JPH11168246A - 圧電アクチュエータ、赤外線センサおよび圧電光偏向器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低駆動電圧化と大変位量化と高安定性化、小
型化を同時に満足する高性能圧電アクチュエータ、圧電
チョッパあるいは圧電光偏向器を提供する。 【解決手段】 同一平面上にある弾性シム材１０に一部
に圧電体１１を貼り付けた駆動部１０ａ、駆動部１０ａ
に励振された振動の振幅を拡大する変位拡大部１０ｂを
設けた。また、駆動部の共振周波数と変位拡大部の共振
周波数の中間の周波数域の駆動周波数で駆動した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電アクチュエー
タ、及びその圧電アクチュエータを用いた赤外線センサ
並びに圧電光偏向器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属等の弾性薄板に圧電セラミックを接
着して貼合わせて素子を構成し圧電セラミックに電圧を
印加した時のひずみにより屈曲運動をさせる圧電アクチ
ュエータは、焦電型赤外線センサーのチョッパや光偏光
器等、種々の機器に用いられている。このタイプのアク
チュエータには、一般に、弾性薄板の両面に圧電セラミ
ックを接着したバイモルフ型と、片面にのみ接着したユ
ニモルフ型とがあり、用途に応じて使い分けられる。こ
の従来のバイモルフ型及びユニモルフ型の圧電アクチュ
エータにおいて、大きな変位量を必要とする場合には、
印加電圧を大きくしたり、駆動周波数を素子の共振周波
数に一致させる等により大きな変位量を得ていた。

【０００３】しかしながら、このようにすると、圧電振
動板のひずみが著しく大きくなり、高い信頼性を得る事
ができないという問題点があった。また、圧電振動板の
ひずみを小さくして大きい変位量を得るためには、形状
を大きくしなければならないという弊害もあった。ま
た、共振を利用することにより低駆動電圧化は可能であ
るが、そのようにすると駆動部が大きく振動するために
信頼性に欠け、共振のばらつきにより変位量のばらつき
が大きくなるという新たな問題も生じていた。従って、
従来例のバイモルフ型及びユニモルフ型の圧電アクチュ
エータでは、低駆動電圧化、大変位量化、高安定化及び
小型化を同時に満足することは困難であった。

【０００４】また、近年、焦電型赤外線センサは、電子
レンジにおける調理物の温度測定や、エアコンにおける
人体の位置検出などの幅広い分野で利用されているが、
この焦電型赤外線センサにおいても圧電アクチュエータ
が使用されている。この焦電型赤外線センサは、ＬｉＴ
ａＯ₃単結晶等の焦電体による焦電効果を利用したもの
であり、簡単に説明すると以下のようである。すなわ
ち、焦電体は自発分極を有しており常に表面電荷を発生
しているが、大気中における定常状態では大気中の電荷
と結びついて電気的に中性を保っている。この焦電体に
赤外線が入射すると焦電体の温度が変化し、これにとも
ない表面の電荷状態も中性状態が壊れて変化する。この
表面に発生する電荷を検知して、赤外線入射量を測定す
るのが焦電型赤外線センサである。すなわち、物体はそ
の温度に応じた赤外線を放射しており、このセンサを用
いることにより、物体の温度や位置を測定することがで
きるというものである。

【０００５】このように焦電効果は赤外線の入射量の変
化によって生じるものであるため、焦電型赤外線センサ
においては、焦電体に入力される赤外線入射量を変化さ
せる必要がある。この手段として通常、チョッパが用い
られ、これによって、赤外線が焦電体に断続的に入射さ
れて検出物体の温度を検出する。従来の焦電型赤外線セ
ンサでは、電磁モータ及び圧電アクチュエータ等を利用
したチョッパが主に用いられている。図４６は、弾性薄
板に圧電セラミックを接着した圧電アクチュエータをチ
ョッパとして用いた従来例の焦電型赤外線センサを示す
概略図である。

【０００６】この図４６の従来例の焦電型赤外線センサ
において、弾性シム材３１０の両面には、圧電セラミッ
ク３１１ａ、３１１ｂがそれぞれ接着され、バイモルフ
型素子が構成されている。圧電セラミック３１１ａ、３
１１ｂにはそれぞれ表面に電極が形成され、また厚さ方
向に分極処理が施されており、圧電セラミック３１１
ａ、３１１ｂそれぞれの分極の方向は、圧電セラミック
３１１ａ、３１１ｂが常に互いに逆の方向にひずみを発
生するように決められる。すなわち、圧電セラミック３
１１ａ、３１１ｂの片方が伸びる方向で歪むとき、もう
一方は縮むように、印加電界の方向と分極方向が決めら
れる。また、バイモルフ型素子は支持部３１３により、
保持されている。バイモルフ型素子の自由端の先端部分
には、入射光と赤外線センサの間に在って入射光を遮る
遮蔽板１４が取り付けられている。尚、赤外線センサ３
１５は、遮蔽板３１４及び、バイモルフ型素子に接触し
ないようにバイモルフ型素子の近傍に配置される。

【０００７】以上のように構成された従来例の焦電型赤
外線センサにおいて、弾性シム材３１０と圧電セラミッ
ク３１１ａ、３１１ｂの間にそれぞれ電界が印加される
と、バイモルフ型素子は片端固定の屈曲運動をし、先端
に取り付けられた遮蔽板１４は電界の印加方向の変化に
応じて往復運動を行う。この遮蔽板３１４の往復運動に
より赤外線センサ３１５に入射する入射光３１６を断続
する。

【０００８】しかしながら、焦電形赤外線センサに用い
られるチョッパは比較的大きな変位量を必要とするた
め、この従来例に用いた圧電バイモルフ型のチョッパに
おいては、圧電振動板を直接支持する構成を採りなが
ら、印加電圧を大きくすることや、駆動周波数を素子の
共振周波数に設定する事によって大きな変位量を確保し
ていた。このために、圧電チョッパの支持部に大きな歪
みがかかり、支持部において高い信頼性を得ることがで
きないという問題点があった。また、ひずみを小さくし
て大きい変位量を得るためには、形状を大きくしなけれ
ばならないという弊害もあった。また、共振を利用する
ことにより低駆動電圧化は可能であるが、そのようにす
ると駆動部が大きく振動するために信頼性に欠け、共振
のばらつきにより変位量のばらつきが大きくなるという
新たな問題も生じていた。従って、従来例のバイモルフ
型及びユニモルフ型の圧電チョッパでは、低駆動電圧
化、大変位量化、高安定化及び小型化を同時に満足する
ことは困難であった。

【０００９】また、近年、流通の発達により、商品管理
をデジタル的に行うために、バーコードが広く使用され
ている。このバーコードを読みとるためのバーコードリ
ーダーは、レーザービームをバーコードに照射し、反射
光の強弱を判断することによりバーコードを読みとって
いる。従って、バーコードリーダーにはレーザー源で発
生させられたビームを偏向する機構が必要となる。従来
の偏向器は反射板を取り付けた２極モータが主に用いて
いたが、機器の小型化を目的として、近年、圧電効果を
利用した光偏向器も利用されるようになってきている。
圧電セラミックスを使用した光偏向器としては、圧電素
子を積層して構成したアクチュエータに鏡を取り付けこ
のアクチュエータに電圧を印加して鏡の方向を変えると
いうもの（以下、第１の従来例の光偏向器という）が、
“V.J.Fowler &J.Schlafer.Proc . IEEE.,VOL.54(196
6),p.1437”において開示されている。

【００１０】また、それ以外にも、特開昭５８ー９５７
１０号公報に開示された光偏向器（第２の従来例の光偏
向器という。）のように、バイモルフ型アクチュエータ
を利用して鏡を回転させて光を偏向するもの、特開昭５
８ー１８９６１８号公報に開示された光偏向器（第３の
従来例の光偏向器という）のように、バイモルフ型アク
チュエータの圧電素子の電極を複数に分割し、電圧を印
加する電極の数を制御することによって圧電素子の変形
量を制御するというもの等種々のタイプのものがある。

【００１１】しかしながら、第１の従来例の光偏向器は
積層型のアクチュエータを使用するため印加電圧に対す
る光の偏向角度を大きくすることができないという問題
点があった。また、第２の従来例の光偏向器において
は、複数のバイモルフ型アクチュエータと鏡の回転軸と
を機械的に結合していたため構造が極めて複雑になると
いう問題点があった。また、第３の従来例の光偏向器に
おいては偏向量の制御が複雑になるという問題点があっ
た。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来例
の圧電アクチュエータ、赤外線センサおよび圧電光偏向
器にはそれぞれ、上述したように種々の問題点がある。
そこで、本発明の第１の目的は、低い駆動電圧で大変位
量が得られ、高安定化及び小型化が可能な圧電アクチュ
エータを提供することにある。また、本発明の第２の目
的は、圧電アクチュエータを用いた信頼性の高い焦電型
赤外線センサーを提供することにある。さらに、本発明
の第３の目的は、構造と偏向量の制御が簡単でかつ偏向
角度を大きくとることができる光偏向器を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る圧電アクチュエータは、厚さ方向に印
加される電圧に対応して上記厚さ方向と直交する一方向
に大きく伸縮する圧電振動板と弾性薄板とが接合されて
なり、所定の周波数を有する駆動電圧を上記圧電振動板
の厚さ方向に印加することにより上記駆動電圧の周波数
に対応した振動数でたわみ振動する駆動部と、上記駆動
部と同一平面上にあり、上記駆動部のたわみ振動と同調
して振動することが可能でかつ上記駆動部の振動によっ
て励振されるように上記駆動部に連結されて、上記駆動
部の振動を拡大する変位拡大部とを備え、上記駆動部に
おける振動を上記変位拡大部で拡大して出力する。上記
構成により、低い駆動電圧で大変位量が得られ、高安定
化及び小型化が可能な圧電アクチュエータを提供するこ
とができる。

【００１４】また、上記圧電アクチュエータにおいて
は、上記駆動部の振動により効果的に変位拡大部の振動
が励振されるように、上記変位拡大部が弾性薄板からな
り、該弾性薄板が上記駆動部弾性薄板と一体で形成する
ことが好ましい。

【００１５】また、上記圧電アクチュエータにおいて
は、上記変位拡大部の一端を上記駆動部弾性薄板の一端
と連結することが好ましい。上記構成により、素子の有
効長を最も長くすることが出来、より低い駆動電圧で大
変位量を確保することができる。

【００１６】またこの場合、圧電アクチュエータを上記
駆動部弾性薄板の他端で支持してもよい。このようにす
ると、片端固定の撓み振動の１次モードを励振する事が
出来るため、支持しない場合に比べて変位量を大きくす
ることができる。

【００１７】また、上記駆動部弾性薄板と上記変位拡大
部との連結部分で支持してもよい。この場合も片端固定
の撓み振動の１次モードを励振する事が出来るため、支
持しない場合に比べて変位量を大きくすることができ
る。また、設計の際に駆動部弾性薄板と変位拡大部とが
互いに影響を及ぼし合うことが、非常に少ないため共振
周波数の設計が容易である。

【００１８】さらに、上記圧電アクチュエータにおい
て、上記圧電振動板が最上層と最下層とが電極層になる
ように電極層と圧電体層とが交互に積層され、各圧電体
層に該圧電体層の上下の電極層を介して駆動電圧が印加
されるように構成することが好ましい。上記構成によ
り、同じ変位量を確保しながら、駆動電圧を著しく低く
することができる。すなわち、より低い駆動電圧で、大
きな変位量を得ることができる。

【００１９】上記圧電振動板を積層構造とする場合、上
記圧電振動板の各圧電体層を挟設する一対の電極層のう
ち、一方の電極層は該電極層の１つの側面が上記圧電振
動板の一方の側面の内側に位置するように形成され、他
方の電極層は該電極層の１つの側面が上記圧電振動板の
他方の側面の内側に位置するように形成されていること
が好ましい。また、上記圧電振動板を積層構造とする場
合、上記圧電振動板の各圧電体層を挟設する一対の電極
層のうち、一方の電極層は該電極層の１つの端面が上記
圧電振動板の一方の端面の内側に位置するように形成さ
れ、他方の電極層は該電極層の１つの端面が上記圧電振
動板の他方の端面の内側に位置するように形成されてい
ることがさらに好ましい。上記構成により、上記圧電振
動板を所定の寸法に切断するときに、電極間の短絡を防
止することが出来る。また、更に駆動時における、電極
のマイグレーション現象も未然に防ぐことが出来る。加
えて、圧電振動板を切断する際のチッピング現象も改善
することができる。

