(57)【要約】【課題】  二重螺旋積層型圧電アクチュエータ及びその製造方法に関し、変位拡大機構を設けた積層圧電アクチュエータの製造を容易にするとともに、拘束領域の原因となる外部電極を不要にする。【解決手段】  下部電極、圧電体及び上部電極を順次積層するとともに、前記下部電極或いは前記上部電極の少なくとも一方に空隙部を備えた螺旋状積層構造を２つ用意し、２つの螺旋状積層構造を、接合部において前記下部電極と上部電極とが互いに重なるように接合して二重螺旋構造とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の下部電極、第１の圧電体及び第１の上部電極を順次積層するとともに、前記第１の下部電極或いは前記第１の上部電極の少なくとも一方に空隙部を備えた変位拡大機構を有する第１の螺旋状積層構造と、
第２の下部電極、第２の圧電体及び第２の上部電極を順次積層するとともに、前記第２の下部電極或いは前記第２の上部電極の少なくとも一方に空隙部を備えた変位拡大機構を有する第２の螺旋状積層構造と
を有し、
前記第１の螺旋状積層構造と前記第２の螺旋状積層構造を、接合部において前記第２の下部電極が前記第１の上部電極と重なり、且つ、前記第１の下部電極が前記第２の上部電極と重なるように接合して二重螺旋構造としたことを特徴とする二重螺旋積層型圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の螺旋状積層構造と前記第２の螺旋状積層構造が、同じ構造であることを特徴とする請求項１に記載の二重螺旋積層型圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記第１の下部電極或いは前記第１の上部電極に設けた空隙部が、電極部材に囲まれた閉鎖空隙部であり、前記第２の下部電極或いは前記第２の上部電極に設けた空隙部が、螺旋の回転軸に対して直交する方向に開放端を有する空隙部であることを特徴とする請求項１に記載の二重螺旋積層型圧電アクチュエータ。
【請求項４】
第１の下部電極用ペースト、第１の圧電体用ペースト及び第１の上部電極用ペーストを順次積層するとともに、前記第１の下部電極用ペースト或いは前記第１の上部電極用ペーストの少なくとも一方に電極用ペーストにより囲まれた或いは電極用ペーストの側面を囲む第１のバインダー層を設けた第１の積層構造を形成する工程と、
第２の下部電極用ペースト、第２の圧電体用ペースト及び第２の上部電極用ペーストを順次積層するとともに、前記第２の下部電極用ペースト或いは前記第２の上部電極用ペーストの少なくとも一方に電極用ペーストにより囲まれた或いは電極用ペーストの側面を囲む第２のバインダー層を設けた第２の積層構造を形成する工程と、
第１の積層構造に第１のスリットを形成するとともに、前記第２の積層構造に第２のスリットを形成し、前記第１のスリットと前記第２のスリットを互いに食い込ませて二重螺旋構造要素を形成する工程と、
複数の前記二重螺旋構造要素を前記第１のスリット同士及び前記第２のスリット同士が積層方向において整合するように積層して多層積層構造を形成する工程と、
前記多層積層構造を熱処理して脱脂するとともに、前記第１のバインダー層及び第２のバインダー層を空隙部に変換する工程と、
前記多層積層構造をより高温で熱処理して焼成する工程と
を有することを特徴とする二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記第１の積層構造及び前記第２の積層構造が、ドーナツ形状の積層構造であり、
前記第１のスリット及び前記第２のスリットが、前記ドーナツ形状の中心部に達するラジアル方向のスリットであることを特徴とする請求項４に記載の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記第１の積層構造と前記第２の積層構造が、最終的に二重螺旋積層型圧電アクチュエータとして切り出されるサイズの矩形状積層構造単位をマトリクス状に配置した矩形状の積層構造であり、
前記第１のスリット及び前記第２のスリットが、前記隣接する２つの矩形状積層構造単位の夫々の中心から隣接方向と直行する方向に伸びるとともに、前記矩形状積層構造単位の水平方向の一辺の長さの１／２の長さの２本の第１のスリット要素と、前記２本の第１のスリット要素の端部を結ぶ第２のスリット要素からなるコ字状スリットであり、
