圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータの製造方法
【課題】構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象の変位量を大きくしつつ変位対象を精密に変位させることが可能な圧電アクチュエータ等を提供する。
【解決手段】圧電アクチュエータ１は、支持基板３と、第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、及び変位部１１を有する本体部１３と、第１弾性体層１５とを備え、第１弾性体層１５は、第１圧電積層体７の下面７ＲＤ、７ＴＤと、第２圧電積層体９の下面９ＲＤ、９ＴＤと、第１圧電積層体７の側面７Ｓと、第２圧電積層体９の側面９Ｓとを接続するように本体部１３に固定されており、第１弾性体層１５の第１〜第４領域１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄは、第１〜第４ボンディング部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄによって支持基板３の主面３Ｍに固定されており、非ボンディング面１５Ｒは、支持基板３の主面３Ｍに固定されていない。
【解決手段】圧電アクチュエータ１は、支持基板３と、第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、及び変位部１１を有する本体部１３と、第１弾性体層１５とを備え、第１弾性体層１５は、第１圧電積層体７の下面７ＲＤ、７ＴＤと、第２圧電積層体９の下面９ＲＤ、９ＴＤと、第１圧電積層体７の側面７Ｓと、第２圧電積層体９の側面９Ｓとを接続するように本体部１３に固定されており、第１弾性体層１５の第１〜第４領域１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄは、第１〜第４ボンディング部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄによって支持基板３の主面３Ｍに固定されており、非ボンディング面１５Ｒは、支持基板３の主面３Ｍに固定されていない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、磁気ディスク装置に使用されるヘッド支持機構が記載されている。このヘッド支持機構は、変位体としての薄膜圧電体素子（圧電積層体）を有する圧電アクチュエータを備える。この圧電アクチュエータによってヘッド支持機構のスライダ保持基板に固定された磁気ヘッドを微小変位させることにより、磁気ディスクに対して磁気ヘッドを高精度に位置決めすることが可能であることが記載されている。
【０００３】
また、下記特許文献２には、セラミックアクチュエータ（圧電アクチュエータ）が記載されている。このセラミックアクチュエータは、それぞれ片持ち梁構造として同一面上に相対して配置された変位体としての一対の圧電バイモルフ（圧電積層体）と、一対の圧電バイモルフのそれぞれの先端部に嵌合する連結体とを備えている。この一対の圧電バイモルフによって、連結体を変位させることが可能であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３４８０７号公報
【特許文献２】特開平４−３１３２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の圧電アクチュエータにおいて、変位体である薄膜圧電体素子は、変位対象であるヘッドスライダを所定の態様とするために構成される部材であるフレクシャに接着固定されている。フレクシャには、変位対象であるヘッドスライダが固定されるスライダ支持板がヒンジ部を介して接続されている。これにより、薄膜圧電体素子の直線的変位を、ヒンジ部を回転中心としたスライダ支持板の回転変位に変換している。このような圧電アクチュエータ及びフレクシャを有するサスペンション構造により、高精度なヘッド位置決めを実現している。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の圧電アクチュエータにおいては、薄膜圧電体素子の変位は、複数の伝達機構を介して制御対象のヘッドスライダに伝達される。そのため、このような圧電アクチュエータにおいては、アクチュエータ全体の構造が複雑となる上に、変位の伝達効率が低下したり、これらの伝達機構の伝達材の特性、寸法のずれに起因して制御対象のヘッドスライダ変位量にばらつきが生じたりする問題がある。
【０００７】
この点、上記特許文献２に記載の圧電アクチュエータにおいては、変位体である一対の圧電バイモルフは、片持ち梁構造として基板に支持されており、一対の圧電バイモルフのうち基板に固定した部分以外の領域は、変位を阻害する部材に接触していない。即ち、一対の圧電バイモルフのうち基板に固定した基端部分以外は、基板から離れた状態になっている。その上、一対の圧電バイモルフを変位対象である連結体に直接固定している。そのため、圧電アクチュエータの構造は簡単になり、変位の伝達効率は高くなる。
【０００８】
上記特許文献２に記載の圧電アクチュエータのように変位体である圧電積層体が片持ち梁構造として基板に支持された圧電アクチュエータにおいて、変位対象の変位量を大きくするためには、圧電積層体を長手構造とし、圧電積層体の基板に支持された基端部分から変位体までの長さを長くする必要がある。しかしながら、圧電積層体の一部が基板から離れた構造を有する圧電アクチュエータにおいて、このように圧電積層体の長さを長くすると、基板による圧電積層体の支持が不十分になるため、圧電積層体が逆圧電効果とは無関係に変位してしまう事や圧電積層体が予期しない態様で変位してしまう事等が原因で、変位対象を精密に変位させることが困難となる。そのため、変位対象の変位量を大きくすることと、変位対象を精密に変位させることの両立が困難という問題がある。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象の変位量を大きくしつつ変位対象を精密に変位させることが可能な圧電アクチュエータ、及び、そのような圧電アクチュエータの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するため、本発明に係る圧電アクチュエータは、支持基板と、第１上部電極層、第１下部電極層、及び、これらの間に介在する第１圧電体層を含む第１圧電積層体と、第２上部電極層、第２下部電極層、及び、これらの間に介在する第２圧電体層を含む第２圧電積層体と、支持基板に対して相対的に変位可能な変位部とを有する本体部と、第１弾性体層と、を備え、本体部は、支持基板の主面の上方に設けられており、第１圧電積層体は、支持基板の主面と交差する方向を積層方向とし、支持基板の主面と平行な面内における第１仮想線に沿って延び、第２圧電積層体は、支持基板の主面と交差する方向を積層方向とし、支持基板の主面と平行な面内における第２仮想線に沿って延びると共に、第１圧電積層体と離間し、変位部は、第１圧電積層体の先端部と第２圧電積層体の先端部との間に固定され、第１弾性体層は、第１圧電積層体の支持基板と対向する下面と、第２圧電積層体の支持基板と対向する下面と、第１圧電積層体の側面の少なくとも一部と、第２圧電積層体の側面の少なくとも一部と、を接続するように本体部に固定されており、第１弾性体層のうち第１圧電積層体の基端部の下面に設けられた第１領域は、第１ボンディング部によって支持基板の主面に固定されており、第１弾性体層のうち第２圧電積層体の基端部の下面に設けられた第２領域は、第２ボンディング部によって支持基板の主面に固定されており、第１弾性体層のうち、第１圧電積層体の側面に設けられた第３領域の少なくとも一部は、第３ボンディング部によって支持基板の主面に固定されており、第１弾性体層のうち、第２圧電積層体の側面に設けられた第４領域の少なくとも一部は、第４ボンディング部によって支持基板の主面に固定されており、第１弾性体層の支持基板と対向する下面のうち、第１ボンディング部、第２ボンディング部、第３ボンディング部、及び、第４ボンディング部と接する面以外の非ボンディング面は、支持基板の主面に固定されていない、又は、第１ボンディング部、第２ボンディング部、第３ボンディング部、及び、第４ボンディング部よりも弾性率の低い部材によって支持基板の主面に固定されている。
【００１１】
本発明に係る圧電アクチュエータにおいては、第１圧電積層体は、その基端部のみにおいて第１弾性体層の第１領域を介して支持基板の主面に第１ボンディング部によって固定され、第２圧電積層体は、その基端部のみにおいて第１弾性体層の第２領域を介して支持基板の主面に第２ボンディング部によって固定されており、第１圧電積層体及び第２圧電積層体は、支持基板の主面の上方に固定されている。その上、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の下面と側面には第１弾性体層が固定され、第１弾性体層の非ボンディング面は、支持基板の主面に固定されていない、又は、第１ボンディング部、第２ボンディング部、第３ボンディング部、及び、第４ボンディング部よりも弾性率の低い部材によって支持基板の主面に固定されている。これにより、第１圧電積層体及び第２圧電積層体は、それらの基端部以外の部分において、支持のための剛性の高い部材に固定されていない。さらに、第１圧電積層体の先端部と第２圧電積層体の先端部との間に、直接変位対象である変位部が固定されている。その結果、本発明に係る圧電アクチュエータは、構造が簡単であり、変位の伝達効率が高くなる。
【００１２】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータにおいては、非ボンディング面と、支持基板の主面との間には、非ボンディング面と接する空間ギャップが形成されていることが好ましい。これにより、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の変位を阻害する要因がさらに減少する。その結果、本発明に係る圧電アクチュエータにおいては、変位の伝達効率がさらに高くなる。
【００１３】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータは、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の下面と側面を接続する第１弾性体層を備え、この第１弾性体層は、第１領域、第２領域、第３領域、及び、第４領域において、支持基板の主面に固定されている。これにより、第１圧電積層体の先端部及び第２圧電積層体の先端部の下面と側面は、第１弾性体層によって、間接的に支持基板の主面に支持される。さらに、第１弾性体層は、弾性材料からなるため、第１圧電積層体の先端部及び第２圧電積層体の先端部の下面や側面が剛性の高い部材によって直接支持される場合と比較して、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の変位が妨げられ難い。そのため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の形状をそれぞれ第１仮想線及び第２仮想線に沿って長く延ばしても、支持基板によって第１圧電積層体及び第２圧電積層体を十分に支持することができるため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体が、逆圧電効果とは無関係に変位してしまったり、予期しない態様で変位してしまったりする事を抑制することができる。その結果、本発明に係る圧電アクチュエータは、変位対象である変位部の変位量を大きくすることと、変位部を精密に変位させることの両立が可能となる。
【００１４】
以上より、本発明に係る圧電アクチュエータによれば、構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象の変位量を大きくしつつ変位対象を精密に変位させることが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータは、第１弾性体層の上面のうち第１ボンディング部、第２ボンディング部、第３ボンディング部、及び、第４ボンディング部の上方の領域と、第１圧電積層体の上面と、第２圧電積層体の上面と、を接続するように本体部に固定された第２弾性体層をさらに有することが好ましい。
【００１６】
これにより、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の上面は、第２弾性体層によって、間接的に支持基板の主面に支持される。さらに、第２弾性体層は、弾性材料からなるため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の上面が直接支持基板に支持される場合と比較して、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の変位が妨げられ難い。そのため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体が逆圧電効果とは無関係に変位してしまったり、予期しない態様で変位してしまったりする事を抑制することができる。その結果、変位対象である変位部の変位量をより大きくすること、及び、変位部をより精密に変位させることが可能となる。
【００１７】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータにおいて、第１弾性体層は、樹脂からなり、第２弾性体層は、樹脂からなることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータでは、支持基板の主面と平行な面内において、第１仮想線の少なくとも一部における接線は、接点が第１仮想線の第１圧電積層体の基端部に対応する端点側から第１圧電積層体の先端部に対応する端点側に移動するに従って、支持基板の主面と交差する方向を回転軸とする回転方向に回転し、支持基板の主面と平行な面内において、第２仮想線の少なくとも一部における接線は、接点が第２仮想線の第２圧電積層体の基端部に対応する端点側から第２圧電積層体の先端部に対応する端点側に移動するに従って、支持基板の主面と交差する方向を回転軸とする回転方向に回転することが好ましい。
【００１９】
これにより、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の少なくとも一部は、支持基板の主面と交差する方向を回転軸とする回転方向に沿って曲線的に曲がりながら延びる形状となる。そのため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体を直線的に同じ長さ延びる形状とした場合と比較して、変位体の変位量を同等に保ちつつ、圧電アクチュエータ全体の形状を小型化することが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータにおいて、第１圧電積層体及び第２圧電積層体は、第１圧電積層体が第１仮想線に沿って伸びると同時に第２圧電積層体が第２仮想線に沿って伸びた際に、支持基板の主面と交差する方向を回転軸とする第１回転方向に変位部を回転させるように、それぞれ変位部に固定されていることが好ましい。
【００２１】
これにより、第１回転方向に変位部を第１回転方向に回転させることが可能となる。
【００２２】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータでは、支持基板の主面と平行な面内において、第１仮想線の少なくとも第１圧電積層体の先端部に対応する部分における接線は、接点が第１仮想線の第１圧電積層体の基端部に対応する端点側から第１圧電積層体の先端部に対応する端点側に移動するに従って、上記第１回転方向に回転し、支持基板の主面と平行な面内において、第２仮想線の少なくとも第２圧電積層体の先端部に対応する部分における接線は、接点が第２仮想線の第２圧電積層体の基端部に対応する端点側から第２圧電積層体の先端部に対応する端点側に移動するに従って、第１回転方向に回転することが好ましい。
【００２３】
これにより、第１圧電積層体を第１仮想線に沿って伸縮させると、第１圧電積層体の先端部は、第１回転方向に沿うように伸縮する。同様に、第２圧電積層体を第２仮想線に沿って伸縮させると、第２圧電積層体の先端部は、第１回転方向に沿うように伸縮する。その結果、変位部を回転させる際の変位の伝達効率がさらに高くなる。
【００２４】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータにおいて、第１仮想線の少なくとも第１圧電積層体の先端部に対応する部分と、第２仮想線の少なくとも第２圧電積層体の先端部に対応する部分とは、支持基板の主面と垂直な方向から見て、変位部内の点に対して略点対称に配置されていることが好ましい。
【００２５】
これにより、第１圧電積層体の先端部と、第２圧電積層体の先端部は、変位部内の上記点に対して略点対称に伸縮する。その結果、変位部を回転させる際の変位の伝達効率がさらに高くなる。
【００２６】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータにおいて、変位部は、第３上部電極層、第３下部電極層、及び、第３圧電体層を含み、第１圧電体層、第２圧電体層、及び、第３圧電体層は、一体形成されており、第１上部電極層、第２上部電極層、及び、第３上部電極層は、一体形成されており、第１下部電極層、第２下部電極層、及び、第３下部電極層は、一体形成されていることが好ましい。これにより、圧電アクチュエータ全体の構造を簡単にすることができる。
【００２７】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータにおいて、第２弾性体層には、第１仮想線とそれぞれ交差する方向に延びると共に第１仮想線に沿って並ぶ複数のスリットからなる第１スリット構造と、第２仮想線とそれぞれ交差する方向に延びると共に第２仮想線に沿って並ぶ複数のスリットからなる第２スリット構造が形成されていることが好ましい。
【００２８】
これにより、第１圧電積層体は第１仮想線に沿って伸縮しやすくなり、第２圧電積層体は第２仮想線に沿って伸縮しやすくなる。その結果、変位の伝達効率をさらに高くすることが可能となる。
【００２９】
また、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、仮基板上に、第１上部電極層、第１下部電極層、及び、これらの間に介在する第１圧電体層を含み、仮基板の主面と平行な面内における第１仮想線に沿って延びる第１圧電積層体と、第１上部電極層、第１下部電極層、及び、これらの間に介在する第２圧電体層を含み、仮基板の主面と平行な面内における第２仮想線に沿って延びると共に、第１圧電積層体と離間する第２圧電積層体と、第１圧電体層の先端部と第２圧電体層の先端部との間に固定された変位部と、を有する本体部を形成する本体部形成工程と、本体部上に、この本体部を覆うように第１弾性体層を形成する第１弾性体層形成工程と、第１弾性体層のうち、第１圧電積層体の基端部上に設けられた第１領域、第２圧電積層体の基端部上に設けられた第２領域、第１圧電積層体の側面に設けられた第３領域の少なくとも一部、及び、第２圧電積層体の側面に設けられた第４領域の少なくとも一部、を覆うと共に、これらの領域以外の第１弾性体層を露出させるパターンを有するボンディング層を形成するボンディング層形成工程と、ボンディング層上に支持基板を固定することにより、第１弾性体層のうちボンディング層が形成されていない非ボンディング面と、支持基板の主面との間に、この非ボンディング面と接する空間ギャップを形成する支持基板固定工程と、仮基板を除去する仮基板除去工程とを備える。
【００３０】
本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法によれば、得られる圧電アクチュエータにおいて、第１圧電積層体は、その基端部のみにおいて第１弾性体層の第１領域を介して支持基板の主面に第１ボンディング部によって固定され、第２圧電積層体は、その基端部のみにおいて第１弾性体層の第２領域を介して支持基板の主面に第２ボンディング部によって固定されており、第１圧電積層体及び第２圧電積層体は、支持基板の主面の上方に固定されている。その上、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の下面と側面には第１弾性体層が固定され、第１弾性体層の非ボンディング面と、支持基板の前記主面との間には、非ボンディング部と接する空間ギャップが形成されている。そのため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体は、それらの基端部以外の部分において、支持のための剛性の高い部材に接触しない。さらに、第１圧電積層体の先端部と第２圧電積層体の先端部との間に、直接変位対象である変位部が固定されている。その結果、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法によれば、構造が簡単であり、変位の伝達効率が高い圧電アクチュエータが得られる。
【００３１】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法によれば、得られる圧電アクチュエータは、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の下面と側面を接続する第１弾性体層を備え、この第１弾性体層は、第１領域、第２領域、第３領域、及び、第４領域において、支持基板の主面に固定されている。これにより、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の下面と側面は、第１弾性体層によって、間接的に支持基板の主面に支持される。さらに、第１弾性体層は、弾性材料からなるため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の下面や側面が直接支持基板に支持される場合と比較して、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の変位が妨げられ難い。そのため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の形状をそれぞれ第１仮想線及び第２仮想線に沿って長く延ばしても、支持基板によって第１圧電積層体及び第２圧電積層体を十分に支持することができるため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体が逆圧電効果とは無関係に変位してしまったり、予期しない態様で変位してしまったりする事を抑制することができる。その結果、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法によれば、変位対象である変位部の変位量を大きくすることと、変位部を精密に変位させることの両立が可能な圧電アクチュエータが得られる。