【００２０】また、上記圧電振動板を積層構造とする場
合、上記各電極層は、その１つの端面に突起電極を有
し、該突起電極の先端部が上記圧電振動板の一方の端面
に露出している以外は該電極層の端面及び側面がそれぞ
れ上記圧電振動板の端面及び側面の内側に位置するよう
に形成され、上記突起電極は一つ置きに上記圧電振動板
の端面に形成された接続電極によって接続されているこ
とが好ましい。上記構成により、電極間の接続を容易に
でき、製造が容易であるため製造コストを低く抑えるこ
とが出来る。

【００２１】また、この場合、上記駆動部弾性薄板と上
記圧電振動板とを接合した時に上記駆動部弾性薄板上の
上記接続電極のうちの一方が位置する部分に該接続電極
と上記駆動部弾性薄板とを絶縁するための絶縁体又は穴
を形成することが好ましい。これによって、上記一方の
接続電極と駆動部弾性薄板との絶縁を確実にでき、信頼
性を高くすることができる。また、上記構成により、駆
動時における電極のマイグレーション現象も防ぐことが
出来る。更に、製造が容易となるため製造コストを低く
抑えることが出来る。加えて、圧電振動板を駆動部弾性
薄板に接着後、接続電極を形成することもできる。

【００２２】また、上記圧電振動板を積層構造とする場
合、上記各電極層は、その１つの側面に突起電極を有
し、該突起電極の先端部が上記圧電振動板の一方の側面
に露出している以外は該電極層の端面及び側面がそれぞ
れ上記圧電振動板の端面及び側面の内側に位置するよう
に形成され、上記突起電極を一つ置きに上記圧電振動板
の一方の側面に形成された接続電極によって接続するよ
うにしてもよい。以上のように構成しても、上述の圧電
振動板の端面に接続電極を形成した場合と同様の作用効
果を有する。

【００２３】また、このように側面に接続電極を形成す
る場合、上記駆動部弾性薄板の幅を上記圧電振動板より
も狭くし、上記駆動部弾性薄板の一方の側面が上記圧電
振動板の側面より内側に位置するように、上記駆動部弾
性薄板と上記圧電振動板とを接合することが好ましく、
これによって、接続電極と上記駆動部弾性薄板とを容易
に絶縁できる。また、このように側面に接続電極を形成
する場合、上記駆動部弾性薄板と上記圧電振動板とを接
合した時に上記駆動部弾性薄板上の上記接続電極のうち
の一方が位置する部分に該接続電極と上記駆動部弾性薄
板とを絶縁するための切り欠き形成するようにして、そ
の一方の接続電極と上記駆動部弾性薄板とを絶縁するよ
うにしてもよい。また、このように側面に接続電極を形
成する場合、上記駆動部弾性薄板と上記圧電振動板とを
接合した時に上記駆動部弾性薄板上の上記接続電極のう
ちの一方が位置する部分に該接続電極と上記駆動部弾性
薄板とを絶縁するための絶縁体を形成してもよい。

【００２４】またさらに、圧電振動板を積層構造とする
場合、上記各電極層はそれぞれ圧電振動板の一方の端部
において電極層間を接続するための突起電極を有しかつ
上記突起電極は一つ置きに対向するように配置され、対
向する突起電極間をそれぞれ、スルーホール内に形成し
た接続電極によって接続することが好ましい。これによ
って、圧電振動板の端面又は側面に接続電極を形成する
ことにより電極層間を接続する場合に比較して、容易に
確実に電極層間を接続することができる。また、圧電振
動板と駆動部弾性薄板とを貼り合わせ前に接続電極を形
成した場合でも、接着時の比較的高い加圧（５ｋｇ／ｃ
ｍ²程度）に対しても、圧電振動板を破損することなく
確実に接合できる。

【００２５】また、上記圧電アクチュエータにおいて、
上記圧電振動板の上記駆動部弾性薄板に貼り合わせた面
に対して反対側に位置する面に形成された表面電極と上
記各接続電極とを接続し、その一方の接続電極に接続さ
れた表面電極を他の表面電極から絶縁分離して構成する
ことが好ましい。このようにすると、圧電振動板の表面
電極と駆動部弾性薄板との接続を接着層を挟みながらの
接触接続とする場合に比較して、高温高湿条件下などで
の悪条件下においても接触不良を起こすことのない、確
実な導通が可能となり、より信頼性の高いアクチュエー
タを提供することができる。

【００２６】また、上記圧電アクチュエータにおいて、
上記圧電振動板の上記駆動部弾性薄板と貼り合わせる面
に形成された表面電極上に、該電極と絶縁された別の電
極を形成し、上記接続電極のうちの一方を上記表面電極
に接続し、上記接続電極のうち他方を上記別の電極に接
続するようにしてもよい。この場合さらに、上記圧電振
動板と上記駆動部弾性薄板とを貼り合わせたときに上記
別の電極と対向するように、上記駆動部弾性薄板上に絶
縁層を介して上記駆動部弾性薄板と絶縁された電極を形
成し、該電極と上記駆動部弾性薄板との間に駆動電圧を
供給するようにすることが好ましい。このようにする
と、圧電振動板の表面電極と駆動部弾性薄板間に駆動電
圧を加える構造に比較して、圧電振動板表面よりワイヤ
ー等によって接続することなく、上記駆動部弾性薄板と
該薄板上に形成されかつ該薄板とは絶縁された電極との
間に、例えばコネクタ等を用いて電圧を印加することに
より、圧電アクチュエータを駆動することができる。こ
れによって、コストに大きな比重を占めるワイヤーボン
ディング工程が不用になり、製造コストを著しく削減す
ることができる。

【００２７】また、上記圧電アクチュエータにおいて
は、上記圧電振動板が両側面が電極層になるように電極
層と圧電体層とが上記圧電振動板の幅方向に交互に積層
され、各圧電体層に該圧電体層を挟設する電極層を介し
て駆動電圧が印加されるように構成してもよい。上記構
成により、同じ変位量を確保しながら、駆動電圧を著し
く低くすることができる。

【００２８】また、上記圧電アクチュエータにおいて、
上記圧電振動板が両端面が電極層になるように電極層と
圧電体層とが上記圧電振動板の長手方向に交互に積層さ
れ、各圧電体層に該圧電体層を挟設する電極層を介して
駆動電圧が印加されるように構成してもよい。これによ
って、圧電定数ｄ₃₁より大きい圧電定数ｄ₃₃を利用する
ことができ、さらに低駆動電圧化することができる。

【００２９】また、上記圧電アクチュエータにおいて、
上記駆動部弾性薄板上に絶縁層を介して、電位差を持つ
１対の電極を形成し、前記電極を利用し、上記圧電振動
板に駆動電圧を供給することが好ましい。これによっ
て、ワイヤーによる電極取り出しが不要となり、製造コ
ストを削減することが出来るし、さらに、電極に取り付
けたワイヤー形状により、上記圧電アクチュエータに作
用される外力と、電極にワイヤー取付時に使用される半
田などによるアクチュエータの特性変化を削減すること
ができる。

【００３０】また、上記圧電アクチュエータにおいて、
安定した振動を得るためには、上記駆動部の共振周波数
と上記変位拡大部の共振周波数とを低い方の共振周波数
が高い方の共振周波数の０．６倍以上になるように設定
し、かつ上記駆動電圧の周波数を上記駆動部の共振周波
数と上記変位拡大部の共振周波数との間に設定すること
が好ましい。これにより駆動部の共振と変位拡大部の共
振が互いに影響を及ぼし合い、大きな変位量を得ること
ができる。また、上記圧電アクチュエータにおいては、
駆動周波数の変化による出力変位量の変動を小さくする
ために、上記駆動電圧の周波数を、該周波数の変化に対
して実質的に変位量が変化しない安定領域に設定するこ
とが好ましい。

【００３１】また、上記圧電アクチュエータにおいて
は、出力変位量の温度特性をよくする（出力変位量の温
度変化を小さくする）ために、上記変位拡大部の共振周
波数を上記駆動部の共振周波数より低く設定することが
好ましい。

【００３２】また、上記圧電アクチュエータにおいて、
駆動部を比較的小さく振動させかつ変位拡大部を大きく
振動させるためには、上記駆動部の共振周波数を上記変
位拡大部の共振周波数より高くなるように設定し、かつ
上記駆動電圧の周波数を上記変位拡大部の共振周波数以
下の周波数に設定することが好ましい。このようにする
と、駆動部の変位量を小さく抑え、かつ大きな変位量を
取り出すことができるため、信頼性の高い大変位圧電ア
クチュエータを提供できる。この場合、上記駆動部の共
振周波数を上記駆動電圧の周波数の１．５倍以上に設定
し、かつ上記変位拡大部の共振周波数を上記駆動電圧の
周波数の近傍に設定することがさらに好ましく、これに
よって、駆動部の変位量をより小さく抑え、かつより大
きな変位量を取り出すことができるため、信頼性の高い
大変位圧電アクチュエータを提供できる。

【００３３】また、上記目的を達成するために、本発明
に係る焦電型赤外線センサは、上記圧電アクチュエータ
と該圧電アクチュエータの変位拡大部又は連結部に略垂
直に設けられた遮蔽板とを含んで構成されたチョッパ
と、赤外線入射部を有し該赤外線入射部の前方に上記遮
蔽板が位置するように設けられた赤外線センサとを備
え、上記圧電アクチュエータを所定の周波数を有する駆
動電圧で動作させることにより、上記赤外線センサに断
続的に赤外線を入射するようにしたことを特徴とする。
上記構成により、本発明に係る焦電型赤外線センサは、
上記圧電アクチュエータと該圧電アクチュエータの変位
拡大部又は連結部に略垂直に設けられた遮蔽板とを含ん
で構成されたチョッパを備えているので、小型にできか
つ信頼性を高くできる。

【００３４】また、上記目的を達成するために、本発明
に係る圧電光偏向器は、圧電アクチュエータと、該圧電
アクチュエータの変位拡大部の少なくとも一部に該変位
拡大部と略水平に設けられた反射板とを備え、上記圧電
アクチュエータを所定の周波数を有する駆動電圧で動作
させることにより、上記反射板によって反射される光の
方向を変化させるようにしたことを特徴とする。上記構
成により、本発明に係る圧電光偏向器は、圧電アクチュ
エータと、該圧電アクチュエータの変位拡大部の少なく
とも一部に該変位拡大部と略水平に設けられた反射板と
を備えているので、構造が簡単でかつ偏向量の制御が容
易でしかも偏向角度を大きくとることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施の形態について説明する。 第１の実施形態 図１は、本発明の第１の実施形態における圧電アクチュ
エータの構成を示す分解斜視図である。この第１の実施
形態の圧電アクチュエータは、図１に示すように、駆動
部弾性薄板１０ａと変位拡大部１０ｂを構成する弾性薄
板とが連結部１０ｃにおいて一体で連結されてなる弾性
シム材１０と、駆動部弾性薄板１０ａの一部に貼り合わ
された圧電振動板１１とによって構成される。

【００３６】ここで、圧電振動板１１は、図２に示すよ
うに、厚さ方向に分極された圧電セラミック板１の対向
する主表面に電極１２ａ，１２ｂが形成されて構成さ
れ、電極１２ａ，１２ｂを介して駆動電圧が印加される
と印加される駆動電圧に対応してその長手方向に伸縮す
る。これによって、駆動部弾性薄板１０ａと圧電振動板
１１とによって構成されるユニモルフ型の駆動部１００
は、印加される駆動電圧に従ってたわみ振動をする。こ
こで特に、第１の実施形態の圧電アクチュエータにおい
て、変位拡大部１０ｂは、駆動部１００のたわみ振動と
同調して振動するようにその振動特性が設定される。こ
れによって、変位拡大部１０ｂは、駆動部１００の振動
により連結部１０ｃを介して励振され、駆動部１００と
同一の周波数で振動する。

