(57)【要約】【課題】従来の圧電／電歪膜型素子と同等以上の屈曲変位量を有しながら、大きな共振周波数を有し、高速応答性に優れる圧電／電歪膜型素子を提供する。【解決手段】セラミックスからなる基体４４と、当該基体４４上に、下部電極７７、圧電／電歪層７３及び上部電極７５を順次積層し、圧電／電歪層７３が、下部電極７７の上面、及び上部電極７５の下面を覆い、かつその端部を突出して設けられている圧電／電歪作動部７８とを備え、圧電／電歪層７３の突出部分７９が、連結材７０により、基体４４と連結されてなり、同材質同構造の、連結材の無い圧電／電歪膜型素子に対して、屈曲変位が実質的に同等であって、且つ共振周波数が３％以上大きな圧電／電歪膜型素子１０とする。【選択図】  図１
2004274014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる基体と、該基体上に、下部電極、圧電／電歪層及び上部電極が順次積層され、該圧電／電歪層が、該下部電極の上面、及び該上部電極の下面を覆い、かつその端部を突出して設けられている圧電／電歪作動部とを備える圧電／電歪膜型素子において、
該圧電／電歪層の突出部分が、連結材により、該基体と連結されてなり、
同材質同構造の、連結材の無い圧電／電歪膜型素子に対して、屈曲変位が実質的に同等であって、且つ共振周波数が３％以上大きなことを特徴とする圧電／電歪膜型素子。
【請求項２】
セラミックスからなる基体と、該基体上に、複数の電極及び複数の圧電／電歪層が交互に積層され、各圧電／電歪層が、各電極の上面、及び下面を覆い、かつその端部を突出して設けられている圧電／電歪作動部とを備える圧電／電歪膜型素子において、
該圧電／電歪層の突出部分が、連結材により、該基体と連結されてなり、かつ該電極が、該圧電／電歪層と該電極の多層構造中、最上層及び最下層に配設され、
同材質同構造の、連結材の無い圧電／電歪膜型素子に対して、屈曲変位が実質的に同等であって、且つ共振周波数が３％以上大きなことを特徴とする圧電／電歪膜型素子。
【請求項３】
セラミックスからなる基体と、該基体上に、下部電極、圧電／電歪層及び上部電極が順次積層され、該圧電／電歪層が、該下部電極の上面、及び該上部電極の下面を覆い、かつその端部を突出して設けられている圧電／電歪作動部とを備える圧電／電歪膜型素子において、
該圧電／電歪層の突出部分が、連結材により、該基体と連結されてなり、
該連結材のマイクロビッカース圧子押込み深さ（先端部の対面角が１３６°のダイヤモンド圧子で、マクロビッカース荷重を１ｇｆ、押込み速度を０．１４５ｇｆ／ｓｅｃとした際の圧子押込み深さ）が、該圧電／電歪層より大きく、かつ１．３μｍより小さなことを特徴とする圧電／電歪膜型素子。
【請求項４】
セラミックスからなる基体と、該基体上に、複数の電極及び複数の圧電／電歪層が交互に積層され、各圧電／電歪層が、各電極の上面、及び下面を覆い、かつその端部を突出して設けられている圧電／電歪作動部とを備える圧電／電歪膜型素子において、
該電極が、該圧電／電歪層と該電極の多層構造中、最上層及び最下層に配設され、かつ該圧電／電歪層の突出部分が、連結材により、該基体と連結されてなり、
該連結材のマイクロビッカース圧子押込み深さ（対面角１３６°のダイヤモンド圧子で、マクロビッカース荷重を１ｇｆ、押込み速度を０．１４５ｇｆ／ｓｅｃとした際の圧子押込み深さ）が、該圧電／電歪層より大きく、かつ１．３μｍより小さなことを特徴とする圧電／電歪膜型素子。
【請求項５】
前記連結材の下記式（１）に示すヤング率が、該圧電／電歪層より小さく、かつ２．４ＧＰａより大きな請求項３又は４に記載の圧電／電歪膜型素子。
【数１】
2004274014.tif 000003
「式（１）中、Ｅは、ヤング率（ＧＰａ）、Ｐは、負荷荷重（μｍ）、δは、押込み速度を０．１４５ｇｆ／ｓｅｃとした際の圧子押込み深さ、ｋは、下記式（２）に示す定数を示す。」
【数２】
2004274014.tif 000004
「式（２）中、αは、圧子先端部の対面角／２、νは、材料のポアソン比を示す。」
【請求項６】
セラミックスからなる基体と、該基体上に、下部電極、圧電／電歪層及び上部電極が順次積層され、該圧電／電歪層が、該下部電極の上面、及び該上部電極の下面を覆い、かつその端部を突出して設けられている圧電／電歪作動部とを備える圧電／電歪膜型素子において、
該圧電／電歪層の突出部分が、連結材により、該基体と連結されてなり、
該連結材が、有機無機ハイブリッド材料からなることを特徴とする圧電／電歪膜型素子。
【請求項７】
セラミックスからなる基体と、該基体上に、複数の電極及び複数の圧電／電歪層が交互に積層され、各圧電／電歪層が、各電極の上面、及び下面を覆い、かつその端部を突出して設けられている圧電／電歪作動部とを備える圧電／電歪膜型素子において、
該電極が、該圧電／電歪層と該電極の多層構造中、最上層及び最下層に配設され、かつ該圧電／電歪層の突出部分が、連結材により、該基体と連結されてなり、
該連結材が、有機無機ハイブリッド材料からなることを特徴とする圧電／電歪膜型素子。
【請求項８】
前記圧電／電歪層の前記突出部分全体が、前記連結材により覆われてなる請求項１乃至７のいずれか一項に記載の圧電／電歪膜型素子。
【請求項９】
前記連結材が、色素を含有している請求項１乃至８のいずれか一項に記載の圧電／電歪膜型素子。
【請求項１０】
前記色素が、蛍光色素である請求項９に記載の圧電／電歪膜型素子。
【請求項１１】
前記色素が、加熱処理（常温以上の温度雰囲気とする処理）により除去可能な有機化合物からなる請求項９又は１０に記載の圧電／電歪膜型素子。
【請求項１２】
前記基体上に複数の前記圧電／電歪作動部を備え、前記連結材の少なくとも１つにより少なくとも２つのの該圧電／電歪作動部が連結されてなる請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の圧電／電歪膜型素子。
【請求項１３】
前記複数の圧電／電歪作動部が前記基体上に間隔をおいて配置され、少なくとも２つの圧電／電歪作動部を連結する前記連結材が、該圧電／電歪作動部間の該基体上面に形成された部分を含む請求項１２に記載の圧電／電歪膜型素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電／電歪膜型素子に関し、より詳しくは、屈曲変位を従来の素子と同等以上に確保しながら、共振周波数が大きな構造を有する圧電／電歪膜型素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、圧電／電歪膜型素子が、変位制御素子、固体素子モータ、インクジェットヘッド、リレー、スイッチ、シャッター、ポンプ、又はフィン等の種々の用途に用いられている。当該圧電／電歪膜型素子は、微小変位を制御することができる他、高電気／機械変換効率、高速応答性、高耐久性、及び少消費電力等の点でも優れた特性を有するものであるが、近年にあっては、インクジェットヘッド等の用途で、印字品質及び印字速度の向上等の要請から、より高速の応答が可能な素子が求められている。
【０００３】ところで、当該圧電／電歪膜型素子にあっては、セラミックスからなる基体上に、下部電極と、圧電／電歪層と、上部電極とを順に積層した構造が一般的であるが、両電極間の絶縁を確保して圧電／電歪層の絶縁破壊を回避するために、図１７に示すような下部電極７７の上面を覆い、かつ端部が基体４４上へ突出する大きさとした圧電／電歪層７３を設けた圧電／電歪膜型素子３０が開発されている（特許文献１）。
【０００４】また、当該圧電／電歪層７３の突出部分７９を、アルミナ等からなる基体４４に直接固着させることは可能であるが、この様な構造では、圧電／電歪層７３の両端が固定されてその伸縮（圧電／電歪層７３は、電圧の付加により厚さ方向に対する垂直方向に伸縮する。）が妨げられるため、屈曲変位が小さくなる問題がある。このため、従来の圧電／電歪膜型素子では、当該圧電／電歪層７３の突出部分７９を基体４４に対して、不完全結合状態で設けるのが通常であった（特許文献１）。
【０００５】更に、従来の圧電／電歪膜型素子３０では、この不完全結合状態で設けた圧電／電歪層７３の突出部分７９と基体４４の間に生じる非連続面の存在による上部電極７６の断線を防止すべく、圧電／電歪層７３の突出部分７９と基体４４の間に所定の樹脂層を形成することについても開示している（特許文献１）。
【０００６】しかし、このような従来の圧電／電歪膜型素子３０では、圧電／電歪層の突出部分７９と基板４４間の連結が屈曲変位又は発生力に悪影響を及ぼすとの認識に基づき、素子の剛性を大きくすることは全く考慮されていなかったため、より高速の応答性を可能にするという近年の要請に、必ずしも充分に対応し得るものではなかった。
【０００７】即ち、この従来の圧電／電歪膜型素子３０は、前記樹脂層が、圧電／電歪層７３を構成しているセラミックス材料又は金属材料に比べ、硬度が大幅に低いものばかりであったため（マイクロビッカース圧子押込み深さで、１．５μｍ程度）、素子の剛性を向上させる事に関し、実質上何ら寄与するものではなく、従来と同等以上の屈曲変位を有しながらも大きな共振周波数を有し、より高速の応答性を可能とするという近年の要請には必ずしも充分に対応し得るものではなかった。