【００３２】
以上より、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法によれば、構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象の変位量を大きくしつつ変位対象を精密に変位させることが可能な圧電アクチュエータが得られる。
【００３３】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、仮基板除去工程の後に、仮基板除去工程において仮基板が除去されることにより露出した第１圧電積層体、第２圧電積層体、及び、第１弾性体層上に、第１弾性体層の露出面のうちボンディング層の上方の領域と、第１圧電積層体の上面と、第２圧電積層体の上面と、を接続するように第２弾性体層を形成する第２弾性体層形成工程をさらに備えることが好ましい。
【００３４】
これにより、得られる圧電アクチュエータにおいて、第１圧電積層体及び第２圧電積層体は、第２弾性体層によって、間接的に支持基板の主面に支持される。さらに、第２弾性体層は、弾性材料からなるため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体上面が剛性の高い部材によって直接支持される場合と比較して、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の変位が妨げられ難い。そのため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の形状をそれぞれ第１仮想線及び第２仮想線に沿って長く延ばしても、支持基板によって第１圧電積層体及び第２圧電積層体を十分に支持することができるため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体が逆圧電効果とは無関係に変位してしまったり、予期しない態様で変位してしまったりする事を抑制することができる。その結果、変位対象である変位部の変位量をより大きくすること、及び、変位部をより精密に変位させることが可能な圧電アクチュエータが得られる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象の変位量を大きくしつつ変位対象を精密に変位させることが可能な圧電アクチュエータ、及び、そのような圧電アクチュエータの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、実施形態の圧電アクチュエータの斜視図である。
【図２】図２は、実施形態の圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【図３】図３（Ａ）は、図１のIIIA−IIIA線に沿った圧電アクチュエータの断面図であり、図３（Ｂ）は、図１のIIIB−IIIB線に沿った圧電アクチュエータの断面図である。
【図４】図４は、圧電アクチュエータのうち、ボンディング層、第１圧電積層体、第２圧電積層体、及び、変位部のみを示す平面図である。
【図５】図５（Ａ）は、図４に対応して第１仮想線の形状を示す図であり、図５（Ｂ）は、図４に対応して第２仮想線の形状を示す図である。
【図６】図６は、本体部の平面図である。
【図７】図７（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）におけるVIIB−VIIB線に沿った断面図であり、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）におけるVIIC−VIIC線に沿った断面図である。
【図８】図８（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）におけるVIIIB−VIIIB線に沿った断面図であり、図８（Ｃ）は、図８（Ａ）におけるVIIIC−VIIIC線に沿った断面図である。
【図９】図９（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）におけるIXB−IXBに沿った断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のXB−XB線に沿った断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、図１０（Ａ）のXIA−XIA線に沿った断面図であり、図１１（Ｂ）は、図１０（Ａ）のXIB−XIB線に沿った断面図であり、図１１（Ｃ）は、図１０（Ａ）のXIC−XIC線に沿った断面図であり、図１１（Ｄ）は、図１０（Ａ）のXID−XID線に沿った断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のXIIB−XIIB線に沿った断面図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のXIIIB−XIIIB線に沿った断面図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のXIVB−XIVB線に沿った断面図であり、図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）のXIVC−XIVC線に沿った断面図である。
【図１５】図１５（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のXVB−XVB線に沿った断面図である。
【図１６】図１６（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のXVIB−XVIB線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、実施の形態に係る圧電アクチュエータ、及び、圧電アクチュエータの製造方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００３８】
まず、本実施形態に係る圧電アクチュエータについて説明する。
【００３９】
図１は、本実施形態の圧電アクチュエータの斜視図であり、図２は、本実施形態の圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【００４０】
図１及び図２に示すように、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、主として、支持基板３と、ボンディング層５と、本体部１３と、第１弾性体層１５と、第２弾性体層１７と、を備えている。ボンディング層５、本体部１３、第１弾性体層１５、及び、第２弾性体層１７は、支持基板３の主面３Ｍ上に積層されている。なお、図１と図２においては、第２弾性体層１７は破線で示している。
【００４１】
支持基板３は、シリコン、ガラス、ステンレスなどの金属等からなる基板である。支持基板３は、剛性が高く、具体的には第１弾性体層１５や第２弾性体層１７よりも剛性が高い。なお、図１及び図２には、直交座標系２が示されており、支持基板３の厚さ方向をＺ軸方向に設定し、支持基板３の主面３Ｍと平行な方向にＸ軸とＹ軸を設定している。図３以下の各図面においても、必要に応じて直交座標系２を示している。
【００４２】
支持基板３のＸ軸方向の長さ、及び、Ｙ軸方向の長さは、特に制限されないが、例えばそれぞれ１ｍｍ〜５ｍｍ、及び、０．５ｍｍ〜３ｍｍとすることができる。支持基板３のＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、例えば０．０５ｍｍ〜２ｍｍとすることができる。
【００４３】
ボンディング層５は、主面３Ｍ上に積層されている。ボンディング層５は、支持基板３と第１弾性体層１５とを固定するための層であり、例えば、ポリイミド、エポキシ、アクリル等の接着剤からなる。ボンディング層５のＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、例えば、１μｍ〜５０μｍとすることができる。このようなボンディング層５によって、支持基板３と第１弾性体層１５とを確実に固定することができる。
【００４４】
図２に示すように、ボンディング層５は、主面３ＭのＸ軸負側の端部に設けられた第１ボンディング部５Ａと、主面３ＭのＸ軸正側の端部に設けられた第２ボンディング部５Ｂと、主面３ＭのＹ軸負側の端部に設けられた第３ボンディング部５Ｃと、主面３ＭのＹ軸正側の端部に設けられた第４ボンディング部５Ｄと、からなる。このように、ボンディング層５は、主面３Ｍの一部のみを覆うようなパターンを有している。
【００４５】
図１及び図２に示すように、本体部１３は、第１圧電積層体７と、第２圧電積層体９と、変位部１１と、を有している。また、図２及び図４に示すように、第１圧電積層体７は、主面３ＭのＸ軸負側の端部の上方に設けられた基端部７Ｔと、基端部７Ｔと連続し基端部７ＴよりもＸ軸正方向に設けられた先端部７Ｒと、からなる。第２圧電積層体９は、主面３ＭのＸ軸正側の端部の上方に設けられた基端部９Ｔと、基端部９Ｔと連続し基端部９ＴよりもＸ軸負方向に設けられた先端部９Ｒと、からなる。第１圧電積層体７と第２圧電積層体９とは離間しており、変位部１１は、先端部７Ｒと先端部９Ｒとの間に固定されている。
【００４６】
第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、及び、変位部１１の形状をより詳細に説明する。図３（Ａ）は、図１のIIIA−IIIA線に沿った圧電アクチュエータの断面図であり、図３（Ｂ）は、図１のIIIB−IIIB線に沿った圧電アクチュエータの断面図である。図４は、圧電アクチュエータのうち、ボンディング層、第１圧電積層体、第２圧電積層体、及び、変位部のみを示す平面図である。
【００４７】
図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１圧電積層体７は、Ｚ軸方向を積層方向とする積層体である。第１圧電積層体７は、第１圧電体層７ａを含み、第１圧電体層７ａは、第１上部電極層７ｂと第１下部電極層７ｃとの間に介在する。同様に、第２圧電積層体９は、Ｚ軸方向を積層方向とする積層体である。第２圧電積層体９は、第２圧電体層９ａを含み、第２圧電体層９ａは、第２上部電極層９ｂと第２下部電極層９ｃとの間に介在する。同様に、変位部１１は、本実施形態においては、Ｚ軸方向を積層方向とする積層体である。変位部１１は、第３圧電体層１１ａを含み、第３圧電体層１１ａは、第３上部電極層１１ｂと第３下部電極層１１ｃとの間に介在する。
【００４８】
第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａは、それぞれ圧電性を有する材料からなり、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒＸ、Ｔｉ１−Ｘ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等の強誘電材料からなる。第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａのＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、例えば、１μｍ〜１０μｍとすることができる。第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａは、それぞれ厚さ方向に自発分極の成分を有している。また、本実施形態においては、第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａは、一体形成されており、それぞれ同一の大きさ及び向きの自発分極の成分を有している。
【００４９】
第１上部電極層７ｂ及び第１下部電極層７ｃは、第１圧電体層７ａに電圧を印加するための一対の電極層であり、第２上部電極層９ｂ及び第２下部電極層９ｃは、第２圧電体層９ａに電圧を印加するための一対の電極層であり、第３上部電極層１１ｂ及第３下部電極層１１ｃは、第３圧電体層１１ａに電圧を印加するための一対の電極層である。第１上部電極層７ｂ、第１下部電極層７ｃ、第２上部電極層９ｂ、第２下部電極層９ｃ、第３上部電極層１１ｂ、及び、第３下部電極層１１ｃは、それぞれ例えば白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）等の金属材料からなる。
【００５０】
第１上部電極層７ｂ、第１下部電極層７ｃ、第２上部電極層９ｂ、第２下部電極層９ｃ、第３上部電極層１１ｂ、及び、第３下部電極層１１ｃのＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、例えばそれぞれ０．０１μｍ〜５μｍとすることができる。また、本実施形態においては、第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂは、一体形成されており、第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃは、一体形成されている。そのため、本実施形態においては、第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、及び、変位部１１は、一体形成されている。また、第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、変位部１１のＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、例えば１μｍ〜１０μｍとすることができる。
【００５１】
また、図２及び図４に示すように、第１圧電積層体７は、ＸＹ平面に沿って延びる第１仮想線７Ｈに沿って延び、第２圧電積層体９は、ＸＹ平面に沿って延びる第２仮想線９Ｈに沿って延びる。第１仮想線７Ｈは、第１圧電積層体７の基端部７Ｔに対応する第１仮想線基端部７ＨＴと、第１圧電積層体７の先端部７Ｒに対応する第１仮想線先端部７ＨＲと、からなり、第１圧電積層体７の基端部７Ｔに対応する基端点７ＨＴＥから、第１圧電積層体７の先端部７Ｒに対応する先端点７ＨＲＥまで延びている。第２仮想線９Ｈは、第２圧電積層体９の基端部９Ｔに対応する第２仮想線基端部９ＨＴと、第２圧電積層体９の先端部９Ｒに対応する第２仮想線先端部９ＨＲと、からなり、第２圧電積層体９の基端部９Ｔに対応する基端点９ＨＴＥから、第２圧電積層体９の先端部９Ｒに対応する先端点９ＨＲＥまで延びている。
【００５２】
また、図４に示すように、Ｚ軸方向から見ると、ボンディング層５の第１ボンディング部５Ａと第１圧電積層体７の基端部７Ｔは重なっており、ボンディング層５の第２ボンディング部５Ｂと第２圧電積層体９の基端部９Ｔは重なっている。一方、Ｚ軸方向から見ると、ボンディング層５の第３ボンディング部５Ｃは、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９と離間しており、ボンディング層５の第４ボンディング部５Ｄは、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９と離間している。
【００５３】
図５（Ａ）は、図４に対応して第１仮想線の形状を示す図であり、図５（Ｂ）は、図４に対応して第２仮想線の形状を示す図である。図５（Ａ）には、第１仮想線７Ｈ上の点におけるＸＹ平面内での接線７Ｔ１、７Ｔ２、７Ｔ３、７Ｔ４が示されている。接線７Ｔ１は、基端点７ＨＴＥにおける接線であり、接線７Ｔ２は、接線７Ｔ１の接点よりも先端点７ＨＲＥ側の第１仮想線７Ｈ上の点における接線であり、接線７Ｔ３は、接線７Ｔ２の接点よりも先端点７ＨＲＥ側の第１仮想線７Ｈ上の点における接線であり、接線７Ｔ４は、先端点７ＨＲＥにおける接線である。図５（Ａ）に示すように、第１仮想線７Ｈの接線は、接点が基端点７ＨＴＥ側から先端点７ＨＲＥ側に移動するに従って、接線７Ｔ１、接線７Ｔ２、接線７Ｔ３、及び、接線７Ｔ４の順に変化するように、Ｚ軸を回転軸として図５（Ａ）における時計回り方向（第１回転方向）に回転する。
【００５４】
また、図５（Ｂ）には、第２仮想線９Ｈ上の点におけるＸＹ平面内での接線９Ｔ１、９Ｔ２、９Ｔ３、９Ｔ４が示されている。接線９Ｔ１は、基端点９ＨＴＥ近傍の点における接線であり、接線９Ｔ２は、接線９Ｔ１の接点よりも先端点９ＨＲＥ側の第２仮想線９Ｈ上の点における接線であり、接線９Ｔ３は、接線９Ｔ２の接点よりも先端点９ＨＲＥ側の第２仮想線９Ｈ上の点における接線であり、接線９Ｔ４は、先端点９ＨＲＥにおける接線である。図５（Ｂ）に示すように、第２仮想線９Ｈの接線は、接点が基端点９ＨＴＥ側から先端点９ＨＲＥ側に移動するに従って、接線９Ｔ１、接線９Ｔ２、接線９Ｔ３、及び、接線９Ｔ４の順に変化するように、Ｚ軸を回転軸として図５（Ｂ）における時計回り方向（第１回転方向）に回転する。
【００５５】
また、図４に示すように、変位部１１は、本実施形態では、Ｚ軸方向から見て矩形状である。そして、第１仮想線７Ｈの少なくとも第１仮想線先端部７ＨＲと、第２仮想線９Ｈの少なくとも第２仮想線先端部９ＨＲとは、Ｚ軸方向から見て、変位部１１内の中心点１１Ｘに対して、略点対称に配置されていることが好ましい。
【００５６】
続いて、第１弾性体層１５、及び、第２弾性体層１７について説明する。第１弾性体層１５は、図２及び図３に示すように、第１圧電積層体７の基端部７Ｔの下面７ＴＤに設けられた第１領域１５Ａと、第２圧電積層体９の基端部９Ｔの下面９ＴＤに設けられた第２領域１５Ｂと、第１圧電積層体７の側面７Ｓに設けられた第３領域１５Ｃと、第２圧電積層体９の側面９Ｓに設けられた第４領域１５Ｄと、第１圧電積層体７の先端部７Ｒの下面７ＲＤに設けられた第５領域１５Ｅと、第２圧電積層体９の先端部９Ｒの下面９ＲＤに設けられた第６領域１５Ｆと、変位部１１の下面１１Ｄに設けられた第７領域１５Ｇと、からなる。
【００５７】
第１弾性体層１５は、第１圧電積層体７の上面７Ｕ、第２圧電積層体９の上面９Ｕ、及び、変位部１１の上面１１Ｕ以外の部分について、第１圧電積層体７と第２圧電積層体９と変位部１１を埋め込むように設けられている。これにより、第１弾性体層１５は、第１圧電積層体７の支持基板３と対向する下面７ＴＤ及び下面７ＲＤと、第２圧電積層体９の支持基板３と対向する下面９ＴＤ及び下面９ＲＤと、変位部１１の支持基板３と対向する下面１１Ｄと、第１圧電積層体７の側面７Ｓの一部と、第２圧電積層体９の側面９Ｓの一部と、変位部１１の側面１１Ｓの一部と、を接続するように本体部１３に固定されている。
【００５８】
そして、第１弾性体層１５は、ボンディング層５を介して支持基板３の主面３Ｍに固定されている。具体的には、第１弾性体層１５の第１領域１５Ａは、ボンディング層５の第１ボンディング部５Ａを介して支持基板３の主面３Ｍに固定され、第１弾性体層１５の第２領域１５Ｂは、ボンディング層５の第２ボンディング部５Ｂを介して支持基板３の主面３Ｍに固定され、第１弾性体層１５の第３領域１５Ｃは、ボンディング層５の第３ボンディング部５Ｃを介して支持基板３の主面３Ｍに固定され、第１弾性体層１５の第４領域１５Ｄは、ボンディング層５の第４ボンディング部５Ｄを介して支持基板３の主面３Ｍに固定されている。これにより、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１弾性体層１５の下面のうち、第１ボンディング部５Ａ、第２ボンディング部５Ｂ、第３ボンディング部５Ｃ、及び、第４ボンディング部５Ｄと接する面以外の非ボンディング面１５Ｒと、支持基板３の主面３Ｍとの間には、非ボンディング面１５Ｒと接する空間ギャップ５Ｇが形成されている。本実施形態においては、空間ギャップ５ＧのＺ軸方向の高さは、ボンディング層５のＺ軸方向の厚さと等しい。
【００５９】
第１弾性体層１５は、例えば、ポリイミド樹脂、ポリイミドシリコン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素系樹脂、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂等の弾性体材料からなる。第１弾性体層１５は、本体部１３を構成する材料よりも弾性率の低い材料からなることが好ましい。何故なら、本体部１３の変位に追従して弾性変形し易くなるためである。また、第１弾性体層１５は、本体部１３との接着性の良い材料からなることが好ましい。また、第１弾性体層１５は、第１弾性体層１５が繰り返し変形した場合であっても本体部１３から剥離し難くなるような弾性及び本体部１３との密着性を有することが好ましい。第１弾性体層１５のＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、及び、変位部１１を埋め込んでいない部分において、例えば１μｍ〜１０μｍとすることができる。
【００６０】
第２弾性体層１７は、図２及び図３に示すように、本体部１３及び第１弾性体層１５の略上面全体に形成されている。これにより、第２弾性体層１７は、第１弾性体層１５の上面１５Ｕのうち、第１ボンディング部５Ａ、第２ボンディング部５Ｂ、第３ボンディング部５Ｃ、及び、第４ボンディング部５Ｄの上方の領域である第１領域１５Ａ、第２領域１５Ｂ、第３領域１５Ｃ、及び、第４領域１５Ｄと、第１圧電積層体７の上面７Ｕと、第２圧電積層体９の上面９Ｕとを接続するように、本体部１３上に固定されている。また、第２弾性体層１７の本体部１３の上部には、第２弾性体層１７を厚さ方向に貫通し、断面が円形のホール部１７Ｈが形成されている。そのため、本体部１３の変位部１１は、露出している。
【００６１】
また、第２弾性体層１７には、第１スリット構造１７Ｓ１と、第２スリット構造１７Ｓ２が形成されている。第１スリット構造１７Ｓ１は、第１仮想線７Ｈとそれぞれ交差する方向に延びると共に、第１仮想線７Ｈに沿って並ぶ複数のスリットからなる。同様に、第２スリット構造１７Ｓ２は、第２仮想線９Ｈとそれぞれ交差する方向に延びると共に、第２仮想線９Ｈに沿って並ぶ複数のスリットからなる。