【００３７】以上のように構成された振動体において、
図３に示すように駆動部弾性薄板１０ａの端部（以下、
支持端Ｔ１という）で支持し、圧電振動板１１に所定の
周波数（駆動周波数）を有する駆動電圧を印加すると以
下のように振動する。まず、圧電振動板１１は駆動電圧
に従って駆動周波数と等しい周波数で長手方向に伸縮す
る。これによって、駆動部１００は駆動周波数と等しい
周波数でたわみ振動をする。ここで、駆動部１００は支
持端Ｔ１で固定されているので、たわみ振動により連結
部１０ｃが上下に振動する。この連結部１０ｃの上下振
動により、変位拡大部１０ｂにおいて、連結部１０ｃと
の連結端とは反対側の先端部の上下運動を誘発し、変位
拡大部１０ｂを振動させる。ここで、駆動部１００と変
位拡大部１０ｂとは同調して振動し、連結部１０ｃの振
幅は、連結部１０ｃの上下振動に加えさらに変位拡大部
１０ｂのたわみ振動が加わるので連結部１０ｃの上下振
動の振幅より大きくできる。

【００３８】言い換えると、図３に示すように構成し
て、所定の駆動周波数の信号を印加することにより、実
質的に、駆動部１００の長さと変位拡大部１０ｂの長さ
との合計の長さを有効長とする片持ち梁の１次振動に近
い振動をさせることができる。従って、変位拡大部１０
ｂにおいて、連結部１０ｃとの連結端とは反対側の先端
部から変位を取り出す第１の実施形態では、上述の１次
振動の有効長に対応する大きな変位を取り出すことが可
能できる。

【００３９】以上の第１の実施形態では、駆動部１００
に発生した変位を変位拡大部１０ｂで拡大するため、圧
電振動板１１には小さなひずみ（長手方向の伸縮）を生
じさせるだけで、圧電アクチュエータ全体としては大き
な変位量が得られる。加えて、小型化も可能である。ま
た第１の実施形態では、変位拡大部１０ｂが共振状態に
陥った時などに発生する大きな変位による大きなひずみ
が駆動部１００に貼られた圧電振動板１１に伝わること
を連結部１０ｃによって阻止することができる。従っ
て、変位拡大部１０ｂから大きな変位を取り出したとし
ても圧電振動板１１に作用するひずみは印加電圧により
生じる小さなひずみのみとすることが出来、高い信頼性
を維持することが可能である。なお、以上、述べたよう
な効果は駆動部をユニモルフ型素子にする場合だけでな
くバイモルフ型素子にしても同様に得られる。

【００４０】以上の第１の実施形態では、変位拡大部１
０ｂにおいて、連結部１０ｃとの連結端とは反対側の先
端部から変位を取り出すようにしたが、本発明はこれに
限らず、図４に示すように、連結部１０ｃから変位を取
り出すようにしてもよい。図４のように構成した場合、
変位拡大部１０ｂのたわみ振動は、駆動部１００に対し
てはずみ振動的に作用し、変位拡大部１０ｂの振動の反
動で駆動部１００の振動を拡大する。この結果、駆動部
１００の自由端に接続された連結部１０ｃの振動幅が大
きくなる。従って、図４に示すように連結部１０ｃから
変位を取り出すようにしても変位拡大部１０ｂが無い場
合に比較して大きな変位を取り出すことができる。

【００４１】以上の第１の実施形態の圧電アクチュエー
タでは、駆動部弾性薄板１０ａの連結部１０ｃの連結端
とは反対側の端部で支持するように構成したが、本発明
はこれに限らず図５に示すように、連結部１０ｃにおい
て支持部１３で支持するようにしてもよい。この場合、
変位は、変位拡大部１０ｂの、連結部１０ｃとの連結端
とは反対側の先端部から取り出すようにする。以上のよ
うに構成しても、変位拡大部１０ｂが無い場合に比較し
て大きな変位を取り出すことができる。この構成におい
て、支持部１３を連結部１０ｃに設けることにより、駆
動部１００と変位拡大部１０ｂとの形状が相手の共振周
波数に及ぼす影響がなくなるため、より効率的な設計が
可能となる。

【００４２】第２の実施形態 以下、本発明の第２の実施形態について、図を参照しな
がら説明する。図６は本発明に係る第２の実施形態の圧
電アクチュエータを示す斜視図である。第２の実施形態
の圧電アクチュエータは、互いに平行に設けられた駆動
部弾性薄板１１０ａと弾性薄板１１０ｂとが一体的に連
結部１１０ｃで連結されてなる弾性シム材１１０と、駆
動部弾性薄板１１０ａに貼り合わされた圧電振動板１１
とからなり、弾性薄板１１０ａにおいて、連結部１１０
ｃとの連結端とは反対側の先端部で支持体１３によって
支持される。尚、第２の実施形態において、圧電振動板
１１は、第１の実施形態と同様に構成される。これによ
って、駆動部弾性薄板１１０ａと圧電振動板１１とから
なる駆動部１０１にたわみ振動を励振し、そのたわみ振
動が変位拡大部１１０ｂのたわみ振動を励振し、変位拡
大部１１０ｂの連結部１１０ｃが取付られている端部と
反対側の端部より、変位量を取り出す。

【００４３】第２の実施形態の圧電アクチュエータで
は、駆動部１０１の片側に変位拡大部１１０ｂを設けて
いるので、変位拡大部１１０ｂには、ねじれ振動も励振
され、第１の実施形態に比較してさらに大きな変位を取
り出すことができる。すなわち、変位拡大部１１０ｂを
駆動部１１０の片側に配したことにより、駆動部１１０
の振動の重心と変位拡大部１１０ｂの振動の重心にずれ
を生じる。このために、変位拡大部１１０ｂの有効長が
等価的に長くなり、その結果変位拡大部１１０ｂの先端
の変位を拡大する。

【００４４】図７は、第１の実施形態に示したように変
位拡大部を駆動部の両側に配した場合と、変位拡大部を
第２の実施形態のように片側に配した場合の変位量を示
している。図７のグラフにおいて、変位量は連結部にお
ける変位量を基準として、変位拡大部上の連結部からの
位置に対する変位量で示している。変位拡大部１１０ｂ
を駆動部の片側に配した第２の実施形態は、変位拡大部
１１０ｂを駆動部の片側に配した第１の実施形態に比較
して変位量を大きくできることは、図７からも明らかで
ある。また、第２の実施形態では、弾性シム材１１０の
形状を簡単にできるので、製造コストを低くできる。

【００４５】以上の第２の実施形態では、支持体１３を
駆動部弾性薄板１１０ａの上面に接合して固定したが、
本発明はこれに限らず、図８に示すように、例えば先端
部に切り込みを設けた支持体１３ａを用い、その切り込
みで弾性薄板１１０ａを挟み込むようにして固定しても
よい。以上のようにすることにより、圧電アクチュエー
タの固定を確実にでき、製造時における組み立ても容易
である。

【００４６】第３の実施形態 次に、本発明に係る第３の実施形態の圧電アクチュエー
タについて、図面を参照しながら説明する。この第３の
実施形態の圧電アクチュエータは、第１の実施形態と比
較して、圧電振動板１１に代えて図９に示す積層構造の
圧電振動板１１ａを用いた点が異なり、それ以外の所は
第１の実施形態と同様に構成される。

【００４７】第３の実施形態に使用される圧電振動板１
１ａは、図９に示すように、最上層と最下層とが電極層
になるように電極層１２−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ
＋１）と圧電セラミック層１−ｋ（ｋ＝１，２，３，
…，ｎ）とが交互に積層されてなる。ここで、電極層１
２−１，１２−３，…，１２−ｎは、側面電極２ａで接
続されており、電極層１２−２，１２−４，…，１２ー
（ｎ＋１）は、側面電極２ｂで接続されている。尚、各
圧電セラミック層１−ｋは、各圧電セラミック層１−ｋ
に印加される電圧の方向に対応して、互いに隣接する圧
電セラミック層間では、分極の向きが逆になるように、
上向き下向きのいずれかの厚さ方向に分極される。

【００４８】以上のように構成された第３の実施形態の
圧電アクチュエータは、各圧電セラミック層１−ｋの厚
さを薄くできかつ側面電極２ａ，２ｂを介して印加され
る駆動電圧をそれぞれ各圧電セラミック層に印加できる
ので、各圧電セラミック層が薄い分各圧電セラミック層
に高い電界を印加することができる。言い換えれは、第
１の実施形態の圧電アクチュエータに比較して低い駆動
電圧で、各圧電セラミック層１−ｋには第１の実施形態
の圧電セラミック１と同等以上の電界を印加することが
できるので、低い駆動電圧で第１の実施形態と同等以上
の変位量を得ることができる。

【００４９】例えば、第３の実施形態の圧電振動板１１
ａにおける圧電セラミック層１−ｋの積層数をｎ層とし
た場合、第１の実施形態と同等の変位量を得るための必
要印加電圧Ｖneedは、第１の実施形態の駆動電圧をＶ₀
とすると、数１で表すように、低く抑えることが出来
る。尚、この例では、圧電振動板１１と圧電振動板１１
ａの外形寸法は同一であると仮定している。

【００５０】

【数１】Ｖneed＝Ｖ₀／ｎ

【００５１】また、通常、圧電振動板１１，１１ａに所
定の駆動電圧を印加するために、駆動回路には昇圧又は
降圧回路を用いるが、第３の実施形態では、圧電振動板
１１ａの積層数を適当に設定することにより、各圧電セ
ラミック層に印加される電界強度を設定することができ
るので、駆動回路における昇圧、降圧回路を取り除くこ
とができ、駆動回路を簡単にできる。

【００５２】なお、以上、述べたような効果は駆動部を
ユニモルフ型素子にする場合だけでなくバイモルフ型素
子にしても同様に得られる。また、第３の実施形態の圧
電振動板１１ａは、第２の実施形態に適用することもで
き、その場合にも同様の効果が得られることも言うまで
もない。さらに、一般的なユニモルフ型素子やバイモル
フ型素子においても、同様の効果が得られることも言う
までもない。

【００５３】第４の実施形態 次に、本発明に係る第４の実施形態の圧電アクチュエー
タについて、図面を参照しながら説明する。この第４の
実施形態の圧電アクチュエータは、第３の実施形態と比
較して、各圧電セラミック層１−ｋの上面と下面に形成
されている電極１２−ｋ，１２−（ｋ＋１）の形状が異
なり、それ以外の所は第３の実施形態と同様に構成され
る。図３１、図３２はそれぞれ、第３の実施形態と第４
の実施形態における圧電振動板の一部（圧電セラミック
層１−ｋとその上面と下面に形成されている電極）を示
す分解斜視図である。

【００５４】第３の実施形態に使用される圧電振動板１
１ａでは、図３１に示すように、電極層１２−ｋ（ｋ＝
１，２，３，…，ｎ＋１）は、圧電セラミック層１−ｋ
（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）に対して、幅が僅かに小さ
くなるように形成される。そして、圧電セラミック層１
−ｋの一方の面に形成される電極層１２−ｋは、電極層
１２−ｋの端面８３ａ、端面８３ｃ及び側面８３ｄがそ
れぞれ圧電セラミック層１−ｋの端面８１ａ、８１ｃ及
び側面８１ｄに一致するように、かつ電極層１２−ｋの
側面８３ｂが圧電セラミック層１−ｋの側面８１ｂの若
干内側に位置するように形成される。また、圧電セラミ
ック層１−ｋの他方の面に形成される電極層１２−（ｋ
＋１）は、電極層１２−（ｋ＋１）の端面８５ａ、端面
８５ｃ及び側面８５ｂがそれぞれ圧電セラミック層１−
ｋの端面８１ａ、８１ｃ及び側面８１ｂに一致するよう
に、かつ電極層１２−（ｋ＋１）の側面８５ｄが圧電セ
ラミック層１−ｋの側面８１ｄの若干内側に位置するよ
うに形成されている。

