(57)【要約】本発明は少なくとも１つの積層体状の圧電素子（２）と少なくとも１つのプリテンション装置（１５）とを備えたピエゾアクチュエータ（１）に関する。圧電素子はその積層方向（１０）に沿って並べられた少なくとも２つの電極層（７，８）および２つの電極層間に配置された少なくとも１つの圧電層（４）を有する。プリテンション装置は、圧電層の少なくとも１つのフォースイントロダクション面（１３，１４）を介して、圧電層のプリテンション装置に近い少なくとも１つの表面セクション（１１，１２）に設けられたバルク部へ力（３２）を導入する。本発明のピエゾアクチュエータでは、フォースイントロダクション面が圧電層の表面セクションよりも小さく、バルク部は圧電層の部分ヴォリュームとなっている。ピエゾアクチュエータの製造は圧電層のフォースイントロダクション面を介してヴォリューム部分へ力を導入することにより行われる。ここでは圧電層の部分ヴォリューム内のドメインの分極が積層方向に対して横断方向となるように切り換える力が導入される。本発明のピエゾアクチュエータではパーセント領域の大きなストロークが達成され、コンタクト面対ごとに数１０分の１［Ｎ］の力を伝えることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの積層体状の圧電素子（２）と少なくとも１つのプリテンション装置（１５）とを備えており、圧電素子はその積層方向（１０）に沿って並べられた少なくとも２つの電極層（７，８，９）および２つの電極層間に配置された少なくとも１つの圧電層（４）を有しており、プリテンション装置は、圧電層の少なくとも１つのフォースイントロダクション面（１３，１４，２３，２４）を介して、圧電層のプリテンション装置に近い少なくとも１つの表面セクション（１１，１２）に設けられたバルク部へ力（３２）を導入する
ピエゾアクチュエータにおいて、
フォースイントロダクション面（１３，１４，２３，２４）が圧電層（４）の表面セクション（１１，１２）よりも小さく、前記バルク部は圧電層（４）の部分ヴォリューム（５）となっている
ことを特徴とするピエゾアクチュエータ。
【請求項２】
複数のフォースイントロダクション面（１３，１４）が圧電層（４）上に分布しており、該面を介して圧電層を撓ませる力が導入される、請求項１記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項３】
圧電層（４）は少なくとも１つのフォースイントロダクション面（１３）を備えた１つの表面セクション（１１）と、その反対側に少なくとも１つの別のフォースイントロダクション面（１４）を備えた別の表面セクション（１２）とを有しており、フォースイントロダクション面（１３，１４）は圧電素子（２）の積層方向（１０）に対して側方にオフセットされている、請求項１または２記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項４】
フォースイントロダクション面（１３，１４，２３，２４）を形成するために、プリテンション装置（１５）および／または圧電素子（２）は球面（１８）、円錐台（１９，２９）、直方体（３０，３１）、環（１７）および／または円筒（２１，２２）のグループのうち少なくとも１つから選択される形状を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項５】
フォースイントロダクション面（２３）は点状である、請求項１から４までのいずれか１項記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項６】
フォースイントロダクション面（２４，２４’）は条片状である、請求項１から４までのいずれか１項記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項７】
フォースイントロダクション面（２３’）は環状である、請求項１から４までのいずれか１項記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項８】
圧電層（４）の表面セクション（１１，１２）の上方に平面状に分布した少なくとも３つのフォースイントロダクション面が設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項９】
圧電層（４）の表面セクション（１１，１２）に直列（２５）に配置された少なくとも３つのフォースイントロダクション面が設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項１０】
圧電層（４）の対向の各表面セクション（１１，１２）は、積層方向（１０）に沿って相互にオフセットされた同じ形状および／または異なる形状のフォースイントロダクション面（１３，１４，２３，２４）を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項１１】