前記焼成工程ののちに、各矩形状積層構造単位のサイズに切り出す工程を有することを特徴とする請求項４に記載の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二重螺旋積層型圧電アクチュエータ及びその製造方法に関するものであり、例えば、束縛要因となる外部電極を不要にするとともに変位拡大機構を備えた二重螺旋積層型圧電アクチュエータ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年，携帯端末のタッチパネルなどに用いられる感知方式は静電気による感知方式である。一方、圧電材料を直接タッチパネルなどの感圧センサに用いた場合、画面を押しこんだ震動・応力を検知するので、静電式に比べ、帯電しづらい手袋を付けた場合でも容易に検知することができる。また、防水仕様の携帯端末も濡れた状態では、静電式は反応しないが感圧式は問題が無い。
【０００３】
また、携帯端末にはタッチした場合の接触感を出すために、タッチと連動して震動する機構を有する機種も存在する。圧電材料をタッチパネルとして使用することで、指先の接地している部分のみ駆動することができ、指先に駆動感・震動が体感できる。
【０００４】
ここで、図１９乃至図２１を参照して圧電素子を説明する。図１９は圧電素子の説明図であり、図１９（ａ）に示すように、圧電素子は２枚の電極８１，８２によって圧電体層８３を挟んだ構造になっている。図１９（ｂ）に示すように、この圧電素子に電圧を印加すると厚さ方向及び長さ方向に変位が発生する。一方、図１９（ｃ）に示すように圧電素子に応力を加えると２枚の電極８１，８２の間に電圧が発生する。圧電アクチュエータは圧電効果を利用した駆動部品で、図１９（ｂ）に示したように電圧印加することにより発生する変位を利用するものである。
【０００５】
さらに、図２０に示すように、垂直方向の変位を用いた圧電アクチュエータの場合には、図２０（ａ）に示すようにシート厚が数μｍ乃至数百μｍの薄い圧電体層８３を多数枚積層することによって、低電圧の印加で変位量を拡大することができる。なお、このような積層構造は、図２０（ｂ）に示すように、内部電極８４，８５を一層毎に反対方向に引き出してそれぞれ外部電極８６，８７に接続した構造となり、各圧電体層８３には同じ電圧が印加される。したがって、全体の変位量は、一枚の圧電体層の変位量×枚数になるので、低い電圧でも枚数を多くすることによって大きな変位量を得ることができる。
【０００６】
また、変位拡大機構を設けることによって、変位量を大きくすることも知られている（例えば、特許文献１或いは特許文献２参照）。図２１は変位拡大機構を有する圧電アクチュエータの説明図であり、図２１（ｂ）に示すように電圧を印加すると圧電体層８３は水平方向に収縮し、垂直方向の厚さが増すとともに、変位拡大機構８８も圧電体層８３に収縮により内側に引っ張られて結果的に垂直方向に膨らんだ形状になる。
【０００７】
これら特性を利用し、圧電アクチュエータはインクジェットヘッド、ブザー或いは超音波モータなど駆動部品として、また、タッチパネルやスイッチの感圧センサなどに利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２５８３３０号公報
【特許文献２】特開２００６−３２５３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、μｍオーダ以上の大きな変位量を得るには、上述のように多層化、拡大機構の搭載などの技術が必要であるが、下記のような問題点があるので、図２２を参照して説明する。図２２は積層型圧電アクチュエータの問題点の説明であり、図２２（ａ）に示すように内部電極８４，８５を一層置きに外部電極８６，８７と接続しているため、内部電極未交差部８９，９０が存在する。
【００１０】
図２２（ｂ）に示すように、電圧を印加した場合には、内部電極未交差部８９，９０が不駆動部となり、変位が拘束される。このように、全体の変位を拘束する領域があると、図２２（ｃ）に示すように、拘束部において層間の破断が生じやすくなるという問題がある。
【００１１】
また、変位拡大機構を設けた場合の変位の拡大量は圧電アクチュエータの水平方向の収縮量に依存するために、変位の拡大量を大きくするためには、図２１（ｃ）に示すように、圧電アクチュエータの水平方向のサイズを大きくする必要がある。したがって、変位の拡大量を大きくした場合には、必然的に小型化が困難になるという問題がある。
【００１２】
また、変位拡大機構を設けた圧電アクチュエータを多層化する場合には、外部電極引き出し線を用いて、部品単位の加工が必要なため、歩留まり、コストが高くなるという問題がある。
【００１３】
