特開 2024-107719 圧電駆動素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024107719

(43)【公開日】2024-08-09

(54)【発明の名称】圧電駆動素子

(51)【国際特許分類】

   H10N 30/20 20230101AFI20240802BHJP

   H10N 30/50 20230101ALI20240802BHJP

   H10N 30/853 20230101ALI20240802BHJP

   H10N 30/072 20230101ALI20240802BHJP

   H04R 17/10 20060101ALI20240802BHJP

【ＦＩ】

H10N30/20

H10N30/50

H10N30/853

H10N30/072

H04R17/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023011801

(22)【出願日】2023-01-30

(71)【出願人】

【識別番号】000116275

【氏名又は名称】ワックデータサービス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129573

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 博正

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 和久

(72)【発明者】

【氏名】石黒 康平

(72)【発明者】

【氏名】伊原 健裕

【テーマコード（参考）】

5D004

【Ｆターム（参考）】

5D004AA01

5D004CC04

5D004DD01

(57)【要約】

【課題】より簡単な構成で、より大きな発生力およびより大きな変位が得られる。
【解決手段】圧電駆動素子は、バイモルフ方式であるか若しくはユニモルフ方式であるか、または直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる、直方形状の薄板状の第１の圧電素子および第２の圧電素子を含み、第１の圧電素子と第２の圧電素子とが直方形状の薄板状となるように重ねられ、電圧が印可されたときに屈曲して変位する、重ねられている端部のうち、一方の端部が留められ、第１の圧電素子および第２の圧電素子が屈曲した場合、第１の圧電素子の面のうち、第２の圧電素子に隣接する側の面である第１面が、第２の圧電素子の面のうち、第１の圧電素子の第１面に隣接する側の面である第２の面に対して、電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部のうちの他方の端部と一方の端部とを結ぶ方向にずれる。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バイモルフ方式であるか若しくはユニモルフ方式であるか、または直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる、直方形状の薄板状の第１の圧電素子と、
バイモルフ方式であるか若しくはユニモルフ方式であるか、または直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる、直方形状の薄板状の第２の圧電素子と
を含み、
前記第１の圧電素子に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部と前記第２の圧電素子に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部とが重なるように、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とが直方形状の薄板状となるように重ねられ、
電圧が印可されたときに屈曲して変位する、重ねられている前記端部のうち、一方の端部が留められ、
前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子が屈曲した場合、前記第１の圧電素子の面のうち、前記第２の圧電素子に隣接する側の面である第１面が、前記第２の圧電素子の面のうち、前記第１の圧電素子の第１面に隣接する側の面である第２の面に対して、電圧が印可されたときに屈曲して変位する前記端部のうちの他方の端部と前記一方の端部とを結ぶ方向にずれる
圧電駆動素子。

【請求項2】

請求項１に記載の圧電駆動素子において、
前記第１面と前記第２の面とは、すべるように密着している
圧電駆動素子。

【請求項3】

請求項１に記載の圧電駆動素子において、
前記第１面と前記第２の面との間には、所定の隙間が設けられている
圧電駆動素子。

【請求項4】

請求項１に記載の圧電駆動素子において、
前記第１面と前記第２の面とは、弾性を有する接着部材で接着されている
圧電駆動素子。

【請求項5】

請求項１に記載の圧電駆動素子において、
前記第１面と前記第２の面とは、弾性を有する粘着部材で粘着されている
圧電駆動素子。

【請求項6】

請求項１に記載の圧電駆動素子において、
前記他方の端部は、弾性を有する接着部材で接着されている
圧電駆動素子。

【請求項7】

請求項１に記載の圧電駆動素子において、
前記他方の端部は、弾性を有する粘着部材で粘着されている
圧電駆動素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は圧電駆動素子に関し、特に、複数の圧電素子を用いた圧電駆動素子に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、編み機の選針装置やラウドスピーカ、ポンプ、モータなどにアクチュエータとして、応答速度が速く消費電力が小さい圧電素子を用いた圧電駆動素子が使われるようになってきた。

【0003】

従来、両面に電極を施した矩形の圧電板を２枚中間金属層を介して貼り合わせてなる圧電バイモルフ素子を基本とし、これを複数個摩擦係数が小さく柔軟性のある矩形の薄片を介して重ね合わせて一端を固定し、全てのバイモルフ素子が同一の方向に変位させるように構成したことを特徴とする圧電アクチユエータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