【００５５】これに対して、第４の実施形態に使用され
る圧電振動板１１ｄでは、図３２に示すように、電極層
１２ａ−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ＋１）の形状は、
第３の実施形態と同様、圧電セラミック層１−ｋ（ｋ＝
１，２，３，…，ｎ）に対して、幅が僅かに小さくなる
ように形成されるが以下の点で第３の実施形態とは異な
る。すなわち、圧電セラミック層１−ｋの一方の面に形
成される電極層１２ａ−ｋは、電極層１２ａ−ｋの端面
８７ａ及び側面８７ｄがそれぞれ圧電セラミック層１−
ｋの端面８１ａ、８１ｃ及び側面８１ｄに一致するよう
に、かつ電極層１２ａ−ｋの側面８７ｂが圧電セラミッ
ク層１−ｋの側面８１ｂの若干内側に位置し、電極層１
２ａ−ｋの端面８７ｃが圧電セラミック層１−ｋの端面
８１ｃの若干内側に位置するように形成される。また、
圧電セラミック層１−ｋの他方の面に形成される電極層
１２ａ−（ｋ＋１）は、電極層１２ａ−（ｋ＋１）の端
面８８ｃ及び側面８８ｂがそれぞれ圧電セラミック層１
−ｋの端面８１ｃ及び側面８１ｂに一致するように、か
つ電極層１２ａ−（ｋ＋１）の端面８８ａ及び側面８８
ｄがそれぞれ圧電セラミック層１−ｋの端面８１ａ及び
側面８１ｄの若干内側に位置するように形成されてい
る。

【００５６】このように、第４の実施形態に使用される
圧電振動板１１ｄでは、電極層１２ａ−ｋ（ｋ＝１，
２，３，…，ｎ＋１）の形状は、圧電セラミック層１−
ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）に対して、長さと幅が僅
かに小さい形状とし、加えて、隣り合った電極層が対角
方向に互い違いになるように、それぞれ圧電セラミック
層１−ｋの角部８０ａと電極層１２ａ−ｋの角部８６ａ
を一致させ、次の電極層１２ａ−（ｋ＋１）は、前記圧
電セラミック層１−ｋの角部８０ａと対角の位置にある
角部８０ｂと電極層１２ａ−（ｋ＋１）の角部８６ｂを
一致させるように形成して積層する。

【００５７】以上のように形成された第４の実施形態の
圧電振動板では、１つの端面及び１つの側面には、互い
に同電位の電極層のみが露出されることになるので、そ
の端面又は側面において電極間で短絡しても動作上問題
となることはない。従って、銀などのマイグレーション
を起こしやすい材料を電極として用いた場合でも、高温
高湿条件などの悪条件下においても信頼性を悪化させる
ことがなく、Ａｇ等のマイグレーションを起こしやすい
電極を用いても信頼性を十分確保することができる。こ
れによって、電極層として比較的安価なＡｇ又はＡｇ系
の金属を用いることができる。

【００５８】また、通常、圧電アクチュエータの圧電振
動板は大きなサイズで焼成された後、所定のサイズに切
断されて使用されるが、第４の実施形態に使用される圧
電振動板では、切断時に発生する可能性がある電極層の
バリによる異なる電位差となる電極間の短絡を防止する
ことができる。すなわち、圧電振動板の幅を調整するた
めに切断する場合は、圧電セラミック層１−ｋの側面８
１ｂと電極層１２ａ−ｋの側面８７ｂとの間、又は圧電
セラミック層１−ｋの側面８１ｄと電極層１２ａ−（ｋ
＋１）の側面８８ｄとの間で切断するようにする。ま
た、圧電振動板の長さを調整するために切断する場合
は、圧電セラミック層１−ｋの端面８１ｃと電極層１２
ａ−ｋの端面８７ｃとの間、又は圧電セラミック層１−
ｋの側面８１ａと電極層１２ａ−（ｋ＋１）の端面８８
ａとの間で切断するようにする。

【００５９】以上のようにすると、切断面において互い
に同電位となる電極層のみが切断されることになり、切
断することによりバリが発生しても互いに異なる電位と
なる電極層間における短絡を防止することができる。

【００６０】（変形例）以下、第４の実施形態の種々の
変形例について説明する。図３３は、第４の実施形態を
実現する別構造の圧電振動板１１ｅの一部を示す第１の
変形例の分解斜視図であり、また、図３４は、電極の位
置関係を示すために、圧電セラミックを上方より見たと
きの平面図である。この第１の変形例の圧電振動板１１
ｅでは、図３３に示すように、電極層１２ｂ−ｋ（ｋ＝
１，２，３，…，ｎ＋１）の形状は、圧電セラミック層
１−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）に対して、幅が僅か
に小さくなるように形成されるが以下の点で第４の実施
形態とは異なる。

【００６１】すなわち、圧電セラミック層１−ｋの一方
の面に形成される電極層１２ｂ−ｋは、電極層１２ｂ−
ｋの端面８９ａ、８９ｃ及び側面８９ｂがそれぞれ圧電
セラミック層１−ｋの端面８１ａ、８１ｃ及び側面８１
ｂの若干内側に位置し、かつ電極層１２ｂ−ｋの側面８
９ｄが圧電セラミック層１−ｋの側面８１ｄと一致する
ように形成される。また、圧電セラミック層１−ｋの他
方の面に形成される電極層１２ｂ−（ｋ＋１）は、電極
層１２ｂ−（ｋ＋１）の端面９０ａ，９０ｃ及び側面９
０ｄがそれぞれ圧電セラミック層１−ｋの端面８１ａ，
８１ｃ及び側面８１ｄの若干内側に位置するように、か
つ電極層１２ｂ−（ｋ＋１）の側面９０ｂが圧電セラミ
ック層１−ｋの側面８１ｂに一致するように形成され
る。以上のように構成された第１の変形例の圧電振動板
は、第４の実施形態と同様の作用効果を有する。

【００６２】また、図３５は、第４の実施形態を実現す
る別構造の圧電振動板１１ｆの一部を示す第２の変形例
の分解斜視図であり、また、図３６は、電極の位置関係
を示すために、圧電セラミックを上方より見たときの平
面図である。この第２の変形例の圧電振動板１１ｆで
は、図３５に示すように、電極層１２ｃ−ｋ（ｋ＝１，
２，３，…，ｎ＋１）の形状は、圧電セラミック層１−
ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）に対して、幅及び長さが
僅かに小さくなるように形成され以下のように形成され
る。

【００６３】すなわち、圧電セラミック層１−ｋの一方
の面に形成される電極層１２ｃ−ｋは、電極層１２ｃ−
ｋの端面９１ａ、９１ｃ及び側面９１ｂ、９１ｄがそれ
ぞれ圧電セラミック層１−ｋの端面８１ａ、８１ｃ及び
側面８１ｂ、８１ｄの若干内側に位置するように形成さ
れる。また、圧電セラミック層１−ｋの他方の面に形成
される電極層１２ｃ−（ｋ＋１）は、電極層１２ｃ−
（ｋ＋１）の端面９２ａ，９２ｃ及び側面９２ｂ、９２
ｄがそれぞれ圧電セラミック層１−ｋの端面８１ａ，８
１ｃ及び側面８１ｂ、８１ｄの若干内側に位置するよう
に形成される。そして、電極層１２ｃ−ｋには、その端
面９１ａの側面９１ｂ寄りに突出電極２３−ｋを形成
し、電極層１２ｃ−（ｋ＋１）には、その端面９２ａの
側面９２ｄ寄りに突出電極２３−（ｋ＋１）を形成して
いる。

【００６４】このように、第２の変形例の圧電振動板に
おいて、一つ置きに位置する同電位となる電極層の突出
電極（外部回路との接続用電極）が互いに対向し、電位
差のある電極層では、位置がずれるように形成される。
以上のように構成された第２の変形例の圧電振動板は、
第４の実施形態と同様の作用効果を有するとともに、所
定の形状に切断するときに、各電極側面と圧電セラミッ
ク層の側面との間及び電極端面と圧電セラミック層の端
面との間で切断することにより、電極層と圧電セラミッ
ク層との境界近辺で圧電セラミックがかけるチッピング
現象の発生を抑制することができる。

【００６５】すなわち、比較的柔らかく延性の大きい電
極層と、非常に脆い圧電セラミック層を同時に切断した
場合、切断条件を厳密に管理しても、圧電セラミックの
粒界で粒界剥離が発生し、端部にチッピングが発生す
る。これは、圧電セラミック層を薄くすればするほど起
こりやすくなる。我々の検討の結果では、圧電セラミッ
ク層の厚さが２０μｍを切ると従来プロセスでの切断は
困難であった。ところが、この第２の変形例の構造で
は、突出電極の部分を除いて、電極層と圧電セラミック
層を同時に切断することがないので、切断時のチッピン
グ現象を改善することができる。なお、以上の例では、
同一端部に電位差を有する突出電極を形成したが、本発
明では２つの突出電極の位置は同一端部に限定されるも
のではない。

【００６６】また、図３７は、第２の変形例における圧
電振動板１１ｆの接続電極形成の１例を示す図である。
図３７の（ａ）は、圧電振動板１１ｆの接続電極形成前
の様子を示すものである。この例では、図３７の（ｂ）
に示すのように、突出電極２３−ｋ（ｋ＝１，３，…，
ｎ−１）を接続する接続電極２３ａと、突出電極２３−
ｋ（ｋ＝２，４，…，ｎ）を接続する接続電極２３ｂ
を、それぞれ所定の位置に、蒸着、スパッタリングで金
属膜を形成することや導電性ペーストを塗布すること等
で形成している。これにより、圧電振動板１１ｆの表裏
の主面に形成された電極１２−１，１２−ｎ間に駆動電
圧を印加すれば圧電振動体１１ｆに振動を励振する事が
できる。

【００６７】以上の作用効果は駆動部をユニモルフ型素
子にする場合だけでなくバイモルフ型素子とした場合に
おいても同様に得られる。さらに、一般的なユニモルフ
型素子やバイモルフ型素子においても、同様の効果が得
られる。

【００６８】第５の実施形態 次に、本発明に係る第５の実施形態の圧電アクチュエー
タについて、図面を参照しながら説明する。この第５の
実施形態の圧電アクチュエータは、第４の実施形態の圧
電振動板を用いたものである。第５の実施形態の圧電ア
クチュエータにおいて、駆動を司るユニモルフ素子は、
図３８に示すように、駆動部弾性薄板１０ａとその一部
に貼り合わされた圧電振動板１１ｆとによって構成され
る。ここで、特に第５の実施形態では、接続電極２３ａ
が駆動部弾性薄板１０ａと接触しないように、駆動部弾
性薄板１０ａ上に、接続電極２３ａより大きな孔２４ａ
を形成し、圧電振動体１１ｆと駆動部弾性薄板１０ａと
を貼り合わせた後に、接続電極２３ａ、２３ｂを導電ペ
ースト等を用いて形成することを可能にしたものであ
る。

【００６９】さらに、接続電極２３ｂに電気的に接続さ
れた駆動部弾性薄板１０ａと、接続電極２３ａとの短絡
を防止でき、製造時や悪条件下で駆動した時のマイグレ
ーション現象等に対する信頼性を向上させることが出来
る。

【００７０】以下、第５の実施形態のいくつかの変形例
について説明する。図３９は、第５の実施形態の一変形
例の圧電アクチュエータに使用されるユニモルフ素子の
部分分解斜視図である。本ユニモルフ素子は、図３９に
示すように、図３８に示す第５の実施形態のユニモルフ
素子において、孔２４ａに代えて駆動部弾性薄板１０ａ
と接続電極２３ａとの接触を防止するための絶縁部２４
ｂを形成した以外は第５の実施形態と同様に構成され
る。このように構成しても、第５の実施形態と同様の作
用効果を有する。