【０００８】また、圧電／電歪膜型素子は、通常、インクジェットプリンタのインク吐出ポンプ等として、同一基体上に複数個の圧電／電歪作動部を設けるため、各素子（各圧電／電歪作動部）間で屈曲変位や共振周波数等の圧電／電歪特性が均一であることが求められるところ、前述した圧電／電歪層に突出部分を設ける圧電／電歪膜型素子では、各素子（各圧電／電歪作動部）間で屈曲変位や共振周波のバラツキが大きいという問題があった。即ち、圧電／電歪層に突出部分を設ける圧電／電歪膜型素子にあっては、当該突出部分の大きさ及び形状、並びに当該突出部分と基体との間に存する間隙の形状及び大きさを精密に制御することは、非常に困難であり、これらのバラツキが圧電／電歪膜型素子の屈曲変位や共振周波数等の圧電／電歪特性のバラツキの原因となっていた。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−２６０６９４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の圧電／電歪膜型素子と同等以上の屈曲変位量を有しながら、大きな共振周波数を有して高速応答性に優れ、更に素子間での圧電／電歪特性のバラツキが小さな圧電／電歪膜型素子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の課題を解決するべく鋭意研究した結果、圧電／電歪層の突出部分を、特定のマイクロビッカース圧子押込み深さを有する材料等の特定の材料からなる連結材により、基体と連結したところ、従来当然と考えられていた屈曲変位の低下がなく、しかも大きな共振周波数を有するとともに圧電／電歪特性のバラツキが低減されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】即ち、本発明は、セラミックスからなる基体と、基体上に、下部電極、圧電／電歪層及び上部電極が順次積層され、圧電／電歪層が、下部電極の上面、及び上部電極の下面を覆い、かつその端部を突出して設けられている圧電／電歪作動部とを備える圧電／電歪膜型素子において、圧電／電歪層の突出部分が、連結材により、基体と連結されてなり、同材質同構造の、連結材の無い圧電／電歪膜型素子に対して、屈曲変位が実質的に同等であって、且つ共振周波数が３％以上大きなことを特徴とする圧電／電歪膜型素子を提供するものである。
【００１３】また、本発明は、セラミックスからなる基体と、基体上に、複数の電極及び複数の圧電／電歪層が交互に積層され、各圧電／電歪層が、各電極の上面、及び下面を覆い、かつその端部を突出して設けられている圧電／電歪作動部とを備える圧電／電歪膜型素子において、圧電／電歪層の突出部分が、連結材により、基体と連結されてなり、かつ電極が、圧電／電歪層と電極の多層構造中、最上層及び最下層に配設され、同材質同構造の、連結材の無い圧電／電歪膜型素子に対して、屈曲変位が実質的に同等であって、且つ共振周波数が３％以上大きなことを特徴とする圧電／電歪膜型素子を提供するものである。
【００１４】ここで、本明細書中、「圧電／電歪層」は、圧電層及び／又は電歪層の意味である。また、「圧電／電歪層の突出部分」とは、圧電／電歪層の下面又は上面が、各電極の上面又は下面と接触していない部分を意味する。
【００１５】上記各圧電／電歪膜型素子における連結材は、マイクロビッカース圧子押込み深さが、該圧電／電歪層より大きく、かつ１．３μｍより小さな材料からなるものが好ましい。また、上記各圧電／電歪膜型素子における連結材は、ヤング率が、圧電／電歪層より小さく、かつ２．４ＧＰａより大きなものが好ましい。
【００１６】本明細書において「ビッカース圧子押込み深さ」は、微小硬度計を用い、対面角１３６°のダイヤモンドビッカース圧子により荷重を１ｇｆ、押込み速度を０．１４５ｇｆ／ｓｅｃとした際の圧子押込み深さを意味する。また、ヤング率とは、下記に示す式（１）により求められる数値を意味する。
【００１７】
【数３】
Ｅ＝ｋ・Ｐ／δ２  …（１）
【００１８】「式（１）中、Ｅは、ヤング率（ＧＰａ）、Ｐは、負荷荷重（μｍ）、δは、押込み速度を０．１４５ｇｆ／ｓｅｃとした際の圧子押込み深さ、ｋは、下記式（２）に示す定数を示す。」
【００１９】
【数４】
ｋ＝３．５π（１−ν２）／ｔａｎα  …（２）
【００２０】「式（２）中、αは、圧子先端部の対面角／２、νは、材料のポアソン比を示す。」
【００２１】本発明において、このようなビッカース圧子押込み深さ、及びヤング率を有する材料としては、有機無機ハイブリッド材料が好ましい。
【００２２】また、上記各圧電／電歪膜型素子においては、当該連結材を、少なくとも、圧電／電歪層の突出部分と基体間に設け、突出部分の下面と、基体とを連結してなるもが好ましく、当該連結材を圧電／電歪層の突出部分における少なくとも下面及び上面を覆って設け、少なくとも当該突出部分の下面及び上面と、基体とを連結してなるものがより好ましく、当該連結材を、少なくとも圧電／電歪層の突出部分全体を覆って設け、当該連結材により、少なくとも圧電／電歪層の突出部分全体を、基体と連結してなるものが特に好ましい。また、上記各圧電／電歪膜型素子においては、連結材が、絶縁材料からなるものが好ましい。
【００２３】また、上記各圧電／電歪膜型素子においては、連結材が、色素を含有しているものが好ましく、この際、色素は、蛍光色素であることが好ましく、加熱処理（常温以上の温度を加える処理）により除去（加熱処理後、その化合物として残存させない状態は勿論、加熱処理後、雰囲気中の酸素や連結材等の成分と反応して生成された化合物等、連結材等に悪影響を与えるあらゆる態様で残存させないことを含む。）可能な有機化合物からなるものが好ましい。また、上記圧電／電歪膜型素子において、基体上に複数の圧電／電歪作動部を備え、連結材の少なくとも１つにより少なくとも２つのの圧電／電歪作動部が連結されていることも好ましい。更に、複数の圧電／電歪作動部が基体上に間隔をおいて配置され、少なくとも２つの圧電／電歪作動部を連結する連結材が、圧電／電歪作動部間の基体上面に形成された部分を含むことが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電／電歪膜型素子について実施の形態を具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００２５】図１〜６に示すように、本発明の圧電／電歪膜型素子１０（２０）は、セラミックスからなる基体４４と、基体４４上に下部電極７７、圧電／電歪層７３及び上部電極７５を順次積層され、圧電／電歪層７３が、下部電極７７の上面、及び上部電極７５の下面を覆い、かつその端部を突出して設けられている圧電／電歪作動部７８（図４〜６等に示す本発明の多層型の圧電／電歪膜型素子２０にあっては、基体４４上に、複数の電極７５〜７７及び複数の圧電／電歪層７１、７２を交互に積層し、各圧電／電歪層７１、７２が、各電極７５〜７７の上面、及び下面を覆い、かつその端部を突出して設けられている圧電／電歪作動部７８）とを備え、少なくとも、当該圧電／電歪層７３（７１、７２）の突出部分７９が、特定の材質からなる連結材７０により、基体４４と連結され、同材質同構造の、連結材の無い圧電／電歪膜型素子に対して、屈曲変位が実質的に同等であって、且つ共振周波数が３％以上大きなことを特徴とするものである。
【００２６】これにより、従来の圧電／電歪膜型素子と同等以上の屈曲変位量を有しながら、大きな共振周波数を有して高速応答性に優れる圧電／電歪膜型素子とすることができる。また、本発明においては、圧電／電歪層７３（７１、７２）の突出部分７９と、基体４４との間に形成される間隙が連結材７０により充填される結果、各素子間で当該突出部分７９の形状及び大きさ、並びに当該間隙の形状及び大きさに多少のバラツキがあっても、連結材７０を設けた後の圧電／電歪作動部７８は各素子間でほぼ同一形状となる。このため、各素子間において、当該突出部分７９の形状及び大きさ等の変動に基づく圧電／電歪特性のバラツキが低減され、常にほぼ均一な圧電／電歪特性を有する圧電／電歪膜型素子１０（２０）とすることができる。以下、各構成要素毎に具体的に説明する。
【００２７】図１〜６に示すように、本発明における基体４４としては、例えば、薄板状の振動部６６と厚肉のセラミックス部材からなる固定部６８とを一体化した構造のものを挙げることができる。また、これらの構造の基体では、薄板状の振動部６６が、圧電／電歪層７３が載置される位置以外で固定部６８と固着しており、圧電／電歪層７３が載置される位置に対応して、振動部６６の下部には、通常キャビティ４８が設けられる。
【００２８】また、振動部６６は、図３、及び図６に示すように、厚さ方向の断面が矩形の平板でもよいが、図２、及び図５に示すように、振動部６６の中央部がキャビティ４８の方向へ屈曲した形状、或いは図１、及び図４に示すように、厚さ方向の断面がＷ形状をなすものが、屈曲変位が大きな点で好ましく、後者のＷ形状のものが特に好ましい。
【００２９】なお、図２、及び図５に示すような屈曲形状の振動部６６や、図１、及び図４に示すようなＷ形状の振動部６６は、圧電／電歪層７３を作製する焼成工程の際に生じる、圧電／電歪層７３の短手方向への収縮を利用したり、圧電／電歪層７３の上部と下部との焼成収縮開始タイミングや、焼成収縮量、更には振動部６６の形状を調整することにより形成することができる。
【００３０】本発明において振動部６６の厚さは、素子の機械的強度を確保しながらも、剛性の増大により圧電／電歪層７３の屈曲変位を低下させない範囲とすることが好ましく、具体的には、１〜５０μｍの厚さが好ましく、３〜５０μｍの厚さがより好ましく、３〜１２μｍの厚さが特に好ましい。また、固定部６８の厚さは、１０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましい。
【００３１】また、基体４４の圧電／電歪作動部７８を載置する面の形状としては、特に矩形形状に限られるものではなく、円形でも構わず、三角形等の四角形以外の多角形でも構わない。
