(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に整列配置された２つの側壁を天井壁で接続してなるセルが備わり、少なくとも前記２つの側壁は圧電／電歪素子で構成され、前記圧電／電歪素子の変位により前記セルの容積が変化するアクチュエータであって、
前記セルが複数備わり、その各々の前記側壁及び天井壁が、隣接するセルの側壁及び天井壁と、独立して形成されており、
前記圧電／電歪素子は、複数の層状の圧電／電歪体と層状の電極とが交互に積層されてなるとともに、前記電極の端部が、少なくともセル内側において前記圧電／電歪体内に埋設され、且つ、一のセルを形成する圧電／電歪素子の電極の端部が、セル外側において前記圧電／電歪体から露出しているセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項２】
前記天井壁が圧電／電歪素子で構成されている請求項１に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項３】
前記電極が、圧電／電歪素子で構成される前記２つの側壁と異なる部分で、一層おきに導通がなされている請求項１又は２に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項４】
前記導通が、スルーホール乃至ビアホールでなされる請求項３に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項５】
光路の途中に設けられ、光信号の経路を規定する光スイッチであって、
請求項１〜４の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを有するアクチュエータ部と、微細スリットを有する導波路部と、から構成され、
前記アクチュエータ部のセルに気体が充填され、前記導波路部の微細スリットに液体が充填され、前記セルと前記微細スリットとは連通孔を介して通じ、前記微細スリットを光導波路と交差させるとともに、その交差箇所に前記セルを配設してなり、
前記セルの側壁を構成する圧電／電歪素子の変位により前記セルの容積を変化させ、前記交差箇所において前記セルに充填された気体の一部を前記連通孔から前記微細スリット中へ突出させ又は前記微細スリット中へ突出させた気体を前記連通孔から前記セル中へ引き戻し、前記微細スリットの屈折率を変化させる光スイッチ。
【請求項６】
圧力のはたらきによって流体を送るマイクロポンプであって、
少なくとも１つのポンプ部を備え、前記ポンプ部はポンプユニットで構成され、前記ポンプユニットは圧力の変動を起こす少なくとも１つのアクチュエータ部及び流体が流れる流路部で構成され、前記アクチュエータ部は請求項１〜４の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを有し、
前記アクチュエータ部のセルの側壁を構成する圧電／電歪素子の変位により、前記流路部に圧力の変動を生じせしめ、流体の流路を選択的に形成するマイクロポンプ。
【請求項７】
基板の上に整列配置された２つの側壁を天井壁で接続してなるセルが備わり、少なくとも前記２つの側壁は圧電／電歪素子で構成され、前記セルは複数備わり、その各々の前記側壁及び天井壁が、隣接するセルの側壁及び天井壁と、独立して形成されており、前記圧電／電歪素子は複数の層状の圧電／電歪体と層状の電極とが交互に積層されてなるとともに前記電極の端部が少なくともセル内側において前記圧電／電歪体内に埋設され、且つ、一のセルを形成する圧電／電歪素子の電極の端部が、セル外側において前記圧電／電歪体から露出しているアクチュエータを製造する方法であって、
圧電／電歪材料を主成分とし後に前記圧電／電歪体となる複数のセラミックグリーンシートを用意し、その片面に後に前記電極となる導電材料を主成分とする膜を形成する第１の工程と、各々のセラミックグリーンシートの所定の位置に、少なくとも後に前記セルを構成するスリットと前記導体材料が接しないように、複数のスリットを設ける第２の工程と、導電材料を主成分とする膜及びスリットを形成した複数のセラミックグリーンシートを交互に積層し圧着して、複数のスリット状貫通孔が備わるセラミックグリーン積層体を形成する第３の工程と、セラミックグリーン積層体を焼成して一体化し、積層焼成体を得る第４の工程と、を有し、
前記複数のスリット状貫通孔の間の壁部が前記側壁を構成し、前記複数のスリット状貫通孔の一部又は全部が前記セルを構成する過程を含むセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
前記第２の工程及び前記第３の工程において、パンチとダイ及びストリッパを有する打抜金型を用い、
前記パンチにより、前記導電材料を主成分とする膜が形成された複数のセラミックスグリーンシートのうち第一のセラミックスグリーンシートに第一のスリットを開ける工程Ａと、前記第一のスリットから前記パンチを抜き取らない状態で、前記第一のセラミックグリーンシートを前記ストリッパに密着させて引き上げる工程Ｂと、前記パンチの先端部が引き上げた前記第一のセラミックグリーンシートの最下部より僅かに引き込む程度に、前記パンチを引き上げる工程Ｃと、前記パンチにより、前記導電材料を主成分とする膜が形成された複数のセラミックスグリーンシートのうち第二のセラミックグリーンシートに第二のスリットを開ける工程Ｄと、前記第二のスリットから前記パンチを抜き取らない状態で、前記第二のセラミックグリーンシートを前記ストリッパに密着させて引き上げる工程Ｅと、前記パンチの先端部が引き上げた前記第二のセラミックグリーンシートの最下部より僅かに引き込む程度に、前記パンチを引き上げる工程Ｆと、以降、前記工程Ｄから前記工程Ｆを繰り返し、
前記導電材料を主成分とする膜が形成された複数のセラミックグリーンシートを前記スリットを開けながら積層し、前記スリット状貫通孔が備わるセラミックグリーン積層体を得る請求項７に記載のセル駆動型圧電／電歪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、圧電／電歪素子により構成されたセルを有し、そのセルの容積変化により所定のはたらきを実現するセル駆動型の圧電／電歪アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電アクチュエータとして、シェアモード方式で駆動される圧電アクチュエータが知られている。シェアモード方式とは、圧電体の分極電界方向と直交する方向の駆動電界により変位を生じさせる駆動方式をいう。その駆動方式をとる圧電アクチュエータの一例を図１６に示す。
【０００３】
図１６に示される圧電アクチュエータ７１は、インクジェットヘッドで使用されるものであり、基板７２上に、櫛歯７６であって駆動部７４である複数の圧電体が、櫛歯状に形成され、櫛歯７６の間のスリット７５を蓋板７７で閉じて、概ね直方体形状のセル７３を形成している。この圧電アクチュエータ７１の櫛歯先端の開口部を、ノズル８を有するノズル板９で閉じると、セル７３をインク室として用いるインクジェットヘッド７０が得られる。そして、圧電材料からなり駆動部７４である櫛歯７６の分極電界方向と平行な方向に駆動電界をかけると、櫛歯７６が変形して、セル７３の容積が変化し、セル７３に充填されたインクを吐出させることが出来る。
【０００４】
圧電アクチュエータ７１は、図１７（ａ）〜図１７（ｅ）に示す手順で作製される。先ず、図１７（ａ）で圧電材料８６を用意し、図１７（ｂ）で焼成する。そして、図１７（ｃ）で分極処理し、図１７（ｄ）でダイシングソー等を用い微細なスリット形成加工を行って、駆動電界により変位を生じる駆動部７４を、インクを収容する空間となる複数のスリット７５を挟んで、櫛歯状に、整列して形成し、図１７（ｅ）でスリット７５内の壁面に電極８８を形成する。その後、図１６に示すように、ガラス板等からなる蓋板７７を取り付け、ノズル８を有するノズル板９で櫛歯先端の開口部を閉塞して、インクが充填されるセル７３を形成する。
【０００５】
又、特許文献１には他の態様の圧電式のインクジェット（記録）ヘッドが開示されている。
【０００６】
特許文献１で提案されているインクジェット（記録）ヘッドは、インクチャネル（セル相当）とダミーチャネルを圧電体の側壁を介して交互に形成し、各インクチャネルに形成された電極を共通電極とし、各ダミーチャネルに形成された電極を個別電極とし、その個別電極上に形成したパッシベーション膜上にインクを接触させない構成としたことを特徴とし、各チャネル内に形成した電極を用いて電界を印加することによりインクチャネル内の容積を変化させてインク滴を吐出させるものである。
【０００７】
特許文献１によれば、上記特徴により、駆動の際にインクに電界が作用せず、パッシベーション膜の欠陥あるいは無欠陥でも電気的耐圧不良によって起こるインクの電気分解が全く発生しないためヘッドの長寿命化が図られ、駆動中のインク物性変化を招く恐れが全くないため高印字品質に大きく寄与すると記されている。
【０００８】
更に、特許文献２には、図１６に示される圧電アクチュエータとは異なるものであり本出願人による圧電式のアクチュエータが開示されている。
【０００９】
本出願人が特許文献２で提案したアクチュエータは、複数の圧電層からなる圧電アクチュエータを櫛歯状に複数整列配置してなり、各櫛歯の側面が焼成面よりなることを特徴とする櫛歯型圧電アクチュエータである。特許文献２に示したように、上記特徴を有することから、開示された櫛歯型圧電アクチュエータは、表面が汚染され難く、使用中に付着物に起因するショート不良等が生じ難く、耐久性、信頼性に優れたものである。
