(57)【要約】  ユニモルフ型の圧電デバイスにおいて、「上部電極膜と電気的に接続され、上方に向いた外部に露呈する電極面」を確保しながら「非駆動部」をなくす。圧電デバイスは、上方からみたときに長手方向を有する形状を備え、圧電層１０と、上部電極膜２０と、下部電極膜３０と、上部電極膜２０の上面に設けられた、セラミックス材料からなる不活性層４０とを備える。不活性層４０における長手方向の端面に、不活性層４０の厚さ方向の全域に亘って不活性層４０の面内方向に窪んだ窪み部４０ａが形成される。上部電極膜２０の上面における「窪み部４０ａの底部に対応する部分２０ａ」が外部に露呈しており、上部電極膜２０の上面における「残りの全ての部分」が不活性層４０に覆われる。
2016076361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方からみたときに長手方向を有する形状を備えた積層焼成体である圧電デバイスであって、
圧電体材料で構成される圧電層と、
前記圧電層の上面に設けられた上部電極膜と、
前記圧電層の下面に設けられた下部電極膜と、
前記上部電極膜の上面に設けられた、セラミックス材料で構成された第１不活性層と、
を備え、
前記第１不活性層における前記長手方向の端面に、前記第１不活性層の厚さ方向の全域に亘って前記第１不活性層の面内方向に窪んだ第１窪み部が形成され、前記上部電極膜の上面における前記第１窪み部の底部に対応する部分である第１露呈部分が露呈し、前記上部電極膜の上面における残りの部分が前記第１不活性層に覆われている、圧電デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
前記第１不活性層は、金属より熱膨張係数が小さいセラミックス材料で構成された、圧電デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電デバイスにおいて、
前記第１不活性層は、圧電セラミックス材料で構成された、圧電デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電デバイスにおいて、
前記第１不活性層は、前記圧電層を構成する前記圧電体材料と同じ組成の圧電セラミックス材料で構成された、圧電デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載の圧電デバイスにおいて、
前記第１不活性層を構成する前記圧電体材料の粒子の大きさが、前記圧電層を構成する前記圧電セラミックス材料の粒子の大きさより小さい、圧電デバイス。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
前記圧電層と前記第１不活性層とが同時に焼成された、圧電デバイス。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
前記第１窪み部の側面と前記第１不活性層の上面との境界に対応する角部が、電極膜で覆われている、圧電デバイス。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の圧電デバイスであって、
前記上部電極膜の上面における前記第１露呈部分から、前記第１不活性層における前記第１窪み部の側面に対応する部分を経由して、前記第１不活性層の上面における上方からみたときの中央部分まで連続する、前記上部電極と電気的に接続された第１延長電極膜が形成された、圧電デバイス。
【請求項９】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の圧電デバイスであって、
前記下部電極膜の下面に設けられた、セラミックス材料で構成された第２不活性層を備え、
前記第２不活性層における前記長手方向の端面に、前記第２不活性層の厚さ方向の全域に亘って前記第２不活性層の面内方向に窪んだ第２窪み部が形成され、前記下部電極膜の下面における前記第２窪み部の底部に対応する部分である第２露呈部分が露呈し、前記下部電極膜の下面における残りの部分が前記第２不活性層に覆われている、圧電デバイス。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧電デバイスであって、
前記上部電極膜の上面における前記第１露呈部分から、前記第１不活性層における前記第１窪み部の側面に対応する部分を経由して、前記第１不活性層の上面における上方からみたときの中央部分まで連続する、前記上部電極と電気的に接続された第１延長電極膜が形成され、
前記下部電極膜の下面における前記第２露呈部分から、前記第２不活性層における前記第２窪み部の側面に対応する部分を経由して、前記第２不活性層の下面における下方からみたときの中央部分まで連続する、前記下部電極と電気的に接続された第２延長電極膜が形成された、圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイスに関する。圧電デバイスは、圧電／電歪デバイスとも称呼される。
【背景技術】
【０００２】
