(57)【要約】【課題】安価な構成で圧電素子と基板との接合強度の向上を図り、小型化に伴う振動の減衰を抑制して振動効率を向上させ、安定した振動エネルギーの出力が可能となる振動体とその製造方法及び振動波アクチュエータを提供する。【解決手段】基板に、圧電層と電極層を有する圧電素子が固定され、該圧電素子の振動によって前記基板を振動させ、該基板の振動を出力する振動体であって、  前記圧電素子が、該圧電素子と前記基板の間に設けられた溶融したガラスを含むセラミックスからなる接合層を介し、前記基板に固定されている。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、圧電層と電極層を有する圧電素子が固定され、該圧電素子の振動エネルギーによって前記基板を振動させ、該基板の振動エネルギーを出力する振動体であって、
前記圧電素子が、該圧電素子と前記基板の間に設けられたガラス粉末を含む接合層を介し、前記基板に固定されていることを特徴とする振動体。
【請求項２】
前記ガラス粉末には、酸化ケイ素、酸化ボロンが含まれるほか、添加物が加えられていることを特徴とする請求項１に記載の振動体。
【請求項３】
前記接合層が、前記圧電層と同一成分または主成分が同じ化合物で形成されていることを特徴とする前記請求項１または請求項２に記載の振動体。
【請求項４】
前記基板は、セラミックスまたは金属で形成されていることを特徴とする前記請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動体。
【請求項５】
前記基板を形成するセラミックスが、アルミナ、またはアルミナを主成分としジルコニアを添加したセラミックスであることを特徴とする請求項４に記載の振動体。
【請求項６】
前記基板を形成する金属が、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項４に記載の振動体。
【請求項７】
前記圧電層は、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛を主成分として形成され、
前記電極層は、銀とパラジウムを主成分として形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動体。
【請求項８】
前記圧電層は、チタン酸バリウムを主成分として形成され、
前記電極層は、銀を主成分として形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動体。
【請求項９】
前記圧電素子は、前記圧電層および前記電極層とが交互に積層されて構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動体。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動体を駆動動力源として備えていることを特徴とする振動波アクチュエータ。
【請求項１１】
圧電層と電極層を有する圧電素子を、基板に固定して振動体を製造する振動体の製造方法であって、
前記基板にセラミックスまたは金属で形成された基板を用い、該基板上にガラス粉末を含む接合層を形成する工程と、
前記接合層を形成する工程で形成された接合層上に、前記圧電素子を形成する工程と、
前記基板と前記接合層と前記圧電素子とを、同時に焼成してこれらを一体化する工程と、
を有することを特徴とする振動体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を基板上に固定した振動体とその製造方法及びその振動体を用いた振動波アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動波アクチュエータでは、一般に、振動体の振動源として圧電素子が用いられている。
この圧電素子としては、単一の板状の圧電素子や多数の圧電層を積層し成形一体化した後に焼成された積層圧電素子が使われている。
とりわけ、この積層圧電素子は、単一の板状の圧電素子に比べて、多層化により低い印加電圧で大きな変形歪や大きな力が得られるという利点がある（特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、特許文献１におけるリニア型振動波（超音波）アクチュエータ３０の外観斜視図である。
このリニア型振動波アクチュエータ３０は、振動体３１、及び加圧接触された棒状の移動体（リニアスライダ）３６を有している。
振動体３１は、積層圧電素子３５と駆動板３２を有し、積層圧電素子３５は圧電層と電極層が交互に複数積層化されている。
駆動板３２は金属からなり、接着剤により積層圧電素子３５と接着されている。駆動板３２は、矩形状に形成された板部と、この板部の上面に対して凸状に形成された２つの突起部３３ａ、３３ｂを有している。
