JP2003159697A - Matrix type actuator - Google Patents
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Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Micromachines (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】 本発明は、マトリクス型の
アクチュエータに関する。より詳細には、光変調器、光
スイッチ、電気スイッチ、マイクロリレー、マイクロバ
ルブ、搬送装置、ディスプレイ及びプロジェクタ等の画
像表示装置、画像描画装置、マイクロポンプ、液滴吐出
装置、更には、微小混合装置、微小撹拌装置、微小反応
装置、等に使用され、高い発生力と大きな変位を兼ね備
え、好ましくは圧電/電歪体の電界誘起歪みの横効果に
より、圧電/電歪体がセラミック基体主面に対して垂直
方向の伸縮変位乃至伸縮振動を発現し、作用対象に対
し、押す、歪ませる、動かす、叩く(衝撃を与える)、
混合する、等の作用を行うマトリクス型圧電/電歪アク
チュエータ並びにその製造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a matrix type actuator. More specifically, an optical modulator, an optical switch, an electric switch, a micro relay, a micro valve, a carrier device, an image display device such as a display and a projector, an image drawing device, a micro pump, a droplet discharge device, and further a minute mixture. Used in a device, a micro-stirring device, a micro-reactor, etc., having both a high generating force and a large displacement, and preferably the piezoelectric / electrostrictive body is a ceramic substrate main surface due to the lateral effect of the electric field induced strain of the piezoelectric / electrostrictive body. Develops vertical expansion or contraction displacement or expansion vibration, and pushes, distorts, moves, strikes (impacts) the object of action,
The present invention relates to a matrix type piezoelectric / electrostrictive actuator that performs operations such as mixing, and a method for manufacturing the same.
【0002】[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/電歪アクチュエータの開発が
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。2. Description of the Related Art In recent years, displacement control elements for adjusting the optical path length and position on the order of submicrons have been desired in fields such as optics, precision machinery, and semiconductor manufacturing. In response to this, the development of a piezoelectric / electrostrictive actuator utilizing strain, which is based on an inverse piezoelectric effect, an electrostrictive effect, or the like that occurs when an electric field is applied to a ferroelectric substance or an antiferroelectric substance, is being advanced. These displacement control elements that utilize electric field-induced strain are easier to control micro-displacement, have higher mechanical / electrical energy conversion efficiency, and save power compared to conventional electromagnetic systems such as servo motors and pulse motors. It has features such as ultra-precision mounting and contribution to size and weight reduction of products, and it is considered that the application fields will continue to expand.
【0003】 例えば、光スイッチにおいては、入力光
の伝達経路の切り替えにあたって、そのような圧電/電
歪アクチュエータが用いられている。光スイッチの一例
を図2(a)、図2(b)に示す。図2(a)、図2
(b)に示される光スイッチ200は、光伝達部201
と光路変更部208とアクチュエータ部211とからな
る。詳細には、光伝達部201は、光路変更部208に
対向する面の一部に設けられる光反射面101、及び、
光反射面101を起点に3方向に向けて設けられる光伝
達経路202,204,205を有し、又、光路変更部
208は、光伝達部201の光反射面101に移動可能
な状態で近接され、透光性の材質からなる光導入部材2
09、及び、光を全反射する光反射部材210を有し、
更には、アクチュエータ部211は、外部信号により変
位し、変位を光路変更部208に伝達する機構を有す
る。For example, in an optical switch, such a piezoelectric / electrostrictive actuator is used for switching the transmission path of input light. An example of the optical switch is shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). 2 (a) and FIG.
The optical switch 200 shown in FIG.
And an optical path changing unit 208 and an actuator unit 211. More specifically, the light transmitting unit 201 includes the light reflecting surface 101 provided on a part of the surface facing the optical path changing unit 208, and
It has light transmission paths 202, 204, 205 provided in three directions starting from the light reflection surface 101, and the optical path changing unit 208 is movably close to the light reflection surface 101 of the light transmission unit 201. The light introducing member 2 made of a translucent material
09 and a light reflection member 210 that totally reflects light,
Further, the actuator unit 211 has a mechanism that is displaced by an external signal and transmits the displacement to the optical path changing unit 208.
【0004】 光スイッチ200は、図2(a)に示す
ように、電圧の印加等の外部信号によりアクチュエータ
部211が作動し、アクチュエータ部211の変位によ
り光路変更部208が光伝達部201から離隔され、光
伝達部201の光伝達経路202に入力された光221
が、屈折率を所定の値に調節してある光伝達部201の
光反射面101において透過することなく全反射し、出
力側の一の光伝達経路204に伝達される。In the optical switch 200, as shown in FIG. 2A, the actuator section 211 is actuated by an external signal such as application of a voltage, and the displacement of the actuator section 211 causes the optical path changing section 208 to separate from the light transmitting section 201. The light 221 that has been input to the light transmission path 202 of the light transmission unit 201
However, the light is totally reflected on the light reflecting surface 101 of the light transmitting unit 201 whose refractive index is adjusted to a predetermined value without being transmitted, and is transmitted to the one light transmitting path 204 on the output side.
【0005】 一方、この状態から、逆に、アクチュエ
ータ部211を非作動状態とすると、図2(b)に示す
ように、アクチュエータ部211の変位が元に戻り、光
路変更部208の光導入部材209が、光伝達部201
に光の波長以下の距離で接触するため、光伝達経路20
2に入力された光221は、光導入部材209により光
伝達部201から光導入部材209に取り出され、光導
入部材209の中を透過する。この光導入部材209の
中を透過した光221は、光反射部材210まで達する
が、この光反射部材210の反射面102で反射される
ことにより、光伝達部201の光反射面101で反射し
た光とは異なる出力側の他の光伝達経路205に伝達さ
れる。On the other hand, when the actuator section 211 is deactivated from this state, the displacement of the actuator section 211 is restored and the light introducing member of the optical path changing section 208 is restored, as shown in FIG. 2B. 209 is the light transmission unit 201.
The light transmission path 20
The light 221 input to light 2 is extracted from the light transmitting unit 201 to the light introducing member 209 by the light introducing member 209 and is transmitted through the light introducing member 209. The light 221 transmitted through the light introducing member 209 reaches the light reflecting member 210, but is reflected by the reflecting surface 102 of the light reflecting member 210 and is reflected by the light reflecting surface 101 of the light transmitting portion 201. The light is transmitted to another light transmission path 205 on the output side different from the light.
【0006】 このような光路変更機能を有する光スイ
ッチのアクチュエータ部には、圧電/電歪アクチュエー
タが好適に用いられる。中でも複数チャンネル間でスイ
ッチングを行うマトリクススイッチを構成するにあたっ
ては、本願出願人の先の発明である特許第269329
1号公報に開示されるような、ユニモルフ乃至バイモル
フ型(以下、これらを屈曲変位素子ともよぶ)の圧電/
電歪素子を、複数個配置した圧電/電歪アクチュエータ
が好適に採用される。屈曲変位素子は、振動板と圧電/
電歪素子とから構成され、電界印加時の圧電/電歪素子
自身の僅かな伸縮歪みを屈曲モードに変換して屈曲変位
とするため、圧電/電歪素子の素子長に比例して大きな
変位を得ることは容易である。しかしながら、歪みの変
換を行うため、圧電/電歪素子の直接の発生歪みにかか
る発生応力を、そのまま利用することが出来ず、発生力
を同時に大きくすることは非常に困難なものであった。
加えて、素子長の増加にともない、必然的に共振周波数
が低下するため、応答速度も同時に満足し難いものであ
った。A piezoelectric / electrostrictive actuator is preferably used for the actuator portion of the optical switch having such an optical path changing function. Among them, in constructing a matrix switch for switching between a plurality of channels, the applicant's earlier invention, Japanese Patent No. 269329.
Unimorph-to-bimorph-type piezoelectric elements (hereinafter also referred to as bending displacement elements) as disclosed in Japanese Patent No.
A piezoelectric / electrostrictive actuator having a plurality of electrostrictive elements arranged therein is preferably adopted. The bending displacement element is composed of
It is composed of an electrostrictive element, and a slight expansion / contraction strain of the piezoelectric / electrostrictive element itself when an electric field is applied is converted into a bending mode to be a bending displacement. Therefore, a large displacement proportional to the element length of the piezoelectric / electrostrictive element Is easy to get. However, since the strain is converted, the generated stress directly applied to the piezoelectric / electrostrictive element cannot be used as it is, and it is very difficult to increase the generated force at the same time.
In addition, since the resonance frequency inevitably decreases as the element length increases, it is difficult to satisfy the response speed at the same time.
【0007】 ところで、光スイッチの高性能化にあた
って、第1に、そのON/OFF比(コントラスト)を
大きくとりたいという要望がある。この場合、上記した
光スイッチ200においては、光路変更部208の光伝
達部201との接触・離隔動作を確実に行うことが重要
であり、そのためにはアクチュエータ部は大きなストロ
ーク、即ち、大きく変位するものであることが好まし
い。又、第2に、スイッチングにかかる損失を小さくし
たいという要望がある。この場合、光路変更部208の
面積を大きくしつつ光伝達部201との実質的な接触面
積を増やすことが重要であるが、そのような接触面積の
増加は、離隔にかかる確実性を低下させる要因となるの
で、アクチュエータ部には大きな力を発生出来るものが
必要となる。即ち、このような光スイッチの高性能化に
あたっては、アクチュエータ部として、変位と力を同時
に発生出来る圧電/電歪アクチュエータが望まれている
のである。By the way, in order to improve the performance of the optical switch, firstly, there is a demand to increase the ON / OFF ratio (contrast). In this case, in the above-described optical switch 200, it is important to surely perform the contact / separation operation of the optical path changing unit 208 and the light transmitting unit 201, and for that purpose, the actuator unit is displaced by a large stroke, that is, largely displaced. It is preferably one. Secondly, there is a demand to reduce the switching loss. In this case, it is important to increase the substantial contact area with the light transmitting section 201 while increasing the area of the optical path changing section 208, but such an increase in the contact area reduces the certainty of separation. Since this is a factor, the actuator unit needs to be capable of generating a large force. That is, in order to improve the performance of such an optical switch, a piezoelectric / electrostrictive actuator capable of simultaneously generating displacement and force is desired as an actuator section.
【0008】 そして、これら個々の圧電/電歪素子
は、互いに独立して形成されているものが好ましい。互
いに独立とは、互いに干渉しない、つまり、発生した変
位並びに発生した力を、互いに拘束しないことを意味す
る。例えば、図3に示した圧電/電歪アクチュエータ1
45は、図4に示す断面図のように、圧電/電歪素子1
78の作動により屈曲変位している。互いの圧電/電歪
素子178は、隔壁143の剛性により、隣接する圧電
/電歪素子と機械的に独立するようにされている。しか
しながら、基体144は構造体として一体的であり、圧
電/電歪素子178が作用する振動板も連続体である。
従って、隣接する圧電/電歪素子は隔壁143で独立さ
れてはいるものの、圧電/電歪素子178の作動によっ
て生じる振動板の引っ張り乃至圧縮応力が、互いに何ら
かの影響を与えていることは否定出来ない。一方、図5
に断面図を示す圧電/電歪アクチュエータ155では、
振動板218を支える側壁219が、隣接する側壁21
9と独立しているため、隣接素子への影響はない。It is preferable that the individual piezoelectric / electrostrictive elements are formed independently of each other. Independent of each other means that they do not interfere with each other, that is, the generated displacement and the generated force are not constrained to each other. For example, the piezoelectric / electrostrictive actuator 1 shown in FIG.
45 is the piezoelectric / electrostrictive element 1 as shown in the sectional view of FIG.
It is bent and displaced by the operation of 78. Due to the rigidity of the partition wall 143, the piezoelectric / electrostrictive elements 178 are mechanically independent of the adjacent piezoelectric / electrostrictive elements. However, the base 144 is integrated as a structure, and the diaphragm on which the piezoelectric / electrostrictive element 178 acts is also a continuous body.
Therefore, although the adjacent piezoelectric / electrostrictive elements are independent by the partition wall 143, it can be denied that the tensile or compressive stress of the diaphragm generated by the operation of the piezoelectric / electrostrictive element 178 exerts some influence on each other. Absent. On the other hand, FIG.
In the piezoelectric / electrostrictive actuator 155 whose sectional view is shown in FIG.
The side wall 219 supporting the diaphragm 218 is adjacent to the side wall 21.
Since it is independent of 9, the adjacent elements are not affected.
【0009】 更に別の態様として、特開昭60−90
770号公報の第2図には、インクジェットヘッドに用
いられるアクチュエータであって、一列に並ぶ加圧室2
に対応し、一列に並ぶアクチュエータが開示されてい
る。このアクチュエータは、上記した屈曲変位素子では
なく、圧電/電歪体の歪みを直接利用するタイプの圧電
/電歪素子で構成したものではあるが、圧電/電歪体の
上下作用面に電極が形成されているため、電界誘起歪み
の縦効果である圧電歪定数d33が電界誘起歪みの横効
果の圧電歪定数d31と比較して大きいとはいえ、電極
間距離が大きく、実質低電圧で大きな変位を得ることは
困難であった。一方、第5図には、圧電素子の厚み方向
に電圧を印加して使用するものも開示されているが、こ
れは単に圧電板に電極を形成した単体の圧電素子を、単
独で使用しているに過ぎない。又、特開昭60−907
70号公報に開示されている圧電素子は、ダイヤモンド
ソーを用いた切削加工により作製されたものであり、加
工によるダメージが内在しているという問題点を抱えて
いた。In yet another embodiment, Japanese Patent Laid-Open No. 60-90
FIG. 2 of Japanese Patent Publication No. 770 shows an actuator used for an inkjet head, which is a pressurizing chamber 2 arranged in a line.
Accordingly, actuators arranged in a line are disclosed. This actuator is not a bending displacement element described above, but a piezoelectric / electrostrictive element of a type that directly uses the strain of the piezoelectric / electrostrictive body. Since it is formed, the piezoelectric strain constant d33, which is the vertical effect of the electric field-induced strain, is larger than the piezoelectric strain constant d31 of the lateral effect of the electric field-induced strain, but the distance between the electrodes is large, and it is large at a substantially low voltage. It was difficult to get the displacement. On the other hand, FIG. 5 also discloses a piezoelectric element which is used by applying a voltage in the thickness direction thereof. This is a simple piezoelectric element in which electrodes are simply formed on a piezoelectric plate. I'm just there. Also, JP-A-60-907
The piezoelectric element disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 70 is manufactured by cutting using a diamond saw, and has a problem that damage due to the processing is inherent.
【0010】 何れにしても、上記したように、製造時
に受けたダメージが極めて小さく、発生変位と発生力を
両立した複数の独立した圧電/電歪素子が、接着剤を用
いることなく、二次元マトリクス状に整列配置し、且
つ、基体部と一体的に形成された圧電/電歪アクチュエ
ータは、従来、提案されていなかった。In any case, as described above, a plurality of independent piezoelectric / electrostrictive elements, which are extremely small in damage received during manufacturing and have both generated displacement and generated force, are two-dimensional without using an adhesive. A piezoelectric / electrostrictive actuator that is arranged in a matrix and is formed integrally with a substrate has not been proposed in the past.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、このよう
な事情を背景にしてなされたものであって、その解決す
べき課題とするところは、低電圧で大変位が得られ、応
答速度が速く、且つ、発生力が大きく、又、実装性に優
れ、高集積化が可能であり、光変調器、光スイッチ、電
気スイッチ、マイクロリレー、マイクロバルブ、搬送装
置、ディスプレイ及びプロジェクタ等の画像表示装置、
画像描画装置、マイクロポンプ、液滴吐出装置、更に
は、微小混合装置、微小撹拌装置、微小反応装置、等に
好ましく適用することが可能な、作用対象に対し、押
す、歪ませる、動かす、叩く(衝撃を与える)、混合す
る、等の作用を行う圧電/電歪アクチュエータ並びにそ
の製造方法を提供することにある。圧電/電歪アクチュ
エータについて、検討が重ねられた結果、以下に示すマ
トリクス型アクチュエータにより、これらの課題が解決
されることが見出された。The present invention has been made in view of such circumstances, and the problem to be solved is that a large displacement is obtained at a low voltage and a response speed is high. Image display of optical modulator, optical switch, electric switch, micro relay, micro valve, carrier device, display, projector, etc. apparatus,
It can be preferably applied to an image drawing device, a micro pump, a droplet discharge device, and further, a micro mixing device, a micro stirring device, a micro reaction device, and the like. It is to provide a piezoelectric / electrostrictive actuator that performs actions such as (impacting), mixing, and a manufacturing method thereof. As a result of repeated studies on the piezoelectric / electrostrictive actuator, it was found that these problems can be solved by the matrix type actuator shown below.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】 即ち、厚肉のセラミッ
ク基体上に、圧電/電歪体と少なくとも一対の電極とか
らなる複数の圧電/電歪素子が形成されてなり、圧電/
電歪体の変位により駆動する圧電/電歪アクチュエータ
であって、複数の圧電/電歪素子が、セラミック基体と
それぞれ一体的に接合され、且つ、互いに独立して二次
元に整列配置されてなることを特徴とするマトリクス型
アクチュエータが提供される。Means for Solving the Problems That is, a plurality of piezoelectric / electrostrictive elements including a piezoelectric / electrostrictive body and at least a pair of electrodes are formed on a thick ceramic substrate, and a piezoelectric / electrostrictive element is formed.
A piezoelectric / electrostrictive actuator driven by displacement of an electrostrictive body, wherein a plurality of piezoelectric / electrostrictive elements are integrally joined to a ceramic base, respectively, and are two-dimensionally arranged independently of each other. A matrix-type actuator is provided.
【0013】 本発明のマトリクス型アクチュエータ
は、より詳細には、2つのタイプのアクチュエータから
なる。本発明の第1のマトリクス型アクチュエータは、
圧電/電歪素子が、セラミック基体上に立設された圧電
/電歪体の側面に電極を形成してなるアクチュエータで
ある。より好ましくは、電極は、圧電/電歪素子の圧電
/電歪体の断面が、セラミック基体と平行方向の断面に
おいて平行四辺形であって、その圧電/電歪体の断面の
長辺を含む側面に形成されてなることが好ましい。第1
のマトリクス型アクチュエータでは、圧電/電歪体の電
界誘起歪みの横効果による変位に基づき、圧電/電歪素
子がセラミック基体主面に対して垂直方向に伸縮するこ
とが好ましい。又、圧電/電歪素子の圧電/電歪体のう
ち、電極が形成される壁面の結晶粒子状態は、粒内破壊
を受けている結晶粒子が1%以下であることが好まし
く、圧電/電歪素子の圧電/電歪体の面の輪郭度が、概
ね8μm以下であることが好ましく、圧電/電歪素子の
圧電/電歪体の壁面の表面粗さRtが、概ね10μm以
下であることが好ましい。More specifically, the matrix type actuator of the present invention is composed of two types of actuators. The first matrix type actuator of the present invention is
The piezoelectric / electrostrictive element is an actuator in which electrodes are formed on the side surfaces of a piezoelectric / electrostrictive body erected on a ceramic substrate. More preferably, in the electrode, the cross section of the piezoelectric / electrostrictive body of the piezoelectric / electrostrictive element is a parallelogram in a cross section parallel to the ceramic substrate, and includes the long side of the cross section of the piezoelectric / electrostrictive body. It is preferably formed on the side surface. First
In the matrix type actuator, it is preferable that the piezoelectric / electrostrictive element expands and contracts in the direction perpendicular to the main surface of the ceramic substrate based on the displacement of the piezoelectric / electrostrictive body due to the lateral effect of the electric field-induced strain. In the piezoelectric / electrostrictive body of the piezoelectric / electrostrictive element, the crystal grain state on the wall surface on which the electrode is formed is preferably 1% or less of crystal grains undergoing intragranular fracture. The contour of the surface of the piezoelectric / electrostrictive body of the strain element is preferably about 8 μm or less, and the surface roughness Rt of the wall surface of the piezoelectric / electrostrictive body of the piezoelectric / electrostrictive element is about 10 μm or less. Is preferred.
【0014】 本発明の第2のマトリクス型アクチュエ
ータは、圧電/電歪素子が、セラミック基体上に層状の
圧電/電歪体と層状の電極とが交互に複数層積層されて
なるアクチュエータである。第2のマトリクス型アクチ
ュエータでは、圧電/電歪体の電界誘起歪みの縦効果に
よる変位に基づき、圧電/電歪素子がセラミック基体主
面に対して垂直方向に伸縮することが好ましい。又、圧
電/電歪素子の圧電/電歪体からなる層の1層当たりの
厚さが、100μm以下であることが好ましく、圧電/
電歪素子の圧電/電歪体からなる層が、10乃至200
層備わることが好ましい。A second matrix-type actuator of the present invention is an actuator in which a piezoelectric / electrostrictive element is formed by alternately laminating a plurality of layered piezoelectric / electrostrictive bodies and layered electrodes on a ceramic substrate. In the second matrix type actuator, it is preferable that the piezoelectric / electrostrictive element expands and contracts in the direction perpendicular to the main surface of the ceramic substrate based on the displacement of the piezoelectric / electrostrictive body due to the vertical effect of the electric field-induced strain. Further, the thickness of each layer formed of the piezoelectric / electrostrictive body of the piezoelectric / electrostrictive element is preferably 100 μm or less.
The piezoelectric / electrostrictive layer of the electrostrictive element has a thickness of 10 to 200.
It is preferred to have layers.
【0015】 本発明の第1及び第2のマトリクス型ア
クチュエータにおいては、隣接する圧電/電歪素子の間
に壁部が形成されてなることが好ましい。又、本発明の
第1及び第2のマトリクス型アクチュエータにおいて
は、圧電/電歪体が、圧電セラミックス、電歪セラミッ
クス、反強誘電体セラミックスのうちの何れかの材料、
若しくは、これらと高分子圧電材料との複合材料からな
ることが好ましく、セラミック基体と圧電/電歪素子を
構成する圧電/電歪体とが同じ材料からなることが好ま
しい。更には、セラミック基体における圧電/電歪素子
が配置される面とは反対側の面に、電極端子が形成され
てなり、電極と電極端子とが、セラミック基体に形成さ
れたスルーホール乃至ビアホールを経由して配線されて
いることが好ましい。In the first and second matrix type actuators of the present invention, it is preferable that a wall portion is formed between adjacent piezoelectric / electrostrictive elements. In the first and second matrix type actuators of the present invention, the piezoelectric / electrostrictive body is made of any one of piezoelectric ceramics, electrostrictive ceramics, and antiferroelectric ceramics,
Alternatively, it is preferable that the ceramic base and the piezoelectric / electrostrictive body forming the piezoelectric / electrostrictive element are made of the same material. Furthermore, an electrode terminal is formed on the surface of the ceramic base opposite to the surface on which the piezoelectric / electrostrictive element is arranged. It is preferably wired via.
【0016】 又、本発明によれば、厚肉のセラミック
基体上に、圧電/電歪体と少なくとも一対の電極とから
なる複数の圧電/電歪素子が、二次元に整列配置されて
なるマトリクス型アクチュエータの製造方法であって、
圧電/電歪材料を主成分とする複数のセラミックグリー
ンシートを用意し、パンチとダイにより、複数のセラミ
ックグリーンシートの所定の位置に孔を開けて積層し、
孔が重なってなる貫通孔が形成されたセラミックグリー
ン積層体を得る工程Aと、後にセラミック基体を構成す
るセラミックグリーン基体を準備する工程Bと、セラミ
ックグリーン積層体とセラミックグリーン基体とを積層
した後に焼成一体化し、積層焼成体を得る工程Cと、積
層焼成体のうち少なくとも工程Aで得たセラミックグリ
ーン積層体部分に切込みを入れる工程Dと、を有してな
り、セラミック基体上に、互いに独立した複数の圧電/
電歪体を形成する過程を含むことを特徴とするマトリク
ス型アクチュエータの製造方法が提供される。Further, according to the present invention, a matrix in which a plurality of piezoelectric / electrostrictive elements including a piezoelectric / electrostrictive body and at least a pair of electrodes are two-dimensionally arranged on a thick ceramic substrate. A method for manufacturing a die actuator, comprising:
Prepare a plurality of ceramic green sheets whose main component is a piezoelectric / electrostrictive material, and punch and stack holes at predetermined positions in the plurality of ceramic green sheets with a punch and a die to stack them.
Step A of obtaining a ceramic green laminated body in which through holes having overlapping holes are formed, step B of preparing a ceramic green substrate that will later form a ceramic substrate, and after laminating the ceramic green laminated body and the ceramic green substrate The method includes a step C of firing and integration to obtain a laminated fired body, and a step D of making a cut in at least the ceramic green laminated body portion obtained in step A of the laminated fired body, which are independent of each other on the ceramic substrate. Multiple piezoelectrics /
There is provided a method of manufacturing a matrix type actuator, which includes the step of forming an electrostrictive body.
