(57)【要約】【課題】  横振動モードの電気機械結合係数ｋ31が７０％以上の巨大横坑か圧電性能を有する圧電単結晶と金属板を貼り合わせたユニモルフ（又はバイモルフ）素子で屈曲振動モードの電気機械結合係数ｋbがそれぞれ６０％（又は６５％）以上であり、極めて経時特性の良好は圧電デバイスを提供する。【解決手段】  ＰＺＮＴ又はＰＭＮＴの板状単結晶１０を厚み方向及び板面内でモノドメイン化して巨大横効果圧電特性を付与すると共に、経時劣化しない単結晶１０をモノドメインのまま金属板（シム板）２０に貼り合わせ、ユニモルフ１（又はバイモルフ）を製造する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3固溶体単結晶又はＰｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3固溶体単結晶から成る単結晶板を厚み方向及び板面内でモノドメイン化して巨大横効果圧電特性を付与した単結晶板をモノドメインのまま金属板に貼り合わせてなることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記単結晶板と金属板とを繰り返し積層してなることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記単結晶板は圧電特性値が分極直後の値から経時劣化しない単結晶板であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記圧電デバイスが圧電ユニモルフであって、屈曲振動モードの電気機械結合係数ｋbが５０％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記圧電デバイスが圧電バイモルフであって、屈曲振動モードの電気機械結合係数ｋbが６０％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電デバイス。
【請求項６】
モノドメイン単結晶板の６面をドメイン壁の移動をピニングする面としたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の圧電デバイス。
【請求項７】
単結晶板を貼り合わせる金属板及び接着層をドメイン壁の移動をピニングする部材としたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイスに関し、さらに詳しくは巨大横効果圧電特性を付与した圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、分極方向の縦方向振動モードの電気機械結合係数ｋ33≧８０％で且つ圧電歪定数ｄ33≧８００ｐＣ／Ｎを持つ圧電単結晶材料において、分極方向に直交する方向の横方向振動モードの電気機械結合係数ｋ31≧７０％で且つ、圧電歪定数−ｄ31≧１２００ｐＣ／Ｎを持ち、さらにｋ31に関する分極方向に直交する方向の横方向振動モードの共振周波数（ｆｒ）と素子の振動方向の長さ（Ｌ）の積である周波数定数（ｆｃ31＝ｆｒ・Ｌ）の値ｆｃ31≦６５０Ｈｚ・ｍであることを特徴とする巨大横効果圧電性能をもつドメイン制御圧電単結晶素子及びその製造方法を開発している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、圧電単結晶材料が、下記（ａ）又は（ｂ）であるドメイン制御圧電体単結晶素子も開発している。
【０００４】
（ａ）Ｘ・Ｐｂ（Ａ1，Ａ2，…，Ｂ1，Ｂ2…）Ｏ3＋（１−Ｘ）ＰｂＴｉＯ3（０＜Ｘ＜１）からなる固溶体であって、Ａ1，Ａ2，…はＺｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｌｕ，Ｉｎ及びＳｃからなる群から選ばれた１又は複数の元素、Ｂ1，Ｂ2…はＮｂ，Ｔａ，Ｍｏ及びＷからなる群から選ばれた１又は複数の元素で、Ａ1，Ａ2，…のイオン価をそれぞれａ1，ａ2…、化学式中の構成比をＹ1，Ｙ2…、Ｂ1，Ｂ2…のイオン価をそれぞれｂ1，ｂ2…，化学式中の構成比をＺ1，Ｚ2…、とした時に、化学式Ｐｂ（Ａ1Ｙ1ａl，Ａ2Ｙ2ａ2，…，Ｂ1Ｚ1ｂ1，Ｂ1Ｚ2ｂ2…）Ｏ3におけるかっこ内の元素群のイオン価の総和ＷがＷ＝ａ1・Ｙ1＋ａ2Ｙ2＋…ｂ1・Ｚ1＋ｂ2Ｚ2＋…＝４＋の電荷を満たすものであること。