【００６２】
このような第１スリット構造１７Ｓ１と第２スリット構造１７Ｓ２を設ける目的は、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９の変位方向を異方性化すること、及び、製品信頼性を向上させることにある。具体的に説明すると、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９に接する第２弾性体層１７は、外気等の外部環境から製品を保護すること、及び、可動部となる本体部１３と、非可動部となるボンディング層５及び第１弾性体層１５との接合界面周辺に加わる応力による製品劣化（接合界面の剥離、信頼性低下）を抑制することを目的としている。この際、第１圧電積層体７や第２圧電積層体９に接する材料が増えることで本体部１３の変位量が低下する可能性がある。しかしながら、本体部１３の上面に接する第２弾性体層１７に第１スリット構造１７Ｓ１と第２スリット構造１７Ｓ２を設けることで、本体部１３の変位を阻害することなく、上記の目的を達成することができる。さらに、スリットの形状、大きさにより本体部１３の変位方向に異方性化することができるので、本体部１３の変位方向の制御性が向上する。
【００６３】
第２弾性体層１７は、例えば、ポリイミド、シリコーン、エポキシ、アクリル、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等の樹脂に加え、金属、セラミックなどからなる薄膜材料であっても良い。第２弾性体層１７は、本体部１３を構成する材料よりも弾性率の低い材料からなることが好ましい。何故なら、本体部１３の変位に追従して弾性変形し易くなるためである。第２弾性体層１７は、第１弾性体層１５が本体部１３を支持固定できて、充分な信頼性を維持できる場合は無くても良い。圧電アクチュエータ１が第２弾性体層１７を備える場合は、本体部１３の変位を大きく阻害するものは好ましくない。この観点から、第２弾性体層１７が本体部１３より充分薄い薄膜として構成される場合は、第２弾性体層１７を比較的大きな弾性率の材料で構成することもできるが、第２弾性体層１７が本体部１３よりも厚い場合は、本体部１３を構成する材料よりも弾性率の小さい材料で第２弾性体層１７を構成することが好ましい。第２弾性体層１７のＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、例えば０．０１μｍ〜１０μｍとすることができる。
【００６４】
次に、圧電アクチュエータ１の動作について説明する。図６は、本体部の平面図である。圧電アクチュエータ１を動作させる際には、第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂに電気的に接続された電極パッド（図１〜図６においては図示せず、図１６参照）と、第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃに電気的に接続された電極パッド（図１〜図６においては図示せず、図１６参照）間に、電圧を印加する。すると、逆圧電効果により、印加する電圧の極性に応じて、第１圧電体層７ａ及び第２圧電体層９ａが、それらの面内（ＸＹ平面内）において伸びる、又は、縮むように変位する。このような第１圧電体層７ａ及び第２圧電体層９ａの面内おける伸縮は、第１圧電積層体７や第２圧電積層体９の延び方向に沿った方向で最も大きくなり、この延び方向の長さが長い程大きくなる。そのため、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、それぞれ第１仮想線７Ｈ及び第２仮想線９Ｈに沿って伸縮する。
【００６５】
本実施形態においては、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、第１圧電積層体７が逆圧電効果によって第１仮想線７Ｈに沿って伸びると同時に第２圧電積層体９が逆圧電効果によって第２仮想線９Ｈに沿って伸びた際に、矢印１１Ｙに示す回転方向（第１回転方向、図６における反時計回り方向）に変位部１１を回転させるように、それぞれ変位部１１に固定されている。そのため、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９を伸縮させると、これらの変位は直接変位部１１に伝わり、変位部１１は、Ｚ軸方向から見て中心点１１Ｘを回転中心として、第１回転方向、及び、第一回転方向とは逆の回転方向（図６における時計回り方向）に回転する。
【００６６】
即ち、変位部１１の回転方向は、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９の伸縮方向により決まる。具体的には、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９に対して、それらの分極方向に電圧を印加すると、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は厚さ方向に伸び、第１仮想線７Ｈ及び第２仮想線９Ｈに沿った方向に縮むため、変位部１１は、矢印１１Ｙに示す回転方向に回転する。一方、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９に対して、それらの分極方向と逆方向に電圧を印加すると、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は厚さ方向に縮み、第１仮想線７Ｈ及び第２仮想線９Ｈに沿った方向に伸びるため、変位部１１は、矢印１１Ｙに示す回転方向とは逆方向に回転する。
【００６７】
上述のような本実施形態の圧電アクチュエータ１によれば、以下の理由により、構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象である変位部１１の変位量を大きくしつつ変位対象である変位部１１を精密に変位させることが可能となる。
【００６８】
本実施形態の圧電アクチュエータ１においては、第１圧電積層体７は、その基端部７Ｔのみにおいて第１弾性体層１５の第１領域１５Ａを介して支持基板３の主面３Ｍに第１ボンディング部５Ａによって固定され、第２圧電積層体９は、その基端部９Ｔのみにおいて第１弾性体層１５の第２領域１５Ｂを介して支持基板３の主面３Ｍに第２ボンディング部５Ｂによって固定されており、ボンディング層５及び第２圧電積層体９は、支持基板３の主面３Ｍの上方に固定されている（図２〜図４参照）。
【００６９】
その上、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９の下面７ＴＤ、７ＲＤ、９ＴＤ、９ＲＤと側面７Ｓ、９Ｓには第１弾性体層１５が固定され、第１弾性体層１５の非ボンディング面１５Ｒと、支持基板３の主面３Ｍとの間には、非ボンディング面１５Ｒと接する空間ギャップ５Ｇが形成されている。これにより、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、それらの基端部７Ｔ、９Ｔ以外の部分において、支持のための剛性の高い部材に固定されていない。そのため、第１圧電積層体７や第２圧電積層体９の変位が、剛性の高い部材によって妨げられることはない。さらに、第１圧電積層体７の先端部７Ｒと第２圧電積層体９の先端部９Ｒとの間に、直接変位対象である変位部１１が固定されている。その結果、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、構造が簡単であり、変位の伝達効率が高くなる。
【００７０】
また、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９の下面７ＴＤ、７ＲＤ、９ＴＤ、９ＲＤと第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９の側面７Ｓ、９Ｓとを接続する第１弾性体層１５を備え、この第１弾性体層１５は、第１領域１５Ａ、第２領域１５Ｂ、第３領域１５Ｃ、及び、第４領域１５Ｄにおいて、支持基板３の主面３Ｍに固定されている（図２〜図４参照）。これにより、第１圧電積層体７の先端部７Ｒ及び第２圧電積層体９の先端部９Ｒの下面７ＲＤ、９ＲＤと側面７Ｓ、９Ｓは、第１弾性体層１５を介して、間接的に支持基板３の主面３Ｍに支持される。さらに、第１弾性体層は、弾性材料からなるため、第１圧電積層体の先端部７Ｒ及び第２圧電積層体の先端部９Ｒの下面７ＲＤ、９ＲＤや側面７Ｓ、９Ｓが剛性の高い部材によって直接支持される場合と比較して、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９の変位が妨げられ難い。
【００７１】
これにより、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９をそれぞれ第１仮想線７Ｈ及び第２仮想線９Ｈに沿って長く延ばした形状にしても、支持基板３によって第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９を十分に支持することができる。そのため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体が、逆圧電効果とは無関係に変位してしまったりする事（例えば、図６において、第１圧電積層体７や第２圧電積層体９に電圧を印加していないときに、変位部１１がＸＹ平面内で回転したり、Ｚ軸方向に変位したりする事）や、予期しない態様で変位してしまったりする事（例えば、図６において、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９を逆圧電効果によって伸縮させた際に、変位部１１がＺ軸方向に変位してしまったり、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９が、それぞれ第１仮想線７Ｈ及び第２仮想線９Ｈと交差する方向に大きく変位してしまったりする事）を抑制することができる。その結果、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、変位対象である変位部１１の変位量を大きくすることと、変位部１１を精密に変位させることの両立が可能となる。
【００７２】
以上の理由により、本実施形態の圧電アクチュエータ１によれば、構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象である変位部１１の変位量を大きくしつつ変位対象である変位部１１を精密に変位させることが可能となる。
【００７３】
さらに、本実施形態の圧電アクチュエータ１では、支持基板３の主面３Ｍと平行な面内において、第１仮想線７Ｈの接線７Ｔ１、７Ｔ２、７Ｔ３、７Ｔ４は、それらの接点が第１仮想線７Ｈの第１圧電積層体７の基端部７Ｔに対応する基端点７ＨＴＥ側から第１圧電積層体７の先端部７Ｒに対応する先端点７ＨＲＥ側に移動するに従って、Ｚ軸方向を回転軸とする回転方向（第１回転方向）に回転し、支持基板３の主面３Ｍと平行な面内において、第２仮想線９Ｈの接線９Ｔ１、９Ｔ２、９Ｔ３、９Ｔ４は、接点が第２仮想線９Ｈの第２圧電積層体９の基端部９Ｔに対応する基端点９ＨＴＥ側から第２圧電積層体９の先端部９Ｒに対応する先端点９ＨＲＥ側に移動するに従って、Ｚ軸方向を回転軸とする回転方向（第１回転方向）に回転している（図４及び図５参照）。
【００７４】
そのため、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、Ｚ軸方向を回転軸とする回転方向（第１回転方向）に沿って曲線的に曲がりながら延びる形状となる（図４及び図５参照）。そのため、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９を直線的に同じ長さ延びる形状とした場合と比較して、変位部１１の変位量を同等に保ちつつ、圧電アクチュエータ１全体の形状を小型化することが可能となる。なお、第１仮想線７Ｈの一部における接線について、それらの接点が第１仮想線７Ｈの第１圧電積層体７の基端部７Ｔに対応する基端点７ＨＴＥ側から第１圧電積層体７の先端部７Ｒに対応する先端点７ＨＲＥ側に移動するに従って、Ｚ軸方向を回転軸とする回転方向（第１回転方向）に回転すれは、変位部１１の変位量を同等に保ちつつ、圧電アクチュエータ１全体の形状を小型化することが可能という効果を得ることができる。同様に、第２仮想線９Ｈの一部における接線について、それらの接点が第２仮想線９Ｈの第２圧電積層体９の基端部９Ｔに対応する基端点９ＨＴＥ側から第２圧電積層体９の先端部９Ｒに対応する先端点９ＨＲＥ側に移動するに従って、Ｚ軸方向を回転軸とする回転方向（第１回転方向）に回転すれは、変位部１１の変位量を同等に保ちつつ、圧電アクチュエータ１全体の形状を小型化することが可能という効果を得ることができる。
【００７５】
さらに、本実施形態の圧電アクチュエータ１においては、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、第１圧電積層体７が第１仮想線７Ｈに沿って逆圧電効果によって伸びると同時に第２圧電積層体９が逆圧電効果によって第２仮想線９Ｈに沿って伸びた際に、Ｚ軸方向を回転軸とする第１回転方向に変位部１１を回転させるように、それぞれ変位部１１に固定されている（図６参照）上、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、上述のようにＺ軸方向を回転軸とする第１回転方向に沿って曲線的に曲がりながら延びる形状となっている。これにより、第１圧電積層体７を第１仮想線７Ｈに沿って伸縮させると、第１圧電積層体７の先端部７Ｒは、第１回転方向に沿うように伸縮する。同様に、第２圧電積層体９を第２仮想線９Ｈに沿って伸縮させると、第２圧電積層体９の先端部９Ｒは、第１回転方向に沿うように伸縮する。その結果、変位部１１を回転させる際の変位の伝達効率がさらに高くなっている。
【００７６】
さらに、本実施形態の圧電アクチュエータ１においては、好ましは、第１仮想線７Ｈの少なくとも第１仮想線先端部７ＨＲと、第２仮想線９Ｈの少なくとも第２仮想線先端部９ＨＲとは、Ｚ軸方向から見て、変位部１１内の中心点１１Ｘに対して略点対称に配置されている（図４及び図６参照）。
【００７７】
この場合、第１圧電積層体７の先端部７Ｒと、第２圧電積層体９の先端部９Ｒは、逆圧電効果によって変位部１１内の中心点１１Ｘに対して略点対称に伸縮する。そのため、変位部１１を回転させる際の変位の伝達効率がさらに高くなる。
【００７８】
さらに、本実施形態の圧電アクチュエータ１においては、変位部１１は、第３上部電極層１１ｂ、第３下部電極層１１ｃ、及び、第３圧電体層１１ａを含み、第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａは、一体形成されており、第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂは、一体形成されており、第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃは、一体形成されている（図２〜図４参照）。そのため、第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、及び、変位部１１は、一体形成されている。これにより、第１圧電積層体７と第２圧電積層体９を逆圧電効果によって伸縮させるためには、第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂのいずれかと、第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃのいずれかと、の間に電圧を印加すればよいため、圧電アクチュエータ１全体の構造を簡単にすることができる（図１６参照）。
【００７９】
さらに、本実施形態の圧電アクチュエータ１においては、第２弾性体層１７には、第１仮想線７Ｈとそれぞれ交差する方向に延びると共に第１仮想線７Ｈに沿って並ぶ複数のスリットからなる第１スリット構造１７Ｓ１と、第２仮想線９Ｈとそれぞれ交差する方向に延びると共に第２仮想線９Ｈに沿って並ぶ複数のスリットからなる第２スリット構造１７Ｓ２が形成されている（図１〜図３参照）。これにより、第１圧電積層体７は逆圧電効果によって第１仮想線７Ｈに沿って伸縮しやすくなり、第２圧電積層体９は逆圧電効果によって第２仮想線９Ｈに沿って伸縮しやすくなる。その結果、変位の伝達効率をさらに高くすることが可能となっている。
【００８０】
次に、本実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法について説明する。本実施形態に係る圧電アクチュエータは、通常、大型の仮基板を用いて多数個の圧電アクチュエータを同時に製造するが、以下の説明においては、１個の圧電アクチュエータを製造する場合を中心に説明する。
【００８１】
図７（Ａ）、図８（Ａ）、図９（Ａ）、図１０（Ａ）、図１２（Ａ）、図１３（Ａ）、図１４（Ａ）、図１５（Ａ）、及び、図１６（Ａ）は、本実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図である。図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図８（Ｂ）、及び、図８（Ｃ）は、それぞれ図７（Ａ）におけるVIIB−VIIB線、VIIC−VIIC線、図８（Ａ）におけるVIIIB−VIIIB線、及び、VIIIC−VIIIC線に沿った断面図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）におけるIXB−IXBに沿った断面図であり、図１０（Ｂ）、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）、及び、図１１（Ｄ）は、それぞれ、図１０（Ａ）のXB−XB線、XIA−XIA線、XIB−XIB線、XIC−XIC線、及び、XID−XID線に沿った断面図であり、図１２（Ｂ）、及び、図１３（Ｂ）は、それぞれ図１２（Ａ）のXIIB−XIIB線、及び、図１３（Ａ）のXIIIB−XIIIB線に沿った断面図であり、図１４（Ｂ）、及び、図１４（Ｃ）は、それぞれ図１４（Ａ）のXIVB−XIVB線、及び、XIVC−XIVC線に沿った断面図であり、図１５（Ｂ）、及び、図１６（Ｂ）は、それぞれ図１５（Ａ）のXVB−XVB線、及び、図１６（Ａ）のXVIB−XVIB線に沿った断面図である。
【００８２】
（本体部形成工程）
本実施形態の圧電アクチュエータの製造方法においては、まず、図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、仮基板２１上に、例えば、蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法や、ＭＯＤ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）による金属有機化合物溶液を基板上に塗布し加熱して熱分解を行う化学溶液プロセス、ＡＤ法（Ａｅｒｏｓｏｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による材料微粒子をガスと混合してエアロゾル化し高速で基板に衝突させ、解放された運動エネルギーを利用して基板−粒子間、粒子同士を結合する方法などを用いて、バッファ層２５、第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、及び、変位部１１を有する本体部１３と、金属層９ｄと、を順次積層する。これらの層の積層には、エピタキシャル成長法を用いることができる。より具体的に説明すると、まず、仮基板２１上にバッファ層２５をエピタキシャル成長させる。バッファ層２５は、例えば（１００）方向、（０１０）方向、又は（００１）方向に配向し、その上面が{１１１}ファセット面であるエピタキシャル成長膜とすることができる。
【００８３】
続いて、バッファ層２５上に本体部下部電極層（第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃ）、及び、本体部圧電体層（第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａ）を順にエピタキシャル成長させ、更に本体部圧電体層上に本体上部電極層（第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂ）を形成する。なお、この本体上部電極層はエピタキシャル成長膜でなくてもよい。これにより、仮基板２１、バッファ層２５、本体部下部電極層、本体部圧電体層、及び、本体部上部電極層からなる積層体が形成される。バッファ層２５のシード層としての効果により、本体部圧電体層は、その結晶配向方向が分極方向（００１）に揃った配向圧電体膜となるため、自発分極を有する。
【００８４】
仮基板２１としては、例えばシリコン（Ｓｉ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等からなる結晶性を有する基板を用いることができる。バッファ層２５を構成する材料としては、例えばジルコニア等の酸化物を用いることができる。バッファ層２５は、仮基板２１と本体部圧電体層との格子定数マッチングの制御、及び、本体部圧電体層の配向方向の制御を行うために設けられている。
【００８５】
第１圧電積層体７は、第１上部電極層７ｂ、第１下部電極層７ｃ、及び、これらの間に介在する第１圧電体層７ａを含む。第２圧電積層体９は、第２上部電極層９ｂ、第２下部電極層９ｃ、及び、これらの間に介在する第２圧電体層９ａを含む。変位部１１は、第３上部電極層１１ｂ、第３下部電極層１１ｃ、及び、これらの間に介在する第３圧電体層１１ａを含む。第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａは、一体形成し、第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂは、一体形成し、第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃは、一体形成する。第１圧電積層体７は、第１仮想線７Ｈに沿って延び、第２圧電積層体９は、第２仮想線９Ｈに沿って延びるようにする。金属層９ｄは、本体部１３と離間して、第２圧電積層体９に近接する位置に設けられる。