【特許文献１】特許第２８７３２８７号公報
【特許文献２】国際公開第０２／０７０２６５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記従来技術は、各々改善すべき問題を有していた。
【００１１】
先ず、図１６に示される従来の圧電アクチュエータ７１には、分極電界方向と直交する方向に駆動電界を生じさせるシェアモード方式で駆動されるが故の問題があった。即ち、分極状態が変化してしまう高い電界強度では駆動出来ず、高い歪み量が得られないのである。仮に高い駆動電界強度を生じさせれば、駆動中に徐々に分極状態が変化してしまい、結局は歪み量の低下をもたらす。従って、シェアモード方式を採用する以上、アクチュエータとして大きな変位を得ることが困難であった。
【００１２】
又、製造にかかり、分極電界方向と駆動電界方向が異なるので、分極に使用する電極を形成し、分極後にそれを除去し、更に駆動電極を形成する必要があり、工程数が多く手間を要していた。
【００１３】
次に、特許文献１に開示されたインクジェット（記録）ヘッドでは、圧電体の側壁に共通電極及び個別電極を形成することから、近時のインクジェット（記録）ヘッドの高密度化要求に伴い側壁へのメッキ、スパッタ等での電極形成が繁雑になり、導通信頼性が低くなっていた。又、インクとして導電性液体を採用する場合には、電極を絶縁するためにパッシベーション膜の形成が不可欠になり、余計な工数を要していた。更に、駆動極性によっては、インクが導電性を有するか否かに関わらず、インクの電気分解防止のためにパッシベーション膜の形成が必要となり、製造にかかる工数の削減は困難であった。
【００１４】
本出願人が特許文献２で開示した櫛歯型圧電アクチュエータは、側壁へのメッキ、スパッタ等での電極形成が必要ないので高密度に配設しても電極の導通信頼性が低下することはないが、電極を絶縁するためにパッシベーション膜の形成が不可欠になり、余計な工数を要していた。
【００１５】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、高い電界強度で駆動出来、より大きな変位を得ることが可能であって、電極の導通信頼性が高く、例えばインクジェットヘッドとして用いた場合に、特性・成分等により利用するインクを制約することなく、より少ない製造工程数で作製可能な、圧電式のアクチュエータ、及び、その製造方法を提供することを課題とする。検討が重ねられた結果、以下に示すセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ及びその製造方法により、この課題が解決されることが見出された。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
即ち、本発明によれば、基板の上に整列配置された２つの側壁を天井壁で接続してなるセルが備わり、少なくともその２つの側壁は圧電／電歪素子で構成され圧電／電歪素子の変位によりセルの容積が変化するアクチュエータであって、圧電／電歪素子は、複数の層状の圧電／電歪体と層状の電極とが交互に積層されてなるとともに、電極の端部が、少なくともセル内側において圧電／電歪体内に埋設されているセル駆動型圧電／電歪アクチュエータが提供される。ここでセル内側とは、その電極の端部を含む圧電／電歪素子が隣接する他の圧電／電歪素子及び天井壁とにより形成するセルの側を意味する。セル外側とはセル内側の反対側である。
【００１７】
本発明においては、セルが複数あり、その複数のセルの各々が、隣接するセルと独立して形成されていて、一のセルを形成する圧電／電歪素子の電極の端部が、セル外側において圧電／電歪体から露出していることが好ましい。又、２つの側壁を接続する天井壁が圧電／電歪素子で構成されていることが好ましい。セルが独立しているとは、一のセルが他のセルと変位を生じる構成要素を共有していないことをいう。例えば、圧電／電歪素子で構成された側壁を他のセルと共有していない態様のセルである。又、セル外側とは上記の如くセル内側の反対側であって、セルが独立して複数ある場合には、その一のセルと隣接する他のセル側を意味する。尚、本発明に係る電極構造は、１つの圧電／電歪素子を共有するセル配置、即ち、隣接するセルが独立していない態様においても、勿論、適用することが可能である。
【００１８】
又、本発明においては、電極が、圧電／電歪素子で構成される２つの側壁と異なる部分で、一層おきに導通がなされていることが好ましく、その導通は、スルーホール乃至ビアホールでなされることが好ましい。
【００１９】
本発明によれば、光路の途中に設けられ、光信号の経路を規定する光スイッチであって、上記セル駆動型圧電／電歪アクチュエータからなるアクチュエータ部と、微細スリットを有する導波路部と、から構成され、アクチュエータ部のセルに気体が充填され、導波路部の微細スリットに液体が充填され、セルと微細スリットとは連通孔を介して通じ、微細スリットを光導波路と交差させるとともに、その交差箇所にセルを配設してなり、セルの側壁を構成する圧電／電歪素子の変位によりセルの容積を変化させ、交差箇所においてセルに充填された気体の一部を連通孔から微細スリット中へ突出させ又は微細スリット中へ突出させた気体を連通孔からセル中へ引き戻し、微細スリットの屈折率を変化させる光スイッチが提供される。
【００２０】
又、本発明によれば、圧力のはたらきによって流体を送るマイクロポンプであって、少なくとも１つのポンプ部を備え、ポンプ部はポンプユニットで構成され、ポンプユニットは圧力の変動を起こす少なくとも１つのアクチュエータ部及び流体が流れる流路部で構成され、アクチュエータ部は上記セル駆動型圧電／電歪アクチュエータからなり、アクチュエータ部のセルの側壁を構成する圧電／電歪素子の変位により、流路部に圧力の変動を生じせしめ、流体の流路を選択的に形成するマイクロポンプが提供される。
【００２１】
更に、本発明によれば、基板の上に整列配置された２つの側壁を天井壁で接続してなるセルが備わり、少なくとも２つの側壁は圧電／電歪素子で構成され、圧電／電歪素子は複数の層状の圧電／電歪体と層状の電極とが交互に積層されてなるとともに電極の端部が少なくともセル内側において圧電／電歪体内に埋設されているアクチュエータを製造する方法であって、圧電／電歪材料を主成分とし後に圧電／電歪体となる複数のセラミックグリーンシートを用意し、その片面に後に電極となる導電材料を主成分とする膜を形成する第１の工程と、各々のセラミックグリーンシートの所定の位置に、少なくとも後にセルを構成するスリットと導体材料が接しないように、複数のスリットを設ける第２の工程と、導電材料を主成分とする膜及びスリットを形成した複数のセラミックグリーンシートを交互に積層し圧着して、複数のスリット状貫通孔が備わるセラミックグリーン積層体を形成する第３の工程と、セラミックグリーン積層体を焼成して一体化し、積層焼成体を得る第４の工程と、を有し、複数のスリット状貫通孔の間の壁部が側壁を構成し、複数のスリット状貫通孔の一部又は全部がセルを構成する過程を含むセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法が提供される。
【００２２】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法は、上記第２の工程（スリット形成工程）及び第３の工程（セラミックグリーンシート積層工程）において、パンチとダイ及びストリッパを有する打抜金型を用い、パンチにより、導電材料を主成分とする膜が形成された複数のセラミックスグリーンシートのうち第一のセラミックスグリーンシートに第一のスリットを開ける工程Ａと、第一のスリットからパンチを抜き取らない状態で、第一のセラミックグリーンシートをストリッパに密着させて引き上げる工程Ｂと、パンチの先端部が引き上げた第一のセラミックグリーンシートの最下部より僅かに引き込む程度に、パンチを引き上げる工程Ｃと、パンチにより、導電材料を主成分とする膜が形成された複数のセラミックスグリーンシートのうち第二のセラミックグリーンシートに第二のスリットを開ける工程Ｄと、第二のスリットからパンチを抜き取らない状態で、第二のセラミックグリーンシートを第一のセラミックグリーンシートとともにストリッパに密着させて引き上げる工程Ｅと、パンチの先端部が引き上げた第二のセラミックグリーンシートの最下部より僅かに引き込む程度に、パンチを引き上げる工程Ｆと、以降、上記工程Ｄから工程Ｆを繰り返し、導電材料を主成分とする膜が形成された複数のセラミックグリーンシートをスリットを開けながら積層し、スリット状貫通孔が備わるセラミックグリーン積層体を得ることが好ましい。上記した工程Ａから工程Ｆの操作は特開２００２−１６０１９５号公報に記載の製造方法を適用したものであり、積層ズレの少ないセラミックグリーンシート積層体を得ることが可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、従来の問題が解決され、高い電界強度で駆動出来、より大きな変位を得ることが可能であって、電極の導通信頼性が高く、例えばインクジェットヘッドとして用いた場合に、特性・成分等により利用するインクを制約することなく、より少ない製造工程数で作製可能な、圧電式のアクチュエータ、及び、その製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ及び製造方法について、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】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、圧電／電歪と称しているが、電界によって誘起される歪みを利用するアクチュエータであって、狭義の意味での、印加電界に概ね比例した歪み量を発生する圧電効果、印加電界の二乗に概ね比例した歪み量を発生する電歪効果、を利用する圧電アクチュエータ乃至電歪アクチュエータに限定されるものではなく、強誘電体材料全般に見られる分極反転、反強誘電体材料に見られる反強誘電相−強誘電相転移、等の現象を利用するアクチュエータも含まれる。本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいて、より好ましいものは材料強度面に優れるセラミックアクチュエータである。又、分極にかかる処理が行われるか否かについては、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを構成する圧電／電歪素子の圧電／電歪体に用いられる材料の性質に基づいて適宜決定される。