（ｂ）上記（ａ）に、Ｍｎ，Ｃｒ、の１又は２種を０．５ｐｐｍ〜１質量％添加したものであること。
【０００５】
一方、聴覚・言語障害者の手首に取り付けられるデータ処理部に接続され、指先に装着される触覚部内に圧電単結晶素子の振動板を設け、この素子に圧電材料の中で最大の電気機械結合係数と、極めて高い圧電定数を付与し、低電圧で大きな変位量と力を得、音声等の音響情報を周波数分解し、各触覚ピンを上下に振動させ、正確な振動パターン情報を、指先の皮膚に連続して伝達する技術がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
この技術は、圧電材料をＰｂ（Ｚｎ1/3Ｎａｂ2/3）Ｏ3（ＰＺＮ）と、ＰｂＴｉＯ3（ＰＴ）との固溶体単結晶Ｐｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.91Ｔｉ0.09］Ｏ3（ＰＺＮＴ９１／９）としており、そのピエゾ効果により音声信号を振動パターンに変換し、振動ピンを介して指先に振動刺激を呈示する。この触覚刺激装置では、上下のピエゾ板間に導電板を挟んで一体化し、一端側から複数状の切り込みを形成し、複数本のピエゾ・バイモルフ・エレメントとし、ピエゾ板或いは導電板のいずれか一方を共通電極とし、他方をセグメント電極とし、回路基盤のピエゾ・バイモルフ・エレメントの先端部に所定長さの金属線を夫々固定した構造を採用している。
【０００７】
また、指先に装着される触覚部内に設けられる振動板を圧電単結晶素子であるＰＺＮＴ９１／９とし、圧電材料の中で最大の電気機械結合係数（ｋ33＝９２％）と、高い圧電定数（ｄ33＝１５００ｐＣ／Ｎ）とを得ることにより、低電圧で大きな変位量と力を得、音声等の音響情報を周波数分解し、正確な振動パターン情報を、指先の皮膚感覚に連続して伝達する聴覚補助装置の触覚部としたものである。しかしこの技術では、横効果圧電性能、特に本発明者らが見いだした巨大横効果圧電性能については全く記述がない。
【特許文献１】特開２００３−２８２９８６号公報（第２−８頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−１６９４６２号公報（第２−６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、ドメイン制御により横振動モードの電気機械結合係数ｋ31で７０％以上（巨大横効果圧電特性と称する）が得られたＰｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3固溶体単結晶（例えば、具体的組成としてＰｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.91Ｔｉ0.09］Ｏ3；以下ＰＺＮＴ９１／０９と略す）やＰｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3固溶体単結晶（以下ＰＭＮＴと略す）等から成る圧電単結晶板と金属板とを貼り合わせた圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフ素子、あるいはさらに単結晶板と金属板とを繰り返し積層化した素子で、その屈曲振動モードの電気機械結合係数ｋbがそれぞれ５０％、６０％以上であり、かつ、極めて経時（エージング）特性の良好は圧電デバイスを開発した。
【０００９】