【0017】 本発明のマトリクス型アクチュエータの
製造方法においては、工程Aが、より詳細には、パンチ
により、第一のセラミックグリーンシートに第一の孔を
開ける第一の工程と、第一の孔からパンチを抜き取らな
い状態で、第一のセラミックグリーンシートをストリッ
パに密着させて引き上げる第二の工程と、パンチの先端
部が引き上げた第一のグリーンシートの最下部より僅か
に引き込む程度に、パンチを引き上げる第三の工程と、
パンチにより、第二のセラミックグリーンシートに第二
の孔を開ける第四の工程と、第二の孔からパンチを抜き
取らない状態で、第二のグリーンシートを第一のセラミ
ックグリーンシートとともに引き上げる第五の工程と、
パンチ先端部が引き上げた第二のセラミックグリーンシ
ートの最下部より僅かに引き込む程度に、パンチを引き
上げる第六の工程と、以降、複数枚のセラミックグリー
ンシートを第四の工程から第六の工程を繰り返して積層
し、孔が重なってなる貫通孔が形成されたセラミックグ
リーン積層体を得る工程であることが好ましい。In the method for manufacturing a matrix type actuator of the present invention, step A is, more specifically, a first step of punching a first hole in the first ceramic green sheet with a punch, and a first hole. The second step of bringing the first ceramic green sheet into close contact with the stripper without pulling the punch out of the punch, and pulling the punch slightly so that the tip of the punch pulls in slightly from the bottom of the pulled first green sheet. The third step of pulling up
A fourth step of punching a second hole in the second ceramic green sheet by punching, and a fifth step of pulling up the second green sheet together with the first ceramic green sheet without removing the punch from the second hole. Process of
The sixth step of pulling up the punch to the extent that the tip of the punch is slightly pulled in from the lowermost part of the second ceramic green sheet that has been pulled up, and thereafter, the multiple steps of the ceramic green sheets from the fourth step to the sixth step are performed. It is preferable that the step is a step of repeatedly laminating to obtain a ceramic green laminated body in which a through hole having overlapping holes is formed.
【0018】 又、工程Cの後であって工程Dの前に、
積層焼成体のセラミックグリーン積層体相当部分の貫通
孔に、充填材を詰める工程を有することが好ましい。In addition, after the step C and before the step D,
It is preferable to have a step of filling the through hole in the portion corresponding to the ceramic green laminated body of the laminated fired body with the filler.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】 以下に、本発明のマトリクス型
アクチュエータについて、実施の形態を具体的に説明す
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。尚、本発明のマトリクス型アクチュエー
タは圧電/電歪アクチュエータであるが、電界によって
誘起される歪みを利用するアクチュエータであって、狭
義の意味での、印加電界に概ね比例した歪み量を発生す
る圧電効果、印加電界の二乗に概ね比例した歪み量を発
生する電歪効果を利用するアクチュエータに限定される
ものではなく、強誘電体材料全般に見られる分極反転、
反強誘電体材料に見られる反強誘電相−強誘電相転移、
等の現象を利用するアクチュエータも含まれる。又、分
極処理が行われるか否かについても自由である。圧電/
電歪アクチュエータを構成する圧電/電歪素子の圧電/
電歪体に用いられる材料の性質に基づいて適宜決定され
る。従って、本明細書中において、分極処理するという
場合には、分極処理が必要な材料を対象としていること
が前提であると理解されるべきである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the matrix-type actuator of the present invention will be specifically described, but the present invention is not construed as being limited to these, and the scope of the present invention is not limited thereto. Various changes, modifications, and improvements can be made based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope. Although the matrix type actuator of the present invention is a piezoelectric / electrostrictive actuator, it is an actuator that utilizes strain induced by an electric field, and in a narrow sense, a piezoelectric element that generates a strain amount approximately proportional to an applied electric field. The effect is not limited to actuators that utilize the electrostrictive effect that generates a strain amount that is approximately proportional to the square of the applied electric field, and polarization reversal found in ferroelectric materials in general,
Antiferroelectric phase-ferroelectric phase transition found in antiferroelectric materials,
Actuators that utilize such phenomena are also included. Further, it is also free as to whether or not the polarization process is performed. Piezoelectric /
Piezoelectric / Electrostrictive Element Piezoelectric / Comprising Electrostrictive Actuator
It is appropriately determined based on the properties of the material used for the electrostrictive body. Therefore, in the present specification, it should be understood that the case where the polarization treatment is performed is based on the premise that the material requiring the polarization treatment is the target.
【0020】 以下、図面を参酌しながら説明する。図
1は、本発明に係る第1のマトリクス型アクチュエータ
の一実施形態を示す斜視図である。マトリクス型アクチ
ュエータ1は、セラミック基体2上に、圧電/電歪体4
と一対の電極18,19とからなる複数の圧電/電歪素
子31が形成されてなり、圧電/電歪体4がセラミック
基体2上で変位を起こすことにより駆動する圧電/電歪
アクチュエータである。本発明のマトリクス型アクチュ
エータ1においては、第1のマトリクス型アクチュエー
タに共通する、以下の特徴を有する。A description will be given below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a first matrix type actuator according to the present invention. The matrix type actuator 1 includes a piezoelectric / electrostrictive body 4 on a ceramic substrate 2.
A plurality of piezoelectric / electrostrictive elements 31 including a pair of electrodes 18 and 19 are formed, and the piezoelectric / electrostrictive body 4 is a piezoelectric / electrostrictive actuator that is driven by causing displacement on the ceramic substrate 2. . The matrix type actuator 1 of the present invention has the following features common to the first matrix type actuator.
【0021】 1)二次元整列配置素子
上記した図3に示す従来の圧電/電歪アクチュエータ1
45のように、ユニモルフ乃至バイモルフ型の圧電/電
歪素子が基体上に並んで形成されているのではなく、1
つの厚肉で実質中実なセラミック基体2上に二次元マト
リクス状に、複数の圧電/電歪素子31が、互いに独立
し、且つ、それぞれセラミック基体2と一体化して整列
配置されている。このような素子配列に関わる部位並び
に圧電/電歪素子の変位発現の基点となる部位に、接着
剤等が介在しない構造なので、初期的な素子寸法、素子
ピッチ等の精度が高いことは勿論のこと、介在物の劣化
という現象が生じ得ないので、長期間にわたって高い寸
法精度、圧電/電歪素子特性が維持出来る。そして、光
スイッチやマイクロバルブ、あるいは、画像表示装置等
のアクチュエータとして利用する際には、より高精度に
実装することが可能となり、又、一体化した構造である
ことから強度面にも優れ、実装作業そのものが容易とな
る。ここで厚肉とは、基体をダイヤフラムとして機能さ
せるものではないという意味で使用している。1) Two-Dimensional Alignment Arrangement Element The conventional piezoelectric / electrostrictive actuator 1 shown in FIG. 3 described above.
As in 45, unimorph-type or bimorph-type piezoelectric / electrostrictive elements are not formed side by side on the substrate, but 1
A plurality of piezoelectric / electrostrictive elements 31 are arranged in a two-dimensional matrix on one thick and substantially solid ceramic base 2 independently of each other and integrally with the ceramic base 2. Since a structure in which an adhesive or the like is not present in a portion related to such an element array and a portion serving as a base point of displacement manifestation of the piezoelectric / electrostrictive element, it is needless to say that the accuracy of initial element dimensions, element pitch, etc. is high. In addition, since the phenomenon of deterioration of inclusions cannot occur, high dimensional accuracy and piezoelectric / electrostrictive element characteristics can be maintained for a long period of time. When it is used as an actuator for an optical switch, a microvalve, or an image display device, it can be mounted with higher accuracy, and since it has an integrated structure, it has excellent strength. The mounting work itself becomes easy. Here, the term “thick” is used to mean that the base does not function as a diaphragm.
【0022】 2)相互完全独立素子
本発明のマトリクス型アクチュエータ1においては、変
位を起こすのはセラミック基体2上に露わな圧電/電歪
素子31部分のみであり、セラミック基体2の構造とし
て圧電/電歪体4が発生する電界誘起歪みが元で変形す
る部分がなく、個々の圧電/電歪素子31は、セラミッ
ク基体と一体化した構造であっても、隣接する圧電/電
歪素子31とは完全に独立していて、互いの変位を妨げ
ることがない。従って、より低電圧で、より大きな変位
を安定して得ることが出来る。2) Mutually Independent Element In the matrix type actuator 1 of the present invention, it is only the piezoelectric / electrostrictive element 31 portion exposed on the ceramic base 2 that causes displacement, and the piezoelectric / electrostrictive element 31 is a piezoelectric / electrostrictive structure. Even if each piezoelectric / electrostrictive element 31 has a structure in which it is integrated with the ceramic base, there is no portion that is deformed due to the electric field-induced strain generated by the electrostrictive body 4, and the adjacent piezoelectric / electrostrictive element 31 is Are completely independent and do not interfere with each other's displacement. Therefore, a larger displacement can be stably obtained with a lower voltage.
【0023】 3)電極端子形成
マトリクス型アクチュエータ1は、圧電/電歪素子31
がセラミック基体2上に立設され、圧電/電歪体4の側
面のうち、対向する距離の短い方の側面に、電極18,
19が形成されている。換言すれば、電極18,19
は、圧電/電歪素子31の圧電/電歪体4におけるセラ
ミック基体2と平行方向の断面形状、即ち、平行四辺形
の一態様である長方形の、長辺を含む側面に形成されて
いる。そして、セラミック基体2を挟んで圧電/電歪素
子31が配置される面とは反対側の面に、電極端子2
0,21が形成されていて、電極18と電極端子20、
及び、電極19と電極端子21とが、セラミック基体2
の内部に形成され、導電性材料が充填されたビアホール
22により配線している。当然ながら、ビアホール22
の代わりに、内面に導電性材料が塗布されたスルーホー
ルでもかまわない。このように駆動部である圧電/電歪
素子31とは反対側に電極端子を形成しておくことによ
り、後に電界をかけるための電源接続作業が容易とな
り、製造工程に起因する歩留まり低下を防止し得る。3) The electrode terminal forming matrix type actuator 1 includes the piezoelectric / electrostrictive element 31.
Is erected on the ceramic base 2, and the electrode 18,
19 is formed. In other words, the electrodes 18, 19
Are formed on the cross-sectional shape of the piezoelectric / electrostrictive element 4 of the piezoelectric / electrostrictive element 31 in the direction parallel to the ceramic base body 2, that is, on the side surface including the long side of a rectangle which is one aspect of the parallelogram. Then, the electrode terminal 2 is formed on the surface opposite to the surface on which the piezoelectric / electrostrictive element 31 is arranged with the ceramic base 2 interposed therebetween.
0 and 21 are formed, the electrode 18 and the electrode terminal 20,
In addition, the electrode 19 and the electrode terminal 21 are the ceramic base 2
Wiring is performed by a via hole 22 formed inside the and filled with a conductive material. Of course, the via hole 22
Alternatively, a through hole having an inner surface coated with a conductive material may be used. By thus forming the electrode terminals on the side opposite to the piezoelectric / electrostrictive element 31 which is the driving unit, the power source connection work for applying an electric field later becomes easy, and the reduction in yield due to the manufacturing process is prevented. You can
【0024】 4)分極及び駆動電界の平行性
マトリクス型アクチュエータ1においては、圧電/電歪
素子31を構成する圧電/電歪体4は、図1中、セラミ
ック基体2の主面に平行なP方向に分極されている。そ
して、電極端子20,21に電源を接続し、電極18側
を正極、電極19側を負極として電圧をかけることによ
り、駆動電界が方向Eに形成される。即ち、圧電/電歪
体4の分極電界と駆動電界とが、同一方向になってい
る。その結果、圧電/電歪体4の電界誘起歪みの横効果
に基づき、圧電/電歪素子31がセラミック基体2の主
面に対し垂直にS方向に収縮し、又、これとは逆に分極
Pの方向とは180°反対の電界(但し、分極反転が生
じない電界強度)で伸長する。圧電/電歪素子31を構
成する圧電/電歪体4の分極電界と駆動電界とが平行で
あることから、製造工程において、例えば、シアーモー
ド(d15)等、分極方向と駆動電界とが平行ではない
モードを利用する場合に必要な仮の分極用電極を作製し
電界をかける必要がなく、スループットの向上が図れ
る。又、分極処理に関わりなく、キュリー温度以上の高
い温度での加熱を伴う製造プロセスを適用することが可
能である。従って、圧電/電歪アクチュエータを、例え
ば、回路基板に固定・結線する際に、はんだリフロー等
によるはんだ付けや、熱硬化型接着が実施可能であり、
アクチュエータを適用した製品の製造工程を含め、スル
ープットの向上がいっそう図られ、製造コストの低減が
導かれる。そして、高い電界強度で駆動しても、分極状
態が変化してしまうことがなく、むしろ、より好ましい
分極状態となり得て、安定して高い歪み量を得ることが
出来る。従って、よりコンパクトにすることが出来、ア
クチュエータとして好ましい。4) Parallelism of Polarization and Driving Electric Field In the matrix type actuator 1, the piezoelectric / electrostrictive body 4 constituting the piezoelectric / electrostrictive element 31 is P parallel to the main surface of the ceramic substrate 2 in FIG. It is polarized in the direction. Then, a driving electric field is formed in the direction E by connecting a power source to the electrode terminals 20 and 21 and applying a voltage with the electrode 18 side being a positive electrode and the electrode 19 side being a negative electrode. That is, the polarization electric field and the driving electric field of the piezoelectric / electrostrictive body 4 are in the same direction. As a result, the piezoelectric / electrostrictive element 31 contracts in the S direction perpendicular to the main surface of the ceramic substrate 2 based on the lateral effect of the electric field-induced strain of the piezoelectric / electrostrictive body 4, and conversely, polarization occurs. It extends with an electric field 180 degrees opposite to the direction of P (however, the electric field strength at which polarization reversal does not occur). Since the polarization electric field and the driving electric field of the piezoelectric / electrostrictive body 4 constituting the piezoelectric / electrostrictive element 31 are parallel to each other, the polarization direction and the driving electric field are parallel to each other in the manufacturing process, such as shear mode (d15). It is not necessary to fabricate a temporary polarization electrode and apply an electric field, which is necessary when the non-use mode is used, so that the throughput can be improved. Further, it is possible to apply a manufacturing process involving heating at a high temperature not lower than the Curie temperature regardless of the polarization treatment. Therefore, when fixing / connecting the piezoelectric / electrostrictive actuator to the circuit board, for example, soldering by solder reflow or thermosetting adhesion can be performed.
Throughput is further improved, including manufacturing processes of products to which actuators are applied, leading to a reduction in manufacturing costs. The polarization state does not change even if it is driven with a high electric field strength, rather, a more preferable polarization state can be obtained, and a high strain amount can be stably obtained. Therefore, it can be made more compact and is preferable as an actuator.
【0025】 5)伸縮変位
更に又、圧電/電歪体4の伸縮する電界誘起歪みを屈曲
モードの変位に変換して利用するものではなく、その伸
縮を、そのまま変位として利用するアクチュエータなの
で、大変位を得るための設計値が、発生力を低下させる
原因とはならない。この第1のマトリクス型アクチュエ
ータを構成する個々の圧電/電歪素子は一般に、5) Expansion / contraction displacement Furthermore, the expansion / contraction electric field-induced strain of the piezoelectric / electrostrictive body 4 is not converted into the displacement in the bending mode for use, but the expansion / contraction is used as the displacement as it is. The design value for gaining the rank does not cause a decrease in the generated force. The individual piezoelectric / electrostrictive elements that make up this first matrix actuator are generally
【数1】 で表される数式に従う変位を発生し、一方、[Equation 1] Generates a displacement according to the formula represented by
【数2】
で表される数式に従う応力FBを発生する。つまり、上
記したように、変位と発生力とは、別個に設計が可能な
のである。ここで、Tは圧電/電歪体の厚み、Lはその
高さ、Wは幅であり、[Equation 2] A stress F B is generated according to the mathematical formula expressed by That is, as described above, the displacement and the generated force can be designed separately. Here, T is the thickness of the piezoelectric / electrostrictive body, L is its height, W is width,
【数3】
は弾性コンプライアンスである。従って、これらの数式
からわかるように、形状として、圧電/電歪体の厚みT
を薄く、そして高さLを高くすることが、変位と発生力
を両立する上で有利であるが、通常、そのようなアスペ
クト比(L/T)の大きい板状体の取扱いは非常に困難
で、且つ、精度よく並べることは不可能であった。本発
明のマトリクス型アクチュエータは、後述する製造方法
により、個々にそれらを取り扱うことなく、又、個々に
並べる必要もなく、一体的に形成することが出来、この
圧電/電歪素子の利点を最大限に引き出せる特徴を有し
ている。尚、低駆動電圧で、大きな変位並びに発生力が
得られるように、上記アスペクト比は20〜200が好
ましい。[Equation 3] Is elastic compliance. Therefore, as can be seen from these mathematical formulas, as the shape, the thickness T of the piezoelectric / electrostrictive body is
It is advantageous to make the thickness thin and the height L high in order to achieve both the displacement and the generated force, but it is usually very difficult to handle a plate-like body having such a large aspect ratio (L / T). In addition, it was impossible to arrange them accurately. The matrix-type actuator of the present invention can be integrally formed by the manufacturing method described later without handling them individually or arranging them individually, and maximizes the advantages of this piezoelectric / electrostrictive element. It has the feature that it can be pulled out to the limit. The aspect ratio is preferably 20 to 200 so that large displacement and generated force can be obtained with a low driving voltage.
【0026】 以下、引き続き本発明に係る第1のマト
リクス型アクチュエータの実施形態について、図面を参
酌しながら、説明する。以下に示すマトリクス型アクチ
ュエータにおいても、少なくとも上記した1),2)の
特徴を備えており、好ましくは上記した3)〜5)の特
徴を備えてなる。図9は、本発明に係る第1のマトリク
ス型アクチュエータの他の実施形態を示す斜視図であ
る。マトリクス型アクチュエータ90は、セラミック基
体2上に、圧電/電歪体4と一対の電極18,19とか
らなる複数の圧電/電歪素子33が隣接して形成され、
隣接した2つ1組の圧電/電歪素子33のセラミック基
体2とは反対側の面を平板7で塞ぎ、セル3を形成して
なる。圧電/電歪体4が印加電界によりセラミック基体
2上で歪みを発現し、圧電/電歪素子33が伸縮し駆動
する。Hereinafter, the embodiment of the first matrix type actuator according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The matrix type actuator shown below also has at least the features 1) and 2) described above, and preferably has the features 3) to 5) described above. FIG. 9 is a perspective view showing another embodiment of the first matrix type actuator according to the present invention. In the matrix type actuator 90, a plurality of piezoelectric / electrostrictive elements 33 including a piezoelectric / electrostrictive body 4 and a pair of electrodes 18 and 19 are formed adjacent to each other on a ceramic substrate 2.
A cell 3 is formed by closing a surface of the pair of adjacent piezoelectric / electrostrictive elements 33 opposite to the ceramic base 2 with a flat plate 7. The piezoelectric / electrostrictive body 4 develops strain on the ceramic substrate 2 by the applied electric field, and the piezoelectric / electrostrictive element 33 expands and drives.
【0027】 1組の圧電/電歪素子33は、ともに同
時に伸ばし縮ませてもよく、一方のみを伸ばすか縮ませ
てもよく、一方を伸ばし他方を縮ませるといった反対動
作をさせることも好ましい。例えば、作用面である平板
7を被加圧物体に押し当てる動作をするとき、圧電/電
歪素子33をともに同時に伸ばす動作によれば、1つの
圧電/電歪素子33により伸ばす場合に比べて、平板7
を通して、より大きな駆動力により被加圧物体を押圧す
ることが出来る。これは上記した数式からわかるよう
に、圧電/電歪素子の幅Wを2Wとしたことと同じこと
による。加えて、本セル構造は、圧電/電歪体の厚みT
を小さくしても平板7が存在することにより、単体で構
成したものよりも機械的強度が高く、且つ、変位、発生
力とも大きく出来、好ましい。又、一方を伸ばし他方を
縮ませるといった反対動作、又は一方だけを駆動するこ
とにより、平板7の水平面から角度をつけて傾けること
が可能となり、例えば、平板7をマイクロミラーにより
構成して、マイクロミラーで入射した光の反射角を変え
るといった、例えばプロジェクタ等に用いられる光学系
への応用が広がる。Both of the pair of piezoelectric / electrostrictive elements 33 may be simultaneously expanded or contracted, only one may be expanded or contracted, and it is also preferable to perform opposite operations such as expanding one and contracting the other. For example, when the flat plate 7, which is the working surface, is pressed against the object to be pressed, the piezoelectric / electrostrictive element 33 is simultaneously expanded, as compared with the case where the piezoelectric / electrostrictive element 33 is expanded. , Flat plate 7
Through, it is possible to press the object to be pressed with a larger driving force. This is because the width W of the piezoelectric / electrostrictive element is set to 2 W, as can be seen from the above formula. In addition, this cell structure has a thickness T of the piezoelectric / electrostrictive body.
Since the flat plate 7 is present even if it is made smaller, the mechanical strength is higher and the displacement and the generated force can be made larger than those constituted by a single body, which is preferable. Further, it is possible to incline at an angle from the horizontal plane of the flat plate 7 by performing an opposite operation such that one is extended and the other is contracted, or only one is driven. For example, the application to optical systems used in projectors and the like, such as changing the reflection angle of light incident on a mirror, spreads.
【0028】 図26は、本発明に係る第1のマトリク
ス型アクチュエータの更に他の実施形態を示す斜視図で
ある。マトリクス型アクチュエータ260は、セラミッ
ク基体2上に、一対の圧電/電歪体4と電極18,69
とからなる複数の圧電/電歪素子44が隣接して形成さ
れてなる。そして、セラミック基体2を挟んで圧電/電
歪素子44が配置される面とは反対側の面に向けて、セ
ラミック基体2中を貫通し導電性材料が塗布されたスル
ーホール128,129が形成され、図示しない電極端
子に接続される。一対の圧電/電歪体4の間には可撓性
の高い導電体、例えば接着性を有する導電性樹脂、が挿
入されていて、この導電体を一方の電極69として機能
させる。電極69は、圧電/電歪体4が発生する歪みを
阻害させない程度の可撓性を備えていればよい。又、一
対の圧電/電歪体4の、電極69とは反対側の面には、
それぞれ電極18が形成される。即ち、圧電/電歪素子
44は、圧電/電歪体4と電極18,69とからなる1
つの圧電/電歪素子が、電極69を共有して合体したも
のである。FIG. 26 is a perspective view showing still another embodiment of the first matrix type actuator according to the present invention. The matrix type actuator 260 includes a pair of piezoelectric / electrostrictive bodies 4 and electrodes 18, 69 on the ceramic base 2.
A plurality of piezoelectric / electrostrictive elements 44 composed of and are formed adjacent to each other. Then, through holes 128, 129 penetrating through the ceramic base 2 and coated with a conductive material are formed toward the surface opposite to the surface on which the piezoelectric / electrostrictive element 44 is arranged with the ceramic base 2 interposed therebetween. And is connected to an electrode terminal (not shown). A highly flexible conductor, for example, a conductive resin having adhesiveness, is inserted between the pair of piezoelectric / electrostrictive bodies 4, and this conductor functions as one electrode 69. The electrode 69 may be flexible enough not to disturb the strain generated by the piezoelectric / electrostrictive body 4. Further, on the surfaces of the pair of piezoelectric / electrostrictive bodies 4 opposite to the electrodes 69,
Electrodes 18 are formed on each. That is, the piezoelectric / electrostrictive element 44 includes the piezoelectric / electrostrictive body 4 and the electrodes 18 and 69.
The two piezoelectric / electrostrictive elements are integrated by sharing the electrode 69.
【0029】 マトリクス型アクチュエータ260にお
いては、圧電/電歪素子44を構成する一対の圧電/電
歪体4の単体が、より薄く且つより高く形成され、変位
を発現し易い。一方、圧電/電歪素子44としては、可
撓性の導電体(電極69)を介して対向させた一対の圧
電/電歪体4で構成されているため、機械強度が確保さ
れる。従って、低駆動電圧で大変位、大応力が得られ、
高性能な圧電/電歪素子として機能し得る。上記のマト
リクス型アクチュエータ90と比較しても、更に、圧電
/電歪素子の形状効果を有利に適用することが可能であ
る。In the matrix-type actuator 260, the pair of piezoelectric / electrostrictive bodies 4 constituting the piezoelectric / electrostrictive element 44 are made thinner and higher, and displacement is likely to occur. On the other hand, since the piezoelectric / electrostrictive element 44 is composed of a pair of piezoelectric / electrostrictive bodies 4 opposed to each other with a flexible conductor (electrode 69) interposed therebetween, mechanical strength is ensured. Therefore, large displacement and large stress can be obtained with a low driving voltage,
It can function as a high-performance piezoelectric / electrostrictive element. Compared with the matrix type actuator 90 described above, the shape effect of the piezoelectric / electrostrictive element can be advantageously applied.
