１４４】又、溶液、及び温度、湿度を変更し、臭化カリウム飽和塩溶液、２０℃、８４％Ｒ．Ｈ．の場合（その２）、炭酸ナトリウム飽和塩溶液、２５℃、８７％Ｒ．Ｈ．の場合（その３）、臭化ナトリウム飽和塩溶液、４０℃、５５％Ｒ．Ｈ．の場合（その４）という恒温恒湿環境下で、耐久性試験その１と同様に、それぞれ試料Ａ（２０体）、試料Ｂ（２０体）について試験を行ったが、何れの環境下でも、試料Ｂに比較して試料Ａの不良発生率が低かった。
【０１４５】（耐久性試験その５）
【０１４６】試料Ａ（２０体）を、恒温恒湿槽（タバイエスペック社製ＰＨ−１Ｋ）を用いて、８５℃、８５％Ｒ．Ｈ．（相対湿度）の環境下において、連続稼動させ、高温高湿度下における耐久性を調査した。入力は３０±３０Ｖ、１ｋＨｚｓｉｎ波である。試料Ｂについても同様に試験した。結果は、試料Ｂでは１００時間経過後に、１２体がマイグレーションによりショートを発生した。試料Ａでは５００時間経過しても、ショート発生は３体に止まった。
【０１４７】（耐久性試験その６）
【０１４８】試料Ａ（２０体）を、イナートオーブン（タバイエスペック社製ＩＰＨ−２０１）を用いて、ドライ窒素雰囲気下において、連続稼動させ、時間経過毎の静電容量変化率を調査し、長時間の耐久性を確認した（実施例２）。尚、入力は３０±３０Ｖ、１ｋＨｚｓｉｎ波であり、静電容量は２０体の試料の平均により変化率を算出した。試料Ｃについても同様に試験した（比較例２）。結果を表１に示す。
【０１４９】
【表１】

【０１５０】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明に係る圧電／電歪デバイス及びその製造方法によれば、より軽量化が図られ、より大きな変位量を確保出来、変位動作のより高速化（高共振周波数化）を達成出来、有害な振動の影響を受け難く、より高速応答が可能で、機械的強度がより高く、ハンドリング性に優れる上に、使用環境乃至素子自体の温度変化によらず、若しくは、高温下の使用においても、印加する電界に従った制御性に優れる変位を生じ得、長期にわたり高い信頼性を確保し得る。
【０１５１】又、以上に説明した圧電／電歪デバイスは、各種トランスデューサ、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や共振子、発振子、ディスクリミネータ等の能動素子の他、超音波センサや加速度センサ、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出来、特に、光学機器、精密機器等の各種精密部品等の変位や位置決め調整、角度調整の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可能である。
【０１５２】本発明に係る圧電／電歪素子は、温度特性に優れ、パーティクル発生率が低く、高い耐久性を有することから、上記圧電／電歪デバイスの構成要素として好適な他、厳しい使用環境下に晒される電気電子製品等のアクチュエータ部分としての利用が可能である。本発明に係る圧電／電歪素子を用いた電気電子製品等は、より長寿命化が図られ競争力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧電／電歪デバイスの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る圧電／電歪デバイスの一実施形態を示す斜視図であり、部品を取り付けた態様を示す図である。
【図３】従来の圧電／電歪デバイスの一例を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る圧電／電歪デバイスの他の実施形態を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る圧電／電歪デバイスの更に他の実施形態を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る圧電／電歪デバイスの第１の製造方法の一実施形態を示す上面図である。
【図７】実施例における温度特性試験の結果を示すグラフである。
【図８】本発明に係る圧電／電歪デバイスの第１の製造方法の他の実施形態を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る圧電／電歪デバイスの第１の製造方法の更に他の実施形態を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る圧電／電歪デバイスの第１の製造方法の更に他の実施形態を示す斜視図である。
【図１１】従来の圧電アクチュエータの一例を示す斜視図である。
【図１２】本発明に係る圧電／電歪素子の適用例を示す断面図である。
【図１３】本発明に係る圧電／電歪デバイスの第４の製造方法の一実施形態を示す上面図であり、製造工程の一部分を説明する図である。
【図１４】本発明に係る圧電／電歪デバイスの第４の製造方法の一実施形態を示す上面図であり、製造工程の一部分を説明する図である。
【図１５】本発明に係る圧電／電歪デバイスの第４の製造方法の一実施形態を示す上面図であり、製造工程の一部分を説明する図である。
【図１６】本発明に係る圧電／電歪デバイスの第４の製造方法の一実施形態を示す上面図であり、製造工程の一部分を説明する図である。
【図１７】本発明に係る圧電／電歪デバイスの第４の製造方法の一実施形態を示す側面図であり、拡散接合方法を説明する図である。