従来のこれらと類似の単結晶を利用した圧電デバイスでは、その圧電性能に限界があり、さらに経時による圧電特性の変化（劣化）が大きく、このことが実用化を阻んでいた。本発明は圧電性能を高めた巨大横効果圧電特性を有する単結晶から成る圧電デバイスであって、特に圧電特性の経時劣化の少ない圧電デバイスを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、次の技術手段を講じたことを特徴とする圧電デバイスを提供する。すなわち、本発明は、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3固溶体単結晶（ＰＺＮＴ）又はＰｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3（ＰＭＮＴ）固溶体単結晶から成る単結晶板を厚み方向及び板面内でモノドメイン化して巨大横効果圧電特性を付与した単結晶板をモノドメインのまま金属板に貼り合わせて構成したことを特徴とする圧電デバイスである。この圧電デバイスは前記単結晶板と金属板とを繰返し積層した圧電デバイスとしてもよい。
【００１１】
なお本発明の上記ＰＺＮＴ又はＰＭＮＴは上記特許文献１に記載されているような圧電単結晶材料を含むものである。
【００１２】
上記圧電デバイスにおいて、モノドメイン化した前記単結晶板は圧電特性値が分極直後の値を等値のまま保持し、経時劣化を生じない単結晶板を備えている。
【００１３】
また本発明では、前記圧電デバイスが圧電ユニモルフであって、その屈曲振動モードの電気機械結合係数ｋbが５０％以上である圧電デバイスを提供する。また、前記圧電デバイスが圧電バイモルフであって、その屈曲振動モードの電気機械結合係数ｋbが６０％以上の圧電デバイスを提供する。
【００１４】
さらに、本発明の圧電デバイスでは、モノドメイン単結晶板の６面をドメイン壁の移動をピニング（阻止）する面とすると好適であり、さらに、単結晶板を貼り合わせる金属板及び接着層をドメイン壁の移動をピニング（阻止）する部材とすることにより、圧電特性の経時劣化を効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の圧電デバイスは以上のように構成されているので、従来の圧電デバイスに比し、横効果圧電特性が飛躍的に大きく、つまり巨大横効果圧電性能を有し、屈曲振動モードの電気機械結合係数ｋb を大きな値にすることができ、かつ、これらの圧電特性の経時劣化がないという優れた効果を奏するものである。また、本発明の圧電デバイスはすぐれた圧電特性を有するので、精密機械器具部品、リレー、ポジショナ、モータその他の電気機器、ピックアップ、スピーカ等の音響装置、通信・情報入出力媒体、各種計測装置、又は医療器械器具・補助具等広範な圧電センサ及びアクチュエータ等の産業分野に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図３は本発明の実施例の圧電デバイスを構成する圧電単結晶１０を示す斜視図である。この圧電単結晶１０は、ドメイン制御により、厚み方向に分極１１した板状圧電体であって、横振動モードの電気機械結合係数ｋ31が７０％以上を有し、圧電歪定数−ｄ31が１２００ｐＣ／Ｎ以上を有するモノドメイン単結晶板である。このような巨大横効果圧電特性は結晶の（１００）面のみで得られ、ＰＺＮＴが菱面体晶をとる８０℃以下の分極温度で得られ、モノドメインが得られる十分な分極電界を印加することによって得られる。飽和分極後の誘電特性及び圧電特性の室温での経時変化は（１００）面及び（１１１）面では起らない。
【００１８】
図１は実施例の圧電ユニモルフ１を示す斜視図、図２は実施例の圧電バイモルフ２を示す斜視図である。横効果圧電性を利用する本発明の圧電デバイス１、２の代表的なものは、図３に示す厚み方向に分極した板状圧電体（圧電単結晶）１０を、図１に示すように、矢印１２で示すように分極方向を合わせて、ほぼ同一形状の金属板（シム板）２０に接着剤で貼り合わせた圧電ユニモルフ１と、さらに図２に示すように、矢印１３で示すように分極方向を合わせて、反対側に圧電体（圧電単結晶）１０を貼った圧電バイモルフ２である。