【００２６】
又、本明細書中において、上下方向とは、基板の面と垂直な方向であってセルに対し基板側を下（方向）とする相対的な上下を意味し、下（方向）とは重力方向を意味するわけではない。更に、アクチュエータを駆動するとは、少なくとも１つのセルを駆動することを指し、セルを駆動するとは、そのセルを形成する圧電／電歪素子に変位を生じさせ、セルの容積変化を引き起こし、セル内に加圧状態あるいは減圧状態を導くことを指す。
【００２７】
以下、図面を参酌しながら説明する。図１（ａ）は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す斜視図であり、図２は、図１（ａ）におけるＰ視部分側面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１は、基板２の上に、圧電／電歪素子４で構成された駆動部である側壁６が整列配置され、隣接する２つの側壁６を天井壁７で接続して、概ね直方体形状をなす複数のセル３を形成している。セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１は、セル３の短手方向の側面が開口される形式（エッジタイプという）のアクチュエータである。
【００２８】
例えば、このエッジタイプのセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１を用いて、図１（ｂ）に示すように、セル３を、ノズル８を有するノズル板９で閉じて、流体送出デバイス１００を得ることが出来る。流体送出デバイス１００では、セル３は流体加圧室として用いられ、圧電／電歪素子４で構成された側壁６が、その分極電界方向と同じ方向に駆動電界をかけられることによって上下方向に伸縮しセル３の容積を変化させ、セル３に充填された流体を送出させることが出来る。流体送出デバイス１００は、例えば、インクジェットプリンタのヘッドや、バイオテクノロジー分野における微量液体の混合・反応操作や遺伝子構造の解析に必要なＤＮＡチップの製造や半導体製造用のコーティング工程において用いられる微小液滴吐出装置や、医療分野における各種検査に用いられる試薬の微量投入装置その他への適用が可能である。尚、この図ではノズル８を有するノズル板と接するセルの電極は露出しているが、ゴミ等による電極間の短絡が起き難いことから埋設しているほうが好ましい。
【００２９】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１は、図２に示されるように、側壁６を構成する圧電／電歪素子４が複数の層状の圧電／電歪体１４と層状の電極１８，１９とが交互に積層されてなり、且つ、電極１８，１９の端部が、自らが構成する圧電／電歪素子４により形成されるセル３側において圧電／電歪体１４内に埋設されているところに特徴がある。上記特徴を有することから、特許文献１に開示されたインクジェット（記録）ヘッドの如く圧電／電歪体の側壁に電極を形成する必要がなく、高密度に配設した場合にも電極の導通信頼性の低下を招来しない。又、上記特徴を有する結果、セル３に充填される流体が接する面は、通常、化学的に極安定なセラミックス等の圧電／電歪体で構成されるため、利用する流体が殆ど制限されなくなる。更に、セル３に充填される流体に電極１８，１９が接触しないことから、利用流体によらず電極を絶縁するためのパッシベーション膜の形成が不要となり、製造工程が大幅に短縮可能となる。
【００３０】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１は、側壁６を構成する圧電／電歪素子４毎に層状の圧電／電歪体１４を８層有している。本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、層数は、用途、目的によって適宜決められることとなるが、アクチュエータ特性の安定面、製造容易性を考慮し、好ましい圧電／電歪層の積層数は２〜１００層である。
【００３１】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１においては、圧電／電歪素子４を構成する圧電／電歪体１４は、例えば電極１８から電極１９へ向けた方向（図２中において上下方向）に分極されている（挟まれる電極により層毎に分極方向が異なる）。そして、図示しない電極端子に電源を接続し、電極１８側を正、電極１９側を負にして電極１８，１９間に電圧を印加することにより、先に記した分極方向と同じ方向の電界が形成される。
【００３２】
換言すれば、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１は、分極が互いに反対方向の層状の圧電／電歪体１４が電極１８，１９を挟んで積層されてなり、各々の圧電／電歪体１４においては、分極と駆動電界とが同一方向になっている。その結果、圧電／電歪体１４には電界誘起歪みが発現し、その縦効果による変位に基づき、圧電／電歪素子４は、圧電／電歪体１４が電極１８，１９で挟まれる部分においては図２中において概ね上下方向に（基板２に対し垂直に）伸縮しようとする。この圧電／電歪体１４の変位は、電界誘起歪みを直接利用しているので、発生力が大きく応答速度も速い。個々の層が発現する変位量は大きなものではないが、圧電／電歪体の層数、より正確には層状の圧電／電歪層と一対の層状の電極からなる組の数に比例した変位量となるので、総数を増やすことにより大変位を得ることが可能である。
【００３３】
一方、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１においては、圧電／電歪体１４の１層当たりの厚さを、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは１０〜８０μｍとすることによって、より低電圧で駆動出来るようにすることも可能である。
【００３４】
加えて、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１では、複数のセル３の各々が、隣接するセル３と独立して形成されている。図１６に示される従来の圧電アクチュエータ７１では、隣接するセル７３どうしが圧電体で構成される櫛歯７６（駆動部７４）を共有しているため、セル７３が、個々に、他のセル７３とは全く独立して駆動することが出来ず、隣接するセル７３に同じ動作をさせることが不可能であり、又、基板７２及び蓋板７７を共有しているため変位量が制限されるが、図２に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１では、一のセル３が他のセル３と側壁６（圧電／電歪素子４）を共有しておらず、又、基板２を共有しているものの天井壁７を分離しているため、セル３の駆動と隣接するセル３の駆動は、互いに独立して行われ、変位量が殆ど制限されることがない。又、隣接する２つのセル３に同じ動作又は異なる動作をさせることが可能である。従って、例えば、同じ変位量を得るために、従来より電界強度は小さくて済む。
【００３５】
例えば、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１を、先に示した図１（ｂ）の流体送出デバイス１００として用いた場合に、隣接するセル３から同時に流体を送出させることが出来ることから、被送出体に最小の間隔で流体を送出させるために、従来よりセル３の駆動回数が少なくて済み、流体送出処理速度の向上が図れる。より具体的には、流体送出デバイス１００をＤＮＡチップの生産に用いた場合に、製造コストをより低減させることが可能となる。
【００３６】
又、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１では、電極１８，１９の端部は、既に説明したように、自らが構成する圧電／電歪素子４により形成されるセル３側においては圧電／電歪体１４内に埋設されているが、反対側の隣接する他のセル３側においては圧電／電歪体１４から露出している。従って、既に記したように、圧電／電歪素子４は、圧電／電歪体１４が電極１８，１９で挟まれる部分、即ちセル３側の表層近傍を除く部分においては図２中において概ね上下方向に伸縮しようとするが、セル３側において電極１８，１９の端部は圧電／電歪体１４内に埋設されており、ここでは圧電／電歪体１４が電極１８，１９で挟まれておらず、圧電／電歪体１４に与えられる電界が部分的に弱くなるので、実際には、圧電／電歪素子４は屈曲しながら伸縮し、セル３の容積変化がより大きくなり得る。
【００３７】
