(57)【要約】【課題】信頼性に優れた圧電アクチュエータと、それを含む駆動装置を提供すること。【解決手段】圧電体層２６と内部電極２７ａ，２７ｂとが交互に積層してある活性部２６ａと、第１および第２不活性部２６ｂ１，２６ｂ２とを有する素子本体２０と、素子本体２０の積層方向における一方の端面に接合されるシャフト４４と、を有する圧電アクチュエータ１０である。シャフト４４の横断面積をＳ１とし、活性部２６ａにおける積層方向に隣り合う一対の内部電極２７ａ，２７ｂの積層方向から見て重複する重複部分の面積をＳ２とし、シャフト４４と素子本体２０の第１不活性部２６ｂ１とのシャフト側接合部５０ａの横断面積をＳ３として、Ｓ２≧Ｓ１＞Ｓ３の関係が成り立つ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層と内部電極とが交互に積層してある活性部と、前記活性部の積層方向の一方の端に積層してある不活性部とを有する素子本体と、
前記素子本体の前記積層方向における一方の端面に接合される被駆動体と、を有する圧電アクチュエータであって、
前記被駆動体の横断面積をＳ１とし、
前記活性部における前記積層方向に隣り合う一対の前記内部電極の前記積層方向から見て重複する重複部分の面積をＳ２とし、
前記被駆動体と前記素子本体の前記不活性部との被駆動体側接合部の横断面積をＳ３として、
Ｓ２≧Ｓ１＞Ｓ３の関係が成り立つ圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記素子本体の前記積層方向における他方の端面に接合される固定部材をさらに有し、
前記固定部材と前記素子本体との固定側接合部の横断面積をＳ４として、
Ｓ４＞Ｓ２≧Ｓ１＞Ｓ３の関係が成り立つ請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記被駆動体と前記素子本体との接合部の周囲を樹脂が被覆してある請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記不活性部の外周面には、前記活性部から前記被駆動体側接合部に向けて横断面積が減少する傾斜部が形成してある請求項１〜３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータを有する駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータおよび圧電駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は、圧電効果および逆圧電効果を利用し、機械的な変位と電気的な変位とを相互に変換する素子である。このような圧電素子は、たとえば、圧電セラミックスを成形・焼成して素子本体を得た後、これに電極を形成し、さらに分極処理を施すことによって製造される。
【０００３】
圧電素子により得られる機械的変位は比較的微小であるため、圧電素子は、たとえば精密かつ正確な制御が要求される駆動装置として好適に利用される。より具体的には、レンズ駆動用、ＨＤＤのヘッド駆動用、インクジェットプリンタのヘッド駆動用、燃料噴射弁駆動用等の用途が挙げられる。
【０００４】
たとえば、圧電素子を用いた駆動装置としては、圧電素子からなる素子本体の端部に、駆動シャフトを取付けている圧電アクチュエータが知られている（特許文献１など参照）。しかしながら、従来の圧電アクチュエータでは、繰り返しの熱衝撃がシャフトと素子本体に加わる際に、素子本体にクラックや破損が生じるおそれがあった。すなわち、従来の圧電アクチュエータでは、信頼性の向上が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２８６０９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、信頼性に優れた圧電アクチュエータと、それを含む駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、信頼性に優れた圧電アクチュエータについて鋭意検討した結果、シャフトなどの被駆動体の横断面積と、素子本体における電極重なり部分の面積と、素子本体と被駆動体との接合部の横断面積との関係を所定の関係とすることで、素子本体のクラックや破損を防止することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧電アクチュエータは、