従来より、「圧電層と、前記圧電層の上面に設けられた上部電極膜と、前記圧電層の下面に設けられた下部電極膜、とを含む圧電素子」における上部電極膜の上面に不活性層（典型的には、金属層）が接合された圧電デバイスが広く知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。この圧電デバイスは、「ユニモルフ型」の圧電デバイスとも呼ばれる。なお、「不活性層」とは、圧電層と異なり、圧電効果（及び、逆圧電効果）を示さない層を指す。【０００３】
この圧電デバイスは、光学レンズの位置制御用素子（例えば、カメラ用オートフォーカスやズーム用の超音波モータ）や、磁気的情報等の読取り及び／又は書込み用素子の位置制御用素子（例えば、ハードディスクドライブの磁気ヘッド用のアクチュエータ）、或いは機械的振動を電気信号に変換するセンサ等として利用され得るため、活発に開発されてきている。【０００４】
この圧電デバイスによれば、圧電素子の上面側に不活性層を接合することによって、圧電素子の上面側の曲げ剛性（撓みのし難さ）が下面側のそれより大きくなり、圧電素子の上面側及び下面側の間で曲げ剛性に相違が与えられる。不活性層の曲げ剛性（具体的には、厚さ、材質等）を調整することによって、圧電素子の上面側及び下面側の間の曲げ剛性の相違の程度が調整され得、この結果、圧電素子に印加される電圧に対する圧電素子の（厚さ方向の）変形量（撓み量）の関係（撓み特性）が調整され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０９９８１号公報
【発明の概要】
【０００６】
ところで、この圧電デバイスの一例として、図２１及び図２２に示すように、上方からみて長手方向（ｙ軸方向）を有する形状を備え、「上部電極膜９００と電気的に接続された側面電極膜９０２」が更に設けられたものが考えられる。この例では、側面電極膜９０２が、不活性層９０４の側面を経由して不活性層９０４の上面の端部（図２２のＡ部を参照）まで連続して延設されている。即ち、「上部電極膜９００と電気的に接続され、上方に向いた露呈する電極面」（図２２のＡ部に対応する電極面。以下、「上方露呈電極面」とも呼ぶ）が設けられている。これは、以下の理由に基づく。
【０００７】
即ち、一般に、この種の圧電デバイスは、上部及び下部電極膜が電圧印加用の一対の端子とそれぞれ電気的に接続されて使用される。この点、図２１及び図２２に示す圧電デバイスでは、例えば、図２３に示すように、端子（第１端子）９０６と接続する導電部材９０８が上記「上方露呈電極面」に接合され、導線（第２端子）９１０が下部電極膜９１２そのものに接合されることによって、上部電極膜９００及び下部電極膜９１２が第１端子９０６及び第２端子９１０とそれぞれ電気的に接続され得る。このように、「上方露呈電極面」を利用して上部電極膜と対応する端子とが電気的に接続されると、その電気的接続が行い易くなり、その電気的接続の信頼性を高めることができる。以上、この種の圧電デバイスの電気的接続の容易化のため、「上方露呈電極面」を設けることが好ましい、といえる。図２３に示される圧電デバイスは、接着剤９１７により端子９０６に結合されている。
【０００８】
図２１及び図２２に示す圧電デバイスでは、側面電極膜９０２が、圧電層９１４の側面を経由して、圧電層９１４の下面の端部まで不必要に連続して延設されている（図２２のＢ部を参照）。この「Ｂ部に対応する電極面」は上部電極膜９００と電気的に接続されている。上部電極膜９００及び下部電極膜９１２間の短絡を防止するため、圧電層９１４の下面における「Ｂ部に対応する電極面」の占める領域には下部電極膜９１２を設けることができない。圧電素子は、圧電層９１４における上部電極膜９００及び下部電極膜９１２が対向する範囲でのみ駆動し得る。この結果、図２２に示すように、この圧電デバイスでは、圧電層９１４における上部電極膜９００及び下部電極膜９１２が対向しない領域（以下、「非駆動部」と呼ぶ。図２２を参照）９１６が不可避的に発生している。
【０００９】
図２２に示すように「非駆動部９１６」が存在すると、「非駆動部９１６」が存在しない場合と比べて、この圧電デバイスにおける「長手方向（ｙ軸方向）の全長に対する、最大撓み量（ｚ軸方向の最大変形量）の割合」が小さくなる、という問題が発生する。
【００１０】
図２２に示す圧電デバイスにおいて、上記「上方露呈電極面」を確保しながら「非駆動部９１６」をなくすためには、図２４に示すように、側面電極膜９２０における「不活性層９２２の側面を経由して不活性層９２２の上面の端部まで連続して延設される部分」（上部側面電極膜）を残しながら、側面電極膜９２０における「圧電層９２４の側面を経由して圧電層９２４の下面の端部まで連続して延設される部分」（下部側面電極膜）をなくせばよい。この結果、下部電極膜９２６を圧電層９２４の下面の全面に亘って設けることができるので、上記「非駆動部９１６」をなくすことができる。
【００１１】