【００１９】
これら二つの圧電体１０の分極方向１２、１３の組合せは、それぞれシリーズ型とパラレル型と呼ばれる。図２に示す圧電デバイス２の圧電体１０、１０の分極方向ははシリーズ型である。上下の圧電体１０の電極面を測定治具１４で挟むことにより、そのユニモルフ又はバイモルフの誘電特性や圧電特性を測定することができる。
【００２０】
本発明の圧電デバイス１、２は次のようにして作製することができる。
【００２１】
先ず、図３に示すような、例えば、長さ１３ｍｍ×幅４．０ｍｍ×厚さ０．３６ｍｍの板状のＰｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.91Ｔｉ0.09］Ｏ3（ＰＺＮＴ９１／０９）単結晶１０を、分極電界制御により、モノドメイン化を図った。次に、素子インピーダンスの周波数特性を測定し、巨大横効果圧電性（ｋ31が７０％以上で−ｄ31が１，２００  ｐＣ／Ｎ以上）の値を確認した。
【００２２】
図１、図２に示す金属板（シム板）２０として、例えば、長さ１５ｍｍ×幅４．０ｍｍ×厚さ０．１０ｍｍの形状からなる４２ニッケル合金、及び長さ１５ｍｍ×幅４．０ｍｍ×厚さ０．２０ｍｍの形状からなるリン青銅の２種類を使用した。
【００２３】
接着剤については、接着固化温度が、例えばＰＺＮＴ９１／０９圧電単結晶の場合、８０℃以下の１液性又は２液性の２種類の接着剤を用い、その接着状態及び接着時の作業性等をそれぞれ検討した。２液性の接着剤は、主剤と固化剤とからなるものである。圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフの誘電損失及び比誘電率を測定することにより、接着の均一性や接着層の厚さなどの接着剤の接着性及び接着剤が誘電特性に与える効果を明らかにした。圧電バイモルフの試作はシリーズ型で行った。
【００２４】
比較のために、同一形状で横振動モードの圧電性が大きなＰＺＴ系圧電セラミックス（ｋ31＝３７％／ｄ31＝−３３０  ｐＣ／Ｎ）からなる圧電ユニモルフ及び圧電バイモルフも作製した。
【００２５】
次に、圧電デバイスの振動特性の評価を行った。
【００２６】
まず、インピーダンスの周波数特性を測定することにより、圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフの屈曲振動モードを含めた振動特性の解析を行った。屈曲振動モードの電気機械結合係数ｋbを算出し、圧電単結晶のもつ巨大横効果が圧電デバイスに生かされたかどうかについて、圧電セラミックスを使用した圧電デバイスと比較しながら評価した。これらの結果を表１に示した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１中に記載した圧電体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは本発明の圧電デバイスに用いた圧電単結晶であり、圧電体ａ、ｂは比較例の圧電デバイスに用いた圧電セラミックスであり、圧電体ｃ、ｄは、巨大横効果圧電特性を付与しない圧電単結晶である。これらの圧電体はすべて、長さ１３ｍｍ×幅４ｍｍ×厚さ０．３６ｍｍの矩形板状である。また、金属板（シム板）は４２ニッケル合金板である。
【００２９】
圧電体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは巨大横効果圧電特性を付与する処理を行ったモノドメイン圧電単結晶である。すなわち、横振動モードの電気機械結合係数ｋ31が７０％以上であり、圧電歪定数−ｄ31が１２００ｐＣ／Ｎ以上を有する単結晶である。圧電体ａ、ｂは比較例として用いた圧電セラミックスであり、圧電体ｃ、ｄはＰＺＮＴ９１／０９の単結晶であるが、巨大横効果圧電特性を付与しなかった圧電単結晶であり、比較例の圧電デバイスに用いたものである。なお表１中のεｒは誘電率を示すものである。