【0030】 図示しないが、3つ以上の圧電/電歪素
子を1組として圧電/電歪素子33のセラミック基体2
とは反対側の面を平板7で塞ぐように繋げてもかまわな
い。又、4つの側面を圧電/電歪素子33で構成し閉じ
られたセル3を形成することも出来る。Although not shown, the ceramic base 2 of the piezoelectric / electrostrictive element 33 includes three or more piezoelectric / electrostrictive elements as one set.
The surface on the side opposite to may be connected so as to be closed by the flat plate 7. It is also possible to form the closed cell 3 by forming the piezoelectric / electrostrictive element 33 on four sides.
【0031】 図10は、本発明に係る第1のマトリク
ス型アクチュエータの更に他の実施形態を示す斜視図で
ある。マトリクス型アクチュエータ100は、セラミッ
ク基体2上に、水平断面が十文字状の圧電/電歪体4と
一対の電極18,19とからなる複数の圧電/電歪素子
34が隣接して形成されてなる。圧電/電歪体4が印加
電界によりセラミック基体2上で歪みを発現し、圧電/
電歪素子34が伸縮し駆動する。FIG. 10 is a perspective view showing still another embodiment of the first matrix type actuator according to the present invention. The matrix type actuator 100 is formed by a plurality of piezoelectric / electrostrictive elements 34, which are composed of a piezoelectric / electrostrictive body 4 having a cross-shaped horizontal cross section and a pair of electrodes 18 and 19, which are adjacent to each other, formed on a ceramic substrate 2. . The piezoelectric / electrostrictive body 4 develops strain on the ceramic substrate 2 by the applied electric field,
The electrostrictive element 34 expands and contracts and is driven.
【0032】 十文字状の圧電/電歪体4にすることに
より、構造体としての剛性が増し変位軸が定まるので、
図1に示されるマトリクス型アクチュエータ1に比べて
変位の方向がより安定する。又、変位の発生力も大きく
なる。By using the cross-shaped piezoelectric / electrostrictive body 4, since the rigidity of the structure increases and the displacement axis is determined,
The displacement direction is more stable than that of the matrix type actuator 1 shown in FIG. Further, the displacement generation force also becomes large.
【0033】 図11は、図10に示したマトリクス型
アクチュエータ100において、圧電/電歪素子34の
セラミック基体2とは反対側の面に平板7を付与したマ
トリクス型アクチュエータ110である。マトリクス型
アクチュエータ100と同様に、セラミック基体2上
に、複数の圧電/電歪素子35が隣接して形成されてな
り、圧電/電歪体4が印加電界によりセラミック基体2
上で歪みを発現し、圧電/電歪素子35が伸縮し駆動す
る。FIG. 11 shows the matrix type actuator 110 shown in FIG. 10 in which the flat plate 7 is provided on the surface of the piezoelectric / electrostrictive element 34 opposite to the ceramic substrate 2. Similar to the matrix type actuator 100, a plurality of piezoelectric / electrostrictive elements 35 are formed adjacently on the ceramic substrate 2, and the piezoelectric / electrostrictive body 4 is applied to the ceramic substrate 2 by an applied electric field.
The strain is generated above, and the piezoelectric / electrostrictive element 35 expands and contracts to be driven.
【0034】 マトリクス型アクチュエータ100と比
較して、十文字状の圧電/電歪体4であることに加え平
板7を併有するので、構造体としての剛性がより増し、
変位軸が極めて定まり、よって変位の方向が更に安定す
る。又、発生力が大きくなることを生かしながら、加え
て、例えば、被加圧物体に押し当てる動作をするとき、
平板7により、より広い面積を押圧することが出来る。Compared with the matrix type actuator 100, since the piezoelectric / electrostrictive body 4 in a cross shape is additionally provided with the flat plate 7, the rigidity as a structure is further increased,
The displacement axis is extremely fixed, and thus the direction of displacement is more stable. In addition, while taking advantage of the fact that the generated force becomes large, in addition, for example, when performing an operation of pressing against a pressurized object,
A wider area can be pressed by the flat plate 7.
【0035】 図24は、本発明に係る第1のマトリク
ス型アクチュエータの更に他の実施形態を示す斜視図で
ある。マトリクス型アクチュエータ240においては、
上記したマトリクス型アクチュエータ260における可
撓性の高い導電体(電極69)の代わりに、中継部材6
8で一対の圧電/電歪体4を接続した圧電/電歪素子4
2を有する。即ち、マトリクス型アクチュエータ240
は、セラミック基体2上に、中継部材68で接続された
一対の圧電/電歪体4と電極18,19とからなる複数
の圧電/電歪素子42が隣接して形成されている。FIG. 24 is a perspective view showing still another embodiment of the first matrix type actuator according to the present invention. In the matrix type actuator 240,
Instead of the highly flexible conductor (electrode 69) in the matrix type actuator 260 described above, the relay member 6 is used.
Piezoelectric / electrostrictive element 4 in which a pair of piezoelectric / electrostrictive bodies 4 are connected by 8
Have two. That is, the matrix type actuator 240
On the ceramic substrate 2, a plurality of piezoelectric / electrostrictive elements 42 each composed of a pair of piezoelectric / electrostrictive bodies 4 and electrodes 18 and 19 connected by a relay member 68 are formed adjacent to each other.
【0036】 圧電/電歪素子42において、中継部材
68自体も圧電/電歪体4で構成され、中継部材68の
両主面にも電極19が形成されており、中継部材68も
変位並びに力を発現し得る。このようなマトリクス型ア
クチュエータ240によれば、圧電/電歪素子42は強
度的に優れたものとなり、マトリクス型アクチュエータ
260と同じように、圧電/電歪素子の形状効果を有利
に適用出来る。尚、中継部材は、対向する圧電/電歪体
4の何れの部分を中継してもよく、図24に示されるよ
うな水平断面がH字状の他に、U字状,Z字状であって
もよい。In the piezoelectric / electrostrictive element 42, the relay member 68 itself is also composed of the piezoelectric / electrostrictive body 4, and the electrodes 19 are formed on both main surfaces of the relay member 68. Can be expressed. According to such a matrix type actuator 240, the piezoelectric / electrostrictive element 42 becomes excellent in strength, and like the matrix type actuator 260, the shape effect of the piezoelectric / electrostrictive element can be advantageously applied. The relay member may relay any portion of the piezoelectric / electrostrictive body 4 facing each other, and has a U-shaped or Z-shaped horizontal cross section as shown in FIG. It may be.
【0037】 図12は、図1に示したマトリクス型ア
クチュエータ1と概ね同じアクチュエータを表し、電極
18,19を基体上に水平に拡げず、側面の電極18,
19の直下において、図示しないビアホール又はスルー
ホールを通して、基体裏面の図示しない電極端子に導通
させたマトリクス型アクチュエータ120である。同じ
ように、セラミック基体2上に、複数の圧電/電歪素子
36が隣接して形成されてなり、圧電/電歪体4が印加
電界によりセラミック基体2上で歪みを発現し、圧電/
電歪素子36が伸縮し駆動する。FIG. 12 shows an actuator substantially the same as the matrix type actuator 1 shown in FIG. 1, in which the electrodes 18 and 19 are not spread horizontally on the substrate,
Directly below 19 is a matrix type actuator 120 which is electrically connected to an electrode terminal (not shown) on the back surface of the substrate through a via hole or a through hole (not shown). Similarly, a plurality of piezoelectric / electrostrictive elements 36 are formed adjacent to each other on the ceramic substrate 2, and the piezoelectric / electrostrictive body 4 develops strain on the ceramic substrate 2 by an applied electric field, and
The electrostrictive element 36 expands and contracts and is driven.
【0038】 図21は、本発明に係る第1のマトリク
ス型アクチュエータの更に他の実施形態を示す斜視図で
ある。マトリクス型アクチュエータ210は、一軸方向
に隣接する圧電/電歪素子39の間に壁部8を設けてな
る。本構造に従えば、隣接する圧電/電歪素子39間の
電気的干渉を防止し得るとともに、壁部8をマトリクス
型アクチュエータの作用対象との接合部として用いるこ
とが出来るので、アクチュエータ作動時の被作用体にお
ける近隣部位からの作用伝播を効果的に抑制することが
可能である。本発明のマトリクス型アクチュエータの特
徴である、各圧電/電歪素子間の動作干渉が極めて小さ
いことに加え、発生した変位乃至力を、所定の部位近傍
に集中的に作用させることが可能であるため、作用効率
の高いアクチュエータが実現する。FIG. 21 is a perspective view showing still another embodiment of the first matrix type actuator according to the present invention. The matrix type actuator 210 is provided with the wall portion 8 between the piezoelectric / electrostrictive elements 39 which are uniaxially adjacent to each other. According to this structure, electrical interference between the adjacent piezoelectric / electrostrictive elements 39 can be prevented, and the wall portion 8 can be used as a joint portion with the operation target of the matrix type actuator. It is possible to effectively suppress the action propagation from the neighboring parts of the subject. The matrix-type actuator of the present invention is characterized by extremely small motion interference between the respective piezoelectric / electrostrictive elements, and in addition, the generated displacement or force can be concentratedly applied near a predetermined portion. Therefore, an actuator with high working efficiency is realized.
【0039】 電圧を印加していない状態において、壁
部と圧電/電歪素子とは、図21に示されるマトリクス
型アクチュエータ210のように同一高さである必要は
なく、例えば、図22に示されるマトリクス型アクチュ
エータ220のように、壁部の方が圧電/電歪素子より
低くなっていてもよく、更には、図23に示されるマト
リクス型アクチュエータ230のように、壁部の方が圧
電/電歪素子より高くなっていてもよく、作用の対象に
応じて適宜選択することが出来る。In the state where no voltage is applied, the wall portion and the piezoelectric / electrostrictive element do not have to be at the same height as in the matrix type actuator 210 shown in FIG. 21, and, for example, shown in FIG. The wall portion may be lower than the piezoelectric / electrostrictive element as in the matrix type actuator 220 shown in FIG. 23. Furthermore, the wall portion may be piezoelectric / electrostrictive as in the matrix type actuator 230 shown in FIG. It may be higher than the electrostrictive element, and can be appropriately selected according to the object of action.
【0040】 又、壁部は、一軸方向に隣接する圧電/
電歪素子の間に設けられるだけではなく、二軸方向に隣
接する圧電/電歪素子の間に設けられることも、勿論好
ましい。図27に示されるマトリクス型アクチュエータ
270は、その一実施形態である。マトリクス型アクチ
ュエータ270においては、圧電/電歪素子45に対し
て、壁部8が二軸方向に隣接するため、圧電/電歪素子
45から受ける作用が、上記したマトリクス型アクチュ
エータ210,220,230に比較して、より逃げ難
い。Further, the wall portion is a piezoelectric / adjacent
It is, of course, preferable not only to be provided between the electrostrictive elements but also to be provided between the piezoelectric / electrostrictive elements adjacent in the biaxial direction. The matrix type actuator 270 shown in FIG. 27 is one embodiment thereof. In the matrix type actuator 270, since the wall portion 8 is biaxially adjacent to the piezoelectric / electrostrictive element 45, the action received from the piezoelectric / electrostrictive element 45 is the matrix type actuator 210, 220, 230. More difficult to escape compared to.
【0041】 尚、壁部は、圧電/電歪素子と同材料で
構成されることになるため、次のような構成をとり得
る。第1に、予め壁部としての目的で形成し、ビアホー
ル、スルーホール等の配線部分を設けないようにアクチ
ュエータを形成する。第2に、圧電/電歪素子としての
配線等は有しているが、実際には素子として利用せず、
壁部としてのみ機能させるようにしてもかまわない。Since the wall portion is made of the same material as the piezoelectric / electrostrictive element, it can have the following configuration. Firstly, the actuator is formed in advance for the purpose of a wall portion and the wiring portion such as the via hole and the through hole is not provided. Second, although it has wiring etc. as a piezoelectric / electrostrictive element, it is not actually used as an element,
You may make it function only as a wall part.
【0042】 図25は、本発明に係る第1のマトリク
ス型アクチュエータの更に他の実施形態を示す斜視図で
ある。マトリクス型アクチュエータ250は、隣接する
圧電/電歪素子43の間のセラミック基体2の表面に溝
部9を形成してなる。本構造に従えば、溝部9により隣
接する圧電/電歪素子43における対向電極面を異なる
極性にすることが容易に出来る。又、溝部9の形成によ
り圧電/電歪素子43間の電極距離を大きくとれるの
で、圧電/電歪素子43間のピッチを小さくしても短絡
等が生じる可能性を小さくすることが出来る。尚、上記
した図21、図22、図23、図25、図27の態様に
ついては、本発明に係る第1のマトリクス型アクチュエ
ータのみならず、後述する第2のマトリクス型アクチュ
エータにも、同様に適用することが可能である。FIG. 25 is a perspective view showing still another embodiment of the first matrix type actuator according to the present invention. The matrix type actuator 250 has grooves 9 formed on the surface of the ceramic base 2 between the adjacent piezoelectric / electrostrictive elements 43. According to this structure, it is possible to easily make the opposite electrode surfaces of the piezoelectric / electrostrictive elements 43 adjacent to each other by the grooves 9 different polarities. Further, since the electrode distance between the piezoelectric / electrostrictive elements 43 can be increased by forming the groove portions 9, even if the pitch between the piezoelectric / electrostrictive elements 43 is reduced, the possibility of causing a short circuit or the like can be reduced. Note that the above-described aspects of FIG. 21, FIG. 22, FIG. 23, FIG. 25, and FIG. 27 apply not only to the first matrix type actuator according to the present invention but also to the second matrix type actuator described later. It is possible to apply.
【0043】 図28に示すマトリクス型アクチュエー
タ280は、高いアスペクト比を有した圧電/電歪素子
46を高ピッチ(高密度)で配列してなる。本発明によ
れば、このような一方向に寸法の大きい圧電/電歪素子
46であっても、個々の圧電/電歪素子をハンドリング
する、即ち、基体2と圧電/電歪素子46とを貼り付け
る、並びに、基体2どうしを貼り付ける、必要はなく、
意図した所定のピッチで、二次元に、歩留まりよく配列
することが可能である。The matrix type actuator 280 shown in FIG. 28 is formed by arranging the piezoelectric / electrostrictive elements 46 having a high aspect ratio at a high pitch (high density). According to the present invention, even with such a piezoelectric / electrostrictive element 46 having a large dimension in one direction, the individual piezoelectric / electrostrictive elements are handled, that is, the substrate 2 and the piezoelectric / electrostrictive element 46 are handled. It is not necessary to attach and to attach the bases 2 to each other,
It is possible to arrange in a two-dimensional manner at a desired predetermined pitch with a good yield.
【0044】 尚、実際の使用にあたっては、各圧電/
電歪素子46間への異物の進入による絶縁性低下の防
止、ハンドリング性の向上、等のために、各圧電/電歪
素子46間に、変位並びに発生力を阻害しないだけの可
撓性のある絶縁体を充填することが好ましい。本発明に
おいて有利に採用されるピッチは3mm以下であり、好
ましくは2mm以下、更に好ましくは0.1〜1mmで
ある。後述する通り、本発明では、圧電/電歪素子表面
の一部を、焼成体への機械加工により形成し、大半を焼
成表面そのままで形成するため、特に、高性能なアクチ
ュエータを得るには、焼成雰囲気が、個々の圧電/電歪
素子間で均一となるような状態で焼成され圧電/電歪素
子表面の組成変動を抑制する必要がある。In actual use, each piezoelectric /
In order to prevent the deterioration of insulation due to the entry of foreign matter between the electrostrictive elements 46 and to improve the handling property, the piezoelectric / electrostrictive elements 46 are flexible enough to prevent displacement and generated force. It is preferable to fill with some insulator. The pitch advantageously adopted in the present invention is 3 mm or less, preferably 2 mm or less, more preferably 0.1 to 1 mm. As will be described later, in the present invention, a part of the surface of the piezoelectric / electrostrictive element is formed by mechanical processing into a fired body, and most of it is formed on the fired surface as it is. It is necessary to suppress the compositional variation on the surface of the piezoelectric / electrostrictive element by baking in a state that the firing atmosphere is uniform among the individual piezoelectric / electrostrictive elements.
【0045】 圧電/電歪素子のピッチが3mmよりも
大きくなると、焼成時の雰囲気が素子間で不均一になり
易く、そのため圧電特性にバラツキを生じさせてしま
う。一方、ピッチが0.1mmよりも小さくなると、必
然的に圧電/電歪素子のサイズも小さくなり、圧電/電
歪素子容積に占める表面の割合が大きくなり、これも
又、圧電/電歪特性のバラツキを惹起させる要因とな
る。When the pitch of the piezoelectric / electrostrictive elements is larger than 3 mm, the atmosphere during firing tends to be nonuniform among the elements, which causes variations in piezoelectric characteristics. On the other hand, when the pitch is smaller than 0.1 mm, the size of the piezoelectric / electrostrictive element is inevitably small, and the surface occupies a large proportion of the volume of the piezoelectric / electrostrictive element. It becomes a factor that causes the variation of.
【0046】 図37に示すマトリクス型アクチュエー
タ370は、上記マトリクス型アクチュエータ280と
同様に、高いアスペクト比を有した圧電/電歪素子を高
密度に配列してなるものであり、セラミック基体472
を貫通する図示しないビアホールと、セラミック基体4
72の圧電/電歪素子が配置される面とは反対側の面に
実装された配線基板371によって、電極端子321を
アクチュエータ前面に配置したものである。このような
構成をとることによって、電極端子321と電源との接
合が容易になり、又、配線基板371をハンドリングに
利用することも可能となる。The matrix type actuator 370 shown in FIG. 37 is similar to the matrix type actuator 280 in that piezoelectric / electrostrictive elements having a high aspect ratio are arranged in a high density, and a ceramic base 472.
A via hole (not shown) that penetrates through the ceramic base 4
The electrode terminals 321 are arranged on the front surface of the actuator by a wiring board 371 mounted on the surface of the piezoelectric element 72 opposite to the surface on which the piezoelectric / electrostrictive element is arranged. With such a configuration, the electrode terminal 321 and the power source can be easily joined, and the wiring board 371 can be used for handling.
【0047】 次に、本発明に係る第2のマトリクス型
アクチュエータについて説明する。図8は、本発明に係
る第2のマトリクス型アクチュエータの一実施形態を示
す斜視図である。マトリクス型アクチュエータ80は、
セラミック基体2上に、圧電/電歪体14と、一対の電
極、詳細には一対の共通電極28,29及び内部電極4
8,49と、からなる複数の圧電/電歪素子32が形成
されてなり、圧電/電歪体14が印加電界によりセラミ
ック基体2上で歪みを発現することにより駆動する圧電
/電歪アクチュエータである。本発明の第2のマトリク
ス型アクチュエータ80においては、第1のマトリクス
型アクチュエータと同様に、少なくとも、1)二次元整
列配置素子、2)相互完全独立素子、という特徴を有
し、好ましくは、3)電極端子形成、4)分極及び駆動
電界の平行性、5)伸縮変位、という特徴を有する。Next, the second matrix type actuator according to the present invention will be described. FIG. 8 is a perspective view showing an embodiment of the second matrix type actuator according to the present invention. The matrix type actuator 80 is
On the ceramic substrate 2, the piezoelectric / electrostrictive body 14, a pair of electrodes, specifically, a pair of common electrodes 28, 29 and an internal electrode 4.
A piezoelectric / electrostrictive actuator in which a plurality of piezoelectric / electrostrictive elements 32 composed of 8 and 49 are formed, and the piezoelectric / electrostrictive body 14 is driven by expressing strain on the ceramic substrate 2 by an applied electric field. is there. The second matrix type actuator 80 of the present invention has at least the features of 1) a two-dimensional aligned arrangement element and 2) a completely independent element, similarly to the first matrix type actuator, and preferably 3). ) The formation of electrode terminals, 4) parallelism of polarization and driving electric field, and 5) expansion and contraction displacement.
【0048】 しかしながら、次の2点において、第1
のマトリクス型アクチュエータとは異なる。先ず、3)
電極端子形成の項で説明したような、略直方体状の圧電
/電歪素子がセラミック基体上に立設され圧電/電歪体
の側面に、単に一対の電極が形成されている圧電/電歪
素子ではなく、圧電/電歪素子は、セラミック基体上に
層状の圧電/電歪体と層状の内部電極とが交互に複数層
積層されている点である。尚、図8に示される第2のマ
トリクス型アクチュエータでは、圧電/電歪素子の側面
にも電極が形成されているが、後述するように、これら
は内層電極とそれぞれ1層おきに接合されるものであっ
て、各1層おきの内層電極に、同じ信号を印加するため
の共通電極として機能するものである。この共通電極
は、同じ機能を果たす限り、圧電/電歪素子の側面に形
成されることに制限されない。However, in the following two points, the first
The matrix type actuator of First, 3)
A piezoelectric / electrostrictive device in which a substantially rectangular parallelepiped piezoelectric / electrostrictive device is erected on a ceramic substrate and a pair of electrodes is simply formed on the side surface of the piezoelectric / electrostrictive device as described in the section of forming electrode terminals. The piezoelectric / electrostrictive element, not the element, is that a plurality of layered piezoelectric / electrostrictive bodies and layered internal electrodes are alternately laminated on a ceramic substrate. In the second matrix type actuator shown in FIG. 8, electrodes are also formed on the side surfaces of the piezoelectric / electrostrictive element. However, as will be described later, these are joined to the inner layer electrodes every other layer. It functions as a common electrode for applying the same signal to every other inner layer electrode. The common electrode is not limited to being formed on the side surface of the piezoelectric / electrostrictive element as long as it has the same function.
【0049】 次に、4)分極及び駆動電界の平行性の
項で説明した、圧電/電歪体の電界誘起歪みの横効果に
よる変位に基づき、圧電/電歪素子がセラミック基体主
面に対し垂直方向に伸縮するのではなく、圧電/電歪体
の電界誘起歪みの縦効果による変位に基づき、圧電/電
歪素子がセラミック基体主面に対して垂直方向に伸縮す
る点である。Next, based on the displacement due to the lateral effect of the electric field-induced strain of the piezoelectric / electrostrictive body described in the section 4) Polarization and parallelism of driving electric field, the piezoelectric / electrostrictive element is displaced from the main surface of the ceramic substrate. The point is that the piezoelectric / electrostrictive element does not expand and contract in the vertical direction but expands and contracts in the vertical direction with respect to the main surface of the ceramic base body based on the displacement due to the vertical effect of the electric field-induced strain of the piezoelectric / electrostrictive body.
【0050】 図13(a)は、図8におけるマトリク
ス型アクチュエータ80の圧電/電歪素子32を、共通
電極28,29及び内部電極48,49を通る垂直断面
を側面から見た図である。マトリクス型アクチュエータ
80においては、圧電/電歪素子32が、層状の圧電/
電歪体14と層状の内部電極48,49とが交互に積層
されてなっていて、圧電/電歪体14を10層有する。
用途、目的によって適宜決められることとなるが、アク
チュエータ特性の安定面、製造のし易さから圧電/電歪
層の積層数は好ましくは10〜200層である。FIG. 13A is a view of the piezoelectric / electrostrictive element 32 of the matrix type actuator 80 shown in FIG. 8 as viewed from the side of a vertical cross section passing through the common electrodes 28 and 29 and the internal electrodes 48 and 49. In the matrix type actuator 80, the piezoelectric / electrostrictive element 32 is a layered piezoelectric / electrostrictive element 32.
The electrostrictive body 14 and the layered internal electrodes 48, 49 are alternately laminated, and the piezoelectric / electrostrictive body 14 has ten layers.
The number of piezoelectric / electrostrictive layers to be laminated is preferably 10 to 200 in view of stable actuator characteristics and easiness of production, although it may be appropriately determined depending on use and purpose.
【0051】 マトリクス型アクチュエータ80におい
ては、圧電/電歪素子32を構成する圧電/電歪体14
は、例えば図中P方向に分極されている。そして、電極
端子20,21に電源を接続し、共通電極28,29間
に共通電極28側を正、共通電極29側を負にして電圧
を印加することにより、E方向の電界が形成される。即
ち、分極が互いに反対方向の層状の圧電/電歪体14が
内部電極48,49を挟んで積層されてなり、各々の圧
電/電歪体14においては、分極と駆動電界とが、同一
方向になっている。その結果、圧電/電歪体14には電
界誘起歪みが発現し、その縦効果による変位に基づき、
圧電/電歪素子32がセラミック基体2の主面に対しそ
の積層方向であるS方向に伸縮する。従来のユニモルフ
やバイモルフのような屈曲変位ではなく、電界誘起歪み
を直接利用した伸縮変位であるため、発生力は大きく、
且つ、応答速度も高い。更に、このタイプの圧電/電歪
素子は、電界誘起歪みの横効果を利用する図1等に開示
したものと比較しても、発生力、応答速度の点で優れ
る。個々の層が発現する変位量は小さいが、圧電/電歪
層の層数、より正確には圧電/電歪層と一対の電極から
なる組の数に比例した変位量となるので、大変位を得る
には総数を増せばよい。しかしながら、層数の増加にと
もない、共通電極と内部電極との導通に対する信頼性が
低下したり、静電容量が増加するため消費電力が大きく
なるという点が劣り、又、製造工数もかかるものとな
る。In the matrix type actuator 80, the piezoelectric / electrostrictive body 14 that constitutes the piezoelectric / electrostrictive element 32.