圧電体層と内部電極とが交互に積層してある活性部と、前記活性部の積層方向の一方の端に積層してある不活性部とを有する素子本体と、
前記素子本体の前記積層方向における一方の端面に接合される被駆動体と、を有する圧電アクチュエータであって、
前記被駆動体の横断面積をＳ１とし、
前記活性部における前記積層方向に隣り合う一対の前記内部電極の前記積層方向から見て重複する重複部分の面積をＳ２とし、
前記被駆動体と前記素子本体の前記不活性部との被駆動体側接合部の横断面積をＳ３として、
Ｓ２≧Ｓ１＞Ｓ３の関係が成り立つことを特徴とする。
【０００９】
本発明者等の新たな知見によれば、Ｓ１≦Ｓ３の場合には、繰り返しの熱衝撃がシャフトなどの被駆動体と素子本体に加わることで、素子本体に引っ張り応力が生じやすく、被駆動体と素子本体の線膨張差などに起因して素子本体にクラックを起こしやすい。また、Ｓ１＞Ｓ２の場合には、被駆動体の負荷が大きくなり、活性部の電極重複部で発生する駆動力で十分に被駆動体を駆動することができにくい傾向にある。
【００１０】
しかしながら、本発明の圧電アクチュエータでは、上述した関係が成り立つために、繰り返しの熱衝撃が被駆動体と素子本体に加わっても、素子本体にクラックや破損が生じ難くなる。また、活性部の電極重複部で発生する駆動力が、接合部を介して被駆動体に十分に伝達しやすくなる。これらの結果として、圧電アクチュエータの信頼性が向上する。
【００１１】
本発明に係る圧電アクチュエータは、前記素子本体の前記積層方向における他方の端面に接合される固定部材をさらに有してもよく、その場合には、前記固定部材と前記素子本体との固定側接合部の横断面積をＳ４として、Ｓ４＞Ｓ２≧Ｓ１＞Ｓ３の関係が成り立つことが好ましい。Ｓ４＞Ｓ２とすることで、素子本体の活性部で生じる駆動力が被駆動体に対して効率的に伝達し、圧電アクチュエータの信頼性が向上する。
【００１２】
前記被駆動体と前記素子本体との接合部の周囲を樹脂が被覆してあってもよい。前記被駆動体と前記素子本体との接合部の周囲に形成してある凹状隙間に樹脂が充填してあってもよい。樹脂は、前記被駆動体と前記素子本体とを接合するための接着剤を構成する樹脂と同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００１３】
前記不活性部の外周面には、前記活性部から前記被駆動体側接合部に向けて横断面積が減少する傾斜部が形成してあってもよい。傾斜部を形成することで、Ｓ２≧Ｓ１＞Ｓ３の関係が成り立ち易くなる。
【００１４】
本発明に係る駆動装置は、上記の圧電アクチュエータを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータを含むレンズ駆動装置の概略断面図である。
【図２】図２は図１に示す圧電アクチュエータの要部拡大断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは図１に示す圧電アクチュエータの要部拡大斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは本発明の他の実施形態に係る圧電アクチュエータの要部拡大斜視図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは本発明のさらに他の実施形態に係る圧電アクチュエータの要部拡大斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは図３Ａに示す圧電アクチュエータの平面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは図３Ｂに示す圧電アクチュエータの平面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは図３Ｃに示す圧電アクチュエータの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
【００１７】
第１実施形態