【００８６】
このような本体部１３は、例えば、第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃと同様の材料からなる層と、第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａと同様の材料からなる層と、第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂと同様の材料からなる層をこの順に仮基板２１上の全面に形成し、フォトリソグラフィー法によって、所定の形状に加工することにより、形成することができる。金属層９ｄは、例えば、第２下部電極層９ｃと同様の材料で形成することができ、フォトリソグラフィー法によって、所定の位置に所定の形状で形成することができる。
【００８７】
（第１弾性体層形成工程）
続いて、図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、本体部１３を覆うように第１弾性体層１５を形成する。この際、金属層９ｄの少なくとも一部と、第２上部電極層９ｂの一部が露出するように、第１弾性体層１５に２つのスルーホール１５ｈを形成する。第１弾性体層１５の形成は、例えば、スピン塗布法によって行うことができる。これにより、第１弾性体層１５の上面は、略平坦になるようにする。本体部１３は、第１弾性体層１５内に埋め込まれる。また、第１弾性体層１５は、第１圧電積層体７の基端部７Ｔ上に設けられた第１領域１５Ａと、第２圧電積層体９の基端部９Ｔ上に設けられた第２領域１５Ｂと、第１圧電積層体７の側面に設けられた第３領域１５Ｃと、第２圧電積層体９の側面に設けられた第４領域１５Ｄと、第１圧電積層体７の先端部７Ｒ上に設けられた第５領域１５Ｅと、第２圧電積層体９の先端部９Ｒ上に設けられた第６領域１５Ｆと、変位部１１上に設けられた第７領域１５Ｇと、からなる。
【００８８】
（電気接続工程）
続いて、図９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、２つのスルーホール１５ｈを介して金属層９ｄと第２上部電極層９ｂとを電気的に接続するように、露出した金属層９ｄから露出した第２上部電極層９ｂに亘って、例えば真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法や電解メッキや導電性樹脂の印刷等によって、例えば銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）等からなる金属導体層２３を形成する。
【００８９】
（ボンディング層形成工程）
続いて、図１０（Ａ）（Ｂ）及び図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に示すように、第１弾性体層１５上にボンディング層５を形成する。ボンディング層５は、第１弾性体層１５の第１領域１５Ａの一部、第２領域１５Ｂの一部、第３領域１５Ｃの一部、及び、第４領域１５Ｄの一部、を覆うと共に、これらの領域以外の第１弾性体層１５（非ボンディング面１５Ｒ）を露出させるパターンを有する。
【００９０】
このようなパターンを有するボンディング層５は、例えば、ボンディング層５を形成する材料として感光性の材料を用いる場合、ボンディング層５を第１弾性体層１５上の全面に形成した後、ボンディング層５を露光及び現像し、所定の形状に加工することにより形成することができる。また、ボンディング層５を形成する材料として非感光性の材料を用いる場合、ボンディング層５を第１弾性体層１５上の全面に形成した後、その層上にレジスト層を形成し、フォトリソグラフィー法によってボンディング層５を所定の形状に加工することにより、上述のようなパターンを有するボンディング層５を形成することができる。
【００９１】
（支持基板固定工程）
続いて、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように、ボンディング層５上に支持基板３を固定する。ボンディング層５上への支持基板３の固定は、例えば、ボンディング層５上に支持基板３を押し付けた状態でボンディング層５を加熱することにより行うことができる。これにより、非ボンディング面１５Ｒと、支持基板３の主面３Ｍとの間に、非ボンディング面１５Ｒと接する空間ギャップ５Ｇを形成する。
【００９２】
（仮基板除去工程）
続いて、図１３（Ａ）（Ｂ）に示すように、仮基板２１を除去する。これにより、バッファ層２５が露出する。仮基板２１の除去は、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法やウェットエッチング法により行うことができる。このバッファ層２５はジルコニア等の酸化物膜からなるため、本工程において仮基板２１をエッチングによって除去する場合、バッファ層２５はバリア層（エッチングストッパー層）として機能する。
【００９３】
（バッファ層除去工程）
続いて、図１４（Ａ）（Ｂ）に示すように、仮基板除去工程後に露出したバッファ層２５の所定箇所を、フォトリソグラフィー法とエッチング工程により除去する。これにより、変位部１１の上方、第１圧電積層体７の基端部の上方、第２圧電積層体９の基端部の上方、及び、スルーホール１５ｈの上方以外の領域にあるバッファ層２５を除去する。
【００９４】
（電極パッド形成工程）
続いて、図１５（Ａ）（Ｂ）に示すように、２つのスルーホール１５ｈの上方の第２下部電極層９ｃと金属層９ｄ上に、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法や電解メッキや導電性樹脂の印刷等によって、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等の金属導体等からなる２つの電極パッド２７を形成する。これにより、一方の電極パッド２７は、第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃと電気的に接続され、他方の電極パッド２７は、第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂと電気的に接続される。
【００９５】
（第２弾性体層形成工程）
続いて、図１６（Ａ）（Ｂ）に示すように、仮基板除去工程において仮基板２１が除去されることにより露出した第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、変位部１１、及び、第１弾性体層１５上に、第２弾性体層１７を形成する。この際、第２弾性体層１７によって、第１弾性体層１５の露出面のうちボンディング層５の上方の領域と、第１圧電積層体７の上面と、第２圧電積層体９の上面とが接続されるようにする。また、第２弾性体層１７には、第１スリット構造１７Ｓ１と、第２スリット構造１７Ｓ２を形成する。このような第２弾性体層１７の形成は、例えば、スピン塗布法によって第２弾性体層１７を全面に形成した後、フォトリソグラフィー法によって、所定の形状に加工することにより、行うことができる。その後、ダイシンング加工等を行い、個別の素子ごとの個片化を行う。このような工程を経ることにより、本実施形態の圧電アクチュエータ１が製造される。
【００９６】
本実施形態の圧電アクチュエータの製造方法によれば、得られる圧電アクチュエータ１は、上述のような特徴を有するため、構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象の変位量を大きくしつつ変位対象を精密に変位させることが可能となる。
【００９７】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形態様が可能である。
【００９８】
例えば、上述の実施形態においては、第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、及び、変位部１１は、一体形成されているが（図２及び図３参照）、これらは、別々の部材であってもよい。この場合、変位部１１は、圧電体層（第３圧電体層１１ａ）を有していなくてもよい。さらに、この場合、第１圧電積層体７に電圧を印加するための一対の第１電極パッド対と、第２圧電積層体９に電圧を印加するための一対の第２電極パッド対を圧電アクチュエータ１に設けることにより、第１圧電積層体７と第２圧電積層体９を別々の態様（例えば、一方がその延び方向に沿って逆圧電効果によって伸びたとき、他方がその延び方向に沿って逆圧電効果によって縮む態様）で、それぞれ変位させることができる。これにより、例えば変位部１１を、支持基板３の主面３Ｍと平行な方向に直線的に変位させることができる。即ち、第１圧電積層体７と第２圧電積層体９は、変位部１１を支持基板３の主面３Ｍと平行な方向に直線的に変位させるように、それぞれ変位部１１に固定されていてもよい。
【００９９】
また、上述の実施形態においては、第１仮想線７Ｈは曲線的であったが、直線であってもよい。即ち、第１圧電積層体７は、支持基板３の主面３Ｍと平行な面内において、直線的に延びる形状であってもよい。同様に、上述の実施形態においては、第２仮想線９Ｈは曲線的であったが、直線であってもよい。即ち、第２圧電積層体９は、支持基板３の主面３Ｍと平行な面内において、直線的に延びる形状であってもよい。
【０１００】
また、上述の実施形態においては、第２弾性体層１７には、第１スリット構造１７Ｓ１と第２スリット構造１７Ｓ２が形成されているが、第２弾性体層１７には、これらの構造が形成されていなくてもよい。
【０１０１】
また、上述の実施形態においては、圧電アクチュエータ１は、第２弾性体層１７を備えているが、第２弾性体層１７を備えていなくてもよい。
【０１０２】
また、上述の実施形態においては、非ボンディング面１５Ｒと支持基板３の主面３Ｍ
圧電アクチュエータ１には空間ギャップ５Ｇが形成されているが（図３参照）、非ボンディング面１５Ｒは、第１ボンディング部５Ａ、第２ボンディング部５Ｂ、第３ボンディング部５Ｃ、及び、第４ボンディング部５Ｄよりも弾性率の低い部材（例えば、ゴム弾性を有する弾性部材）によって支持基板３の主面３Ｍに固定されていてもよい。このような場合であっても、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、それらの基端部７Ｔ、９Ｔ以外の部分において、支持のための剛性の高い部材に固定されていないため、第１圧電積層体７や第２圧電積層体９の変位が、剛性の高い部材によって妨げられることはない。その結果、構造が簡単であり、変位の伝達効率が高い圧電アクチュエータとすることができる。
【０１０３】
また、上述のような圧電アクチュエータ１において、非ボンディング面１５Ｒと支持基板３の主面３Ｍとが固定されていなければ、空間ギャップ５Ｇは有機材料、無機材料、金属材料などからなる部材で埋められていてもよい。例えば、非ボンディング面１５Ｒとの動摩擦係数が十分に低い部材で空間ギャップ５Ｇを埋めた態様、即ち、本体部１３が変位した場合に、空間ギャップ５Ｇを埋めた部材と接する面において本体部１３が滑るような態様も可能である。このような場合であっても、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、それらの基端部７Ｔ、９Ｔ以外の部分において、支持のための剛性の高い部材に固定されていないため、第１圧電積層体７や第２圧電積層体９の変位が、剛性の高い部材によって妨げられることはない。その結果、構造が簡単であり、変位の伝達効率が高い圧電アクチュエータとすることができる。
【０１０４】
また、上述の圧電アクチュエータ１は、本体部１３を変位させた際に本体部１３がＸＹ平面内で広がることを有効に抑制するためのガイド部をさらに備えていてもよい。具体的には、圧電アクチュエータ１は、例えば、Ｚ軸の正方向から見て、第２弾性体層１７の側面を囲うように第２弾性体層１７に近接又は接すると共に、支持基板３との相対位置が固定されたガイド部としての枠部材をさらに備えていてもよい。このようなガイド部を設けることにより、本体部１３がＸＹ平面で広がることが抑制されるため、本体部１３を変位させた際の変位部１１の回転変位効率を向上させることができる。なお、このようなガイド部は、支持基板３と一体形成されたものであってもよいし、支持基板３とは別部材であって支持基板３との相対位置が固定されたものであってもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１・・・圧電アクチュエータ、３・・・支持基板、３Ｍ・・・支持基板の主面、５・・・ ボンディング層、５Ａ・・・第１ボンディング部、５Ｂ・・・第２ボンディング部、５Ｃ・・・第３ボンディング部、５Ｄ・・・第４ボンディング部、５Ｇ・・・空間ギャップ、７・・・第１圧電積層体、７ａ・・・第１圧電体層、７ｂ・・・第１上部電極層、７ｃ・・・第１下部電極層、７Ｈ・・・第１仮想線、７Ｒ・・・先端部、７ＲＤ・・・第１圧電積層体の先端部の下面、７Ｓ・・・第１圧電積層体の側面、７Ｔ・・・第１圧電積層体の基端部、７ＴＤ・・・第１圧電積層体の基端部の下面、９・・・第２圧電積層体、９ａ・・・第２圧電体層、９ｂ・・・第２上部電極層、９ｃ・・・第２下部電極層、９Ｈ・・・第２仮想線、９Ｒ・・・第２圧電積層体の先端部、９ＲＤ・・・第２圧電積層体の先端部の下面、９Ｓ・・・第２圧電積層体の側面、９Ｔ・・・第２圧電積層体の基端部、９ＴＤ・・・第２圧電積層体の基端部の下面、１１・・・変位部、１３・・・本体部、１５・・・第１弾性体層、１５Ａ・・・第１弾性体層の第１領域、１５Ｂ・・・第１弾性体層の第２領域、１５Ｃ・・・第１弾性体層の第３領域、１５Ｄ・・・第１弾性体層の第４領域、１５Ｒ・・・非ボンディング面、１７・・・第２弾性体層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、磁気ディスク装置に使用されるヘッド支持機構が記載されている。このヘッド支持機構は、変位体としての薄膜圧電体素子（圧電積層体）を有する圧電アクチュエータを備える。この圧電アクチュエータによってヘッド支持機構のスライダ保持基板に固定された磁気ヘッドを微小変位させることにより、磁気ディスクに対して磁気ヘッドを高精度に位置決めすることが可能であることが記載されている。
【０００３】
また、下記特許文献２には、セラミックアクチュエータ（圧電アクチュエータ）が記載されている。このセラミックアクチュエータは、それぞれ片持ち梁構造として同一面上に相対して配置された変位体としての一対の圧電バイモルフ（圧電積層体）と、一対の圧電バイモルフのそれぞれの先端部に嵌合する連結体とを備えている。この一対の圧電バイモルフによって、連結体を変位させることが可能であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３４８０７号公報
【特許文献２】特開平４−３１３２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の圧電アクチュエータにおいて、変位体である薄膜圧電体素子は、変位対象であるヘッドスライダを所定の態様とするために構成される部材であるフレクシャに接着固定されている。フレクシャには、変位対象であるヘッドスライダが固定されるスライダ支持板がヒンジ部を介して接続されている。これにより、薄膜圧電体素子の直線的変位を、ヒンジ部を回転中心としたスライダ支持板の回転変位に変換している。このような圧電アクチュエータ及びフレクシャを有するサスペンション構造により、高精度なヘッド位置決めを実現している。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の圧電アクチュエータにおいては、薄膜圧電体素子の変位は、複数の伝達機構を介して制御対象のヘッドスライダに伝達される。そのため、このような圧電アクチュエータにおいては、アクチュエータ全体の構造が複雑となる上に、変位の伝達効率が低下したり、これらの伝達機構の伝達材の特性、寸法のずれに起因して制御対象のヘッドスライダ変位量にばらつきが生じたりする問題がある。
【０００７】
この点、上記特許文献２に記載の圧電アクチュエータにおいては、変位体である一対の圧電バイモルフは、片持ち梁構造として基板に支持されており、一対の圧電バイモルフのうち基板に固定した部分以外の領域は、変位を阻害する部材に接触していない。即ち、一対の圧電バイモルフのうち基板に固定した基端部分以外は、基板から離れた状態になっている。その上、一対の圧電バイモルフを変位対象である連結体に直接固定している。そのため、圧電アクチュエータの構造は簡単になり、変位の伝達効率は高くなる。
【０００８】
上記特許文献２に記載の圧電アクチュエータのように変位体である圧電積層体が片持ち梁構造として基板に支持された圧電アクチュエータにおいて、変位対象の変位量を大きくするためには、圧電積層体を長手構造とし、圧電積層体の基板に支持された基端部分から変位体までの長さを長くする必要がある。しかしながら、圧電積層体の一部が基板から離れた構造を有する圧電アクチュエータにおいて、このように圧電積層体の長さを長くすると、基板による圧電積層体の支持が不十分になるため、圧電積層体が逆圧電効果とは無関係に変位してしまう事や圧電積層体が予期しない態様で変位してしまう事等が原因で、変位対象を精密に変位させることが困難となる。そのため、変位対象の変位量を大きくすることと、変位対象を精密に変位させることの両立が困難という問題がある。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象の変位量を大きくしつつ変位対象を精密に変位させることが可能な圧電アクチュエータ、及び、そのような圧電アクチュエータの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するため、本発明に係る圧電アクチュエータは、支持基板と、第１上部電極層、第１下部電極層、及び、これらの間に介在する第１圧電体層を含む第１圧電積層体と、第２上部電極層、第２下部電極層、及び、これらの間に介在する第２圧電体層を含む第２圧電積層体と、支持基板に対して相対的に変位可能な変位部とを有する本体部と、第１弾性体層と、を備え、本体部は、支持基板の主面の上方に設けられており、第１圧電積層体は、支持基板の主面と交差する方向を積層方向とし、支持基板の主面と平行な面内における第１仮想線に沿って延び、第２圧電積層体は、支持基板の主面と交差する方向を積層方向とし、支持基板の主面と平行な面内における第２仮想線に沿って延びると共に、第１圧電積層体と離間し、変位部は、第１圧電積層体の先端部と第２圧電積層体の先端部との間に固定され、第１弾性体層は、第１圧電積層体の支持基板と対向する下面と、第２圧電積層体の支持基板と対向する下面と、第１圧電積層体の側面の少なくとも一部と、第２圧電積層体の側面の少なくとも一部と、を接続するように本体部に固定されており、第１弾性体層のうち第１圧電積層体の基端部の下面に設けられた第１領域は、第１ボンディング部によって支持基板の主面に固定されており、第１弾性体層のうち第２圧電積層体の基端部の下面に設けられた第２領域は、第２ボンディング部によって支持基板の主面に固定されており、第１弾性体層のうち、第１圧電積層体の側面に設けられた第３領域の少なくとも一部は、第３ボンディング部によって支持基板の主面に固定されており、第１弾性体層のうち、第２圧電積層体の側面に設けられた第４領域の少なくとも一部は、第４ボンディング部によって支持基板の主面に固定されており、第１弾性体層の支持基板と対向する下面のうち、第１ボンディング部、第２ボンディング部、第３ボンディング部、及び、第４ボンディング部と接する面以外の非ボンディング面は、支持基板の主面に固定されていない、又は、第１ボンディング部、第２ボンディング部、第３ボンディング部、及び、第４ボンディング部よりも弾性率の低い部材によって支持基板の主面に固定されている。
【００１１】
本発明に係る圧電アクチュエータにおいては、第１圧電積層体は、その基端部のみにおいて第１弾性体層の第１領域を介して支持基板の主面に第１ボンディング部によって固定され、第２圧電積層体は、その基端部のみにおいて第１弾性体層の第２領域を介して支持基板の主面に第２ボンディング部によって固定されており、第１圧電積層体及び第２圧電積層体は、支持基板の主面の上方に固定されている。その上、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の下面と側面には第１弾性体層が固定され、第１弾性体層の非ボンディング面は、支持基板の主面に固定されていない、又は、第１ボンディング部、第２ボンディング部、第３ボンディング部、及び、第４ボンディング部よりも弾性率の低い部材によって支持基板の主面に固定されている。これにより、第１圧電積層体及び第２圧電積層体は、それらの基端部以外の部分において、支持のための剛性の高い部材に固定されていない。さらに、第１圧電積層体の先端部と第２圧電積層体の先端部との間に、直接変位対象である変位部が固定されている。その結果、本発明に係る圧電アクチュエータは、構造が簡単であり、変位の伝達効率が高くなる。
【００１２】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータにおいては、非ボンディング面と、支持基板の主面との間には、非ボンディング面と接する空間ギャップが形成されていることが好ましい。これにより、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の変位を阻害する要因がさらに減少する。その結果、本発明に係る圧電アクチュエータにおいては、変位の伝達効率がさらに高くなる。