また、導電性の弾性板と該弾性板の両面にそれぞれ接合されている二枚の圧電板と、各該圧電板の表面をそれぞれ覆う二枚の表面電極とを持ち、複数枚が重ねられて同軸に配置されており、中央部と外周部との間に軸長方向の変位を生じる圧電バイモルフと、各該圧電バイモルフの該中央部を軸長方向に互いに連結しており、該弾性板と導通している導電性の中央連結部材と、各該圧電バイモルフの該外周部の一部を軸長方向に互いに連結している二本の導電性の外周連結部材とを有し、前記外周連結部材のうち一方と前記表面電極のうち一方とが互いに導通しており、該外周連結部材のうち他方と該表面電極のうち他方とが互いに導通していて、各前記圧電バイモルフの一方の前記圧電板と他方の前記圧電板とに個別に電界が印加されることを特徴とする、圧電バイモルフ積層型アクチュエータも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開昭６３－９５２６４号公報

【特許文献1】特開平１１－２３３８４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、圧電素子を重ねて、より大きな発生力とより大きな変位とを両立させることは困難であった。

【0007】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より簡単な構成で、より大きな発生力およびより大きな変位が得られるようにするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一側面の圧電駆動素子は、バイモルフ方式であるか若しくはユニモルフ方式であるか、または直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる、直方形状の薄板状の第１の圧電素子と、バイモルフ方式であるか若しくはユニモルフ方式であるか、または直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる、直方形状の薄板状の第２の圧電素子とを含み、前記第１の圧電素子に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部と前記第２の圧電素子に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部とが重なるように、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とが直方形状の薄板状となるように重ねられ、電圧が印可されたときに屈曲して変位する、重ねられている前記端部のうち、一方の端部が留められ、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子が屈曲した場合、前記第１の圧電素子の面のうち、前記第２の圧電素子に隣接する側の面である第１面が、前記第２の圧電素子の面のうち、前記第１の圧電素子の第１面に隣接する側の面である第２の面に対して、電圧が印可されたときに屈曲して変位する前記端部のうちの他方の端部と前記一方の端部とを結ぶ方向にずれる。

【0009】

前記第１面と前記第２の面とが、すべるように密着しているようにすることができる。

【0010】

前記第１面と前記第２の面との間に、所定の隙間を設けることができる。

【0011】

前記第１面と前記第２の面とを、弾性を有する接着部材で接着することができる。

【0012】

前記第１面と前記第２の面とを、弾性を有する粘着部材で粘着することができる。

【0013】

前記他方の端部を、弾性を有する接着部材で接着することができる。

【0014】

前記他方の端部を、弾性を有する粘着部材で粘着することができる。

【発明の効果】

【0015】

以上のように、本発明によれば、より簡単な構成で、より大きな発生力およびより大きな変位が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施の形態の圧電駆動素子１１の構成の例を説明する斜視図である。

【図2】圧電駆動素子１１の構成の例を説明する側面図である。

【図3】バイモルフ方式である圧電素子２１の構成の例を説明する側面図である。

【図4】直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる圧電素子２１の構成の例を説明する側面図である。

【図5】ユニモルフ方式である圧電素子２１の構成の例を説明する側面図である。

【図6】屈曲している圧電駆動素子１１の状態を示す図である。

【図7】本発明の実施の形態の圧電駆動素子１０１の構成の例を説明する斜視図である。

【図8】圧電駆動素子１０１の構成の例を説明する側面図である。

【図9】屈曲している圧電駆動素子１０１の状態を示す図である。

【図10】本発明の実施の形態の圧電駆動素子２０１の構成の例を説明する斜視図である。

【図11】圧電駆動素子２０１の構成の例を説明する側面図である。

【図12】屈曲している圧電駆動素子２０１の状態を示す図である。

【図13】圧電駆動素子１０１および圧電駆動素子２０１のそれぞれの発生力および変位量を示すグラフである。

【図14】圧電駆動素子１０１および圧電駆動素子２０１のそれぞれの発生力および変位量を示すグラフである。

【図15】圧電駆動素子１０１および圧電駆動素子２０１のそれぞれの発生力および変位量を示すグラフである。

【図16】圧電素子の面または端部をエポキシ系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量を示すグラフである。

【図17】圧電素子の面または端部をシアノアクリレート接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、発明の詳細な説明に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、発明の詳細な説明に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の詳細な説明中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。

【0018】

本発明の一側面の圧電駆動素子（例えば、図１の圧電駆動素子１１）は、バイモルフ方式であるか若しくはユニモルフ方式であるか、または直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる、直方形状の薄板状の第１の圧電素子（例えば、図１の圧電素子２１－１）と、バイモルフ方式であるか若しくはユニモルフ方式であるか、または直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる、直方形状の薄板状の第２の圧電素子（例えば、図１の圧電素子２１－２）とを含み、前記第１の圧電素子に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部と前記第２の圧電素子に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部とが重なるように、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とが直方形状の薄板状となるように重ねられ、電圧が印可されたときに屈曲して変位する、重ねられている前記端部のうち、一方の端部（例えば、図１の留め端４１－１および留め端４１－２）が留められ、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子が屈曲した場合、前記第１の圧電素子の面のうち、前記第２の圧電素子に隣接する側の面である第１面（例えば、図１の面４３－１－２）が、前記第２の圧電素子の面のうち、前記第１の圧電素子の第１面に隣接する側の面である第２の面（例えば、図１の面４３－２－１）に対して、電圧が印可されたときに屈曲して変位する前記端部のうちの他方の端部（例えば、図１の変位端４２－１および変位端４２－２）と前記一方の端部とを結ぶ方向にずれる。