【００３２】本発明における基体４４は、セラミックスからなるものであればよいが、振動部６６上に積層した圧電／電歪層７３又は電極７５、７７等の加熱処理の際に変質しないような、耐熱性及び化学的安定性に優れる材料で構成することが好ましい。また、基体４４は、当該基体４４上に形成される下部電極７７に通じる配線の電気的な分離を行うため、電気絶縁材料であることが好ましい。
【００３３】具体的には、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、スピネル、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、及びガラスよりなる群から選ばれる少なくとも１種を挙げることができる。中でも、機械的強度が大きく、靭性に優れるため、構造上薄く振動が負荷される振動部６６の耐久性を向上させることができ、しかも、化学的安定性が高く、圧電／電歪層７３や電極と反応性が極めて小さい点で、安定化された酸化ジルコニウムを含むものが好ましい。
【００３４】また、安定化された酸化ジルコニウムとしては、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム又は希土類金属の酸化物等の安定化剤を含有するものを挙げることができる。また、これら安定化剤の添加量は、酸化イットリウムや酸化イッテルビウムの場合にあっては、１〜３０モル％が好ましく、１．５〜１０モル％がより好ましい。また、酸化セリウムの場合にあっては、６〜５０モル％が好ましく、８〜２０モル％がより好ましい。また、酸化カルシウムや酸化マグネシウムの場合にあっては、５〜４０モル％が好ましく、５〜２０モル％がより好ましい。
【００３５】また、これら安定化剤の中でも特に酸化イットリウムを添加したものが好ましく、その場合の添加量としては、１．５〜１０モル％がより好ましく、２〜４モル％が特に好ましい。
【００３６】また、当該振動部６６は、上記セラミックスの他、粘土等に含まれる酸化珪素、酸化ホウ素等の成分を含有するものであってもよい。但し、これらの成分が過剰に含まれると、基体４４と圧電／電歪層７３との反応により、圧電／電歪層７３の特定の組成を維持することが困難となり、圧電／電歪特性を低下する原因となる。従って、本発明における基体４４の振動部６６では、粘土等に含まれる酸化珪素、酸化ホウ素等は、振動部６６中、２０質量％以下であることが好ましく、３質量％以下であることがより好ましい。
【００３７】また、振動部６６を構成するセラミックスは、当該振動部６６の機械的強度を高めるため、結晶粒の平均粒径が、０．０５〜２μｍであることが好ましく、０．１〜１μｍであることがより好ましい。
【００３８】次に、本発明における電極は、図１〜３に示すように、圧電／電歪層７３を挟むように、圧電／電歪層７３の上面と下面に設けられる少なくとも一対の上部電極７５、及び下部電極７７を有するものである。また、図４〜９に示すような多層構造の圧電／電歪膜型素子２０とする場合には、複数の圧電／電歪層７１、７２の各層と、交互に積層され、かつこの圧電／電歪層７１、７２と電極７５〜７７の多層構造中、最上層と最下層に、電極７５、７７を配置してなるものである。
【００３９】特に、図４〜９に示す多層構造の圧電／電歪膜型素子２０では、圧電／電歪層７１、７２と電極７５〜７７との多層構造に加え、電極７５、７７を最上層と最下層に設けることから、圧電／電歪作動部７８の屈曲変位が増大することは勿論、圧電／電歪作動部７８全体の剛性が大きくなり、後述する接合材との相乗効果により、極めて共振周波数の大きく、高速応答が可能な圧電／電歪膜型素子とすることができる。
【００４０】本発明において、これら電極７５、７７（７５〜７７）の厚さは、用途に応じて適当な厚さとすればよいが、過剰に厚いと電極が緩和層として作用し、屈曲変位が小さくなり易いため、１５μｍ以下の厚さであることが好ましく、５μｍ以下の厚さであることがより好ましい。
【００４１】また、電極７５、７７（７５〜７７）の材料としては、室温で固体であり、電極と基体及び／又は圧電／電歪層を一体化する焼成の際の高温酸化雰囲気に耐えられ、導電性に優れた材料で構成されていることが好ましい。具体的には、例えば、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、パラジウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、若しくは鉛等の金属単体、又はこれらの合金を挙げることができる。また、これらの金属に圧電／電歪膜、又は前述した基体４４と同じ材料を分散させたサーメット材料を用いてもよい。
【００４２】また、図４等に示すような多層型の圧電／電歪膜型素子２０においては、最下層に位置する電極７７、および各圧電／電歪層７１、７２間に設けられる中間電極７６を、白金等を主成分とする電極材料に、例えば、酸化ジルコニア、酸化セリウム、又は酸化チタン等の添加物を含有する材料で構成させることも好ましい。理由は定かではないが、このような材料で構成させることにより、電極７６、７７と圧電／電歪素層７１、７２間の剥離を防止することができる。なお、上記各添加物は、全電極材料中、０．０１〜２０質量％含有させることが所望の剥離防止効果が得られる点で好ましい。
【００４３】また、本発明において電極７５、７７（７５〜７７）の材料は、圧電／電歪層７３（７１、７２）の形成方法を考慮することが好ましく、例えば、図１等に示す圧電／電歪膜型素子１０において、圧電／電歪層７３の加熱処理の際に、既に基体４４上に形成されている下部電極７７にあっては、その圧電／電歪層７３の加熱処理温度においても変化しない白金等の高融点金属を使用することが好ましい。また、図４〜６に示すような多層構造の圧電／電歪膜型素子２０においても、各圧電／電歪層７１、７２の加熱処理の際に既に形成されている、最下層に位置する電極７７、及び各圧電／電歪層７１、７２間に設けられる中間の電極７６は、白金等の高融点金属を使用することが好ましい。
【００４４】一方、図１等に示す圧電／電歪膜型素子において、圧電／電歪層７３を加熱処理した後に、当該圧電／電歪層７３上に形成される上部電極（図４〜６に示す多層構造の圧電／電歪膜型素子２０の場合には、最上層に位置する電極７５）７５にあっては、低温で電極膜形成を行うことが出来るので、アルミニウム、金、銀等の低融点金属を使用してもよい。
【００４５】なお、電極を形成する方法としては、例えば、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、ＰＶＤ、イオンプレーティング、ＣＶＤ、メッキ、スクリーン印刷、スプレー、又はディッピング等を挙げることができる。
【００４６】次に、図１等に示す本発明における圧電／電歪層７３は、下部電極７７と上部電極７５との間に、下部電極７７の上面、及び上部電極７５の下面を覆うより広い範囲で設けられて下部電極の上面、及び上部電極の下面と接触していない突出部分７９を有し、少なくとも、当該突出部分７９が、特定の材質（同材質同構造の連結材の無い圧電／電歪膜型素子に対して、素子の屈曲変位が実質的に同等で、且つ共振周波数が３％以上大きくなる材質）からなる連結材７０により、基体４４と連結されてなるものである。
【００４７】また、図４等に示す本発明の多層型の圧電／電歪膜型素子２０における圧電／電歪層７１、７２にあっては、複数の電極７５〜７７の各電極間に、各電極７５〜７７の上面、及び下面を覆うより広い範囲で設けられて、各電極７５〜７７の上面又は下面と接触していない突出部分７９を有し、少なくとも、当該突出部分７９が、特定の材料（同材質同構造の連結材の無い圧電／電歪膜型素子に対して、素子の屈曲変位が実質的に同等で、且つ共振周波数が３％以上大きくなる材質）からなる連結材７０により、基体４４と連結されてなるものである。
【００４８】これにより、各電極７５、７７（７５〜７７）の絶縁が確実に確保され、絶縁破壊や短絡のない圧電／電歪膜型素子１０（２０）とすることができる。また、基体４４と突出部分７９とを連結する連結材７０が、有機無機ハイブリッド材料等の、所望のマイクロビッカース圧子押込み深さを有する材料であり、同材質同構造の連結材の無い圧電／電歪膜型素子に対して、素子の屈曲変位が実質的に同等で、且つ共振周波数が３％以上大きくすることができる材料であるため、基体４４、電極７５、７７（７５〜７７）、及び圧電／電歪層７３（７１、７２）のそれぞれの界面での剥離を防止し、かつ屈曲変位を従来の素子と同レベルで確保しながら、高速応答性に優れる圧電／電歪膜型素子とすることができる。更に、圧電／電歪層７３（７１、７２）の突出部分７９と、基体４４との間に形成される間隙が連結材７０により充填される結果、各素子間で当該突出部分７９の形状及び大きさ、並びに当該間隙の形状及び大きさに多少のバラツキがあっても、圧電／電歪特性をほぼ均一にすることができる。
【００４９】なお、本発明の圧電／電歪膜型素子１０（２０）が、屈曲変位を低減することなく共振周波数を増大できる理由は必ずしも明らかではないが、上記構成により、圧電／電歪層７３（７１、７２）が、厚さ方向へは殆ど拘束されずに、長さ方向（厚さ方向に対する垂直方向）に引っ張り応力を付与された状態で、存在するためと考えられる。また、上記圧電／電歪層７３（７１、７２）の突出部分７９は、特開平６−２６０６９４号公報に記載の「不完全結合状態」のものでもよいが、上記効果について、大きな効果を得るためには、基体との連結を連結材にのみ依拠することが好ましく、基体に対して、直接的には非結合状態であることが好ましい。