したがって、積層型圧電アクチュエータにおいて、変位拡大機構を設けた積層圧電アクチュエータの製造を容易にするとともに、拘束領域の原因となる外部電極を不要にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
開示する一観点からは、第１の下部電極、第１の圧電体及び第１の上部電極を順次積層するとともに、前記第１の下部電極或いは前記第１の上部電極の少なくとも一方に空隙部を備えた変位拡大機構を有する第１の螺旋状積層構造と、第２の下部電極、第２の圧電体及び第２の上部電極を順次積層するとともに、前記第２の下部電極或いは前記第２の上部電極の少なくとも一方に空隙部を備えた変位拡大機構を有する第２の螺旋状積層構造とを有し、前記第１の螺旋状積層構造と前記第２の螺旋状積層構造を、接合部において前記第２の下部電極が前記第１の上部電極と重なり、且つ、前記第１の下部電極が前記第２の上部電極と重なるように接合して二重螺旋構造としたことを特徴とする二重螺旋積層型圧電アクチュエータが提供される。
【００１５】
また、開示する別の観点からは、第１の下部電極用ペースト、第１の圧電体用ペースト及び第１の上部電極用ペーストを順次積層するとともに、前記第１の下部電極用ペースト或いは前記第１の上部電極用ペーストの少なくとも一方に電極用ペーストにより囲まれた或いは電極用ペーストの側面を囲む第１のバインダー層を設けた第１の積層構造を形成する工程と、第２の下部電極用ペースト、第２の圧電体用ペースト及び第２の上部電極用ペーストを順次積層するとともに、前記第２の下部電極用ペースト或いは前記第２の上部電極用ペーストの少なくとも一方に電極用ペーストにより囲まれた或いは電極用ペーストの側面を囲む第２のバインダー層を設けた第２の積層構造を形成する工程と、第１の積層構造に第１のスリットを形成するとともに、前記第２の積層構造に第２のスリットを形成し  前記第１のスリットと前記第２のスリットを互いに食い込ませて二重螺旋構造要素を形成する工程と、複数の前記二重螺旋構造要素を前記第１のスリット同士及び前記第２のスリット同士が積層方向において整合するように積層して多層積層構造を形成する工程と、前記多層積層構造を熱処理して脱脂するとともに、前記第１のバインダー層及び第２のバインダー層を空隙部に変換する工程と、前記多層積層構造をより高温で熱処理して焼成する工程とを有することを特徴とする二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
開示の二重螺旋積層型圧電アクチュエータ及びその製造方法によれば、変位拡大機構を設けた積層圧電アクチュエータの製造を容易にするとともに、拘束領域の原因となる外部電極を不要にすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の二重螺旋積層型圧電アクチュエータに設ける空隙部の構造の説明図である。
【図３】空隙部の形成方法の途中までの説明図である
【図４】空隙部の形成方法の図３以降の説明図である。
【図５】本発明の実施例１の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程の途中までの説明図である。
【図６】本発明の実施例１の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程の図５以降の途中までの説明図である。
【図７】本発明の実施例１の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程の図６以降の途中までの説明図である。
【図８】本発明の実施例１の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程の図７以降の途中までの説明図である。
【図９】本発明の実施例１の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程の図８以降の説明図である。
【図１０】本発明の実施例２の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程の途中までの説明図である。
【図１１】本発明の実施例２の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程の図１０以降の途中までの説明図である。
【図１２】本発明の実施例２の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程の図１１以降の途中までの説明図である。
【図１３】本発明の実施例２の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程の図１２以降の説明図である。