本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータ１０を利用したレンズ駆動装置６０は、シャフト（被駆動体の一例）４４と、シャフト４４に対して移動自在に係合された移動部材５６と、素子本体２０に電圧を印加する駆動回路５８とを有している。移動部材５６はレンズを保持しており、移動部材５６およびこれに保持されるレンズは、シャフト４４の軸芯（Ｚ軸）に沿って、シャフト４４に対して相対移動することができる。
【００１８】
圧電アクチュエータ１０は、積層型圧電素子で構成される素子本体２０と、錘（固定部材の一例）４２と、シャフト４４と有する。また、圧電アクチュエータ１０は、素子本体２０と駆動回路５８とを電気的に接続する配線部３２や、配線部３２を第１および第２外部電極２８ａ，２８ｂに接続する電気的接続部３０をさらに有する。電気的接続部３０は、たとえばハンダまたは導電性接着剤などで構成される。
【００１９】
素子本体２０は、駆動回路５８によって電圧を印加されて変形する。これに伴い、素子本体２０に接続されたシャフト４４は、Ｚ軸方向に往復運動（振動）する。駆動回路５８が出力する電圧波形は特に限定されないが、駆動回路５８は、たとえばノコギリ波形の電圧波形を出力することにより、圧電アクチュエータ１０の変形量およびこれに伴うシャフト４４の変位量を越える移動量を、移動部材５６に発生させることができる。
【００２０】
なお、本実施形態では、圧電アクチュエータ１０をレンズ駆動装置６０に適用した態様を例に挙げて説明を行うが、圧電アクチュエータ１０を適用する装置としてはこれに限定されず、圧電アクチュエータ１０は、その他の駆動装置等にも適用することができる。
【００２１】
図１および図３Ａに示すように、圧電アクチュエータ１０の素子本体２０は、全体として略角柱状（本実施形態では四角柱）の外観形状を有しており、圧電体層２６と、第１および第２内部電極２７ａ，２７ｂと、第１および第２外部電極２８ａ，２８ｂとを有する。なお、素子本体２０の外観形状は、角柱状に限定されず、円柱状、楕円柱状その他の形状であってもかまわない。
【００２２】
素子本体２０の内部において、第１内部電極２７ａおよび第２内部電極２７ｂは、圧電体層２６を挟んで交互に積層されている。第１外部電極２８ａと第２外部電極２８ｂは、素子本体２０の面のうち、積層方向（Ｚ軸方向）に沿って延在する側面に形成されている。図３Ａに示すように、第１外部電極２８ａは、積層方向に沿って延在する第１側面２５ａに形成されており、第２外部電極２８ｂは、第１側面２５ａとはＸ軸方向の反対方向を向く第２側面２５ｂに形成されている。
【００２３】
第１内部電極２７ａは、第１外部電極２８ａに電気的に接続されており、第２内部電極２７ｂは、第２外部電極２８ｂに電気的に接続されている。また、素子本体２０の側面のうち、第１および第２外部電極２８ａ，２８ｂが形成されていない第３側面２５ｃおよび第４側面２５ｄ（Ｙ軸方向に対向する）には、マイグレーションを防止するための樹脂層が予め形成されていても良い。
【００２４】
なお、図面において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、相互に垂直であり、Ｚ軸が素子本体２０の積層方向およびシャフトの軸方向に一致し、Ｘ軸が、第１外部電極２８ａと第２外部電極２８ｂとの対向方向に一致する。
【００２５】
第１内部電極２７ａおよび第２内部電極２７ｂを構成する導電材としては、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ等の貴金属およびこれらの合金（Ａｇ−Ｐｄなど）、あるいはＣｕ、Ｎｉ等の卑金属およびこれらの合金などが挙げられるが、特に限定されない。第１外部電極２８ａおよび第２外部電極２８ｂを構成する導電材料も特に限定されず、内部電極を構成する導電材と同様の材料を用いることができる。なお、第１外部電極２８ａおよび第２外部電極２８ｂの最外表面には、上記各種金属のメッキ層やスパッタ層が形成してあってもよい。
【００２６】
また、圧電体層２６の材質は、圧電効果あるいは逆圧電効果を示す材料であれば、特に制限されず、たとえば、ＰｂＺｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  Ｏ３  、ＢａＴｉＯ３  などが挙げられる。また、特性向上等のための成分が含有されていてもよく、その含有量は、所望の特性に応じて適宜決定すればよい。