【００１３】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータは、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の下面と側面を接続する第１弾性体層を備え、この第１弾性体層は、第１領域、第２領域、第３領域、及び、第４領域において、支持基板の主面に固定されている。これにより、第１圧電積層体の先端部及び第２圧電積層体の先端部の下面と側面は、第１弾性体層によって、間接的に支持基板の主面に支持される。さらに、第１弾性体層は、弾性材料からなるため、第１圧電積層体の先端部及び第２圧電積層体の先端部の下面や側面が剛性の高い部材によって直接支持される場合と比較して、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の変位が妨げられ難い。そのため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の形状をそれぞれ第１仮想線及び第２仮想線に沿って長く延ばしても、支持基板によって第１圧電積層体及び第２圧電積層体を十分に支持することができるため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体が、逆圧電効果とは無関係に変位してしまったり、予期しない態様で変位してしまったりする事を抑制することができる。その結果、本発明に係る圧電アクチュエータは、変位対象である変位部の変位量を大きくすることと、変位部を精密に変位させることの両立が可能となる。
【００１４】
以上より、本発明に係る圧電アクチュエータによれば、構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象の変位量を大きくしつつ変位対象を精密に変位させることが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータは、第１弾性体層の上面のうち第１ボンディング部、第２ボンディング部、第３ボンディング部、及び、第４ボンディング部の上方の領域と、第１圧電積層体の上面と、第２圧電積層体の上面と、を接続するように本体部に固定された第２弾性体層をさらに有することが好ましい。
【００１６】
これにより、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の上面は、第２弾性体層によって、間接的に支持基板の主面に支持される。さらに、第２弾性体層は、弾性材料からなるため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の上面が直接支持基板に支持される場合と比較して、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の変位が妨げられ難い。そのため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体が逆圧電効果とは無関係に変位してしまったり、予期しない態様で変位してしまったりする事を抑制することができる。その結果、変位対象である変位部の変位量をより大きくすること、及び、変位部をより精密に変位させることが可能となる。
【００１７】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータにおいて、第１弾性体層は、樹脂からなり、第２弾性体層は、樹脂からなることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータでは、支持基板の主面と平行な面内において、第１仮想線の少なくとも一部における接線は、接点が第１仮想線の第１圧電積層体の基端部に対応する端点側から第１圧電積層体の先端部に対応する端点側に移動するに従って、支持基板の主面と交差する方向を回転軸とする回転方向に回転し、支持基板の主面と平行な面内において、第２仮想線の少なくとも一部における接線は、接点が第２仮想線の第２圧電積層体の基端部に対応する端点側から第２圧電積層体の先端部に対応する端点側に移動するに従って、支持基板の主面と交差する方向を回転軸とする回転方向に回転することが好ましい。
【００１９】
これにより、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の少なくとも一部は、支持基板の主面と交差する方向を回転軸とする回転方向に沿って曲線的に曲がりながら延びる形状となる。そのため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体を直線的に同じ長さ延びる形状とした場合と比較して、変位体の変位量を同等に保ちつつ、圧電アクチュエータ全体の形状を小型化することが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータにおいて、第１圧電積層体及び第２圧電積層体は、第１圧電積層体が第１仮想線に沿って伸びると同時に第２圧電積層体が第２仮想線に沿って伸びた際に、支持基板の主面と交差する方向を回転軸とする第１回転方向に変位部を回転させるように、それぞれ変位部に固定されていることが好ましい。
【００２１】
これにより、第１回転方向に変位部を第１回転方向に回転させることが可能となる。
【００２２】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータでは、支持基板の主面と平行な面内において、第１仮想線の少なくとも第１圧電積層体の先端部に対応する部分における接線は、接点が第１仮想線の第１圧電積層体の基端部に対応する端点側から第１圧電積層体の先端部に対応する端点側に移動するに従って、上記第１回転方向に回転し、支持基板の主面と平行な面内において、第２仮想線の少なくとも第２圧電積層体の先端部に対応する部分における接線は、接点が第２仮想線の第２圧電積層体の基端部に対応する端点側から第２圧電積層体の先端部に対応する端点側に移動するに従って、第１回転方向に回転することが好ましい。
【００２３】
これにより、第１圧電積層体を第１仮想線に沿って伸縮させると、第１圧電積層体の先端部は、第１回転方向に沿うように伸縮する。同様に、第２圧電積層体を第２仮想線に沿って伸縮させると、第２圧電積層体の先端部は、第１回転方向に沿うように伸縮する。その結果、変位部を回転させる際の変位の伝達効率がさらに高くなる。
【００２４】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータにおいて、第１仮想線の少なくとも第１圧電積層体の先端部に対応する部分と、第２仮想線の少なくとも第２圧電積層体の先端部に対応する部分とは、支持基板の主面と垂直な方向から見て、変位部内の点に対して略点対称に配置されていることが好ましい。
【００２５】
これにより、第１圧電積層体の先端部と、第２圧電積層体の先端部は、変位部内の上記点に対して略点対称に伸縮する。その結果、変位部を回転させる際の変位の伝達効率がさらに高くなる。
【００２６】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータにおいて、変位部は、第３上部電極層、第３下部電極層、及び、第３圧電体層を含み、第１圧電体層、第２圧電体層、及び、第３圧電体層は、一体形成されており、第１上部電極層、第２上部電極層、及び、第３上部電極層は、一体形成されており、第１下部電極層、第２下部電極層、及び、第３下部電極層は、一体形成されていることが好ましい。これにより、圧電アクチュエータ全体の構造を簡単にすることができる。
【００２７】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータにおいて、第２弾性体層には、第１仮想線とそれぞれ交差する方向に延びると共に第１仮想線に沿って並ぶ複数のスリットからなる第１スリット構造と、第２仮想線とそれぞれ交差する方向に延びると共に第２仮想線に沿って並ぶ複数のスリットからなる第２スリット構造が形成されていることが好ましい。
【００２８】
これにより、第１圧電積層体は第１仮想線に沿って伸縮しやすくなり、第２圧電積層体は第２仮想線に沿って伸縮しやすくなる。その結果、変位の伝達効率をさらに高くすることが可能となる。
【００２９】
また、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、仮基板上に、第１上部電極層、第１下部電極層、及び、これらの間に介在する第１圧電体層を含み、仮基板の主面と平行な面内における第１仮想線に沿って延びる第１圧電積層体と、第１上部電極層、第１下部電極層、及び、これらの間に介在する第２圧電体層を含み、仮基板の主面と平行な面内における第２仮想線に沿って延びると共に、第１圧電積層体と離間する第２圧電積層体と、第１圧電体層の先端部と第２圧電体層の先端部との間に固定された変位部と、を有する本体部を形成する本体部形成工程と、本体部上に、この本体部を覆うように第１弾性体層を形成する第１弾性体層形成工程と、第１弾性体層のうち、第１圧電積層体の基端部上に設けられた第１領域、第２圧電積層体の基端部上に設けられた第２領域、第１圧電積層体の側面に設けられた第３領域の少なくとも一部、及び、第２圧電積層体の側面に設けられた第４領域の少なくとも一部、を覆うと共に、これらの領域以外の第１弾性体層を露出させるパターンを有するボンディング層を形成するボンディング層形成工程と、ボンディング層上に支持基板を固定することにより、第１弾性体層のうちボンディング層が形成されていない非ボンディング面と、支持基板の主面との間に、この非ボンディング面と接する空間ギャップを形成する支持基板固定工程と、仮基板を除去する仮基板除去工程とを備える。
【００３０】
本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法によれば、得られる圧電アクチュエータにおいて、第１圧電積層体は、その基端部のみにおいて第１弾性体層の第１領域を介して支持基板の主面に第１ボンディング部によって固定され、第２圧電積層体は、その基端部のみにおいて第１弾性体層の第２領域を介して支持基板の主面に第２ボンディング部によって固定されており、第１圧電積層体及び第２圧電積層体は、支持基板の主面の上方に固定されている。その上、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の下面と側面には第１弾性体層が固定され、第１弾性体層の非ボンディング面と、支持基板の前記主面との間には、非ボンディング部と接する空間ギャップが形成されている。そのため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体は、それらの基端部以外の部分において、支持のための剛性の高い部材に接触しない。さらに、第１圧電積層体の先端部と第２圧電積層体の先端部との間に、直接変位対象である変位部が固定されている。その結果、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法によれば、構造が簡単であり、変位の伝達効率が高い圧電アクチュエータが得られる。
【００３１】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法によれば、得られる圧電アクチュエータは、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の下面と側面を接続する第１弾性体層を備え、この第１弾性体層は、第１領域、第２領域、第３領域、及び、第４領域において、支持基板の主面に固定されている。これにより、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の下面と側面は、第１弾性体層によって、間接的に支持基板の主面に支持される。さらに、第１弾性体層は、弾性材料からなるため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の下面や側面が直接支持基板に支持される場合と比較して、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の変位が妨げられ難い。そのため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の形状をそれぞれ第１仮想線及び第２仮想線に沿って長く延ばしても、支持基板によって第１圧電積層体及び第２圧電積層体を十分に支持することができるため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体が逆圧電効果とは無関係に変位してしまったり、予期しない態様で変位してしまったりする事を抑制することができる。その結果、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法によれば、変位対象である変位部の変位量を大きくすることと、変位部を精密に変位させることの両立が可能な圧電アクチュエータが得られる。
【００３２】
以上より、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法によれば、構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象の変位量を大きくしつつ変位対象を精密に変位させることが可能な圧電アクチュエータが得られる。
【００３３】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、仮基板除去工程の後に、仮基板除去工程において仮基板が除去されることにより露出した第１圧電積層体、第２圧電積層体、及び、第１弾性体層上に、第１弾性体層の露出面のうちボンディング層の上方の領域と、第１圧電積層体の上面と、第２圧電積層体の上面と、を接続するように第２弾性体層を形成する第２弾性体層形成工程をさらに備えることが好ましい。
【００３４】
これにより、得られる圧電アクチュエータにおいて、第１圧電積層体及び第２圧電積層体は、第２弾性体層によって、間接的に支持基板の主面に支持される。さらに、第２弾性体層は、弾性材料からなるため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体上面が剛性の高い部材によって直接支持される場合と比較して、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の変位が妨げられ難い。そのため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体の形状をそれぞれ第１仮想線及び第２仮想線に沿って長く延ばしても、支持基板によって第１圧電積層体及び第２圧電積層体を十分に支持することができるため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体が逆圧電効果とは無関係に変位してしまったり、予期しない態様で変位してしまったりする事を抑制することができる。その結果、変位対象である変位部の変位量をより大きくすること、及び、変位部をより精密に変位させることが可能な圧電アクチュエータが得られる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象の変位量を大きくしつつ変位対象を精密に変位させることが可能な圧電アクチュエータ、及び、そのような圧電アクチュエータの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、実施形態の圧電アクチュエータの斜視図である。
【図２】図２は、実施形態の圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【図３】図３（Ａ）は、図１のIIIA−IIIA線に沿った圧電アクチュエータの断面図であり、図３（Ｂ）は、図１のIIIB−IIIB線に沿った圧電アクチュエータの断面図である。
【図４】図４は、圧電アクチュエータのうち、ボンディング層、第１圧電積層体、第２圧電積層体、及び、変位部のみを示す平面図である。
【図５】図５（Ａ）は、図４に対応して第１仮想線の形状を示す図であり、図５（Ｂ）は、図４に対応して第２仮想線の形状を示す図である。
【図６】図６は、本体部の平面図である。
【図７】図７（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）におけるVIIB−VIIB線に沿った断面図であり、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）におけるVIIC−VIIC線に沿った断面図である。
【図８】図８（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）におけるVIIIB−VIIIB線に沿った断面図であり、図８（Ｃ）は、図８（Ａ）におけるVIIIC−VIIIC線に沿った断面図である。
【図９】図９（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）におけるIXB−IXBに沿った断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のXB−XB線に沿った断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、図１０（Ａ）のXIA−XIA線に沿った断面図であり、図１１（Ｂ）は、図１０（Ａ）のXIB−XIB線に沿った断面図であり、図１１（Ｃ）は、図１０（Ａ）のXIC−XIC線に沿った断面図であり、図１１（Ｄ）は、図１０（Ａ）のXID−XID線に沿った断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のXIIB−XIIB線に沿った断面図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のXIIIB−XIIIB線に沿った断面図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のXIVB−XIVB線に沿った断面図であり、図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）のXIVC−XIVC線に沿った断面図である。
【図１５】図１５（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のXVB−XVB線に沿った断面図である。
【図１６】図１６（Ａ）は、実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図であり、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のXVIB−XVIB線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、実施の形態に係る圧電アクチュエータ、及び、圧電アクチュエータの製造方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００３８】
まず、本実施形態に係る圧電アクチュエータについて説明する。
【００３９】
図１は、本実施形態の圧電アクチュエータの斜視図であり、図２は、本実施形態の圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【００４０】
図１及び図２に示すように、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、主として、支持基板３と、ボンディング層５と、本体部１３と、第１弾性体層１５と、第２弾性体層１７と、を備えている。ボンディング層５、本体部１３、第１弾性体層１５、及び、第２弾性体層１７は、支持基板３の主面３Ｍ上に積層されている。なお、図１と図２においては、第２弾性体層１７は破線で示している。
【００４１】
支持基板３は、シリコン、ガラス、ステンレスなどの金属等からなる基板である。支持基板３は、剛性が高く、具体的には第１弾性体層１５や第２弾性体層１７よりも剛性が高い。なお、図１及び図２には、直交座標系２が示されており、支持基板３の厚さ方向をＺ軸方向に設定し、支持基板３の主面３Ｍと平行な方向にＸ軸とＹ軸を設定している。図３以下の各図面においても、必要に応じて直交座標系２を示している。
【００４２】
支持基板３のＸ軸方向の長さ、及び、Ｙ軸方向の長さは、特に制限されないが、例えばそれぞれ１ｍｍ〜５ｍｍ、及び、０．５ｍｍ〜３ｍｍとすることができる。支持基板３のＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、例えば０．０５ｍｍ〜２ｍｍとすることができる。
【００４３】
ボンディング層５は、主面３Ｍ上に積層されている。ボンディング層５は、支持基板３と第１弾性体層１５とを固定するための層であり、例えば、ポリイミド、エポキシ、アクリル等の接着剤からなる。ボンディング層５のＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、例えば、１μｍ〜５０μｍとすることができる。このようなボンディング層５によって、支持基板３と第１弾性体層１５とを確実に固定することができる。
【００４４】
図２に示すように、ボンディング層５は、主面３ＭのＸ軸負側の端部に設けられた第１ボンディング部５Ａと、主面３ＭのＸ軸正側の端部に設けられた第２ボンディング部５Ｂと、主面３ＭのＹ軸負側の端部に設けられた第３ボンディング部５Ｃと、主面３ＭのＹ軸正側の端部に設けられた第４ボンディング部５Ｄと、からなる。このように、ボンディング層５は、主面３Ｍの一部のみを覆うようなパターンを有している。
【００４５】
図１及び図２に示すように、本体部１３は、第１圧電積層体７と、第２圧電積層体９と、変位部１１と、を有している。また、図２及び図４に示すように、第１圧電積層体７は、主面３ＭのＸ軸負側の端部の上方に設けられた基端部７Ｔと、基端部７Ｔと連続し基端部７ＴよりもＸ軸正方向に設けられた先端部７Ｒと、からなる。第２圧電積層体９は、主面３ＭのＸ軸正側の端部の上方に設けられた基端部９Ｔと、基端部９Ｔと連続し基端部９ＴよりもＸ軸負方向に設けられた先端部９Ｒと、からなる。第１圧電積層体７と第２圧電積層体９とは離間しており、変位部１１は、先端部７Ｒと先端部９Ｒとの間に固定されている。
【００４６】
第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、及び、変位部１１の形状をより詳細に説明する。図３（Ａ）は、図１のIIIA−IIIA線に沿った圧電アクチュエータの断面図であり、図３（Ｂ）は、図１のIIIB−IIIB線に沿った圧電アクチュエータの断面図である。図４は、圧電アクチュエータのうち、ボンディング層、第１圧電積層体、第２圧電積層体、及び、変位部のみを示す平面図である。
【００４７】