Are polarized in the P direction in the figure, for example. Then, a power source is connected to the electrode terminals 20 and 21, and a voltage is applied between the common electrodes 28 and 29 with the common electrode 28 side being positive and the common electrode 29 side being negative, thereby forming an electric field in the E direction. . That is, layered piezoelectric / electrostrictive bodies 14 whose polarizations are opposite to each other are laminated with the internal electrodes 48 and 49 sandwiched therebetween. In each piezoelectric / electrostrictive body 14, the polarization and the driving electric field are in the same direction. It has become. As a result, an electric field induced strain appears in the piezoelectric / electrostrictive body 14, and based on the displacement due to the longitudinal effect,
The piezoelectric / electrostrictive element 32 expands and contracts with respect to the main surface of the ceramic substrate 2 in the S direction which is the stacking direction thereof. Since it is not a bending displacement like the conventional unimorph or bimorph, but an expansion / contraction displacement that directly utilizes electric field induced strain, the generated force is large,
Moreover, the response speed is also high. Further, this type of piezoelectric / electrostrictive element is superior in terms of generating force and response speed, even when compared with the one disclosed in FIG. 1 and the like which utilizes the lateral effect of electric field induced strain. Although the amount of displacement expressed by each layer is small, the displacement is proportional to the number of piezoelectric / electrostrictive layers, or more accurately, the number of pairs of piezoelectric / electrostrictive layers and a pair of electrodes. To get, increase the total number. However, with the increase in the number of layers, the reliability of conduction between the common electrode and the internal electrode is reduced, and the electrostatic capacitance is increased, resulting in poor power consumption, and the number of manufacturing steps is also high. Become.
【0052】 又、この図8に示されるようなマトリク
ス型アクチュエータ80においては、低電圧で駆動出来
るように、圧電/電歪体14の1層当たりの厚さは、1
00μm以下とすることが好ましく、10〜80μmと
することがより好ましい。Further, in the matrix type actuator 80 as shown in FIG. 8, the thickness of each layer of the piezoelectric / electrostrictive body 14 is 1 so that it can be driven at a low voltage.
The thickness is preferably 00 μm or less, and more preferably 10 to 80 μm.
【0053】 尚、図13(a)では、共通電極28,
29が圧電/電歪素子の外部に露出していたが、図13
(b)のように共通電極を圧電/電歪素子内部に構成す
ることも可能であり、この場合、個々の圧電/電歪素子
の電極は、外部から絶縁された状態となるので、隣接素
子間のピッチを小さく出来、高密度なアクチュエータに
好適な構成である。In FIG. 13A, the common electrodes 28,
Although 29 was exposed to the outside of the piezoelectric / electrostrictive element,
It is also possible to configure the common electrode inside the piezoelectric / electrostrictive element as shown in (b). In this case, since the electrodes of the individual piezoelectric / electrostrictive elements are insulated from the outside, the adjacent element The pitch between them can be made small, which is suitable for a high-density actuator.
【0054】 次に、本発明の第1及び第2のマトリク
ス型アクチュエータの適用例を掲げて、図面を参酌しな
がら説明する。以下の説明において、第1及び第2のマ
トリクス型アクチュエータを、単にマトリクス型アクチ
ュエータともいう。又、第1及び第2のマトリクス型ア
クチュエータのうち何れのアクチュエータも、以下に説
明する適用例のアクチュエータ部に採用することが出来
る。Next, application examples of the first and second matrix type actuators of the present invention will be given and described with reference to the drawings. In the following description, the first and second matrix type actuators are also simply referred to as matrix type actuators. Further, any of the first and second matrix type actuators can be adopted in the actuator section of the application example described below.
【0055】 図6(a)、図6(b)は、本発明のマ
トリクス型アクチュエータをマイクロバルブに適用した
例を示す図であり、図6(a)はマイクロバルブのアク
チュエータ部の斜視図であり、図6(b)はマイクロバ
ルブの垂直断面図である。マイクロバルブ65は、弁座
部64とアクチュエータ部61とを備えてなり、マトリ
クス型アクチュエータをアクチュエータ部61として用
いるマイクロバルブである。FIGS. 6A and 6B are views showing an example in which the matrix type actuator of the present invention is applied to a microvalve, and FIG. 6A is a perspective view of an actuator part of the microvalve. Yes, FIG. 6B is a vertical cross-sectional view of the microvalve. The micro valve 65 is a micro valve that includes a valve seat portion 64 and an actuator portion 61, and uses a matrix type actuator as the actuator portion 61.
【0056】 弁座部64は、アクチュエータ部61の
複数の圧電/電歪素子37と対をなす開口部63を有
し、アクチュエータ部61は、圧電/電歪素子37が外
部信号により変位し、圧電/電歪素子37のセラミック
基体2とは反対側の面に弁体部66を備えている。そし
て、アクチュエータ部61の圧電/電歪素子37の変位
を通じて、弁座部64の開口部63に弁体部66を接近
/離反させて、開口部63の通過断面積を変更すること
が出来る。この動作を通じて、開口部63を通過する例
えば流体67等の流量を調節し得る。The valve seat portion 64 has an opening portion 63 that makes a pair with the plurality of piezoelectric / electrostrictive elements 37 of the actuator portion 61. In the actuator portion 61, the piezoelectric / electrostrictive element 37 is displaced by an external signal, A valve body 66 is provided on the surface of the piezoelectric / electrostrictive element 37 opposite to the ceramic base 2. Then, through displacement of the piezoelectric / electrostrictive element 37 of the actuator portion 61, the valve body portion 66 can be moved toward and away from the opening portion 63 of the valve seat portion 64 to change the passage cross-sectional area of the opening portion 63. Through this operation, the flow rate of the fluid 67 or the like passing through the opening 63 can be adjusted.
【0057】 マイクロバルブ65は、圧電/電歪素子
37の変位量を変えることにより開口部63の通過断面
積を自在に調節することが出来る。図6(b)に圧電/
電歪素子37の状態を模式的に示す。ここで圧電/電歪
素子が先の図1に示されるタイプの素子であれば、図6
(b)中において左側の圧電/電歪素子37aは所定の
印加電圧で縮んだ状態であり、このとき弁体部66は開
口部63を全開にして、開口部63を通過する流体67
の流量を最大にする。図6(b)中において右側の圧電
/電歪素子37cは非作動状態であり、このとき弁体部
66は開口部63を全閉にして、開口部63を流体67
は通過出来ない。圧電/電歪素子37の変位量を変えて
圧電/電歪素子37a〜圧電/電歪素子37cの間の任
意の状態にすることが出来、その結果、開口部63の通
過断面積が自在に調節され、開口部63を通過する流体
67等の流量も調節される。図6(b)中における真中
の圧電/電歪素子37bの状態は、その一例である。従
って、マイクロバルブ65は、ON−OFF弁のみなら
ず調節弁として機能し得る。The microvalve 65 can freely adjust the passage cross-sectional area of the opening 63 by changing the displacement amount of the piezoelectric / electrostrictive element 37. Piezoelectric /
The state of the electrostrictive element 37 is schematically shown. If the piezoelectric / electrostrictive element is an element of the type shown in FIG.
The piezoelectric / electrostrictive element 37a on the left side in (b) is in a state of being contracted by a predetermined applied voltage. At this time, the valve body portion 66 fully opens the opening portion 63 and the fluid 67 passing through the opening portion 63.
Maximize the flow rate of. The piezoelectric / electrostrictive element 37c on the right side in FIG. 6B is in a non-actuated state, and at this time, the valve body portion 66 completely closes the opening portion 63, and the opening portion 63 is filled with the fluid 67.
Cannot pass. The displacement amount of the piezoelectric / electrostrictive element 37 can be changed so that the piezoelectric / electrostrictive element 37a to the piezoelectric / electrostrictive element 37c can be set in any state, and as a result, the passage cross-sectional area of the opening 63 can be freely set. The flow rate of the fluid 67 or the like passing through the opening 63 is also adjusted. The state of the middle piezoelectric / electrostrictive element 37b in FIG. 6B is an example thereof. Therefore, the micro valve 65 can function not only as an ON-OFF valve but also as a control valve.
【0058】 尚、開口部63及び弁体部66の形状は
本例に限定されるものではなく、圧電/電歪素子37の
変位量と流体67等の通過流量との関係をリニアにする
か2次曲線的にするか、等の検討を行い、一般の弁と同
様に開口部63及び弁体部66の形状を決定することが
出来る。The shapes of the opening 63 and the valve body 66 are not limited to this example, and the relationship between the displacement amount of the piezoelectric / electrostrictive element 37 and the passage flow rate of the fluid 67 or the like may be linear. The shape of the opening 63 and the valve body portion 66 can be determined in the same manner as a general valve by examining whether or not the shape is a quadratic curve.
【0059】 マイクロバルブは、開口部を通過する流
体等の流量が自在に変えられるため、流体、例えば空気
が、開口部から吹き出るときの圧力を自在に変えること
も可能である。従って、マイクロバルブは、その圧力を
利用して開口部上面の圧力を波打つように変えること等
の手段により、開口部上面に載った被搬送体を、所定の
一の場所から所定の他の場所へ位置決めしながら移送す
る、といった搬送装置として用いることが可能である。
紙のような軽量被搬送体であれば、浮かせながら非接触
で搬送することも出来、このような搬送装置は、印刷面
を掴み代にすることが好ましくない印刷物等の搬送には
好適である。Since the flow rate of the fluid or the like passing through the opening is freely changed in the microvalve, it is also possible to freely change the pressure when the fluid, for example, air is blown out from the opening. Therefore, the microvalve uses the pressure to change the pressure on the upper surface of the opening so as to make the pressure on the upper surface of the opening undulate. It can be used as a transfer device for transferring while positioning to.
As long as it is a light-weight transported object such as paper, it can be transported in a non-contact manner while floating, and such a transporting device is suitable for transporting printed matter or the like in which it is not preferable to use the printing surface as a grip margin. .
【0060】 図7(a)、図7(b)は、本発明のマ
トリクス型アクチュエータを光干渉計と組み合わせ、光
変調器とした例を示す図であり、図7(a)は光干渉計
の上面図であり、図7(b)は図7(a)のAA断面を
示す図である。光干渉計74は、2つの方向性結合器7
3と、それらを2本のアーム光導波路コア部77a,7
7bで接続したものであり、光変調器75は、その光干
渉計74に光導波路コア部77a,77bの何れか片方
の少なくとも一部分に応力を印加するためのアクチュエ
ータ部71を備える。FIGS. 7A and 7B are views showing an example in which the matrix actuator of the present invention is combined with an optical interferometer to form an optical modulator. FIG. 7A is an optical interferometer. 7B is a top view of FIG. 7B, and FIG. 7B is a view showing the AA cross section of FIG. 7A. The optical interferometer 74 includes two directional couplers 7
3 and two arm optical waveguide core parts 77a, 7
The optical modulator 75 includes an actuator section 71 for applying a stress to at least a part of one of the optical waveguide core sections 77a and 77b in the optical interferometer 74.
【0061】 具体的には、例えば図7(b)のよう
に、基板72(例えばシリコン)上のクラッド部77c
と光導波路コア部77a,77bからなる光導波路77
(例えば石英導波路、ポリイミド等のポリマー導波路)
に対して、片側の光導波路コア部77aに対向してアク
チュエータ部71が配設されている。アクチュエータ部
71と光導波路77との間に空隙をもたせ、必要なとき
に接触して応力がかかるような構成であっても、空隙を
もたずに常に接触した状態で、その状態から応力を印加
する構成でもよい。前者の場合、更に、電圧印加によっ
て、それら空隙をなくすとともに応力が印加されるもの
であっても、逆に、初期の状態で応力が印加されてお
り、電圧印加によって応力が低減され空隙を形成するも
のであってもよいのである。Specifically, as shown in FIG. 7B, for example, the clad portion 77c on the substrate 72 (for example, silicon).
And an optical waveguide 77 including optical waveguide core portions 77a and 77b
(For example, quartz waveguide, polymer waveguide such as polyimide)
On the other hand, the actuator portion 71 is arranged so as to face the optical waveguide core portion 77a on one side. Even if the actuator 71 and the optical waveguide 77 are provided with an air gap and are in contact with each other when a stress is applied when necessary, the stress is applied from that state in the state of being in constant contact without any air gap. It may be configured to apply. In the former case, even if the voids are eliminated and stress is applied by voltage application, on the contrary, the stress is applied in the initial state, and the stress is reduced by voltage application to form voids. It may be one that does.
【0062】 そして光の変調は、光導波路コア部77
aへ応力を印加すると、そのコアの屈折率が変わり、そ
の結果、2本のアーム光導波路コア部77a,77bを
伝送するそれぞれの光に位相差が生じ、その位相差に応
じた強度の光を出力出来る。特定の位相差にすれば、伝
送する光の消灯(OFF)、点灯(ON)の2値を出力
可能である。Then, the light modulation is performed by the optical waveguide core portion 77.
When a stress is applied to a, the refractive index of the core changes, and as a result, a phase difference occurs between the lights transmitted through the two arm optical waveguide core portions 77a and 77b, and the intensity of light corresponding to the phase difference is increased. Can be output. With a specific phase difference, it is possible to output two values, that is, the light to be transmitted is turned off (OFF) and is turned on (ON).
【0063】 従って、この光変調器を二次元的に配置
すれば、上記したON−OFF機能を利用して、伝送経
路のスイッチングを行わせることが出来る。本発明に係
るマトリクス型アクチュエータは基体部を有し、面とし
て構成されているので、このような二次元に配列した光
干渉計と対向して配置させるのに好適であり、又、本発
明に係るのマトリクス型アクチュエータの大きな発生変
位をもってすれば、対向させる場合の空隙精度もそれほ
ど必要としない。更に、光導波路コアの屈折率変化には
比較的大きな応力を要するが、これも本発明に係るマト
リクス型アクチュエータの高い発生力をもってすれば容
易に実現出来る。Therefore, if this optical modulator is two-dimensionally arranged, the transmission path can be switched by utilizing the above-mentioned ON-OFF function. Since the matrix type actuator according to the present invention has the base portion and is configured as a surface, it is suitable to be arranged so as to face such a two-dimensionally arranged optical interferometer. With such a large displacement generated in the matrix type actuator, the air gap accuracy in the case of facing each other is not so required. Further, a relatively large stress is required to change the refractive index of the optical waveguide core, and this can be easily realized by using the high generating force of the matrix type actuator according to the present invention.
【0064】 又、通常、このような屈折率変化には光
導波路材料の熱光学効果を利用するものが一般的である
が、そのような熱を用いるものは、クロストークを低減
させたり、応答性を高めるための除熱機構が必須であ
り、更に、スイッチ自体の昇温による誤動作を防止する
ために、冷却等の空調下で使用するなどの制約を強いら
れる場合がある。応力による屈折率制御を用いれば、そ
のような制約は排除出来、熱源を要さないので消費電力
的にも有利なスイッチが実現出来る。In general, the thermo-optical effect of the optical waveguide material is generally used for such a change in the refractive index, but the one using such heat reduces the crosstalk and the response. In order to prevent malfunction due to temperature rise of the switch itself, there is a case where a constraint such as use under air conditioning such as cooling is imposed. If the refractive index control based on stress is used, such a restriction can be eliminated, and since a heat source is not required, a switch advantageous in terms of power consumption can be realized.
【0065】 本発明のマトリクス型アクチュエータ
は、先に図2(a)、図2(b)に示した光スイッチ2
00においても、図示されたアクチュエータ部211の
代わりに、アクチュエータ部として採用することが出来
る。図2(a)、図2(b)に示される光スイッチ20
0は、光伝達部201と光路変更部208とアクチュエ
ータ部211とからなり、光伝達部201は、光路変更
部208に対向する面の一部に設けられる光反射面10
1、及び、光反射面101を起点に3方向に向けて設け
られる光伝達経路202,204,205を有し、又、
光路変更部208は、光伝達部201の光反射面101
に移動可能な状態で近接され、透光性の材質からなる光
導入部材209、及び、光を全反射する光反射部材21
0を有し、更には、アクチュエータ部211は、外部信
号により変位し、変位を光路変更部208に伝達する機
構を有するものであり、アクチュエータ部211の作動
により、光伝達部201の光反射面101に、光路変更
部208を接触又は離隔させて、光伝達経路202に入
力した光221を、光伝達部201の光反射面101で
全反射させて出力側の特定の光伝達経路204に伝達さ
せたり、光導入部材209に取り出し光反射部材210
の光反射面102で全反射させて出力側の特定の光伝達
経路205に伝達させたりすることが出来る。このよう
な光スイッチ200において、屈曲変位を発するアクチ
ュエータ部211に代えて、本発明のマトリクス型アク
チュエータを採用することにより、コントラストの高
い、低損失な光スイッチにすることが可能である。The matrix type actuator of the present invention is the optical switch 2 shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
Also in 00, it can be adopted as an actuator section instead of the illustrated actuator section 211. The optical switch 20 shown in FIGS. 2A and 2B.
Reference numeral 0 denotes a light transmitting unit 201, an optical path changing unit 208, and an actuator unit 211.
1 and light transmission paths 202, 204, 205 provided in three directions starting from the light reflecting surface 101, and
The optical path changing unit 208 includes the light reflecting surface 101 of the light transmitting unit 201.
A light introducing member 209 made of a translucent material and a light reflecting member 21 for totally reflecting the light.
0, and the actuator unit 211 has a mechanism that is displaced by an external signal and transmits the displacement to the optical path changing unit 208. The light path changing unit 208 is brought into contact with or separated from 101, and the light 221 input to the light transmission path 202 is totally reflected by the light reflection surface 101 of the light transmission unit 201 and transmitted to the specific light transmission path 204 on the output side. And the light introducing member 209 takes out the light reflecting member 210
Can be totally reflected by the light reflecting surface 102 and transmitted to the specific light transmitting path 205 on the output side. In such an optical switch 200, by adopting the matrix-type actuator of the present invention in place of the actuator section 211 that causes bending displacement, an optical switch with high contrast and low loss can be obtained.
【0066】 続いて、本発明に係るマトリクス型アク
チュエータをアクチュエータ部として適用した光スイッ
チの他の実施形態について説明する。図29に示される
光スイッチ290は、2001年電子情報通信学会エレ
クトロニクスソサイエティ大会予稿集P182に公表さ
れているものである。光スイッチ290は、光導波路部
材177に光導波路コア部177a〜177dが互いに
交差するように形成され、且つ、その交差部分である光
路変更部298a〜298dに切込みが形成されてな
る。光スイッチ290は、アクチュエータ部等の駆動機
構の動作を用いて、その切込みを変形させることによっ
て、光学的に不連続な部分を形成し、何れかの光導波路
コア部177a〜177dに入力された光の伝送経路
を、光路変更部298a〜298dにおいて変え得るマ
トリクススイッチである。尚、図29においては、光導
波路コア部177aに入力された光223の伝送経路
を、光路変更部298bにおいて、光導波路コア部17
7bに変える様子を表している。Next, another embodiment of the optical switch to which the matrix type actuator according to the present invention is applied as an actuator section will be described. The optical switch 290 shown in FIG. 29 has been published in P182 of the 2001 Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Society Conference. The optical switch 290 is formed by forming optical waveguide core portions 177a to 177d in an optical waveguide member 177 so as to intersect each other, and forming cuts in the optical path changing portions 298a to 298d at the intersecting portions. The optical switch 290 forms an optically discontinuous portion by deforming the cut by using the operation of a driving mechanism such as an actuator portion, and is input to any of the optical waveguide core portions 177a to 177d. It is a matrix switch that can change the transmission path of light in the optical path changing units 298a to 298d. Note that in FIG. 29, the transmission path of the light 223 input to the optical waveguide core portion 177a is changed to the optical waveguide core portion 17 in the optical path changing portion 298b.
It shows how to change to 7b.
【0067】 光スイッチ290では、クロストークを
小さくするために、光路変更部298a〜298dの切
込みを、より大きく開かせることが重要である。そのた
めには、アクチュエータ部(駆動機構)に大変位が要求
される。又、光路変更部298a〜298dが、光学的
不連続状態と連続状態とを、良好に再現し得ることが重
要である。そのためには、比較的、高ヤング率な材料を
光導波路部材177の材料として適用し、光路変更部2
98a〜298dの切込みの復元動作が有利に行われる
ようにすることが好ましい。従って、高ヤング率な材料
を歪ませるためには、アクチュエータ部として、大きな
発生力が要求される。更に、通常、光導波路コア部17
7a〜177dは、高精度且つ高集積なパターン形成が
可能なフォトリソグラフィー法によって形成されるた
め、アクチュエータ部には、高い位置精度と高密度化が
要求される。In the optical switch 290, in order to reduce crosstalk, it is important to open the cuts in the optical path changing units 298a to 298d larger. For that purpose, a large displacement is required for the actuator section (driving mechanism). In addition, it is important that the optical path changing units 298a to 298d are capable of satisfactorily reproducing the optically discontinuous state and the continuous state. For that purpose, a material having a relatively high Young's modulus is applied as the material of the optical waveguide member 177, and the optical path changing unit 2
It is preferable that the restoration operation of the notches of 98a to 298d be advantageously performed. Therefore, in order to distort a material having a high Young's modulus, a large generative force is required for the actuator section. Further, normally, the optical waveguide core portion 17
Since 7a to 177d are formed by a photolithography method capable of forming a highly precise and highly integrated pattern, the actuator portion is required to have high positional accuracy and high density.
【0068】 本発明に係るマトリクス型アクチュエー
タは、圧電/電歪体の電界誘起歪みを直接利用するもの
であることから、発生力が大きい。且つ、本発明に係る
マトリクス型アクチュエータは、圧電/電歪素子を高ア
スペクト比にすることが容易であることから、発生変位
も大きく出来る。尚且つ、各圧電/電歪素子は、それぞ
れセラミック基体に対して貼り付けられたものではな
く、マトリクス状に一体的に構成されたものであること
から、接着に係る寸法ずれ、傾きが小さく、高密度な構
成も容易に実現出来る。従って、本発明に係るマトリク
ス型アクチュエータは、光スイッチ290のアクチュエ
ータ部として好適である。Since the matrix type actuator according to the present invention directly utilizes the electric field induced strain of the piezoelectric / electrostrictive body, the generated force is large. In addition, in the matrix type actuator according to the present invention, since it is easy to make the piezoelectric / electrostrictive element have a high aspect ratio, the generated displacement can be increased. In addition, since each piezoelectric / electrostrictive element is not attached to the ceramic substrate, but is integrally configured in a matrix form, the dimensional deviation and inclination related to the adhesion are small, A high-density structure can be easily realized. Therefore, the matrix type actuator according to the present invention is suitable as the actuator unit of the optical switch 290.
【0069】 図30は、図29に示す光スイッチ29
0のCC断面を表し、光導波路コア部177aを有する
光伝達部281と、圧電/電歪素子292を有するアク
チュエータ部291と、を示す断面図である。アクチュ
エータ部291として、例えば図1に示されるマトリク
ス型アクチュエータ1が採用されており、光路変更部2
98a〜298d(切込み)に対応して配設されてい
る。尚、以下において、光スイッチ290のアクチュエ
ータ部291に適用するマトリクス型アクチュエータの
態様を例示して説明するが、本発明に係るマトリクス型
アクチュエータの何れの態様もアクチュエータ部291
としての適用が可能である。FIG. 30 shows the optical switch 29 shown in FIG.
9 is a cross-sectional view showing a CC cross section of 0 and showing a light transmission section 281 having an optical waveguide core section 177a and an actuator section 291 having a piezoelectric / electrostrictive element 292. FIG. As the actuator unit 291, for example, the matrix type actuator 1 shown in FIG. 1 is adopted, and the optical path changing unit 2
It is arranged corresponding to 98a to 298d (cuts). It should be noted that, although a mode of the matrix type actuator applied to the actuator unit 291 of the optical switch 290 will be described below as an example, any mode of the matrix type actuator according to the present invention can be applied to the actuator unit 291.
Is applicable.