【図１８】本発明に係る圧電／電歪デバイスの第２の製造方法の一実施形態を示す斜視図であり、製造工程を説明する図である。
【図１９】本発明に係る圧電／電歪デバイスの第２〜第４の製造方法に用いられる薄板乃至厚板の、８００℃における０．２％耐力と拡散接合の前後における寸法変化との関係を示すグラフである。
【図２０】本発明に係る圧電／電歪デバイスの第２〜第４の製造方法に用いられるセラミックス製加圧板の熱膨張率の被接合体の熱膨張率に対する比率と拡散接合の前後における寸法変化との関係を示すグラフである。
【図２１】図２１（ａ）〜図２１（ｇ）は、本発明に係る圧電／電歪デバイスの第４の製造方法の他の実施形態を示す斜視図であり、図２１（ａ）〜図２１（ｅ）は製造工程を説明する図であり、図２１（ｆ）は作製された圧電／電歪デバイスの斜視図であり、図２１（ｇ）は作製された圧電／電歪デバイスの側面図である。
【図２２】本発明に係る圧電／電歪デバイスの更に他の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０，８０，１００，１４０，１５０，３００…圧電／電歪デバイス、１２ａ，１２ｂ，１４２，３１２，４１２…薄板部、１４，３１４，４１４…固定部、１６…基体、１８ａ，１８ｂ，７８，８８，１７８，３７８…圧電／電歪素子、１９ａ，１９ｂ，１３２…アクチュエータ部、２０ａ，２０ｂ，３２０，４２０…可動部、２２…圧電／電歪層、２４，２６…一対の電極、３４ａ，３４ｂ，３３４…端面、３６…空隙、４１，４２，４３，１４１，３４１，３４２，３４３…窓部、４４…接着剤塗布部、６１，６２…厚板、６３…窪み、６４…液抜き孔、６５…輪ゴム、６９，３６９…切断線、７１，７２，７４，１７１，３７１，３７２，３７４…薄板、７３ａ，７３ｂ，７５…仮積層体、７６，１７４，３７６…接合体、７７，３７７…圧電／電歪デバイス原盤、７９ａ，７９ｂ，３７３ａ，３７３ｂ…中間接合体、８１…膜板、８２…振動板、９１，９２，１０１，１４１，１５１…被覆膜、１２４…表示素子、１２６…光源、１２８…光、１３０…光導波板、１３４…駆動部、１４０…画素構成体、１４２…貫通孔、１６１…加圧室、１６２…液体導入口、１６３…液体吐出口、１７０…液滴吐出装置、１７２，１７３…厚板、１８１…加圧ダイ、１８２…加圧板、２００…板状体、２０２…孔部、２０４…固定部、２０６…可動部、２０８…梁部、２１０…電極層、２２１…磁気ヘッド、２２２，２２３…接着部。

Claims (24)

1. 相対向する一対の薄板部と、前記一対の薄板部を支持する固定部とを具備し、前記一対の薄板部の先端部分に可動部が備わり、前記可動部は互いに対向する端面を有するとともに、前記一対の薄板部のうち少なくとも一の薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスであって、
   少なくとも前記薄板部と前記圧電／電歪素子の両側面が、低熱膨張率材料の被覆膜で覆われていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
2. 前記低熱膨張率材料が、Ｍｏ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｕ_３Ｏ_８、ＰｂＴｉＯ_３、ＳｒＺｒＯ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２を微量添加したＳｉＯ_２、コージェライトからなる群から選ばれる材料である請求項１に記載の圧電／電歪デバイス。
3. 相対向する一対の薄板部と、前記一対の薄板部を支持する固定部とを具備し、前記一対の薄板部の先端部分に可動部が備わり、前記可動部は互いに対向する端面を有するとともに、前記一対の薄板部のうち少なくとも一の薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスであって、
   少なくとも前記薄板部と前記圧電／電歪素子の両側面が、ポリシラザンを用いて形成した被覆膜で覆われていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
4. 前記可動部が互いに対向する端面の間に、空隙が形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の圧電／電歪デバイス。
5. 前記薄板部と前記可動部、及び前記固定部は、セラミックグリーン積層体を同時焼成することによって一体化されたセラミック基体で構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載の圧電／電歪デバイス。
6. 前記圧電／電歪素子は、焼成によって前記セラミック基体に一体化されている請求項５に記載の圧電／電歪デバイス。
7. 前記圧電／電歪素子は、膜状であり、圧電／電歪層と、前記圧電／電歪層に形成された一対の電極とを有する請求項１〜６の何れか一項に記載の圧電／電歪デバイス。
8. 前記圧電／電歪素子は、前記圧電／電歪層と前記一対の電極とが、複数、積層されてなる請求項７に記載の圧電／電歪デバイス。
9. 圧電／電歪層と、前記圧電／電歪層に形成された一対の電極とを有する膜状の圧電／電歪素子であって、
   少なくとも変位方向と平行な一対の側面が、ポリシラザンを用いて形成した被覆膜で覆われていることを特徴とする圧電／電歪素子。
10. 圧電／電歪層と、前記圧電／電歪層に形成された一対の電極とを有する膜状の圧電／電歪素子であって、