【0019】

以下、図１乃至図１７を参照して、本発明の実施の形態の圧電駆動素子について説明する。

【0020】

図１は、本発明の実施の形態の圧電駆動素子１１の構成の例を説明する斜視図である。図２は、圧電駆動素子１１の構成の例を説明する側面図である。

【0021】

なお、圧電駆動素子１１の長手方向を前後側として、左右方向をX軸で図示し、上下の方向をＺ軸で図示し、前後の方向をＹ軸で図示する。また、以下、Ｙ軸方向のうち、図１中の左下側を単に前側と称し、Ｙ軸方向のうち、図１中の右上側を単に奥側と称する。さらに、以下、Ｘ軸方向のうち、図１中の左上側を単に左側と称し、X軸方向のうち、図１中の右下側を単に右側と称する。さらにまた、以下、Ｚ軸方向のうち、図１中の上側を単に上側と称し、Ｚ軸方向のうち、図１中の上側を単に下側と称する。なお、奥側がＹ軸の正の方向であり、左側がX軸の正の方向であり、上側がＺ軸の正の方向である。また、Ｚ軸方向を、単に上下方向とも称し、Ｘ軸およびＹ軸に平行な面に沿う方向を単に水平方向とも称する。さらに、水平方向に対して比較的小さい角度を挟む方向および水平方向を横方向とも称し、上下方向に対して比較的小さい角度を挟む方向および上下方向を縦方向とも称する。以下の図においても同様である。

【0022】

圧電駆動素子１１は、全体として、略直方形状の板状に形成されている。圧電駆動素子１１は、外部から印加される電圧により帯電し、屈曲する。このとき、圧電駆動素子１１の一方の端部は、他方の端部に対して、板状の面に対して交差する向きに変位する。圧電駆動素子１１は、所定の力を発生して、圧電駆動素子１１の他方の端部は、所定の長さだけ変位する。すなわち、圧電駆動素子１１は、電圧が印加されると、屈曲により外部に駆動力を供給することができる。

【0023】

圧電駆動素子１１は、圧電素子２１－１、圧電素子２１－２および留め具２２を含み構成されている。圧電素子２１－１および圧電素子２１－２は、それぞれ、略直方形状の薄板状に形成されている圧電素子である。圧電素子２１－１および圧電素子２１－２は、それぞれ、バイモルフ方式であるか若しくはユニモルフ方式であるか、または直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる。圧電素子２１－１および圧電素子２１－２は、圧電素子２１－１に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部と圧電素子２１－２に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部とが重なるように、直方形状の薄板状となるように重ねられている。

【0024】

留め具２２は、樹脂、金属または複合材料などにより形成されている。留め具２２は、電圧が印可されたときに屈曲して変位する、重ねられている圧電素子２１－１および圧電素子２１－２の端部のうち、一方の端部である留め端４１－１および留め端４１－２を留めている。言い換えれば、留め具２２は、重ねられている圧電素子２１－１および圧電素子２１－２の一方の端部である留め端４１－１および留め端４１－２を固定している。

【0025】

また、圧電素子２１－１および圧電素子２１－２は、圧電素子２１－１に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部である変位端４２－１と圧電素子２１－２に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部である変位端４２－２とが重なるように、直方形状の薄板状となるように重ねられている。変位端４２－１および変位端４２－２は、電圧が印可されたときに屈曲して変位する、重ねられている圧電素子２１－１および圧電素子２１－２の端部のうち、他方の端部である。

【0026】

このように、留め端４１－１と留め端４１－２とが重なり、変位端４２－１と変位端４２－２とが重なるように、圧電素子２１－１の留め端４１－１および圧電素子２１－２の留め端４１－２が留め具２２によって留められている。