一般に、側面電極膜は、スパッタリング等の手法を利用して形成される。図２４に示す圧電デバイスのように、上記「上部側面電極膜」を残しながら上記「下部側面電極膜」をなくすためには、圧電デバイスの側面における上記「下部側面電極膜」に対応する部分のみにマスキングを行う必要がある。この圧電デバイスの撓み量を大きくするためには、圧電層における対向する上部電極膜９２８及び下部電極膜９２６間の距離を小さくして（従って、圧電デバイスを薄くして）、対向する上部電極膜９２８及び下部電極膜９２６間の電界強度を大きくする必要がある。このように、圧電デバイスが薄い場合、上記「下部側面電極膜」に対応する部分のみにマスキングを行うことが非常に困難である。この結果、マスキングを行うことなくスパッタリング等の手法を利用して側面電極膜９２０を形成すると、図２２に示すように、上記「上部側面電極膜」に加えて、上記「下部側面電極膜」が不必要に形成されてしまう。この結果、上述のように、「非駆動部９１６」が不可避的に発生してしまう。
【００１２】
以上より、この種の圧電デバイスであって、上記「上方露呈電極面」を確保しながら「非駆動部」をなくすことができるものが望まれているところである。従って、本発明の目的は、この種の圧電デバイスであって、上記「上方露呈電極面」を確保しながら「非駆動部」をなくすことができるものを提供することにある。
【００１３】
本発明に係る圧電デバイスは、上方からみたときに長手方向を有する形状を備えた積層焼成体である。この圧電デバイスは、「圧電体材料で構成される圧電層」と、「前記圧電層の上面に設けられた上部電極膜」と、「前記圧電層の下面に設けられた下部電極膜」と、「前記上部電極膜の上面に設けられた、セラミックス材料で構成された第１不活性層」と、を備える。
【００１４】
この圧電デバイスの特徴は、「前記第１不活性層における前記長手方向の端面に、前記第１不活性層の厚さ方向の全域に亘って前記第１不活性層の面内方向に窪んだ第１窪み部が形成された」点、並びに、「前記上部電極膜の上面における前記第１窪み部の底部に対応する部分である第１露呈部分が（外部に）露呈し、前記上部電極膜の上面における残りの部分が前記第１不活性層に覆われている」点にある。
【００１５】
ここにおいて、「第１不活性層における長手方向の端面」とは、「第１不活性層を長手方向からみたときにみえる第１不活性層の側面」を指す。前記上部電極膜が前記圧電層の上面の全域に亘って設けられ、且つ、前記下部電極膜が前記圧電層の下面の全域に亘って設けられることが好適である。また、前記圧電層と前記第１不活性層とが同時に焼成されることが好ましい。
【００１６】
上記特徴によれば、上記第１露呈部分が、上述した「上方露呈電極面」（＝上部電極膜と電気的に接続され、上方に向いた露呈する電極面）となり得る。従って、上記第１露呈部分を利用して、この圧電デバイスの電気的接続を容易に行うことができる（後述する図９を参照）。加えて、図２１及び図２２に示した圧電デバイスとは異なり、「上方露呈電極面」を確保するために側面電極膜（＝上記「上部側面電極膜」＋上記「下部側面電極膜」）を設ける必要がない。従って、上部及び下部電極膜をそれぞれ、圧電層の上下面の全域に亘って設けることができるので、上記「非駆動部」をなくすことが可能である。この結果、圧電デバイスにおける「長手方向の全長に対する、最大撓み量（最大変形量）の割合」を大きくすることができる。
【００１７】
なお、不活性層における上方からみたときの中央部に貫通孔を形成しても、この貫通孔の底部にて「上方露呈電極面」を確保することができる。しかしながら、このような貫通孔を設けると、圧電デバイスの落下等の際、この貫通孔を起点とするクラックが生じ易くなるので好ましくない。
【００１８】
また、上記「第１露呈部分」以外にも上部電極膜の上面における露呈する部分が存在する態様（例えば、上方からみたとき、上部電極膜における長手方向の一部分にのみ不活性層が設けられる態様、従って、不活性層と上部電極膜とで段差が形成される態様）では、圧電デバイスの落下等の際、この段差の存在に起因して、圧電デバイスにクラックが生じ易くなる。従って、上記特徴のように、上部電極膜の上面における「第１露呈部分」以外の残りの全ての部分が第１不活性層に覆われていること（即ち、上記段差が存在しないこと）が好ましい、といえる。
【００１９】
上記本発明に係る圧電デバイスでは、前記第１不活性層は、金属より熱膨張係数が小さいセラミックス材料（より好ましくは、圧電セラミックス材料）で構成されることが好適である。通常、不活性層は金属で構成される。一般に、金属は圧電体材料より熱膨張係数が大きい。従って、不活性層が金属で構成される場合、不活性層と圧電層との間の熱膨張係数の差が大きくなる。この結果、不活性層と圧電層との境界部に比較的大きな熱（せん断）応力が発生して、この境界部に剥離が発生し易い、という問題があった。これに対し、上記構成によれば、第１不活性層と圧電層との間の熱膨張係数の差が比較的小さくなる。この結果、第１不活性層と圧電層との境界部に大きな熱応力が発生し難くなるので、上記熱応力に起因する剥離が発生し難くなる。
【００２０】
更には、前記第１不活性層は、前記圧電層を構成する前記圧電体材料と同じ組成の圧電セラミックス材料で構成されると、更に好ましい。これによれば、第１不活性層と圧電層との間の熱膨張係数の差がなくなる。この結果、上記熱応力に起因する剥離が更に一層発生し難くなる。