更に、圧電／電歪体が分極を必要とする場合には、圧電／電歪体の分極電界と駆動電界とが、同一方向であることから、製造工程において、仮の分極用電極を作製し電界をかける必要がなく、スループットの向上が図れる。又、分極処理に関わりなく、キュリー温度以上の高い温度での加熱を伴う製造プロセスを適用することが可能である。従って、例えば回路基板に固定・結線する際に、はんだリフロー等によるはんだ付けや、熱硬化型接着が実施可能であり、アクチュエータを適用した製品の製造工程を含め、スループットの向上が一層図られ、製造コストの低減が導かれる。そして、高い電界強度で駆動しても、分極状態が変化してしまうことがなく、むしろ、より好ましい分極状態となり得て、安定して高い歪み量を得ることが出来る。従って、よりコンパクトにすることが出来、好ましい。
【００３８】
更に又、複数の層状の圧電／電歪体と電極とが交互に積層された圧電／電歪素子４である側壁６が伸縮という変形によりセル３に容積変化をもたらし、圧力を生じせしめるので、低電圧で大きな変位を得るために、圧電／電歪体１４の厚さを薄肉にしても側壁６の厚さを小さくする必要がなく、従って、剛性が低下しないため、応答性が鈍くなるという問題も生じない。即ち、大変位と高速応答性が相反せず両立し得る。
【００３９】
以上、図１（ａ）及び図２に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１について説明したが、これを含む本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいては、セルの面の輪郭度が、概ね８μｍ以下であることが好ましく、又、セルを形成する側壁（圧電／電歪素子）の面の凹凸量が、概ね１０μｍ以下であることが好ましく、更には、セルを形成する側壁（圧電／電歪素子）の面の表面粗さＲｔが、概ね１０μｍ以下であることが好ましい。これらのうち、少なくとも何れか１つの条件に適うアクチュエータであれば、変位を起こす圧電／電歪素子で構成される側壁の面が平滑であるので、変位発生時に電界集中や応力集中が生じ難く、各セルで安定した動作を実現することが出来る。尚更には、輪郭度を小さくすることにより、変位の作用方向の精度を向上させることが可能である。
【００４０】
尚、面の輪郭度は、日本工業規格Ｂ０６２１「幾何偏差の定義及び表示」に示されている。面の輪郭とは機能上定められた形状をもつように指定した表面であって、面の輪郭度とは理論的に正確な寸法によって定められた幾何学的輪郭からの面の輪郭の狂いの大きさをいう。
【００４１】
又、本発明にいう表面粗さとは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１”表面粗さ−定義及び表示”による表面粗さを指し、表面粗さＲｔとは、測定表面における最高点と最低点との差にて定義される最大高さＲｍａｘと同義である。
【００４２】
更に、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいては、１つのセルを形成する側壁間の最短距離（セル幅という）と、基板と天井壁との最短距離（セル高という）の比（セルのアスペクト比という）が、概ね１：２〜１：５０であることが好ましく、セル幅は概ね６０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、セルのアスペクト比が１：１０〜１：３０、セル幅が５０μｍ以下である。少なくとも何れか１つの条件に適うアクチュエータであれば、更に好ましくは２つの条件がともに適うアクチュエータ、即ち薄く背の高いアクチュエータであれば、アクチュエータとして、より高出力化を図ることが容易であり、又、高密度化が図れ、よりコンパクトなアクチュエータを実現することが出来る。
【００４３】
又、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいては、一のセルと隣接する他のセルとの距離（セル間隔という）と、セル高との比が、概ね１：２〜１：４０であることが好ましく、セル間隔が概ね６０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、セル間隔とセル高との比は、１：１０〜１：２５、セル間隔が５０μｍ以下である。少なくとも何れか１つの条件に適うアクチュエータであれば、更に好ましくは２つの条件がともに適うアクチュエータであれば、一のセルと隣接する他のセルとが独立していながら、より多くのセルを備える一のアクチュエータを得ることが出来、よりコンパクトなアクチュエータを実現することが可能である。このようなアクチュエータは、例えば、図１（ｂ）に示される流体送出デバイス１００として用いた場合に、隣接するセル３から同時に流体を送出させることが出来るとともに、従来の、１つの側壁が２つのセルの側壁を兼ねる構造のアクチュエータと比べ、より高密度に流体を送出させることが可能である。
【００４４】
次に、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの他の実施形態について説明する。図３（ａ）は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの他の実施形態を示す断面図であり、図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ２０１は、基板２の上に、圧電／電歪素子４で構成された側壁６が整列配置され、隣接する２つの側壁６を天井壁７で接続して、概ね直方体形状をなす複数のセル３を形成し、複数のセル３の各々が、隣接するセル３と独立し、一のセル３を構成する圧電／電歪素子４の電極１８，１９の端部が、自らのセル３側において圧電／電歪体１４内に埋設される一方、隣接する他のセル３側において圧電／電歪体１４から露出する点は、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１と同様である。
【００４５】
加えて、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ２０１は、天井壁７が、一の圧電／電歪体１４を電極２８，２９で挟んでなる圧電／電歪素子２４で構成されており、天井壁７（圧電／電歪素子）の変位を利用することが可能である。図３（ｂ）はセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ２０１が駆動したところを表す図であり、図示されるように、２つの側壁６は屈曲しつつ伸び、更に天井壁７が屈曲するため、セル３の容積変化を、より大きくすることが出来る点において、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１に対し優位性を有する。
【００４６】
図４は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの更に他の実施形態を示す断面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ３０１は、上記セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ２０１と概ね同じ形態をなすものであり、天井壁７を構成する圧電／電歪素子３４が複数の圧電／電歪体１４と電極２８，２９が積層されてなり、天井壁７（圧電／電歪素子）の変位を、より大きくすることが出来る点において、セル駆動型圧電／電歪アクチュエーター２に対して優位性を有する。
【００４７】
次に、図５は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの尚更に他の実施形態を示す断面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ４０１は、基板２の上に、圧電／電歪素子で構成された側壁６が整列配置され、隣接する２つの側壁６を天井壁７で接続して、概ね直方体形状をなす複数のセル３を形成し、複数のセル３の各々が、隣接するセル３と独立する点は、図２に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１に準じている。
【００４８】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ４０１では、一のセル３を構成する圧電／電歪素子４４の電極１８，１９の端部が、自らのセル３側及び隣接する他のセル３側において圧電／電歪体１４内に埋設されるところがセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１と異なる。このような態様では、側壁６の両表層近傍において圧電／電歪体１４が電極１８，１９で挟まれていないことから、その部分の圧電／電歪体１４に与えられる電界が弱くなり、側壁６（圧電／電歪素子４）の変位量は小さくなるが、一方、電極１８，１９が側壁６（圧電／電歪素子４４）の外面に現れておらず、図示しない共通電極も少なくとも側壁６の外面に表さないようにすることにより、側壁の外面に現れる導電性部材をなくすことが出来、よりアスペクト比の大きなセルを、より高密度に配置しても、ショート不良等が発生し難い信頼性の高いアクチュエータとなり得る。尚、変位量については、層状の圧電／電歪体１４の層数により補うことが出来る。セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ４０１では、側壁６を構成する圧電／電歪素子４４毎に層状の圧電／電歪体１４を、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１より多い１７層有している。又、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ４０１では、基板２を貫く連通孔４３が形成されているが、これは、後述する本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法において、焼成一体化時における脱バインダーを容易にしたり、セルからの液体の吐出口乃至送出口となるものであるが、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ４０１に特有のものではなく、用途に応じてセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１，２０１，３０１でも採用出来る形態である。