【0070】 図30に示される状態において、光スイ
ッチ290は、光路変更部298aにおけるアクチュエ
ータ部291の圧電/電歪素子292は非作動状態であ
り、光導波路コア部177aへの作用はない。従って、
光路変更部298aの切込みは閉じ、光学的に光導波路
コア部177aは連続な状態を維持している。このと
き、導入された光223は、光路変更部298aを直進
する。In the state shown in FIG. 30, in the optical switch 290, the piezoelectric / electrostrictive element 292 of the actuator section 291 in the optical path changing section 298a is in a non-operating state, and there is no action on the optical waveguide core section 177a. Therefore,
The cut of the optical path changing portion 298a is closed, and the optical waveguide core portion 177a optically maintains a continuous state. At this time, the introduced light 223 goes straight through the optical path changing unit 298a.
【0071】 光路変更部298bにおけるアクチュエ
ータ部291の圧電/電歪素子292は作動状態であ
り、変位並びに応力を光導波路コア部177aに作用さ
せ、光路変更部298bの切込みを開いている。即ち、
光路変更部298bにおいて光導波路コア部177aは
光学的に不連続となり、導入された光223は、光路変
更部298bで全反射し、光導波路コア部177bへ伝
送される。The piezoelectric / electrostrictive element 292 of the actuator section 291 in the optical path changing section 298b is in an operating state, and displacement and stress are applied to the optical waveguide core section 177a to open the cut of the optical path changing section 298b. That is,
The optical waveguide core portion 177a becomes optically discontinuous in the optical path changing portion 298b, and the introduced light 223 is totally reflected by the optical path changing portion 298b and transmitted to the optical waveguide core portion 177b.
【0072】 アクチュエータ部(圧電/電歪素子)の
作動状態若しくは非作動状態と、光導波路コア部への作
用の有無とは、上記した場合とは逆であっても、勿論よ
い。即ち、アクチュエータ部の作動状態が作用なく(図
30中で光路変更部298aの状態)、一方、非作動状
態が作用有り(図30中で光路変更部298bの状態)
の場合であってもよい。又、光路変更部に作用を与える
圧電/電歪素子の寸法M(図30中に示す)は、光路変
更部の切込みの開閉動作に支障がない範囲において、よ
り小さい方が、圧電/電歪素子に要求される変位量も小
さくなるため、好ましい。The operating state or non-operating state of the actuator portion (piezoelectric / electrostrictive element) and the presence / absence of the action on the optical waveguide core portion may of course be opposite to those described above. That is, the operating state of the actuator section is not in operation (state of the optical path changing section 298a in FIG. 30), while the inactive state is in operation (state of the optical path changing section 298b in FIG. 30).
May be the case. Further, the size M (shown in FIG. 30) of the piezoelectric / electrostrictive element acting on the optical path changing portion is smaller in the range that does not hinder the opening / closing operation of the cut of the optical path changing portion, the piezoelectric / electrostrictive element is smaller. This is preferable because the amount of displacement required for the element is also small.
【0073】 図31は、光スイッチのアクチュエータ
部として、図21に示されるマトリクス型アクチュエー
タ210を適用した例である。マトリクス型アクチュエ
ータ210の壁部8を光導波路支持部294とすること
により、光路変更部298a〜298dの切込みを開閉
させるために必要な変位量を小さくすることが出来る。
即ち、光導波路支持部294を設けることにより、光路
変更部298a〜298dの切込みを開かせるための曲
率半径が小さくなるため、アクチュエータ部291の圧
電/電歪素子292の変位が小さくても、切込みを開か
せることが可能である。更に、この利点により、切込み
の開口動作に余裕が生じるため、スイッチングにかかる
信号の漏洩、損失の低減が図られ、より好ましい。FIG. 31 shows an example in which the matrix type actuator 210 shown in FIG. 21 is applied as the actuator section of the optical switch. By using the wall portion 8 of the matrix type actuator 210 as the optical waveguide support portion 294, it is possible to reduce the amount of displacement required to open and close the cuts in the optical path changing portions 298a to 298d.
That is, by providing the optical waveguide support portion 294, the radius of curvature for opening the cuts in the optical path changing portions 298a to 298d becomes small, so that even if the displacement of the piezoelectric / electrostrictive element 292 of the actuator portion 291 is small, Can be opened. Further, due to this advantage, there is a margin in the opening operation of the notch, so that the leakage and loss of the signal related to the switching can be reduced, which is more preferable.
【0074】 図32は、光導波路部材の両面(上下)
にアクチュエータ部を設けた例である。アクチュエータ
部291に適用可能なマトリクス型アクチュエータの態
様は、上記したように、本発明に係る全てのマトリクス
型アクチュエータの態様が該当するが、例えば、好まし
くは図21に示されるマトリクス型アクチュエータ21
0を用いることが出来る。このように光導波路部材17
7の上下にアクチュエータ部291を設けることによ
り、光路変更部の切込みの閉口精度を向上させることが
出来るとともに、スイッチングにかかる応答速度を高め
ることが可能である。FIG. 32 shows both sides (upper and lower) of the optical waveguide member.
This is an example in which an actuator section is provided in the. As described above, the aspect of the matrix type actuator applicable to the actuator unit 291 corresponds to all the aspects of the matrix type actuator according to the present invention. For example, preferably, the matrix type actuator 21 shown in FIG.
0 can be used. In this way, the optical waveguide member 17
By providing the actuator portions 291 above and below 7, it is possible to improve the closing accuracy of the cut of the optical path changing portion, and it is possible to increase the response speed for switching.
【0075】 図30及び図31に示されるような光導
波路部材の片面にのみアクチュエータ部を設けた場合に
は、光路変更部の切込みの開口から閉口への状態変化
は、光導波路部材に用いられる材料の弾性的復元力に従
うため、光導波路部材として柔らかい材料を用いた場合
は、この復元(上記状態変化)に比較的長い時間を要し
てしまう。このことは、次のスイッチ動作に移るまでの
時間に影響するため、復元は速ければ速いだけ好まし
い。又、復元とは光学的に連続な状態に戻ることを意味
しているが、材料劣化等で、特に、長期間動作させた場
合に復元精度が低下し、信号の漏洩、損失増大を招くお
それがある。When the actuator portion is provided only on one surface of the optical waveguide member as shown in FIGS. 30 and 31, the change in the state of the cut of the optical path changing portion from the opening to the closed state is used for the optical waveguide member. Because of the elastic restoring force of the material, when a soft material is used as the optical waveguide member, this restoration (the above state change) requires a relatively long time. Since this affects the time until the next switch operation is started, the faster the restoration, the better. In addition, restoration means returning to an optically continuous state, but due to material deterioration, etc., there is a risk that restoration accuracy will decrease, especially if it is operated for a long period of time, leading to signal leakage and increased loss. There is.
【0076】 しかしながら、図32に示すように、光
導波路部材の両面にアクチュエータ部を設けた場合に
は、光路変更部の切込みに対し、上下両方向に配設され
たアクチュエータ部291の圧電/電歪素子292の作
用によって、強制的に光路変更部の切込みを挟み込め
ば、このような問題は解決出来る。即ち、光導波路部材
177を両面から押圧することにより、閉口精度が保て
るとともに、アクチュエータ部291(圧電/電歪素子
292)の応答速度で、開口から閉口への状態変化を実
施出来る。従って、光導波路部材の両面にアクチュエー
タ部を設ける構成は、低損失、低漏洩で、高速なスイッ
チの実現に有利である。However, as shown in FIG. 32, when the actuator portions are provided on both sides of the optical waveguide member, the piezoelectric / electrostrictive portions of the actuator portions 291 arranged in both up and down directions with respect to the cut of the optical path changing portion. Such a problem can be solved by forcibly sandwiching the cut of the optical path changing portion by the action of the element 292. That is, by pressing the optical waveguide member 177 from both sides, the closing accuracy can be maintained, and the state change from the opening to the closing can be performed by the response speed of the actuator portion 291 (piezoelectric / electrostrictive element 292). Therefore, the configuration in which the actuator portions are provided on both surfaces of the optical waveguide member is advantageous in realizing a high-speed switch with low loss and low leakage.
【0077】 図33に示す光スイッチは、図32に示
す例と概ね同様な光スイッチであるが、アクチュエータ
部291と光導波路部材177との接合において、アク
チュエータ部291を構成する壁部8と、光導波路部材
177との間に、より剛性の高い光導波路固定板286
を介して接合したところにおいて異なる例である。本構
造によれば、光導波路コア部の平坦性が向上し、アクチ
ュエータ部291の圧電/電歪素子292上面(作用
面)と光導波路部材177との間隔を、高精度に保つこ
とが出来、スイッチ動作の精度を高めることが出来る。
尚、図32、図33において、光導波路部材177の上
下に配設されるアクチュエータ部291は、互いに同じ
態様である必要はない。例えば、上側には図1に示すマ
トリクス型アクチュエータ1を、下側には図21に示す
マトリクス型アクチュエータ210を、配設することが
可能である。The optical switch shown in FIG. 33 is substantially the same as the example shown in FIG. 32, except that when the actuator part 291 and the optical waveguide member 177 are joined, the wall part 8 that constitutes the actuator part 291 and An optical waveguide fixing plate 286 having higher rigidity between the optical waveguide member 177 and the optical waveguide member 177.
It is a different example where they are joined via. According to this structure, the flatness of the optical waveguide core portion is improved, and the distance between the upper surface (working surface) of the piezoelectric / electrostrictive element 292 of the actuator portion 291 and the optical waveguide member 177 can be maintained with high accuracy. The accuracy of switch operation can be improved.
32 and 33, the actuator portions 291 arranged above and below the optical waveguide member 177 do not have to have the same aspect. For example, it is possible to arrange the matrix type actuator 1 shown in FIG. 1 on the upper side and the matrix type actuator 210 shown in FIG. 21 on the lower side.
【0078】 続いて、本発明のマトリクス型アクチュ
エータを適用した光反射機構について説明する。図34
は、光反射機構の一実施形態を示す斜視図であり、図3
5及び図36は、図34に示す光反射機構340のDD
断面の一部を表した図であり、それぞれある動作状態を
示している。光反射機構340は、プロジェクタ、光ス
イッチ等に用いられ、そのアクチュエータ部291とし
て、本発明に係るマトリクス型アクチュエータを好適に
用いることが出来る。Next, a light reflection mechanism to which the matrix actuator of the present invention is applied will be described. FIG. 34
3 is a perspective view showing an embodiment of a light reflection mechanism, and FIG.
5 and 36 are DD of the light reflection mechanism 340 shown in FIG.
It is a figure showing a part of section, and each shows a certain operation state. The light reflection mechanism 340 is used in a projector, an optical switch, etc., and the matrix type actuator according to the present invention can be preferably used as the actuator section 291 thereof.
【0079】 光反射機構340は、マイクロミラー等
の光反射板311がマトリクス状に並ぶ光反射部313
とアクチュエータ部391とからなり、各光反射板31
1に相対する位置に圧電/電歪素子392が配設されて
いる。例えば図21に示されるマトリクス型アクチュエ
ータ210を代表的形態とする壁部を有する本発明に係
るマトリクス型アクチュエータをアクチュエータ部39
1として用い、その壁部たる光反射板支持部312によ
り光反射板311の一端を支持する。そして、アクチュ
エータ部391(圧電/電歪素子392)の作動によ
り、光反射板311は光反射板支持部312との間に傾
斜角を形成し、進入してきた光224の反射角を変化さ
せる。この反射角の有無により、プロジェクタであれば
各画素の色形成を行い、又、光スイッチであれば信号の
伝送経路を切り替える。The light reflection mechanism 340 includes a light reflection section 313 in which light reflection plates 311 such as micromirrors are arranged in a matrix.
And an actuator unit 391, and each light reflection plate 31
A piezoelectric / electrostrictive element 392 is arranged at a position facing 1. For example, the matrix type actuator according to the present invention having a wall portion having a matrix type actuator 210 shown in FIG.
1, and one end of the light reflecting plate 311 is supported by the light reflecting plate supporting portion 312 which is the wall thereof. Then, by the operation of the actuator portion 391 (piezoelectric / electrostrictive element 392), the light reflection plate 311 forms an inclination angle with the light reflection plate support portion 312, and changes the reflection angle of the incoming light 224. Depending on the presence / absence of this reflection angle, a projector forms a color of each pixel, and an optical switch switches a signal transmission path.
【0080】 図34〜図36に示す態様のように、本
発明に係るマトリクス型アクチュエータを採用したアク
チュエータ部は、隣り合う圧電/電歪素子392どうし
のピッチ、及び、光反射板支持部312を構成する壁部
どうしのピッチ、は同じであるが、圧電/電歪素子39
2と隣接する壁部とは、図示されるように、異なるピッ
チで並ぶような構成であってもよい。勿論、圧電/電歪
素子392が、必ずしも同じピッチで並んでいる必要は
ない。As shown in the embodiments shown in FIGS. 34 to 36, the actuator section that employs the matrix type actuator according to the present invention has the pitch between adjacent piezoelectric / electrostrictive elements 392 and the light reflection plate support section 312. The pitches of the constituent wall portions are the same, but the piezoelectric / electrostrictive element 39
The wall portions adjacent to 2 may be arranged at different pitches as illustrated. Of course, the piezoelectric / electrostrictive elements 392 do not necessarily have to be arranged at the same pitch.
【0081】 アクチュエータ部に適用される本発明の
マトリクス型アクチュエータは、発生力が大きくとれる
ので、剛性の高い光反射板を適用し平坦度に優れた光反
射面が構成出来、光反射機構として、より好ましいもの
となり得る。更に、この発生力の利点は、壁部(光反射
板支持部)と圧電/電歪素子との距離を小さく出来るの
で、反射角の大きな反射機構を容易に実現出来る。Since the matrix type actuator of the present invention applied to the actuator section can generate a large generated force, a light reflecting plate having high rigidity can be applied to form a light reflecting surface having excellent flatness, and as a light reflecting mechanism, It can be more preferable. Further, the advantage of this generating force is that since the distance between the wall portion (light reflecting plate supporting portion) and the piezoelectric / electrostrictive element can be reduced, a reflecting mechanism having a large reflecting angle can be easily realized.
【0082】 尚、光反射機構は、図34〜図36に示
す光反射機構340の態様に限定されない。アクチュエ
ータ部と光反射部とを接合せず、光反射板の一部を圧電
/電歪素子の作動により変位させ、反射角を変化させる
ようなものであってもよい。加えて、圧電/電歪素子の
タイプとしては、電圧印加により収縮するものでも伸長
するものでも利用可能である。The light reflection mechanism is not limited to the mode of the light reflection mechanism 340 shown in FIGS. 34 to 36. Instead of joining the actuator portion and the light reflecting portion, a part of the light reflecting plate may be displaced by the operation of the piezoelectric / electrostrictive element to change the reflection angle. In addition, as the type of the piezoelectric / electrostrictive element, it is possible to use one that contracts or expands when a voltage is applied.
【0083】 本発明のマトリクス型アクチュエータ
は、上記具体例に加え、その変位、振動に基づく作用を
用いて、液体と液体、液体と固体、液体と気体との混
合、撹拌及び反応、等を、極微小なエリアで、且つ、微
小量で行う装置に利用することも出来る。The matrix type actuator of the present invention, in addition to the above specific example, uses the action based on its displacement and vibration to perform mixing, stirring and reaction of liquid and liquid, liquid and solid, liquid and gas, etc. It can also be used for an apparatus that performs an extremely small area and a minute amount.
【0084】 次に、本発明のマトリクス型アクチュエ
ータの製造方法について、説明する。製造にあたって
は、セラミックグリーンシート積層法、ワイヤーソー、
ダイシング等の機械加工法、等、種々の方法を採用する
ことが可能であるが、以下に述べるセラミックグリーン
シート積層法であって、且つ、ダイとパンチからなる金
型を用いた打ち抜き加工を、併せて用いて製造すること
が好ましい。本発明の第1のマトリクス型アクチュエー
タの製造方法の概略工程の一例を、図14(a)〜図1
4(f)に示す。ここで、例えば図12に示したマトリ
クス型アクチュエータ120を作製する方法として説明
する。先ず、後述する圧電/電歪材料を主成分とする所
定枚数のセラミックグリーンシート16(以下、単にシ
ートともいう)を用意する。シート16は、従来知られ
たセラミックス製造方法により作製出来る。例えば、後
述する圧電/電歪材料粉末を用意し、これにバインダ、
溶剤、分散剤、可塑剤等を望む組成に調合してスラリー
を作製し、これを脱泡処理後、ドクターブレード法、リ
バースロールコーター法等のシート成形法によって、セ
ラミックグリーンシートを形成することが出来る。Next, a method of manufacturing the matrix type actuator of the present invention will be described. In manufacturing, ceramic green sheet lamination method, wire saw,
Although it is possible to employ various methods such as a machining method such as dicing, a ceramic green sheet laminating method described below and a punching process using a die including a die and a punch, It is preferable to use it together. An example of the schematic steps of the method for manufacturing a first matrix type actuator of the present invention will be described with reference to FIGS.
4 (f). Here, a method for manufacturing the matrix type actuator 120 shown in FIG. 12, for example, will be described. First, a predetermined number of ceramic green sheets 16 (hereinafter, also simply referred to as sheets) whose main component is a piezoelectric / electrostrictive material described later are prepared. The sheet 16 can be manufactured by a conventionally known ceramic manufacturing method. For example, a piezoelectric / electrostrictive material powder described below is prepared, and a binder,
A ceramic green sheet may be formed by preparing a slurry by mixing a solvent, a dispersant, a plasticizer, and the like into a desired composition, defoaming the slurry, and then performing a sheet forming method such as a doctor blade method or a reverse roll coater method. I can.
【0085】 図14(a)で、セラミックグリーンシ
ート16をパンチとダイにより各々打ち抜き加工して、
各グリーンシート16にスリット孔15を開け、これら
を所定枚数、積層・圧着し、図14(b)に示される所
定の厚さを有するスリット5が形成された圧電/電歪材
料を主成分とするセラミックグリーン積層体301を形
成する。一方、セラミック基体となる部分は、外形のみ
所定の大きさに加工された同様の圧電/電歪材料を含有
する平板状のセラミックグリーンシートを用意し、これ
も同様に所定枚数、積層・圧着し、セラミックグリーン
基体302として形成する。そして、これらセラミック
グリーン積層体301、セラミックグリーン基体302
とを、位置合わせして積層・圧着し、その後、焼成一体
化して積層焼成体303を得る(図14(c))。In FIG. 14A, the ceramic green sheet 16 is punched by a punch and a die,
Slit holes 15 are formed in each green sheet 16, a predetermined number of these are laminated and pressure-bonded, and a piezoelectric / electrostrictive material having slits 5 having a predetermined thickness shown in FIG. A ceramic green laminate 301 is formed. On the other hand, for the portion to be the ceramic base, prepare a flat ceramic green sheet containing the same piezoelectric / electrostrictive material whose outer shape is processed to a predetermined size. , A ceramic green substrate 302. Then, the ceramic green laminate 301 and the ceramic green substrate 302
And are aligned, laminated and pressure-bonded, and then integrated by firing to obtain a laminated fired body 303 (FIG. 14C).
【0086】 次いで、図14(d)に示すように、電
極18,19を形成する。そして、図14(e)に示さ
れる切断線350、切込み線351に沿って、ダイシン
グ加工、スライシング加工、ワイヤーソー加工等の手段
によって不要部分を切除し、図14(f)の通り、個割
の圧電/電歪体4を得る。尚、上記した加工法のうち、
加工品質(脱粒、クラック等の有無)の点で、ワイヤー
ソー加工法を用いることが好ましい。後述する実施例に
ついても、同様である。その後、必要に応じて分極処理
を行い、マトリクス型アクチュエータ120を完成す
る。尚切込及び切除加工の際には、事前に、スリット5
に、後で除去可能な樹脂等を充填し、加工時の破損防止
を図ることが好ましい。Next, as shown in FIG. 14D, electrodes 18 and 19 are formed. Then, along the cutting line 350 and the cutting line 351 shown in FIG. 14 (e), unnecessary parts are cut by means such as dicing processing, slicing processing, and wire saw processing, and as shown in FIG. The piezoelectric / electrostrictive body 4 is obtained. Among the above processing methods,
It is preferable to use the wire saw processing method in terms of processing quality (presence or absence of grain breakage, cracks, etc.). The same applies to the examples described below. Then, polarization processing is performed as needed, and the matrix type actuator 120 is completed. In addition, before cutting and cutting, slit 5
Further, it is preferable to fill a resin that can be removed later to prevent damage during processing.
【0087】 セラミックグリーンシート16の積層時
の位置合わせ方法は、例えば、セラミックグリーンシー
ト16の外形と、概ね同一の内形を有する枠内に、セラ
ミックグリーンシート16を順次重ねるか、若しくは、
ガイドピンを立てて、セラミックグリーンシート16に
予め開けられたガイド孔を通し順次重ねるか、若しく
は、スリットと同じ形状の所定数のガイドピンを所定ピ
ッチで並べ、スリット孔自体をガイド孔として、そのガ
イドピンに通して順次重ねることにより位置合わせし、
その後、加熱圧着してセラミックグリーン積層体301
の形成を行うことが出来る。尚、この際に、図9、11
に示される平板も同材料で形成し、積層・圧着して、焼
成一体化してもよい。又、上記方法では、セラミックグ
リーン積層体301とセラミックグリーン基体302と
を、別々に積層形成した後、それらを更に積層している
が、それぞれのセラミックグリーンシート16を一括し
て積層してもよい。これらは、後述される製造法におい
ても、その変形例として適用可能である。The positioning method at the time of stacking the ceramic green sheets 16 is, for example, sequentially stacking the ceramic green sheets 16 in a frame having an inner shape that is substantially the same as the outer shape of the ceramic green sheets 16, or
The guide pins are erected and sequentially passed through the guide holes previously formed in the ceramic green sheet 16, or a predetermined number of guide pins having the same shape as the slits are arranged at a predetermined pitch, and the slit holes themselves are used as the guide holes. Position by aligning by passing through the guide pin,
After that, it is heated and pressure-bonded to form a ceramic green laminate 301.
Can be formed. At this time, in FIG.
The flat plate shown in (1) may be formed of the same material, laminated, pressure-bonded, and integrated by firing. In the above method, the ceramic green laminate 301 and the ceramic green substrate 302 are separately formed and then further laminated, but the respective ceramic green sheets 16 may be laminated together. . These can also be applied as modifications of the manufacturing method described later.
【0088】 更には、セラミックグリーンシート16
の積層及び位置合わせ方法として、打抜同時積層を行う
ことが、より好ましい。打抜同時積層とは、図14
(a)で、セラミックグリーンシート16にスリット孔
15を形成するとともに、積層を後述する方法により同
時に行い、シート16を積層してスリット孔15を形成
し、打ち抜きの終了とともに積層も完了させ、所定の厚
さを有するスリット5が形成された圧電/電歪材料を含
有するセラミックグリーン積層体301を形成する方法
である。Furthermore, the ceramic green sheet 16
It is more preferable to perform simultaneous punching and laminating as the laminating and aligning method. Simultaneous punching and stacking is shown in Fig. 14.
In (a), the slit holes 15 are formed in the ceramic green sheet 16, and the lamination is simultaneously performed by the method described below to laminate the sheets 16 to form the slit holes 15, and the lamination is completed at the end of punching. Is a method of forming a ceramic green laminate 301 containing a piezoelectric / electrostrictive material in which the slits 5 having a thickness of 1 are formed.
【0089】 図18(a)〜図18(e)は、打抜同
時積層の具体的方法を示す図であり、周囲にシート16
の積層操作をするストリッパ11を配置したパンチ10
とダイ12からなる金型を用いている。図18(a)
は、ダイ12上に最初のシート16aを載せた打ち抜き
前の状態を示し、図18(b)で、パンチ10及びスト
リッパ11を下降させて、シート16にスリット孔を打
ち抜く(第一の工程)。18 (a) to 18 (e) are views showing a specific method of simultaneous punching and stacking, and the sheet 16 is provided around the periphery.
Punch 10 having a stripper 11 for stacking
And a die 12 is used. Figure 18 (a)
Shows a state before punching in which the first sheet 16a is placed on the die 12, and in FIG. 18B, the punch 10 and the stripper 11 are lowered to punch a slit hole in the sheet 16 (first step). .
【0090】 次に、2枚目のシート16bの打ち抜き
準備に入るが、このとき図18(c)に示すように、最
初のシート16aは、ストリッパ11に密着させて上方
に移動させてダイ12から離す(第二の工程)。ストリ
ッパ11にシート16を密着させる方法は、例えば、ス
トリッパ11に吸引孔を形成して真空吸引すること等で
実施出来る。Next, preparation for punching out the second sheet 16b is started. At this time, as shown in FIG. 18C, the first sheet 16a is brought into close contact with the stripper 11 and moved upward to move the die 12 Away from (second step). The method of bringing the sheet 16 into close contact with the stripper 11 can be carried out, for example, by forming suction holes in the stripper 11 and performing vacuum suction.