【００２７】
図１および図２に示すように、圧電アクチュエータ１０では、素子本体２０の積層方向における一方の端面である固定側端面２２に対して対向するように、錘４２の取付上面４２ａが配置されている。固定側端面２２と取付上面４２ａとは、好ましくは、それらの中心（重心）が略一致するように、たとえば接着剤などの下側樹脂部５２などによって接合されており、素子本体２０と錘４２は相互に固定されている。
【００２８】
固定側端面２２と取付上面４２ａとの重複部分が、固定側接合部５０ｂとなり、その横断面積Ｓ４を図２中に表す。なお、その横断面積Ｓ４には、固定側端面２２と取付上面４２ａとの重複部分からはみ出す接着剤などの下側樹脂部５２などの面積は含まないように、横断面積Ｓ４は定義される。なお、横断面積とは、Ｚ軸に略垂直な断面として定義される。
【００２９】
第１外部電極２８ａには、電気的接続部３０を介して、配線部３２が接続されている。なお、第１外部電極２８ａとは反対側の側面に形成されている第２外部電極２８ｂにも、第１外部電極２８ａと同様に、電気的接続部３０を介して配線部３２が接続されている。
【００３０】
配線部３２の先端を第１外部電極２８ａに固定している電気的接続部３０は、第１外部電極２８ａが形成されている第１側面２５ａのうち、どの位置に配置されていても良い。本実施形態に係る圧電アクチュエータ１０では、電気的接続部３０は、素子本体２０の積層方向の中央より錘４２に近接する側に設けられている。また、電気的接続部３０は、第１外部電極２８ａと確実に接合するために、第１外部電極２８ａが形成されている第１側面２５ａのうち、積層方向に垂直なＹ軸方向の中央部付近に設けられている。
【００３１】
電気的接続部３０は、配線部３２の先端部付近および第１外部電極２８ａの表面に接触しており、配線部３２の先端部と第１外部電極２８ａとを、電気的かつ物理的に接続している。なお、電気的接続部３０によって被覆されている配線部３２の先端部付近は、線皮（絶縁被覆）が除去されて芯線が露出している。本実施形態では、固定側端面２２と取付上面４２ａとの重複部分からはみ出している接着剤などの下側樹脂部５２により、電気的接続部３０が覆われている。
【００３２】
また、図１および図２に示すように、素子本体２０の積層方向における他方の端面であるシャフト側端面２４には、シャフト４４が接続されている。シャフト４４の取付下面４４ａは、素子本体２０のシャフト側端面２４に対向するように配置されており、接着剤などの上側樹脂部５４で接合してある。接着剤などの上側樹脂部５４を構成する樹脂は、接着剤などで構成される下側樹脂部５２と同じでも異なっていてもよい。上側樹脂部５４は、シャフト４４の取付下面４４ａと素子本体２０のシャフト側端面２４との重複部分からはみ出していてもよい。
【００３３】
シャフト側端面２４と取付下面４４ａとの重複部分が、シャフト側接合部５０ａとなり、その横断面積Ｓ３を図２中に表す。なお、その横断面積Ｓ３には、シャフト側端面２４と取付下面４４ａとの重複部分からはみ出す上側樹脂部５４などの面積は含まないように、横断面積Ｓ３は定義される。なお、シャフト４４の取付下面４４ａと素子本体２０のシャフト側端面２４とは、それらの中心（重心）が略一致するように接着される。
【００３４】
圧電アクチュエータ１０において、素子本体２０に取り付けられる各部材の材質は特に限定されないが、たとえばシャフト４４は、図１に示す移動部材５６を好適に支持できるように、ＳＵＳ等の金属材料等によって構成することができる。また、錘４２は、シャフト４４に変位を与えるための慣性体として好適に機能するように、タングステン等の比較的比重の大きい金属材料等を含むことが好ましいが、錘４２の材質は特に限定されない。
【００３５】
配線部３２としては、銅等の導電材料によって構成される芯線と、芯線を被覆する被覆膜を有するリード線等を用いることができるが、特に限定されない。また、配線部３２の芯線は、単線であっても良く、撚り線であっても良い。電気的接続部３０も、電気的接続の用途などに用いられるハンダや導電ペースト、あるいはその他の接続部材でもよく、特に限定されない。
【００３６】