【0027】

略矩形の薄板状に形成されている圧電素子２１－１には、面４３－１－１および面４３－１－２が形成されている。例えば、面４３－１－１は、上側の面である。例えば、面４３－１－２は、下側の面である。同様に、略矩形の薄板状に形成されている圧電素子２１－２には、面４３－２－１および面４３－２－２が形成されている。例えば、面４３－２－１は、上側の面である。例えば、面４３－２－２は、下側の面である。圧電素子２１－１および圧電素子２１－２が略直方形状の板状となるように、圧電素子２１－１の面４３－１－２の全体は、圧電素子２１－２の面４３－２－１の全体に重ねられている。また、圧電素子２１－１の面４３－１－２は、圧電素子２１－２の面４３－２－１に隣接している。例えば、圧電素子２１－１の面４３－１－２と圧電素子２１－２の面４３－２－１との間には、所定の隙間が設けられている。または、圧電素子２１－１の面４３－１－２と圧電素子２１－２の面４３－２－１とは、互いにすべるように密着している。

【0028】

なお、圧電素子２１－１の面４３－１－２と圧電素子２１－２の面４３－２－１とが平行するように、圧電素子２１－１および圧電素子２１－２は配置されている。また、圧電素子２１－１の面４３－１－２と圧電素子２１－２の面４３－２－１とが、所定の角度で交差する向きに圧電素子２１－１および圧電素子２１－２を配置するようにしてもよい。例えば、圧電素子２１－１の面４３－１－２に沿って前後方向に延びる仮想的な直線と圧電素子２１－２の面４３－２－１に沿って前後方向に延びる仮想的な直線とが、変位端４２－１および変位端４２－２より前で交差するように、圧電素子２１－１および圧電素子２１－２を配置することができる。

【0029】

圧電素子２１－１および圧電素子２１－２が屈曲した場合、圧電素子２１－１の面４３－１－２は、圧電素子２１－２の面４３－２－１に対して、留め端４１－１と変位端４２－１とを結ぶ方向にずれる。

【0030】

以下、圧電素子２１－１および圧電素子２１－２を区別する必要がない場合、単に、圧電素子２１と称する。

【0031】

ここで、圧電素子２１の構成の詳細を説明する。まず、バイモルフ方式である圧電素子２１の構成の例について説明する。

【0032】

図３は、バイモルフ方式である圧電素子２１の構成の例を説明する側面図である。例えば、バイモルフ方式である圧電素子２１の奥側の端部は、留め端４１－１または留め端４１－２とされ、バイモルフ方式である圧電素子２１の前側の端部は、変位端４２－１または変位端４２－２とされる。

【0033】

バイモルフ方式である圧電素子２１は、圧電材５１－１、圧電材５１－２、プレート５２、電極膜５３－１－１、電極膜５３－１－２、電極膜５３－２－１、電極膜５３－２－２、接着剤層５４－１、接着剤層５４－２、ソルダーレジスト５５－１およびソルダーレジスト５５－２を含み構成されている。圧電材５１－１および圧電材５１－２は、それぞれ、PZT（PbZrO₃-PbTiO₃）（ジルコン酸鉛とチタン酸鉛との固溶体）またはPZTにPb（MG,Nb）O₃やPb（Ni,Nb）O₃等の鉛系複合ペロブスカイト型化合物を固溶させた３成分系圧電セラミックスその他の圧電体材料で形成される。圧電材５１－１および圧電材５１－２は、それぞれ、略長方形状の薄膜として形成されている。圧電材５１－１および圧電材５１－２の厚さは、それぞれ、１００μｍ乃至３００μｍ、より好ましくは、１５０μｍ乃至２５０μｍとされる。圧電材５１－１および圧電材５１－２は、同じ形状とされている。

【0034】

プレート５２は、圧電材５１－１および圧電材５１－２を支持する強度と導電性とを備えた金属材料からなる。具体的には、プレート５２は、ステンレス鋼（SUS:Steel Use Stainless）または42アロイ（42Alloy）などからなる。プレート５２は、圧電材５１－１および圧電材５１－２の形状と略同形状の略長方形状の薄板として形成されている。プレート５２の厚さは、７５μｍ乃至１５０μｍ、より好ましくは、７５μｍ乃至１２５μｍとされる。

【0035】

圧電材５１－１の一方の面である外側面（上側の面）には、電極膜５３－１－１が形成され、圧電材５１－１の他方の面である内側面（プレート５２に接する側の面）（下側の面）には、電極膜５３－１－２が形成されている。また、圧電材５１－２の一方の面である内側面（プレート５２に接する側の面）（上側の面）には、電極膜５３－２－１が形成され、圧電材５１－２の他方の面である外側面（下側の面）には、電極膜５３－２－２が形成されている。電極膜５３－１－１、電極膜５３－１－２、電極膜５３－２－１、および電極膜５３－２－２は、それぞれ、金または銀などの薄膜として形成され、圧電材５１－１または圧電材５１－２のそれぞれの面の全体に導通することで、圧電材５１－１または圧電材５１－２のそれぞれの面に均一に帯電させるかまたはそれぞれの面の全体から電荷を除去する。