図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１圧電積層体７は、Ｚ軸方向を積層方向とする積層体である。第１圧電積層体７は、第１圧電体層７ａを含み、第１圧電体層７ａは、第１上部電極層７ｂと第１下部電極層７ｃとの間に介在する。同様に、第２圧電積層体９は、Ｚ軸方向を積層方向とする積層体である。第２圧電積層体９は、第２圧電体層９ａを含み、第２圧電体層９ａは、第２上部電極層９ｂと第２下部電極層９ｃとの間に介在する。同様に、変位部１１は、本実施形態においては、Ｚ軸方向を積層方向とする積層体である。変位部１１は、第３圧電体層１１ａを含み、第３圧電体層１１ａは、第３上部電極層１１ｂと第３下部電極層１１ｃとの間に介在する。
【００４８】
第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａは、それぞれ圧電性を有する材料からなり、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒＸ、Ｔｉ１−Ｘ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等の強誘電材料からなる。第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａのＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、例えば、１μｍ〜１０μｍとすることができる。第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａは、それぞれ厚さ方向に自発分極の成分を有している。また、本実施形態においては、第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａは、一体形成されており、それぞれ同一の大きさ及び向きの自発分極の成分を有している。
【００４９】
第１上部電極層７ｂ及び第１下部電極層７ｃは、第１圧電体層７ａに電圧を印加するための一対の電極層であり、第２上部電極層９ｂ及び第２下部電極層９ｃは、第２圧電体層９ａに電圧を印加するための一対の電極層であり、第３上部電極層１１ｂ及第３下部電極層１１ｃは、第３圧電体層１１ａに電圧を印加するための一対の電極層である。第１上部電極層７ｂ、第１下部電極層７ｃ、第２上部電極層９ｂ、第２下部電極層９ｃ、第３上部電極層１１ｂ、及び、第３下部電極層１１ｃは、それぞれ例えば白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）等の金属材料からなる。
【００５０】
第１上部電極層７ｂ、第１下部電極層７ｃ、第２上部電極層９ｂ、第２下部電極層９ｃ、第３上部電極層１１ｂ、及び、第３下部電極層１１ｃのＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、例えばそれぞれ０．０１μｍ〜５μｍとすることができる。また、本実施形態においては、第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂは、一体形成されており、第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃは、一体形成されている。そのため、本実施形態においては、第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、及び、変位部１１は、一体形成されている。また、第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、変位部１１のＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、例えば１μｍ〜１０μｍとすることができる。
【００５１】
また、図２及び図４に示すように、第１圧電積層体７は、ＸＹ平面に沿って延びる第１仮想線７Ｈに沿って延び、第２圧電積層体９は、ＸＹ平面に沿って延びる第２仮想線９Ｈに沿って延びる。第１仮想線７Ｈは、第１圧電積層体７の基端部７Ｔに対応する第１仮想線基端部７ＨＴと、第１圧電積層体７の先端部７Ｒに対応する第１仮想線先端部７ＨＲと、からなり、第１圧電積層体７の基端部７Ｔに対応する基端点７ＨＴＥから、第１圧電積層体７の先端部７Ｒに対応する先端点７ＨＲＥまで延びている。第２仮想線９Ｈは、第２圧電積層体９の基端部９Ｔに対応する第２仮想線基端部９ＨＴと、第２圧電積層体９の先端部９Ｒに対応する第２仮想線先端部９ＨＲと、からなり、第２圧電積層体９の基端部９Ｔに対応する基端点９ＨＴＥから、第２圧電積層体９の先端部９Ｒに対応する先端点９ＨＲＥまで延びている。
【００５２】
また、図４に示すように、Ｚ軸方向から見ると、ボンディング層５の第１ボンディング部５Ａと第１圧電積層体７の基端部７Ｔは重なっており、ボンディング層５の第２ボンディング部５Ｂと第２圧電積層体９の基端部９Ｔは重なっている。一方、Ｚ軸方向から見ると、ボンディング層５の第３ボンディング部５Ｃは、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９と離間しており、ボンディング層５の第４ボンディング部５Ｄは、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９と離間している。
【００５３】
図５（Ａ）は、図４に対応して第１仮想線の形状を示す図であり、図５（Ｂ）は、図４に対応して第２仮想線の形状を示す図である。図５（Ａ）には、第１仮想線７Ｈ上の点におけるＸＹ平面内での接線７Ｔ１、７Ｔ２、７Ｔ３、７Ｔ４が示されている。接線７Ｔ１は、基端点７ＨＴＥにおける接線であり、接線７Ｔ２は、接線７Ｔ１の接点よりも先端点７ＨＲＥ側の第１仮想線７Ｈ上の点における接線であり、接線７Ｔ３は、接線７Ｔ２の接点よりも先端点７ＨＲＥ側の第１仮想線７Ｈ上の点における接線であり、接線７Ｔ４は、先端点７ＨＲＥにおける接線である。図５（Ａ）に示すように、第１仮想線７Ｈの接線は、接点が基端点７ＨＴＥ側から先端点７ＨＲＥ側に移動するに従って、接線７Ｔ１、接線７Ｔ２、接線７Ｔ３、及び、接線７Ｔ４の順に変化するように、Ｚ軸を回転軸として図５（Ａ）における時計回り方向（第１回転方向）に回転する。
【００５４】
また、図５（Ｂ）には、第２仮想線９Ｈ上の点におけるＸＹ平面内での接線９Ｔ１、９Ｔ２、９Ｔ３、９Ｔ４が示されている。接線９Ｔ１は、基端点９ＨＴＥ近傍の点における接線であり、接線９Ｔ２は、接線９Ｔ１の接点よりも先端点９ＨＲＥ側の第２仮想線９Ｈ上の点における接線であり、接線９Ｔ３は、接線９Ｔ２の接点よりも先端点９ＨＲＥ側の第２仮想線９Ｈ上の点における接線であり、接線９Ｔ４は、先端点９ＨＲＥにおける接線である。図５（Ｂ）に示すように、第２仮想線９Ｈの接線は、接点が基端点９ＨＴＥ側から先端点９ＨＲＥ側に移動するに従って、接線９Ｔ１、接線９Ｔ２、接線９Ｔ３、及び、接線９Ｔ４の順に変化するように、Ｚ軸を回転軸として図５（Ｂ）における時計回り方向（第１回転方向）に回転する。
【００５５】
また、図４に示すように、変位部１１は、本実施形態では、Ｚ軸方向から見て矩形状である。そして、第１仮想線７Ｈの少なくとも第１仮想線先端部７ＨＲと、第２仮想線９Ｈの少なくとも第２仮想線先端部９ＨＲとは、Ｚ軸方向から見て、変位部１１内の中心点１１Ｘに対して、略点対称に配置されていることが好ましい。
【００５６】
続いて、第１弾性体層１５、及び、第２弾性体層１７について説明する。第１弾性体層１５は、図２及び図３に示すように、第１圧電積層体７の基端部７Ｔの下面７ＴＤに設けられた第１領域１５Ａと、第２圧電積層体９の基端部９Ｔの下面９ＴＤに設けられた第２領域１５Ｂと、第１圧電積層体７の側面７Ｓに設けられた第３領域１５Ｃと、第２圧電積層体９の側面９Ｓに設けられた第４領域１５Ｄと、第１圧電積層体７の先端部７Ｒの下面７ＲＤに設けられた第５領域１５Ｅと、第２圧電積層体９の先端部９Ｒの下面９ＲＤに設けられた第６領域１５Ｆと、変位部１１の下面１１Ｄに設けられた第７領域１５Ｇと、からなる。
【００５７】
第１弾性体層１５は、第１圧電積層体７の上面７Ｕ、第２圧電積層体９の上面９Ｕ、及び、変位部１１の上面１１Ｕ以外の部分について、第１圧電積層体７と第２圧電積層体９と変位部１１を埋め込むように設けられている。これにより、第１弾性体層１５は、第１圧電積層体７の支持基板３と対向する下面７ＴＤ及び下面７ＲＤと、第２圧電積層体９の支持基板３と対向する下面９ＴＤ及び下面９ＲＤと、変位部１１の支持基板３と対向する下面１１Ｄと、第１圧電積層体７の側面７Ｓの一部と、第２圧電積層体９の側面９Ｓの一部と、変位部１１の側面１１Ｓの一部と、を接続するように本体部１３に固定されている。
【００５８】
そして、第１弾性体層１５は、ボンディング層５を介して支持基板３の主面３Ｍに固定されている。具体的には、第１弾性体層１５の第１領域１５Ａは、ボンディング層５の第１ボンディング部５Ａを介して支持基板３の主面３Ｍに固定され、第１弾性体層１５の第２領域１５Ｂは、ボンディング層５の第２ボンディング部５Ｂを介して支持基板３の主面３Ｍに固定され、第１弾性体層１５の第３領域１５Ｃは、ボンディング層５の第３ボンディング部５Ｃを介して支持基板３の主面３Ｍに固定され、第１弾性体層１５の第４領域１５Ｄは、ボンディング層５の第４ボンディング部５Ｄを介して支持基板３の主面３Ｍに固定されている。これにより、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１弾性体層１５の下面のうち、第１ボンディング部５Ａ、第２ボンディング部５Ｂ、第３ボンディング部５Ｃ、及び、第４ボンディング部５Ｄと接する面以外の非ボンディング面１５Ｒと、支持基板３の主面３Ｍとの間には、非ボンディング面１５Ｒと接する空間ギャップ５Ｇが形成されている。本実施形態においては、空間ギャップ５ＧのＺ軸方向の高さは、ボンディング層５のＺ軸方向の厚さと等しい。
【００５９】
第１弾性体層１５は、例えば、ポリイミド樹脂、ポリイミドシリコン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素系樹脂、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂等の弾性体材料からなる。第１弾性体層１５は、本体部１３を構成する材料よりも弾性率の低い材料からなることが好ましい。何故なら、本体部１３の変位に追従して弾性変形し易くなるためである。また、第１弾性体層１５は、本体部１３との接着性の良い材料からなることが好ましい。また、第１弾性体層１５は、第１弾性体層１５が繰り返し変形した場合であっても本体部１３から剥離し難くなるような弾性及び本体部１３との密着性を有することが好ましい。第１弾性体層１５のＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、及び、変位部１１を埋め込んでいない部分において、例えば１μｍ〜１０μｍとすることができる。
【００６０】
第２弾性体層１７は、図２及び図３に示すように、本体部１３及び第１弾性体層１５の略上面全体に形成されている。これにより、第２弾性体層１７は、第１弾性体層１５の上面１５Ｕのうち、第１ボンディング部５Ａ、第２ボンディング部５Ｂ、第３ボンディング部５Ｃ、及び、第４ボンディング部５Ｄの上方の領域である第１領域１５Ａ、第２領域１５Ｂ、第３領域１５Ｃ、及び、第４領域１５Ｄと、第１圧電積層体７の上面７Ｕと、第２圧電積層体９の上面９Ｕとを接続するように、本体部１３上に固定されている。また、第２弾性体層１７の本体部１３の上部には、第２弾性体層１７を厚さ方向に貫通し、断面が円形のホール部１７Ｈが形成されている。そのため、本体部１３の変位部１１は、露出している。
【００６１】
また、第２弾性体層１７には、第１スリット構造１７Ｓ１と、第２スリット構造１７Ｓ２が形成されている。第１スリット構造１７Ｓ１は、第１仮想線７Ｈとそれぞれ交差する方向に延びると共に、第１仮想線７Ｈに沿って並ぶ複数のスリットからなる。同様に、第２スリット構造１７Ｓ２は、第２仮想線９Ｈとそれぞれ交差する方向に延びると共に、第２仮想線９Ｈに沿って並ぶ複数のスリットからなる。
【００６２】
このような第１スリット構造１７Ｓ１と第２スリット構造１７Ｓ２を設ける目的は、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９の変位方向を異方性化すること、及び、製品信頼性を向上させることにある。具体的に説明すると、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９に接する第２弾性体層１７は、外気等の外部環境から製品を保護すること、及び、可動部となる本体部１３と、非可動部となるボンディング層５及び第１弾性体層１５との接合界面周辺に加わる応力による製品劣化（接合界面の剥離、信頼性低下）を抑制することを目的としている。この際、第１圧電積層体７や第２圧電積層体９に接する材料が増えることで本体部１３の変位量が低下する可能性がある。しかしながら、本体部１３の上面に接する第２弾性体層１７に第１スリット構造１７Ｓ１と第２スリット構造１７Ｓ２を設けることで、本体部１３の変位を阻害することなく、上記の目的を達成することができる。さらに、スリットの形状、大きさにより本体部１３の変位方向に異方性化することができるので、本体部１３の変位方向の制御性が向上する。
【００６３】
第２弾性体層１７は、例えば、ポリイミド、シリコーン、エポキシ、アクリル、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等の樹脂に加え、金属、セラミックなどからなる薄膜材料であっても良い。第２弾性体層１７は、本体部１３を構成する材料よりも弾性率の低い材料からなることが好ましい。何故なら、本体部１３の変位に追従して弾性変形し易くなるためである。第２弾性体層１７は、第１弾性体層１５が本体部１３を支持固定できて、充分な信頼性を維持できる場合は無くても良い。圧電アクチュエータ１が第２弾性体層１７を備える場合は、本体部１３の変位を大きく阻害するものは好ましくない。この観点から、第２弾性体層１７が本体部１３より充分薄い薄膜として構成される場合は、第２弾性体層１７を比較的大きな弾性率の材料で構成することもできるが、第２弾性体層１７が本体部１３よりも厚い場合は、本体部１３を構成する材料よりも弾性率の小さい材料で第２弾性体層１７を構成することが好ましい。第２弾性体層１７のＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、例えば０．０１μｍ〜１０μｍとすることができる。
【００６４】
次に、圧電アクチュエータ１の動作について説明する。図６は、本体部の平面図である。圧電アクチュエータ１を動作させる際には、第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂに電気的に接続された電極パッド（図１〜図６においては図示せず、図１６参照）と、第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃに電気的に接続された電極パッド（図１〜図６においては図示せず、図１６参照）間に、電圧を印加する。すると、逆圧電効果により、印加する電圧の極性に応じて、第１圧電体層７ａ及び第２圧電体層９ａが、それらの面内（ＸＹ平面内）において伸びる、又は、縮むように変位する。このような第１圧電体層７ａ及び第２圧電体層９ａの面内おける伸縮は、第１圧電積層体７や第２圧電積層体９の延び方向に沿った方向で最も大きくなり、この延び方向の長さが長い程大きくなる。そのため、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、それぞれ第１仮想線７Ｈ及び第２仮想線９Ｈに沿って伸縮する。
【００６５】
本実施形態においては、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、第１圧電積層体７が逆圧電効果によって第１仮想線７Ｈに沿って伸びると同時に第２圧電積層体９が逆圧電効果によって第２仮想線９Ｈに沿って伸びた際に、矢印１１Ｙに示す回転方向（第１回転方向、図６における反時計回り方向）に変位部１１を回転させるように、それぞれ変位部１１に固定されている。そのため、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９を伸縮させると、これらの変位は直接変位部１１に伝わり、変位部１１は、Ｚ軸方向から見て中心点１１Ｘを回転中心として、第１回転方向、及び、第一回転方向とは逆の回転方向（図６における時計回り方向）に回転する。
【００６６】
即ち、変位部１１の回転方向は、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９の伸縮方向により決まる。具体的には、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９に対して、それらの分極方向に電圧を印加すると、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は厚さ方向に伸び、第１仮想線７Ｈ及び第２仮想線９Ｈに沿った方向に縮むため、変位部１１は、矢印１１Ｙに示す回転方向に回転する。一方、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９に対して、それらの分極方向と逆方向に電圧を印加すると、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は厚さ方向に縮み、第１仮想線７Ｈ及び第２仮想線９Ｈに沿った方向に伸びるため、変位部１１は、矢印１１Ｙに示す回転方向とは逆方向に回転する。
【００６７】
上述のような本実施形態の圧電アクチュエータ１によれば、以下の理由により、構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象である変位部１１の変位量を大きくしつつ変位対象である変位部１１を精密に変位させることが可能となる。
【００６８】
本実施形態の圧電アクチュエータ１においては、第１圧電積層体７は、その基端部７Ｔのみにおいて第１弾性体層１５の第１領域１５Ａを介して支持基板３の主面３Ｍに第１ボンディング部５Ａによって固定され、第２圧電積層体９は、その基端部９Ｔのみにおいて第１弾性体層１５の第２領域１５Ｂを介して支持基板３の主面３Ｍに第２ボンディング部５Ｂによって固定されており、ボンディング層５及び第２圧電積層体９は、支持基板３の主面３Ｍの上方に固定されている（図２〜図４参照）。
【００６９】
その上、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９の下面７ＴＤ、７ＲＤ、９ＴＤ、９ＲＤと側面７Ｓ、９Ｓには第１弾性体層１５が固定され、第１弾性体層１５の非ボンディング面１５Ｒと、支持基板３の主面３Ｍとの間には、非ボンディング面１５Ｒと接する空間ギャップ５Ｇが形成されている。これにより、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、それらの基端部７Ｔ、９Ｔ以外の部分において、支持のための剛性の高い部材に固定されていない。そのため、第１圧電積層体７や第２圧電積層体９の変位が、剛性の高い部材によって妨げられることはない。さらに、第１圧電積層体７の先端部７Ｒと第２圧電積層体９の先端部９Ｒとの間に、直接変位対象である変位部１１が固定されている。その結果、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、構造が簡単であり、変位の伝達効率が高くなる。
【００７０】
また、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９の下面７ＴＤ、７ＲＤ、９ＴＤ、９ＲＤと第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９の側面７Ｓ、９Ｓとを接続する第１弾性体層１５を備え、この第１弾性体層１５は、第１領域１５Ａ、第２領域１５Ｂ、第３領域１５Ｃ、及び、第４領域１５Ｄにおいて、支持基板３の主面３Ｍに固定されている（図２〜図４参照）。これにより、第１圧電積層体７の先端部７Ｒ及び第２圧電積層体９の先端部９Ｒの下面７ＲＤ、９ＲＤと側面７Ｓ、９Ｓは、第１弾性体層１５を介して、間接的に支持基板３の主面３Ｍに支持される。さらに、第１弾性体層は、弾性材料からなるため、第１圧電積層体の先端部７Ｒ及び第２圧電積層体の先端部９Ｒの下面７ＲＤ、９ＲＤや側面７Ｓ、９Ｓが剛性の高い部材によって直接支持される場合と比較して、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９の変位が妨げられ難い。
【００７１】
これにより、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９をそれぞれ第１仮想線７Ｈ及び第２仮想線９Ｈに沿って長く延ばした形状にしても、支持基板３によって第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９を十分に支持することができる。そのため、第１圧電積層体及び第２圧電積層体が、逆圧電効果とは無関係に変位してしまったりする事（例えば、図６において、第１圧電積層体７や第２圧電積層体９に電圧を印加していないときに、変位部１１がＸＹ平面内で回転したり、Ｚ軸方向に変位したりする事）や、予期しない態様で変位してしまったりする事（例えば、図６において、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９を逆圧電効果によって伸縮させた際に、変位部１１がＺ軸方向に変位してしまったり、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９が、それぞれ第１仮想線７Ｈ及び第２仮想線９Ｈと交差する方向に大きく変位してしまったりする事）を抑制することができる。その結果、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、変位対象である変位部１１の変位量を大きくすることと、変位部１１を精密に変位させることの両立が可能となる。
【００７２】
以上の理由により、本実施形態の圧電アクチュエータ１によれば、構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象である変位部１１の変位量を大きくしつつ変位対象である変位部１１を精密に変位させることが可能となる。
【００７３】