【００２１】
このように、前記第１不活性層が、前記圧電層を構成する前記圧電体材料と同じ組成の圧電体材料で構成される場合、前記第１不活性層を構成する前記圧電体材料の粒子の大きさが、前記圧電層を構成する前記圧電体材料の粒子の大きさより小さいことが好適である。なお、前記圧電層を構成する前記圧電体材料は、分極処理が行われた状態で使用される一方で、前記第１不活性層を構成する前記圧電体材料は、分極処理が行われない状態で使用される。
【００２２】
一般に、圧電体材料の粒径が大きいほど、圧電体の圧電効果（及び、逆圧電効果）が大きくなる。一方、圧電体材料の粒径が小さいほど、圧電体の曲げ強度が大きくなる。上記構成によれば、第１不活性層を構成する圧電体材料の粒径を小さくし、且つ、圧電層を構成する圧電体材料の粒径を大きくすることができる。この結果、圧電デバイスの落下等の際、外部に露呈する第１不活性層が破損し難くなり、且つ、圧電層が発生する圧電効果（及び、逆圧電効果）を大きくすることができる。
【００２３】
上記本発明に係る圧電デバイスでは、前記第１窪み部の側面と前記第１不活性層の上面との境界に対応する角部が、電極膜で覆われていることが好適である。これによれば、前記第１不活性層を構成するセラミックスの粒子の前記角部からの脱粒が発生し難くなる。
【００２４】
上記本発明に係る圧電デバイスでは、前記上部電極膜の上面における前記第１露呈部分から、前記第１不活性層における前記第１窪み部の側面に対応する部分を経由して、前記第１不活性層の上面における上方からみたときの中央部分まで連続する、前記上部電極と電気的に接続された第１延長電極膜が形成されることが好適である。
【００２５】
通常、分極処理、並びに、圧電デバイスの撓み（変形）の特性を評価する試験等を行うために、圧電デバイスに電圧を印加する場合などにおいて、圧電デバイスの上下面における上方からみたときの中央部分に電圧印加用の一対の端子をそれぞれ接続すると、作業が行い易くなるという事実がある（後述する図１５を参照）。この点、上記構成によれば、第１延長電極膜、及び、下部電極膜における「上方からみたときの圧電デバイスの中央部分」に対応する部分に電圧印加用の一対の端子をそれぞれ接続することができる。従って、分極処理、並びに、上記特性を評価する試験等の作業が行い易くなる。
【００２６】
上記本発明に係る圧電デバイスでは、前記下部電極膜の下面に設けられた、セラミックス材料で構成された第２不活性層を備えることが好適である。ここにおいて、前記第２不活性層における前記長手方向の端面に、前記第２不活性層の厚さ方向の全域に亘って前記第２不活性層の面内方向に窪んだ第２窪み部が形成され、前記下部電極膜の下面における前記第２窪み部の底部に対応する部分である第２露呈部分が露呈し、前記下部電極膜の下面における残りの部分が前記第２不活性層に覆われていることが好ましい。
【００２７】
上記構成によれば、圧電素子の上面側に設けられた第１不活性層と、圧電素子の下面側に設けられた第２不活性層のそれぞれの曲げ剛性（具体的には、厚さ、材質等）を個別に調整することによって、圧電デバイスの撓み特性を調整する際の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る圧電デバイスの実施形態の斜視図である。
【図２】図１に示した実施形態の側面図である。
【図３】図１に示した実施形態の製造過程を説明するための第１の図である。
【図４】図１に示した実施形態の製造過程を説明するための第２の図である。
【図５】図１に示した実施形態の製造過程を説明するための第３の図である。
【図６】図１に示した実施形態の製造過程を説明するための第４の図である。
【図７】図１に示した実施形態の製造過程を説明するための第５の図である。
【図８】図１に示した実施形態の製造過程を説明するための第６の図である。
【図９】図１に示した実施形態が電圧印加用の一対の端子と電気的に接続される際の構成の一例を示した模式図である。
【図１０】図１に示した実施形態の長手方向の端部を拡大して示した図である。
【図１１】図１に示した実施形態の変形例についての図１０に対応する図である。
【図１２】図１に示した実施形態の他の変形例についての図１０に対応する図である。
【図１３】図１に示した実施形態の他の変形例についての図１に対応する図である。
【図１４】図１３に示した変形例についての図２に対応する図である。
【図１５】圧電デバイスの上下面における上方からみたときの中央部分に電圧印加用の一対の端子がそれぞれ接続される際の様子を示した図である。
【図１６】図１に示した実施形態の他の変形例についての図１に対応する図である。
【図１７】図１６に示した変形例についての図２に対応する図である。
【図１８】図１に示した実施形態の他の変形例についての図１に対応する図である。
【図１９】図１８に示した変形例についての図２に対応する図である。
【図２０】図１に示した実施形態の他の変形例についての斜視図である。
【図２１】従来の圧電デバイスについての図１に対応する図である。