【0036】

なお、圧電材５１－１および圧電材５１－２は分極させて用いられる。

【0037】

プレート５２の上側に圧電材５１－１が重ねられ、プレート５２の下側に圧電材５１－２が重ねられる。プレート５２の上側の面と圧電材５１－１の下側の面とは、エポキシ樹脂またはポリフェノール樹脂などの接着剤層５４－１により重ねて固定される。接着剤層５４－１は、プレート５２と圧電材５１－１とに挟まれた膜状とされている。また、プレート５２の下側の面と圧電材５１－２の上側の面とは、エポキシ樹脂またはポリフェノール樹脂などの接着剤層５４－２により重ねて固定される。接着剤層５４－２は、プレート５２と圧電材５１－２とに挟まれた膜状とされている。

【0038】

さらに、圧電材５１－１の外側の面、すなわち、電極膜５３－１－１の上側には、ソルダーレジスト５５－１が形成され、圧電材５１－２の外側の面、すなわち、電極膜５３－２－２の下側には、ソルダーレジスト５５－２が形成されている。ソルダーレジスト５５－１およびソルダーレジスト５５－２は、それぞれ、耐熱性の高分子材料からなる。例えば、ソルダーレジスト５５－１およびソルダーレジスト５５－２は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、またはノボラック型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂を主成分とする液状の感光性レジスト材料や、ウレタンアクリレートを主成分とした耐折性に優れた感光性レジスト材料で形成することができる。

【0039】

さらに、ソルダーレジスト５５－１およびソルダーレジスト５５－２の外側には、圧電素子２１の全体を包むように、非導電性の高分子薄膜である電気絶縁膜が形成される。

【0040】

バイモルフ方式である圧電素子２１の電極膜５３－１－１と電極膜５３－１－２との間または電極膜５３－２－１と電極膜５３－１－１との間のいずれか一方に所定の電圧を印加すると、バイモルフ方式である圧電素子２１は屈曲して、前側の端部が、奥側の端部に対して、上側または下側に変位する。

【0041】

次に、直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる圧電素子２１の構成の例を説明する。

【0042】

図４は、直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる圧電素子２１の構成の例を説明する側面図である。例えば、直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる圧電素子２１の奥側の端部は、留め端４１－１または留め端４１－２とされ、直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる圧電素子２１の前側の端部は、変位端４２－１または変位端４２－２とされる。

【0043】

直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる圧電素子２１は、圧電材７１－１、圧電材７１－２、電極膜７２－１－１、電極膜７２－１－２、電極膜７２－２－１、電極膜７２－２－２、接着剤層７３、ソルダーレジスト７４－１およびソルダーレジスト７４－２を含み構成されている。圧電材７１－１および圧電材７１－２は、それぞれ、PZTまたはPZTにPb（MG,Nb）O₃やPb（Ni,Nb）O₃等の鉛系複合ペロブスカイト型化合物を固溶させた３成分系圧電セラミックスその他の圧電体材料で形成される。圧電材７１－１および圧電材７１－２は、それぞれ、略長方形状の薄膜として形成されている。圧電材７１－１および圧電材７１－２の厚さは、１００μｍ乃至３００μｍ、より好ましくは、１５０μｍ乃至２５０μｍとされる。圧電材７１－１および圧電材７１－２は、同じ形状とされている。

【0044】

圧電材７１－１の一方の面である外側面（上側の面）には、電極膜７２－１－１が形成され、圧電材７１－１の他方の面である内側面（圧電材７１－２に接する側の面）（下側の面）には、電極膜７２－１－２が形成されている。また、圧電材７１－２の一方の面である内側面（圧電材７１－１に接する側の面）（上側の面）には、電極膜７２－２－１が形成され、圧電材７１－２の他方の面である外側面（下側の面）には、電極膜７２－２－２が形成されている。電極膜７２－１－１、電極膜７２－１－２、電極膜７２－２－１、および電極膜７２－２－２は、それぞれ、金または銀などの薄膜として形成され、圧電材７１－１または圧電材７１－２のそれぞれの面の全体に導通することで、圧電材７１－１または圧電材７１－２のそれぞれの面に均一に帯電させるかまたはそれぞれの面の全体から電荷を除去する。

【0045】

なお、圧電材７１－１および圧電材７１－２は分極させて用いられる。

【0046】

圧電材７１－１と圧電材７１－２とが重ねられる。圧電材７１－１の下側の面と圧電材７１－２の上側の面とは、エポキシ樹脂またはポリフェノール樹脂などの接着剤層７３により重ねて固定される。接着剤層７３は、圧電材７１－１と圧電材７１－２とに挟まれた膜状とされている。