【0091】 又、2枚目のシート16bの打ち抜き準
備に入るために、ダイ12からパンチ10及びストリッ
パ11を引き上げるが、この引き上げている途中は、パ
ンチ10の先端部を、一緒に引き上げた最初のシート1
6aのスリット孔の中まで戻さないことが望ましく、
又、止める際には、一緒に引き上げた最初のシート16
aの最下部より僅かに引き込んだところで止めることが
肝要である(第三の工程)。パンチ10を最初のシート
16aの孔まで戻したり、完全にストリッパ11の中へ
格納してしまうと、シート16は軟質であるため形成し
た孔が変形してしまい、シート16を積層して得られる
スリット5を形成した際に、その側面の平坦性が低下し
てしまう。Further, in order to prepare for punching the second sheet 16b, the punch 10 and the stripper 11 are pulled up from the die 12. During this pulling up, the leading end of the punch 10 is first pulled up together. Sheet 1
It is desirable not to return it into the slit hole of 6a,
Also, when stopping, the first seat 16 pulled up together
It is important to stop when it is pulled in slightly from the bottom of a (third step). When the punch 10 is returned to the first hole of the sheet 16a or completely stored in the stripper 11, the hole formed is deformed because the sheet 16 is soft, and the sheet 16 is obtained by stacking the sheets. When the slit 5 is formed, the flatness of the side surface is deteriorated.
【0092】 図18(d)は、2枚目のシート16b
の打ち抜き工程を示し、最初のシート16aをストリッ
パ11に密着させることで、ダイ12上に、2枚目のシ
ート16bを容易に載置出来、図18(b)の工程のよ
うに打ち抜き出来、同時に最初のシート16aに重ね合
わせられる(第四の工程)。FIG. 18D shows the second sheet 16b.
Showing the punching process, the second sheet 16b can be easily placed on the die 12 by bringing the first sheet 16a into close contact with the stripper 11, and punching can be performed as in the step of FIG. 18 (b). At the same time, they are superposed on the first sheet 16a (fourth step).
【0093】 そして、図18(c)、図18(d)の
工程を繰り返して、打ち抜かれた最初のシート16aと
2枚目のシート16bとを重ね合わせて、ストリッパ1
1により引き上げ(第五の工程)、3枚目のシート16
cの打ち抜き準備に入る。但し、このときも一緒に引き
上げたシート16の最下部より僅かに引き込んだところ
で止めることが肝要である(第六の工程)。その後、第
四の工程から第六の工程を繰り返して必要積層数のシー
ト16の打ち抜き及び積層を繰り返す。Then, the steps of FIG. 18C and FIG. 18D are repeated to superimpose the first punched sheet 16a and the second punched sheet 16b, and the stripper 1
Pulled up by 1 (fifth step), 3rd sheet 16
Preparation for punching out c. However, also at this time, it is important to stop the sheet 16 when it is pulled in a little from the lowermost part of the sheet 16 (sixth step). Then, the fourth step to the sixth step are repeated, and punching and stacking of the required number of sheets 16 are repeated.
【0094】 図18(e)は、打ち抜きを終了した状
態を示している。必要な枚数のシート16の打ち抜き及
び積層が終了したら、ストリッパ11によるシート16
の保持を解除し、打ち抜き積層したシート16をストリ
ッパ11から引き離して取り出し可能としている。スト
リッパ11からの引き離しは、図示するように、ストリ
ッパ11下面に引離治具17を設けることで確実に行う
ことが出来る。以上述べた操作は、特願2000−28
0573に記載の製造方法を適用したものであり、この
操作により所定の厚さを有しスリットが形成されたセラ
ミックグリーン積層体を得ることが出来る。FIG. 18E shows a state in which punching has been completed. After punching and stacking the required number of sheets 16 are completed, the stripper 11 uses the sheets 16
Is released, and the punched and laminated sheet 16 can be separated from the stripper 11 and taken out. The separation from the stripper 11 can be reliably performed by providing a separation jig 17 on the lower surface of the stripper 11 as illustrated. The above-mentioned operation is performed in Japanese Patent Application No. 2000-28.
The production method described in 0573 is applied, and by this operation, a ceramic green laminate having a predetermined thickness and having slits can be obtained.
【0095】 図19(a)は、パンチとダイによる打
抜同時積層を適用して積層体を作製した場合において、
図14(c)の工程で形成される積層焼成体303をB
点から見た垂直断面図を示し、図19(b)は、図19
(a)に示すスリット5壁面のM部を拡大した断面拡大
模式図を示している。図20(a)は、圧電/電歪材料
を主成分とするセラミックグリーン積層体を焼成一体化
した後に、ダイサーでスリット加工した場合において、
加工された積層焼成体172を側面方向から見た垂直断
面図であり、図20(b)は、図20(a)のN部の断
面拡大模式図である。FIG. 19A shows a case where a laminated body is manufactured by applying simultaneous punching and stacking using a punch and a die.
The laminated fired body 303 formed in the step of FIG.
FIG. 19B shows a vertical cross-sectional view seen from a point, and FIG.
It shows a cross-sectional enlarged schematic diagram in which the M portion of the wall surface of the slit 5 shown in (a) is enlarged. FIG. 20A shows a case where a ceramic green laminate containing a piezoelectric / electrostrictive material as a main component is fired and integrated, and then slit processing is performed with a dicer.
FIG. 20B is a vertical cross-sectional view of the processed laminated fired body 172 viewed from the side surface direction, and FIG. 20B is an enlarged schematic cross-sectional view of the N portion of FIG. 20A.
【0096】 圧電/電歪材料を主成分とする積層体を
焼成した後にダイサーでスリット加工した場合には、例
えばスリットの壁面に、図20(b)に示されるような
マイクロクラックや粒内破壊が生じる(図20(b)に
マイクロクラック191及び粒内破壊セラミック結晶粒
子192を示す)が、打抜同時積層を適用し、積層体を
焼成する前にスリットを形成してマトリクス型アクチュ
エータを製造すれば、後に圧電/電歪体4の側壁面にな
るスリット5の壁面は焼成面で形成され、図19(b)
に示されるように、マイクロクラックや粒内破壊が生じ
ず、後に圧電/電歪体4の電極を形成する機能面たる側
壁面になる側壁6の面のセラミック結晶粒子193の状
態は、粒内破壊を受けている結晶粒子が1%以下とな
り、実質上なしに等しく、特性劣化が生じず、耐久性・
信頼性を向上させることが出来る。When the laminated body containing a piezoelectric / electrostrictive material as a main component is fired and then slitted by a dicer, for example, microcracks or intragranular fracture on the wall surface of the slit as shown in FIG. Occurs (the microcracks 191 and the intragranular fracture ceramic crystal grains 192 are shown in FIG. 20 (b)), but punching simultaneous lamination is applied, and slits are formed before firing the laminated body to manufacture a matrix type actuator. By doing so, the wall surface of the slit 5 which will be the side wall surface of the piezoelectric / electrostrictive body 4 later is formed by a fired surface, as shown in FIG.
As shown in Fig. 3, the state of the ceramic crystal particles 193 on the surface of the side wall 6 which is a side wall surface which is a functional surface which later forms an electrode of the piezoelectric / electrostrictive body 4 without causing microcracks or intragranular fracture is The number of crystal grains that have been destroyed is 1% or less, which is virtually equal to nothing, and the characteristics are not deteriorated.
The reliability can be improved.
【0097】 尚、本発明においては、個割の圧電/電
歪体4を得るため、例えば、焼成後に切除加工を行う場
合があるが、実際の被切除加工面は電極を形成する面で
はなく、第1のマトリクス型アクチュエータからわかる
ように、その加工面は、圧電/電歪素子を機能させるた
めの主面となる面ではないために、このような切除面が
あってもほとんど影響は受けない。焼成前に切除加工を
行えば、このような心配はない。In the present invention, in order to obtain the individual piezoelectric / electrostrictive bodies 4, for example, cutting may be performed after firing, but the actual surface to be cut is not the surface on which the electrode is formed. As can be seen from the first matrix type actuator, its processed surface is not the main surface for making the piezoelectric / electrostrictive element function, and therefore, even if such a cut surface is present, it is hardly affected. Absent. If the cutting process is performed before firing, there is no such concern.
【0098】 又、打抜同時積層を適用してマトリクス
型アクチュエータを製造すれば、積層ズレが生じないた
め、圧電/電歪体4の面の輪郭度を、概ね8μm以下と
することが出来る。従って、変位や発生力を意図する方
向に意図する量で作用させることが容易であり、圧電/
電歪素子の特性を効率よく利用出来るという利点があ
る。又、高い輪郭度であるために、圧電/電歪素子を作
動させ、ある対象を、押す、叩く等の作用から受ける反
作用に対して、高い耐性を示し、高アスペクト比な細く
背の高い圧電/電歪素子であっても、折れ、割れ等の破
損が生じ難いという特徴を有する。更には、圧電/電歪
体4の壁面の表面粗さRtを、概ね10μm以下とする
ことが出来る。駆動部たる圧電/電歪体4の壁面が平滑
であるので、駆動時に電界集中や応力集中が生じ難く、
長期にわたり、より安定した駆動動作を実現することが
可能となる。Further, when the matrix actuator is manufactured by applying the simultaneous punching and stacking, the stacking deviation does not occur, so that the contour of the surface of the piezoelectric / electrostrictive body 4 can be set to about 8 μm or less. Therefore, it is easy to make the displacement and the generated force act in the intended direction in the intended amount.
There is an advantage that the characteristics of the electrostrictive element can be efficiently used. In addition, because of the high contour, the piezoelectric / electrostrictive element is actuated, and it has high resistance to the reaction from the action of pushing or hitting a certain object, and it has a high aspect ratio and is thin and tall. Even if it is an electrostrictive element, it has a feature that breakage, breakage, or other damage is unlikely to occur. Furthermore, the surface roughness Rt of the wall surface of the piezoelectric / electrostrictive body 4 can be set to approximately 10 μm or less. Since the wall surface of the piezoelectric / electrostrictive body 4, which is the driving portion, is smooth, it is difficult for electric field concentration and stress concentration to occur during driving,
It becomes possible to realize more stable driving operation for a long period of time.
【0099】 尚、面の輪郭度は、日本工業規格B06
21「幾何偏差の定義及び表示」に示されている。面の
輪郭とは機能上定められた形状をもつように指定した表
面であって、面の輪郭度とは理論的に正確な寸法によっ
て定められた幾何学的輪郭からの面の輪郭の狂いの大き
さをいう。The contour of the surface is determined by Japanese Industrial Standard B06.
21 "Definition and Display of Geometric Deviation". The surface contour is the surface specified to have a functionally defined shape, and the surface contour degree is the deviation of the surface contour from the geometrical contour defined by theoretically accurate dimensions. Says the size.
【0100】 打抜同時積層によるセラミックグリーン
シートの重ね合わせ精度の一例を掲げれば、シート厚が
50μm、ヤング率が39N/mm2のセラミックグリ
ーンシートを、スリット幅50μm、圧電/電歪体の厚
さ(図1のT)30μmとなるように打ち抜きし、10
枚積層した場合に、焼成後の各層間のズレ量は、最大で
4μm、表面粗さRtは概ね7μmであり、圧電/電歪
体の側面を凹凸なく滑らかなものに出来る。尚、焼成後
のスリット幅は、焼成収縮により約40μmであった。As an example of the stacking accuracy of the ceramic green sheets by simultaneous punching and laminating, a ceramic green sheet having a sheet thickness of 50 μm and Young's modulus of 39 N / mm 2 is formed with a slit width of 50 μm and a piezoelectric / electrostrictive body. It is punched out so that the thickness (T in FIG. 1) is 30 μm and 10
When the sheets are laminated, the amount of misalignment between the layers after firing is 4 μm at the maximum and the surface roughness Rt is approximately 7 μm, and the side surface of the piezoelectric / electrostrictive body can be made smooth without unevenness. The slit width after firing was about 40 μm due to firing shrinkage.
【0101】 以上記したように、打抜同時積層を行え
ば、パンチとダイを用いてセラミックグリーンシートに
スリット孔を形成すると同時にセラミックグリーンシー
トの積層を行い、パンチ自体をセラミックグリーンシー
トの積層位置合わせ軸として使用して、パンチにより打
ち抜いたスリット孔の変形を防止するため、スリット孔
の変形が発生せず、セラミックグリーンシート積層間の
ズレ量を5μm未満に抑えることが出来、高い精度で積
層体を得ることが出来、得られた積層体に凹凸の少ない
スリット壁面を形成することが可能である。圧電/電歪
体の主側面に、マイクロクラックや粒内破壊粒子が実質
上ないので、圧縮残留応力による特性劣化が生じること
もない。そのため、1つの基体上に、マトリクス状に多
くの圧電/電歪体を配置していながら、優れた特性のア
クチュエータを得ることが出来る。As described above, when punching and laminating are performed simultaneously, slit holes are formed in the ceramic green sheet by using the punch and the die, the ceramic green sheets are laminated at the same time, and the punch itself is positioned at the laminating position of the ceramic green sheets. It is used as a mating shaft to prevent the deformation of the slit holes punched by the punch, so that the deformation of the slit holes does not occur, the deviation amount between the ceramic green sheets can be suppressed to less than 5 μm, and they are laminated with high accuracy. It is possible to obtain a body, and it is possible to form slit wall surfaces with few irregularities on the obtained laminate. Since the main side surface of the piezoelectric / electrostrictive body is substantially free of microcracks and intragranular fractured particles, characteristic deterioration due to compressive residual stress does not occur. Therefore, it is possible to obtain an actuator having excellent characteristics while arranging many piezoelectric / electrostrictive bodies in a matrix on one substrate.
【0102】 尚、図28に示されるようなアスペクト
比の大きな圧電/電歪素子を構成する場合には、製造過
程でのハンドリングにおいて、乃至、焼成過程におい
て、スリット間の壁(最終的に圧電/電歪素子若しくは
壁部となる部分)が変形したり破損しないように、工夫
することが好ましい。例えば、図14(b)、図14
(c)においては、セラミックグリーン積層体301に
対して、一方のスリット開口のみを塞いでいるが、スリ
ットを閉塞するように、セラミックグリーン基体302
が積層される側とは反対側にも、セラミックグリーンシ
ートを積層して焼成することも好ましい。When a piezoelectric / electrostrictive element having a large aspect ratio as shown in FIG. 28 is formed, the wall between the slits (finally the piezoelectric It is preferable to devise so that the / electrostrictive element or the portion which becomes the wall portion) is not deformed or damaged. For example, FIG.
In (c), although only one slit opening is closed with respect to the ceramic green laminate 301, the ceramic green base 302 is formed so as to close the slit.
It is also preferable to stack a ceramic green sheet on the side opposite to the side on which is laminated and fire it.
【0103】 このとき、閉塞されたスリットが密閉状
態とならないように注意することが必要である。何故な
らば、密閉状態で焼成を行った場合、グリーンシート中
の有機分の分解、乃至、燃焼にともなうガスがスリット
から排出されず、セラミックグリーン積層体にクラック
等が生じ易くなるためである。従って、スリットを閉塞
するためのセラミックグリーンシートには、ガス抜きの
ための孔を開けておくことが好ましい。尚、圧電/電歪
素子駆動のための配線を行うのに伴い、セラミックグリ
ーン基体にスルーホールを形成している場合には、その
スルーホールを通じて脱ガス出来るので、上記したスリ
ットを閉塞させるためのセラミックグリーンシートへの
孔加工は必ずしも行う必要はない。そして、焼成した後
に、閉塞部分(スリットを閉塞させるためのセラミック
グリーンシート相当部分)を研磨等により除去し、スリ
ットを開口させればよい。At this time, it is necessary to take care so that the closed slit does not become a closed state. This is because when the firing is performed in a closed state, the organic components in the green sheet are not decomposed or the gas accompanying the combustion is not discharged from the slits, and cracks or the like are likely to occur in the ceramic green laminate. Therefore, it is preferable that the ceramic green sheet for closing the slit has a hole for venting gas. When a wiring for driving the piezoelectric / electrostrictive element is formed, if a through hole is formed in the ceramic green substrate, degassing can be performed through the through hole, so that the above-mentioned slit is closed. It is not always necessary to make holes in the ceramic green sheet. Then, after firing, the closed portion (the portion corresponding to the ceramic green sheet for closing the slit) may be removed by polishing or the like to open the slit.
【0104】 マトリクス型アクチュエータの製造方法
の概略工程の他の一例を、図15(a)〜図15(f)
に示す。ここで、例えば図10に示したマトリクス型ア
クチュエータ100を作製する方法として説明する。先
ず、圧電/電歪材料を主成分とする所定枚数のセラミッ
クグリーンシート16を用意する。図15(a)で、セ
ラミックグリーンシート16をパンチとダイにより各々
打ち抜き加工して、各セラミックグリーンシート16に
方形孔25を開け、これらを積層・圧着し、図15
(b)に示される所定の厚さを有する方形開口156が
形成された圧電/電歪材料を主成分とするセラミックグ
リーン積層体401を形成する。一方、セラミック基体
となる部分は、外形のみ所定の大きさに加工された同様
の圧電/電歪材料を含有する平板状のセラミックグリー
ンシートを用意し、これも同様に所定枚数積層・圧着
し、セラミックグリーン基体402として形成する。Another example of the schematic steps of the method for manufacturing the matrix type actuator will be described with reference to FIGS. 15 (a) to 15 (f).
Shown in. Here, a method for manufacturing the matrix type actuator 100 shown in FIG. 10, for example, will be described. First, a predetermined number of ceramic green sheets 16 whose main component is a piezoelectric / electrostrictive material are prepared. In FIG. 15 (a), the ceramic green sheet 16 is punched by a punch and a die respectively to form a square hole 25 in each ceramic green sheet 16, and these are laminated and pressure-bonded.
A ceramic green laminate 401 containing a piezoelectric / electrostrictive material as a main component, in which a rectangular opening 156 having a predetermined thickness shown in (b) is formed, is formed. On the other hand, for the portion to be the ceramic base, a flat plate-shaped ceramic green sheet containing the same piezoelectric / electrostrictive material whose outer shape is processed to a predetermined size is prepared, and this is also laminated and pressure-bonded by a predetermined number. It is formed as a ceramic green substrate 402.
【0105】 そして、これらセラミックグリーン積層
体401、セラミックグリーン基体402とを位置合わ
せして積層・圧着し、その後、焼成一体化して積層焼成
体403を得る(図15(c))。次いで、図15
(d)に示すように、電極18,19を形成する。そし
て、図15(e)に示される切断線350、切込み線3
51に沿ってダイシング加工、スライシング加工、ワイ
ヤーソー加工等の手段によって不要部分を切除し、図1
4(f)に示される個割の圧電/電歪体4を得る。その
後、必要に応じて分極処理を行い、マトリクス型アクチ
ュエータ100を完成する。切込及び切除加工の際に
は、方形開口156に後で除去可能な樹脂等を充填し、
加工時の破損防止を図ることが好ましい。セラミックグ
リーンシート16の位置合わせ及び積層方法として、上
記した打抜同時積層法を用いることが好ましいのはいう
までもない。Then, the ceramic green laminated body 401 and the ceramic green base body 402 are aligned, laminated and pressure-bonded, and then integrated by firing to obtain a laminated fired body 403 (FIG. 15C). Then, in FIG.
As shown in (d), electrodes 18 and 19 are formed. Then, the cutting line 350 and the cutting line 3 shown in FIG.
The unnecessary portion is cut off along a line 51 by means of dicing, slicing, wire sawing, etc.
The individual piezoelectric / electrostrictive bodies 4 shown in FIG. 4 (f) are obtained. Then, polarization processing is performed as needed, and the matrix type actuator 100 is completed. At the time of cutting and cutting, the rectangular opening 156 is filled with a resin or the like that can be removed later,
It is preferable to prevent damage during processing. Needless to say, it is preferable to use the above-mentioned simultaneous punching and laminating method as the positioning and laminating method for the ceramic green sheets 16.
【0106】 次に、第2のマトリクス型アクチュエー
タの製造方法の概略工程の一例を、図16(a)〜図1
6(g)に示す。先ず、図16(a)に示すように、圧
電/電歪材料を主成分とする所定枚数のセラミックグリ
ーンシート16を用意する。そして、天板となる1枚を
除いて、残りの半数に内部電極48となる導体材料をス
クリーン印刷等で塗布し、層状の電極が形成されたセラ
ミックグリーンシート116を得て、更に残りの半数に
は内部電極49となる導体材料をスクリーン印刷等で塗
布し、層状の電極が形成されたセラミックグリーンシー
ト117を得る。図16(b)で、セラミックグリーン
シート16,116,117をパンチとダイにより各々
打ち抜き加工して、各グリーンシート16,116,1
17にそれぞれスリット孔15を開け、図16(c)に
示されるように、セラミックグリーンシート116,1
17を交互に積層し、圧着して所定の厚さを有するスリ
ット5が形成されたセラミックグリーン積層体501を
形成する。一方、セラミック基体となる部分は、外形の
み所定の大きさに加工された同様の圧電/電歪材料を主
成分とする平板状のセラミックグリーンシートを用意
し、これも同様に、所定枚数積層・圧着し、セラミック
グリーン基体502として形成する。Next, an example of the schematic steps of the method of manufacturing the second matrix type actuator will be described with reference to FIGS.
It shows in 6 (g). First, as shown in FIG. 16A, a predetermined number of ceramic green sheets 16 containing a piezoelectric / electrostrictive material as a main component are prepared. Then, except for one serving as a top plate, the remaining half is coated with a conductor material serving as the internal electrode 48 by screen printing or the like to obtain a ceramic green sheet 116 on which layered electrodes are formed. A conductive material to be the internal electrodes 49 is applied to the substrate by screen printing or the like to obtain a ceramic green sheet 117 having layered electrodes. In FIG. 16B, the ceramic green sheets 16, 116, 117 are punched by a punch and a die to obtain the green sheets 16, 116, 1 respectively.
Slit holes 15 are formed in each of the ceramic green sheets 17, and as shown in FIG.
17 are alternately laminated and pressure-bonded to form a ceramic green laminate 501 in which the slits 5 having a predetermined thickness are formed. On the other hand, for the portion to be the ceramic substrate, a flat ceramic green sheet whose main component is a similar piezoelectric / electrostrictive material whose outer shape is processed to a predetermined size is prepared. Crimping is performed to form a ceramic green substrate 502.
【0107】 そして、これらセラミックグリーン積層
体501、セラミックグリーン基体502とを、位置合
わせして積層・圧着し、その後、焼成一体化して積層焼
成体503を得る(図16(d))。次いで、図16
(e)に示すように、共通電極28,29を形成する。
そして、図16(f)に示される切断線350、切込み
線351に沿ってダイシング加工、スライシング加工、
ワイヤーソー加工等の手段によって不要部分を切除し、
図16(g)に示される個割の圧電/電歪体4を得る。
その後、必要に応じて分極処理を行い、マトリクス型ア
クチュエータを完成する。切込及び切除加工の際には、
スリット5に後で除去可能な樹脂等を充填し、加工時の
破損防止を図ることが好ましい。セラミックグリーンシ
ート16,116,117の位置合わせ及び積層方法と
して、上記した打抜同時積層法を用いることが好ましい
のはいうまでもない。Then, the ceramic green laminated body 501 and the ceramic green base 502 are aligned, laminated and pressure-bonded, and then integrated by firing to obtain a laminated fired body 503 (FIG. 16D). Then, in FIG.
As shown in (e), common electrodes 28 and 29 are formed.
Then, a dicing process, a slicing process, and a cutting line 350 and a cutting line 351 shown in FIG.
Remove unnecessary parts by means such as wire saw processing,
The individual piezoelectric / electrostrictive bodies 4 shown in FIG. 16G are obtained.
After that, polarization processing is performed as necessary to complete the matrix type actuator. When cutting and cutting,
It is preferable to fill the slit 5 with a resin or the like that can be removed later to prevent damage during processing. It goes without saying that it is preferable to use the above-mentioned simultaneous punching and laminating method as the positioning and laminating method for the ceramic green sheets 16, 116 and 117.
【0108】 続いて、第2のマトリクス型アクチュエ
ータの製造方法の概略工程の他の一例を、図17(a)
〜図17(g)に示す。先ず、図17(a)に示すよう
に、圧電/電歪材料を主成分とする所定枚数のセラミッ
クグリーンシート16を用意する。そして、天板となる
1枚を除いて、残りのグリーンシート16にビアホール
112を、所定間隔で形成したセラミックグリーンシー
ト113を所望数得る。そして、図17(b)で、セラ
ミックグリーンシート113の半数に内部電極48とな
る導体材料をスクリーン印刷等の手法で塗布するととも
に、ビアホール112に導体材料を充填し、セラミック
グリーンシート114を得て、更に残りの半数には内部
電極49となる導体材料をスクリーン印刷等の手法で塗
布するとともに、ビアホール112に導体材料を充填
し、セラミックグリーンシート115を得る。図17
(c)で、セラミックグリーンシート16,114,1
15をパンチとダイにより各々打ち抜き加工して、各グ
リーンシート16,114,115にそれぞれスリット
孔15を開け、図17(d)で、セラミックグリーンシ
ート16と、セラミックグリーンシート116,117
を交互に積層し、圧着して所定の厚さを有するスリット
5が形成されたセラミックグリーン積層体601を形成
する。Subsequently, another example of the schematic steps of the method of manufacturing the second matrix type actuator will be described with reference to FIG.