圧電層（４）の層厚さ（６）は２０μｍ以上２００μｍ以下の範囲から選択される、請求項１から１０までのいずれか１項記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項１２】
フォースイントロダクション面（１３，１４，２３，２４）は圧電層（４）の層厚さ（６）にほぼ相応する広がりを有する、請求項１１記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項１３】
複数の圧電素子（２）が相互に積層されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項１４】
少なくとも２つの圧電素子（２）はそのフォースイントロダクション面（１３，１４，２３，２４）がほぼ同一面に並ぶように積層されている、請求項１３記載のピエゾアクチュエータ。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項記載のピエゾアクチュエータ（１）の製造方法において、
圧電層（４）のフォースイントロダクション面（１３，１４，２３，２４）を介して力（３２）を圧電層（４）の部分ヴォリューム（５）へ導入し、
部分ヴォリューム（５）内の分極（２７）が積層方向（１０）に対して横断方向となるようにする
ことを特徴とするピエゾアクチュエータの製造方法。
【請求項１６】
圧電層（４）の層厚さ（６）全体にわたって延在する部分ヴォリューム（５）を用いる、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
部分ヴォリューム（５）内にほぼ完全に積層方向（１０）に対して横断方向の分極を形成する、請求項１５または１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの積層体状の圧電素子と少なくとも１つのプリテンション装置とを備えており、圧電素子はその積層方向に沿って並べられた少なくとも２つの電極層および２つの電極層間に配置された少なくとも１つの圧電層を有しており、プリテンション装置は、圧電層の少なくとも１つのフォースイントロダクション面を介して、圧電層のプリテンション装置に近い少なくとも１つの表面セクションに設けられたバルク部へ力を導入する、ピエゾアクチュエータに関する。また本発明はピエゾアクチュエータの製造方法にも関する。
【０００２】
冒頭に言及した形式のピエゾアクチュエータは米国特許第６２７４９６７号明細書から公知である。このピエゾアクチュエータは多層構造の圧電素子を有している。こうした圧電素子では多数の電極層および圧電層が交互に上下方向に並べられて形成されている。圧電層は圧電セラミクス材料から成る。個々の圧電層のバルク部へ力を導入するプリテンション装置は中空円筒形のばねエレメント、アクチュエータカバーおよびアクチュエータボディから成る。圧電素子のアクチュエータカバーとアクチュエータボディとのあいだの２つの端面にばねエレメントを介してテンションがかけられる。プリテンション装置により各圧電層のヴォリューム全体へ力が導入される。圧電層には積層方向に沿って１軸で圧力が印加される。導入された力（圧力）によりドメインの切り換えが生じる。ドメインの分極は有利には力の導入方向または積層方向に対して横断する向きとなる。
【０００３】
それぞれの圧電層のバルク部全体へ力を導入するために、個々の圧電層は対向する表面セクションを有する。これらは圧電素子の端面に対して平行に配向されている。これらの表面セクションはプリテンション装置のアクチュエータカバーおよびアクチュエータボディのほうを向いている。表面セクションは圧電素子の端面と同じ大きさである。圧電層の表面セクション全体にわたって、圧電層のバルク部全体へ力が導入される。
【０００４】
周知のピエゾアクチュエータは例えばいわゆるコモンレール噴射システムの噴射弁を駆動するために用いられる。このとき所定の変位および力は積層方向に沿って伝搬する。
【０００５】
印加された電界強度の方向での圧電材料の変位の尺度はいわゆる圧電負荷定数ｄ３３である。大きな変位を得るためには、例えば所定のｄ３３値で圧電素子の全高を増大する。これに代えて圧電素子の積層方向に沿って１軸の力を導入することにより大きな変位を得ることもできる。このとき例えば分極していない圧電素子における統計的に分散した強誘電ドメインを、いわゆる強弾性プロセスによって、有利には印加される圧力または積層方向に対して横断方向に切り換える。これにより圧電素子は短いままである。こうした短い圧電素子が電気的に駆動される。積層方向に平行に電場を印加することにより、印加された電場に対して平行な優位方向でドメインが切り換えられる。圧力のかけられない圧電素子に比べて、格段に多くのドメインが切り換えられる。これにより圧力のかけられない圧電素子に比べてより大きな変位が圧電素子の積層方向で得られる。