【図１４】本発明の実施例３の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程の途中までの説明図である。
【図１５】本発明の実施例３の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程の図１４以降の途中までの説明図である。
【図１６】本発明の実施例３の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程の図１５以降の途中までの説明図である。
【図１７】本発明の実施例３の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程の図１６以降の途中までの説明図である。
【図１８】本発明の実施例３の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程の図１７以降の説明図である。
【図１９】圧電素子の説明図である。
【図２０】多層化による変位拡大の説明図である。
【図２１】変位拡大機構による変位拡大の説明図である。
【図２２】積層型圧電アクチュエータの問題点の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態の二重螺旋積層型圧電アクチュエータを説明する。図１は、実施の形態の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの説明図である。図１（ａ）に示すように、下部電極１２１，１２２、圧電体１１１，１１２及び上部電極１３１、１３２と、下部電極１２１，１２２或いは上部電極１３１，１３２の少なくとも一方に空隙部１４１，１４２を有する２つの螺旋状積層構造１０１、１０２を構成する。なお、空隙部１４１，１４２が変位拡大機構となる。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、２つの螺旋状積層構造１０１、１０２を、接合部において互いに下部電極１２１，１２２と上部電極１３１，１３２とが重なるように接合して二重螺旋構造とする。この場合の二重螺旋構造の螺旋の回転軸に対して直交する面における外周形状が円形でも矩形でも良い。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態の二重螺旋積層型圧電アクチュエータに設ける空隙部の説明図であり、各図において左図は第１の螺旋状積層構造１０１に設ける空隙部の説明図であり、右図は第２の螺旋状積層構造１０２に設ける空隙部の説明図である。図２（ａ）に示すように、第１の螺旋状積層構造１０１に設ける空隙部１４１と第２の螺旋状積層構造１０２に設ける空隙部１４２は同じ構造でも良い。
【００２１】
また、図２（ｂ）に示すように、第１の螺旋状積層構造１０１に設ける空隙部１４１と第２の螺旋状積層構造１０２に設ける空隙部１４３を互いに異なった構造としても良い。この場合の第２の螺旋状積層構造１０２に設ける螺旋の回転軸に対して直交する方向に開放端を有する空隙部１４３は、層間破断を防止する作用もある。
【００２２】
或いは、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、下部電極１２４〜１２６にも空隙部１５４〜１５６を設けても良い。その場合も、図２（ｃ）に示すように、互いに同じ空隙部１４４，１４５，１５４，１５５としても良いし、或いは、図２（ｄ）に示すように、互いに異なった空隙部１４４，１４６，１５４，１５６としても良い。
【００２３】
次に、図３及び図４を参照して、空隙部の形成方法を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、圧電体用ペースト１６１、１６３を準備し、図３（ｂ）に示すように、電極用ペースト１７１，１７３を印刷する。次いで、図３（ｃ）に示すように、それぞれ、バインダー層１８１，１８３を選択的に印刷したのち、図３（ｄ）に示すように、電極用ペースト１９１，１９３で覆う。
【００２４】
次いで、図４（ｅ）に示すように、必要とする層数分をして加熱処理により脱脂したのち、本焼成を行って各ペーストを圧電体１１１，１１３、下部電極１２１，１２３及び上部電極１３１，１３３とする。脱脂工程においてバインダー層１８１，１８３は飛散し、本焼成時に完全に飛散して空隙部１４１，１４３が形成される。
【００２５】