【００４９】
以下、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータについて、適用例を掲げて、図面を参酌しながら、説明する。本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、先に掲げた流体送出デバイスの他に、例えば、光通信網に用いられ光信号の導波路を切り換える光スイッチや、体内に埋め込んで微量の薬剤を投入する機器や超小型の化学分析装置に応用出来るマイクロポンプ等のアクチュエータとして利用することも可能である。
【００５０】
図９（ａ）、図９（ｂ）及び図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを適用した光スイッチの一実施形態を示す断面図である。図９（ａ）は、光スイッチ９０のセル３の長手方向の垂直断面図であり、図９（ｂ）は、光スイッチ９０のセル３の短手方向の垂直断面図であり、図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、各々の駆動状態を示している。
【００５１】
光スイッチ９０では、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータがアクチュエータ部９２として用いられている。光スイッチ９０は、内部にセル３が形成されたアクチュエータ部９２と、微細スリット１３を有する導波路部４２とから構成され、セル３には気体３１が充填される。又、微細スリット１３には、気体３１に対し非溶性を有する液体３２が充填される。そして、アクチュエータ部９２内のセル３と、導波路部４２内の微細スリット１３とは、アクチュエータ部９２の連通開口部７２と導波路部４２のノズル９８とが通じた連通孔７３を介して連通している。
【００５２】
光スイッチ９０は、圧電／電歪素子で構成される側壁６を伸縮させることによってセル３の体積を変化させ、アクチュエータ部９２のセル３内に充填された気体３１を、連通孔７３から微細スリット１３中へ突出させ得る。そして、光スイッチ９０は、微細スリット１３中の気体３１が突出した場所に光導波路が交差するように構成し、その交差箇所において、微細スリット１３中に液体３２を存在させたり気体３１を存在させたりして、光伝送路を切り換えることが出来る。光導波路と交差する微細スリット１３に充填された液体３２の屈折率は、光導波路と実質的に同じになるよう調整されていて、上記交差箇所の微細スリット１３中に液体３２が存在する場合には、光導波路へ送り込まれた光信号は交差箇所の液体３２と光導波路との界面を直進する。それに対して、上記交差箇所の微細スリット１３中に気体３１が存在する場合には、光導波路へ送り込まれた光信号は、気体３１と光導波路との界面により反射され、予め設置された別の光導波路へ屈折して進む。
【００５３】
図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、光スイッチ９０の適用例を説明する水平断面図であり、例えば、シリカからなる基板に、光導波路Ｃ１，Ｃ２，Ｒ１，Ｒ２を井の字状に設け、その交差箇所に、光スイッチ９０ａ〜９０ｄを、それぞれ配設した導波路スイッチ１１０を示している。図１１（ａ）は、光スイッチの微小スリット１３のレベルでの水平断面を表し、図１１（ｂ）は、光スイッチのセル３のレベルでの水平断面を表す。
【００５４】
図１１（ａ）に示すように、導波路スイッチ１１０において、光信号１１１ａ，１１１ｂは光導波路Ｒ１（図示左方向）、及び、光導波路Ｒ２（図示左方向）から、それぞれ入る。このとき、例えば、全ての光スイッチ（アクチュエータ部）がＯＮならば、光信号１１１ａ，１１１ｂは、ともに光導波路Ｒ１，Ｒ２を直進する。そして、例えば、光スイッチ９０ａのみがＯＦＦになると、光信号１１１ｂは光導波路Ｒ２を直進するが、光信号１１１ａは光スイッチ９０ａにおいて、例えば右折し、光導波路Ｃ１へ導かれ、光スイッチ９０ｃがＯＮならば光導波路Ｃ１を直進する。このようにして、光信号の経路を様々に規定することが可能である。
【００５５】
次に、図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを適用したマイクロポンプの一実施形態を示す断面図である。図１２（ａ）は、停止状態（ＯＦＦ）を示し、図１２（ｂ）は、駆動状態（ＯＮ）を示している。図示されるマイクロポンプ１０１は、１つのポンプ部８４からなり、ポンプユニット（Ａ）１２０から構成される。ポンプユニット（Ａ）１２０は、アクチュエータ部１２２と流路部１８２とからなる。マイクロポンプ１０１では、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータがアクチュエータ部１２２を構成している。アクチュエータ部１２２内に備わるセル３が圧電／電歪素子で構成される側壁６で形成され、流路部１８２にはケーシング１２４とノズル板１２９との間に流路１２３が形成されている。セル３と流路１２３とは、セル３の連通開口部１７２とノズル１２８とが連通した連通孔１７３を介して通じており、流路１２３は、少なくとも連通孔１７３が流路１２３と通じるところにおいて連通孔１７３の径と概ね同幅になるように形成されている。
【００５６】
マイクロポンプ１０１のポンプユニット（Ａ）１２０は、側壁６の図中における上下方向の伸縮によりセル３の体積を変化させ、セル３内に充填されたシステム流体１３１を、システム流体１３１に対し不溶性である流体１３２が流れる流路部１８２の流路１２３に、突出させたり引っ込めたりすることが出来る。換言すれば、セル３に充填されたシステム流体１３１が連通孔１７３から流路１２３側へ侵入する体積を変化させることが出来る。この動作によって流体１３２の流路１２３を選択的に形成し、ポンプのはたらきをなし得る。
【００５７】
次に、図１３（ａ）、図１３（ｂ）は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを適用したマイクロポンプの他の実施形態を示す断面図である。図１３（ａ）は、停止状態（ＯＦＦ）を示し、図１３（ｂ）は、駆動状態（ＯＮ）を示している。マイクロポンプ１０７は、１つのポンプ部９４からなり、ポンプユニット（Ｂ）１３０から構成される。ポンプユニット（Ｂ）１３０は、アクチュエータ部１１２と流路部１５２とからなる。マイクロポンプ１０７では、本発明に係るセル駆動型電／電歪アクチュエータがアクチュエータ部１１２を構成している。アクチュエータ部１１２において、セル３にはセル外と通じる連通孔１４３が設けられ、側壁６の伸縮を容易にしている。流路部１５２は、アクチュエータ部１１２のセル３の天井壁７と少なくとも一部を接着する変位伝達部２６と、変位伝達部２６のアクチュエータ部１１２とは反対側の一部の面で流路１３３を挟んで対面するケーシング１３４と、からなる。
【００５８】
マイクロポンプ１０７のポンプユニット（Ｂ）１３０においては、セル３を構成する側壁６の上下方向の伸縮により、変位伝達部２６が、対面するケーシング１３４の一部の面に対して接近・離反する。この接近・離反を通じて、流体１３２の流路１３３を選択的に形成し、ポンプのはたらきをなし得る。
【００５９】
マイクロポンプ１０７において、流路１３３は導入側から排出側まで予め形成されていてもよい。こうすると、応答性の点で有利である。又、流路１３３を潜在的に存在させ、変位伝達部２６が対面するケーシング１３４の一部の面に対して最も接近したときには、変位伝達部２６とケーシング１３４とは接触することも可能である。こうすると、流体１３２の圧縮率や減圧率を高められ、又、よりコンパクトなマイクロポンプになり得る。ポンプユニット（Ｂ）１３０においては、セル３の側壁６の変位による変位伝達部２６のケーシング１３４の一部の面に対する接近・離反が及び難い導入側及び排出側に、それぞれ導入流路１３６と排出流路１３７を形成している。その間の部分は、図１３（ａ）に示すように、停止状態では、変位伝達部２６とケーシング１３４とが離反していて、流路１３３は形成されている。図１３（ｂ）に示すように、駆動時に、変位伝達部２６のケーシング１３４の一部の面に対する接近・離反を通じて流路１３３が形成される。
【００６０】
続いて、図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを適用したマイクロポンプの更に他の実施形態を示す断面図である。図１４（ａ）は、停止状態（ＯＦＦ）を示し、図１４（ｂ）は、駆動状態（ＯＮ）を示している。マイクロポンプ１０８は、１つのポンプ部１０４からなり、ポンプユニット（Ｃ）１４０から構成される。ポンプユニット（Ｃ）１４０は、アクチュエータ部１４２と流路部１６２とからなる。マイクロポンプ１０８では、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータがアクチュエータ部１４２を構成している。アクチュエータ部１４２は、セル３に流体導入開口部１４５及び流体排出開口部１４８が開いている。流路部１６２には、導入流路１４６と排出流路１４７とからなり流体１３２が流れる流路１４３が予め形成される。導入流路１４６は、セル３の流体導入開口部１４５に通じ、排出流路１４７はセル３の流体排出開口部１４８に通じている。