【００７１】また、図４０、図４１は、第５の実施形態
の別の変形例であり、接続電極２３ａ、２３ｂの少なく
とも一方が、圧電振動板の側面にある場合に有効な構造
である。図４０は、圧電振動板１１ｆより僅かに幅が狭
い駆動部弾性薄板１０ａと、その一部に貼り合わされた
圧電振動板１１ｆとによって、駆動を司るユニモルフ素
子が構成されている例である。この圧電振動板１１ｆ
は、駆動部弾性薄板１０ａより幅が広く、接続電極２３
ａ，２３ｂが形成された側面が、駆動部弾性薄板１０ａ
の側面より突出するように接合されている。このように
構成することで、圧電振動体１１ｆと駆動部弾性薄板１
０ａとを貼り合わせた後に、接続電極２３ａと駆動部弾
性薄板１０ａとを短絡させることなく、接続電極２３
ａ、２３ｂを導電ペースト等を用いて容易に形成するこ
とが可能である。更に、駆動部弾性薄板１０ａと、接続
電極２３ａとの距離を一定以上にすることにより、製造
時や悪条件下での駆動時のマイグレーション現象に対す
る信頼性を向上させることが出来る。

【００７２】図４１は、さらに別の変形例を示す図であ
って、駆動部弾性薄板１０ａにおいて、圧電振動体１１
ｆと駆動部弾性薄板１０ａを貼り合わせる際に接続電極
２３ａが位置すべき場所に、接続電極２３ａより大きな
キリ欠き２４ｃを形成したものである。このようにして
も、第５の実施形態と同様の作用効果を有する。

【００７３】第６の実施形態 次に、本発明に係る第６の実施形態の圧電アクチュエー
タについて、図面を参照しながら説明する。図４２は、
本発明の第６の実施形態の圧電アクチュエータにおける
ユニモルフ素子の構成を示す部分分解斜視図である。こ
の第６の実施形態の圧電アクチュエータにおいて、駆動
を司るユニモルフ素子は、図４２に示すように、駆動部
弾性薄板１０ｃとその一部に貼り合わされた圧電振動板
１１ｇとによって構成される。

【００７４】ここで、第６の実施形態では、駆動部弾性
薄板１０ａの、接続電極２３ａが位置する場所に、接続
電極２３ａより大きな絶縁体２４ｄを形成し、圧電振動
体１１ｇの上面に、接続電極２３ｂと導通し、かつ電極
層１２−１から分離された取り出し電極２５ａを形成し
ている。尚、この取り出し電極２５ａは、表面電極１２
−１と絶縁領域２６ａで隔たれている。このように構成
されたすることで、第６の実施形態の圧電アクチュエー
タは、表面電極１２−１と取り出し電極２５ａとの間に
駆動電圧を印加する事により駆動することができる。

【００７５】以上のように構成された第６の実施形態の
ユニモルフ素子では、接続電極２３ｂと取り出し電極２
５ａとの接続及び接続電極２３ａと表面電極１２−１と
の接続はいずれも、金属同士の直接接続であるために、
圧電振動板の一方の表面電極と駆動部弾性薄板とが接着
層を挟んで接続された第１〜第５の実施形態の素子に比
較して、より確実に接続することができる。これによっ
て、高温高湿条件下などでの悪条件下の駆動においても
高い信頼性を有する圧電アクチュエータを提供すること
ができる。

【００７６】また、図４３（ａ）は第６の実施形態の一
変形例の圧電アクチュエータにおけるユニモルフ素子の
構成を示す部分分解斜視図であり、図４３（ｂ）は圧電
振動板１１ｈの駆動部弾性薄板１１０ｃに対向する面の
平面図である。本変形例において、駆動を司るユニモル
フ素子は、図４３（ａ）に示すように、駆動部弾性薄板
１１０ｃとその一部に貼り合わされた圧電振動板１１ｈ
とによって構成される。ここで、本構成では、図４３
（ｂ）に示すように圧電振動板１１ｈの電極１２−ｎ上
に絶縁領域２６ｂを介して、電極１２−ｎとは電気的に
分離された取り出し電極２５ｂが形成され、接続電極２
３ａは、取り出し電極２５ｂに接続される。一方、駆動
部弾性薄板１１０ｃには、絶縁層２８を介して導電層２
７が形成され、導電層２７の一部と電極２５ｂが対向す
るように、圧電振動体１１ｆと駆動部弾性薄板１１０ａ
が貼り合わされる。

【００７７】以上のように、圧電振動板１１ｈと駆動部
弾性薄板１１０ｃとが貼り合わされることにより、取り
出し電極２５ｂと導電層２７とが電気的に導通し、表面
電極１２−ｎと駆動部弾性薄板１１０ｃとが電気的に導
通する。従って、駆動部弾性薄板１１０ｃと導電層２７
との間に駆動電圧を印加する事により、第６の実施形態
の圧電アクチュエータを駆動することができる。図４４
は、駆動部弾性薄板１１０ａ上で絶縁層２８と導電層２
７とを端部まで延長し、その端部においてコネクタ等を
用いて駆動部弾性薄板１１０ａと導電層２７との間に電
圧を印加することにより圧電アクチュエータの駆動を可
能にした構造を示している。このように構成することに
より、半田等を用いた接続構造に比較して、半田等によ
る共振特性に及ぼす悪影響（質量付加効果）を防止する
ことができ、特性ばらつきの小さい圧電アクチュエータ
を供給することができる。

【００７８】また、圧電振動板の表面電極と駆動部弾性
薄板間に、圧電振動板表面よりワイヤー等によって駆動
電圧を加える構造では、ワイヤーの接続工程が製造コス
トを上昇させるために、低コストにできないという問題
を有している。しかしながら、図４４の構造は、その課
題を解決するもので、ワイヤーの取り出しが不要とな
り、コストを削減することができる。なお、第６の実施
形態が、他の実施形態と同様の作用効果を有しているこ
とは言うまでもない。

【００７９】第７の実施形態 次に、本発明に係る第７の実施形態の圧電アクチュエー
タについて、図面を参照しながら説明する。この第７の
実施形態の圧電アクチュエータは、第３の実施形態と比
較して、圧電振動板１１ａに代えて図４５（ａ）に示す
積層構造の圧電振動板１１ｉを用いた点が異なり、それ
以外の所は第３の実施形態と同様に構成される。第７の
実施形態に使用される圧電振動板１１ｉは、第４の実施
形態と同様、電極層と圧電セラミック層とが交互に積層
された構造を有するが、第４の実施形態とは、各電極層
の形状及び書く電極間の接続構造が異なる。

【００８０】すなわち、圧電振動板１１ｉは、電極層３
０ａ−１、圧電セラミック層、電極層３０ｂ−１、圧電
セラミック、電極層３０ａ−２、圧電セラミック層、電
極層３０ｂ−２が積層されてなる。ここで、図４５
（ａ）（ｂ）に示すように、電極層３０ａ−１及び電極
層３０ａ−２は、圧電振動板１１ｉの１つの端部におい
て導電性樹脂等の導電材料を充填したスルーホール３１
ａにより接続され、電極層３０ｂ−１及び電極層３０ｂ
−２は、圧電振動板１１ｉの１つの端部において導電性
樹脂等の導電材料を充填したスルーホール３１ｂにより
接続されている。尚、図４５（ｂ）は、図４５（ａ）の
Ａ−Ａ’線についての断面図である。また、各圧電セラ
ミック層は、各圧電セラミック層に印加される電圧の方
向に対応して、互いに隣接する圧電セラミック層間で
は、分極の向きが逆になるように、上向き下向きのいず
れかの厚さ方向に分極される。

【００８１】以上のように構成された第７の実施形態の
圧電アクチュエータでは、第３の実施形態と同様の作用
効果を有するとともに、電極間の接続を確実にかつ容易
にできる。なお、第７の実施形態の圧電アクチュエータ
では、焼成の前に、電極材料と同一の材料を貫通孔に充
填しても良い。

【００８２】第８の実施形態 次に、本発明に係る第８の実施形態の圧電アクチュエー
タについて、図面を参照しながら説明する。この第８の
実施形態の圧電アクチュエータは、第１の実施形態と比
較して、圧電振動板１１に代えて図１０に示す積層構造
の圧電振動板１１ｂを用いた点が異なり、それ以外の所
は第１の実施形態と同様に構成される。第８の実施形態
に使用される圧電振動板１１ｂは、図１１に示すよう
に、最も外側の層が電極層になるように電極層４２−ｋ
（ｋ＝１，２，３，…，ｎ＋１）と圧電セラミック層体
層４１−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）とが交互に幅方
向に積層されてなる。ここで、電極層４２−１，４２−
３，…，４２−ｎは、一方の主面に形成された電極４２
ｂで接続されており、電極層４２−２，４２−４，…，
４２−（ｎ＋１）は、他方の主面に形成された電極４２
ａで接続されている。また、各圧電セラミックの分極方
向は、それぞれの印加電圧方向を加味して決定される。
すなわち、各圧電セラミック層１−ｋは、それぞれの圧
電セラミック層１−ｋに印加される電圧の方向に対応し
て、互いに隣接する圧電セラミック層間では、分極の向
きが逆になるように、幅方向に分極される。

【００８３】以上のように構成された第８の実施形態の
圧電アクチュエータは、各圧電セラミック層の厚さを薄
くすることにより、側面電極２ａ，２ｂを介して印加さ
れる駆動電圧を一定とした場合、各圧電セラミック 層
が薄い分各圧電セラミック層に高い電界を印加すること
ができる。このように設定することにより、第１の実施
形態の圧電アクチュエータに比較して低い駆動電圧で、
各圧電セラミック層１−ｋには第１の実施形態の圧電セ
ラミック１と同等以上の電界を印加することができるの
で、低い駆動電圧で第１の実施形態と同等以上の変位量
を得ることができる。

【００８４】例えば、第８の実施形態の圧電振動板１１
ｂにおける圧電セラミック層４１−ｋの積層数をｎ層と
した場合、第１の実施形態と同等の変位量を得るための
必要印加電圧Ｖneed１は、第１の実施形態の駆動電圧を
Ｖ₀とすると、数２で表すように、低く抑えることが出
来る。尚、この例では、圧電振動板１１と圧電振動板１
１ｂの外形寸法は同一であると仮定している。尚、数２
においてｔ₀は圧電振動板１１，１１ｂの厚さであり、
ｗは圧電振動板１１，１１ｂの幅である。

【００８５】

【数２】Ｖneed１＝Ｖ₀｛ｗ／（ｎｔ₀）｝

【００８６】数２から、各圧電セラミック層４１−ｋの
厚さ（ｗ／ｎ）が、圧電振動板１１，１１ｂの厚さｔ₀
より薄い場合は、第１の実施形態に比較して駆動電圧を
低くすることができることがわかる。すなわち、以上の
ように構成することにより第１の実施形態と同様の効果
が得られる。

【００８７】また、第８の実施形態では、積層数ｎを小
さくして、各圧電セラミック層４１−ｋの厚さ（ｗ／
ｎ）を、圧電振動板１１，１１ｂの厚さｔ₀より厚く設
定することにより、各圧電セラミック層４１−ｋに印加
される電界を低くでき、降圧回路で降圧したと同様の効
果を持たせることができる。すなわち、第３の実施形態
では、積層数ｎを適当に設定することにより駆動回路に
おける降圧回路を取り除くことができる。