~ Fig. 17 (g). First, as shown in FIG. 17A, a predetermined number of ceramic green sheets 16 containing a piezoelectric / electrostrictive material as a main component are prepared. Then, a desired number of ceramic green sheets 113 in which the via holes 112 are formed in the remaining green sheets 16 at predetermined intervals, except for one top plate, are obtained. Then, in FIG. 17B, half of the ceramic green sheets 113 are coated with a conductor material to be the internal electrodes 48 by a method such as screen printing, and the via holes 112 are filled with the conductor material to obtain the ceramic green sheets 114. Further, a conductive material to be the internal electrodes 49 is applied to the remaining half by screen printing or the like, and the via holes 112 are filled with the conductive material to obtain a ceramic green sheet 115. FIG. 17
In (c), the ceramic green sheets 16, 114, 1
15 is punched by a punch and a die to form slit holes 15 in each of the green sheets 16, 114 and 115, and in FIG. 17D, the ceramic green sheet 16 and the ceramic green sheets 116 and 117 are formed.
Are alternately laminated and pressure-bonded to form a ceramic green laminated body 601 in which the slits 5 having a predetermined thickness are formed.
【0109】 一方、セラミック基体となる部分は、別
途用意した好ましくはセラミックグリーンシート16と
同じ材料からなり導体材料が充填されたビアホール11
8が形成された所望数のセラミックグリーンシートを準
備し、それらを順次、積層・圧着してセラミックグリー
ン基体602を形成する。そして、それらセラミックグ
リーン積層体601とセラミックグリーン基体602と
を位置合わせして積層・圧着し、焼成一体化して焼成積
層体603を得る(図17(e))。次いで、図17
(f)に示される切断線350、切込み線351に沿っ
て、ダイシング加工、スライシング加工、ワイヤーソー
加工等の手段によって不要部分を切除し、図17(g)
に示される個割の圧電/電歪体4を得る。その後、必要
に応じて分極処理を行い、マトリクス型アクチュエータ
を完成する。切込及び切除加工の際には、スリット5に
後で除去可能な樹脂等を充填し、加工時の破損防止を図
ることが好ましい。セラミックグリーンシート16,1
14,115等の位置合わせ及び積層方法として、上記
した打抜同時積層法を用いることが好ましいのはいうま
でもない。On the other hand, the portion to be the ceramic base is a via hole 11 which is separately prepared, preferably made of the same material as the ceramic green sheet 16 and filled with a conductor material.
A desired number of ceramic green sheets having No. 8 formed thereon are prepared, and these are sequentially laminated and pressure-bonded to form a ceramic green substrate 602. Then, the ceramic green laminated body 601 and the ceramic green base body 602 are aligned, laminated, pressure-bonded, and fired and integrated to obtain a fired laminated body 603 (FIG. 17E). Then, in FIG.
An unnecessary portion is cut off along the cutting line 350 and the cutting line 351 shown in (f) by means such as dicing, slicing, and wire sawing.
The individual piezoelectric / electrostrictive bodies 4 shown in are obtained. After that, polarization processing is performed as necessary to complete the matrix type actuator. At the time of cutting and cutting, it is preferable to fill the slit 5 with a resin or the like that can be removed later to prevent damage during processing. Ceramic green sheet 16,1
It goes without saying that the above-mentioned simultaneous punching and laminating method is preferably used as the positioning and laminating method for 14, 115 and the like.
【0110】 又、上記した図14、図15、図16に
示される製造方法で、圧電/電歪体側面への電極形成の
方法としては、スパッタリング、真空蒸着、CVD、メ
ッキ、塗布、スプレー等で行うことが出来、この際、一
対の電極が短絡しないようにマスキングを施したのち、
実施することがよい。更に、各圧電/電歪素子の初期高
さを厳密に一定とする場合、作用面の平坦度を上げ、対
象に対して効果的に作用出来るようにする、更に勿論作
用面を鏡面とする、等の目的で、図示されている切除工
程の前、若しくは、後に、研磨を実施することも好まし
い。この研磨工程を実施する場合、上記した電極形成の
際のマスキング処理は必ずしも必要としない場合があ
る。例えば全面に電極を形成しておいて、研磨によって
それらを断線させれば、一対の電極が出来あがる。従っ
てマスキングは必要なく、作用面の形成と一対の電極の
形成とが同時に出来、好ましい。In the manufacturing method shown in FIGS. 14, 15, and 16 described above, as a method of forming electrodes on the side surface of the piezoelectric / electrostrictive body, sputtering, vacuum deposition, CVD, plating, coating, spraying, etc. In this case, after masking so that the pair of electrodes does not short-circuit,
It is good practice. Furthermore, when the initial height of each piezoelectric / electrostrictive element is made strictly constant, the flatness of the working surface is increased so that it can effectively act on the object. Of course, the working surface is a mirror surface. For the purposes such as the above, it is also preferable to carry out polishing before or after the illustrated cutting step. When this polishing step is carried out, the masking treatment at the time of forming the electrodes may not always be necessary. For example, by forming electrodes on the entire surface and breaking them by polishing, a pair of electrodes is completed. Therefore, masking is not necessary, and the working surface and the pair of electrodes can be formed at the same time, which is preferable.
【0111】 尚、研磨においては、この一対の電極を
形成する目的の他、図22及び図23に示されるマトリ
クス型アクチュエータのように、壁部と圧電/電歪素子
との高さが異なる態様を形成するためにも採用出来る。
即ち、一対の電極を形成した後、この一対の電極に電圧
を印加し圧電/電歪素子を作動させた状態で研磨をする
ことにより、例えば、作動状態で収縮するタイプである
第1のマトリクス型アクチュエータに適用すれば、図2
2に示されるマトリクス型アクチュエータのような態様
が実現出来、一方、作動状態で伸長するタイプである第
2のマトリクス型アクチュエータに適用すれば、図23
に示されるマトリクス型アクチュエータのような態様が
実現出来る。In the polishing, in addition to the purpose of forming the pair of electrodes, a mode in which the heights of the wall portion and the piezoelectric / electrostrictive element are different, as in the matrix type actuator shown in FIGS. 22 and 23. Can also be used to form
That is, after forming a pair of electrodes, a voltage is applied to the pair of electrodes and polishing is performed while the piezoelectric / electrostrictive element is operated, so that, for example, a first matrix that is a type that contracts in the operating state. If applied to the type actuator,
A mode such as the matrix type actuator shown in FIG. 2 can be realized, and when applied to the second matrix type actuator which is a type that expands in the operating state, FIG.
A mode such as the matrix type actuator shown in FIG.
【0112】 加えて、図14、図15に従う第1のマ
トリクス型アクチュエータでは、第2のマトリクス型ア
クチュエータとは異なり、そのセラミックグリーンシー
トの厚みと印加電圧とは無関係なので、作業性と打ち抜
き時の断面形状が満足する範囲で、厚肉なセラミックグ
リーンシートを用いることが出来る。従って、積層数が
削減出来、製造工数的にも有利なアクチュエータ構造で
ある。In addition, in the first matrix type actuator according to FIGS. 14 and 15, unlike the second matrix type actuator, since the thickness of the ceramic green sheet and the applied voltage are irrelevant, workability and punching A thick ceramic green sheet can be used as long as the cross-sectional shape is satisfied. Therefore, the number of laminated layers can be reduced, and the actuator structure is advantageous in terms of manufacturing man-hours.
【0113】 以上、マトリクス型アクチュエータの実
施形態、製造方法について説明してきたが、二次元の配
列については、それぞれ直交した配列に限らず、その交
差角は30°であっても、45°であってもよく、目
的、用途によって決定されるものである。セラミック基
体の厚みは、その上に形成される圧電/電歪素子が発生
した応力を受けても変形しない程度であればよい。加え
て、セラミック基体の強度、アクチュエータのハンドリ
ング性、等を改善する目的で、他の部材をセラミック基
体に接合することも好ましい。又、圧電/電歪素子の作
用面は、圧電/電歪体表面をそのまま利用することでも
よいが、作用対象の硬さ、使用頻度等に応じ、別体から
なる部材を接合して作用面としてもよい。加えて、各圧
電/電歪素子駆動用の電極端子について、セラミック基
体の背面に形成することを主に説明してきたが、勿論、
圧電/電歪素子形成面に設けてもよい。更に、セラミッ
ク基体背面に電極端子を形成している場合には、圧電/
電歪素子駆動用ドライバIC等を実装したプリント板
を、その電極端子に実装することも好ましい。Although the embodiment and the manufacturing method of the matrix type actuator have been described above, the two-dimensional array is not limited to the orthogonal arrays, and the intersection angle thereof is 45 ° even if it is 30 °. It may be determined depending on the purpose and application. The thickness of the ceramic substrate may be such that it does not deform even when subjected to the stress generated by the piezoelectric / electrostrictive element formed thereon. In addition, it is also preferable to bond other members to the ceramic substrate for the purpose of improving the strength of the ceramic substrate, the handling property of the actuator, and the like. The surface of the piezoelectric / electrostrictive element may be the surface of the piezoelectric / electrostrictive body as it is. May be In addition, although it has been mainly described that the electrode terminals for driving each piezoelectric / electrostrictive element are formed on the back surface of the ceramic substrate, of course,
You may provide on the piezoelectric / electrostrictive element formation surface. Further, when the electrode terminals are formed on the back surface of the ceramic substrate, the piezoelectric /
It is also preferable that a printed board on which a driver IC for driving the electrostrictive element or the like is mounted is mounted on its electrode terminal.
【0114】 以下に、本発明のマトリクス型アクチュ
エータに用いられる材料について説明する。先ず、駆動
部である圧電/電歪体の材料、即ち、圧電/電歪材料に
ついて説明する。Materials used for the matrix type actuator of the present invention will be described below. First, the material of the piezoelectric / electrostrictive body that is the driving unit, that is, the piezoelectric / electrostrictive material will be described.
【0115】 圧電/電歪材料としては、圧電効果若し
くは電歪効果等の電界誘起歪みを起こす材料であれば、
問われるものではない。結晶質でも非晶質でもよく、
又、半導体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。用途に応じて適宜選択し採用すればよい。又、分極
処理が必要な材料であっても必要がない材料であっても
よい。更には、セラミックスに限定されず、PVDF
(ポリフッ化ビニリデン)等の高分子からなる圧電材
料、又は、これら高分子とセラミックスの複合体であっ
てもよい。但し、この場合は、高分子材料の耐熱性の点
から、焼成して素子を形成するというものではなく、高
分子材料の熱硬化程度の熱処理を施すことにより素子を
形成する。しかしながら、材料強度面に優れるセラミッ
クスとすることにより、本発明の特徴である高アスペク
ト比な構成を有利に実施出来るとともに、発生変位並び
に発生応力を効果的に作用させることが出来る。更に、
材料特性に優れるセラミックスは、高アスペクト比な構
成と相まって、低電圧駆動で高特性な圧電/電歪素子と
する上で好ましい。As the piezoelectric / electrostrictive material, if a material that causes an electric field-induced strain such as a piezoelectric effect or an electrostrictive effect,
It is not a question. It may be crystalline or amorphous,
It is also possible to use semiconductor ceramics, ferroelectric ceramics, or antiferroelectric ceramics. It may be appropriately selected and adopted according to the application. Further, the material may or may not require polarization treatment. Furthermore, it is not limited to ceramics, but PVDF
It may be a piezoelectric material made of a polymer such as (polyvinylidene fluoride), or a composite of these polymers and ceramics. However, in this case, from the viewpoint of the heat resistance of the polymer material, the element is not formed by firing, but the element is formed by subjecting the polymer material to a heat treatment to the extent of thermosetting. However, by using ceramics having excellent material strength, the structure having a high aspect ratio, which is a feature of the present invention, can be advantageously implemented, and generated displacement and generated stress can be effectively applied. Furthermore,
Ceramics, which are excellent in material characteristics, are preferable in combination with a structure having a high aspect ratio, in order to form a piezoelectric / electrostrictive element that is driven at low voltage and has high characteristics.
【0116】 具体的なセラミックス材料としては、圧
電セラミックス若しくは電歪セラミックスとして、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(BNT
系)、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、混合物あるいは固溶体とし
て含有するセラミックスが挙げられる。Specific ceramic materials include, as piezoelectric ceramics or electrostrictive ceramics, lead zirconate, lead titanate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate, lead zinc niobate, lead manganese niobate, and antimony stannate. Lead, lead manganese tungstate,
Lead cobalt niobate, barium titanate, sodium bismuth titanate, bismuth neodymium titanate (BNT
Ceramics, containing potassium sodium niobate, strontium bismuth tantalate, etc., alone or as a mixture or solid solution.
【0117】 これらのセラミックスは、圧電/電歪体
を構成するセラミックス成分中に50重量%以上を占め
る主成分であることが好ましく、特に、高い電気機械結
合係数と圧電定数を有し、焼成工程を経ても安定した材
料組成のものが得られ易い点において、ジルコン酸チタ
ン酸鉛(PZT系)を主成分とする材料、マグネシウム
ニオブ酸鉛(PMN系)を主成分とする材料、ニッケル
ニオブ酸鉛(PNN系)を主成分とする材料、ジルコン
酸鉛とチタン酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛の混合物あ
るいは固溶体を主成分とする材料、ジルコン酸鉛とチタ
ン酸鉛とニッケルニオブ酸鉛の混合物あるいは固溶体を
主成分とする材料若しくは、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に用いられる。These ceramics are preferably the main components which account for 50% by weight or more in the ceramic components constituting the piezoelectric / electrostrictive body, and in particular, have a high electromechanical coupling coefficient and piezoelectric constant, In terms of easily obtaining a stable material composition even after passing through, a material containing lead zirconate titanate (PZT type) as a main component, a material containing lead magnesium niobate (PMN type) as a main component, and nickel niobate Lead (PNN) -based material, lead zirconate / lead titanate / lead magnesium niobate mixture or solid solution-based material, lead zirconate / lead titanate / lead nickel niobate mixture or A material containing a solid solution as a main component or a material containing sodium bismuth titanate as a main component is preferably used.
【0118】 更に、上記材料に、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、セリウム、
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
化物等を、単独で若しくは混合して、添加したセラミッ
クスを用いてもよい。例えば、主成分であるジルコン酸
鉛とチタン酸鉛及びマグネシウムニオブ酸鉛にランタン
やストロンチウムを含有させることにより、抗電界や圧
電特性を調整可能となる等の利点を得られる場合があ
る。Furthermore, lanthanum, calcium, strontium, molybdenum, tungsten, barium, niobium, zinc, nickel, manganese, cerium,
Ceramics to which oxides such as cadmium, chromium, cobalt, antimony, iron, yttrium, tantalum, lithium, bismuth, and tin are added alone or in a mixture may be used. For example, the incorporation of lanthanum or strontium into lead zirconate, lead titanate, and lead magnesium niobate, which are the main components, may provide advantages such as adjustment of coercive electric field and piezoelectric characteristics.
【0119】 反強誘電体セラミックスとしては、ジル
コン酸鉛を主成分とするセラミックス、ジルコン酸鉛と
スズ酸鉛の混合物あるいは固溶体からなる成分を主成分
とするセラミックス、ジルコン酸鉛を主成分とし酸化ラ
ンタンを添加したセラミックス、又はジルコン酸鉛とス
ズ酸鉛の混合物あるいは固溶体を主成分とし、ニオブ酸
鉛を添加したセラミックス等が挙げられる。又、セラミ
ック基体の材料としては、圧電/電歪体と熱処理乃至焼
成により一体化出来るものであればよいが、好ましくは
一体化する圧電/電歪体と成分が同等なもの、より好ま
しくは成分並びに組成ともに同一な材料であることが望
ましい。As the antiferroelectric ceramics, a ceramic containing lead zirconate as a main component, a ceramic containing a mixture of lead zirconate and lead stannate or a component consisting of a solid solution as a main component, and an oxide containing lead zirconate as a main component are oxidized. Examples thereof include lanthanum-added ceramics, ceramics containing lead zirconate and lead stannate as a main component or a solid solution, and lead niobate added thereto. The material of the ceramic substrate may be any material that can be integrated with the piezoelectric / electrostrictive body by heat treatment or firing, but preferably has the same composition as the integrated piezoelectric / electrostrictive body, and more preferably the component. Also, it is desirable that the materials have the same composition.
【0120】 尚、セラミックス結晶粒の平均粒径は、
駆動部たる圧電/電歪体の機械的強度を重視する設計に
おいては、0.05〜2μmであることが好ましい。駆
動部たる圧電/電歪体の機械的強度が高められるからで
ある。駆動部たる圧電/電歪体の伸縮特性を重視する設
計においては、結晶粒の平均粒径は、1〜7μmである
ことが好ましい。高い圧電/電歪特性を得られるからで
ある。The average grain size of the ceramic crystal grains is
In a design that places importance on the mechanical strength of the piezoelectric / electrostrictive body that is the drive unit, the thickness is preferably 0.05 to 2 μm. This is because the mechanical strength of the piezoelectric / electrostrictive body, which is the drive unit, is enhanced. In the design that emphasizes the expansion / contraction characteristics of the piezoelectric / electrostrictive body that is the drive unit, the average grain size of the crystal grains is preferably 1 to 7 μm. This is because high piezoelectric / electrostrictive characteristics can be obtained.
【0121】 圧電/電歪素子に付帯する部分の材料
(蓋板、弁体部等)については、圧電/電歪体の材料と
熱膨張率が近いことが好ましく、特にセラミックスから
なり、積層焼成により圧電/電歪体と一体化することが
好ましいが、圧電/電歪体の材料と同一のセラミックス
でもよいし、異なっていてもよい。又、その役割によっ
て求められる硬度等の好ましい性質が変わるため、セラ
ミックスでなくてもかまわない。例えば、ゴム、有機樹
脂、有機接着フイルム、ガラス、金属等でもよい。更
に、これらにフィラーを混ぜて硬化収縮を抑制したもの
も有効である。セラミックスを採用する場合には、例え
ば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウ
ム、酸化マグネシウム、酸化チタン、スピネル、ムライ
ト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、これらの混
合物等を用いることが出来る。The material (cover plate, valve body, etc.) of the portion incidental to the piezoelectric / electrostrictive element preferably has a coefficient of thermal expansion close to that of the material of the piezoelectric / electrostrictive element. Therefore, it is preferable to be integrated with the piezoelectric / electrostrictive body, but the same ceramic as the material of the piezoelectric / electrostrictive body may be used, or different materials may be used. Moreover, since the desired properties such as hardness are changed depending on the role, it does not have to be ceramics. For example, rubber, organic resin, organic adhesive film, glass, metal or the like may be used. Further, it is also effective to add a filler to these to suppress curing shrinkage. When ceramics are used, for example, stabilized zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, spinel, mullite, aluminum nitride, silicon nitride, glass, a mixture thereof, or the like can be used.
【0122】 電極の材料としては、その形成工程によ
り好適な範囲は変わるが、圧電/電歪材料と同時に焼成
される場合には、高温酸化雰囲気に耐えられる導体であ
ることが必要であり、それを満足すれば特に規制される
ものではなく、例えば金属単体であっても、合金であっ
てもよく、又、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸
化チタン、酸化セリウム等の絶縁性セラミックスと金属
単体、若しくはその合金との混合物であっても、何ら差
し支えない。より好ましくは、白金、パラジウム、ロジ
ウム等の高融点貴金属類、あるいは銀−パラジウム、銀
−白金、白金−パラジウム等の合金を主成分とする電極
材料、あるいは白金と基体材料や例えば圧電/電歪材料
との混合物並びにそのサーメット材料が好適に用いられ
る。特に、本発明におけるセラミック基体のビアホール
を埋める導体の材料としては、セラミック基体と一括し
て焼成した場合でも断線が生じ難く、又、セラミック基
体との接合力が得られるが故に、基体材料と高融点貴金
属類との混合物並びにそのサーメット材料が好適に用い
られる。The preferable range of the electrode material varies depending on the forming process, but when it is fired at the same time as the piezoelectric / electrostrictive material, it must be a conductor that can withstand a high temperature oxidizing atmosphere. It is not particularly limited as long as it satisfies the condition, and may be, for example, a simple metal or an alloy, and insulating ceramics such as zirconium oxide, hafnium oxide, titanium oxide, and cerium oxide, and a simple metal, or It does not matter even if it is a mixture with the alloy. More preferably, a high melting point noble metal such as platinum, palladium, rhodium, or an electrode material containing an alloy such as silver-palladium, silver-platinum, or platinum-palladium as a main component, or platinum and a base material, for example, piezoelectric / electrostrictive. Mixtures with materials as well as cermet materials thereof are preferably used. In particular, as the material of the conductor that fills the via hole of the ceramic substrate in the present invention, disconnection is unlikely to occur even when fired together with the ceramic substrate, and since a bonding force with the ceramic substrate can be obtained, it is highly compatible with the substrate material. A mixture with a melting point noble metal and its cermet material are preferably used.
【0123】 一方、圧電/電歪体焼成後に形成可能な
電極、例えば、第1のマトリクス型アクチュエータにお
ける圧電/電歪体の側面に形成される電極、について
は、常温で固体であればよく、上記した電極材料に加
え、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、
銀、スズ、タンタル、タングステン、金、鉛等の金属単
体、あるいは、これらの合金も採用出来る。On the other hand, the electrodes that can be formed after firing the piezoelectric / electrostrictive body, for example, the electrodes formed on the side surfaces of the piezoelectric / electrostrictive body in the first matrix type actuator, may be solid at room temperature, In addition to the above electrode materials, aluminum, titanium, chromium, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, niobium, molybdenum, ruthenium,
A single metal such as silver, tin, tantalum, tungsten, gold and lead, or an alloy thereof can be used.
【0124】 そして、これらの材料を用いて、スパッ
タリング、真空蒸着、CVD、メッキ、等により、電極
を形成することが出来る。又、材料の元素を含む有機金
属化合物(レジネート)を用いて、塗布乃至スプレーに
より塗膜を形成し、その後、熱処理を施すことによって
目的の材料からなる電極を得ることも可能である。Then, using these materials, an electrode can be formed by sputtering, vacuum deposition, CVD, plating, or the like. Further, it is also possible to obtain an electrode made of a target material by forming a coating film by coating or spraying using an organometallic compound (resinate) containing the element of the material and then performing heat treatment.
【0125】[0125]
【発明の効果】 以上、詳述したように、本発明によれ
ば、従来の課題が解決され、より低電圧で大変位が得ら
れ、応答速度が高く、且つ、発生力が大きく、又、実装
性に優れ、高集積化が可能であるマトリクス型の圧電/
電歪アクチュエータ、並びに、その製造方法が提供され
る。そして、このマトリクス型アクチュエータは、光変
調器、光スイッチ、電気スイッチ、マイクロリレー、マ
イクロバルブ、搬送装置、ディスプレイ及びプロジェク
タ等の画像表示装置、画像描画装置、マイクロポンプ、
液滴吐出装置、更には、微小混合装置、微小撹拌装置、
微小反応装置、等に好ましく適用することが可能であ
る。As described above in detail, according to the present invention, the conventional problems are solved, large displacement can be obtained at a lower voltage, the response speed is high, and the generated force is large. Matrix-type piezoelectric that has excellent mountability and can be highly integrated
Provided are an electrostrictive actuator and a manufacturing method thereof. The matrix type actuator includes an optical modulator, an optical switch, an electric switch, a micro relay, a micro valve, a carrier device, an image display device such as a display and a projector, an image drawing device, a micro pump,
Droplet ejector, further fine mixing device, fine stirring device,
It can be preferably applied to a minute reaction device and the like.
【図1】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータの
一実施形態を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a matrix type actuator according to the present invention.
【図2】 従来の圧電/電歪アクチュエータの適用例を
示す垂直断面図であり、図2(a)は適用例である光ス
イッチにおいてアクチュエータ部作動状態を表し、図2
(b)は適用例である光スイッチにおいてアクチュエー
タ部非作動状態を表す。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing an application example of a conventional piezoelectric / electrostrictive actuator, and FIG. 2A shows an actuator part operating state in an optical switch which is an application example.
(B) represents an actuator part non-operation state in the optical switch which is an application example.
【図3】 圧電/電歪アクチュエータの一実施形態を示
す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of a piezoelectric / electrostrictive actuator.
【図4】 圧電/電歪アクチュエータの一実施形態を示
す垂直断面図である。FIG. 4 is a vertical sectional view showing an embodiment of a piezoelectric / electrostrictive actuator.
【図5】 圧電/電歪アクチュエータの他の実施形態を
示す垂直断面図である。FIG. 5 is a vertical sectional view showing another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive actuator.