本実施形態では、図２に示すように、素子本体２０は、圧電体層２６と内部電極２７ａ，２７ｂとが交互に積層してある活性部２６ａと、活性部２６ａの積層方向の両端に積層してある第１および第２不活性部２６ｂ１，２６ｂ２とを有する。各不活性部２６ｂ１，２６ｂ２は、内部電極２７ａ，２７ｂが双方共に存在しない絶縁体層として定義され、不活性部２６ｂ１，２６ｂ２を構成する絶縁体層は、活性部２６ａを構成する圧電体層２６と同じ材質で構成されることが好ましいが、必ずしも同じ材質で構成する必要はない。
【００３７】
活性部２６ａのＺ軸方向長さＺ０は、圧電体層２６の厚みや内部電極２７ａ，２７ｂの数などに応じて決定され、特に限定されない。Ｚ軸方向の下側に位置する第２不活性部２６ｂ２のＺ軸方向の長さＺ２は、特に限定されず、活性部２６ａと下側の第２不活性部２６ｂ１２の界面２６ｃ２に位置する最外層の内部電極２７ａまたは２７ｂを保護するために十分な不活性部２６ｂ２の厚みとなるように決定される。
【００３８】
Ｚ軸方向の上側に位置する第１不活性部２６ｂ１のＺ軸方向の長さＺ１は、特に限定されず、活性部２６ａと第１不活性部２６ｂ１との界面２６ｃ１に位置する最外層の内部電極２７ａまたは２７ｂを保護するために十分な第１不活性部２６ｂ１の厚みとなるように決定される。長さＺ１，Ｚ２は、同じでも異なっていても良いが、本実施形態では、Ｚ１＞Ｚ２である。
【００３９】
本実施形態では、錘４２の取付面４２ａと素子本体２０の端面２２とを接着するための下側樹脂部５２が、取付面４２ａから界面２６ｃ２に対応する素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄまでを覆っていてもよい。特に本実施形態では、図２に示すように、電気的接続部３０は、下側の第１不活性部２６ｂ１のＺ軸方向長さＺ１の範囲内に位置し、下側樹脂部５２は、電気的接続部３０の外周も覆うようになっている。
【００４０】
下側樹脂部５２は、下側の第１不活性部２６ｂ１から界面２６ｃ１を含めたＺ軸方向の範囲内位置で、外部電極２８ａ，２８ｂの外側も覆っている。さらに、下側樹脂部５２は、図２に示す第１不活性部２６ｂ１から界面２６ｃ１を含めたＺ軸方向の範囲内位置で、図３Ａに示す素子本体２０の第３側面２５ｃおよび第３側面２５ｄの下方部も一体的に連続して覆っていてもよい。
【００４１】
図２に示すように、本実施形態では、活性部２６ａにおける積層方向（Ｚ軸方向）に隣り合う一対の内部電極２７ａ，２７ｂのＺ軸方向から見て重複する重複部分の面積（活性有効横断面積）をＳ２とする。そして、活性有効横断面積Ｓ２よりも、シャフト側接合部５０ａの横断面積Ｓ３、すなわち素子本体２０のシャフト側端面２４の面積を小さくするために、テーパ状傾斜部２３を形成している。
【００４２】
すなわち、本実施形態では、活性部２６ａからシャフト側接合部５０ａ（シャフト側端面２４）に向けて横断面積が減少するように、素子本体２０の第１不活性部２６ｂ１の上側側面には、テーパ状傾斜部２３が形成してある。図３Ａに示すように、テーパ状傾斜部２３は、素子本体２０の４つの側面２５ａ〜２５ｄの上方に形成してあり、シャフト側端面２４は、それぞれの側面２５ａ〜２５ｄに平行な辺を持つ四角形になる。また、シャフト側端面２４の全面積が、シャフト４４の取付下面４４ａに接合してシャフト側接合部５０ａを形成し、接合部５０ａの横断面積Ｓ３（図２参照）に一致する。
【００４３】
また、本実施形態では、図２に示すように、シャフト４４の取付面４４ａと素子本体２０のシャフト側端面２４とを接着するための上側樹脂部５４が、シャフト側接合部５０ａからはみ出して、その周囲を覆っていてもよい。本実施形態では、シャフト４４の横断面積Ｓ１よりもシャフト側接合部５０ａの横断面積Ｓ３が小さく、しかも、図３Ａおよび図４Ａに示すようにシャフト側端面２４の外接円の外径が、シャフト４４の取付下面４４ａの外径よりも小さい。
【００４４】
そのため、シャフト４４の取付下面４４ａの全体が、素子本体２０のシャフト側端面２４に接合されることはなく、シャフト側接合部５０ａの周囲には、シャフト４４の取付下面４４ａと素子本体２０の傾斜部２３との間で溝状凹部が形成される。この溝状凹部に図２に示す上側樹脂部５４が埋め込まれていてもよい。この溝状凹部に埋め込まれている上側樹脂部５４は、シャフト４４の取付下面４４ａと素子本体２０のシャフト側端面２４とを接合するための接着剤と同じでもよいし、その接着剤とは別の樹脂であってもよい。