さらに、本実施形態の圧電アクチュエータ１では、支持基板３の主面３Ｍと平行な面内において、第１仮想線７Ｈの接線７Ｔ１、７Ｔ２、７Ｔ３、７Ｔ４は、それらの接点が第１仮想線７Ｈの第１圧電積層体７の基端部７Ｔに対応する基端点７ＨＴＥ側から第１圧電積層体７の先端部７Ｒに対応する先端点７ＨＲＥ側に移動するに従って、Ｚ軸方向を回転軸とする回転方向（第１回転方向）に回転し、支持基板３の主面３Ｍと平行な面内において、第２仮想線９Ｈの接線９Ｔ１、９Ｔ２、９Ｔ３、９Ｔ４は、接点が第２仮想線９Ｈの第２圧電積層体９の基端部９Ｔに対応する基端点９ＨＴＥ側から第２圧電積層体９の先端部９Ｒに対応する先端点９ＨＲＥ側に移動するに従って、Ｚ軸方向を回転軸とする回転方向（第１回転方向）に回転している（図４及び図５参照）。
【００７４】
そのため、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、Ｚ軸方向を回転軸とする回転方向（第１回転方向）に沿って曲線的に曲がりながら延びる形状となる（図４及び図５参照）。そのため、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９を直線的に同じ長さ延びる形状とした場合と比較して、変位部１１の変位量を同等に保ちつつ、圧電アクチュエータ１全体の形状を小型化することが可能となる。なお、第１仮想線７Ｈの一部における接線について、それらの接点が第１仮想線７Ｈの第１圧電積層体７の基端部７Ｔに対応する基端点７ＨＴＥ側から第１圧電積層体７の先端部７Ｒに対応する先端点７ＨＲＥ側に移動するに従って、Ｚ軸方向を回転軸とする回転方向（第１回転方向）に回転すれは、変位部１１の変位量を同等に保ちつつ、圧電アクチュエータ１全体の形状を小型化することが可能という効果を得ることができる。同様に、第２仮想線９Ｈの一部における接線について、それらの接点が第２仮想線９Ｈの第２圧電積層体９の基端部９Ｔに対応する基端点９ＨＴＥ側から第２圧電積層体９の先端部９Ｒに対応する先端点９ＨＲＥ側に移動するに従って、Ｚ軸方向を回転軸とする回転方向（第１回転方向）に回転すれは、変位部１１の変位量を同等に保ちつつ、圧電アクチュエータ１全体の形状を小型化することが可能という効果を得ることができる。
【００７５】
さらに、本実施形態の圧電アクチュエータ１においては、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、第１圧電積層体７が第１仮想線７Ｈに沿って逆圧電効果によって伸びると同時に第２圧電積層体９が逆圧電効果によって第２仮想線９Ｈに沿って伸びた際に、Ｚ軸方向を回転軸とする第１回転方向に変位部１１を回転させるように、それぞれ変位部１１に固定されている（図６参照）上、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、上述のようにＺ軸方向を回転軸とする第１回転方向に沿って曲線的に曲がりながら延びる形状となっている。これにより、第１圧電積層体７を第１仮想線７Ｈに沿って伸縮させると、第１圧電積層体７の先端部７Ｒは、第１回転方向に沿うように伸縮する。同様に、第２圧電積層体９を第２仮想線９Ｈに沿って伸縮させると、第２圧電積層体９の先端部９Ｒは、第１回転方向に沿うように伸縮する。その結果、変位部１１を回転させる際の変位の伝達効率がさらに高くなっている。
【００７６】
さらに、本実施形態の圧電アクチュエータ１においては、好ましは、第１仮想線７Ｈの少なくとも第１仮想線先端部７ＨＲと、第２仮想線９Ｈの少なくとも第２仮想線先端部９ＨＲとは、Ｚ軸方向から見て、変位部１１内の中心点１１Ｘに対して略点対称に配置されている（図４及び図６参照）。
【００７７】
この場合、第１圧電積層体７の先端部７Ｒと、第２圧電積層体９の先端部９Ｒは、逆圧電効果によって変位部１１内の中心点１１Ｘに対して略点対称に伸縮する。そのため、変位部１１を回転させる際の変位の伝達効率がさらに高くなる。
【００７８】
さらに、本実施形態の圧電アクチュエータ１においては、変位部１１は、第３上部電極層１１ｂ、第３下部電極層１１ｃ、及び、第３圧電体層１１ａを含み、第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａは、一体形成されており、第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂは、一体形成されており、第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃは、一体形成されている（図２〜図４参照）。そのため、第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、及び、変位部１１は、一体形成されている。これにより、第１圧電積層体７と第２圧電積層体９を逆圧電効果によって伸縮させるためには、第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂのいずれかと、第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃのいずれかと、の間に電圧を印加すればよいため、圧電アクチュエータ１全体の構造を簡単にすることができる（図１６参照）。
【００７９】
さらに、本実施形態の圧電アクチュエータ１においては、第２弾性体層１７には、第１仮想線７Ｈとそれぞれ交差する方向に延びると共に第１仮想線７Ｈに沿って並ぶ複数のスリットからなる第１スリット構造１７Ｓ１と、第２仮想線９Ｈとそれぞれ交差する方向に延びると共に第２仮想線９Ｈに沿って並ぶ複数のスリットからなる第２スリット構造１７Ｓ２が形成されている（図１〜図３参照）。これにより、第１圧電積層体７は逆圧電効果によって第１仮想線７Ｈに沿って伸縮しやすくなり、第２圧電積層体９は逆圧電効果によって第２仮想線９Ｈに沿って伸縮しやすくなる。その結果、変位の伝達効率をさらに高くすることが可能となっている。
【００８０】
次に、本実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法について説明する。本実施形態に係る圧電アクチュエータは、通常、大型の仮基板を用いて多数個の圧電アクチュエータを同時に製造するが、以下の説明においては、１個の圧電アクチュエータを製造する場合を中心に説明する。
【００８１】
図７（Ａ）、図８（Ａ）、図９（Ａ）、図１０（Ａ）、図１２（Ａ）、図１３（Ａ）、図１４（Ａ）、図１５（Ａ）、及び、図１６（Ａ）は、本実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための平面図である。図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図８（Ｂ）、及び、図８（Ｃ）は、それぞれ図７（Ａ）におけるVIIB−VIIB線、VIIC−VIIC線、図８（Ａ）におけるVIIIB−VIIIB線、及び、VIIIC−VIIIC線に沿った断面図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）におけるIXB−IXBに沿った断面図であり、図１０（Ｂ）、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）、及び、図１１（Ｄ）は、それぞれ、図１０（Ａ）のXB−XB線、XIA−XIA線、XIB−XIB線、XIC−XIC線、及び、XID−XID線に沿った断面図であり、図１２（Ｂ）、及び、図１３（Ｂ）は、それぞれ図１２（Ａ）のXIIB−XIIB線、及び、図１３（Ａ）のXIIIB−XIIIB線に沿った断面図であり、図１４（Ｂ）、及び、図１４（Ｃ）は、それぞれ図１４（Ａ）のXIVB−XIVB線、及び、XIVC−XIVC線に沿った断面図であり、図１５（Ｂ）、及び、図１６（Ｂ）は、それぞれ図１５（Ａ）のXVB−XVB線、及び、図１６（Ａ）のXVIB−XVIB線に沿った断面図である。
【００８２】
（本体部形成工程）
本実施形態の圧電アクチュエータの製造方法においては、まず、図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、仮基板２１上に、例えば、蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法や、ＭＯＤ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）による金属有機化合物溶液を基板上に塗布し加熱して熱分解を行う化学溶液プロセス、ＡＤ法（Ａｅｒｏｓｏｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による材料微粒子をガスと混合してエアロゾル化し高速で基板に衝突させ、解放された運動エネルギーを利用して基板−粒子間、粒子同士を結合する方法などを用いて、バッファ層２５、第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、及び、変位部１１を有する本体部１３と、金属層９ｄと、を順次積層する。これらの層の積層には、エピタキシャル成長法を用いることができる。より具体的に説明すると、まず、仮基板２１上にバッファ層２５をエピタキシャル成長させる。バッファ層２５は、例えば（１００）方向、（０１０）方向、又は（００１）方向に配向し、その上面が{１１１}ファセット面であるエピタキシャル成長膜とすることができる。
【００８３】
続いて、バッファ層２５上に本体部下部電極層（第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃ）、及び、本体部圧電体層（第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａ）を順にエピタキシャル成長させ、更に本体部圧電体層上に本体上部電極層（第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂ）を形成する。なお、この本体上部電極層はエピタキシャル成長膜でなくてもよい。これにより、仮基板２１、バッファ層２５、本体部下部電極層、本体部圧電体層、及び、本体部上部電極層からなる積層体が形成される。バッファ層２５のシード層としての効果により、本体部圧電体層は、その結晶配向方向が分極方向（００１）に揃った配向圧電体膜となるため、自発分極を有する。
【００８４】
仮基板２１としては、例えばシリコン（Ｓｉ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等からなる結晶性を有する基板を用いることができる。バッファ層２５を構成する材料としては、例えばジルコニア等の酸化物を用いることができる。バッファ層２５は、仮基板２１と本体部圧電体層との格子定数マッチングの制御、及び、本体部圧電体層の配向方向の制御を行うために設けられている。
【００８５】
第１圧電積層体７は、第１上部電極層７ｂ、第１下部電極層７ｃ、及び、これらの間に介在する第１圧電体層７ａを含む。第２圧電積層体９は、第２上部電極層９ｂ、第２下部電極層９ｃ、及び、これらの間に介在する第２圧電体層９ａを含む。変位部１１は、第３上部電極層１１ｂ、第３下部電極層１１ｃ、及び、これらの間に介在する第３圧電体層１１ａを含む。第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａは、一体形成し、第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂは、一体形成し、第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃは、一体形成する。第１圧電積層体７は、第１仮想線７Ｈに沿って延び、第２圧電積層体９は、第２仮想線９Ｈに沿って延びるようにする。金属層９ｄは、本体部１３と離間して、第２圧電積層体９に近接する位置に設けられる。
【００８６】
このような本体部１３は、例えば、第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃと同様の材料からなる層と、第１圧電体層７ａ、第２圧電体層９ａ、及び、第３圧電体層１１ａと同様の材料からなる層と、第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂと同様の材料からなる層をこの順に仮基板２１上の全面に形成し、フォトリソグラフィー法によって、所定の形状に加工することにより、形成することができる。金属層９ｄは、例えば、第２下部電極層９ｃと同様の材料で形成することができ、フォトリソグラフィー法によって、所定の位置に所定の形状で形成することができる。
【００８７】
（第１弾性体層形成工程）
続いて、図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、本体部１３を覆うように第１弾性体層１５を形成する。この際、金属層９ｄの少なくとも一部と、第２上部電極層９ｂの一部が露出するように、第１弾性体層１５に２つのスルーホール１５ｈを形成する。第１弾性体層１５の形成は、例えば、スピン塗布法によって行うことができる。これにより、第１弾性体層１５の上面は、略平坦になるようにする。本体部１３は、第１弾性体層１５内に埋め込まれる。また、第１弾性体層１５は、第１圧電積層体７の基端部７Ｔ上に設けられた第１領域１５Ａと、第２圧電積層体９の基端部９Ｔ上に設けられた第２領域１５Ｂと、第１圧電積層体７の側面に設けられた第３領域１５Ｃと、第２圧電積層体９の側面に設けられた第４領域１５Ｄと、第１圧電積層体７の先端部７Ｒ上に設けられた第５領域１５Ｅと、第２圧電積層体９の先端部９Ｒ上に設けられた第６領域１５Ｆと、変位部１１上に設けられた第７領域１５Ｇと、からなる。
【００８８】
（電気接続工程）
続いて、図９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、２つのスルーホール１５ｈを介して金属層９ｄと第２上部電極層９ｂとを電気的に接続するように、露出した金属層９ｄから露出した第２上部電極層９ｂに亘って、例えば真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法や電解メッキや導電性樹脂の印刷等によって、例えば銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）等からなる金属導体層２３を形成する。
【００８９】
（ボンディング層形成工程）
続いて、図１０（Ａ）（Ｂ）及び図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に示すように、第１弾性体層１５上にボンディング層５を形成する。ボンディング層５は、第１弾性体層１５の第１領域１５Ａの一部、第２領域１５Ｂの一部、第３領域１５Ｃの一部、及び、第４領域１５Ｄの一部、を覆うと共に、これらの領域以外の第１弾性体層１５（非ボンディング面１５Ｒ）を露出させるパターンを有する。
【００９０】
このようなパターンを有するボンディング層５は、例えば、ボンディング層５を形成する材料として感光性の材料を用いる場合、ボンディング層５を第１弾性体層１５上の全面に形成した後、ボンディング層５を露光及び現像し、所定の形状に加工することにより形成することができる。また、ボンディング層５を形成する材料として非感光性の材料を用いる場合、ボンディング層５を第１弾性体層１５上の全面に形成した後、その層上にレジスト層を形成し、フォトリソグラフィー法によってボンディング層５を所定の形状に加工することにより、上述のようなパターンを有するボンディング層５を形成することができる。
【００９１】
（支持基板固定工程）
続いて、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように、ボンディング層５上に支持基板３を固定する。ボンディング層５上への支持基板３の固定は、例えば、ボンディング層５上に支持基板３を押し付けた状態でボンディング層５を加熱することにより行うことができる。これにより、非ボンディング面１５Ｒと、支持基板３の主面３Ｍとの間に、非ボンディング面１５Ｒと接する空間ギャップ５Ｇを形成する。
【００９２】
（仮基板除去工程）
続いて、図１３（Ａ）（Ｂ）に示すように、仮基板２１を除去する。これにより、バッファ層２５が露出する。仮基板２１の除去は、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法やウェットエッチング法により行うことができる。このバッファ層２５はジルコニア等の酸化物膜からなるため、本工程において仮基板２１をエッチングによって除去する場合、バッファ層２５はバリア層（エッチングストッパー層）として機能する。
【００９３】
（バッファ層除去工程）
続いて、図１４（Ａ）（Ｂ）に示すように、仮基板除去工程後に露出したバッファ層２５の所定箇所を、フォトリソグラフィー法とエッチング工程により除去する。これにより、変位部１１の上方、第１圧電積層体７の基端部の上方、第２圧電積層体９の基端部の上方、及び、スルーホール１５ｈの上方以外の領域にあるバッファ層２５を除去する。
【００９４】
（電極パッド形成工程）
続いて、図１５（Ａ）（Ｂ）に示すように、２つのスルーホール１５ｈの上方の第２下部電極層９ｃと金属層９ｄ上に、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法や電解メッキや導電性樹脂の印刷等によって、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等の金属導体等からなる２つの電極パッド２７を形成する。これにより、一方の電極パッド２７は、第１下部電極層７ｃ、第２下部電極層９ｃ、及び、第３下部電極層１１ｃと電気的に接続され、他方の電極パッド２７は、第１上部電極層７ｂ、第２上部電極層９ｂ、及び、第３上部電極層１１ｂと電気的に接続される。
【００９５】
（第２弾性体層形成工程）
続いて、図１６（Ａ）（Ｂ）に示すように、仮基板除去工程において仮基板２１が除去されることにより露出した第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、変位部１１、及び、第１弾性体層１５上に、第２弾性体層１７を形成する。この際、第２弾性体層１７によって、第１弾性体層１５の露出面のうちボンディング層５の上方の領域と、第１圧電積層体７の上面と、第２圧電積層体９の上面とが接続されるようにする。また、第２弾性体層１７には、第１スリット構造１７Ｓ１と、第２スリット構造１７Ｓ２を形成する。このような第２弾性体層１７の形成は、例えば、スピン塗布法によって第２弾性体層１７を全面に形成した後、フォトリソグラフィー法によって、所定の形状に加工することにより、行うことができる。その後、ダイシンング加工等を行い、個別の素子ごとの個片化を行う。このような工程を経ることにより、本実施形態の圧電アクチュエータ１が製造される。
【００９６】
本実施形態の圧電アクチュエータの製造方法によれば、得られる圧電アクチュエータ１は、上述のような特徴を有するため、構造が簡単で変位の伝達効率が高いと共に、変位対象の変位量を大きくしつつ変位対象を精密に変位させることが可能となる。
【００９７】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形態様が可能である。
【００９８】
例えば、上述の実施形態においては、第１圧電積層体７、第２圧電積層体９、及び、変位部１１は、一体形成されているが（図２及び図３参照）、これらは、別々の部材であってもよい。この場合、変位部１１は、圧電体層（第３圧電体層１１ａ）を有していなくてもよい。さらに、この場合、第１圧電積層体７に電圧を印加するための一対の第１電極パッド対と、第２圧電積層体９に電圧を印加するための一対の第２電極パッド対を圧電アクチュエータ１に設けることにより、第１圧電積層体７と第２圧電積層体９を別々の態様（例えば、一方がその延び方向に沿って逆圧電効果によって伸びたとき、他方がその延び方向に沿って逆圧電効果によって縮む態様）で、それぞれ変位させることができる。これにより、例えば変位部１１を、支持基板３の主面３Ｍと平行な方向に直線的に変位させることができる。即ち、第１圧電積層体７と第２圧電積層体９は、変位部１１を支持基板３の主面３Ｍと平行な方向に直線的に変位させるように、それぞれ変位部１１に固定されていてもよい。
【００９９】
また、上述の実施形態においては、第１仮想線７Ｈは曲線的であったが、直線であってもよい。即ち、第１圧電積層体７は、支持基板３の主面３Ｍと平行な面内において、直線的に延びる形状であってもよい。同様に、上述の実施形態においては、第２仮想線９Ｈは曲線的であったが、直線であってもよい。即ち、第２圧電積層体９は、支持基板３の主面３Ｍと平行な面内において、直線的に延びる形状であってもよい。
【０１００】
また、上述の実施形態においては、第２弾性体層１７には、第１スリット構造１７Ｓ１と第２スリット構造１７Ｓ２が形成されているが、第２弾性体層１７には、これらの構造が形成されていなくてもよい。
【０１０１】
また、上述の実施形態においては、圧電アクチュエータ１は、第２弾性体層１７を備えているが、第２弾性体層１７を備えていなくてもよい。
【０１０２】
また、上述の実施形態においては、非ボンディング面１５Ｒと支持基板３の主面３Ｍ
圧電アクチュエータ１には空間ギャップ５Ｇが形成されているが（図３参照）、非ボンディング面１５Ｒは、第１ボンディング部５Ａ、第２ボンディング部５Ｂ、第３ボンディング部５Ｃ、及び、第４ボンディング部５Ｄよりも弾性率の低い部材（例えば、ゴム弾性を有する弾性部材）によって支持基板３の主面３Ｍに固定されていてもよい。このような場合であっても、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、それらの基端部７Ｔ、９Ｔ以外の部分において、支持のための剛性の高い部材に固定されていないため、第１圧電積層体７や第２圧電積層体９の変位が、剛性の高い部材によって妨げられることはない。その結果、構造が簡単であり、変位の伝達効率が高い圧電アクチュエータとすることができる。
【０１０３】
また、上述のような圧電アクチュエータ１において、非ボンディング面１５Ｒと支持基板３の主面３Ｍとが固定されていなければ、空間ギャップ５Ｇは有機材料、無機材料、金属材料などからなる部材で埋められていてもよい。例えば、非ボンディング面１５Ｒとの動摩擦係数が十分に低い部材で空間ギャップ５Ｇを埋めた態様、即ち、本体部１３が変位した場合に、空間ギャップ５Ｇを埋めた部材と接する面において本体部１３が滑るような態様も可能である。このような場合であっても、第１圧電積層体７及び第２圧電積層体９は、それらの基端部７Ｔ、９Ｔ以外の部分において、支持のための剛性の高い部材に固定されていないため、第１圧電積層体７や第２圧電積層体９の変位が、剛性の高い部材によって妨げられることはない。その結果、構造が簡単であり、変位の伝達効率が高い圧電アクチュエータとすることができる。