突起部３３の先端面には、接触部３４ａ、３４ｂが形成されている。
接触部３４ａ、３４ｂは、被駆動体としてのリニアスライダ３６と直接接触する部材であるため、所定の耐磨耗性を有している。
このリニア型振動波アクチュエータ３０は、２つの曲げ振動モードを励起し、突起部３３ａ、３３ｂに楕円運動を生起させる。
この楕円運動は、振動体３１に対して加圧状態で接触されているリニアスライダ３６に対して、振動体３１との間に相対的な移動運動力を発生させる。
この相対的な移動運動力により、リニアスライダ３６は、リニア（直線）駆動されることとなる。
【０００４】
上記の積層圧電素子３５を製造する場合は、初めに、圧電材料粉末と有機バインダから、ドクターブレード法などの方法により圧電層となるグリーンシートを作り、このグリーンシート上の所定位置に電極材料ペーストを印刷して電極層とする。
そして、このグリーンシートを所定の枚数平面状に重ね、加圧して積層化する。この後、圧電層と電極層を同時焼成により一体化し、分極処理を行い、最終的に機械加工を行い所定の寸法に仕上げる。
また、セラミックス基板の少なくとも一方の面上に、電極材料と圧電材料を順次層状に積層し、熱処理によって一体化した一体積層構造を有する圧電電歪膜型アクチュエータが知られている。
また、図６は、圧電層４５と電極層４４、４６を有する圧電素子４１と、振動板としてのセラミックス基板４２とを同時に焼成して一体化した振動体４０である。
圧電素子４１の電極層４４とセラミックス基板４２との間には、圧電層４５と同一成分、又は主成分が同一の化合物層としての圧電層４３を介在させ、焼成により圧電素子４１とセラミックス基板４２が接合している（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３０４８８７号公報
【特許文献２】特開２００９−１２４７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の振動波アクチュエータ３０の振動体３１では、積層圧電素子３５と金属からなる振動板３２は、樹脂からなる接着剤で接着されている。
しかし、樹脂からなる接着剤は比較的柔らかいため、振動体の振動減衰は大きく、特に小型化するほど振動体の振動減衰の影響が大きくなり、小型の振動波アクチュエータの効率を低下させる主因となっていた。
また、小型化した場合に、接着層の厚さのばらつきや接着による位置精度が小型の振動波アクチュエータの性能に与える影響が大きくなり、小型の振動波アクチュエータの性能のばらつきも大きくなっていた。
【０００７】
さらに、従来の積層圧電素子の製造方法では、圧電材料粉末から作るグリーンシート成形や積層プレス、機械加工など製造装置の設備投資額も大きく、製造コストを高くする一因となっていた。
このようなことから、上記の一体積層構造を有する圧電電歪膜型アクチュエータのように、積層圧電素子の製造と同時に、接着剤による接着層を設けずに、セラミックス基板に積層圧電素子を直接固定する方法が用いられる。
しかしながら、通常、圧電素子の電極層とセラミックス基板とは化学反応が起こりにくく、その結果、電極層と基板との接合強度はかなり低くなる。
そのため、初めから基板から剥離していたり、振動による剥離が起こり易くなる。
そのため、上記特許文献２では、圧電素子４１の電極層４４とセラミックス基板４２との間に、圧電層４３を介在させ、焼成により一体化する振動体４０が提案されている。
しかし、圧電層４３を介在させてセラミックス基板４２との接合力を上げることは可能ではあるが、より大きな振動振幅を振動体に与えると、圧電素子４１はセラミックス基板４２から剥離する場合が生じる。そのため、圧電素子４１とセラミックス基板４２との接合力をさらに上げる必要がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、安価な構成で圧電素子と基板との接合強度の向上を図り、小型化に伴う振動の減衰を抑制して振動効率を向上させ、安定した振動エネルギーの出力が可能となる振動体とその製造方法及び振動波アクチュエータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の振動体は、基板に、圧電層と電極層を有する圧電素子が固定され、該圧電素子の振動エネルギーによって前記基板を振動させ、該基板の振動エネルギーを出力する振動体であって、
前記圧電素子が、該圧電素子と前記基板の間に設けられたガラス粉末を含む接合層を介し、前記基板に固定されていることを特徴とする。
また、本発明の振動体の製造方法は、圧電層と電極層を有する圧電素子を、基板に固定して振動体を製造する振動体の製造方法であって、
前記基板にセラミックスまたは金属で形成された基板を用い、該基板上にガラス粉末を含む接合層を形成する工程と、