【００４５】
以下に、圧電アクチュエータ１０の製造方法の一例を説明する。
【００４６】
圧電アクチュエータ１０の製造方法では、まず、図３Ａに示すような素子本体２０を準備する。素子本体２０の製造工程では、まず、焼成後に第１内部電極２７ａおよび第２内部電極２７ｂとなる所定パターンの内部電極ペースト膜が形成されたグリーンシートと、内部電極ペースト膜を持たないグリーンシートとを、用意する。
【００４７】
グリーンシートは、たとえば以下のような方法で作製される。まず、圧電体層２６を構成する材料の原料を含む仮焼粉末にバインダを加えてスラリー化する。次に、スラリーをドクターブレード法またはスクリーン印刷法等の手段によってシート化し、その後に乾燥させて、内部電極ペースト膜を持たないグリーンシートを得る。さらに、上述した導電材を含む内部電極ペーストを、印刷法等の手段により、グリーンシートの上に塗布することで、所定パターンの内部電極ペースト膜が形成されたグリーンシートが得られる。なお、圧電体層２６を構成する材料の原料には、不可避的不純物が含まれていてもよい。
【００４８】
各グリーンシートを準備した後、準備したグリーンシートを重ね合わせ、圧力を加えて圧着し、乾燥工程等の必要な工程を経た後、切断し、積層体を得る。
【００４９】
次に、得られた積層体を所定条件で焼成して焼結体を得た後、焼結体における第１側面２５ａおよび第２側面２５ｂに相当する部分に第１外部電極２８ａおよび第２外部電極２８ｂを形成し、この電極に直流電圧を印加して圧電体層２６の分極処理を行う。その後、分極処理後の短冊状焼結体を個々の素子本体に切断し、図３Ａに示すような素子本体２０を得る。なお、得られた素子本体２０にバレル研磨を行って、角部および稜線部をＲ面加工してもよい。なお、傾斜部２３は、焼結後の素子本体２０を機械加工することにより形成してもよいし、焼成前の積層体にレーザ照射などで形成してもよい。
【００５０】
次に、図４に示すように、素子本体２０に対して、配線部３２を接続する。その際、まず、配線部３２の先端部の被覆を除去して芯線を露出させ、次に第１および第２外部電極２８ａ，２８ｂの所定位置および芯線に対して予備はんだを行い、最後に配線部３２と外部電極２８ａ，２８ｂの予備はんだを接触させた状態で溶融させることにより、電気的接続部３０を形成することができる。なお、電気的接続部３０は、ハンダに代えて、導電性接着剤で形成しても良い。
【００５１】
次に、電気的接続部３０を備える素子本体２０の固定側端面２２を、第１樹脂部５２となる熱硬化性接着剤が塗布された錘４２の取付上面４２ａに押し付けた後に加熱し、図２に示すような第１樹脂部５２を形成する。この場合、錘４２の取付上面４２ａに塗布される熱硬化性接着剤の量は、単に固定側端面２２と取付上面４２ａとを固定するために必要とされる量ではなく、硬化後に形成される第１樹脂部５２が電気的接続部３０を被覆できるように、且つ図２に示す界面２６ｃ１の位置まで盛り上がるように調整される。
【００５２】
また、同様な熱硬化性接着剤を用いて、図２に示すように、素子本体２０のシャフト側端面２４には、シャフト４４の取付下面４４ａを固定する。接着剤の量は、単にシャフト側端面２４と取付下面４４ａとを固定するために必要とされる量であってもよいが、それより多くてもよい。接着剤を構成する樹脂は、図２に示すシャフト側接合部５０ａの回りに形成してある溝状凹部にはみ出す程度に調整されてもよい。このようにして圧電アクチュエータ１０が製造される。
【００５３】
本実施形態の圧電アクチュエータ１０では、シャフト４４の横断面積をＳ１とし、活性有効横断面積をＳ２とし、シャフト側接合部の横断面積をＳ３として、Ｓ２≧Ｓ１＞Ｓ３の関係が成り立つ。好ましくは、Ｓ１／Ｓ２は、０．７以上であり１以下であり、さらに好ましくは０．８〜０．９５である。また、好ましくは、Ｓ３／Ｓ１は、０．５以上１未満であり、さらに好ましくは０．８〜０．９である。
【００５４】
Ｓ１≦Ｓ３の場合には、繰り返しの熱衝撃がシャフト４４と素子本体２０に加わることで、素子本体２０に引っ張り応力が生じやすく、シャフト４４と素子本体２０の線膨張差などに起因して素子本体２０にクラックを起こしやすい。また、Ｓ１＞Ｓ２の場合には、シャフト４４の負荷が大きくなり、活性部２６ａの電極重複部で発生する駆動力で十分にシャフト４４を駆動することができにくい傾向にある。