なお、図１に示した二重螺旋積層構造を形成するためには、下部電極用ペースト／圧電体用ペースト／上部電極用ペーストを順次積層した積層構造を２つ用意する。この下部電極用ペースト或いは第２の上部電極用ペーストの少なくとも一方に電極用ペーストにより囲まれた或いは電極用ペーストの側面を囲むバインダー層を設ける。
【００２６】
この２つの積層構造にそれぞれ、スリットを形成し、このスリットを互いに食い込ませて二重螺旋構造要素を形成する。次いで、この二重螺旋構造要素をスリットの位置が積層方向において整合するように多数組み積層して多層積層構造を形成したのち、脱脂及び焼成を行えば良い。
【００２７】
この場合、積層構造をドーナツ形状の積層構造とする場合には、各スリットが、ドーナツ形状の中心部に達するラジアル方向のスリットとすれば良い。
【００２８】
或いは、積層構造が、最終的に二重螺旋積層型圧電アクチュエータとして切り出されるサイズの矩形状積層構造単位をマトリクス状に配置した矩形状の積層構造とする場合には、
スリットをコ字状スリットとする。即ち、隣接する２つの矩形状積層構造単位の夫々の中心から隣接方向と直交する方向に伸び、矩形状積層構造単位の水平方向の一辺の長さの１／２の長さの２本のスリット要素と、２本のスリット要素の端部を結ぶスリット要素からなるコ字状スリットとする。
【００２９】
本発明の実施の形態においては二重螺旋積層構造を採用しているので、外部電極が不要になり、拘束部に起因する層間破断が生じることがない。また、外部電極が不要であるので、拡大機構を有する内部電極を形成した圧電素子の多層化が容易になり、小面積で高変位が得られる駆動部品が形成できる。それにより、高密度に実装配置が可能になる。
【００３０】
また、圧電素子の加工方法として、面方向の加工が中心となるため、製造工程の自動化を簡易に行うことが可能になる。さらに、素子の大面積化、小型化および変位量の制御が積層数および積層の組み合わせにより簡易に行うことが可能になる。
【実施例１】
【００３１】
次に、図５乃至図９を参照して、本発明の実施例１の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程を説明する。まず、図５（ａ）に示すように、ＰＮＮ系圧電材料及び１５ｖｏｌ％のＰＭＭＡバインダーにより形成されるφ５０ｍｍ、厚さ２０μｍのグリーンシート２１１の両面に、Ｐｔ−Ｐｄ（３０：７０）の電極用ペースト２２１，２３１を厚さ５μｍ印刷する。
【００３２】
次いで、ＰＭＭＡ系バインダーペーストを用いφ４８ｍｍ（中央φ４ｍｍ抜き）厚さ５μｍのバインターパターン２４１を形成する。バインダーパターン２４１形成後、Ｐｔ−Ｐｄ（３０：７０）の電極用ペースト２５１をφ５０ｍｍ、厚さ５μｍ印刷する。次いで、図５（ｂ）に示すように、印刷した圧電シート中央にφ２ｍｍの穴２６１および幅１ｍｍのスリット２７１を形成する。
【００３３】
次いで、図６に示すように、スリット２７１，２７２を形成した２枚の圧電シートを互いにスリット２７１，２７２同士を食い込ませて一体化する。なお、ここでは、理解をしやすいように、同じ構造の圧電シートであるが、電極用ペーストのハッチングを互いに異ならせて、一方の符号のサフィックスを「２」で表示している。
【００３４】
図７は一体化した圧電シートの説明図であり、図７（ａ）は平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図であり、図７（ｃ）は二重螺旋積層構造を理解しやすくするために、図７（ｂ）の構造を左右に分解したものである。図に示すように、左側の圧電シートは右側部において左回りで右側の圧電シートの下に潜り込み、一方、右側の圧電シートは左側部において左回りで左側の圧電シートの下に潜り込んで、二重螺旋構造を形成している。
【００３５】
次いで、図８に示すように、一体化した圧電シートを４枚積み重ね、温度８０℃、加圧２０ＭＰａ,時間２０分の積層の条件で積層する。
【００３６】
次いで、図９に示すように、積層後、大気中、昇温速度５℃／時間、温度６００℃、保持５時間の条件で脱脂した後、大気中で、昇温速度２５℃／時間、温度９８０℃、保持２時間の条件で焼成する。この時、バインダーパターン２４１，２４２は飛散するので、上部電極３３１，３３２の内部に拡大機構の機能を有する空隙３４１、３４２が形成された二重螺旋積層型圧電アクチュエータが形成される。
【００３７】
このように、本発明の実施例１においてはドーナツ状の圧電シートにスリットを設けているので、スリット同士を互いに食い込ませることにより簡単に一体化した二重螺旋積層構造単位を形成することができる。この一体化した二重螺旋積層構造単位を任意の数だけ積層することによって大きな変位量を発生することが可能になる。特に、加工の容易なグリーンシートから作成できるため、素子の大面積化、小型化および変位量の制御が積層数および積層の組み合わせが簡易に行える。