【００５０】本発明においては、図１〜６に示すように、当該連結材７０を、少なくとも圧電／電歪層７３の突出部分７９の下部に設け、当該突出部分７９の下面と、基体４４とを連結してなるものが、効果的に大きな共振周波数が得られ、かつ連結材７０の機械的強度を確保する点で好ましい。この際、当該連結材７０は、圧電／電歪層７３における突出部分７９の下面の一部と、基体４４とを連結するものでもよいが、大きな共振周波数が得られるとともに、素子の耐候性（耐湿性、耐光性、耐酸性、耐汚染性）及び圧電／電歪特性の均一性を向上することができる点で、圧電／電歪層７３の突出部分７９の下面全体と、基体４４とを連結するものが好ましい。また、圧電／電歪層の長さ方向（厚さ方向に対する垂直方向）への引っ張り応力を増大させてより大きな共振周波数が得られるとともに、素子の耐候性（耐湿性、耐光性、耐酸性、耐汚染性）もより向上できる点で、図７、図１０、図１６及び図１９に示すように、連結材７０を圧電／電歪層７３の突出部分７９における少なくとも下面及び上面の一部を覆って設け、当該突出部分７９の少なくとも下面及び上面の一部と、基体４４とを連結してなることがより好ましい。
【００５１】また同様の点に加え、絶縁距離及び耐久性の低下を抑制する点から、図１４、１５に示すように、圧電／電歪層７３の突出部分７９の下面を、当該連結材７０により基体４４と連結させながら、突出部分７９の上面で開口する気孔８０（加熱処理時に、圧電／電歪材料の不均一性、温度ムラ等の要因により生じるが、これを完全に除去することは容易ではなく、絶縁距離の低下、或いは湿気、不純物等の進入口となることによる耐久性の低下等の悪影響を及ぼす。）を、連結材７９と同材質の材料８１により充填されてなるものも好まし。更には、同様の観点から、図１１、図１３及び図２０に示すように、当該連結材７０を、少なくとも圧電／電歪層７３の突出部分７９全体を覆って設け、当該連結材７０により、少なくとも圧電／電歪層７３の突出部分７９全体を、基体４４と連結してなることが特に好ましい。
【００５２】また、図７、８、１０、１１等に示す連結材７０にあっては、その外表面が基体４４に向かってなだらかに傾斜していることが連結材７０の機械的強度を増大させる点で好ましい。更に、当該連結材７０は、連結材を設けた開始点から突出部分の先端に向けて徐々に厚みを増し、突出部分の先端で最大厚みを有するものが圧電／電歪層の長さ方向（厚さ方向に対する垂直方向）への引っ張り応力を効果的に増大させることができる点で好ましい。
【００５３】図１０、１１、１９、２０等に示すように、本発明においては、上記連結材７０を、圧電／電歪層７３の上部電極７５等の電極との接触面、又は上部電極７５（図４〜６に示す多層型圧電／電歪膜型素子２０にあっては、最上層の電極７５）を覆うように設ける必要はない。
【００５４】但し、本発明においては、圧電／電歪層７３の上部電極７５等の電極との接触面（この態様は図示せず）、又は図１２及び図２１に示すように上部電極７５（図９及び図１８に示す多層型圧電／電歪膜型素子にあっては、最上層の電極７５）を覆うように、振動部６６及び圧電／電歪作動部７８の合計厚さに対して１／１５以下の厚さ、より好ましくは１／３０以下の厚さの連結材７０と同材質の材料からなる微拘束層９０を設けることも、屈曲変位を殆ど低減することなく、素子の共振周波数や耐候性を著しく向上できる点で好ましい。また、中でも、素子の製造工程が簡易となり、素子の形状のバラツキにも柔軟に対応可能な点で、上部電極７５を覆うように微拘束層９０を設ける後者の態様がより好ましい。
【００５５】また、図１２及び図２１に示すように、当該微拘束層９０は、前述した連結材７０と一体的に形成され、その外表面が基体４４に向かってなだらかに傾斜しているとともに、圧電／電歪層７３の突出部分７９の先端に向けて徐々に厚みを増し、当該突出部分７９の先端で最大厚みを有するものが圧電／電歪層７３の長さ方向（厚さ方向に対する垂直方向）への引っ張り応力を効果的に増大させることができる点で好ましい。
【００５６】また、図１６〜図２１に示すように、圧電／電歪膜型素子１０（２０）が、基体４４上に複数の圧電／電歪作動部７８を備える場合、連結材７０の少なくとも１つにより、少なくとも２つの圧電／電歪作動部７８が連結されていることが好ましい。
【００５７】基体上に複数の圧電／電歪作動部を備えた圧電／電歪膜型素子を作成する場合、基体上に１つの圧電／電歪作動部のみを備えた圧電／電歪膜型素子の基体部分同士を接合又は接着などすることにより連結させて作成することが考えられる。このような方法で作成された圧電／電歪膜型素子に比較して、図１６〜図２１に示すような形態の圧電／電歪膜型素子は、高集積化を図ることができる。また、圧電／電歪作動部の端部同士が連結材により連結され、圧電／電歪作動部の端部と隣の圧電／電歪作動部の端部が一体化されるため、圧電／電歪作動部の端部からはがれる可能性が小さくなり、耐久性が向上する。
【００５８】図２２に、複数の圧電／電歪作動部を備える圧電／電歪膜型素子の平面図を模式的に示す。連結材が、図２２に示す圧電／電歪作動部７８同士を連結することにより、圧電／電歪作動部７８が、図２２におけるＸ−Ｙ平面に固定されるように互いに拘束され、Ｘ及びＹ軸方向の拘束力を向上させることができる。従って、素子の共振周波数の向上を図ることができる。
【００５９】更に、図１６〜図２１に示すように、複数の圧電／電歪作動部７８が基体上に間隔をおいて配置されている場合には、圧電／電歪作動部７８を連結する連結材７０が、２つの圧電／電歪作動部７８の間に存在する基体部分４５の上面に形成された部分７４を含むことが好ましく、この連結材の部分７４が基体部分４５の上面に固着していることが更に好ましい。このような構成とすることにより、Ｘ及びＹ軸方向への高拘束化を図ることができ、共振周波数のさらなる向上を図ることができる。また、耐久性の向上を更に図ることができる。
【００６０】また、この連結材の部分７４は、基体の固定部６８の上面に形成されていること、即ち、基体部分４５が基体の固定部６８中に存在することが好ましい。また、圧電／電歪作動部を連結する連結材のヤング率が基材のヤング率よりも低いことにより、クロストークの問題が発生しにくくなる。従って、後述するように適切な範囲のヤング率を有する連結材を用いることにより、クロストークの発生を抑制しつつ共振周波数の向上を図ることができる。なお、図１６、１７、１８、１９、２０、２１は、各々図７、８、９、１０、１１、１２に示した圧電／電歪膜型素子に対応した図面であり、図７〜１２の各々に示された圧電／電歪作動部を複数備えた圧電／電歪膜型素子を各対応図面において示している。
【００６１】本発明における連結材７０としては、振動部６６及び圧電／電歪層７３の屈曲変位量を抑制することなく、圧電／電歪層７３の剛性を大きくすることで、圧電／電歪層７３の大きな屈曲変位を確保しながら、共振周波数を向上させることができる点から、圧電／電歪層７３よりマイクロビッカース圧子押込み深さが、圧電／電歪層７３より大きく、かつ１．３μｍより小さな材料からなるものが好ましく、圧電／電歪層７３より２０％以上大きく、かつ１．２μｍより小さな材料からなるものがより好ましく、圧電／電歪層７３より５０％以上大きく、かつ１．０μｍより小さな材料からなるものが特に好ましい。
【００６２】また、本発明における連結材７０としては、同様の観点から、前記式（１）に示すヤング率が、圧電／電歪層より小さく、かつ２．４ＧＰａより大きな材料からなるものが好ましく、圧電／電歪層より２０％以上小さく、かつ２．８ＧＰａより大きな材料からなるものがより好ましく、圧電／電歪層７３より５０％以上小さく、かつ４．０ＧＰａより大きな材料からなるものが特に好ましい。
【００６３】また、このようなビッカース圧子押込み深さや、ヤング率を有する連結材７０としては、有機物質と無機物質とが原子、分子、又は微細混合レベルで混在する有機無機ハイブリッド材料を、大きな屈曲変位の確保しながら、高い共振周波数を得ることが可能な好適材料として挙げることができる。
【００６４】また、当該有機無機ハイブリッド材料としては、連結材に上記所望の効果を付与きるとともに、撥水性に富むコート材としての機能を付与できる点で、ＷＯ９７／４９７７５号公報に記載の無機化合物微粒子に、一般式ＲｎＳｉ（ＯＲ’）４−ｎ（ＲおよびＲ’は同一または異種の有機基であり、ｎは１〜３の整数）で示される有機ケイ素化合物を水素結合させたもの（以下、「第一の有機無機ハイブリッド材料」という。）、或いは特開２００２−７９６１６公報に記載のフッ素置換アルキル基含有シリコーン樹脂成分を含むマトリックス中に無機化合物粒子が含有されているもの（以下、「第二の有機無機ハイブリッド材料」という。）等を挙げることができる。
【００６５】第一の有機無機ハイブリッド材料としては、遷移金属元素を含む遷移金属含有有機ケイ素化合物であることが好ましい。
【００６６】また、当該材料の有機ケイ素化合物としては、（−Ｓｉ−Ｏ−）結合を骨格とし、有機官能基を含有した構造を取るものが好ましく、ＲＳｉ（ＯＲ’）３で表される三官能性アルコキシシランがより好ましくい。また、上記一般式中、Ｒとしては、例えば、メチル基、エチル基、若しくはプロピル基等のアルキル基、又はフェニル等のアリール基を挙げることができ、Ｒ’としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、若しくはブチル基等のアルキル基、フェニル等のアリール基、又はアセチル基、若しくはβ−メトキシエトキシ基等の置換アルキル基等を挙げることができる。
【００６７】また、無機化合物微粒子としては、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＳｉから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物からなる微粒子であることが好ましい。