【図２２】図２１に示した圧電デバイスについての図２に対応する図である。
【図２３】図２１に示した圧電デバイスが電圧印加用の一対の端子と電気的に接続される際の構成の一例を示した模式図である。
【図２４】図２１に示した圧電デバイスの変形例についての図２２に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図１及び図２を参照しながら、本発明に係る圧電デバイスの実施形態（以下、「本実施形態」とも呼ぶ）について説明する。
【００３０】
（構成）
図１及び図２に示すように、本実施形態は、長手方向（ｙ軸方向）を有する直方体状の積層焼成体である。本実施形態の長さ（焼成後のｙ軸方向の寸法）は０．５〜３ｍｍ、幅（焼成後のｘ軸方向の寸法）は０．２〜２ｍｍ、高さ（焼成後のｚ軸方向の寸法）は０．０５〜０．２ｍｍである。本実施形態の長さは、本実施形態の幅及び高さよりも大きい。本実施形態は、圧電層１０、圧電層１０の上面に接合された上部電極膜２０、圧電層１０の下面に接合された下部電極膜３０、及び、上部電極膜２０の上面に接合された不活性層４０を備える。圧電層１０、上部電極膜３０、及び、下部電極膜４０の焼成積層体は、圧電素子を構成している。この圧電デバイスは、「ユニモルフ型」の圧電デバイスとも呼ばれる。
【００３１】
圧電層１０は、平面形状が長方形の薄い焼成体である。圧電層１０の厚さ（焼成後）は０．０２〜０．１ｍｍである。圧電層１０は、圧電効果（及び、逆圧電効果）を示す。圧電層１０を構成する材料（圧電体材料）としては、圧電セラミックス、電歪セラミックス、強誘電体セラミックス、或いは反強誘電体セラミックスが挙げられる。具体的な材料としては、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、ニオブ酸カリウムナトリウム、及び、タンタル酸ストロンチウムビスマス等を単独であるいは混合物として含有するセラミックスが挙げられる。圧電層１０を構成する圧電体材料の粒径は、０．５〜２μｍである。なお、圧電層１０に圧電効果（及び、逆圧電効果）を示させるため、圧電層１０を構成する圧電体材料は、分極処理がなされた状態にある。
【００３２】
上部電極膜２０、及び下部電極膜３０は共に、平面形状が長方形の薄い焼成体である。上部電極膜２０、及び下部電極膜３０の厚さは共に、０．８〜３μｍである。上部電極膜２０、及び下部電極膜３０の平面形状は、圧電層１０のそれと同形である。上部電極膜２０、及び下部電極膜３０はそれぞれ、圧電層１０の上下面の全域に亘って設けられている。
【００３３】
上部電極膜２０、及び下部電極膜３０を構成する材料（導電材料）としては、白金（Ｐｔ）、又は、パラジウム（Ｐｄ）、或いは、これらの合金が挙げられる。これは、白金、又は、パラジウムが、「融点が高く、且つ、酸化され難い（従って、酸化されることなく酸素雰囲気で安定して焼成され得る）」という特性を有することに基づく。なお、上部電極膜２０、及び下部電極膜３０は、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、ロジウム、銀、金、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、鉛等の金属単体、もしくはこれらの合金で構成されてもよい。
【００３４】
不活性層４０は、平面形状が長方形状の薄い焼成体である。不活性層４０の厚さ（焼成後）は０．０２〜０．１ｍｍである。ただし、不活性層４０の長手方向（ｙ軸方向）の一端側の側面（ｙ軸正方向側の側面）における幅方向（ｘ軸方向）の中央部には、不活性層４０の厚さ方向の全域に亘って不活性層４０の面内方向（ｘ−ｙ平面方向）に窪んだ窪み部４０ａが形成されている。この例では、上方からみたとき、窪み部４０ａは半円状を呈している。
【００３５】
このように、窪み部４０ａが設けられていることに起因して、上部電極膜２０の上面における「窪み部４０ａの底部に対応する部分」（以下、「露呈部分２０ａ」と呼ぶ）が外部に露呈し、上部電極膜２０の上面における残りの全ての部分が不活性層４０に覆われている。
【００３６】
不活性層４０は、圧電効果（及び、逆圧電効果）を示さない。不活性層４０を構成する材料としては、セラミックス（圧電体材料を含む）が挙げられる。具体的な材料としては、ジルコニア、アルミナ、圧電セラミックス等が挙げられる。不活性層４０を構成する材料の粒径は、０．５〜２μｍである。
【００３７】
なお、金属は圧電体材料より熱膨張係数が大きい。従って、不活性層４０が金属で構成される場合、不活性層４０と圧電層１０との間の熱膨張係数の差が大きくなり、不活性層４０と圧電層１０との境界部に比較的大きな熱（せん断）応力が発生し得る。この結果、この境界部に剥離が発生し易い。これに対し、不活性層４０が「金属より熱膨張係数が小さい材料」で構成されると、不活性層４０と圧電層１０との間の熱膨張係数の差が比較的小さくなる。この結果、不活性層４０と圧電層１０との境界部に大きな熱応力が発生し難くなるので、上記熱応力に起因する剥離が発生し難くなる。
【００３８】