【０００６】
このようにモノリシック多層構造の積層体状の圧電素子での変位を大きくするためには、例えば圧電素子の底面積１×１ｍｍ２に１００Ｎを超える力が必要である。底面積５×５ｍｍ２では約２．５ｋＮの力が必要となる。これでは剛性のばねを介した無負荷変位による損傷が発生しかねない。
【０００７】
圧力をかけて変位を大きくすることは、マクロレベルのピエゾアクチュエータにとっても問題があるが、特にマイクロレベルのピエゾアクチュエータにとって、変位の増大および力の増大を実現するのに望ましくない。
【０００８】
本発明の課題は、マイクロアクチュエータとして使用可能なアクチュエータを提供し、従来技術に比べて大きな変位を達成できるようにすることである。
【０００９】
この課題は、少なくとも１つの積層体状の圧電素子と少なくとも１つのプリテンション装置とを備えており、圧電素子はその積層方向に沿って並べられた少なくとも２つの電極層および２つの電極層間に配置された少なくとも１つの圧電層を有しており、プリテンション装置は、圧電層の少なくとも１つのフォースイントロダクション面を介して、圧電層のプリテンション装置に近い少なくとも１つの表面セクションに設けられたバルク部へ力を導入するピエゾアクチュエータにおいて、フォースイントロダクション面が圧電層の表面セクションよりも小さく、前記バルク部は圧電層の部分ヴォリュームとなっていることを特徴とするピエゾアクチュエータによって解決される。この部分ヴォリュームがアクチュエータに作用する。
【００１０】
また本発明の課題は、ピエゾアクチュエータの製造方法において、圧電層のフォースイントロダクション面を介して圧電層の部分ヴォリュームへ力を導入し、部分ヴォリューム内の分極が積層方向に対して横断方向に生じるようにすることにより解決される。こうしてアクチュエータに作用する部分ヴォリュームが形成される。
【００１１】
有利には圧電素子は最初は電気的に駆動されていない状態にある。つまり電場は印加されていない。プリテンション装置により積層方向に沿って間接的にフォースイントロダクション面を介して局所的に制限された力または機械的圧力が圧電層の部分ヴォリュームへ導入される。機械的圧力により、分極していない圧電層内の統計的に分散したドメインまたは通常のように分極した圧電層内の圧力導入方向に対して平行な強誘電ドメインが、印加された機械的圧力に対して横断方向に切り換えられる。これにより圧電層の持続的な変形または短縮が部分ヴォリュームの領域内で生じる。圧電層の層厚さは縮小される。こうして変形された圧電素子または短縮された圧電素子が得られる。
【００１２】
このように形成された圧電素子が分極方向で（積層方向に対して平行に）所定の電界強度で駆動される場合、部分ヴォリューム内部または外部の全てのドメインがほぼ分極方向と平行に切り換えられる。この切り換えプロセスではピエゾアクチュエータに圧電層の部分ヴォリュームの範囲内で圧力がかけられる。すると圧電素子の積層方向で大きな変位が測定される。この大きな変位は増大されたｄ３３値の結果である。
【００１３】
有利な実施形態では、複数のフォースイントロダクション面が圧電層上に分布しており、この面を介して圧電層を撓ませる力が導入される。例えば圧電層はチタン酸ジルコン酸鉛から成る圧電セラミクス層である。力の導入によって開始される撓みは圧電セラミクス層の弾性撓みによるものである。フォースイントロダクション面、圧電層の層厚さ、および導入される力を適切に調整すれば、弾性撓みと強弾性撓みとを重畳することができる。プリテンション装置で測定可能なストロークは、撓みの縮小量、９０°のドメイン切り換えによる圧電層の層厚さの増大量、および通常の圧電効果による層厚さの増大量から成る。圧電層の出力側の層厚さに対して例えば電界強度１ｋＶ／ｍｍでｄ３３値は１５０００ｐｍ／Ｖまで測定される。これは従来のアクチュエータの分解能に対して係数１０ほどのストローク増大に相応する。
【００１４】
別の有利な実施形態では、圧電層の層厚さ全体に沿って延在する部分ヴォリュームが使用される。ここでは圧電層の一方の表面セクションから他方の表面セクションまで延在する部分ヴォリュームが形成される。この部分ヴォリュームは幅方向で圧電層を完全にカバーしている。
【００１５】
有利には、部分ヴォリューム内で積層方向に対してほぼ完全に横断方向の分極が形成される。部分ヴォリュームには機械的圧力により、導入される力に対して横断方向のほぼ完全なドメイン切り換えが達成され、場合によってはそれ以上の効果が生じる。ここにかかる圧力は圧電層に使用される圧電材料に依存する。圧力は例えばキュリー温度Ｔｃが低くなるにつれて、または圧電材料の抗電界強度Ｅｃが低くなるにつれて低くなる。
【００１６】