【実施例２】
【００３８】
次に、図１０乃至図１３を参照して、本発明の実施例２の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程を説明する。まず、図１０の上側に示すように、ＰＮＮ系圧電材料及び１５ｖｏｌ％のＰＭＭＡバインダーにより形成されるφ５０ｍｍ、厚さ２０μｍのグリーンシート２１１の両面に、Ｐｔ−Ｐｄ（３０：７０）の電極用ペースト２２１，２３１を厚さ５μｍ印刷する。
【００３９】
次いで、ＰＭＭＡ系バインダーペーストを用いφ４８ｍｍ（中央φ４ｍｍ抜き）厚さ５μｍのバインターパターン２４１を形成する。バインダーパターン２４１形成後、Ｐｔ−Ｐｄ（３０：７０）の電極用ペースト２５１をφ５０ｍｍ、厚さ５μｍ印刷する。次いで、印刷した圧電シート中央にφ２ｍｍの穴２６１および幅１ｍｍのスリット２７１を形成して第１の圧電シートを形成する。
【００４０】
一方、図１０の下側に示すように、ＰＮＮ系圧電材料及び１５ｖｏｌ％のＰＭＭＡバインダーにより形成されるφ５０ｍｍ、厚さ２０μｍのグリーンシート２１３の両面に、Ｐｔ−Ｐｄ（３０：７０）の電極用ペースト２２３，２３３を厚さ５μｍ印刷する。
【００４１】
次いで、ＰＭＭＡ系バンダーペーストを用いφ５０ｍｍ（幅２ｍｍφ２５ｍｍ抜き）のバインターパターン２４３を形成する。バインダーパターン２４３形成後、Ｐｔ−Ｐｄ（３０：７０）の電極用ペースト２５３をφ５０ｍｍ、厚さ５μｍ印刷する。次いで、印刷した圧電シート中央にφ２ｍｍの穴２６３および幅１ｍｍのスリット２７３を形成して第３の圧電シートを形成する。次いでスリット２７１，２７３形成した２枚の圧電シートを互いにスリット２７１，２７３同士を込ませて一体化する。
【００４２】
図１１は一体化した圧電シートの説明図である。図１１（ａ）は平面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図であり、図１１（ｃ）は二重螺旋積層構造を理解しやすくするために、図１１（ｂ）の構造を左右に分解したものである。図に示すように、左側の第２の圧電シートは右側部において左回りで右側の第１の圧電シートの下に潜り込み、一方、右側の第１の圧電シートは左側部において左回りで左側の第２の圧電シートの下に潜り込んで、二重螺旋構造を形成している。
【００４３】
次いで、図１２に示すように、一体化した圧電シートを４枚積み重ね、温度８０℃、加圧２０ＭＰａ,時間２０分の積層の条件で積層する。
【００４４】
次いで、図１３に示すように、積層後、大気中、昇温速度５℃／時間、温度６００℃、保持５時間の条件で脱脂した後、大気中で、昇温速度２５℃／時間、温度９８０℃、保持２時間の条件で焼成する。この時、バインダーパターン２４１，２４３は飛散するので、上部電極３３１，３３３の内部に拡大機構の機能を有する空隙３４１，３４３が互いにずれた位置に形成された二重螺旋積層型圧電アクチュエータが形成される。
【００４５】
この本発明の実施例２において、実施例１と同様の作用効果が得られる以外に、空隙３４３の端部が解放されており、拘束部が生じないので層間破断を効果的に抑制することが可能になる。
【実施例３】
【００４６】
次に、図１４乃至図１８を参照して、本発明の実施例３の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造工程を説明する。まず、図１４（ａ）に示すように、ＰＮＮ系圧電材料及び１５ｖｏｌ％のＰＭＭＡバインダーにより形成される厚さ２０μｍの矩形のグリーンシート４１１の両面に、Ｐｔ−Ｐｄ（３０：７０）の電極用ペースト４２１，４３１を厚さ５μｍ印刷する。なお、ここでは、２０ｍｍ×２０ｍｍを素子単位４４１とし、４×４の素子単位４４１を形成した場合を示している。
【００４７】
次いで、図１５（ａ）に示すように、ＰＭＭＡ系バインダーペーストを用い４ｍｍ×４ｍｍ（中央１ｍｍ×１ｍｍ抜き）厚さ５μｍのバインターパターン４５１を形成する。バインダーパターン４５１形成後、Ｐｔ−Ｐｄ（３０：７０）の電極用ペースト４６１を厚さ５μｍ印刷する。
【００４８】
次いで、図１５（ｂ）に示すように、隣接する２つの素子単位４４１の夫々の中心から隣接方向と直交する方向に伸び、素子単位４４１の水平方向の一辺の長さの１／２の長さの２本のスリット要素と、２本のスリット要素の端部を結ぶスリット要素からなるコ字状の幅が０．１ｍｍのスリット４７１を打ち抜く。
【００４９】