【００８８】第９の実施形態 次に、本発明に係る第９の実施形態の圧電アクチュエー
タについて、図面を参照しながら説明する。この第９の
実施形態の圧電アクチュエータは、第１の実施形態と比
較して、圧電振動板１１に代えて図１２に示す積層構造
の圧電振動板１１ｃを用いた点が異なり、それ以外の所
は第１の実施形態と同様に構成される。第９の実施形態
に使用される圧電振動板１１ｃは、図１３に示すよう
に、最も外側の層が電極層になるように電極層５２−ｋ
（ｋ＝１，２，３，…，ｎ＋１）と圧電セラミック層体
層５１−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）とが交互に幅方
向に積層されてなる。ここで、電極層５２−１，５２−
３，…，５２−ｎは、一方の主面に形成された電極５２
ｂで接続されており、電極層５２−２，５２−４，…，
５２−（ｎ＋１）は、他方の主面に形成された電極５２
ａで接続されている。尚、各圧電セラミック層５１−ｋ
は、それぞれの圧電セラミック層５１−ｋに印加される
電圧の方向に対応して、互いに隣接する圧電セラミック
層５１−ｋ，５１−（ｋ＋１）間では、分極の向きが逆
になるように、圧電振動板１１ｃの長さ方向に分極され
る。すなわち、第１の実施形態〜第８の実施形態では圧
電振動板の分極軸方向に電圧を印加し、それに垂直な方
向に発生するひずみを利用していたが、第９の実施形態
では、分極方向と同じ向きに電圧を印加して、分極方向
（長さ方向）に変位させている。

【００８９】以上のように構成された第９の実施形態の
圧電アクチュエータでは、分極軸の方向に電圧を印加し
て分極軸の方向にひずみを生じさせている。一般的に圧
電材料においては、分極軸の方向に電圧を印加したとき
の分極軸の方向における圧電定数ｄ₃₃は、分極軸の方向
に電圧を印加したときの分極軸と垂直の方向における圧
電定数ｄ₃₁に比較して大きいので、第３及び第８の実施
形態に比較してさらに、低い駆動電圧で大きな変位量を
得ることができる。すなわち、第９の実施形態では、分
極軸の方向に電圧を印加したときの分極軸と垂直の方向
の変位より大きい、分極軸の方向に電圧を印加したとき
の分極軸の方向の変位を利用するように構成したもので
ある。圧電定数に関して一例を示せば、ＰＺＴ系の圧電
セラミックにおける圧電定数ｄ₃₁は−１８５．９×１０
^-12ｍ／Ｖであり、圧電定数ｄ₃₃は、圧電定数ｄ₃₁の約
倍の大きさの３６６．５×１０^-12ｍ／Ｖである。

【００９０】数式を用いて説明すると、第９の実施形態
の圧電振動板１１ｃにおける圧電セラミック層５１−ｋ
の積層数をｎ層とした場合、第１の実施形態と同等の変
位量を得るための必要印加電圧Ｖneed２は、第１の実施
形態の駆動電圧をＶ₀とすると、数３で表すように、低
く抑えることが出来る。尚、この例では、圧電振動板１
１と圧電振動板１１ｃの外形寸法は同一であると仮定し
ている。尚、数３においてｔ₀は圧電振動板１１，１１
ｃの厚さであり、ｌは圧電振動板１１，１１ｃの長さで
ある。

【００９１】

【数３】 Ｖneed２＝｛ｌ／（ｎｔ₀）｝Ｖ₀（ｄ₃₁／ｄ₃₃）

【００９２】以上のように第９の実施形態では、圧電定
数各圧電セラミック層４１−ｋの厚さ（ｌ／ｎ）に加
え、各軸方向の圧電定数の比（ｄ₃₁／ｄ₃₃）にも比例し
て駆動電圧を小さくすることができる。

【００９３】第１０の実施形態 以下、本発明の第１０の実施形態について説明する。こ
の第１０の実施形態は、第１の実施形態において、変位
拡大部１０ｂの共振周波数ｆｒ１、駆動部１００の共振
周波数ｆｒ２及び駆動周波数とを後述するように所定の
関係を満たすように設定した以外は第１の実施形態と同
様に構成される。すなわち、この第１０の実施形態で
は、図１４に模式的に示すように、変位拡大部１０ｂの
共振周波数ｆｒ１を駆動部の共振周波数ｆｒ２より高く
設定し、駆動部を駆動する駆動周波数を、変位拡大部１
０ｂの共振周波数ｆｒ１と駆動部の共振周波数ｆｒ２と
の間に設定する。ここで、第１０の実施形態では、変位
拡大部１０を変位拡大部として有効に作用させ、大きな
変位量を得るために、駆動部の共振周波数ｆｒ２を変位
拡大部１０ｂの共振周波数ｆｒ１の６０％以上になるよ
うに設定する。以上のように構成することにより、駆動
部１００に発生した変位を、効果的に変位拡大部１０ｂ
で拡大できる。

【００９４】以下、図１５〜図２１を参照して、駆動部
の共振周波数ｆｒ２と変位拡大部１０ｂの共振周波数ｆ
ｒ１とをの間の関係と、変位量について説明する。ここ
で、図１５〜図２１において示した変位量は、変位拡大
部１０ｂの連結部との連結端とは反対側の先端部におけ
る変位量である。図１５のグラフは、駆動部１００の共
振周波数ｆｒ２を７０Ｈｚに設定し、変位拡大部１０ｂ
の共振周波数ｆｒ１を１００Ｈｚに設定した場合（ｆｒ
２＝０．７ｆｒ１）の駆動周波数に対する変位量を示し
たグラフである。図１５から、共振周波数ｆｒ２と共振
周波数ｆｒ１との間で比較的大きな変位量が得られるこ
とがわかる。尚、共振周波数ｆｒ２と共振周波数ｆｒ１
との間において、図１５のグラフにおいて、６１の符号
を付して示すように、駆動周波数の変化に対して変位量
がほぼ一定である領域が存在する。

【００９５】図１６のグラフは、駆動部１００の共振周
波数ｆｒ２を６０Ｈｚに設定し、変位拡大部１０ｂの共
振周波数ｆｒ１を１００Ｈｚに設定した場合（ｆｒ２＝
０．６ｆｒ１）の駆動周波数に対する変位量を示したグ
ラフである。図１６から、共振周波数ｆｒ２と共振周波
数ｆｒ１との間で比較的大きな変位量が得られることが
わかる。尚、共振周波数ｆｒ２と共振周波数ｆｒ１との
間において、６２の符号を付して示すように、駆動周波
数の変化に対して変位量がほぼ一定である領域が存在す
る。

【００９６】図１７のグラフは、駆動部１００の共振周
波数ｆｒ２を５８Ｈｚに設定し、変位拡大部１０ｂの共
振周波数ｆｒ１を１００Ｈｚに設定した場合（ｆｒ２＝
０．５８ｆｒ１）の駆動周波数に対する変位量を示した
グラフである。図１７から、共振周波数ｆｒ２及び共振
周波数ｆｒ１に比較的近い駆動周波数では大きな変位量
が得られるが、中央部では、変位量が小さくなっている
ことがわかる。また、共振周波数ｆｒ２と共振周波数ｆ
ｒ１との間において、駆動周波数の変化に対して変位量
がほぼ一定である領域は存在していない。

【００９７】以下、同様に、図１８、図１９、図２０及
び図２１に、駆動部１００の共振周波数ｆｒ２と変位拡
大部１０ｂの共振周波数ｆｒ１との周波数差（割合）を
順次大きくしていったときの駆動周波数に対する変位量
を示した。図１８〜図２１から明らかなように、駆動部
１００の共振周波数ｆｒ２と変位拡大部１０ｂの共振周
波数ｆｒ１との周波数差（割合）を大きくするに従い、
中央部での変位量が小さくなり、図１８〜図２１のいず
れにおいても駆動周波数の変化に対して変位量がほぼ一
定である領域が存在しない。

【００９８】以上の図１５から図２１に示したデータか
ら、駆動部１００の共振周波数ｆｒ２を変位拡大部１０
ｂの共振周波数ｆｒ１の６０％以上に設定することによ
り、駆動部１００の振動と変位拡大部１０ｂの振動と
が、互いに有効に作用し合っていることがわかる。これ
によって、駆動部１００の振動が連結部１０ｃを介し
て、変位拡大部１０ｂの振動を効果的に励振することが
できる。また、駆動部１００の共振周波数ｆｒ２を変位
拡大部１０ｂの共振周波数ｆｒ１の６０％より小さく設
定すると、駆動部１００の振動と変位拡大部１０ｂの振
動との間の作用が弱くなっていることがわかる。すなわ
ち、共振周波数ｆｒ２を共振周波数ｆｒ１の６０％より
小さく設定すると、駆動部１００の振動が変位拡大部１
０ｂの振動を十分励振することができない。

【００９９】尚、第１０の実施形態においては、図１
５、図１６において６１，６２の符号を付して示す駆動
周波数の変化に対する変位量の依存性が小さい周波数領
域に駆動周波数を設定することが好ましい。これによっ
て、駆動周波数が変化しても、変位量がほとんど変化し
ない安定した変位量を出力することができる。尚、安定
した変位量が得られるか否かは、駆動部１００と変位拡
大部１０ｂの各共振周波数における機械的品質係数Ｑｍ
や圧電定数等に依存することはいうまでもない。また、
変位拡大部に出力取り出し部がある場合は駆動周波数の
変化に関係なく、駆動電圧と出力変位量が同位相とする
事が出来る。

【０１００】以上の第１０の実施形態において、より大
きな変位量を得ようとする場合には、変位拡大部１０ｂ
の共振周波数を駆動周波数の近傍に設定する。これによ
って、小さな駆動部１００の変位（駆動部が小さい変位
で振動するので、駆動部の信頼性は向上する。）で大き
く変位拡大部１０ｂを振動させることができ、より大き
な変位を取り出すことができる。

【０１０１】第１１の実施形態 本発明の第１１の実施形態は、図２２に示すように、変
位拡大部１０ｂの共振周波数ｆｒ１を駆動部の共振周波
数ｆｒ２より低く設定し、駆動部を駆動する駆動周波数
を、変位拡大部１０ｂの共振周波数ｆｒ１と駆動部の共
振周波数ｆｒ２との間に設定した以外は、第１０の実施
形態と同様に構成される。第１１の実施形態では、変位
拡大部１０を変位拡大部として有効に作用させ、大きな
変位量を得るために、変位拡大部１０ｂの共振周波数ｆ
ｒ１を駆動部の共振周波数ｆｒ２の６０％以上になるよ
うに設定する。以上のように構成することにより、駆動
部１００に発生した変位を、効果的に変位拡大部１０ｂ
で拡大できる。尚、第１１の実施形態において、変位拡
大部１０ｂの共振周波数ｆｒ１を駆動部の共振周波数ｆ
ｒ２の６０％以上になるように設定するのは、第１０の
実施形態と同様の理由による。すなわち、変位拡大部１
０ｂの共振周波数ｆｒ１を駆動部の共振周波数ｆｒ２の
６０％以上に設定すると、安定した振動を得ることがで
きるからである。

【０１０２】以上のように構成された第１１の実施形態
は、第１０の実施形態と同様の効果を有し、さらに以下
の特有の効果を有する。すなわち、雰囲気温度が変化し
た場合の温度依存性を考えると、例えば、ΔＴだけ温度
が上昇した時の変位拡大部１０ｂの共振周波数fr1の変
化Δfr1と、駆動部１００の共振周波数fr2の変化Δfr2
とを比べると、Δfr1≪Δfr2である。従って、共振周波
数fr1と共振周波数fr2の間隔が開き、変位量が小さくな
る。ところが、駆動部の圧電振動板の圧電定数は温度上
昇に伴い大きくなる。その結果、第１１の実施形態で
は、温度変化による影響が相殺され温度変化に対して安
定な特性を得ることが出来る。尚、第１１の実施形態で
は、連結部に出力取り出し部がある場合に駆動周波数の
変化に関係なく、駆動電圧と出力変位量が同位相とする
事が出来る。この第１１の実施形態においても、変位拡
大部の共振周波数を駆動周波数の近傍に設定することに
より、第１０の実施形態と同様、より大きな変位量を出
力することができる。

【０１０３】第１２の実施形態 次に、本発明の第１２の実施形態について説明する。こ
の第１２の実施形態の圧電アクチュエータは、第１の実
施形態のアクチュエータにおいて、該圧電アクチュエー
タが図２３に示すアドミッタンス特性を有するように各
部位の寸法を決定し、変位拡大部１０ｂの共振周波数fr
1以下の周波数で駆動する。さらに、駆動部１００の共
振周波数ｆｒ２は駆動周波数の１．５倍以上に設定す
る。これによって、駆動部１００を非共振駆動し、駆動
部１００の変位量を小さく抑えている。これにより、圧
電振動板にかかるひずみを小さく抑えることが可能であ
る。