【００３０】
実施例１は上記圧電体Ａを用いた圧電ユニモルフ、実施例２は上記圧電体Ｃを用いた圧電ユニモルフである。実施例１、２の屈曲振動の電気機械結合係数ｋbはそれぞれ５０．８％及び６４．７％となっている。
【００３１】
これに対して比較例１は上記圧電セラミックスからなる圧電体ａを用いた上記圧電ユニモルフ、比較例２は圧電単結晶からなる上記圧電体ｃを用いた圧電ユニモルフである。比較例１、２の屈曲振動モードの電気機械結合係数ｋbはそれぞれ２０．６％及び４０．２％であり、非常に小さい値となっている。
【００３２】
実施例３は上記圧電体Ａ＋圧電体Ｂを用いたシリーズ型圧電バイモルフ、実施例４は圧電体Ｃ＋圧電体Ｄを用いたシリーズ型圧電バイモルフである。実施例３、４の屈曲振動の電気機械結合係数ｋbはそれぞれ６０．２％及び６９．８％であった。比較例３は、圧電セラミックスからなる圧電体ａ＋圧電体ｂを用いたシリーズ型圧電バイモルフ、比較例４は上記単結晶ｃ＋単結晶ｄを用いたシリーズ型圧電バイモルフである。比較例３、４では屈曲振動の電気機械結合係数ｋbはそれぞれ３１．２％及び４５．１％となっており、本発明の６０％以上を達成することはできない。
【００３３】
次に、圧電ユニモルフ及び圧電バイモルフの振動特性の評価を行った。
【００３４】
まず、素材となる圧電体について説明する。
【００３５】
図４はＰＺＮＴ９１／０９単結晶自体の横振動モードの電気機械結合係数ｋ31モードにおける素子インピーダンスの周波数特性を示すものである。曲線３１はインピーダンス曲線、曲線３２は位相曲線である。図４に示す単結晶では電気機械結合係数ｋ31＝８５．６〜８６．２％である。図５は図４に対応するＰＺＴセラミックス自体の素子インピーダンスの周波数特性を示すものである。曲線３３はインピーダンス曲線、曲線３４は位相曲線である。図５のＰＺＴセラミックスでは横振動モードの電気機械結合係数ｋ31＝３７．０％〜３７．３％である。
【００３６】
図６はＰＺＮＴ９１／０９単結晶を使用した実施例の圧電ユニモルフの屈曲振動の電気機械結合係数ｋbモードにおける素子インピーダンスの周波数特性を示すものである。曲線３５はインピーダンス曲線、曲線３６は位相曲線である。図６の屈曲振動の電気機械結合係数ｋbは６４．７％である。図７は図６に対応するＰＺＴセラミックスを使用した比較例の圧電ユニモルフのインピーダンスの周波数特性を示すものである。曲線３７はインピーダンス曲線、曲線３８は位相曲線である。図７のＰＺＴセラミックスを使用した圧電ユニモルフの屈曲振動の電気機械結合係数ｋbは２０．６％である。
【００３７】
図８はＰＺＮＴ９１／０９単結晶を使用した圧電バイモルフの屈曲振動の電気機械結合係数ｋbモードにおける素子インピーダンスの周波数特性を示すものである。曲線３９はインピーダンス曲線、曲線４０は位相曲線である。図８に示すＰＺＮＴ９１／０９を用いた圧電バイモルフの屈曲振動の電気機械結合係数は、ｋb＝６９．８％である。図９は図８に対応するＰＺＴセラミックスを使用した比較例の圧電バイモルフのインピーダンスの周波数特性を示すものである。曲線４１はインピーダンス曲線、曲線４２は位相曲線である。図９のＰＺＴセラミックスを使用した比較例の圧電バイモルフの屈曲振動の電気機械結合係数ｋb＝３１．２％である。
【００３８】
以上から明らかなように、横振動モードの電気機械結合係数ｋ31が７０％以上で圧電歪定数−ｄ31が１２００ｐＣ／Ｎ以上である、すなわち、巨大横効果圧電性能を有するＰＺＮＴ９１／０９又はＰＭＮＴからなる圧電単結晶を用いた本発明の圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフは、横振動特性が従来に比べ極めて優れている。さらに、本発明の圧電デバイスはインピーダンス応答の山谷比（反共振抵抗値÷共振抵抗値）がＰＺＴセラミックスを用いた圧電デバイスに比べ３桁大きく、優れた圧電性を示すことが明らかである。