次いで、図１６に示すように、スリット４７１、４７２を形成した２枚の圧電シートをスリット４７１，４７２で区分された舌状部分を一方が上側に他方が下側になるように互いに食い込ませて一体化する。なお、ここでは、理解をしやすいように、同じ構造の圧電シートであるが、電極用ペーストのハッチングを互いに異ならせて、一方の符号のサフィックスを「２」で表示している。
【００５０】
図１７は一体化した圧電シートの説明図であり、図１７（ａ）は平面図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）における素子単位を取り出した二重螺旋積層構造の説明図である。図１７（ｂ）の左図は、図１７（ａ）の左下隅の素子単位４４１（４４２）を表面側から見た平面図であり、右図は、その下側の部分を示す透視平面図である。左図の上側に示す圧電シートは一点鎖線の矢印で示すように、右回りで右図に示すように下側に示す圧電シートの下に潜り込む。一方、左図の下側に示す圧電シートは有刺鉄線状の矢印で示すように、右回りで右図に示すように上側に示す圧電シートの下に潜り込んで、二重螺旋構造を形成している。
【００５１】
次いで、一体化した圧電シートを４枚積み重ね、温度８０℃、加圧２０ＭＰａ,時間２０分の積層の条件で積層する。次いで、図１８に示すように、積層後、大気中、昇温速度５℃／時間、温度６００℃、保持５時間の条件で脱脂した後、大気中で、昇温速度２５℃／時間、温度９８０℃、保持２時間の条件で焼成する。この時、バインダーパターン４５１，４５２は飛散するので、上部電極５２１，５２２の内部に拡大機構の機能を有する空隙が形成された二重螺旋積層型圧電アクチュエータが形成される。最後に、切り出し線５３１，５３２に沿って切り出すことによって、平面形状が矩形の二重螺旋積層型圧電アクチュエータが得られる。
【００５２】
このように、本発明の実施例３においては、矩形のグリーンシートに２つの素子単位毎にコ字状のスリットを形成して、２枚の圧電シートを一体化して二重螺旋構造を形成している。したがって、矩形のグリーンシートのサイズを大きくすれば、一回の製造工程で多数個の二重螺旋積層型圧電アクチュエータを製造することができる。また、この場合も加工容易なグリーンシートを用いているので、素子の大面積化、小型化および変位量の制御が積層数および積層の組み合わせが簡易に行える。
【００５３】
なお、上記の実施例１及び実施例２においては、ドーナツ状のグリーンシートを用いているが、外周形状を矩形状にしても、全く同様の工程で二重螺旋構造を形成することができる。
【００５４】
ここで、実施例１乃至実施例３を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。（付記１）第１の下部電極、第１の圧電体及び第１の上部電極を順次積層するとともに、前記第１の下部電極或いは前記第１の上部電極の少なくとも一方に空隙部を備えた変位拡大機構を有する第１の螺旋状積層構造と、第２の下部電極、第２の圧電体及び第２の上部電極を順次積層するとともに、前記第２の下部電極或いは前記第２の上部電極の少なくとも一方に空隙部を備えた変位拡大機構を有する第２の螺旋状積層構造とを有し、前記第１の螺旋状積層構造と前記第２の螺旋状積層構造を、接合部において前記第２の下部電極が前記第１の上部電極と重なり、且つ、前記第１の下部電極が前記第２の上部電極と重なるように接合して二重螺旋構造としたことを特徴とする二重螺旋積層型圧電アクチュエータ。（付記２）前記二重螺旋構造の螺旋の回転軸に対して直交する面における外周形状が円形であることを特徴とする付記１に記載の二重螺旋積層型圧電アクチュエータ。
（付記３）前記二重螺旋構造の螺旋の回転軸に対して直交する面における外周形状が矩形であることを特徴とする付記１に記載の二重螺旋積層型圧電アクチュエータ。
（付記４）前記第１の螺旋状積層構造と前記第２の螺旋状積層構造が、同じ構造であることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載の二重螺旋積層型圧電アクチュエータ。
（付記５）前記第１の下部電極或いは前記第１の上部電極に設けた空隙部が、電極部材に囲まれた閉鎖空隙部であり、前記第２の下部電極或いは前記第２の上部電極に設けた空隙部が、螺旋の回転軸に対して直交する方向に開放端を有する空隙部であることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載の二重螺旋積層型圧電アクチュエータ。