【００５５】
本実施形態の圧電アクチュエータ１０では、上述した関係が成り立つために、繰り返しの熱衝撃がシャフト４４と素子本体２０に加わっても、素子本体２０にクラックや破損が生じ難くなる。また、活性部２６ａの電極重複部で発生する駆動力が、接合部５０ａを介してシャフト４４に十分に伝達しやすくなる。これらの結果として、圧電アクチュエータ１０の信頼性が向上する。
【００５６】
また、本実施形態に係る圧電アクチュエータ１０では、固定部材としての錘４２と素子本体２０の第２不活性部２６ｂ２との固定側接合部５０ｂの横断面積をＳ４として、Ｓ４＞Ｓ２≧Ｓ１＞Ｓ３の関係も成り立つ。Ｓ４＞Ｓ２とすることで、素子本体２０の活性部２６ａで生じる駆動力がシャフト４４に対して効率的に伝達し、圧電アクチュエータ１０の信頼性が向上する。
【００５７】
なお、上述の説明では、素子本体２０と、これに接続される連結部材としての錘４２およびシャフト４４を接続する接着剤として、熱硬化性接着剤を用いたが、圧電アクチュエータの製造に用いる接着剤はこれに限定されない。
【００５８】
第２実施形態
図３Ｂおよび図４Ｂに示すように、本実施形態の圧電アクチュエータ１０ａは、以下に示す以外は、第１実施形態の圧電アクチュエータ１０と同様であり、共通する部分の説明は省略し、相違する点のみを詳細に津説明する。この圧電アクチュエータ１０ａでは、素子本体２０ａの第１不活性部２６ｂ１のＺ軸上方には、Ｘ軸方向に向き合う二つの側面２５ａ，２５ｂからそれぞれ立ち上げられる二つのテーパ状傾斜部２３，２３が形成してある。また、シャフト４４の取付下面４４ａと素子本体２０ａのシャフト側端面２４とは、それぞれの中心（重心）が略一致するように向き合い、接着剤などの樹脂で接合してある。
【００５９】
本実施形態では、シャフト４４の取付下面４４ａは、Ｘ軸方向の両側で、素子本体２０ａのシャフト側端面２４からはみ出しており、素子本体２０ａのシャフト側端面２４は、Ｙ軸方向の両側で、シャフト４４の取付下面４４ａからはみ出している。本実施形態では、Ｚ方向から見て、シャフト４４の円形の取付下面４４ａと素子本体２０ａの長方形のシャフト側端面２４との重複部分が、シャフト側接合部の横断面積Ｓ３となる。
【００６０】
本実施形態の圧電アクチュエータにおいても、Ｓ２≧Ｓ１＞Ｓ３の関係が成り立ち、第１実施形態と同様な作用効果を奏する。なお、面積Ｓ１と面積Ｓ２に関しては、第１実施形態と同様に定義される。
【００６１】
第３実施形態
図３Ｃおよび図４Ｃに示すように、本実施形態の圧電アクチュエータ１０ｂは、以下に示す以外は、第１実施形態の圧電アクチュエータ１０と同様であり、共通する部分の説明は省略し、相違する点のみを詳細に津説明する。この圧電アクチュエータ１０ｂでは、素子本体２０ｂの第１不活性部２６ｂ１のＺ軸上方には、素子本体２０ｂの４つの角部からそれぞれ立ち上げられる四つのテーパ状傾斜部２３，２３，２３，２３が形成してある。また、シャフト４４の取付下面４４ａと素子本体２０ａのシャフト側端面２４とは、それぞれの中心（重心）が略一致するように向き合い、接着剤などの樹脂で接合してある。
【００６２】
本実施形態では、シャフト４４の取付下面４４ａは、素子本体２０ｂの４つの角部に向けて素子本体２０ａのシャフト側端面２４からはみ出しており、素子本体２０ａのシャフト側端面２４は、Ｙ軸方向の両側およびＸ軸方向の両側で、シャフト４４の取付下面４４ａからはみ出している。本実施形態では、Ｚ方向から見て、シャフト４４の円形の取付下面４４ａと素子本体２０ａの略正方形のシャフト側端面２４との重複部分が、シャフト側接合部の横断面積Ｓ３となる。
【００６３】
本実施形態の圧電アクチュエータにおいても、Ｓ２≧Ｓ１＞Ｓ３の関係が成り立ち、第１実施形態と同様な作用効果を奏する。なお、面積Ｓ１と面積Ｓ２に関しては、第１実施形態と同様に定義される。
【００６４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【００６５】