【００３９】
次に、本発明の圧電デバイスの経時特性の評価結果について説明する。室温下での圧電デバイスの経時による屈曲振動モードの電気機械結合係数ｋbの変動を明らかにした。図１０はこれを示すもので、横軸に時間（ｈｒ）（対数目盛で表示）をとり、縦軸に屈曲振動の電気機械結合係数ｋbの値をとり、その値が時間の経過と共に変化する状況を示したグラフである。
【００４０】
曲線５１はモノドメイン圧電単結晶（ＰＺＮＴ９１／０９）を用いた上記実施例４の圧電バイモルフの経時変化曲線である。圧電単結晶板は長さ１３ｍｍ×幅４ｍｍ×厚さ０．３６ｍｍのモノドメイン化した巨大横効果圧電性が得られたもので、ｋ31が７０％以上、ｋ33が９５％、ｄ33が２５００ｐＣ／Ｎ以上のＰＺＮＴ９１／０９である。単結晶板面内（長さ１３ｍｍ×幅４ｍｍ）でモノドメイン化した圧電バイモルフでは、当初の屈曲振動の電気機械結合係数ｋbの値７０％は、約１年経過後も全く劣化することなく、７０％を保持している。なお、この時のシム材にはリン青銅板を使用した。
【００４１】
これに対して、曲線５２は、比較例の単結晶板面内（長さ１３ｍｍ×幅４ｍｍ）でマルチドメイン化した圧電単結晶を用いた圧電バイモルフの経時変化曲線である。このマルチドメイン圧電単結晶は、ｋ31が６６％、ｋ33が９２％、ｄ33が２４２６ｐＣ／ＮのＰＺＮＴ９１／０９である。当初の屈曲振動の電気機械結合係数ｋbの値４５％は、時間の経過と共にその値が劣化し、１年後には２９％まで低下し約２／３になった。
【００４２】
曲線５３はＰＺＴセラミックスを用いた比較例の圧電バイモルフの屈曲振動の電気機械結合係数ｋbの経時変化を示すものである。当初から屈曲振動の電気機械結合係数ｋbの値が３２％と低く、１年後もほとんど変化していない。ＰＺＴセラミックスは結晶粒径が２〜５μｍで、分極後のドメイン壁の移動が結晶粒界でピニングされてドメイン構造は分極直後の値にほぼ固定されてる。従って、殆ど経時変化しないのである。
【００４３】
上記マルチドメイン圧電単結晶を用いた圧電バイモルフの経時変化曲線５２は、当初の屈曲振動の電気機械結合係数ｋbの値は４５％であったが、時間の経過と共にその値が劣化し、１年後には、ＰＺＴセラミックスを用いた圧電バイモルフの経時変化曲線５３と同等となった。これはマルチドメイン圧電単結晶では容易にドメイン壁の移動が起こり、経時と共により安定なマルチドメイン単結晶に変化するためである。
【００４４】
次に、接着等が単結晶強誘電体ドメインに与える影響の評価について、そのドメインを直接観察することにより明らかにした。すなわち、ドメインを透過型偏光実体顕微鏡で直接観察することによってその挙動を調べ、安定してモノドメイン化が実現できる条件を見出した。接着等が単結晶強誘電体ドメインに与える影響の評価結果について説明すると次の通りである。巨大ｋ31をもつモノドメインＰＺＮＴ単結晶は金属板（シム板）との接着後、
（ｉ）単結晶と金属板、すなわちシム板との接触界面に生じる応力がモノドメインに与える影響、
（ｉｉ）単結晶とシム板との熱膨張係数の違いにより発生する応力がモノドメインに与える影響
等が原因となってそのユニモルフ及びバイモルフ特性を変化させる可能性があった。従来のＰＺＴセラミックスでは、外部からそのドメイン配向へ与える応力の影響は、２〜５μｍからなる結晶粒子内に留まっていた。一方、単結晶では結晶粒界がないので、ドメイン壁の移動（変化）をピニング（阻止）することができず、外部からの応力の影響が単結晶板全体に及ぶ。この場合、圧電デバイス特性が大きく変化することが予想される。
【００４５】
従って、モノドメインに影響を与えない接着剤材質の選定や接着方法の検討が重要となる。さらに、単結晶やシム板表面の表面粗さ等について、接触界面での応力発生の有無の観点から、その最適条件を見出す必要があった。
【００４６】
また、接着剤の材質や接着方法が、経時特性上での誘電・圧電特性の信頼性に与える影響についても、圧電デバイスの実用化の見地から検討を行った。以下、特に強誘電体ドメインに大きな影響を与えた接着剤について説明する。