前記接合層を形成する工程で形成された接合層上に、前記圧電素子を形成する工程と、
前記基板と前記接合層と前記圧電素子とを、同時に焼成してこれらを一体化する工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明の振動波アクチュエータは、上記した振動体を駆動動力源として備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、安価な構成で圧電素子と基板との接合強度の向上を図り、小型化に伴う振動の減衰を抑制して振動効率を向上させ、安定した振動エネルギーの出力が可能となる振動体とその製造方法及び振動波アクチュエータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る振動体の構成を示す構成図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る振動体の構成を示す構成図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図３】本発明の実施例３に係る振動体の構成を示す構成図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図４】本発明の実施例１〜３に係る振動体を組込んだリニア型振動波アクチュエータの駆動機構を示す図である。
【図５】従来例のリニア型振動波アクチュエータの構成を示す図である。
【図６】従来例の振動体の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。
【実施例】
【００１３】
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した振動体の構成例について、図１を用いて説明する。
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ振動体の正面図、側面図、平面図である。なお、図１（ｂ）は、図１（ｃ）の矢印で示した破線位置での断面を示している。
図１に示す振動体１ａは、リニア駆動する振動波アクチュエータに適用することを想定したものである。
この振動体１ａは、板状の基板２と圧電素子１５と接合層３を有している。
この基板２と圧電素子１５は、後述するように同時焼成により接合（固定）され一体化されたものである。
すなわち、振動エネルギー発生源として機能する圧電素子１５と、その振動エネルギーを集積する振動板として機能する基板２とは、接合層３を介し固定されて一体化されている。
圧電素子１５においては、電極層４、圧電層５、電極層６、圧電層７が順次積層されている。電極層４は、２つに分割され、分割体は互いに離間状態で配備されている。同様に、電極層６は、２つに分割され、分割体は互いに離間状態で配備されている。
【００１４】
また、圧電層５は、電極層４の全面を覆い、圧電層７は電極層６の全面を覆っている。
電極層４、６と外部（制御部等）との電気的な導通は、圧電層５、７に孔（ホール）８を形成し、その孔８を介して導電線９を電極層４、６の上に導入してハンダ等に固定することにより、図られている。
また、孔８に導体を充填したスルーホールを形成し導線との導通を図っても良い。
電極層４、６には、圧電素子１５の振動を制御する制御部等から交番信号が供給され、この交番信号により圧電層５が伸縮し（歪み）、その伸縮が機械的な振動エネルギーとして外部に出力される。
この振動エネルギーにより基板２が振動し、その基板２の振動は、被駆動体（図４のリニアスライダ１４参照）を駆動する駆動力として利用される。
基板２は、長さ１２ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍであり、接合層３の厚さは約６μｍ、圧電層５の厚さは約１２μｍ、圧電層７の厚さは約６μｍ、電極層４、６の厚さは約５μｍである。導通用の孔８は直径１ｍｍである。
【００１５】
つぎに、振動体１ａの製造方法を説明する。
まず、板状の焼成済みのセラミックスであるアルミナ（酸化アルミニウム）を研削加工、切断加工により所定の寸法に基板２を仕上げる。
次に、圧電材料粉末とガラス粉末、有機溶剤と有機バインダからなる有機ビヒクルを混合して作った厚膜形成可能なガラス粉末を含んだ圧電材料ペーストを、セラミックス板の片面の表面にスクリーン印刷法で印刷塗布する。
そして、この塗布されたガラス粉末を含んだ圧電材料ペーストを約１５０℃で１０分間ほど加熱することにより、有機溶剤を除去して乾燥させて、接合層３を形成する。
この後、銀とパラジウムを主成分とする導電材料粉末等と有機溶剤と有機バインダからなる有機ビヒクルを混合して導電材料ペーストを作る。
この導電材料ペーストを、乾燥済みの接合層上３にスクリーン印刷法で塗布し、約１５０℃で１０分間ほど加熱することにより、乾燥し電極層４を形成する。