更には、不活性層４０が、圧電層１０を構成する圧電体材料と同じ組成の圧電体材料で構成されると、更に好ましい。この構成では、不活性層４０と圧電層１０との間の熱膨張係数の差がなくなる。この結果、上記熱応力に起因する剥離が更に一層発生し難くなる。なお、この場合、不活性層４０に圧電効果（及び、逆圧電効果）を示させないため、不活性層４０を構成する圧電体材料は、分極処理が行われない状態で使用される。
【００３９】
このように、不活性層４０が、圧電層１０を構成する圧電体材料と同じ組成の圧電体材料で構成される場合、不活性層４０を構成する圧電体材料の粒子の大きさが、圧電層１０を構成する圧電体材料の粒子の大きさより小さいことが好適である。
【００４０】
一般に、圧電体材料の粒径が大きいほど、圧電体の圧電効果（及び、逆圧電効果）が大きくなる。一方、圧電体材料の粒径が小さいほど、圧電体の曲げ強度が大きくなる。上記構成では、不活性層４０を構成する圧電体材料の粒径を小さくし、且つ、圧電層１０を構成する圧電体材料の粒径を大きくすることができる。この結果、圧電デバイスの落下等の際、外部に露呈する不活性層４０が破損し難くなり、且つ、圧電層１０が発生する圧電効果（及び、逆圧電効果）を大きくすることができる。
【００４１】
この圧電デバイスでは、印加される電圧（具体的には、上部電極膜２０及び下部電極膜３０の間に与えられる電位差）を調整することによって、圧電層１０の逆圧電効果による圧電デバイスの（ｚ軸方向の）変形量（撓み量）が制御され得る。この原理を利用することによって、この圧電デバイスは、対象物の位置を制御するアクチュエータとして利用され得る。この対象物として、光学レンズ、磁気ヘッド、光ヘッド等が挙げられる。
【００４２】
また、この圧電デバイスでは、圧電層１０の圧電効果によって、圧電デバイスの（ｚ軸方向の）変形量（撓み量）に応じて上部電極膜２０及び下部電極膜３０の間に発生する電圧（電位差）が変化する。この原理を利用することによって、この圧電デバイスは、超音波センサ、加速度センサ、角速度センサ、衝撃センサ、質量センサ等の各種センサとしても利用され得る。
【００４３】
また、この圧電デバイスでは、不活性層４０の曲げ剛性（具体的には、厚さ、材質等）を調整することによって、圧電素子の上面側及び下面側の間の曲げ剛性の相違の程度が調整され得る。この結果、圧電デバイスに印加される電圧に対する圧電デバイスの（ｚ軸方向の）変形量（撓み量）の関係（撓み特性）が調整され得る。
【００４４】
（製造方法）
次に、図３〜図８を参照しながら、本実施形態の製造方法について簡単に説明する。以下、「焼成前」であることは、対応する部材の名称の冒頭に「グリーン」を付し、或いは、対応する部材の符号の末尾に「ｇ」を付すことによって示される。以下に示す製法は、不活性層４０がセラミックスで構成される場合において、８個の本実施形態（圧電デバイス）を同一行程で製造する場合の一例である。
【００４５】
先ず、図３に示すように、１枚の大きなグリーン不活性膜４０ｇが準備される。このグリーン不活性膜４０ｇは、ドクターブレード法等の周知の手法の一つを利用して不活性層４０を構成するセラミックス材料を含むペーストを成形することによって形成される。このグリーン不活性膜４０ｇにおける上方からみたときの所定の４か所には、円柱状の貫通孔がそれぞれ形成される。各貫通孔の側壁は、後に、上記窪み部４０ａの側壁４０ａ１（図１及び図２を参照）として使用される。
【００４６】
次いで、図４に示すように、平面形状がグリーン不活性膜４０ｇと同形の、１枚のグリーン圧電膜１０ｇが準備される。このグリーン圧電膜１０ｇは、ドクターブレード法等の周知の手法の一つを利用して圧電層１０を構成する圧電体材料を含むペーストを成形することによって形成される。このグリーン圧電膜１０ｇの上下面における上方からみたときの上記４つの貫通孔に対応する４か所には、グリーン上部電極膜２０ｇ及びグリーン下部電極膜３０ｇがそれぞれ設けられる。
【００４７】
続いて、図５に示すように、グリーン圧電膜１０ｇの上面に、グリーン不活性膜４０ｇが積層される。この結果、図６に示すように、上方からみたとき、上記各貫通孔が、対応するグリーン上部電極膜２０ｇ（及び各グリーン下部電極膜３０ｇ）の中央部分にそれぞれ位置している。なお、上述した例では、グリーン圧電膜１０ｇの下面にグリーン下部電極膜３０ｇが設けられた後に、グリーン圧電膜１０ｇの上面にグリーン不活性膜４０ｇが積層されているが、グリーン圧電膜１０ｇの上面にグリーン不活性膜４０ｇが積層された後に、グリーン圧電膜１０ｇの下面にグリーン下部電極膜３０ｇが設けられてもよい。
【００４８】
次に、図７に示す切断線（２点鎖線を参照）に沿って、切断加工、パンチ加工等の機械加工が施される。この結果、図８に示すように、８つのグリーン圧電デバイスを同一工程で取り出すことができる。各グリーン圧電デバイスでは、それぞれ、上述した貫通孔の側壁の一部を利用して、上記窪み部４０ａに対応する窪みが形成されている。
【００４９】