【００４７】
厚み方向に分極処理済みのＰｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.955Ｔｉ0.045］Ｏ3（ＰＺＮＴ９５．５／４．５）単結晶板（長さ１３ｍｍ×幅４ｍｍ×厚さ０．３６ｍｍ）と前述のシム材と同一形状のスライドガラス板（厚さ０．１０ｍｍ）を、それぞれ、常温固化２液性エポキシ樹脂及び常温固化１液性シアノアクリレート材の二種類の接着材で貼り合わせ、圧電ユニモルフを作製した。得られたユニモルフ板面（長さ１３ｍｍ×幅４ｍｍ）を透過型偏光実体顕微鏡でクロスニコル（直交偏光）下で観察し、強誘電体ドメインの数が接着によりどのように変化するかを調べた。
【００４８】
表２は、巨大圧電性能（ｋ31＝８６．０％）を有するモノドメインＰＺＮＴ９５．５／４．５単結晶板（実施例５）と、従来例であるｋ31＝６４．０％をもつマルチドメインＰＺＮＴ９５．５／４．５単結晶板（比較例５）に関して、接着前後で単結晶板内（長さ１３ｍｍ×幅４ｍｍ）におけるドメイン数（個数）を示したものである。
【００４９】
表２より、巨大圧電性能をもつ実施例５の単結晶板では、接着前後および接着材質によらずドメイン数は変化せず、モノドメインが保持されていることが明らかとなった。一方、比較例５のマルチドメイン単結晶板ではドメイン数が接着前後で１．５〜２倍に増え、接着材質にも依存することが分かった。強誘電体ドメイン数の変化は横振動モードの電気機械結合係数ｋ31の値に直接影響し、そのドメイン数の増加は横振動モードに関する分極の減少に対応するものと考えられた。
【００５０】
さらに、モノドメイン単結晶板を透過偏光で詳細に観察した結果、単結晶板の６面付近や、シム材及び接着層付近に、応力が集中している様子が観測された。すなわち、この応力集中がモノドメインを保つ原動力であり、単結晶板の６面やシム材及び接着層がドメイン壁の発生（マルチドメイン化）をピニング（阻止）するものと考えられた。
【００５１】
一方、マルチドメイン単結晶板では、単結晶板内に既に存在するドメイン壁がシム材との接着によって発生した応力を緩和するため移動し、より安定なドメイン状態に変化するものと考えられた。さらに、デバイス化に伴って発生する応力とドメイン壁の移動との現象を通して、マルチドメイン単結晶板を使用した圧電デバイスの圧電性能の経時劣化も説明することができる。
【００５２】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施例の圧電デバイスの斜視図である。
【図２】実施例の圧電デバイスの斜視図である。
【図３】実施例に用いた単結晶板の斜視図である。
【図４】実施例に用いた単結晶板の周波数特性を示すグラフである。
【図５】比較例のセラミックスの周波数特性を示すグラフである。
【図６】実施例の圧電デバイスの周波数特性を示すグラフである。
【図７】比較例の圧電デバイスの周波数特性を示すグラフである。
【図８】実施例の圧電デバイスの周波数特性を示すグラフである。
【図９】比較例の圧電デバイスの周波数特性を示すグラフである。
【図１０】バイモルフの特性の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１、２    圧電デバイス
１０    圧電体（圧電単結晶）
１１    分極方向
１２、１３    分極方向（矢印）
１４    測定治具
２０    金属板（シム板）
３１、３３、３５、３７、３９、４１    インピーダンス曲線
３２、３４、３６、３８、４０、４２    位相曲線
５１、５２、５３    経時変化曲線
【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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