【図6】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータの
適用例を示す図であり、図6(a)は適用例であるマイ
クロバルブにおけるアクチュエータ部分の斜視図を示
し、図6(b)は適用例であるマイクロバルブの作動状
態を模式的に示す垂直断面図である。6A and 6B are views showing an application example of the matrix type actuator according to the present invention, FIG. 6A shows a perspective view of an actuator portion in a microvalve which is an application example, and FIG. 6B shows an application example. FIG. 6 is a vertical cross-sectional view schematically showing an operating state of a certain microvalve.
【図7】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータの
適用例を示す図であり、図7(a)は適用例である光ス
イッチの平面図であり、図7(b)は図7(a)のAA
断面を示す図である。7A and 7B are diagrams showing an application example of the matrix type actuator according to the present invention, FIG. 7A is a plan view of an optical switch as an application example, and FIG. 7B is a plan view of FIG. 7A. AA
It is a figure which shows a cross section.
【図8】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータの
他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing another embodiment of the matrix type actuator according to the present invention.
【図9】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータの
更に他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing still another embodiment of the matrix type actuator according to the present invention.
【図10】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の更に他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing still another embodiment of the matrix type actuator according to the present invention.
【図11】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の更に他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing still another embodiment of the matrix type actuator according to the present invention.
【図12】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の更に他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 12 is a perspective view showing still another embodiment of the matrix type actuator according to the present invention.
【図13】 図13(a)、(b)は本発明に係るマト
リクス型アクチュエータの一実施形態を示す垂直断面図
である。13 (a) and 13 (b) are vertical sectional views showing an embodiment of a matrix type actuator according to the present invention.
【図14】 図14(a)〜図14(f)は本発明のマ
トリクス型アクチュエータに係る製造方法の一例を示す
説明図である。14 (a) to 14 (f) are explanatory views showing an example of a method for manufacturing a matrix type actuator of the present invention.
【図15】 図15(a)〜図15(f)は本発明のマ
トリクス型アクチュエータに係る製造方法の他の一例を
示す説明図である。15 (a) to 15 (f) are explanatory views showing another example of the manufacturing method of the matrix type actuator of the present invention.
【図16】 図16(a)〜図16(g)は本発明のマ
トリクス型アクチュエータに係る製造方法の更に他の一
例を示す説明図である。16 (a) to 16 (g) are explanatory views showing still another example of the manufacturing method of the matrix type actuator of the present invention.
【図17】 図17(a)〜図17(g)は本発明のマ
トリクス型アクチュエータに係る製造方法の更に他の一
例を示す説明図である。17 (a) to 17 (g) are explanatory views showing still another example of the manufacturing method of the matrix type actuator of the present invention.
【図18】 本発明のマトリクス型アクチュエータに係
る製造方法において、セラミックグリーンシートの打抜
同時積層を行う方法の一実施形態を示す工程説明図であ
り、図18(a)は、ダイに最初のセラミックグリーン
シートを載せた1枚目準備工程を示し、図18(b)
は、最初のセラミックグリーンシートの打ち抜き工程を
示し、図18(c)は、2枚目のセラミックグリーンシ
ートを載せた2枚目準備工程を示し、図18(d)は、
2枚目のセラミックグリーンシートの打ち抜き工程を示
し、図18(e)は、全シートの打ち抜き、積層を終え
てストリッパにより積層したセラミックグリーンシート
を離す打抜完了工程を示す図である。FIG. 18 is a process explanatory view showing an embodiment of a method of simultaneously punching and laminating ceramic green sheets in the manufacturing method of the matrix type actuator of the present invention, and FIG. FIG. 18B shows the first sheet preparation process on which the ceramic green sheet is placed.
Shows the first punching process of the ceramic green sheet, FIG. 18 (c) shows the second preparation process with the second ceramic green sheet, and FIG. 18 (d) shows
FIG. 18E shows a punching process of the second ceramic green sheet, and FIG. 18E is a diagram showing a punching completion process of finishing the punching and stacking of all the sheets and separating the stacked ceramic green sheets by the stripper.
【図19】 図14(a)〜図14(f)に示す本発明
のマトリクス型アクチュエータに係る製造方法におい
て、図19(a)は図14(c)のB点方向から見た垂
直断面図であり、図19(b)は図19(a)のM部の
断面拡大模式図である。FIG. 19A is a vertical cross-sectional view as seen from the direction of the point B in FIG. 14C in the method of manufacturing the matrix type actuator of the present invention shown in FIGS. 14A to 14F. FIG. 19B is an enlarged schematic cross-sectional view of the M portion of FIG. 19A.
【図20】 焼成後にスリット加工する従来の圧電/電
歪アクチュエータの製造方法において、図20(a)は
被加工体を側面から見た断面図であり、図20(b)は
図20(a)のN部の断面拡大模式図である。20A and 20B are cross-sectional views of a workpiece when viewed from the side in a conventional method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive actuator in which slit processing is performed after firing, and FIG. FIG. 4B is an enlarged schematic view of the N portion of FIG.
【図21】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の更に他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 21 is a perspective view showing still another embodiment of the matrix type actuator according to the present invention.
【図22】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の更に他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 22 is a perspective view showing still another embodiment of the matrix type actuator according to the present invention.
【図23】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の更に他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 23 is a perspective view showing still another embodiment of the matrix type actuator according to the present invention.
【図24】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の更に他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 24 is a perspective view showing still another embodiment of the matrix type actuator according to the present invention.
【図25】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の更に他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 25 is a perspective view showing still another embodiment of the matrix type actuator according to the present invention.
【図26】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の更に他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 26 is a perspective view showing still another embodiment of the matrix type actuator according to the present invention.
【図27】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の更に他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 27 is a perspective view showing still another embodiment of the matrix type actuator according to the present invention.
【図28】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の更に他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 28 is a perspective view showing still another embodiment of the matrix type actuator according to the present invention.
【図29】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の適用例である光スイッチの他の実施形態を示す斜視図
である。FIG. 29 is a perspective view showing another embodiment of an optical switch that is an application example of the matrix actuator according to the present invention.
【図30】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の適用例である光スイッチの実施形態を示す断面図であ
り、図29のCC断面を表す図である。FIG. 30 is a cross-sectional view showing an embodiment of an optical switch that is an application example of the matrix type actuator according to the present invention, and is a view showing a CC cross section of FIG. 29.
【図31】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の適用例である光スイッチの更に他の実施形態を示す断
面図である。FIG. 31 is a cross-sectional view showing still another embodiment of an optical switch that is an application example of the matrix actuator according to the present invention.
【図32】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の適用例である光スイッチの更に他の実施形態を示す断
面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view showing still another embodiment of an optical switch which is an application example of the matrix type actuator according to the present invention.
【図33】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の適用例である光スイッチの更に他の実施形態を示す断
面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view showing still another embodiment of an optical switch that is an application example of the matrix actuator according to the present invention.
【図34】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の適用例である光反射機構の一実施形態を示す斜視図で
ある。FIG. 34 is a perspective view showing an embodiment of a light reflection mechanism which is an application example of the matrix type actuator according to the present invention.
【図35】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の適用例である光反射機構の実施形態を示す断面図であ
り、図34のDD断面の一部を表す図である。FIG. 35 is a cross-sectional view showing an embodiment of a light reflection mechanism that is an application example of the matrix actuator according to the present invention, and is a view showing a part of the DD cross section of FIG. 34.
【図36】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の適用例である光反射機構の実施形態を示す断面図であ
り、図34のDD断面の一部を表す図である。FIG. 36 is a cross-sectional view showing an embodiment of a light reflecting mechanism that is an application example of the matrix actuator according to the present invention, and is a view showing a part of the DD cross section of FIG. 34.
【図37】 本発明に係るマトリクス型アクチュエータ
の更に他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 37 is a perspective view showing still another embodiment of the matrix type actuator according to the present invention.
1,80,90,100,110,120,210,2
20,230,240,250,260,270,28
0,370…マトリクス型アクチュエータ、2,27
2,372、472…セラミック基体、3…セル、4,
14…圧電/電歪体、5…スリット、6…側壁、7…平
板、8…壁部、9…溝部、10…パンチ、11…ストリ
ッパ、12…ダイ、15…スリット孔、16,16a,
16b,16c,111,113,114,115,1
16,117…グリーンシート、17…引離治具、1
8,19…電極、20,21,321…電極端子、2
2,23,24,112…ビアホール、25…方形孔、
28,29…共通電極、31,32,33,34,3
5,36,37,37a,37b,37c,38,3
9,40,41,42,43,44,45,46,29
2,392…圧電/電歪素子、48,49…内部電極、
58,59…配線、61,71,211,291,39
1…アクチュエータ部、62…弁座板、63…開口部、
64…弁座部、65…マイクロバルブ、66…弁体部、
67…流体、68…中継部材、69…電極、72…基
板、73…方向性結合器、74…光干渉計、75…光変
調器、77…光導波路、77a,77b,177a,1
77b…光導波路コア部、77c…光導波路クラッド
部、101…光反射面、102…反射面、118,11
9…ビアホール(導電材料が充填されたもの)、12
8,129…スルーホール、143…隔壁、144…基
体、145,155…圧電/電歪アクチュエータ、15
6…方形開口、172…積層焼成体、177…光導波路
部材、178…圧電/電歪素子、191…マイクロクラ
ック、192…粒内破壊セラミック結晶粒子、193…
セラミック結晶粒子、200,290…光スイッチ、2
01,281…光伝達部、202,204,205…光
伝達経路、208,298a,298b,298c,2
98d…光路変更部、209…光導入部材、210…光
反射部材、218…振動板、219…側壁、221,2
22,223,224…光、276,286…光導波路
固定部、294…光導波路支持部、301,401,5
01,601…セラミックグリーン積層体、302,4
02,502,602…セラミックグリーン基体、30
3,403,503,603…積層焼成体、311…光
反射板、312…光反射板支持部、313…光反射部、
340…光反射機構、350…切断線、351…切込み
線、371…配線基板、P…分極電界方向、E…駆動電
界方向、S…変位方向。1,80,90,100,110,120,210,2
20, 230, 240, 250, 260, 270, 28
0,370 ... Matrix type actuator, 2,27
2, 372, 472 ... Ceramic substrate, 3 ... Cell, 4,
14 ... Piezoelectric / electrostrictive body, 5 ... Slit, 6 ... Side wall, 7 ... Flat plate, 8 ... Wall section, 9 ... Groove section, 10 ... Punch, 11 ... Stripper, 12 ... Die, 15 ... Slit hole, 16, 16a,
16b, 16c, 111, 113, 114, 115, 1
16, 117 ... Green sheet, 17 ... Separation jig, 1
8, 19 ... Electrodes, 20, 21, 321 ... Electrode terminals, 2
2, 23, 24, 112 ... via hole, 25 ... square hole,
28, 29 ... Common electrodes, 31, 32, 33, 34, 3
5,36,37,37a, 37b, 37c, 38,3
9, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 29
2, 392 ... Piezoelectric / electrostrictive element, 48, 49 ... Internal electrodes,
58, 59 ... Wiring, 61, 71, 211, 291, 39
1 ... Actuator part, 62 ... Valve seat plate, 63 ... Opening part,
64 ... Valve seat portion, 65 ... Micro valve, 66 ... Valve body portion,
67 ... Fluid, 68 ... Relay member, 69 ... Electrode, 72 ... Substrate, 73 ... Directional coupler, 74 ... Optical interferometer, 75 ... Optical modulator, 77 ... Optical waveguide, 77a, 77b, 177a, 1
77b ... Optical waveguide core portion, 77c ... Optical waveguide cladding portion, 101 ... Light reflecting surface, 102 ... Reflecting surface, 118, 11
9 ... Via hole (filled with conductive material), 12
8, 129 ... Through hole, 143 ... Partition wall, 144 ... Substrate, 145, 155 ... Piezoelectric / electrostrictive actuator, 15
6 ... Square opening, 172 ... Laminated fired body, 177 ... Optical waveguide member, 178 ... Piezoelectric / electrostrictive element, 191 ... Microcrack, 192 ... Intragranular fracture ceramic crystal grain, 193 ...
Ceramic crystal particles, 200, 290 ... Optical switch, 2
01, 281 ... Optical transmission section, 202, 204, 205 ... Optical transmission path, 208, 298a, 298b, 298c, 2
98d ... Optical path changing part, 209 ... Light introducing member, 210 ... Light reflecting member, 218 ... Vibrating plate, 219 ... Side wall, 221, 2
22, 223, 224 ... Optical, 276, 286 ... Optical waveguide fixing portion, 294 ... Optical waveguide supporting portion, 301, 401, 5
01,601 ... Ceramic green laminated body, 302,4
02,502,602 ... Ceramic green substrate, 30
3, 403, 503, 603 ... Laminated fired body, 311 ... Light reflecting plate, 312 ... Light reflecting plate supporting portion, 313 ... Light reflecting portion,
340 ... Light reflection mechanism, 350 ... Cutting line, 351 ... Cutting line, 371 ... Wiring board, P ... Polarizing electric field direction, E ... Driving electric field direction, S ... Displacement direction.
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 41/09 H02N 2/00 B 41/22 H01L 41/08 J H02N 2/00 41/22 Z (31)優先権主張番号 特願2001−108986(P2001−108986) (32)優先日 平成13年4月6日(2001.4.6) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願2001−189718(P2001−189718) (32)優先日 平成13年6月22日(2001.6.22) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願2001−277206(P2001−277206) (32)優先日 平成13年9月12日(2001.9.12) (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 北村 和正 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 高橋 伸夫 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 木村 浩二 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 Fターム(参考) 2H041 AA16 AA17 AB14 AB19 AB38 AC08 AZ02 AZ08 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 41/09 H02N 2/00 B 41/22 H01L 41/08 J H02N 2/00 41/22 Z (31) Priority Claim number Japanese Patent Application 2001-108986 (P2001-108986) (32) Priority date April 6, 2001 (2001.4.6) (33) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claim number Special Demand 2001-189718 (P2001-189718) (32) Priority date June 22, 2001 (June 22, 2001) (33) Country of priority claim Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application 2001- 277206 (P2001-277206) (32) Priority date September 12, 2001 (September 12, 2001) (33) Priority claiming country Japan (JP) (72) Inventor Kazumasa Kitamura Suda, Mizuho-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture Town No. 56 No. 56 Nihon Insulators Co., Ltd. (72) Inventor Nobuo Takahashi No. 56 Suda, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Pref. 2-56 Machi Insulators of Nihon Insulator Co., Ltd. ) 2H041 AA16 AA17 AB14 AB19 AB38 AC08 AZ02 AZ08
Claims (18)
体と少なくとも一対の電極とからなる複数の圧電/電歪
素子が形成されてなり、前記圧電/電歪体の変位により
駆動する圧電/電歪アクチュエータであって、 前記複数の圧電/電歪素子が、前記セラミック基体とそ
れぞれ一体的に接合され、且つ、互いに独立して二次元
に整列配置されてなることを特徴とするマトリクス型ア
クチュエータ。1. A plurality of piezoelectric / electrostrictive elements including a piezoelectric / electrostrictive body and at least a pair of electrodes are formed on a thick ceramic substrate, and driven by displacement of the piezoelectric / electrostrictive body. A piezoelectric / electrostrictive actuator, wherein the plurality of piezoelectric / electrostrictive elements are integrally bonded to the ceramic base and are arranged two-dimensionally and independently of each other. Type actuator.
基体上に立設された前記圧電/電歪体の側面に前記電極
を形成してなる請求項1に記載のマトリクス型アクチュ
エータ。2. The matrix type actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric / electrostrictive element has the electrodes formed on the side surfaces of the piezoelectric / electrostrictive body standing on the ceramic substrate.
方向の断面において平行四辺形であり、前記電極が、前
記圧電/電歪体の断面の長辺を含む側面に形成されてな
る請求項2に記載のマトリクス型アクチュエータ。3. In the piezoelectric / electrostrictive element, a cross section of the piezoelectric / electrostrictive body is a parallelogram in a cross section parallel to the ceramic substrate, and the electrode is a cross section of the piezoelectric / electrostrictive body. The matrix type actuator according to claim 2, wherein the matrix type actuator is formed on a side surface including a long side of the.
果による変位に基づき、前記圧電/電歪素子が前記セラ
ミック基体主面に対して垂直方向に伸縮する請求項1〜
3の何れか一項に記載のマトリクス型アクチュエータ。4. The piezoelectric / electrostrictive element expands and contracts in a direction perpendicular to the main surface of the ceramic substrate based on the displacement of the piezoelectric / electrostrictive body due to the lateral effect of the electric field-induced strain.
3. The matrix type actuator according to any one of 3 above.
ち、前記電極が形成される壁面の結晶粒子状態は、粒内
破壊を受けている結晶粒子が1%以下である請求項2〜
4の何れか一項に記載のマトリクス型アクチュエータ。5. In the piezoelectric / electrostrictive body of the piezoelectric / electrostrictive element, the crystal grain state of the wall surface on which the electrode is formed is 1% or less of crystal grains that have undergone intragranular fracture. 2 to
4. The matrix type actuator according to any one of 4 above.
の輪郭度が、略8μm以下である請求項1〜5の何れか
一項に記載のマトリクス型アクチュエータ。6. The matrix type actuator according to claim 1, wherein a contour of the surface of the piezoelectric / electrostrictive body of the piezoelectric / electrostrictive element is approximately 8 μm or less.
面の表面粗さRtが、略10μm以下である請求項1〜
6の何れか一項に記載のマトリクス型アクチュエータ。7. The surface roughness Rt of the wall surface of the piezoelectric / electrostrictive body of the piezoelectric / electrostrictive element is about 10 μm or less.
6. The matrix type actuator according to any one of 6 above.
基体上に層状の圧電/電歪体と層状の前記電極とが交互
に複数層積層されてなる請求項1に記載のマトリクス型
アクチュエータ。8. The matrix type actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric / electrostrictive element is formed by alternately laminating a plurality of layered piezoelectric / electrostrictive bodies and the layered electrodes on the ceramic substrate.
果による変位に基づき、前記圧電/電歪素子が前記セラ
ミック基体主面に対して垂直方向に伸縮する請求項1又
は8に記載のマトリクス型アクチュエータ。9. The piezoelectric / electrostrictive element expands / contracts in the direction perpendicular to the main surface of the ceramic substrate based on the displacement of the piezoelectric / electrostrictive body due to the vertical effect of the electric field induced strain. Matrix actuator.
体からなる層の1層当たりの厚さが、100μm以下で
ある請求項8又は9に記載のマトリクス型アクチュエー
タ。10. The matrix type actuator according to claim 8, wherein the thickness of each layer of the piezoelectric / electrostrictive element of the piezoelectric / electrostrictive body is 100 μm or less.
体からなる層が、10乃至200層備わる請求項8〜1
0の何れか一項に記載のマトリクス型アクチュエータ。11. A layer comprising the piezoelectric / electrostrictive body of the piezoelectric / electrostrictive element comprises 10 to 200 layers.
0. The matrix type actuator according to any one of 0.
部が形成されてなる請求項1〜11の何れか一項に記載
のマトリクス型アクチュエータ。12. The matrix type actuator according to claim 1, wherein a wall portion is formed between the adjacent piezoelectric / electrostrictive elements.
ス、電歪セラミックス、反強誘電体セラミックスのうち
の何れかの材料、若しくは、これらと高分子圧電材料と
の複合材料からなる請求項1〜12の何れか一項に記載
のマトリクス型アクチュエータ。13. The piezoelectric / electrostrictive body is made of any material of piezoelectric ceramics, electrostrictive ceramics, antiferroelectric ceramics, or a composite material of these and a polymeric piezoelectric material. 13. The matrix type actuator according to any one of items 1 to 12.
素子を構成する圧電/電歪体とが同じ材料からなる請求
項1〜13の何れか一項に記載のマトリクス型アクチュ
エータ。14. The matrix type actuator according to claim 1, wherein the ceramic substrate and the piezoelectric / electrostrictive body forming the piezoelectric / electrostrictive element are made of the same material.
/電歪素子が配置される面とは反対側の面に、電極端子
が形成されてなり、前記電極と前記電極端子とが、前記
セラミック基体に形成されたスルーホール乃至ビアホー
ルを経由して配線されている請求項1〜14の何れか一
項に記載のマトリクス型アクチュエータ。15. An electrode terminal is formed on a surface of the ceramic base opposite to a surface on which the piezoelectric / electrostrictive element is arranged, and the electrode and the electrode terminal are formed on the ceramic base. The matrix type actuator according to any one of claims 1 to 14, wherein the matrix type actuator is wired via the through hole or the via hole.
歪体と少なくとも一対の電極とからなる複数の圧電/電
歪素子が、二次元に整列配置されてなるマトリクス型ア
クチュエータの製造方法であって、 圧電/電歪材料を主成分とする複数のセラミックグリー
ンシートを用意し、パンチとダイにより、前記複数のセ
ラミックグリーンシートの所定の位置に孔を開けて積層
し、前記孔が重なってなる貫通孔が形成されたセラミッ
クグリーン積層体を得る工程Aと、 後にセラミック基体を構成するセラミックグリーン基体
を準備する工程Bと、 前記セラミックグリーン積層体と前記セラミックグリー
ン基体とを積層した後に焼成一体化し、積層焼成体を得
る工程Cと、 前記積層焼成体のうち少なくとも前記工程Aで得たセラ
ミックグリーン積層体相当部分に切込みを入れる工程D
と、を有してなり、 セラミック基体上に、互いに独立した複数の圧電/電歪
体を形成する過程を含むことを特徴とするマトリクス型
アクチュエータの製造方法。16. A method for manufacturing a matrix type actuator, comprising: a plurality of piezoelectric / electrostrictive elements, each of which is composed of a piezoelectric / electrostrictive body and at least a pair of electrodes, arranged two-dimensionally on a thick ceramic substrate. Then, prepare a plurality of ceramic green sheets containing a piezoelectric / electrostrictive material as a main component, and punch and stack holes at predetermined positions of the plurality of ceramic green sheets with a punch and a die to stack the holes. Step A for obtaining a ceramic green laminated body having a through hole formed therein, Step B for preparing a ceramic green substrate that will later constitute a ceramic substrate, and firing and integration after laminating the ceramic green laminated body and the ceramic green substrate. To obtain a laminated fired body, and a ceramic green laminate obtained in at least the step A of the laminated fired body. Step D to put the cuts in a substantial portion
And a step of forming a plurality of piezoelectric / electrostrictive bodies independent of each other on a ceramic substrate.
第一の孔を開ける第一の工程と、前記第一の孔から前記
パンチを抜き取らない状態で、前記第一のセラミックグ
リーンシートをストリッパに密着させて引き上げる第二
の工程と、前記パンチの先端部が引き上げた前記第一の
グリーンシートの最下部より僅かに引き込む程度に、前
記パンチを引き上げる第三の工程と、 前記パンチにより、第二のセラミックグリーンシートに
第二の孔を開ける第四の工程と、前記第二の孔から前記
パンチを抜き取らない状態で、前記第二のグリーンシー
トを前記第一のセラミックグリーンシートとともに引き
上げる第五の工程と、前記パンチ先端部が引き上げた前
記第二のセラミックグリーンシートの最下部より僅かに
引き込む程度に、前記パンチを引き上げる第六の工程
と、 以降、複数枚のセラミックグリーンシートを第四の工程
から第六の工程を繰り返して積層し、孔が重なってなる
貫通孔が形成されたセラミックグリーン積層体を得る工
程である請求項16に記載のマトリクス型アクチュエー
タの製造方法。17. The step A comprises a first step of forming a first hole in the first ceramic green sheet with the punch, and a step of removing the punch from the first hole in the first step. A second step of bringing the ceramic green sheet into close contact with a stripper and pulling it up, and a third step of pulling up the punch to such an extent that the tip of the punch is slightly pulled in from the lowermost portion of the pulled up first green sheet, A fourth step of forming a second hole in the second ceramic green sheet with the punch, and the second green sheet with the first ceramic in a state in which the punch is not pulled out from the second hole. The fifth step of pulling up together with the green sheet, and the tip of the punch is slightly pulled from the bottom of the second ceramic green sheet pulled up. The sixth step of pulling up the punch to such an extent that the punch is inserted, and thereafter, a plurality of ceramic green sheets are repeatedly laminated from the fourth step to the sixth step, and a ceramic having through holes formed by overlapping holes is formed. The method for manufacturing a matrix type actuator according to claim 16, which is a step of obtaining a green laminated body.
前に、 前記積層焼成体の前記セラミックグリーン積層体相当部
分の貫通孔に、充填材を詰める工程を有する請求項16
に記載のマトリクス型アクチュエータの製造方法。18. A step of filling a through hole in a portion of the laminated fired body corresponding to the ceramic green laminate with a filler after the step C and before the step D.
A method for manufacturing the matrix-type actuator according to item 1.
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