【００６８】一方、第二の有機無機ハイブリッド材料としては、無機化合物粒子が多孔質のものが好ましく、外殻を有し、内部が多孔質または空洞となっているものがより好ましい。また、無機化合物粒子の粒子径は５〜３００ｎｍであるものが好ましく、その成分はシリカを主成分とするものが好ましい。なお、念の為、ここで、ＷＯ９７／４９７７５号公報、及び特開２００２−７９６１６公報の有機無機ハイブリッド材料に関する記載を引用する。
【００６９】また、図９、図１２、図１８、図２１等に示す本発明における連結材７０又は微拘束層９０としては、更に色素を含有しているものが好ましい。
【００７０】色素を含有させることで、連結材７０又は微拘束層９０の形成に関する検査で、素子を切断して断面を電子顕微鏡で観察する、或いは光干渉式の膜厚計で連結材形成箇所の複数点を計測する、といった極めて煩雑な工程を要する必要がなく、極めて簡略かつ確実な工程で当該検査をすることができる。
【００７１】ここで、「色素」とは、肉眼によって認識可能となる色を与えるいわゆる有色色素に限らず、Ｘ線、紫外線等の可視光以外の光を分析機器等で分析することにより認識可能となるいわゆる無色色素も含まれるものである。また、反射した光を肉眼又は分析機器等で認識できる色素の他、蛍光又は燐光等の如く、熱、Ｘ線、音、放射線、又は化学反応等により吸収したエネルギーを光として放出し、この発光を肉眼又は分析機器等で認識してその存在を知ることができるいわゆる発光色素も含むものである。
【００７２】本発明において連結材等に含有させる色素としては、連結材等の形成に関する検査において特に分析機器を要しない点では、肉眼で認識可能な各種無機、有機の有色色素が好ましい。
【００７３】一方、通常、分析機器を必要とするものの、その適用範囲が広い点では、蛍光色素等の発光色素を含有するものが好ましい。
【００７４】即ち、圧電／電歪膜型素子１０（２０）にあっては、圧電／電歪層７３（７１、７２）が着色している場合があり、しかも連結材７０が微小であることもあって、有色色素では連結材７０の存在を判別し難いことがあるが、蛍光色素等の発光色素を含有させると、その検出感度が極めて高いことから、圧電／電歪層７３（７１、７２）の着色の有無に拘らず微小な連結材７０の形成を確実に判別することができる。また、発光色素の含有量を発光強度等から定量的に分析することもできるため、連結材７０や微拘束層９０の厚さを正確に制御することが容易となる。
【００７５】本発明において発光色素としては、エネルギー源の相違により、例えば、Ｘ線発光色素、赤外線発光色素、放射線発光色素、熱発光色素、可視光発光色素、化学発光色素、又は生物発光色素等を挙げることができる。また、発する光の種類により、例えば、蛍光色素、燐光色素等を挙げることができる。
【００７６】本発明においては、これら発光色素の中でも、安定性、感度の点で、紫外線発光性、赤外線発光性、又は可視光発光性といった光発光性の蛍光色素が好ましい。
【００７７】また、本発明においては、肉眼で認識可能な有色色素、又はエネルギーを吸収することにより光を発する発光性色素の何れにおいても、色素が、加熱処理（常温以上の温度を加える処理）により除去可能な有機化合物からなるものが好ましい。
【００７８】含有させる色素と圧電／電歪層７３（７１、７２）や電極７５、７７（７５〜７７）を構成させる材料によっては、連結材７０又は微拘束層９０の特性や、圧電／電歪層７３（７１、７２）又は電極７５、７７（７５〜７７）の特性に悪影響を及ぼす場合があるため、連結材７０形成に関する検査終了後は色素を残留させないことが好ましく、上記有機化合物からなる色素とすると、容易に当該色素を除去することができる。
【００７９】本発明において、有色色素としては、例えば、レーキレッドＣ、若しくはウオッチンゲレッド等の水溶性アゾ顔料、モノアゾイエロー、若しくはジスアゾイエロー等の不溶性アゾ顔料、及びフタロシアニン系顔料、アントラキノン、イソインドリノン、若しくはキナクリドン等の縮合多環顔料からなる群より選ばれる少なくとも１種の顔料、又はアゾ染料、アントラキノン染料、インジゴイド染料、硫化染料、トリフェニルメタン染料、ピラゾロン染料、スチルベン染料、ジフェニルメタン染料、キサンテン染料、アリザリン染料、アクリジン染料、キノンイミン染料、チアゾール染料、メチン染料、ニトロ染料、及びニトロソ染料からなる群より選ばれる少なくとも１種の染料を挙げることができる。
【００８０】本発明においては、上記顔料又は染料の何れも、加熱処理の際に、酸化物を生成したり、連結材と化合物を生成する恐れがない点で、金属イオンを含有しないものが好ましい。また、顔料を色素として用いる場合には、加熱処理により容易に除去可能とするためには、粒径が１０μｍ以下のものが好ましく、５μｍ以下のものがより好ましい。
【００８１】他方、本発明において、可視光線、近紫外線、又は紫外線を吸収して、蛍光を発する蛍光染料としては、例えば、フルオレセイン、ローダミン等を挙げることができ、特に、フルオレセインは、微量でも強い発光があり高感度で検出可能な点で好ましい。また、本発明においては、フルオレセインの誘導体として臭素と結合したエオシンを用いることも好ましい。なお、フルオレセインはフタレイン染料の一種で、塩化亜鉛を還元剤としてレゾルシン２ｍｏｌと無水フタール酸１ｍｏｌとを混合し、２００℃付近の高温で熱して得られる赤色の粉末であり、水には溶けないがアルコール、希アルカリに溶けて強い緑色の蛍光を放つものである。勿論、フルオレセイン、及びローダミンは、金属イオンを含有せず、加熱処理により除去可能である。また、色素除去のための加熱処理は、各種色素に応じて加熱により完全に除去可能な温度条件とすればよい。
【００８２】本発明においてこれら色素は、溶剤やビヒクル等の媒質に分散、溶解して分散液又は溶液として用いることが好ましい。また、この際の分散液又は溶液は、色素との親和性の高いものを選択することが、溶解性又は分散性を向上させて色素を連結材や微拘束層にムラなく存在させ得る点で好ましい。なお、イソプロピルアルコール等のアルコール類は、色素が親水性、疎水性の何れの性質を有する場合に適用可能であり、顔料には特に有用である。また、溶解性、分散性を向上させるためには、分散液又は溶液中に、分散剤や界面活性剤を添加することも好ましい。
【００８３】本発明における連結材７０の形成方法としては、例えば、上記ＷＯ９７／４９７７５号公報に記載の無機化合物微粒子と、ＲｎＳｉ（ＯＲ’）４−ｎ（ＲおよびＲ’は同一または異種の有機基であり、ｎは１〜３の整数）の一般式で示される有機ケイ素化合物の加水分解物とを、エタノール、プロパノール、ブタノール、若しくはイソプロピルアルコール等のアルコール類、又はアセトン、若しくはメチルエチルケトン等のケトン類等の有機溶剤中に含む塗布液；或いは無機化合物粒子と、含フッ素アルキル基を有するシリコーン系化合物とを、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、又はアセトン等の極性溶媒中に含有している塗布液を、ディッピング法、スプレー法、スピンコート法等のコート方法により、圧電／電歪層７３に塗布する方法を挙げることができる。一般に、連結材を形成させない箇所には、マスキングを行うが、複数の圧電／電歪作動部を連結する連結材を形成する場合には、この連結材を形成する部分にマスキングを行わないことによりこのような連結材を形成することができる。或いは、スピンコート法により塗布する場合には、スピンコートの回転数を調整することにより複数の圧電／電歪作動部を連結する連結材を形成することができる。
【００８４】また、連結材等７０、９０に色素を含有させる場合には、前述した各種色素を含有する溶液又は分散液を、色素の種類（特に発光強度等）に応じて、例えば、蛍光色素のような発光色素であれば、上記塗布液中に０．０００１〜０．０１０質量％（色素固形換算値）含有させればよく、例えば、有色色素であれば、上記塗布液中に０．０００２〜０．０５０質量％（色素固形換算値）含有させればよい。
【００８５】また、色素を含有する溶液又は分散液は、塗布液との相溶性を考慮して媒質を選択することが好ましく、例えば、塗布液が水溶液の場合には、色素を含有する溶液又は分散液も水溶性であることが好ましく、塗布液が有機溶剤を媒質としている場合には、色素を含有する溶液又は分散液も、有機溶剤を媒質としているものが好ましい。但し、塗布液に対する相溶性があればよく、例えば、塗布液が水溶性、又は疎水性である場合に、アルコール等の相溶性のある溶媒又は分散媒に色素を含有させた溶液又は分散液としてもよい。また、色素が媒質に溶解しない場合、微粒化して添加することもでき、更には、分散剤、界面活性剤等を添加し、色素粒子が塗布液中に均一に分散させることもできる。
【００８６】なお、光発光性で加熱処理により除去可能な蛍光色素を、有機溶剤中に含有させた溶液としては、例えば、栄進化学株式会社製、ネオグロー水洗性蛍光浸透液Ｆ−４Ａ−Ｃを挙げることができる。
【００８７】本発明における塗布液は、連結材７０を均一な厚さで設けることができる点で、溶液粘度が１０００ｃＰ以下のものを用いることが好ましく、溶液粘度が３００ｃＰ以下のものを用いることがより好ましく、溶液粘度が５０ｃＰ以下のものを用いることが特に好ましい。
【００８８】また、当該連結材７０と同材質のもので、圧電／電歪層７３の上部電極７５との接触面で開口する気孔を充填する場合、或いは圧電／電歪層７３の上部電極７５等の電極との接触面、又は上部電極７５（図９に示す多層型圧電／電歪膜型素子２０にあっては、最上層の電極７５）を覆うように所定の厚さの微拘束層９０を設ける場合には、上記塗布液を圧電／電歪層７３及び／又は上部電極７５（最上層の電極７５）全体に塗布すればよい。但し、振動部６６及び圧電／電歪作動部７８の合計厚さに対して１／１５以下の厚さ、より好ましくは１／３０以下の厚さで微拘束層９０を設けるには、上記スピンコート法で、塗布液を滴下直後、回転速度を１５００ｒｐｍ以上として行うことが好ましい。更に開口する気孔のみを充填する場合には、スピンコート法によるコート後、上記スピンコート法で、塗布液を滴下直後、回転速度を２５００ｒｐｍ以上として行うことが好ましく、圧縮空気を吹付ける工程や、接触層表面を拭き取る工程を行ってもよい。なお、ディッピング法、又はスプレー法により、上記コーティング剤を圧電／電歪層全体に塗布する場合でも、圧縮空気を吹付ける工程を行うことで微拘束層を設けることもできるが、容易に薄くて均一な層を形成することができる点で、スピンコート法により形成することが好ましい。