【００１６】
次に、圧電材料粉末と、有機溶剤と有機バインダからなる有機ビヒクルを混合して作った厚膜形成可能な圧電材料ペーストを、電極層４の表面にスクリーン印刷法で印刷塗布する。
そして、この塗布された圧電材料ペーストを約１５０℃で１０分間ほど加熱することにより、有機溶剤を除去して乾燥させて、圧電層５を形成する。こうして、順次塗布と乾燥を繰り返し、電極層６、圧電層７を形成する。
接合層３を形成するために使用した圧電材料粉末は、鉛を含んだペロブスカイト型の結晶構造を有するジルコン酸鉛とチタン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3）を主成分する。
そして、複数の金属元素からなる化合物を少量添加して固溶させた三成分系や多成分系の圧電材料粉末を使用した。また、圧電層５、７にも同じ圧電材料粉末を使用した。
さらに、ガラス粉末としては、酸化ケイ素、酸化ボロンを含み、その他に、酸化ビスマス、アルミナ、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物、その他の金属酸化物などの添加物を混ぜ、焼成温度に適したガラス軟化点になるように配合する。
【００１７】
そして、一度溶融させ、溶融したガラスを平均粒径１〜２μｍに微粉砕したガラス粉末（ガラスフリットとも呼ぶ）を使用した。このガラス粉末を、圧電材料粉末の０．２重量％から数重量％添加しペーストとした。
酸化ケイ素、酸化ボロンの配合比率を変えることでガラスの軟化点を変えることができる。
また、添加元素を選ぶことで基板２との反応を増すことも可能である。
焼成時には、接合層３の圧電材料粉末は焼結し、ガラス粉末は軟化流動して、基板２と電極層４のそれぞれの界面に集まり、基板２と電極層４と強く結合することができる。
電極層４と６に挟まれた圧電層５は、分極処理が施され圧電活性部として、印加電圧に応じて変位を発生させる層である。
一方、接合層３と圧電層７は、圧電活性部でなく実際に変位を発生させない圧電非活性部となる。
なお、圧電層５、７と接合層３は、その目的に合わせて、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3）の主成分の混合比や主成分以外の成分を変更した化合物であっても良い。また、その厚さも圧電層５、７と接合層３とでは異なるようにしても良い。
【００１８】
ここで、電極層４、６を形成するための導電材料ペーストとしては、導電材料の他に予め圧電材料粉末を１０重量％添加したものを使用した。
但し、添加する圧電材料粉末は、圧電層５と同一成分か、または主成分が同じジルコン酸鉛とチタン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3）であっても同様の効果が得られる。
また、圧電層５、７には、スクリーン印刷の版に予め細工を施して孔８（未印刷部）を形成できるようにし、電極層４、６は、非印刷部を介して２分割し、離間して配置できるようにしてある。
このようにして基板上２に交互に積層された、接合層３、圧電層５、７と電極層４、６は、未焼成状態である。
炉を用いて初めに、５００℃以下で加熱して有機バインダを除去した後、鉛雰囲気中で最高温度１１００℃で保持時間２時間で焼成した。
つまり、接合層３、圧電層５、７、電極層４、６、及び基板２を同時に焼成して一体化した。換言すれば、圧電素子の製造と、圧電素子と基板２との接合（固定）を同時に行なった。
【００１９】
ここで、セラミックスからなる接合層３は、基板２と電極層４を結合するために設けている。電極層４を形成する導電材料としての銀とパラジウムは基板２とは、接合力が弱い。
そのため、接合層３が無い場合には、初めから基板２から電極層４が剥離したり、振動により圧電素子１５の電極層４から、基板２と分離してしまう。
接合層３は圧電材料と主成分が同じ圧電材料粉末が、熱膨張係数や機械的な性質やコストから最も望ましいが、圧電材料だけでなく基板と同じような粉末材料であっても良い。
例えば、本実施例では、ガラス粉末を混ぜたアルミナ粉末であってもよい。特に、アルミナは入手が容易でコストも安く、耐熱性は高く他材料との化学反応が少ないのでガラス粉末を混ぜたアルミナ粉末は適している。
後述の基板としてアルミナを用いた場合は、とりわけ同種の材料であり拡散による接合も起こり易く基板との接合には都合が良い。
【００２０】
その他の材料粉末であっても、焼成時に圧電素子の焼結と同時に焼結できるものであれば使用することが可能である。
また、電極層４は銀を主成分としパラジウムを全体の約２０から３０重量％を含む貴金属からなる導電材料粉末であるため、接合層３や圧電層５より低温で焼結を始め焼結による収縮も大きく、より緻密な層を形成する。このため、溶融したガラスは基板２と電極層４との間にだけに存在し、圧電層５には拡散や侵入はほとんどない。