【0047】

さらに、圧電材７１－１の外側の面、すなわち、電極膜７２－１－１の上側には、ソルダーレジスト７４－１が形成され、圧電材７１－２の外側の面、すなわち、電極膜７２－２－２の下側には、ソルダーレジスト７４－２が形成されている。ソルダーレジスト７４－１およびソルダーレジスト７４－２は、それぞれ、耐熱性の高分子材料からなる。例えば、ソルダーレジスト７４－１およびソルダーレジスト７４－２は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、またはノボラック型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂を主成分とする液状の感光性レジスト材料や、ウレタンアクリレートを主成分とした耐折性に優れた感光性レジスト材料で形成することができる。

【0048】

さらに、ソルダーレジスト７４－１およびソルダーレジスト７４－２の外側には、圧電素子２１の全体を包むように、非導電性の高分子薄膜である電気絶縁膜が形成される。

【0049】

直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる圧電素子２１の電極膜７２－１－１と電極膜７２－１－２との間または電極膜７２－２－１と電極膜７２－１－１との間のいずれか一方に所定の電圧を印加すると、直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる圧電素子２１は屈曲して、前側の端部が、奥側の端部に対して、上側または下側に変位する。

【0050】

次に、ユニモルフ方式である圧電素子２１の構成の例について説明する。

【0051】

図５は、ユニモルフ方式である圧電素子２１の構成の例を説明する側面図である。例えば、ユニモルフ方式である圧電素子２１の奥側の端部は、留め端４１－１または留め端４１－２とされ、ユニモルフ方式である圧電素子２１の前側の端部は、変位端４２－１または変位端４２－２とされる。

【0052】

ユニモルフ方式である圧電素子２１は、圧電材９１、プレート９２、電極膜９３－１、電極膜９３－２、接着剤層９４およびソルダーレジスト９５を含み構成されている。圧電材９１は、PZTまたはPZTにPb（MG,Nb）O₃やPb（Ni,Nb）O₃等の鉛系複合ペロブスカイト型化合物を固溶させた３成分系圧電セラミックスその他の圧電体材料で形成される。圧電材９１は、略長方形状の薄膜として形成されている。圧電材９１の厚さは、１００μｍ乃至３００μｍ、より好ましくは、１５０μｍ乃至２５０μｍとされる。

【0053】

プレート９２は、圧電材９１を支持する強度と導電性とを備えた金属材料からなる。具体的には、プレート９２は、ステンレス鋼または42アロイなどからなる。プレート９２は、圧電材９１の形状と略同形状の略長方形状の薄板として形成されている。プレート９２の厚さは、７５μｍ乃至１５０μｍ、より好ましくは、７５μｍ乃至１２５μｍとされる。

【0054】

圧電材９１の一方の面である外側面（上側の面）には、電極膜９３－１が形成され、圧電材９１の他方の面である内側面（プレート９２に接する側の面）（下側の面）には、電極膜９３－２が形成されている。電極膜９３－１および電極膜９３－２は、それぞれ、金または銀などの薄膜として形成され、圧電材９１の面の全体に導通することで、圧電材９１の面に均一に帯電させるかまたはそれぞれの面の全体から電荷を除去する。

【0055】

なお、圧電材９１は分極させて用いられる。

【0056】

プレート９２の上側に圧電材９１が重ねられる。プレート９２の上側の面と圧電材９１の下側の面とは、エポキシ樹脂またはポリフェノール樹脂などの接着剤層９４により重ねて固定される。接着剤層９４は、プレート９２と圧電材９１とに挟まれた膜状とされている。

【0057】

さらに、圧電材９１の外側の面、すなわち、電極膜９３－１の上側には、ソルダーレジスト９５が形成されている。ソルダーレジスト９５は、耐熱性の高分子材料からなる。例えば、ソルダーレジスト９５は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、またはノボラック型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂を主成分とする液状の感光性レジスト材料や、ウレタンアクリレートを主成分とした耐折性に優れた感光性レジスト材料で形成することができる。

【0058】

さらに、ソルダーレジスト９５およびプレート９２の外側に、圧電素子２１の全体を包むように、非導電性の高分子薄膜である電気絶縁膜が形成される。

【0059】

ユニモルフ方式である圧電素子２１の電極膜９３－１と電極膜９３－２との間に所定の電圧を印加すると、ユニモルフ方式である圧電素子２１は屈曲して、前側の端部が、奥側の端部に対して、上側または下側に変位する。

【0060】

図６は、屈曲している圧電駆動素子１１の状態を示す図である。図６中の下側の点線で囲まれている部分は、図６中の上側の点線で囲まれている部分を拡大して示す。

【0061】

拡大されている部分に示される、圧電素子２１－１のＡで示される線の位置と、圧電素子２１－２のＡ‘で示される線の位置とは、圧電駆動素子１１が屈曲していない場合、Ｙ軸方向で一致している。