（付記６）第１の下部電極用ペースト、第１の圧電体用ペースト及び第１の上部電極用ペーストを順次積層するとともに、前記第１の下部電極用ペースト或いは前記第１の上部電極用ペーストの少なくとも一方に電極用ペーストにより囲まれた或いは電極用ペーストの側面を囲む第１のバインダー層を設けた第１の積層構造を形成する工程と、第２の下部電極用ペースト、第２の圧電体用ペースト及び第２の上部電極用ペーストを順次積層するとともに、前記第２の下部電極用ペースト或いは前記第２の上部電極用ペーストの少なくとも一方に電極用ペーストにより囲まれた或いは電極用ペーストの側面を囲む第２のバインダー層を設けた第２の積層構造を形成する工程と、第１の積層構造に第１のスリットを形成するとともに、前記第２の積層構造に第２のスリットを形成し、前記第１のスリットと前記第２のスリットを互いに食い込ませて二重螺旋構造要素を形成する工程と、複数の前記二重螺旋構造要素を前記第１のスリット同士及び前記第２のスリット同士が積層方向において整合するように積層して多層積層構造を形成する工程と、前記多層積層構造を熱処理して脱脂するとともに、前記第１のバインダー層及び第２のバインダー層を空隙部に変換する工程と、前記多層積層構造をより高温で熱処理して焼成する工程とを有することを特徴とする二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造方法。
（付記７）前記第１の積層構造及び前記第２の積層構造が、ドーナツ形状の積層構造であり、前記第１のスリット及び前記第２のスリットが、前記ドーナツ形状の中心部に達するラジアル方向のスリットであることを特徴とする付記６に記載の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造方法。
（付記８）前記第１の積層構造と前記第２の積層構造が、最終的に二重螺旋積層型圧電アクチュエータとして切り出されるサイズの矩形状積層構造単位をマトリクス状に配置した矩形状の積層構造であり、前記第１のスリット及び前記第２のスリットが、前記隣接する２つの矩形状積層構造単位の夫々の中心から隣接方向と直交する方向に伸びるとともに、前記矩形状積層構造単位の水平方向の一辺の長さの１／２の長さの２本の第１のスリット要素と、前記２本の第１のスリット要素の端部を結ぶ第２のスリット要素からなるコ字状スリットであり、前記焼成工程ののちに、各矩形状積層構造単位のサイズに切り出す工程を有することを特徴とする付記６に記載の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造方法。
（付記９）前記第１の積層構造と前記第２の積層構造が、同じ積層構造であることを特徴とする付記６乃至付記８のいずれか１に記載の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造方法
（付記１０）前記第１の積層構造に設けた第１のバインダー層が、電極用ペーストに囲まれたバインダー層であり、前記第２の積層構造に設けた第２のバインダー層が、電極用ペーストの側面を囲むバインダー層であることを特徴とする付記６乃至付記８のいずれか１に記載の二重螺旋積層型圧電アクチュエータの製造方法。
【符号の説明】
【００５５】
１０１，１０２  螺旋状積層構造
１１１〜１１６  圧電体
１２１〜１２６  下部電極
１３１〜１３６  上部電極
１４１〜１４６，１５４〜１５６  空隙部
１６１，１６３  圧電体用ペースト
１７１，１７３  電極用ペースト
１８１，１８３  バインダー層
１９１，１９３  電極用ペースト
２１１〜２１３  グリーンシート
２２１〜２２３  電極用ペースト
２３１〜２３３  電極用ペースト
２４１〜２４３  バインダーパターン
２５１〜２５３  電極用ペースト
２６１〜２６３  穴
２７１〜２７３  スリット
３１１〜３１３  圧電体層
３２１〜３２３  下部電極
３３１〜３３３  上部電極
３４１〜３４３  空隙
４１１，４１２  グリーンシート
４２１，４２２  電極用ペースト
４３１，４３２  電極用ペースト
４４１，４４２  素子単位
４５１，４５２  バインダーパターン
４６１，４６２  電極用ペースト
４７１，４７２  スリット
５１１，５１２  圧電体層
５２１，５２２  上部電極
５３１，５３２  切り出し線
８１，８２  電極
８３  圧電体層
８４，８５  内部電極
８６，８７  外部電極
８８  変位拡大機構
８９，９０  内部電極未交差部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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