有利な別の実施形態では、フォースイントロダクション面を形成するプリテンション装置および／または圧電素子は球面、円錐台、直方体、環および／または円筒のグループのうち少なくとも１つから選択される形状を有している。またプリズム状も可能である。こうした構造により特に点状および条片状のフォースイントロダクション面が実現される。点状とはフォースイントロダクション面が円形またはほぼ円形の面によって表されるということを意味する。またフォースイントロダクション面は例えば環状であってもよいし、円形、楕円形または四角形であってもよい。例えばプリテンション装置は四角形の底面を有する角柱であってもよいし、円形の底面を有する円筒であってもよい。これらの底面は機械的圧力を圧電素子へ伝える。柱の底面に相応して機械的圧力は圧電層の円形または四角形のフォースイントロダクション面を介して圧電層の部分ヴォリュームへ導入される。角柱が長方形の底面を有する場合、力は条片状のフォースイントロダクション面に沿って相応の形状の圧電層の部分ヴォリュームへ導入される。また円筒状の場合には底面を介してでなく外套面を介して力が導入される。この場合には例えば線状のフォースイントロダクション面が設けられる。
【００１７】
また、圧電素子のパターニングされた電極層によりフォースイントロダクション面を実現することもできる。パターニングされた電極層を用いれば、圧電層の所定の位置のみに力が導入される。その結果、力の導入された位置のみでドメイン切り換えが生じる。電極層のパターニングにはマイクロパターニング技術の周知のあらゆるプロセスを適用可能である。
【００１８】
有利な別の実施形態では、複数の部分ヴォリュームが圧電層内に形成される。各部分ヴォリュームは有利には相互に分離されている。このことは圧電層の複数のフォースイントロダクション面を介してドメインの分極が切り換えられ、積層方向に対して横断方向となることを意味する。フォースイントロダクション面を介して導入される圧力はそれぞれ有利には等しい。このことは例えばフォースイントロダクション面が同じ大きさであるとき、それぞれ同じ大きさの力がプリテンション装置を介してフォースイントロダクション面に作用することを意味する。
【００１９】
特に圧電層の表面セクションの上方に平面状に分布した少なくとも３つのフォースイントロダクション面が設けられている。平面状に分布した少なくとも３つのフォースイントロダクション面を設けると、同じ大きさの力を部分ヴォリューム内へ導入することが容易になる。フォースイントロダクション面全体が増大することにより、力の逓倍化も達成される。力の導入の際には大きな力を加えなければならないが、より大きな力を呼び起こすことができる。
【００２０】
別の実施形態では、圧電層の表面セクションに直列に配置された少なくとも３つのフォースイントロダクション面が設けられている。このようにすると例えば条片状のフォースイントロダクション面を表面セクション全体にわたって相互に並列に分布させることができる。また複数の点状のフォースイントロダクション面がフォースイントロダクション面のマトリクスを形成するようにしてもよい。このようにすれば相応に圧電層に部分ヴォリュームのマトリクスが得られる。
【００２１】
圧電層の対向の各表面セクションに配置されるフォースイントロダクション面は、形状および／または大きさについて異なっていてかまわない。例えば一方の表面セクションのフォースイントロダクション面を点状に、他方の表面セクションのフォースイントロダクション面を条片状に構成することができる。
【００２２】
幅方向に延在する部分ヴォリュームを形成する際に、特に有利な実施形態として、圧電層の対向の各表面セクションがほぼ同じ形状または異なる形状のフォースイントロダクション面を有するように構成してもよい。“ほぼ同じ”とは２つのフォースイントロダクション面の差が１０％以内であることである。異なる形状のフォースイントロダクション面とは、例えば、一方の表面セクションのフォースイントロダクション面が点状、他方の表面セクションのフォースイントロダクション面が環状であることを意味する。これらのフォースイントロダクション面は相互に重なって、つまり環状のフォースイントロダクション面の中央に点状のフォースイントロダクション面が位置するように配置される。
【００２３】
有利な別の実施形態では、圧電層の層厚さは２０μｍ以上２００μｍ以下の範囲から選択される。この層厚さでは小さい力を加えたときにも格段に高いｄ３３値が生じることが判明している。
【００２４】
有利な別の実施形態では、フォースイントロダクション面は圧電層の層厚さにほぼ相応する広がりを有する。ここでの広がりとは例えばフォースイントロダクション面の径またはエッジ長さである。前述のように点状のフォースイントロダクション面および環状のフォースイントロダクション面を組み合わせる場合には環状のフォースイントロダクション面の環の径は著しく大きくなり、例えば５００μｍである。また環が１ｍｍまでの径を有するように構成してもよい。
【００２５】