【０１０４】また、駆動部が非共振駆動であるため、温
度、形状ばらつき等による共振周波数のばらつきによる
変位量のばらつきも著しく小さい。以上より、駆動部に
おいて高い信頼性を確保でき、かつ駆動部にばらつきの
小さい振動を励振することができる。さらに、第１２の
実施形態では、駆動周波数を変位拡大部１０ｂの共振周
波数ｆｒ１の近傍に設定することが好ましく、これによ
って、駆動部の小さな振幅を、変位拡大部１０ｂの共振
を利用することにより、駆動部の小さい振動を変位拡大
部でより大きく拡大することができる。この変位拡大部
１０ｂは弾性薄板よりなる弾性シム材のみからなるた
め、限界ひずみが著しく高い。このため、駆動周波数を
変位拡大部の共振周波数に近づけて、大きな拡大率を設
定しても、変位拡大部において信頼性を悪化させること
はなく、大きな変位を出力することができかつ信頼性の
高い圧電アクチュエータを構成できる。また、金属薄板
は温度変化などによる共振周波数の変化が著しく小さい
ため、非常に安定な振動特性を確保することが出来る。

【０１０５】以上説明した第３〜第１２の実施形態は、
図１の第１の実施形態の構成において、新たな技術要素
を付加したものであるが、本発明はこれに限らず、第３
〜第１２の実施形態の技術要素を第２の実施形態等にお
いて適用することができ、その場合も同様の効果が得ら
れる。例えば、第２の実施形態において、第３〜第９の
実施形態に示した積層型の圧電振動板１１ａ，１１ｂ，
１１ｃを用いることにより、第２の実施形態よりさらに
低い駆動電圧でより大きな変位量を出力することが可能
になる。また、第２の実施形態において、第６〜第１２
の実施形態と同様に各共振周波数、及び駆動周波数を設
定することにより、第６〜第１２の実施形態とを同様の
効果が得られる。

【０１０６】第１３の実施形態 次に、本発明の第１３の実施形態の赤外線センサについ
て説明する。この第１３の実施形態の赤外線センサは、
図２４に示すように、図３に示す圧電アクチュエータの
変位拡大部１０ｂの先端部を略直角に曲げで赤外線を遮
蔽する遮蔽板１４を形成し、変位拡大部１０ｂのたわみ
振動による遮蔽板１４の往復運動により入射光１６が断
続的に入射されるように赤外線センサ１５を設けて構成
される。以上のように構成された第１３の実施形態の赤
外線センサは、チョッパを構成するために用いた第１の
実施形態の圧電アクチュエータが、低電圧で大きな変位
を安定して取り出すことができかつ小型にできるので、
小型で低電圧駆動が可能な赤外線センサを提供できる。
この第１３の実施形態の赤外線センサは、例えば、検出
対象物の正確な温度計測等に用いることができる。第１
３の実施形態では、図２５に示すように遮蔽板１４が駆
動部１０の外側に突出して位置するように構成してもよ
い。

【０１０７】第１４の実施形態 本発明に係る第１４の実施形態の赤外線センサは、図２
６に示すように、図４に示す圧電アクチュエータの連結
部１０ｃの先端部を略直角に曲げで赤外線を遮蔽する遮
蔽板１４ａを形成し、遮蔽板１４ａの往復運動により入
射光１６が断続的に入射されるように赤外線センサ１５
を設けて構成される。以上のように構成しても第１３の
実施形態と同様の効果を有する。

【０１０８】第１５の実施形態 本発明に係る第１５の実施形態の赤外線センサは、図２
７に示すように、図６に示す圧電アクチュエータの変位
拡大部１１０ｂの先端部を略直角に曲げで赤外線を遮蔽
する遮蔽板１４ｂを形成し、遮蔽板１４ｂの往復運動に
より入射光１６が断続的に入射されるように赤外線セン
サ１５を設けて構成される。以上のように構成された第
１３の実施形態の赤外線センサは、より小型でより大き
な変位量が得られる第３の実施形態の圧電アクチュエー
タを用いているので、第１３の実施形態及び１０に比較
してさらに小型にでき、かつ低電圧駆動が可能な赤外線
センサを提供できる。

【０１０９】以上の第１３の実施形態〜１５では、遮蔽
板を単純な方形に形成したが、本発明はこれに限らず、
図２８に１４ｃの符号を付して示すような形状に形成し
てもよい。すなわち、本発明の赤外線センサは、遮蔽板
の形状に限定されるものではなく、遮蔽板として種々の
形状を用いることができる。以上の第１３の実施形態〜
１５では、遮光板を変位拡大部又は連結部を曲げ加工を
することにより形成したが、本発明はこれに限らず、別
部材として取り付けてもよい。以上のようにしても、第
１３の実施形態〜１５と同様の効果が得られる。

【０１１０】第１６の実施形態 次に、本発明に係る第１６の実施形態の圧電光偏向器に
ついて、図を参照しながら説明する。この第１６の実施
形態の圧電光偏向器は、図２９に示すように、図３に示
す圧電アクチュエータの変位拡大部１０ｂの先端部に反
射板１７を設けて構成する。ここで、この反射板１７に
ついては、別部材として取り付けても、また変位拡大部
の一部を利用してもよい。

【０１１１】以上のように構成された圧電光偏向器の動
作を図２９、図３０を用いて説明する。図３０におい
て、実線は未駆動時（駆動時の中立位置）の状態を示
し、破線は最大変位時の状態を示す。本圧電光偏向器成
において、反射板１７は図２９において矢印で示す方向
に往復運動する。また、これと同時に連結部１０ｃが反
射板１７と逆位相で変位する。これらの相乗効果によ
り、反射板１７の角度を大きく変えることができ、入射
する光を大きく偏向することができる。以上のように構
成された圧電光偏向器は、構造及び偏向量の制御が簡単
でかつ偏向角度を大きくとることができる。

【０１１２】ここでは、図３の圧電アクチュエータを用
いて構成した光偏向器の一例について述べたが、同様に
他の本発明に係る圧電アクチュエータを用いることがで
きることはいうまでもない。

【０１１３】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る圧電アクチ
ュエータは、低い駆動電圧で大きな変位量が得られ、し
かも高安定化と小型化が可能であるので、焦電型赤外線
センサ光偏光器等種々の用途に使用でき、それら機器の
信頼性の向上に寄与するものである。また、本発明に係
る焦電型赤外線センサは、本発明に係る圧電アクチュエ
ータを用いて構成されたチョッパを備えているので、比
較的小さい駆動電圧で所望の特性を得ることができ、し
かも極めて高い安定性と信頼性を有している。。この焦
電型赤外線センサは、物体の温度を検出する幅広い用途
に適用可能である。さらに、本発明に係る光偏光器は、
本発明に係る圧電アクチュエータを用いて構成されてい
るので、比較的小さい駆動電圧で所望の偏光特性を得る
ことができ、しかも極めて高い安定性と信頼性を有して
いる。この光偏光器は、バーコードリーダー等種々の用
途に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る第１の実施形態の圧電アクチュ
エータの構成を示す分解斜視図である。

【図２】 図１の圧電アクチュエータに使用した圧電振
動板１の構成を示す模式図である。

【図３】 図１の圧電アクチュエータに支持部を取り付
けたときの斜視図である。

【図４】 第１の実施形態の変形例（その１）を示す斜
視図である。

【図５】 第１の実施形態の変形例（その２）を示す斜
視図である。

【図６】 本発明に係る第２の実施形態の圧電アクチュ
エータの斜視図である。

【図７】 第１と第２の実施形態の変位量を示すグラフ
である。

【図８】 第２の実施形態の変形例を示す斜視図であ
る。

【図９】 本発明に係る第３の実施形態の圧電アクチュ
エータにおける積層構造の圧電振動板１１ａを模式的に
示す断面図である。

【図１０】 本発明に係る第８の実施形態の圧電アクチ
ュエータにおける積層構造の圧電振動板１１ｂを模式的
に示す斜視図である。

【図１１】 図１０の圧電振動板１１ｂの断面を模式的
に示す断面図である。

【図１２】 本発明に係る第９の実施形態の圧電アクチ
ュエータにおける圧電振動板１１ｃの斜視図である。

【図１３】 図１２の圧電振動板１１ｃの模式断面図で
ある。

【図１４】 本発明に係る第１０の実施形態の圧電アク
チュエータにおける変位量の周波数特性を示すグラフで
ある。

【図１５】 第１０の実施形態において、変位拡大部の
共振周波数を１００Ｈｚに設定し駆動部の共振周波数を
７０Ｈｚに設定したときの変位量の周波数特性を示すグ
ラフである。

【図１６】 第１０の実施形態において、変位拡大部の
共振周波数を１００Ｈｚに設定し駆動部の共振周波数を
６０Ｈｚに設定したときの変位量の周波数特性を示すグ
ラフである。

【図１７】 第１０の実施形態において、変位拡大部の
共振周波数を１００Ｈｚに設定し駆動部の共振周波数を
５８Ｈｚに設定したときの変位量の周波数特性を示すグ
ラフである。

【図１８】 第１０の実施形態において、変位拡大部の
共振周波数を１００Ｈｚに設定し駆動部の共振周波数を
５６Ｈｚに設定したときの変位量の周波数特性を示すグ
ラフである。

【図１９】 第１０の実施形態において、変位拡大部の
共振周波数を１００Ｈｚに設定し駆動部の共振周波数を
５４Ｈｚに設定したときの変位量の周波数特性を示すグ
ラフである。

【図２０】 第１０の実施形態において、変位拡大部の
共振周波数を１００Ｈｚに設定し駆動部の共振周波数を
５２Ｈｚに設定したときの変位量の周波数特性を示すグ
ラフである。

【図２１】 第１０の実施形態において、変位拡大部の
共振周波数を１００Ｈｚに設定し駆動部の共振周波数を
５０Ｈｚに設定したときの変位量の周波数特性を示すグ
ラフである。