たとえば、上述した実施形態では、シャフト４４の横断面積Ｓ１は、Ｚ軸方向に一定であるが、異なっていてもよい。異なっている場合には、シャフト４４の横断面積Ｓ１は、シャフト４４の取付下面４４ａの横断面積として定義される。また、シャフト４４の横断面は、円形に限らず、たとえば楕円形、多角形などであってもよい。
【００６６】
また、図１および図２に示す外部電極２８ａ，２８ｂの表面に形成される電気的接続部３０の配置は、図示する実施形態に限定されず、圧電アクチュエータ１０を適用する駆動装置に応じて変更することができる。さらに、圧電アクチュエータ１０，１０ａ，１０ｂが適用される駆動装置としては、レンズ駆動装置６０に限定されず、振動（バイブレータ）装置、圧電ブザー、圧電スピーカー、超音波センサなどの駆動装置にも適用することができる。
【実施例】
【００６７】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００６８】
実施例１ 
図２、図３Ａおよび図４Ａに示す圧電アクチュエータ１０のサンプルを１０個製造した素子本体２０の寸法は、Ｘ軸方向幅が１．０ｍｍで、Ｙ軸方向幅が１．０ｍｍで、Ｚ軸方向高さが１．５ｍｍであった。また、シャフト４４の外径は、１．０ｍｍよりも小さな０．９５ｍｍであり、シャフト４４の横断面積をＳ１とし、活性有効横断面積をＳ２とし、シャフト側接合部の横断面積をＳ３として、Ｓ１／Ｓ２は、１以下であり、０．８〜０．９５であった。また、Ｓ３／Ｓ１は、０．５以上１未満であり、０．８〜０．９であった。すなわち、Ｓ２≧Ｓ１＞Ｓ３の関係が成り立っていた。さらに、錘４２と素子本体２０の第２不活性部２６ｂ２との固定側接合部５０ｂの横断面積をＳ４として、Ｓ４＞Ｓ２の関係も成り立っていた。
【００６９】
これらの圧電アクチュエータ１０のサンプルについて、熱衝撃試験を行い、素子本体のクラック有無を調べた。熱衝撃試験の試験条件は、-４０°Ｃで３０分放置し、その後に８５°Ｃで３０分放置の１サイクルを、２５０サイクルで繰り返し行い、クラックの有無を調べるという試験条件であった。試験の結果、１０個のサンプルの全てについて、クラックは観察されなかった。また、熱衝撃試験後に、シャフト４４に移動部材５６を取り付け、移動部材５６に対して所望の駆動力が加えられるかを確認したところ、全てのサンプルにおいて、良好な結果が得られた。
【００７０】
比較例１ 
実施例１の圧電アクチュエータ１０の素子本体１０の上面に傾斜部を設けることなく、Ｓ１＝Ｓ３とした以外は、実施例１と同様にして１０のサンプルを準備した。１０のサンプルについて、実施例１と同様な熱衝撃試験を行ったところ、１０個のサンプルのうち、３つのサンプルについて、クラックが観察された。
【００７１】
比較例２ 
実施例１の圧電アクチュエータ１０の素子本体１０の上面に傾斜部を設けることなく、素子本体２０のＸ軸幅およびＹ軸方向幅を変化させ、Ｓ１／Ｓ２が１より大きい１．１とした以外は、実施例１と同様にして１０のサンプルを準備した。１０のサンプルについて、実施例１と同様な熱衝撃試験を行ったところ、１０個のサンプルのうち、全てのサンプルについて、クラックは観察されなかった。しかしながら、熱衝撃試験後に、シャフト４４に移動部材５６を取り付け、移動部材５６に対して所望の駆動力が加えられるかを確認したところ、全てのサンプルにおいて、実施例１の駆動力の平均の８０％以下の駆動力であり、所望の駆動力が得られなかった。
【符号の説明】
【００７２】
１０，１０ａ，１０ｂ…圧電アクチュエータ
２０，２０ａ，２０ｂ…素子本体
２２…固定側端面
２３…テーパ状傾斜部
２４…シャフト側端面
２５ａ…第１側面
２５ｂ…第２側面
２５ｃ…第３側面
２５ｄ…第４側面
２６…圧電体層
２６ａ…活性部
２６ｂ１，２６ｂ２…不活性部
２６ｃ１，２６ｃ２…界面
２７ａ…第１内部電極
２７ｂ…第２内部電極
２８ａ…第１外部電極
２８ｂ…第２外部電極
３０…電気的接続部
３２…配線部
４２…錘（固定部材）
４２ａ…取付上面
４４…シャフト
４４ａ…取付下面
５０ａ…シャフト側接合部
５０ｂ…固定側接合部
５２…下側樹脂部
５４…上側樹脂部
５８…駆動回路
６０…レンズ駆動装置
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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