有利な別の実施形態では、複数の圧電素子が上下に積層される。このとき有利には少なくとも２つの圧電素子のフォースイントロダクション面がほぼ同一面に並ぶように積層されている。各圧電層の部分ヴォリュームは積層方向で別の圧電素子の圧電層の部分ヴォリュームの上方に配置されている。これによりそれぞれの圧電素子の変位レベルが大きくなる効果がさらに重畳され、きわめて大きな変位が得られる。こうしてストロークの逓倍化が達成される。しかもこのとき圧電層の部分ヴォリュームに導入する力は小さくて済む。
【００２６】
本発明によって得られる利点を以下にまとめて示す。
・圧電層の部分ヴォリュームへ力を導入するしかたによって、圧電素子にきわめて大きなストロークが得られる。例えば構造高さ１ｍｍのマイクロアクチュエータにおいても１０μｍのストロークが実現される。
・マイクロアクチュエータの無負荷ストロークを１／２にして、１０ｃＮ〜２０ｃＮの作業力が得られる。
・適切に積層された圧電素子により、力ひいては機械的な作業能力が種々の適用分野に対して数倍にもなる。
・圧電セラミクスの多層技術、マイクロパターニング技術、マイクロメカニクス技術などを組み合わせることにより、本発明を種々の分野（マイクロポンプ、マイクロバルブ、マイクロモータなど）の手段に適用することができる。
【００２７】
本発明を以下に実施例および図に即して詳細に説明する。本発明の個々の特徴は任意に相互に組み合わせることができる。図は概略的なものであり、縮尺通りには描かれていないことに注意されたい。
【００２８】
図１〜図７には種々のピエゾアクチュエータの断面部分図が示されている。図８〜図１０にはフォースイントロダクション面を有する圧電層の平面部分図が示されている。図１１には条片状のフォースイントロダクション面を有するピエゾアクチュエータの斜視図が示されている。図１２には多層構造の圧電素子が示されている。
【００２９】
図１〜図９のピエゾアクチュエータ１はそれぞれ少なくとも１つの積層体状の圧電素子２を有しており、この圧電素子は積層方向１０に沿って上下に並べられた２つの電極層７，８と電極層間に配置された圧電層４とから成る。圧電層４はソフトＰＺＴから成っている。ソフトＰＺＴのキュリー温度Ｔｃは約１７０℃、抗電界強度Ｅｃは０．５ｋＶ／ｍｍ近傍である。圧電層４の層厚さ６は約１２０μｍである。
【００３０】
ピエゾアクチュエータ１には圧電層４の部分ヴォリューム５へ力を導入するプリテンション装置１５が設けられている。フォースイントロダクション面１３，１４を介して圧電層４の部分ヴォリューム５へ力３２が導入される。フォースイントロダクション面１３，１４は圧電層４のプリテンション装置１５に近い表面セクション１１，１２に配置されている。表面セクション１１，１２はここでは対向する２つの面である。少なくとも一方のフォースイントロダクション面１３または１４は圧電層４の対応する表面セクション１１または１２よりも小さい。
【００３１】
フォースイントロダクション面１３，１４を形成するために、プリテンション装置１５は電極層７，８と機械的に接触している。電極層７，８には間接的に圧電層４の表面セクション１１，１２のフォースイントロダクション面１３，１４が形成される。フォースイントロダクション面１３，１４の規模はプリテンション装置１５と相応の電極層７，８とのあいだの機械的なコンタクト面の面積にほぼ相応する。
【００３２】
フォースイントロダクション面１３，１４は圧電素子２の積層方向１０で圧電層４の全体にわたって分布しており、力を導入することにより圧電層４の撓みが引き起こされる。
【００３３】
図１によれば、プリテンション装置１５として少なくとも１つの球面体１８と少なくとも１つの支持リング１７とが設けられている（図８の参照番号２３，２３’を参照）。支持リング１７は球面状の断面を有している。支持リング１７はプリテンション装置１５の基部１６に接続されている。図示されていないばねにより、圧電層４の部分ヴォリュームへ導入される力３２が球面体１８へ伝わる。支持リング１７および球面体１８は相互に対向しており、それぞれ各電極層７，８の一方に機械的に接触している。球面体１８は点状のフォースイントロダクション面１４に通じている。点状のフォースイントロダクション面の径は約５０μｍである。支持リング１７は径約５００μｍの環状のフォースイントロダクション面１３に通じている。球面体１８および支持リング１７はここでは点状のフォースイントロダクション面１４が環状のフォースイントロダクション面１３の中央に位置するように配置されている。圧力を印加することによりフォースイントロダクション面１３，１４を介して圧電層４の部分ヴォリューム５へ力３２が導入される。その結果部分ヴォリューム５内でドメインの分極２７が積層方向１０に対して横断方向へ切り換えられる。部分ヴォリューム５は圧電素子２の積層方向１０で圧電層４の層厚さ６全体にわたって延在している。分極は部分ヴォリューム５内でほぼ完全に行われる。前述の実施例とは異なり、図２の点状のフォースイントロダクション面１４は円錐台２０によって形成され、図３の点状のフォースイントロダクション面１４は円筒２２によって形成される。図２では支持リング１７は円錐台の断面１９を有し、図３では円筒の断面２１を有する。図１１の別の実施例では、四角形の底面を有する直方体３０，３１によって条片状のフォースイントロダクション面２４，２４’が形成され、これらが直列に配置されている（図９の２５，２５’を参照）。