【００６１】
マイクロポンプ１０８のポンプユニット（Ｃ）１４０においては、図１４（ｂ）に示すように、セル３を構成する側壁６の上下方向の伸縮により、セル３の体積を変化させてセル３内に圧力を生じせしめ、セル３自体が流路１４３の一部となって、流体１３２が流れる流路１４３を選択的に形成し、ポンプのはたらきをなし得る。
【００６２】
次に、図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを適用したマイクロポンプの更に他の実施形態を示す断面図である。図１５（ａ）は、垂直断面を示し、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）における流路１５３レベルでの水平断面を示している。
【００６３】
マイクロポンプ１０９は、１つのポンプ部９４と、１つの入力弁部９３と、１つの出力弁部９５とを有している。これらポンプ部９４、入力弁部９３、及び、出力弁部９５は、それぞれ、アクチュエータ部２５２のセル３の天井壁７と少なくとも一部を接着する変位伝達部２６と、変位伝達部２６のアクチュエータ部２５２とは反対側の一部の面で、一部潜在的に存在する流路１５３を挟んで対面するケーシング１５４とからなる流路部３５２と、流路部３５２とは反対側の基板２に連通孔２４３が設けられ変形し易いセル３を有するアクチュエータ部２５２と、を有するポンプユニット（Ｂ）１３０から構成されている。
【００６４】
このマイクロポンプ１０９は、入力弁部９３、ポンプ部９４、及び、出力弁部９５それぞれにおいて、セル３の側壁６の図中における上下方向の伸縮により、ケーシング１５４の一部の面に対して変位伝達部２６が行う選択的な接近・離反方向の変位動作を通じて、ケーシング１５４の一方の面に流路１５３を選択的に形成し、流体１３２の流れを制御するはたらきをなし得る。
【００６５】
次に、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法について説明する。本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法は、基板の上に整列配置された２つの側壁を天井壁で接続してなるセルが備わり、そのセルを構成する少なくとも２つの側壁は圧電／電歪素子で構成され、その圧電／電歪素子が複数の層状の圧電／電歪体と層状の電極とが交互に積層されてなるとともに電極の端部が少なくともセル内側において圧電／電歪体内に埋設されているアクチュエータを製造する方法である。製造にあたっては、以下に記すように、主にグリーンシート積層法を用い、付帯的手段としてスリットや孔等の形成には打抜加工を利用することが好ましい。
【００６６】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法の概略工程の一例を、図６（ａ）〜図６（ｅ）に示す。作製対象は、図６（ｅ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ６０１である。セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ６０１は、図中露わになっていない下面側の基板に連通孔を有する形式（フェイスタイプという）のアクチュエータである。フェイスタイプのアクチュエータは連通孔の高密度化が易しく、既に説明したマイクロポンプや光スイッチのアクチュエータ等として好適である。
【００６７】
以下、製造工程について説明する。先ず、圧電／電歪材料を主成分とする所定枚数のセラミックグリーンシート６１６を用意する。セラミックグリーンシート（以下、単にシートともいう）は、従来知られたセラミックス製造方法により作製出来る。例えば、圧電／電歪材料粉末を用意し、これにバインダ、溶剤、分散剤、可塑剤等を望む組成に調合してスラリーを作製し、これを脱泡処理後、ドクターブレード法、リバースロールコーター法、リバースドクターロールコーター法等のシート成形法によって、セラミックグリーンシートを形成することが可能である。圧電／電歪材料は、圧電効果若しくは電歪効果等の電界誘起歪みを起こす材料であれば、問われるものではない。結晶質でも非晶質でもよく、又、半導体セラミックスや強誘電体セラミックス、あるいは反強誘電体セラミックスを用いることも可能である。用途に応じて適宜選択し採用すればよい。又、分極処理が必要な材料であっても必要がない材料であってもよい。具体的には、好ましい材料として、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、ニッケルタンタル酸鉛、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、マグネシウムタングステン酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、チタン酸ビスマスネオジウム（ＢＮＴ）、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス、銅タングステンバリウム、鉄酸ビスマス、あるいはこれらのうちの２種以上からなる複合酸化物を挙げることが出来る。又、これらの材料には、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、スズ、銅等の酸化物が固溶されていてもよい。更に、上記材料等に、ビスマス酸リチウム、ゲルマン酸鉛等を添加した材料、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の複合酸化物に、ビスマス酸リチウム乃至ゲルマン酸鉛を添加した材料は、圧電体の低温焼成を実現しつつ高い材料特性を発現出来るので好ましい。尚、圧電材料の低温焼成化は、ガラス（例えば珪酸塩ガラス、硼酸塩ガラス、燐酸塩ガラス、ゲルマン酸鉛ガラス、又はそれらの混合物）の添加によっても実現させることが出来る。但し、過剰な添加は、材料特性の劣化を招くため、要求特性に応じて添加量を決めることが望ましい。
【００６８】
そして、後に天井壁及び基板となるものを除いて、残りのシート６１６の概ね半数に、後に一の電極となる導体膜６１８（導電材料を主成分とする膜）をスクリーン印刷等の手法により所定のパターンで形成し、更に、残りの概ね半数には、後に他の電極となる導体膜６１９（導電材料を主成分とする膜）をスクリーン印刷等の手法により所定のパターンで形成する（図６（ａ））。電極の材料としては一般には、室温で固体であって、導電性の金属が採用され、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、又は鉛等の金属単体又はこれら２種類以上からなる合金、例えば、銀−白金、白金−パラジウム、銀−パラジウム等を１種単独で又は２種類以上を組み合わせたものを用いることが好ましい。又、これらの材料と、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化セリウム、ガラス、又は圧電／電歪材料等との混合物、サーメットであってもよい。これらの材料の選定にあたっては、圧電／電歪材料の種類に応じて選択することが好ましい。尚、電極のパターン形成については、フォトリソグラフィ等の手段で行ってもよい。
【００６９】
次に、例えばパンチとダイによる打抜加工により、図６（ｂ）に示されるように、導体膜を形成していないシート６１６に後にセルを構成しないスリット孔６２５を開けて、後に天井壁となるシート６０７を得、同じく導体膜を形成していないシート６１６に連通孔６４３を開けて、後に基板となるシート６０２を得る。同様にして、先に導体膜６１８を形成したシートと導体膜６１９を形成したシートには、それぞれ後にセルを構成するスリット孔６０５及び後にセルを構成しないスリット孔６２５を開けて、シート６１４，６１５を得る。このシート６１４，６１５におけるスリット孔６０５とスリット孔６２５との間の壁部が後に側壁（圧電／電歪素子）を構成することになる。
【００７０】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、複数の層状の圧電／電歪体と層状の電極とが交互に積層されてなる圧電／電歪素子において、その電極の端部が少なくともセル内側において圧電／電歪体内に埋設されているものであるから、上記図６（ｂ）に示される工程において、シート６１４，６１５を得る際に、少なくともスリット孔６０５は、導体膜６１８，６１９に接しないような位置に開けられる。勿論、スリット孔６０５と導体膜６１８，６１９とが接するか否かは相対的な位置関係で決まるので、上記図６（ａ）に示される工程において、スリット孔６０５が開けられる位置から離して、導体膜６１８，６１９を形成することも同義である。
【００７１】