【００８９】本発明においては、上記塗布液を塗布した後には、室温で１０分以上放置して、溶剤の大部分を除去した後、６００℃／ｈ以下の速度で、所望の温度まで雰囲気温度を上昇させて加熱による乾燥を行うことが好ましい。
【００９０】塗布後直ちに加熱して乾燥したり、急速に温度を上昇させて乾燥すると、塗布液中の溶剤の急速な蒸発により、塗布液が急速に収縮し、連結材７０中にクラックが発生したり、電圧／電歪層７３（７１、７２）との界面に剥離を生ずることがある。
【００９１】また、加熱による乾燥は、６０〜１２０℃で行うことが好ましく、１００〜１２０℃で行うことがより好ましい。１２０℃を超える温度で乾燥すると、上記室温放置の理由と同様に塗布液中の溶剤の急速な蒸発により、塗布液が急速に収縮し、連結材７０中にクラックが発生したり、電圧／電歪層７３（７１、７２）との界面に剥離を生ずることがある。一方、上記加熱温度より低い温度で乾燥すると、有機溶剤とともに、これに溶存する水分の除去が不充分となる。
【００９２】本発明においては、必要に応じて、上記乾燥後、連続して又は別工程で、より高温の加熱による硬化処理を行うことが好ましい。具体的には、例えば、前述した有機無機ハイブリッド材料では、好ましくは７００℃以下の温度、より好ましくは６００℃以下の温度、更に好ましくは５００℃未満の温度、特に好ましくは４５０℃未満の温度で加熱して連結材を硬化させることが好ましい。
【００９３】当該加熱による硬化処理の温度が、上記温度範囲を超えると、連結在中のＳｉ成分が圧電／電歪層を構成する材料と反応して、圧電／電歪層の性能の低下のみならず欠陥が生じ、絶縁破壊、機械的破壊等を生じることがある。また、連結材中の有機成分の分解が起こり、連結材にクラックを生じることがある。
【００９４】なお、第一の有機無機ハイブリッド材料では、有機官能基を種類、数、及び有機物質と無機物質の構成比等を調製することにより、又は硬化処理の際に加熱温度を調整して、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の結合強度を変化させることにより（温度を高くするほど、硬度が上昇する。）、ビッカース圧子押込み深さ等の機械的特性、及び撥水性等の化学的特性を最適化することができる。同様に、第二の有機無機ハイブリッド材料では、有機物質と無機物質の種類及び構成比等を調製することにより、ビッカース圧子押込み深さ等の機械的特性、及び撥水性等の化学的特性を最適化することができる。
【００９５】図１等に示す本発明における圧電／電歪層７３（７１、７２）の材料としては、圧電効果又は電歪効果等の電界誘起歪みを起こす材料であればよく、結晶質でも非晶質でもよい。また、半導体やセラミックスや強誘電体セラミックス、又は反強誘電体セラミックス何れでもよく、用途に応じて適宜選択し採用すればよい。
【００９６】具体的な材料としては、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、ジルコン酸チタン酸鉛、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からなる群より選ばれる少なくとも１種を含有するセラミックスを挙げることができる。特に、高い電気機械結合係数と圧電定数を有し、圧電／電歪膜の焼結時におけるセラミックス基体との反応性が小さく、安定した組成のものが得られる点おいて、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ系）、及びマグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）を主成分とする材料、又はチタン酸ナトリウムビスマスを主成分とする材料が好ましい。
【００９７】更に、これらセラミックス材料に、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン、セリウム、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、リチウム、ビスマス、及びスズからなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物からなる微量成分を含有する材料を用いてもよい。例えば、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、及びマグネシウムニオブ酸鉛を主成分とし、ランタン、及びストロンチウムの酸化物を、微量成分として含有させることにより、坑電界や圧電特性を調整可能となる等の利点を得られる場合がある。
【００９８】本発明において、図１等に示す圧電／電歪層７３の厚さは、素子の機械的強度、及び所望の屈曲変位の確保という点から、基体４４の振動部６６とほぼ同等の厚さとすることが好ましい。具体的には、厚さの比（振動部／（圧電／電歪層））が、０．１〜３０であることが好ましく、０．３〜１０であることがより好ましく、０．５〜５であることが特に好ましい。なお、「圧電／電歪層」とは、既に述べた通り、圧電層及び／又は電歪層の意味である。
【００９９】振動部６６との厚さの比（振動部／（圧電／電歪層））が、この範囲であれば、振動部６６上に圧電／電歪材料を塗布した後、加熱処理して圧電／電歪層７３を形成する際に、圧電／電歪層７３の焼成収縮に基体４４（振動部６６）が追従し易く、剥離を生じることなく緻密な圧電／電歪層７３と一体化することができる。また、圧電／電歪層７３の屈曲による振動に対して充分な耐性を付与することができる。
【０１００】もっとも、圧電／電歪層７３の厚さにあっても、素子の小型化等を可能とするためには、その厚さが５〜１００μｍであることが好ましく、５〜５０μｍであることがより好ましく、５〜３０μｍであることが特に好ましい。
【０１０１】また、図４〜８に示す多層型の圧電／電歪膜型素子２０の場合には、薄膜状の多層型圧電／電歪素子とすることで、アスペクト比を高くすることができる点で、圧電／電歪層７１、７２の１層当たりの厚さを、３０μｍ以下と薄くすることが好ましい。更には、複数の圧電／電歪層７１、７２を下層から順に徐々に薄くして形成することが好ましく、例えば、下からｎ番目の圧電／電歪層の厚さｔｎが、ｔｎ≦ｔｎ−１×０．９５の式を満たすように形成することが好ましい。圧電／電歪層の歪み量は、同じ駆動電圧では、圧電／電歪層の厚さが薄い程大きいため、上部に形成される圧電／電歪層が、下部に形成される圧電／電歪層より大きく歪むようにすることで、曲げ効率を高め、屈曲変位をより有効に発現することができる。
【０１０２】本発明における圧電／電歪層７３は、例えば、前述したセラミックス材料等からなる圧電／電歪材料を、基体４４に形成された下部電極７７上に積層した後（図４〜８に示す多層型の圧電／電歪素子２０の場合には、各圧電／電歪層７１、７２を積層した際、その都度、又は各圧電／電歪層７１、７２を総て積層した後）、所定温度で熱処理することにより得ることができる。
【０１０３】本発明において用いられる圧電／電歪材料としては、例えば、酸化物混合法、共沈法やアルコキシド法等により調製することができる。
【０１０４】また、圧電／電歪材料を塗布する方法としては、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、若しくは電気泳動法等の各種厚膜形成法、又はイオンビーム法、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、若しくはめっき等の各種薄膜形成法を挙げることができ、中でも、良好な圧電／電歪特性を有する圧電／電歪層７３が得られる点で、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、又は電気泳動法等の厚膜形成法が好ましい。
【０１０５】なお、前述した突出部分を設けるには、圧電／電歪材料を、各電極の上面及び下面を覆うより広い範囲で、印刷、又は塗布等すればよい。また、この際に、基体の材料として、例えば、酸化ジルコニウム等の当該圧電／電歪材料と加熱処理時における反応性が低い材料を選択することで、圧電／電歪層の突出部分を基体に対して完全な非結合状態とすることができる。
【０１０６】また、図４〜８に示す多層型の圧電／電歪膜型素子２０とする場合には、例えば、基体４４上に電極７７を積層した後、圧電／電歪材料を、上記各種方法により、複数の電極７５、７６と交互に積層させて、最後に電極７５を配設すればよい。
【０１０７】本発明において、圧電／電歪材料を下部電極７７上に形成した後（図４等に示す多層型の圧電／電歪素子２０の場合には、最下層、及び中間層に位置する電極間にそれぞれ圧電／電歪材料を積層した際、その都度、又は圧電／電歪材料を必要な総ての層で積層した後）の加熱処理は、１０００〜１４００℃の温度で行えばよく、この際、圧電／電歪材料における各成分の揮発を防いで、所望の組成の磁器組成物とするために、圧電／電歪材料と同組成の雰囲気制御材料を共存させて行うことが好ましい。
【０１０８】