【０１０４】
また、上述の圧電アクチュエータ１は、本体部１３を変位させた際に本体部１３がＸＹ平面内で広がることを有効に抑制するためのガイド部をさらに備えていてもよい。具体的には、圧電アクチュエータ１は、例えば、Ｚ軸の正方向から見て、第２弾性体層１７の側面を囲うように第２弾性体層１７に近接又は接すると共に、支持基板３との相対位置が固定されたガイド部としての枠部材をさらに備えていてもよい。このようなガイド部を設けることにより、本体部１３がＸＹ平面で広がることが抑制されるため、本体部１３を変位させた際の変位部１１の回転変位効率を向上させることができる。なお、このようなガイド部は、支持基板３と一体形成されたものであってもよいし、支持基板３とは別部材であって支持基板３との相対位置が固定されたものであってもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１・・・圧電アクチュエータ、３・・・支持基板、３Ｍ・・・支持基板の主面、５・・・ ボンディング層、５Ａ・・・第１ボンディング部、５Ｂ・・・第２ボンディング部、５Ｃ・・・第３ボンディング部、５Ｄ・・・第４ボンディング部、５Ｇ・・・空間ギャップ、７・・・第１圧電積層体、７ａ・・・第１圧電体層、７ｂ・・・第１上部電極層、７ｃ・・・第１下部電極層、７Ｈ・・・第１仮想線、７Ｒ・・・先端部、７ＲＤ・・・第１圧電積層体の先端部の下面、７Ｓ・・・第１圧電積層体の側面、７Ｔ・・・第１圧電積層体の基端部、７ＴＤ・・・第１圧電積層体の基端部の下面、９・・・第２圧電積層体、９ａ・・・第２圧電体層、９ｂ・・・第２上部電極層、９ｃ・・・第２下部電極層、９Ｈ・・・第２仮想線、９Ｒ・・・第２圧電積層体の先端部、９ＲＤ・・・第２圧電積層体の先端部の下面、９Ｓ・・・第２圧電積層体の側面、９Ｔ・・・第２圧電積層体の基端部、９ＴＤ・・・第２圧電積層体の基端部の下面、１１・・・変位部、１３・・・本体部、１５・・・第１弾性体層、１５Ａ・・・第１弾性体層の第１領域、１５Ｂ・・・第１弾性体層の第２領域、１５Ｃ・・・第１弾性体層の第３領域、１５Ｄ・・・第１弾性体層の第４領域、１５Ｒ・・・非ボンディング面、１７・・・第２弾性体層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
第１上部電極層、第１下部電極層、及び、これらの間に介在する第１圧電体層を含む第１圧電積層体と、第２上部電極層、第２下部電極層、及び、これらの間に介在する第２圧電体層を含む第２圧電積層体と、前記支持基板に対して相対的に変位可能な変位部と、を有する本体部と、
第１弾性体層と
を備え、
前記本体部は、前記支持基板の主面の上方に設けられており、
前記第１圧電積層体は、前記支持基板の前記主面と交差する方向を積層方向とし、前記支持基板の前記主面と平行な面内における第１仮想線に沿って延び、
前記第２圧電積層体は、前記支持基板の前記主面と交差する方向を積層方向とし、前記支持基板の前記主面と平行な面内における第２仮想線に沿って延びると共に、前記第１圧電積層体と離間し、
前記変位部は、前記第１圧電積層体の先端部と前記第２圧電積層体の先端部との間に固定され、
前記第１弾性体層は、前記第１圧電積層体の前記支持基板と対向する下面と、前記第２圧電積層体の前記支持基板と対向する下面と、前記第１圧電積層体の側面の少なくとも一部と、前記第２圧電積層体の側面の少なくとも一部と、を接続するように前記本体部に固定されており、
前記第１弾性体層のうち前記第１圧電積層体の基端部の下面に設けられた第１領域は、第１ボンディング部によって前記支持基板の前記主面に固定されており、
前記第１弾性体層のうち前記第２圧電積層体の基端部の下面に設けられた第２領域は、第２ボンディング部によって前記支持基板の前記主面に固定されており、
前記第１弾性体層のうち、前記第１圧電積層体の側面に設けられた第３領域の少なくとも一部は、第３ボンディング部によって前記支持基板の前記主面に固定されており、
前記第１弾性体層のうち、前記第２圧電積層体の側面に設けられた第４領域の少なくとも一部は、第４ボンディング部によって前記支持基板の前記主面に固定されており、
前記第１弾性体層の前記支持基板と対向する下面のうち、前記第１ボンディング部、前記第２ボンディング部、前記第３ボンディング部、及び、前記第４ボンディング部と接する面以外の非ボンディング面は、前記支持基板の前記主面に固定されていない、又は、前記第１ボンディング部、前記第２ボンディング部、前記第３ボンディング部、及び、前記第４ボンディング部よりも弾性率の低い部材によって前記支持基板の前記主面に固定されている圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記非ボンディング面と、前記支持基板の前記主面との間には、前記非ボンディング面と接する空間ギャップが形成されている請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記第１弾性体層の上面のうち前記第１ボンディング部、前記第２ボンディング部、前記第３ボンディング部、及び、前記第４ボンディング部の上方の領域と、前記第１圧電積層体の上面と、前記第２圧電積層体の上面と、を接続するように前記本体部に固定された第２弾性体層をさらに有する請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記第１弾性体層は、樹脂からなり、
前記第２弾性体層は、樹脂からなる請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記支持基板の前記主面と平行な面内において、前記第１仮想線の少なくとも一部における接線は、接点が前記第１仮想線の前記第１圧電積層体の基端部に対応する端点側から前記第１圧電積層体の先端部に対応する端点側に移動するに従って、前記支持基板の前記主面と交差する方向を回転軸とする回転方向に回転し、
前記支持基板の前記主面と平行な面内において、前記第２仮想線の少なくとも一部における接線は、接点が前記第２仮想線の前記第２圧電積層体の基端部に対応する端点側から前記第２圧電積層体の先端部に対応する端点側に移動するに従って、前記支持基板の前記主面と交差する方向を回転軸とする回転方向に回転する請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記第１圧電積層体及び前記第２圧電積層体は、当該第１圧電積層体が前記第１仮想線に沿って伸びると同時に当該第２圧電積層体が前記第２仮想線に沿って伸びた際に、前記支持基板の前記主面と交差する方向を回転軸とする第１回転方向に前記変位部を回転させるように、それぞれ前記変位部に固定されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記支持基板の前記主面と平行な面内において、前記第１仮想線の少なくとも前記第１圧電積層体の前記先端部に対応する部分における接線は、接点が前記第１仮想線の前記第１圧電積層体の前記基端部に対応する端点側から前記第１圧電積層体の前記先端部に対応する端点側に移動するに従って、前記第１回転方向に回転し、
前記支持基板の前記主面と平行な面内において、前記第２仮想線の少なくとも前記第２圧電積層体の前記先端部に対応する部分における接線は、接点が前記第２仮想線の前記第２圧電積層体の前記基端部に対応する端点側から前記第２圧電積層体の前記先端部に対応する端点側に移動するに従って、前記第１回転方向に回転する請求項６に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記第１仮想線の少なくとも前記第１圧電積層体の前記先端部に対応する前記部分と、前記第２仮想線の少なくとも前記第２圧電積層体の前記先端部に対応する前記部分とは、
前記支持基板の前記主面と垂直な方向から見て、前記変位部内の点に対して略点対称に配置されている請求項７に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記変位部は、第３上部電極層、第３下部電極層、及び、第３圧電体層を含み、
前記第１圧電体層、前記第２圧電体層、及び、前記第３圧電体層は、一体形成されており、
前記第１上部電極層、前記第２上部電極層、及び、前記第３上部電極層は、一体形成されており、
前記第１下部電極層、前記第２下部電極層、及び、前記第３下部電極層は、一体形成されている請求項１〜８のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記第２弾性体層には、前記第１仮想線とそれぞれ交差する方向に延びると共に前記第１仮想線に沿って並ぶ複数のスリットからなる第１スリット構造と、前記第２仮想線とそれぞれ交差する方向に延びると共に前記第２仮想線に沿って並ぶ複数のスリットからなる第２スリット構造が形成されている請求項３〜９のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
仮基板上に、第１上部電極層、第１下部電極層、及び、これらの間に介在する第１圧電体層を含み、前記仮基板の主面と平行な面内における第１仮想線に沿って延びる第１圧電積層体と、第２上部電極層、第２下部電極層、及び、これらの間に介在する第２圧電体層を含み、前記仮基板の前記主面と平行な面内における第２仮想線に沿って延びると共に、前記第１圧電積層体と離間する第２圧電積層体と、前記第１圧電体層の先端部と前記第２圧電体層の先端部との間に固定された変位部と、を有する本体部を形成する本体部形成工程と、
前記本体部上に、当該本体部を覆うように第１弾性体層を形成する第１弾性体層形成工程と、
前記第１弾性体層のうち、前記第１圧電積層体の基端部上に設けられた第１領域、前記第２圧電積層体の基端部上に設けられた第２領域、前記第１圧電積層体の側面に設けられた第３領域の少なくとも一部、及び、前記第２圧電積層体の側面に設けられた第４領域の少なくとも一部、を覆うと共に、これらの領域以外の前記第１弾性体層を露出させるパターンを有するボンディング層を形成するボンディング層形成工程と、
前記ボンディング層上に支持基板を固定することにより、第１弾性体層のうち前記ボンディング層が形成されていない非ボンディング面と、前記支持基板の主面との間に、前記非ボンディング面と接する空間ギャップを形成する支持基板固定工程と、
前記仮基板を除去する仮基板除去工程と、
を備える圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１２】
前記仮基板除去工程の後に、前記仮基板除去工程において前記仮基板が除去されることにより露出した前記第１圧電積層体、前記第２圧電積層体、及び、前記第１弾性体層上に、前記第１弾性体層の露出面のうち前記ボンディング層の上方の領域と、前記第１圧電積層体の上面と、前記第２圧電積層体の上面と、を接続するように第２弾性体層を形成する第２弾性体層形成工程をさらに備える請求項１１に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１】
支持基板と、
第１上部電極層、第１下部電極層、及び、これらの間に介在する第１圧電体層を含む第１圧電積層体と、第２上部電極層、第２下部電極層、及び、これらの間に介在する第２圧電体層を含む第２圧電積層体と、前記支持基板に対して相対的に変位可能な変位部と、を有する本体部と、
第１弾性体層と
を備え、
前記本体部は、前記支持基板の主面の上方に設けられており、
前記第１圧電積層体は、前記支持基板の前記主面と交差する方向を積層方向とし、前記支持基板の前記主面と平行な面内における第１仮想線に沿って延び、
前記第２圧電積層体は、前記支持基板の前記主面と交差する方向を積層方向とし、前記支持基板の前記主面と平行な面内における第２仮想線に沿って延びると共に、前記第１圧電積層体と離間し、
前記変位部は、前記第１圧電積層体の先端部と前記第２圧電積層体の先端部との間に固定され、
前記第１弾性体層は、前記第１圧電積層体の前記支持基板と対向する下面と、前記第２圧電積層体の前記支持基板と対向する下面と、前記第１圧電積層体の側面の少なくとも一部と、前記第２圧電積層体の側面の少なくとも一部と、を接続するように前記本体部に固定されており、
前記第１弾性体層のうち前記第１圧電積層体の基端部の下面に設けられた第１領域は、第１ボンディング部によって前記支持基板の前記主面に固定されており、
前記第１弾性体層のうち前記第２圧電積層体の基端部の下面に設けられた第２領域は、第２ボンディング部によって前記支持基板の前記主面に固定されており、
前記第１弾性体層のうち、前記第１圧電積層体の側面に設けられた第３領域の少なくとも一部は、第３ボンディング部によって前記支持基板の前記主面に固定されており、
前記第１弾性体層のうち、前記第２圧電積層体の側面に設けられた第４領域の少なくとも一部は、第４ボンディング部によって前記支持基板の前記主面に固定されており、
前記第１弾性体層の前記支持基板と対向する下面のうち、前記第１ボンディング部、前記第２ボンディング部、前記第３ボンディング部、及び、前記第４ボンディング部と接する面以外の非ボンディング面は、前記支持基板の前記主面に固定されていない、又は、前記第１ボンディング部、前記第２ボンディング部、前記第３ボンディング部、及び、前記第４ボンディング部よりも弾性率の低い部材によって前記支持基板の前記主面に固定されている圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記非ボンディング面と、前記支持基板の前記主面との間には、前記非ボンディング面と接する空間ギャップが形成されている請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記第１弾性体層の上面のうち前記第１ボンディング部、前記第２ボンディング部、前記第３ボンディング部、及び、前記第４ボンディング部の上方の領域と、前記第１圧電積層体の上面と、前記第２圧電積層体の上面と、を接続するように前記本体部に固定された第２弾性体層をさらに有する請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記第１弾性体層は、樹脂からなり、
前記第２弾性体層は、樹脂からなる請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記支持基板の前記主面と平行な面内において、前記第１仮想線の少なくとも一部における接線は、接点が前記第１仮想線の前記第１圧電積層体の基端部に対応する端点側から前記第１圧電積層体の先端部に対応する端点側に移動するに従って、前記支持基板の前記主面と交差する方向を回転軸とする回転方向に回転し、
前記支持基板の前記主面と平行な面内において、前記第２仮想線の少なくとも一部における接線は、接点が前記第２仮想線の前記第２圧電積層体の基端部に対応する端点側から前記第２圧電積層体の先端部に対応する端点側に移動するに従って、前記支持基板の前記主面と交差する方向を回転軸とする回転方向に回転する請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記第１圧電積層体及び前記第２圧電積層体は、当該第１圧電積層体が前記第１仮想線に沿って伸びると同時に当該第２圧電積層体が前記第２仮想線に沿って伸びた際に、前記支持基板の前記主面と交差する方向を回転軸とする第１回転方向に前記変位部を回転させるように、それぞれ前記変位部に固定されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記支持基板の前記主面と平行な面内において、前記第１仮想線の少なくとも前記第１圧電積層体の前記先端部に対応する部分における接線は、接点が前記第１仮想線の前記第１圧電積層体の前記基端部に対応する端点側から前記第１圧電積層体の前記先端部に対応する端点側に移動するに従って、前記第１回転方向に回転し、
前記支持基板の前記主面と平行な面内において、前記第２仮想線の少なくとも前記第２圧電積層体の前記先端部に対応する部分における接線は、接点が前記第２仮想線の前記第２圧電積層体の前記基端部に対応する端点側から前記第２圧電積層体の前記先端部に対応する端点側に移動するに従って、前記第１回転方向に回転する請求項６に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記第１仮想線の少なくとも前記第１圧電積層体の前記先端部に対応する前記部分と、前記第２仮想線の少なくとも前記第２圧電積層体の前記先端部に対応する前記部分とは、
前記支持基板の前記主面と垂直な方向から見て、前記変位部内の点に対して略点対称に配置されている請求項７に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記変位部は、第３上部電極層、第３下部電極層、及び、第３圧電体層を含み、
前記第１圧電体層、前記第２圧電体層、及び、前記第３圧電体層は、一体形成されており、
前記第１上部電極層、前記第２上部電極層、及び、前記第３上部電極層は、一体形成されており、
前記第１下部電極層、前記第２下部電極層、及び、前記第３下部電極層は、一体形成されている請求項１〜８のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記第２弾性体層には、前記第１仮想線とそれぞれ交差する方向に延びると共に前記第１仮想線に沿って並ぶ複数のスリットからなる第１スリット構造と、前記第２仮想線とそれぞれ交差する方向に延びると共に前記第２仮想線に沿って並ぶ複数のスリットからなる第２スリット構造が形成されている請求項３〜９のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
仮基板上に、第１上部電極層、第１下部電極層、及び、これらの間に介在する第１圧電体層を含み、前記仮基板の主面と平行な面内における第１仮想線に沿って延びる第１圧電積層体と、第２上部電極層、第２下部電極層、及び、これらの間に介在する第２圧電体層を含み、前記仮基板の前記主面と平行な面内における第２仮想線に沿って延びると共に、前記第１圧電積層体と離間する第２圧電積層体と、前記第１圧電体層の先端部と前記第２圧電体層の先端部との間に固定された変位部と、を有する本体部を形成する本体部形成工程と、
前記本体部上に、当該本体部を覆うように第１弾性体層を形成する第１弾性体層形成工程と、
前記第１弾性体層のうち、前記第１圧電積層体の基端部上に設けられた第１領域、前記第２圧電積層体の基端部上に設けられた第２領域、前記第１圧電積層体の側面に設けられた第３領域の少なくとも一部、及び、前記第２圧電積層体の側面に設けられた第４領域の少なくとも一部、を覆うと共に、これらの領域以外の前記第１弾性体層を露出させるパターンを有するボンディング層を形成するボンディング層形成工程と、
前記ボンディング層上に支持基板を固定することにより、第１弾性体層のうち前記ボンディング層が形成されていない非ボンディング面と、前記支持基板の主面との間に、前記非ボンディング面と接する空間ギャップを形成する支持基板固定工程と、
前記仮基板を除去する仮基板除去工程と、
を備える圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１２】
前記仮基板除去工程の後に、前記仮基板除去工程において前記仮基板が除去されることにより露出した前記第１圧電積層体、前記第２圧電積層体、及び、前記第１弾性体層上に、前記第１弾性体層の露出面のうち前記ボンディング層の上方の領域と、前記第１圧電積層体の上面と、前記第２圧電積層体の上面と、を接続するように第２弾性体層を形成する第２弾性体層形成工程をさらに備える請求項１１に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２８３０３８（Ｐ２０１０−２８３０３８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３３４４２（Ｐ２００９−１３３４４２）
【出願日】平成２１年６月２日（２００９．６．２）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【出願人】（５００３９３８９３）新科實業有限公司 (361)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＥ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ（Ｈ．Ｋ．）Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｒｅ， ６ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ Ｅａｓｔ Ａｖｅｎｕｅ， Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ， Ｓｈａｔｉｎ， Ｎ．Ｔ．， Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２日（２００９．６．２）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【出願人】（５００３９３８９３）新科實業有限公司 (361)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＥ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ（Ｈ．Ｋ．）Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｒｅ， ６ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ Ｅａｓｔ Ａｖｅｎｕｅ， Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ， Ｓｈａｔｉｎ， Ｎ．Ｔ．， Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ
【Ｆターム（参考）】
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