【図２２】 本発明に係る第１１の実施形態の圧電アク
チュエータにおける変位量の周波数特性を示すグラフで
ある。

【図２３】 本発明に係る第１２の実施形態の圧電アク
チュエータにおけるアドミッタンスの周波数特性を示す
グラフである。

【図２４】 本発明に係る第１３の実施形態の赤外線セ
ンサの概略構成を示す斜視図である。

【図２５】 本発明に係る第１３の実施形態の変形例の
赤外線センサの概略構成を示す斜視図である。

【図２６】 本発明に係る第１４の実施形態の赤外線セ
ンサの概略構成を示す斜視図である。

【図２７】 本発明に係る第１５の実施形態の赤外線セ
ンサの概略構成を示す斜視図である。

【図２８】 本発明に係る変形例の赤外線センサの概略
構成を示す斜視図である。

【図２９】 本発明に係る第１６の実施形態の圧電光偏
向器の概略構成を示す斜視図である。

【図３０】 第１６の実施形態の圧電光偏向器の偏向動
作を説明するための模式図である。

【図３１】 本発明に係る第３の実施形態の圧電振動板
の一部を示す分解斜視図である。

【図３２】 本発明に係る第４の実施形態の圧電振動板
の一部を示す分解斜視図である。

【図３３】 本発明に係る第４の実施形態の別構成の圧
電振動板の一部を示す分解斜視図である。

【図３４】 本発明に係る第４の実施形態の別構成の圧
電振動板の電極位置関係を示す図である。

【図３５】 本発明に係る第４の実施形態の別構成の圧
電振動板の一部を示す分解斜視図である。

【図３６】 本発明に係る第４の実施形態の別構成の圧
電振動板の電極位置関係を示す図である。

【図３７】 本発明に係る第４の実施形態の圧電振動板
の接続電極の１例を示す図である。

【図３８】 本発明に係る第５の実施形態の圧電アクチ
ュエータの構成の一部を示す分解斜視図である。

【図３９】 本発明に係る第５の実施形態の別構成の圧
電アクチュエータの構成の一部を示す分解斜視図であ
る。

【図４０】 本発明に係る第５の実施形態の別構成の圧
電アクチュエータの構成の一部を示す分解斜視図であ
る。

【図４１】 本発明に係る第５の実施形態の別構成の圧
電アクチュエータの構成の一部を示す分解斜視図であ
る。

【図４２】 本発明に係る第６の実施形態の別構成の圧
電アクチュエータの構成の一部を示す分解斜視図であ
る。

【図４３】 本発明に係る第６の実施形態の別構成の圧
電アクチュエータの構成の一部を示す分解斜視図であ
る。

【図４４】 本発明に係る第６の実施形態の別構成の圧
電アクチュエータの構成を示す斜視図である。

【図４５】 本発明に係る第７の実施形態の圧電アクチ
ュエータの圧電振動板の構成を示す斜視図である。

【図４６】 従来例の赤外線センサの概略構成を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１…圧電セラミック板、 １−１〜１−ｎ，４１−１〜４１−ｎ，５１−１〜５１
−ｎ…圧電セラミック層、 ２ａ，２ｂ，１２ａ，１２ｂ，４２ａ，４２ｂ，５２
ａ，５２ｂ…電極、 １０…弾性シム材、 １０ａ…駆動部弾性薄板、 １０ｂ…変位拡大部、 １０ｃ…連結部、 １１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１
ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ…圧電振動板、 １２−１〜１２−（ｎ＋１），４２−１〜４２−（ｎ＋
１），３０ａ−１，３０ａ−２，３０ｂ−１，３０ｂ−
２…電極層、 １３…支持部、 １４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…遮蔽板、 １５…赤外線センサ、 １７…反射板、 ２３−１〜２３−ｎ＋１…突出電極、 ２３ａ，２３ｂ…接続電極、 ２４ａ…孔、 ２４ｂ，２４ｄ，２６ａ，２６ｂ…絶縁部、 ２４ｃ…キリ欠き、 ２５ａ，２５ｂ…取り出し電極、 ２７…導電層、 ２８…絶縁層、 ３１ａ，３１ｂ…スルーホール。

フロントページの続き (72)発明者 野村 幸治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 川北 晃司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚さ方向に印加される電圧に対応して上
   記厚さ方向と直交する一方向に大きく伸縮する圧電振動
   板と駆動部弾性薄板とが接合されてなり、所定の周波数
   を有する駆動電圧を上記圧電振動板の厚さ方向に印加す
   ることにより上記駆動電圧の周波数に対応した振動数で
   たわみ振動する駆動部と、 上記駆動部と同一平面上にあり、上記駆動部のたわみ振
   動と同調して振動することが可能でかつ上記駆動部の振
   動によって励振されるように上記駆動部に連結されて、
   上記駆動部の振動を拡大する変位拡大部とを備えたこと
   を特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 【請求項２】 上記変位拡大部が弾性薄板からなり、該
   弾性薄板が上記駆動部弾性薄板と一体で形成されている
   請求項１記載の圧電アクチュエータ。
3. 【請求項３】 上記圧電アクチュエータにおいて、上記
   変位拡大部の一端が上記駆動部弾性薄板の一端と連結さ
   れている請求項１又は２記載の圧電アクチュエータ。
4. 【請求項４】 上記圧電アクチュエータが、上記駆動部
   弾性薄板の他端で支持されている請求項３記載の圧電ア
   クチュエータ。
5. 【請求項５】 上記圧電アクチュエータが、上記駆動部
   弾性薄板と上記変位拡大部との連結部分で支持されてい
   る請求項３記載の圧電アクチュエータ。
6. 【請求項６】 上記圧電アクチュエータにおいて、上記
   圧電振動板が最上層と最下層とが電極層になるように電
   極層と圧電体層とが上記圧電振動板の厚み方向に交互に
   積層されてなり、各圧電体層に該圧電体層の上下の電極
   層を介して駆動電圧を印加する１〜５のうちの１つに記
   載の圧電アクチュエータ。
7. 【請求項７】 上記圧電振動板の各圧電体層を挟設する
   一対の電極層のうち、一方の電極層は該電極層の１つの
   側面が上記圧電振動板の一方の側面の内側に位置するよ
   うに形成され、他方の電極層は該電極層の１つの側面が
   上記圧電振動板の他方の側面の内側に位置するように形
   成されていることを特徴とする請求項６記載の圧電アク
   チュエータ。
8. 【請求項８】 上記圧電振動板の各圧電体層を挟設する
   一対の電極層のうち、一方の電極層は該電極層の１つの
   端面が上記圧電振動板の一方の端面の内側に位置するよ
   うに形成され、他方の電極層は該電極層の１つの端面が
   上記圧電振動板の他方の端面の内側に位置するように形
   成されていることを特徴とする請求項６又は７記載の圧
   電アクチュエータ。
9. 【請求項９】 上記各電極層は、その１つの端面に突起
   電極を有し、該突起電極の先端部が上記圧電振動板の一
   方の端面に露出している以外は該電極層の端面及び側面
   がそれぞれ上記圧電振動板の端面及び側面の内側に位置
   するように形成され、 上記突起電極は一つ置きに上記圧電振動板の端面に形成
   された接続電極によって接続されている請求項６記載の
   圧電アクチュエータ。
10. 【請求項１０】 上記圧電アクチュエータにおいて、上
    記駆動部弾性薄板と上記圧電振動板とを接合した時に上
    記駆動部弾性薄板上の上記接続電極のうちの一方が位置
    する部分に該接続電極と上記駆動部弾性薄板とを絶縁す
    るための絶縁体を形成した請求項９に記載の圧電アクチ
    ュエータ。
11. 【請求項１１】 上記各電極層は、その１つの側面に突
    起電極を有し、該突起電極の先端部が上記圧電振動板の
    一方の側面に露出している以外は該電極層の端面及び側
    面がそれぞれ上記圧電振動板の端面及び側面の内側に位
    置するように形成され、 上記突起電極は一つ置きに上記圧電振動板の一方の側面
    に形成された接続電極によって接続されている請求項６
    記載の圧電アクチュエータ。
12. 【請求項１２】 上記圧電アクチュエータにおいて、上
    記駆動部弾性薄板の幅を上記圧電振動板よりも狭くし、
    上記駆動部弾性薄板の一方の側面が上記圧電振動板の側
    面より内側に位置するように、上記駆動部弾性薄板と上
    記圧電振動板とを接合した請求項１１に記載の圧電アク
    チュエータ。
13. 【請求項１３】 上記圧電アクチュエータにおいて、上
    記駆動部弾性薄板と上記圧電振動板とを接合した時に上
    記駆動部弾性薄板上の上記接続電極のうちの一方が位置
    する部分に該接続電極と上記駆動部弾性薄板とを絶縁す
    るための切り欠き形成した請求項１１に記載の圧電アク
    チュエータ。
14. 【請求項１４】 上記圧電アクチュエータにおいて、上
    記駆動部弾性薄板と上記圧電振動板とを接合した時に上
    記駆動部弾性薄板上の上記接続電極のうちの一方が位置
    する部分に該接続電極と上記駆動部弾性薄板とを絶縁す
    るための絶縁体を形成した請求項１１に記載の圧電アク
    チュエータ。
15. 【請求項１５】 上記各電極層はそれぞれ圧電振動板の
    一方の端部において電極層間を接続するための突起電極
    を有しかつ上記突起電極は一つ置きに対向するように配
    置され、対向する突起電極間をそれぞれ、スルーホール
    内に形成した接続電極によって接続した請求項６記載の
    圧電アクチュエータ。
16. 【請求項１６】 上記圧電アクチュエータにおいて、上
    記圧電振動板の上記駆動部弾性薄板に貼り合わせた面に
    対して反対側に位置する面に形成された表面電極と上記
    各接続電極とを接続し、その一方の接続電極に接続され
    た表面電極を他の表面電極から絶縁分離してなる請求項
    ９〜１４のうちのいずれか１つに記載の圧電アクチュエ
    ータ。
17. 【請求項１７】 上記圧電アクチュエータにおいて、上
    記圧電振動板の上記駆動部弾性薄板と貼り合わせる面に
    形成された表面電極上に、該電極と絶縁された別の電極
    を形成し、上記接続電極のうちの一方を上記表面電極に
    接続し、上記接続電極のうち他方を上記別の電極に接続
    した請求項９〜１４のうちのいずれか１つに記載の圧電
    アクチュエータ。
18. 【請求項１８】 上記圧電アクチュエータにおいて、上
    記圧電振動板と上記駆動部弾性薄板とを貼り合わせたと
    きに上記別の電極と対向するように、上記駆動部弾性薄
    板上に絶縁層を介して上記駆動部弾性薄板と絶縁された
    電極を形成し、該電極と上記駆動部弾性薄板との間に駆
    動電圧を供給するようにした請求項１７に記載の圧電ア
    クチュエータ。
19. 【請求項１９】 上記圧電アクチュエータにおいて、上
    記圧電振動板が両側面が電極層になるように電極層と圧
    電体層とが上記圧電振動板の幅方向に交互に積層されて
    なり、各圧電体層に該圧電体層を挟設する電極層を介し
    て駆動電圧を印加する請求項１〜５のうちの１つに記載
    の圧電アクチュエータ。
20. 【請求項２０】 上記圧電アクチュエータにおいて、上
    記圧電振動板が両端面が電極層になるように電極層と圧
    電体層とが上記圧電振動板の長手方向に交互に積層され
    てなり、各圧電体層に該圧電体層を挟設する電極層を介
    して駆動電圧を印加する請求項１〜５のうちの１つに記
    載の圧電アクチュエータ。
21. 【請求項２１】 上記圧電アクチュエータにおいて、上
    記駆動部の共振周波数と上記変位拡大部の共振周波数と
    を低い方の共振周波数が高い方の共振周波数の０．６倍
    以上になるように設定し、かつ上記駆動電圧の周波数を
    上記駆動部の共振周波数と上記変位拡大部の共振周波数
    との間に設定した請求項１〜２０のうちの１つに記載の
    圧電アクチュエータ。
22. 【請求項２２】 上記圧電アクチュエータにおいて、上
    記駆動電圧の周波数を、該周波数の変化に対して実質的
    に変位量が変化しない安定領域に設定した請求項２１記
    載の圧電アクチュエータ。
23. 【請求項２３】 上記変位拡大部の共振周波数を上記駆
    動部の共振周波数より低く設定した請求項２１又は２２
    記載の圧電アクチュエータ。
24. 【請求項２４】 上記圧電アクチュエータにおいて、上
    記駆動部の共振周波数を上記変位拡大部の共振周波数よ
    り高くなるように設定し、かつ上記駆動電圧の周波数を
    上記変位拡大部の共振周波数以下の周波数に設定した請
    求項１〜２０のうちの１つに記載の圧電アクチュエー
    タ。
25. 【請求項２５】 上記駆動部の共振周波数を上記駆動電
    圧の周波数の１．５倍以上に設定し、かつ上記変位拡大
    部の共振周波数を上記駆動電圧の周波数の近傍に設定し
    た請求項２４記載の圧電アクチュエータ。
26. 【請求項２６】 請求項１〜２５のいずか１つに記載の
    圧電アクチュエータと該圧電アクチュエータの変位拡大
    部又は連結部に略垂直に設けられた遮蔽板とを含んで構
    成されたチョッパと、赤外線入射部を有し該赤外線入射
    部の前方に上記遮蔽板が位置するように設けられた赤外
    線センサとを備え、 上記圧電アクチュエータを所定の周波数を有する駆動電
    圧で動作させることにより、上記赤外線センサに断続的
    に赤外線を入射するようにしたことを特徴とする焦電型
    赤外線センサ。
27. 【請求項２７】 請求項１〜２５のいずか１つに記載の
    圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータの変位拡
    大部の少なくとも一部に該変位拡大部と略水平に設けら
    れた反射板とを備え、 上記圧電アクチュエータを所定の周波数を有する駆動電
    圧で動作させることにより、上記反射板によって反射さ
    れる光の方向を変化させるようにしたことを特徴とする
    圧電光偏向器。