次に、図６（ｃ）に示すように、シート６０７とシート６０２の間に所定数のシート６１４，６１５を交互に積層し、圧着して所定の厚さを有するセラミックグリーン積層体を得る。このとき、グリーンシートの積層状態（一体性）を向上させる目的で、接合補助層をグリーンシートに形成しておくことが好ましい。又、導体膜が形成されたグリーンシートは、程度に差があるものの、そのパターンに応じてシート表面に凹凸を形成することになるので、その凹凸を埋める目的で、接合補助層を設けてもよい。そのような凹凸は、接合補助層で平らに出来る他、積層・圧着を行う前に表面が平らになるように、シートに対しプレス機等で加圧処理を行うことでも平らに出来る。勿論、接合補助層の形成と加圧処理を併用すると、より好ましい。そして、それを焼成一体化して焼成積層体６１０を得た後に、シート６１４，６１５に形成した導体膜６１８，６１９が焼成されてなる電極が現れるように切断線６５０に沿って、ワイヤーソー加工等の手段によって不要部分を切除する（図６（ｄ））。次いで、焼成積層体６１０の上面及び側面に、その現れた電極に接続させて、個別電極６２０、共通電極６２１を形成すると、それら電極は、圧電／電歪素子で構成される２つの側壁と異なる部分（シート６１４，６１５におけるスリット孔６０５及びスリット孔６２５又はそれらの間の壁部と離れた部分）で一層おきに導通される、換言すれば、導体膜６１８が焼成されてなる電極どうし、及び、導体膜６１９が焼成されてなる電極どうしが、それぞれ導通される。その後、必要に応じて分極処理を行い、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ６０１を得る。尚、上記切断線に沿った加工は、焼成前のセラミックグリーン積層体に対して行ってもよい。この場合には、個別電極も焼成前に形成し、セラミックグリーン積層体と同時に焼成してもよい。
【００７２】
上記説明においては、シート６０７とシート６０２の間にシート６１４，６１５を交互に積層したセラミックグリーン積層体を得るために、シート６０７，６１４，６１５にスリット６０５，６２５を開けた後に、シート６０２と合わせて積層する工程として記載しているが、シート６１４，６１５は、スリット６０５，６２５を開けながら積層（打抜同時積層）することが可能である。以下に、図面を参照して説明する。
【００７３】
図１８（ａ）〜図１８（ｅ）は、上記した打抜同時積層の具体的方法を示し、周囲にシートの積層操作をするストリッパ１１を配置したパンチ１０とダイ１２からなる金型を用いている。図１８（ａ）は、ダイ１２上に最初のシートとして導体膜を形成していないシート（シート６１６ａとよぶ）を載せた打ち抜き前の状態を示し、図１８（ｂ）で、パンチ１０及びストリッパ１１を下降させて、シート６１６ａを打ち抜き、スリット孔（図示しないスリット孔６０５，６２５）を形成している（工程Ａ）。
【００７４】
次に、例えば導体膜６１８が形成された２枚目のシート（シート６１６ｂとよぶ）の打ち抜き準備に入るが、このとき図１８（ｃ）に示すように、最初のシート６１６ａは、ストリッパ１１に密着させて上方に移動させてダイ１２から離す（工程Ｂ）。ストリッパ１１にシートを密着させる方法は、例えば、ストリッパ１１に吸引孔を形成して真空吸引すること等で実施出来る。
【００７５】
又、２枚目のシート６１６ｂの打ち抜き準備に入るために、ダイ１２からパンチ１０及びストリッパ１１を引き上げるが、この引き上げている途中は、パンチ１０の先端部を、一緒に引き上げた最初のシート６１６ａのスリット孔の中まで戻さないことが望ましく、又、止める際には、一緒に引き上げた最初のシート６１６ａの最下部より僅かに引き込んだところで止めることが肝要である（工程Ｃ）。パンチ１０を最初のシート６１６ａの孔まで戻したり、完全にストリッパ１１の中へ格納してしまうと、シートは軟質であるため形成した孔が変形してしまい、スリットの開いたシートを積層して得られるセラミックグリーン積層体において、そのスリットが重なってなるスリット状貫通孔を形成する側面の平坦性が低下してしまい、好ましくない。
【００７６】
図１８（ｄ）は、２枚目のシート６１６ｂの打ち抜き工程を示し、最初のシート６１６ａをストリッパ１１に密着させることで、ダイ１２上に、２枚目のシート６１６ｂを容易に載置出来、図１８（ｂ）の工程のように打ち抜き、同時に最初のシート６１６ａに重ね合わせられる（工程Ｄ）。
【００７７】
そして、図１８（ｃ）、図１８（ｄ）の工程を繰り返して、打ち抜かれた最初のシート６１６ａと２枚目のシート６１６ｂとを重ね合わせて、ストリッパ１１により引き上げ（工程Ｅ）、導体膜６１９が形成された３枚目のシートの打ち抜き準備に入る。図示しないが、このときも一緒に引き上げたシートの最下部より僅かに引き込んだところで止めることが肝要である（工程Ｆ）。その後、工程Ｄから工程Ｆを繰り返して必要積層数のシートの打抜及び積層を繰り返す。
【００７８】
図１８（ｅ）は、説明上、仮に３枚の積層で打抜を終了した状態を示している。シートの打抜及び積層が終了したら、ストリッパ１１によるシートの保持を解除する。上記工程によって、スリットがなかったシート（シート６１６ａ，６１６ｂ等）は既にスリット（図示しないスリット６０５，６２５）が開いたシート６１４，６１５となり且つ積層されて、セラミックグリーン積層体を構成しているが、シートの保持を解除することにより、このセラミックグリーン積層体がストリッパ１１から引き離される。ストリッパ１１とセラミックグリーン積層体との引き離しは、図示するように、ストリッパ１１下面に設けた引離治具１７で、確実に行うことが出来る。
【００７９】
続いて、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法の概略工程の他の例を、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す。作製対象は、図７（ｃ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ７０１である。セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ７０１は、図６（ｅ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ６０１と同様にフェイスタイプのアクチュエータであるが、１列のセル（スリット）が設けられたセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ６０１に対しセル（スリット）が２列に設けられる態様をなす。
【００８０】
又、電極（導体膜）の形成パターンがセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ６０１とは異なるとともに、一層おきの電極の導通が、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ６０１のように外面（上面乃至側面）に形成された個別電極６２０、共通電極６２１でなされるのではなく、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ７０１の内部を圧電／電歪素子で構成される側壁と異なる部分で貫通するビアホール（スルーホールでもよい）で導通がなされるところが異なる。この態様は、図６のようにダイサー等による切断加工工程がなく、電極の端面形成も必要がない。
【００８１】
以下、製造工程について説明する。先ず、圧電／電歪材料を主成分とする所定枚数のセラミックグリーンシート７１６を用意する。そして、天井壁及び基板となるものを除いて、残りのシート７１６の概ね半数に、後に一の電極となる導体膜７１８（導電材料を主成分とする膜）をスクリーン印刷等の手法により所定のパターンで形成し、更に、残りの概ね半数には、後に他の電極となる導体膜７１９（導電材料を主成分とする膜）をスクリーン印刷等の手法により所定のパターンで形成する（図７（ａ）参照）。
【００８２】
次に、例えばパンチとダイによる打抜加工により、導体膜を形成していないシート７１６に後にセルを構成しないスリット孔７２５を開けて、後に天井壁となるシート７０７を得、同じく導体膜を形成していないシート７１６に連通孔７４３を開けて、後に基板となるシート７０２を得る。同様にして、先に導体膜７１８を形成したシートと導体膜７１９を形成したシートには、それぞれ後にセルを構成するスリット孔７０５及び後にセルを構成しないスリット孔７２５を開けて、後に側壁（圧電／電歪素子）を構成するシート７１４，７１５を得る（図７（ｂ））。又、シート７０７，７１４，７１５に対し、例えば打抜加工により開けた孔に導体材料を充填したビアホール７１２，７１３を、それぞれ所定の位置に設ける。
【００８３】
尚、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ６０１を作製する場合と同様に、シート７１４，７１５を得る際に、少なくともスリット孔７０５は、導体膜７１８，７１９に接しないような位置に開けられる。
【００８４】
次に、シート７０７とシート７０２の間にシート７１４，７１５を交互に積層し、圧着して所定の厚さを有するセラミックグリーン積層体を得る。そして、それを焼成一体化して焼成積層体を得た後に、積層により導通することとなったビアホール７１２，７１３に接続させて端子電極７２０，７２１を形成し、その後、必要に応じて分極処理を行い、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ７０１を得る。
【００８５】
次に、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法の概略工程の更に他の例を、図８（ａ）〜図８（ｅ）に示す。作製対象は、図８（ｅ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０１である。セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０１は、図７（ｂ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ７０１に準じたフェイスタイプのアクチュエータであるが、後にセルを構成しないスリット孔を後にセルを構成するスリット孔に対し小さくして、連通孔８４３の製造バラツキ等による位置ズレに対して、孔の寸法の自由度を大きくした態様である。