通常、ガラスが圧電層５に拡散や侵入すると、圧電層５の圧電特性を劣化させるので、電極層４が圧電層５へのガラスの拡散や侵入を防げることは好ましい。また予め、電極層４に圧電粉末を混ぜることで、導電材料粉末の焼成による収縮を抑制して接合層３や圧電層５との剥離する力を小さくした。
【００２１】
一方、基板２の材質としては、振動板としての基板の好ましい材料として、前述のように板状の焼成済みのセラミックスであるアルミナを選定した。アルミナは、他のセラミックスと比べて入手し易く安価である。そして、振動体としての振動の減衰もかなり少ない。
但し、純度が低くなると機械的な強度が劣るのと、振動体としての振動の減衰も大きくなるので、高純度のアルミナがより望ましい。
なお、アルミナは、機械部品としてはやや脆い性質もあり、他の成分を多少添加しても良い。
例えば、酸化ジルコニアは機械的な強度と電気的な絶縁性を向上させることができ、添加物として好ましい。
この場合、特開２００６−７４８５０号公報にも記載されているように、酸化ジルコニアを５〜４０重量％添加するのが望ましい。
【００２２】
また、基板２は、ガラス粉末をあらかじめ混ぜてある接合層３と安定な結合が起こる材質であれば良い。
アルミナのほかにも基板としては、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素など通常のセラミックスであっても接合層３にはガラス粉末をあらかじめ混ぜてあるため接合は容易である。
また、各種のセラミックスにあわせて、ガラス粉末の成分は酸化ケイ素や酸化ボロンの他に添加元素を考慮することが望ましい。
さらに、接合層３は基板２と電極層４、６や圧電層５、７の焼成時の収縮や焼成後の温度降下時の熱膨張係数の違いにより発生する応力の緩衝材としても機能し、基板２と電極層４との剥離を防止する効果を持つ。
また、振動体の振動時には圧電活性層である圧電層５の変位に伴い発生する応力の、基板２との緩衝材ともなる。
【００２３】
従来と異なるのはガラス粉末を混ぜた接合層３を用いたことであり、とくに、焼成により溶融したガラス溶融固形物は基板２と電極層４との密着強度を高め、基板２と電極層４との接合力の強化が可能となった。
また、圧電層５は電極層４を覆い、圧電層７は電極層６を覆い、特に電極層４、６の端部まで完全に覆うようにし、絶縁性の保護層として電極層４、６が表面に露出しないようにしている。
このように圧電層５、７による電極層４、６の保護層を設けることで、外部からの機械的な力による電極層４、６の剥離を防止することができた。
また、例えば異物が接触した際のショートや高湿度下での電流リーク、電極層４、６と圧電層５、７の隙間への水分の侵入を防ぎ、電極層４、６の剥離を防止することができた。
【００２４】
前述のように、セラミックスである接合層３と圧電層５と７、電極層４、６、及び基板２を同時に焼成して一体化した後、圧電層５、７の孔８を介して電極層４、６に導電線９をハンダ等で接合し、電極層４、６の間に電圧を印加、圧電層５に分極処理を施した。
分極処理の条件は、温度１２０〜１５０℃のオイル中で、電極層４をグランド（Ｇ）とし、電極層６をプラス（＋）として、所定の電圧約３５Ｖ（３ＫＶ／ｍｍ相当）を印加して、約３０分かけて分極処理を行った。
また、接合層３、圧電層５、７、及び電極層４、６を形成するペーストは、多少の添加物を加え、エチルセルロースのような有機バインダとテルピネオールのような有機溶剤を用いた有機ビヒクルを３本ロールで混練して作った。
スクリーン印刷法では本実施例では圧電層の厚さは１２μｍとしたが、厚さ約２、３μｍから約３０μｍまでの厚膜である圧電層や電極層を高精度に作ることができる。版には分割した電極や圧電層に孔（未印刷部）を設けることも可能である。また、スクリーン印刷法は、前述のグリーンシートによる積層に比べて、より薄くて高精度な厚さの層の形成が容易であるばかりでなく、塗布位置を高精度に制御可能であり、焼結後の機械加工も必要としない。
さらに、製造設備もより安価である。これらの結果、製造コストも安価となる。
【００２５】
［実施例２］
実施例２として、本発明を適用した振動体の構成例について、図２を用いて説明する。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ振動体の正面図、側面図、平面図である。なお、図２（ｂ）は、図２（ｃ）の矢印で示した破線位置での断面図を示している。
【００２６】
実施例１では電極層で挟まれた圧電層は１つであったのに対して、本実施例では電極層で挟まれた圧電層は２つとなっている。
すなわち、本実施例では、実施例１に対して圧電層と電極層を１層ずつ加えた積層型圧電素子１６となっている。