【0062】

圧電駆動素子１１が屈曲すると、拡大されている部分に示されるように、圧電素子２１－１のＡで示される線の位置と、圧電素子２１－２のＡ‘で示される線の位置とは、Ｙ軸方向に微小の変位量Δだけずれる。

【0063】

すなわち、圧電素子２１－１および圧電素子２１－２が屈曲した場合、圧電素子２１－１の面のうち、圧電素子２１－２に隣接する側の面である面４３－１－２が、圧電素子２１－２の面のうち、圧電素子２１－１の面４３－１－２に隣接する側の面である面４３－２－１に対して、電圧が印可されたときに屈曲して変位する変位端４２－１と留め端４１－１とを結ぶ方向にずれる。

【0064】

なお、圧電駆動素子１１は、圧電素子２１－１および圧電素子２１－２を含み構成されていると説明したが、これに限らず、３枚の圧電素子２１または４枚の圧電素子２１など、所望の数の圧電素子２１を含むように構成することができる。

【0065】

また、圧電駆動素子１１に含まれる圧電素子２１－１および圧電素子２１－２または圧電素子２１は、同じ方式であっても、異なる方式であってもよい。例えば、圧電素子２１－１をバイモルフ方式とし、圧電素子２１－２をユニモルフ方式とするようにしてもよい。また、例えば、圧電駆動素子１１が３枚の圧電素子２１を含む場合、２枚の圧電素子２１をバイモルフ方式として、１枚の圧電素子２１を直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる、直方形状の薄板状の圧電素子とするようにしてもよい。

【0066】

それぞれ、変位量が１．３３ｍｍであって、発生力が０．３３Ｎのバイモルフ方式の圧電素子２１－１およびバイモルフ方式の圧電素子２１－２を含み構成されている圧電駆動素子１１の変位量および発生力は、それぞれ、１．２５ｍｍおよび０．６５Ｎであった。また、変位量が１．３３ｍｍであって、発生力が０．３３Ｎのバイモルフ方式の圧電素子２１を３枚含む圧電駆動素子１１の変位量および発生力は、それぞれ、１．２０ｍｍおよび１．１Ｎであった。

【0067】

このように、圧電駆動素子１１によれば、より簡単な構成で、より大きな発生力およびより大きな変位が得られる。

【0068】

図７は、本発明の実施の形態の圧電駆動素子１０１の構成の例を説明する斜視図である。図８は、圧電駆動素子１０１の構成の例を説明する側面図である。

【0069】

圧電駆動素子１０１は、全体として、略直方形状の板状に形成されている。圧電駆動素子１０１は、外部から印加される電圧により帯電し、屈曲する。このとき、圧電駆動素子１０１の一方の端部は、他方の端部に対して、板状の面に対して交差する向きに変位する。圧電駆動素子１０１は、所定の力を発生して、圧電駆動素子１０１の他方の端部は、所定の長さだけ変位する。すなわち、圧電駆動素子１０１は、電圧が印加されると、屈曲により外部に駆動力を供給することができる。

【0070】

圧電駆動素子１０１は、圧電素子１２１－１、圧電素子１２１－２、留め具１２２および接着部材１２３を含み構成されている。圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２は、それぞれ、略直方形状の薄板状に形成されている圧電素子である。圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２は、それぞれ、バイモルフ方式であるか若しくはユニモルフ方式であるか、または直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる。圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２は、圧電素子１２１－１に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部と圧電素子１２１－２に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部とが重なるように、直方形状の薄板状となるように重ねられている。

【0071】

なお、圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２は、それぞれ、図３を参照して説明したバイモルフ方式である圧電素子２１と同様の構成とすることができる。また、圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２は、それぞれ、図４を参照して説明した直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる圧電素子２１と同様の構成とすることができる。さらにまた、圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２は、それぞれ、図５を参照して説明したユニモルフ方式である圧電素子２１と同様の構成とすることができる。

【0072】

留め具１２２は、樹脂、金属または複合材料などにより形成されている。留め具１２２は、電圧が印可されたときに屈曲して変位する、重ねられている圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２の端部のうち、一方の端部である留め端１４１－１および留め端１４１－２を留めている。言い換えれば、留め具１２２は、重ねられている圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２の一方の端部である留め端１４１－１および留め端１４１－２を固定している。

【0073】

また、圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２は、圧電素子１２１－１に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部である変位端１４２－１と圧電素子１２１－２に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部である変位端１４２－２とが重なるように、直方形状の薄板状となるように重ねられている。変位端１４２－１および変位端１４２－２は、電圧が印可されたときに屈曲して変位する、重ねられている圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２の端部のうち、他方の端部である。