    少なくとも変位方向と平行な一対の側面が、実質的にＳｉＯ_２のみで構成され厚さが０．１μｍ以上の被覆膜で覆われていることを特徴とする圧電／電歪素子。
11. 最上面及び最下面に前記電極が設けられるように、前記圧電／電歪層と前記電極とが交互に積層され、前記圧電／電歪層を複数有する請求項９又は１０に記載の圧電／電歪素子。
12. 相対向する一対の薄板部と、前記一対の薄板部を支持する固定部とを具備し、前記一対の薄板部の先端部分に可動部が備わり、前記可動部は互いに対向する端面を有するとともに、前記一対の薄板部のうち少なくとも一の薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、
    前記薄板部上に前記圧電／電歪素子を作製した後に、少なくとも前記薄板部と前記圧電／電歪素子の両側面を、膜形成法により低熱膨張率材料の被覆膜で覆う工程を含むことを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
13. 前記膜形成法が、膜板の貼付、塗布、浸漬、スパッタリング、ＣＶＤ、レーザアブレーションからなる群から選ばれる何れかの方法である請求項１２に記載の圧電／電歪デバイスの製造方法。
14. 圧電／電歪層と、前記圧電／電歪層に形成された一対の電極とを有する膜状の圧電／電歪素子の製造方法であって、
    少なくとも変位方向と平行な一対の側面を、膜形成法により実質的にＳｉＯ_２のみで構成され厚さが０．１μｍ以上の被覆膜で覆う工程を含むことを特徴とする圧電／電歪素子の製造方法。
15. 前記膜形成法が、ポリシラザンを用いた塗布法乃至浸漬法である請求項１４に記載の圧電／電歪素子の製造方法。
16. 薄板部と、前記薄板部を支持するとともに内部にキャビティが形成された固定部とを具備し、前記薄板部であり前記固定部のキャビティに相応する位置に、１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、
    後に前記薄板部となる薄板と、少なくとも１層からなり後に前記固定部となる厚板とを、拡散接合により接合し接合体を作製する工程と、
    前記接合体の前記薄板上に、前記圧電／電歪素子を形成する工程と、を有することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
17. 相対向する一対の薄板部と、前記一対の薄板部を支持する固定部とを具備するとともに、前記一対の薄板部のうち少なくとも一の薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、
    後に前記薄板部となる薄板と、後に前記固定部となる１枚以上の薄板乃至は厚板と、を拡散接合により接合し接合体を作製する工程と、
    前記接合体の少なくとも一の前記薄板上に、前記圧電／電歪素子を配設し、圧電／電歪デバイス原盤を作製する工程と、
    前記圧電／電歪デバイス原盤を切断し、個割の圧電／電歪デバイスを得る工程と、を有することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
18. 相対向する一対の薄板部と、前記一対の薄板部を支持する固定部とを具備し、前記一対の薄板部の先端部分に可動部が備わり、前記可動部は互いに対向する端面を有するとともに、前記一対の薄板部のうち少なくとも一の薄板部に１以上の圧電／電歪素子が配設された圧電／電歪デバイスの製造方法であって、
    後に前記薄板部となる薄板と、後に前記可動部及び固定部の一部となる１枚以上の薄板乃至は厚板と、を拡散接合により接合し中間接合体を作製する工程と、
    前記中間接合体と、後に前記固定部となる１枚以上の薄板乃至は厚板と、を拡散接合により接合し接合体を作製する工程と、
    前記接合体の少なくとも一の前記薄板上に、前記圧電／電歪素子を配設し、圧電／電歪デバイス原盤を作製する工程と、
    前記圧電／電歪デバイス原盤を切断し、個割の圧電／電歪デバイスを得る工程と、を有することを特徴とする圧電／電歪デバイスの製造方法。
19. 前記薄板乃至厚板は、８００℃における０．２％耐力が７５ＭＰａ以上である請求項１６〜１８の何れか一項に記載の圧電／電歪デバイスの製造方法。
20. 前記拡散接合が、２の加圧ダイの間に被接合体を配し、所定温度下で被接合体を加圧する接合方法であって、
    前記加圧ダイと前記被接合体との間に、被接合体と同じ材料からなり固体潤滑剤が塗布された加圧板を介して前記加圧を行う請求項１６〜１８の何れか一項に記載の圧電／電歪デバイスの製造方法。
21. 前記固体潤滑剤が、少なくとも六方晶窒化ホウ素を含む請求項２０に記載の圧電／電歪デバイスの製造方法。
22. 前記拡散接合が、２の加圧ダイの間に被接合体を配し、所定温度下で被接合体を加圧する接合方法であって、
    前記加圧ダイと前記被接合体との間に、熱膨張率が被接合体の熱膨張率に対し±３０％の範囲にあるセラミックス製の加圧板を介して前記加圧を行う請求項１６〜１９の何れか一項に記載の圧電／電歪デバイスの製造方法。
23. 前記セラミックス製の加圧板が、純度８０％以上の酸化カルシウム又は酸化マグネシウムである請求項２２に記載の圧電／電歪デバイスの製造方法。
24. 後に少なくとも固定部の一部となる薄板乃至は厚板に、予め窓部が形成されている請求項１６〜１８の何れか一項に記載の圧電／電歪デバイスの製造方法。

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