【実施例】以下、本発明を、圧電膜型素子による実施例により、更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。なお、各実施例、及び比較例についての評価は以下のようにして行った。
【０１０９】
（評価方法）
（１）屈曲変位
実施例及び比較例で得られた圧電膜型素子に、室温下、３ｋＶ／ｍｍの電界を印加した際の変位量をレーザードップラー振動計により測定した。
【０１１０】
（２）共振周波数
実施例及び比較例で得られた圧電膜型素子について、レーザードップラー振動計と、ＦＦＴアナライザを用いて測定した。
具体的には、ＦＦＴアナライザの発生するスエプトサイン波形（複数の周波数成分を含んだ波形）を素子に印加して駆動し、素子の振動をレーザードップラー振動計で測定し、そのレーザードップラー振動計の速度出力をＦＦＴアナライザに入力して周波数分析し、最も低次のピークを共振周波数とした。
【０１１１】
（３）マイクロビッカース圧子押込み深さ、ヤング率
実施例及び比較例で得られた圧電膜型素子の、連結材、圧電／電歪層、及び基体について、微小硬度計圧子を用いて以下の条件で押込み深さ、及びヤング率を測定した。
▲１▼  装置：島津ダイナミック超微小硬度計ＤＵＨ−２０１
▲２▼  圧子：対面角１３６°のビッカース形状を有するダイヤモンド製の圧子
▲３▼  試験モード：負荷−除荷試験（荷重を一定速度で増加させていき、一時保持後、一定速度で荷重を減らしていく試験）
▲４▼  押込み荷重：１ｇｆ
▲５▼  押込み速度：０．１４５ｇｆ／ｓｅｃ
▲６▼  荷重保持時間：１０ｓｅｃ
▲７▼  その他：被検対象物（電極、圧電／電歪層、及び基体）が、微小である、或いは曲面又は凹凸部を有する等の理由でビッカース圧子を適切な条件で押込めない場合には、ビッカース圧子を適切な条件で押込める形状の同材料を被検対象物として測定する。また、ヤング率は、総ての材料についてポアソン比を０．３と仮定して、下記式（３）に従って求めた。
【０１１２】
【数５】
Ｅ＝４．０／δ２  …（３）
【０１１３】「式（３）中、Ｅは、ヤング率（ＧＰａ）、δは、先端部の対面角が１３６°のダイヤモンド圧子で、マクロビッカース荷重を１ｇｆ、押込み速度を０．１４５ｇｆ／ｓｅｃとした際の圧子押込み深さを示す。」
【０１１４】
（実施例１）
振動部及び固定部何れもＹ２Ｏ３で安定化されたＺｒＯ２からなる基体（振動部の寸法：１．６×１．１ｍｍ、厚さ：１０μｍ）上に白金からなる下部電極（寸法：１．２×０．８ｍｍ、厚さ：３μｍ）をスクリーン印刷法により形成し、１３００℃、２時間の熱処理により基体と一体化させた。
【０１１５】その上に、Ｐｂの一部をＬａで０．１ｍｏｌ％置換した（Ｐｂ０．９９９Ｌａ０．００１）（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）０．３７５Ｔｉ０．３７５Ｚｒ０．２５０Ｏ３（平均粒径０．４９μｍ、最大粒径１．８μｍ）からなる圧電材料をスクリーン印刷法により下部電極の上面に対応する面を含むより広い１．３×０．９ｍｍの範囲で、厚さ２０μｍで積層した。
【０１１６】次いで、圧電材料と同一組成の雰囲気制御材料を、容器内に共存させ、電極が形成された基体上に圧電材料を積層したものを、１２７５℃、２時間熱処理した。熱処理後の圧電層の厚さは、１３μｍであった。次いで、圧電層の上に、金からなる上部電極を、スクリーン印刷法により、１．２×０．８ｍｍの範囲で厚さ０．５μｍで形成した後、６００℃で熱処理した。
【０１１７】次いで、得られた素子を、基体の圧電／電歪層や電極を配設した面と反対側の部分を、ＵＶシートでマスキングした状態で試料台に固定し、ＳｉＯ２を主成分とした無機薄膜用塗布液（商品名：セラメートＣ−５１３、触媒化成工業株式会社製、粘度（２５℃）：２０ｃＰ以下、ｐＨ（２５℃）：３〜５、液比重：０．９〜１．０ｇ／ｍｌ、溶媒：イソプロピルアルコール・水）を、素子全体にスピンコート法により塗布した。この際、試料台は、最初５００ｒｐｍで回転し、無機薄膜用塗布液を滴下した直後、２０００ｒｐｍまで回転数を上げて３０秒回転させた。
【０１１８】最後に、回転停止後、無機薄膜用塗布液を塗布した素子を室温で３０分放置し、その後、昇温速度２００℃／ｈで昇温し、８０〜１２０℃の間で１時間温度を保持した後、連続的に３００℃まで昇温して、同温度で６０分硬化処理を行い、圧電／電歪層の突出部全体と基体を連結する連結材及び上部電極を被覆する微拘束層を硬化させ、圧電／電歪膜型素子を製造した。
【０１１９】得られた圧電／電歪膜型素子の各構成物のビッカース圧子押込み深さは、図１６に示すように、基体が０．１８μｍ、圧電／電歪層が、０．２７μｍ、連結材及び微拘束層が０．８７μｍであった。また、ヤング率は、基体が１２０ＧＰａ、圧電／電歪層が５５ＧＰａ、連結材及び微拘束層が５．３ＧＰａであった。また、連結材は、圧電／電歪層の突出部分の先端で最大厚みを有し、その厚さは５μｍであり、微拘束層の厚さは、０．５μｍであった。
【０１２０】
（比較例１）
素子に、所定の無機薄膜用塗布液を塗布することなく製造し、連結材及び微拘束層を設けなかったこと以外は実施例１と同様にして圧電／電歪膜型素子を製造した。
【０１２１】得られた圧電／電歪膜型素子の各構成物のビッカース圧子押込み深さは、基体が０．１８μｍ、圧電／電歪層が０．２７μｍであった。また、ヤング率は、基体が１２０ＧＰａ、圧電／電歪層が５５ＧＰａであった。
【０１２２】
（比較例２）
素子に、ポリスチレンからなる接合材及び微拘束層を実施例１の素子と同様の状態で設けたこと以外は実施例１と同様にして圧電／電歪膜型素子を製造した。
【０１２３】得られた圧電／電歪膜型素子の各構成物のビッカース圧子押込み深さは、基体が０．１８μｍ、圧電／電歪層が、０．２７μｍ、連結材及び微拘束層が１．５μｍであった。また、ヤング率は、基体が１２０ＧＰａ、圧電／電歪層が５５ＧＰａ、連結材及び微拘束層が１．８ＧＰａであった。また、連結材は、圧電／電歪層の突出部分の先端で最大厚みを有し、その厚さは１０μｍであり、微拘束層の厚さは、１μｍであった。
【０１２４】
（評価）
所定の連結材及び微拘束層を設けなかった比較例１の圧電／電歪膜型素子では、共振周波数が１．６ＭＨｚ、屈曲変位が０．１４μｍであった。また、ポリスチレンからなる接合材及び微拘束層を設けた比較例２の圧電／電歪膜型素子では、共振周波数が１．６ＭＨｚ、屈曲変位が０．１４μｍであった。
【０１２５】これに対して、連結材及び微拘束層を設けた実施例の圧電／電歪膜型素子では、屈曲変位が０．１４μｍと比較例１、２の圧電／電歪膜型素子と同様であり、しかも共振周波数が１．７ＭＨｚと比較例１、２の圧電／電歪膜型素子より６％大きくなった。
【０１２６】
（実施例２）
Ｙ２Ｏ３で安定化された薄肉部が平坦なＺｒＯ２基体（薄肉部の寸法：１．６×１．１ｍｍ、厚さ：１０μｍ）上に白金からなる下部電極（寸法：１．２×０．８ｍｍ、厚さ：３μｍ）をスクリーン印刷法により形成し、１３００℃、２時間の熱処理により基体と一体化させた。
【０１２７】次いで、その上にＰｂ１．００｛（Ｍｇ０．８０Ｎｉ０．２０）１／３Ｎｂ２／３｝０．２０Ｔｉ０．４３Ｚｒ０．３７Ｏ３からなる第一の圧電材料を、スクリーン印刷法により、寸法１．３×０．９ｍｍ、厚さ７μｍで積層した。
【０１２８】次いで、その上に、白金からなる内部電極（寸法：１．０×１．１ｍｍ、厚さ：３μｍ）をスクリーン印刷法により積層した。
【０１２９】更に、その上にＰｂ１．００（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）０．２０Ｔｉ０．４３Ｚｒ０．３７Ｏ３９８．５質量％と、ＮｉＯ１．５質量％からなる第二の圧電材料を、スクリーン印刷法により、寸法１．３×０．９ｍｍ、厚さ７μｍで積層した。
【０１３０】次いで、第二の圧電材料と同一組成の雰囲気制御用材料を、雰囲気単位体積当たりのＮｉＯ換算量で０．１５ｍｇ／ｃｍ３容器内に共存させて、１２７５℃、２時間熱処理した。熱処理後の圧電／電歪層の厚さは、何れも５μｍであった。
【０１３１】次いで、その上に金からなる上部電極（寸法：１．２×０．８ｍｍ、厚さ：０．５μｍ）をスクリーン印刷法により形成した後、熱処理した。
【０１３２】次いで、得られた素子を、基体の圧電／電歪層や電極を配設した面と反対側の部分を、ＵＶシートでマスキングした状態で試料台に固定し、ＳｉＯ２を主成分とした無機薄膜用塗布液（商品名：セラメートＣ−５１３、触媒化成工業株式会社製、粘度（２５℃）：２０ｃＰ以下、ｐＨ（２５℃）：３〜５、液比重：０．９〜１．０ｇ／ｍｌ、溶媒：イソプロピルアルコール・水）を、素子全体にスピンコート法により塗布した。この際、試料台は、最初５００ｒｐｍで回転し、塗布液の滴下した直後、回転数を２０００ｒｐｍまで上げて３０秒回転させた。
【０１３３】最後に、回転停止後、無機薄膜用塗布液を塗布した素子を室温で３０分放置し、その後、昇温速度２００℃／ｈで昇温し、８０〜１２０℃の間で１時間温度を保持した後、連続的に３００℃まで昇温して、同温度で６０分硬化処理を行い、圧電／電歪層の突出部全体と基体を連結する連結材及び上部電極を被覆する微拘束層を硬化させ、多層型の圧電／電歪膜型素子を製造した。
【０１３４】得られた圧電／電歪膜型素子の各構成物のビッカース圧子押込み深さは、図１６に示すように、基体が０．１８μｍ、圧電／電歪層が、０．２７μｍ、連結材及び微拘束層が０．８７μｍであった。また、ヤング率は、基体が１２０ＧＰａ、圧電／電歪層が５５ＧＰａ、連結材及び微拘束層が５．３ＧＰａであった。また、連結材は、圧電／電歪層の突出部分の先端で最大厚みを有し、その厚さは５μｍであり、微拘束層の厚さは、０．５μｍであった。
【０１３５】
（比較例３）
素子に、所定の無機薄膜用塗布液を塗布することなく製造し、連結材及び微拘束層を設けなかったこと以外は実施例２と同様にして圧電／電歪膜型素子を製造した。