【００３４】
フォースイントロダクション面を形成するために、図４によればプリテンション装置１５および圧電素子２に点状の底面を備えた円筒２２，２１が設けられている。圧電素子２の円筒２１はここではパターニングされた電極層９により実現される。プリテンション装置１５の円筒２２と圧電素子２の円筒２１とは積層方向１０に関して相互にオフセットされている。圧電層および電極層の材料を選択することにより、積層体を撓ませることができる。ここで圧力を印加すると特に大きなストロークの増大が得られる。
【００３５】
図５にはさらに別の実施例が示されている。ここでは複数の円筒が表面セクション１１，１２に直列に配置されている（参照番号２５）。円筒の底面が条片状である場合、条片状のフォースイントロダクション面２４，２４’が得られる（図９）。フォースイントロダクション面２４，２４’は相互にオフセットされている。図１０には条片状のフォースイントロダクション面２４，２４’のバリエーションが示されている。このフォースイントロダクション面２４，２４’はそれぞれが条片の長手方向に対して横断方向でタブを介して相互に接続されている。圧電層４への力の導入は網目状に行われる。
【００３６】
さらに別の実施例が図８に示されている。複数の点状のフォースイントロダクション面２３は圧電層４の一方の表面セクション１１全体にわたって、複数の環状のフォースイントロダクション面２４は他方の表面セクション１２全体にわたって、それぞれマトリクス２６，２６’の形態で分布している。
【００３７】
図６，図７には２つの圧電素子２が積層され、そのフォースイントロダクション面１３，１４が同一面をなしている２つの実施例が示されている。圧電層２への力の導入のためには、図６では圧電素子２のあいだにパターニングされた金属層２８が用いられている。これに対して図７は図４の実施例の拡張形態である。力の導入のために電極層９が少なくとも部分的に円筒を有している。電極層９はパターニングされている。力の結合を適合化するために、積層体状の圧電素子２のパターニングされた各電極層９のあいだに金属中間層２９が配置される。
【００３８】
別の実施例では多層構造の圧電素子３が使用される。ここでは複数の電極層７と圧電層４とが交互に配置されている（図１２を参照）。さらに有利には、外部の電極層７がパターニングされた電極層９となる。
【００３９】
図１のピエゾアクチュエータ１に基づいて表１に測定結果を示す。圧電素子２には０．７Ｎの静電力が印加される。電界強度が１ｋＶ／ｍｍであるとき、圧電負荷定数ｄ３３は圧電セラミクス材料と圧電層４の層厚さ６との関数として求められる。１５０００ｐｍ／Ｖのｄ３３値が達成される。
【００４０】
【表１】
2005535136.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ピエゾアクチュエータの断面部分図である。
【００４２】
【図２】ピエゾアクチュエータの断面部分図である。
【００４３】
【図３】ピエゾアクチュエータの断面部分図である。
【００４４】
【図４】ピエゾアクチュエータの断面部分図である。
【００４５】
【図５】ピエゾアクチュエータの断面部分図である。
【００４６】
【図６】ピエゾアクチュエータの断面部分図である。
【００４７】
【図７】ピエゾアクチュエータの断面部分図である。
【００４８】
【図８】フォースイントロダクション面を有する圧電層の平面部分図である。
【００４９】
【図９】フォースイントロダクション面を有する圧電層の平面部分図である。
【００５０】
【図１０】フォースイントロダクション面を有する圧電層の平面部分図である。
【００５１】
【図１１】条片状のフォースイントロダクション面を有するピエゾアクチュエータの斜視図である。
【００５２】
【図１２】多層構造の圧電素子の断面図である。
【図１】
2005535136.tif 000004
【図２】
2005535136.tif 000005
【図３】
2005535136.tif 000006
【図４】
2005535136.tif 000007
【図５】
2005535136.tif 000008
【図６】
2005535136.tif 000009
【図７】
2005535136.tif 000010
【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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【国際調査報告】
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