【００８６】
以下、製造工程について説明する。先ず、圧電／電歪材料を主成分とする所定枚数のセラミックグリーンシート８１６を用意する。そして、天井壁及び基板となるものを除いて、残りのシート８１６の概ね半数に、後に一の電極となる導体膜８１８（導電材料を主成分とする膜）をスクリーン印刷等の手法により所定のパターンで形成し、更に、残りの概ね半数には、後に他の電極となる導体膜８１９（導電材料を主成分とする膜）をスクリーン印刷等の手法により所定のパターンで形成する（図８（ａ））。次に、図８（ｂ）に示されるように、例えばパンチとダイによる打抜加工により、導体膜を形成していないシート８１６に後にセルを構成しないスリット孔８２５を開けて、後に天井壁となるシート８０７を得、同じく導体膜を形成していないシート８１６に連通孔８４３を開けて、後に基板となるシート８０２を得る。同様にして、先に導体膜８１８を形成したシートと導体膜８１９を形成したシートには、それぞれ後にセルを構成するスリット孔８０５及び後にセルを構成しないスリット孔８２５を開けて、後に側壁（圧電／電歪素子）を構成するシート８１４，８１５を得る。又、シート８０７，８１４，８１５に対し、例えば打抜加工により開けた孔に導体材料を充填したビアホール８１２，８１３を、それぞれ所定の位置に設ける。
【００８７】
尚、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ６０１，７０１を作製する場合と同様に、シート８１４，８１５を得る際に、少なくともスリット孔８０５は、導体膜８１８，８１９に接しないような位置に開けられる。
【００８８】
次に、図８（ｃ）に示されるように、シート８０７とシート８０２の間にシート８１４，８１５を交互に積層し、圧着して所定の厚さを有するセラミックグリーン積層体を得る。そして、それを焼成一体化して焼成積層体８１０を得る（図８（ｄ））。その後、焼成積層体８１０において積層により導通することとなったビアホール８１２，８１３に接続させて端子電極８２０，８２１を形成し、必要に応じて分極処理を行い、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０１を得る（図８（ｅ））。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、インクジェットヘッド、光スイッチ、搬送装置（リニアモータ等）、マイクロポンプや、バイオテクノロジー分野における微量液体の混合・反応操作や遺伝子構造の解析に必要なＤＮＡチップの製造や半導体製造用のコーティング工程において用いられる微小液滴吐出装置や、医療分野における各種検査に用いられる試薬の微量投入装置等のアクチュエータとして好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】図１（ａ）は本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す斜視図であり、図１（ｂ）はその適用例である流体送出デバイスの斜視図である。
【図２】本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す側面図であり、図１（ａ）におけるＰ視部分側面図である。
【図３】本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの他の実施形態を示す断面図であり、図３（ａ）は停止状態を表し、図３（ｂ）は駆動状態を表す。
【図４】本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの更に他の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの尚更に他の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法の一例を示す概略工程説明図である。
【図７】本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法の他の例を示す概略工程説明図である。
【図８】本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法の更に他の例を示す概略工程説明図である。
【図９】本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの他の適用例を示す断面図であり、図９（ａ）は適用例である光スイッチのセルの長手方向の垂直断面を表し、図９（ｂ）は光スイッチのセルの短手方向の垂直断面を表す。
【図１０】図１０（ａ）は図９（ａ）に示す光スイッチの駆動状態を示す図であり、図１０（ｂ）は図９（ｂ）に示す光スイッチの駆動状態を示す図である。
【図１１】図９（ａ）に示す光スイッチを複数用いた導波路スイッチの水平断面図であり、図１１（ａ）は、光スイッチの微小スリットのレベルでの水平断面を表し、図１１  （ｂ）は、光スイッチのセルのレベルでの水平断面を表す。
【図１２】本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを適用したマイクロポンプの一実施形態を示す断面図であり、図１２（ａ）は停止状態を表し、図１２（ｂ）は駆動状態を表す。
【図１３】本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを適用したマイクロポンプの他の実施形態を示す断面図であり、図１３（ａ）は停止状態を表し、図１３（ｂ）は駆動状態を表す。
【図１４】本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを適用したマイクロポンプの更に他の実施形態を示す断面図であり、図１４（ａ）は停止状態を表し、図１４（ｂ）は駆動状態を表す。
【図１５】本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを適用したマイクロポンプの更に他の実施形態を示す断面図であり、図１５（ａ）は垂直断面を表し、図１５（ｂ）は図１５（ａ）における流路レベルでの水平断面を表す。
【図１６】従来の圧電／電歪アクチュエータを用いたインクジェットヘッドの一例を示す斜視図である。
【図１７】従来の圧電／電歪アクチュエータの製造方法の一例を示す概略工程説明図である。
【図１８】セラミックグリーンシートにスリットを設ける手段の一例である打抜同時積層法を示す工程説明図であり、図１８（ａ）は、ダイに最初のセラミックグリーンシートを載せた１枚目準備工程を示し、図１８（ｂ）は、最初のセラミックグリーンシートの打ち抜き工程を示し、図１８（ｃ）は、２枚目のセラミックグリーンシートを載せた２枚目準備工程を示し、図１８（ｄ）は、２枚目のセラミックグリーンシートの打ち抜き工程を示し、図１８（ｅ）は、全てのセラミックグリーンシートの打ち抜き、積層を終えてストリッパにより積層したセラミックグリーンシートを離す打抜完了工程を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１，２０１，３０１，４０１，６０１，７０１，８０１…セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ、２，７２…基板、３，７３…セル、４，２４，３４，４４…圧電／電歪素子、６…側壁、７…天井壁、８…ノズル、９…ノズル板、１０…パンチ、１１…ストリッパ、１２…ダイ、１３…微細スリット、１４…圧電／電歪体、１７…引離治具、１８，１９，２８，２９…電極、２６…変位伝達部、３１…気体、３２…液体、４２…導波路部、４３，７３，１４３，１７３，２４３…連通孔、７０…インクジェットヘッド、７１…圧電アクチュエータ、７２，１７２…連通開口部、７４…駆動部、７５…スリット、７６…櫛歯、７７…蓋板、８４，９４…ポンプ部、８６…圧電材料、８８…電極、９０，９０ａ〜９０ｄ…光スイッチ、９２，１１２，１２２，１４２，２５２…アクチュエータ部、９３…入力弁部、９５…出力弁部、９８，１２８…ノズル、１００…流体送出デバイス、１０１，１０７，１０８，１０９…マイクロポンプ、１１０…導波路スイッチ、１１１ａ，１１１ｂ…光信号、１２０…ポンプユニット（Ａ）、１２３，１３３，１５３…流路、１２４，１３４，１５４…ケ−シング、１２９…ノズル板、１３０…ポンプユニット（Ｂ）、１３１…システム流体、１３２…流体、１３６，１４６…導入流路、１３７，１４７…排出流路、１４０…ポンプユニット（Ｃ）、１５２，１６２，１８２，３５２…流路部、１４５…流体導入開口部、１４８…流体排出開口部、６０２，６０７，６１４，６１５，６１６，６１６ａ，６１６ｂ，７０２，７０７，７１４，７１５，７１６，８０２，８０７，８１４，８１５，８１６…セラミックグリーンシート、６０５，６２５，７０５，７２５，８０５，８２５…スリット孔、６１０，８１０…焼成積層体、６１８，６１９，７１８，７１９，８１８，８１９…導体膜、６２０…個別電極、６２１…共通電極、６４３，７４３…連通孔、６５０…切断線、７１２，７１３，８１２，８１３…ビアホール、７２０，７２１，８２０，８２１…端子電極、Ｃ１，Ｃ２，Ｒ１，Ｒ２…光導波路。
【図１】
0004842520.tif 000002
【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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