そして、上述のように取り出された各グリーン圧電デバイスに対し、所定温度（例えば、９００〜１２００℃）で所定時間（例えば、最高温度の保持時間が、０．５〜３時間）に亘って焼成が実行される。換言すれば、圧電層１０に対応するグリーン圧電膜１０ｇ、上部電極膜２０に対応するグリーン上部電極膜２０ｇ、下部電極膜３０に対応するグリーン下部電極膜３０ｇ、及び、不活性層４０に対応するグリーン不活性膜４０ｇが、共焼成される。この結果、図１及び図２に示す本実施形態（焼成後の圧電デバイス）が得られる。
【００５０】
以上、不活性層４０がセラミックスで構成される場合における本実施形態の製法の一例について説明した。不活性層４０が金属で構成される場合、グリーン上部電極膜２０ｇ及びグリーン下部電極膜３０ｇが上下面にそれぞれ設けられたグリーン圧電膜１０ｇのみの状態（グリーン不活性膜４０ｇが積層されない状態）にて、上述した切断加工等が施され、その後、得られた各グリーン積層体が焼成される。この結果、不活性層４０を除いた状態にある図１及び図２に示す本実施形態（焼成体）が得られる。そして、この焼成体の上部電極２０の上面に、接着剤等を利用して、金属で構成された不活性層４０が接合される。これにより、図１及び図２に示す本実施形態（焼成後の圧電デバイス）が得られる。
【００５１】
（圧電デバイスの電気的接続の一例）
本実施形態のような圧電デバイスは、上部及び下部電極膜が電圧印加用の一対の端子とそれぞれ電気的に接続されて使用される。本実施形態では、係る電気的接続を行う際、図９に示すように、上記「露呈部分２０ａ」（＝上部電極膜２０の上面における、窪み部４０ａの底部に対応する、外部に露呈する部分）が利用され得る。具体的には、図９に示す例では、端子（第１端子）８０と接続する導電部材８２が「露呈部分２０a」に接合され、導線（第２端子）８４が下部電極３０そのものに接合されることによって、上部電極膜２０及び下部電極膜３０が第１端子８０及び第２端子８４とそれぞれ電気的に接続され得る。圧電デバイスは、接着剤８６により端子８０に結合される。
【００５２】
（作用・効果）
本実施形態によれば、上記「露呈部分２０ａ」が、上述した「上方露呈電極面」（＝上部電極膜と電気的に接続され、上方に向いた露呈する電極面）となり得る。従って、図９に示すように、上記「露呈部分２０ａ」を利用して、本実施形態に係る圧電デバイスの電気的接続を容易に行うことができる。この結果、この電気的接続が行い易くなり、その電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００５３】
加えて、本実施形態では、図２１及び図２２に示した圧電デバイスとは異なり、「上方露呈電極面」（＝「露呈部分２０ａ」）を確保するために側面電極膜（＝上記「上部側面電極膜」＋上記「下部側面電極膜」）を設ける必要がない。従って、上部電極膜２０及び下部電極膜３０をそれぞれ、圧電層１０の上下面の全域に亘って設けることができるので、上記「非駆動部」（上述した図２２を参照）をなくすことが可能である。この結果、圧電デバイスにおける「長手方向（ｙ軸方向）の全長に対する、最大撓み量（最大変形量）の割合」を大きくすることができる。
【００５４】
更には、本実施形態では、上部電極膜２０の上面における「露呈部分２０ａ」以外の残りの全ての部分が不活性層４０に覆われている。換言すれば、不活性層４０と上部電極膜２０とで段差が形成されていない。ここで、上記段差が形成される態様（例えば、上方からみたとき、上部電極膜における長手方向の一部分にのみ不活性層が設けられることによって、「露呈部分２０ａ」以外にも上部電極膜２０の上面における露呈する部分が存在する態様）では、圧電デバイスの落下等の際、この段差の存在に起因して、圧電デバイスにクラックが生じ易くなる。即ち、本実施形態では、このような段差の存在に起因するクラックが発生し難くなる。
【００５５】
（変形例）
本発明は本実施形態に限らず、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、本実施形態では、図１０に示すように、不活性層４０の長手方向（ｙ軸方向）の一端側の側面（ｙ軸正方向側の側面）における幅方向（ｘ軸方向）の中央部のみに、上方からみて半円状の窪み部４０ａが形成されている。これに対し、図１１に示すように、不活性層４０の長手方向（ｙ軸方向）の一端側の側面（ｙ軸正方向側の側面）における幅方向（ｘ軸方向）の全域に亘って、上方からみて半円状の窪み部４０ａが形成されていてもよい。この場合、上記半円の直径が不活性層４０の幅（ｘ軸方向の寸法）と一致する。また、上方からみて、窪み部４０ａの形状が半円状でなく、例えば、矩形状であってもよい。
【００５６】
また、図１０及び図１１に示した例では、窪み部４０ａの側壁４０ａ１が「露呈部分２０ａ」から垂直に上方に延びているが、図１２に示すように、窪み部４０ａの側壁４０ａ１が「露呈部分２０ａ」から「垂直方向から傾いた方向」に上方に延びていてもよい。
【００５７】
また、図１及び図２にそれぞれ対応する図１３及び図１４に示すように、圧電デバイスの上面側に延長電極膜５０が形成されてもよい。延長電極膜５０は、「露呈部分２０ａから連続するとともに、窪み部４０ａの側面４０ａ１に設けられた第１部分５１」と、「第１部分５１から連続するとともに、不活性層４０の上面における上方からみたときの中央部分まで連続する第２部分５２」と、を含む。