換言すれば、実施例２では、圧電活性部である圧電層を２層とすることにより、圧電層が１層である実施例１よりも、低電圧化を図っている。
なお、圧電活性部である圧電層を３層以上にし、更なる低電圧化を図ることも可能である。
【００２７】
本実施例に係る振動体１ｂは、具体的には、板状の焼成した基板２の上に、積層型圧電素子１６として接合層３、電極層４、圧電層５ａ、電極層６ａ、圧電層５ｂ、電極層６ｂ、圧電層７が順次重ねられている。
圧電層５ａは電極層４を全体的に覆い、圧電層５ｂは電極層６ａを全体的に覆い、圧電層７は電極層６ｂを全体的に覆っている。
電極層４、６ｂは、導電ペースト（導電材）を充填した孔１０で電気的に導通し、孔１１に接合した導電線９で外部電源と導通可能となっている。
電極層６ａは、導電ペーストを充填した孔１２に接合した導電線９で外部（制御部等）と導通可能となっている。
振動体１ｂは、例えば、基板は長さ１２ｍｍ幅５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍであり、セラミックス層３の厚さは約６μｍ、圧電層５ａ、５ｂの厚さは約１２μｍ、圧電層７の厚さは約６μｍ、電極層４、６ａ、６ｂの厚さは約５μｍである。
孔１０、１１の径は、配線を考慮して直径１ｍｍとなっている。なお、本実施例では、圧電層５ａ、５ｂが圧電活性部となる。
【００２８】
本実施例は、実施例１と異なり、孔１０、１１、１２には、電極層４、６ａ、６ｂを形成した導電ペーストとほぼ同じ成分の導電ペーストが充填されている。この場合、孔１０、１１、１２を形成した後、電極層４、６ａ、６ｂを形成する前後で、スクリーン印刷法などで孔１０、１１、１２に導電ペーストを充填し、積層圧電素子１６と同時に基板２を焼成して一体化する。
また、別の製造方法として、積層圧電素子１６を焼成した後に、熱硬化する接着剤と導電粉末を混ぜた導電ペーストを孔１０、１１、１２に充填しても良い。
【００２９】
図４は、実施例１、２に係る振動板１ａ、又は振動板１ｂを組込んだリニア型振動波アクチュエータの構成を示す図である。
リニア駆動の原理は従来例と同じである。振動板１ａ又は振動板１ｂには、突起部１３が設けられている。
リニアスライダ１４は加圧された状態で突起部１３に接触し、圧電素子１５又は１６の振動で突起部１３に励起された楕円運動により、リニアスライダ１４が移動する。
すなわち、本リニア型振動波アクチュエータは、圧電素子１５又は１６を駆動動力源としてリニアスライダ１４を往復駆動している。
なお、本発明は、実施例１、２の構成に限定されることなく、例えば、電極層と外部電源との導通は導電線を用いて行ったが、導電線の代わりにフレキシブル回路基板や導電ペーストで電極層と外部電源との導通を図っても良い。
【００３０】
［実施例３］
実施例３として、本発明を適用した振動体の構成例について、図３を用いて説明する。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ振動体の正面図、側面図、平面図である。なお、図３（ｂ）は、図３（ｃ）の矢印で示した破線位置での断面を示している。
図３に示す振動体１ｃは、リニア駆動する振動波アクチュエータに適用することを想定したものである。
この振動体１ｃは、板状の基板２−２と圧電素子１５−２とを有している。前述の実施例１とは基板や圧電素子の材料が異なる。
この基板２−２と圧電素子１５−２は、前述するように同時焼成により接合（固定）され一体化されたものである。
すなわち、振動エネルギー発生源として機能する圧電素子１５−２と、その振動エネルギーを集積する振動板として機能する基板２−２とは、接合層３−２を介し固定されて一体化されている。
【００３１】
圧電素子１５−２においては、電極層４−２、圧電層５−２、電極層６−２、圧電層７−２が順次積層されている。
電極層４−２は、２つに分割され、分割体は互いに離間状態で配備されている。同様に、電極層６−２は、２つに分割され、分割体は互いに離間状態で配備されている。
また、圧電層５−２は、電極層４−２の全面を覆い、圧電層７−２は電極層６−２の全面を覆っている。
電極層４−２、６−２と外部（制御部等）との電気的な導通は、圧電層５−２、７−２に孔（ホール）８−２を形成し、その孔８−２を介して導電線９−２を電極層４−２、６−２の上に導入してハンダ等に固定することにより、図られている。
電極層４−２、６−２には、圧電素子１５−２の振動を制御する制御部等から交番信号が供給され、この交番信号により圧電層５−２が伸縮し（歪み）、その伸縮が機械的な振動エネルギーとして外部に放出される。
この振動エネルギーにより基板２−２が振動し、その基板２−２の振動は、被駆動体（図４のリニアスライダ１４参照）を駆動する駆動力として利用される。