【０１３６】得られた圧電／電歪膜型素子の各構成物のビッカース圧子押込み深さは、基体が０．１８μｍ、圧電／電歪層が０．２７μｍであった。また、ヤング率は、基体が１２０ＧＰａ、圧電／電歪層が５５ＧＰａであった。
【０１３７】
（評価）
所定の連結材及び微拘束層を設けなかった比較例３の圧電／電歪膜型素子では、共振周波数が１．７５ＭＨｚ、屈曲変位が０．１６μｍであった。
【０１３８】これに対して、連結材及び微拘束層を設けた実施例２の圧電／電歪膜型素子では、屈曲変位が０．１６μｍと比較例３の圧電／電歪膜型素子と同様であり、しかも共振周波数が１．８５ＭＨｚと比較例３の圧電／電歪膜型素子より６％大きくなった。
【０１３９】
（実施例３）
実施例１で用いた無機薄膜用塗布液に、以下の成分からなる蛍光色素溶液（栄進化学株式会社製、商品名：ネオグロー水洗性蛍光浸透液Ｆ−４Ａ−Ｃ）を、全塗布液成分中０．１質量％（蛍光色素固形分による換算値：０．００３〜０．００５質量％）含有させたものを、素子全体にスピンコート法により塗布したこと以外は実施例１と同様にして圧電／電歪膜型素子を製造した。
【０１４０】
［組成］
炭化水素油Ａ：１０〜２０質量％
炭化水素油Ｂ：３０〜４０質量％
可塑性溶剤：５〜１５質量％
非イオン界面活性剤Ａ：５〜１５質量％
非イオン界面活性剤Ｂ：１５〜２５質量％
蛍光色素：３〜５質量％
【０１４１】得られた圧電／電歪膜型素子に、紫外線探傷灯（栄進化学社製ウルトラ・ライトＳ−３５、透過波長：３２０〜４００ｎｍ（主波長：３６５ｎｍ）、紫外線強度：６０００μｍＷ／ｃｍ３）を用いて紫外線を照射したところ、高感度に連結材及び微拘束層の存否及び厚さを確認できた。
【０１４２】また、連結材及び微拘束層の形成を確認した後、素子を、昇温速度２００℃／ｈで４００℃まで昇温し、更に６０分その温度を維持して加熱処理を行った後、  紫外線探傷灯を用いて紫外線を素子に照射したところ、全く発光せず蛍光色素が完全に除去されていることが確認された。
【０１４３】また、加熱処理後において、圧電／電歪膜型素子の各構成物のビッカース圧子押込み深さ、並びに連結材及び微拘束層の厚さは実施例１の圧電膜型素子と同様であった。
【０１４４】
（実施例４）
振動部及び固定部何れもＹ２Ｏ３で安定化されたＺｒＯ２からなる基体（振動部の寸法：１．６×１．１ｍｍ、厚さ：１０μｍ）上に、白金に酸化チタン（平均粒径０．０５μｍ）を０．５質量％の添加した電極材料からなる下部電極（寸法：１．２×０．８ｍｍ、厚さ：３μｍ）をスクリーン印刷法により形成し、１３００℃、２時間の熱処理により基体と一体化させた。
【０１４５】その上に、Ｐｂの一部をＬａで０．１ｍｏｌ％置換した（Ｐｂ０．９９９Ｌａ０．００１）（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）０．３７５Ｔｉ０．３７５Ｚｒ０．２５０Ｏ３（平均粒径０．４９μｍ、最大粒径１．８μｍ）からなる圧電材料をスクリーン印刷法により下部電極の上面に対応する面を含むより広い１．３×０．９ｍｍの範囲で、厚さ２０μｍで積層した。
【０１４６】次いで、圧電材料と同一組成の雰囲気制御材料を、容器内に共存させ、電極が形成された基体上に圧電材料を積層したものを、１２７５℃、２時間熱処理した。熱処理後の圧電層の厚さは、１３μｍであった。
【０１４７】次いで、圧電層の上に、金からなる上部電極を、スクリーン印刷法により、１．２×０．８ｍｍの範囲で厚さ０．５μｍで形成した後、６００℃で熱処理して、圧電／電歪膜型素子を製造した。
【０１４８】得られた圧電／電歪膜型素子では、長期間の使用によっても圧電／電歪層と電極間の剥離がなく耐久性が向上していた。
【０１４９】
（実施例５）
Ｙ２Ｏ３で安定化された薄肉部が平坦なＺｒＯ２基体（薄肉部の寸法：１．６×１．１ｍｍ、厚さ：１０μｍ）上に、白金に酸化チタン（平均粒径０．０５μｍ）を０．５質量％の添加した電極材料からなる下部電極（寸法：１．２×０．８ｍｍ、厚さ：３μｍ）をスクリーン印刷法により形成し、１３００℃、２時間の熱処理により基体と一体化させた。
【０１５０】次いで、その上にＰｂ１．００｛（Ｍｇ０．８０Ｎｉ０．２０）１／３Ｎｂ２／３｝０．２０Ｔｉ０．４３Ｚｒ０．３７Ｏ３からなる第一の圧電材料を、スクリーン印刷法により、寸法１．３×０．９ｍｍ、厚さ７μｍで積層した。
【０１５１】次いで、その上に、白金からなる内部電極（寸法：１．０×１．１ｍｍ、厚さ：３μｍ）をスクリーン印刷法により積層した。
【０１５２】更に、その上にＰｂ１．００（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）０．２０Ｔｉ０．４３Ｚｒ０．３７Ｏ３９８．５質量％と、ＮｉＯ１．５質量％からなる第二の圧電材料を、スクリーン印刷法により、寸法１．３×０．９ｍｍ、厚さ７μｍで積層した。
【０１５３】次いで、第二の圧電材料と同一組成の雰囲気制御用材料を、雰囲気単位体積当たりのＮｉＯ換算量で０．１５ｍｇ／ｃｍ３容器内に共存させて、１２７５℃、２時間熱処理した。熱処理後の圧電／電歪層の厚さは、何れも５μｍであった。
【０１５４】次いで、その上に金からなる上部電極（寸法：１．２×０．８ｍｍ、厚さ：０．５μｍ）をスクリーン印刷法により形成した後、熱処理して、多層型の圧電／電歪膜型素子を製造した。
【０１５５】得られた圧電／電歪膜型素子では、長期間の使用によっても圧電／電歪層と電極間の剥離がなく耐久性が向上していた。
【０１５６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、従来の圧電／電歪膜型素子と同等以上の屈曲変位量を有しながら、高速応答性に優れ、更に素子間での圧電／電歪特性のバラツキが小さな圧電／電歪膜型素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一の実施の形態を示す一部断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図３】本発明の更に他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図４】本発明の多層型の圧電／電歪膜型素子における一の実施の形態を示す一部断面図である。
【図５】本発明の多層型の圧電／電歪膜型素子における他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図６】本発明の多層型の圧電／電歪膜型素子における更に他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図７】本発明の多層型の圧電／電歪膜型素子における更に他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図８】本発明の多層型の圧電／電歪膜型素子における更に他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図９】本発明の多層型の圧電／電歪膜型素子における更に他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図１０】本発明の更に他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図１１】本発明の更に他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図１２】本発明の更に他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図１３】図１１に示す圧電／電歪膜型素子の一部拡大図である。
【図１４】図１に示す圧電／電歪膜型素子の一部拡大図である。
【図１５】図４に示す圧電／電歪膜型素子の一部拡大図である。
【図１６】本発明の更に他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図１７】本発明の更に他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図１８】本発明の更に他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図１９】本発明の更に他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図２０】本発明の更に他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図２１】本発明の更に他の実施の形態を示す一部断面図である。
【図２２】本発明の更に他の実施の形態を示す平面図である。
【図２３】実施例及び比較例の圧電／電歪膜型素子におけるビッカース圧子押込み深さの結果を示すグラフである。
【図２４】従来の圧電／電歪膜型素子の一例を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１０…圧電／電歪膜型素子、２０…圧電／電歪膜型素子（多層型）、３０…圧電／電歪膜型素子（従来の素子）、４４…基体、４５…２つの圧電／電歪作動部の間に存在する基体部分、４８…キャビティ、６６…振動部、６８…固定部、７０…連結材、７１〜７３…圧電／電歪層、７４…連結材の部分、７５〜７７…電極、７８…圧電／電歪作動部、７９…突出部、８０…気孔、８１…連結材と同材質の材料、９０…微拘束層。
【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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