【００５８】
通常、圧電層１０の分極処理、並びに、圧電デバイスの撓み（変形）の特性を評価する試験等を行うために、圧電デバイスに電圧を印加する場合などにおいて、圧電デバイスの上下面における上方からみたときの中央部分に電圧印加用の一対の端子をそれぞれ接続すると、作業が行い易くなるという事実がある。この点、図１３及び図１４に示す構成によれば、図１５に示すように、延長電極膜５０の第２部分５２、及び、下部電極膜３０における「上方からみたときの圧電デバイスの中央部分」に対応する部分に電圧印加用の一対の端子（＝第１端子８８、第２端子８９）をそれぞれ接続することができる。従って、分極処理、並びに、上記特性を評価する試験等の作業が行い易くなる。
【００５９】
また、図１及び図２にそれぞれ対応する図１６及び図１７に示すように、下部電極膜３０の下面に不活性層６０が設けられてもよい。これにより、圧電素子の上面側に設けられた不活性層４０と、圧電素子の下面側に設けられた不活性層６０のそれぞれの曲げ剛性（具体的には、厚さ、材質等）を個別に調整することによって、圧電デバイスの撓み特性を調整する際の自由度を高めることができる。不活性層４０、６０の厚さ及び材質の少なくとも一つを異ならせることが好ましい。
【００６０】
なお、図１６及び図１７に示す例では、不活性層６０の長手方向（ｙ軸方向）の他端側の側面（ｙ軸負方向側の側面）における幅方向（ｘ軸方向）の中央部に、不活性層６０の厚さ方向の全域に亘って不活性層６０の面内方向（ｘ−ｙ平面方向）に窪んだ窪み部６０ａが形成されている。この例では、下方からみたとき、窪み部６０ａは半円状を呈している。
【００６１】
この窪み部６０ａが設けられていることに起因して、下部電極膜３０の下面における「窪み部６０ａの底部に対応する部分」（以下、「露呈部分３０ａ」と呼ぶ）が外部に露呈し、下部電極膜３０の下面における残りの全ての部分が不活性層６０に覆われている。上記露呈部分２０ａが、上部電極膜２０と対応する端子（第１端子）とを電気的に接続する際に利用されるのと同様（図９を参照）、この露呈部分３０ａも、下部電極膜３０と対応する端子（第２端子）とを電気的に接続する際に利用され得る。
【００６２】
また、図１及び図２にそれぞれ対応する図１８及び図１９に示すように、下部電極膜３０の下面に、上記窪み部６０ａが設けられた不活性層６０が設けられ、且つ、圧電デバイスの上面側に上述した延長電極膜５０が形成され、且つ、圧電デバイスの下面側に延長電極膜７０が形成されてもよい。延長電極膜７０は、上記延長電極膜５０と同様、「露呈部分３０ａから連続するとともに、窪み部６０ａの側面６０ａ１に設けられた第１部分７１」と、「第１部分７１から連続するとともに、不活性層６０の下面における下方からみたときの中央部分まで連続する第２部分７２」と、を含む。
【００６３】
この図１８及び図１９に示す例では、上述した図１３及び図１４に示す例についての上述した作用・効果、並びに、上述した図１６及び図１７に示す例についての上述した作用・効果の両方が奏され得る。
【００６４】
図２０に示すように、窪み部４０ａの側面４０ａ１と不活性層４０の上面との境界に対応する角部を覆う電極膜５５が設けられてもよい。これにより、不活性層４０を構成するセラミックスの粒子の角部からの脱粒が発生し難くなる。電極膜５５は、望ましくは、露呈部分２０ａから窪み部４０ａの側面４０ａ１および角部を経由して不活性層４０の上面まで至る。
【００６５】
また、本実施形態では、圧電層１０の内部に内部電極が設けられていないが、圧電層１０の内部に内部電極が設けられていてもよい。また、本実施形態は、上方からみて長手方向（ｙ軸方向）を有する長方形を呈しているが、「不活性層における長手方向の端面」（＝不活性層を長手方向からみたときにみえる不活性層の側面」における幅方向（ｘ軸方向）の両端が明確に定義される限りにおいて、上方からみて長方形以外の形状を呈していても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１０・・・圧電層、２０・・・上部電極膜、２０ａ・・・露呈部分、３０・・・下部電極膜、３０ａ・・・露呈部分、４０・・・不活性層、４０ａ・・・窪み部、５０・・・延長電極膜、６０・・・不活性層、６０ａ・・・窪み部、７０・・・延長電極膜
【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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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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2016076361.tif 000028
2016076361.tif 000029
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