基板２は、長さ１２ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍであり、接合層３の厚さは約６μｍ、圧電層５の厚さは約１２μｍ、圧電層７の厚さは約６μｍ、電極層４、６の厚さは約５μｍである。導通用の孔８は直径１ｍｍである。
【００３２】
つぎに、振動体１ｃの製造方法を説明する。
初めに、振動特性が良く機械加工もし易いマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）を研削加工、切断加工により、板状の所定の寸法に仕上げ基板２とする。
次に、圧電材料粉末とガラス粉末、有機溶剤と有機バインダからなる有機ビヒクルを混合して作った厚膜形成可能なガラス粉末を含んだ圧電材料ペーストを、基板２−２の片面の表面にスクリーン印刷法で印刷塗布する。
そして、この塗布されたガラス粉末を含んだ圧電材料ペーストを約１５０℃で１０分間ほど加熱することにより、有機溶剤を除去して乾燥させて、接合層３−２を形成する。
接合層３−２の圧電材料粉末には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）主成分とし１種または複数の金属元素からなる化合物を少量添加した圧電材料粉末を使用した。
ガラス粉末としては、酸化ケイ素、酸化ボロンを含み、その他に、酸化ビスマス、アルミナ、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物を混ぜる。
その後、一度溶融させ、溶融したガラスを平均粒径１〜２μｍに微粉砕したガラス粉末（ガラスフリットとも呼ぶ）を使用した。
このガラス粉末を、圧電材料粉末の０．２重量％から数重量％添加しペーストとした。
酸化ケイ素、酸化ボロンの配合比率を変えることでガラスの軟化点を変えることができるまた、添加元素を選ぶことで基板との反応を増すことも可能である。
この後、銀からなる導電材料粉末等と有機溶剤と有機バインダからなる有機ビヒクルを混合して導電材料ペーストを作る。
この導電材料ペーストを、乾燥済みの接合層３−２の上にスクリーン印刷法で塗布、約１５０℃で１０分間ほど加熱することにより、乾燥し電極層４−２を形成する。導電材料粉末の銀にはわずかの白金やパラジウムを含んでも良い。
【００３３】
次に、圧電材料粉末と焼結助剤としてのガラス粉末を、有機溶剤と有機バインダからなる有機ビヒクルを混合して作った厚膜形成可能な圧電材料ペーストを、基板の片面の表面にスクリーン印刷法で印刷塗布する。
そして、この塗布された圧電材料ペーストを約１５０℃で１０分間ほど加熱することにより、有機溶剤を除去して乾燥させて、圧電層５−２を形成する。
圧電層５−２には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）主成分とし１種または複数の金属元素からなる化合物を少量添加した圧電材料を使用した。
チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）は通常、焼結温度が高いため、本実施例では圧電層５−２、７−２には７００℃で焼結が可能となるように焼結助剤としてのガラス粉末を混ぜた。
この焼結助剤としてのガラス粉末は、接合層３−２に混ぜたガラス粉末と基本的には同じ酸化ケイ素や酸化ボロンではあるが、その配合比や添加元素を適時選定し圧電特性の劣化をできるだけ防ぐようにすることが望ましい。
こうして、順次塗布と乾燥を繰り返し、電極層６−２、圧電層７−２を形成する。
【００３４】
一般に、圧電材料粉末にガラス粉末を混ぜると、強誘電性（圧電性）を有しないガラスの相が介在し本来の圧電特性を劣化させるものの、ある程度の圧電特性は有するので鉛の含有が好ましくない条件の元では使用は可能である。
圧電層５−２は、分極処理が施され圧電活性部として変位を発生させる層であり、その化学組成が直接振動波アクチュエータの性能に影響する。一方、接合層３−２と圧電層７は−２、圧電活性部でなく圧電非活性部となる。
なお、後述のように、少なくとも圧電素子１５は、基板２に固定される面とその反対側の面が、非活性部である圧電層７−２で形成されている。
また、圧電層５−２と接合層３−２、圧電層７−２とは、その目的に合わせて、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）の主成分以外の成分を変更することも可能である、
また、その厚さも圧電層５−２と接合層３−２、圧電層７−２とで異なるようにしても良い。
【００３５】
ここで、電極層４−２、６−２を形成するための導電材料ペーストとしては、導電材料の他に予めチタン酸バリウム粉末を１０重量％添加したものを使用した。
但し、添加する圧電材料粉末は、圧電層５−２と同一成分か、または主成分が同じチタン酸バリウムであっても同様の効果が得られる。
また、圧電層５−２、７−２には、スクリーン印刷の版に予め細工を施して孔８（未印刷部）を形成できるようにし、電極層４−２、６−２は、非印刷部を介して２分割し、離間して配置できるようにしてある。
このようにして形成した基板２上の複数の積層化された接合層３−２、圧電層５−２、７−２と電極層４−２、６−２は、未焼成状態である。
そこで、電気炉を用いて５００℃以下で加熱して有機バインダを除去した後、大気中で７００℃で焼成した。
すなわち、接合層３−２、圧電層５−２、７−２、電極層４−２、６−２及び基板２−２を同時に焼成して一体化した。換言すれば、圧電素子の製造と、圧電素子と基板との接合（固定）を同時に行なった。
【００３６】
ここで、接合層３−２は、基板２−２と電極層４−２を結合するために設けている。
電極層４−２を形成する導電材料としての銀は基板２−２とは、接合力が弱い。そのため、接合層３−２が無い場合には、導電材料粉末の焼成時の粉末の焼結による収縮と焼成後の熱膨張により最初から基板２−２から電極層４−２が剥離したり、圧電素子１５−２の振動により剥離してしまう。
接合層３−２は圧電材料と主成分が同じ材料粉末が熱膨張係数や機械的な性質から望ましいが、圧電材料だけでなくたとえば、ガラス粉末を混ぜたアルミナ粉末であってもよい。
とりわけ、アルミナは先のステンレス鋼やチタン酸バリウムと熱膨張係数は近いことや他材料との化学反応が少ないことなどで適している。
その他のセラミックス粉末であっても、焼成時に圧電素子の焼結と同時に焼結が可能であれば使用することができる。
また、予め、電極層４−２に圧電粉末を混ぜることで、導電材料粉末の焼成による収縮を抑制して剥離力を小さくした。
さらに、接合層３−２にはガラス粉末をあらかじめ混ぜてあり、焼成時に、基板２−２や電極層４−２との界面にガラス粉末は溶融しつつ集まり、焼成後には接合層３−２は基板２−２と電極層４−２と強く結合することができるようにした。
【００３７】
一方、基板２−２の金属としては、基板（振動板）の更に好ましい材料としては、前述のステンレス鋼の他にその他のクロム系やクロムーニッケル系のステンレス鋼を選定しても良い。
これは金属の中では入手し易く安価であり、そして、耐熱性も高く、振動体としての振動の減衰も少ないからである。
また、セラミックスと比較してステンレス鋼は表面に酸化物が形成されているので、ガラス粉末をあらかじめ混ぜてある接合層３−２と安定な結合が起こりやすく接合は容易である。
さらに、チタン酸バリウムやアルミナやステンレス鋼の熱膨張係数は近く好ましい。
接合層３−２は振動時の発生する応力の緩衝材としても機能し、基板２と電極層４との剥離を防止することが可能となる。
【００３８】
実施例１同じく、以下、圧電層５−２は電極層４−２を覆い、圧電層７−２は電極層６−２を覆い、特に電極層４−２、６−２の端部まで完全に覆うようにし、絶縁性の保護層として電極層４−２、６−２が表面に露出しないようにしている。
このように圧電層５−２、７−２による電極層４−２、６−２の保護層を設けることで、外部からの機械的な力による電極層４−２、６−２の剥離を防止することができた。
また、例えば異物が接触した際のショートや高湿度下での電流リーク、電極層４−２、６−２と圧電層５−２、７−２の隙間への水分の侵入を防ぎ、電極層４−２、６−２の剥離を防止することができた。
【００３９】
前述のように、接合層３−２、圧電層５−２、７−２、電極層４−２、６−２、及び基板２を同時に焼成して一体化する。その後、圧電層５−２、７−２の孔８を介して電極層４−２、６−２に導電線９−２をハンダ等で接合し、電極層４−２、６−２の間に電圧を印加、圧電層４に分極処理を施した。
分極処理の条件は、温度８０℃のオイル中で、電極層４−２をグランド（Ｇ）とし、電極層６−２をプラス（＋）として、所定の電圧約３５Ｖ（３ＫＶ／ｍｍ相当）を印加して、約３０分かけて分極処理を行った。
図４は、本実施例に係る振動板１ｃを組込んだリニア型振動波アクチュエータの構成を示す図である。
【００４０】
以上に説明したように、本発明によれば、ガラス粉末を接合のために用いているため、多種の基板や多種の圧電材料に適用ができ、そして、安定した接合力の発生が可能となる。また、低コストでの製造が可能である。
このような本発明の構成は、将来の振動アクチュエータの開発にとって有益である。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ、１ｂ、１ｃ：振動体
２、２−２：基板
３、３−２：接合層
４、４−２、６、６a、６b、：電極層
５、５−２、５a、５b、７、７−２：圧電層
８、１０、１１：孔
１５、１５−２、１６：圧電素子
【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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