【0074】

このように、留め端１４１－１と留め端１４１－２とが重なり、変位端１４２－１と変位端１４２－２とが重なるように、圧電素子１２１－１の留め端１４１－１および圧電素子１２１－２の留め端１４１－２が留め具１２２によって留められている。

【0075】

略矩形の薄板状に形成されている圧電素子１２１－１には、面１４３－１－１および面１４３－１－２が形成されている。例えば、面１４３－１－１は、上側の面である。例えば、面１４３－１－２は、下側の面である。同様に、略矩形の薄板状に形成されている圧電素子１２１－２には、面１４３－２－１および面１４３－２－２が形成されている。例えば、面１４３－２－１は、上側の面である。例えば、面１４３－２－２は、下側の面である。圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２が略直方形状の板状となるように、圧電素子１２１－１の面１４３－１－２の全体は、圧電素子１２１－２の面１４３－２－１の全体に重ねられている。また、圧電素子１２１－１の面１４３－１－２は、圧電素子１２１－２の面１４３－２－１に隣接している。例えば、圧電素子１２１－１の面１４３－１－２と圧電素子１２１－２の面１４３－２－１との間には、所定の隙間が設けられている。または、圧電素子１２１－１の面１４３－１－２と圧電素子１２１－２の面１４３－２－１とは、互いにすべるように密着している。

【0076】

なお、圧電素子１２１－１の面１４３－１－２と圧電素子１２１－２の面１４３－２－１とが平行するように、圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２は配置されている。また、圧電素子１２１－１の面１４３－１－２と圧電素子１２１－２の面１４３－２－１とが、所定の角度で交差する向きに圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２を配置するようにしてもよい。例えば、圧電素子１２１－１の面１４３－１－２に沿って前後方向に延びる仮想的な直線と圧電素子１２１－２の面１４３－２－１に沿って前後方向に延びる仮想的な直線とが、変位端１４２－１および変位端１４２－２より前で交差するように、圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２を配置することができる。

【0077】

接着部材１２３は、弾性を有し、圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部と、圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部とを接着している。例えば、接着部材１２３は、弾性を有し、圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部と、圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部とをX軸方向に全体にまたは一部を接着している。接着部材１２３は、圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部および圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部のみを接着し、圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２の奥側は接着していない。接着部材１２３は、弾性を有し、圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２が屈曲した場合、圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２からの力で変形して、圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部と圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部とのずれを妨げない。すなわち、接着部材１２３は、圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２からの力で変形する。言い換えれば、接着部材１２３は、圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２からの力で変形する程度の弾性を有する。

【0078】

圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２が屈曲した場合、圧電素子１２１－１の面１４３－１－２は、圧電素子１２１－２の面１４３－２－１に対して、留め端１４１－１と変位端１４２－１とを結ぶ方向にずれる。

【0079】

図９は、屈曲している圧電駆動素子１０１の状態を示す図である。図９中の下側の点線で囲まれている部分は、図９中の上側の点線で囲まれている部分を拡大して示す。

【0080】

拡大されている部分に示される、圧電素子１２１－１のＢで示される線の位置と、圧電素子１２１－２のＢ‘で示される線の位置とは、圧電駆動素子１０１が屈曲していない場合、Ｙ軸方向で一致している。

【0081】

圧電駆動素子１０１が屈曲すると、拡大されている部分に示されるように、圧電素子１２１－１のＢで示される線の位置と、圧電素子１２１－２のＢ‘で示される線の位置とは、Ｙ軸方向に微小の変位量Δだけずれる。

【0082】

すなわち、圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２が屈曲した場合、圧電素子１２１－１の面のうち、圧電素子１２１－２に隣接する側の面である面１４３－１－２が、圧電素子１２１－２の面のうち、圧電素子１２１－１の面１４３－１－２に隣接する側の面である面１４３－２－１に対して、電圧が印可されたときに屈曲して変位する変位端１４２－１と留め端１４１－１とを結ぶ方向にずれる。

【0083】

なお、圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部と、圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部とが弾性を有する接着部材１２３により接着されていると説明したが、これに限らず、圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部と、圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部とを弾性を有する粘着部材により粘着するようにしてもよい。

【0084】

以下、圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２を区別する必要がない場合、単に、圧電素子１２１と称する。

【0085】

なお、圧電駆動素子１０１は、圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２を含み構成されていると説明したが、これに限らず、３枚の圧電素子１２１または４枚の圧電素子１２１など、所望の数の圧電素子１２１を含むように構成することができる。

【0086】

また、圧電駆動素子１０１に含まれる圧電素子１２１－１および圧電素子１２１－２または圧電素子１２１は、同じ方式であっても、異なる方式であってもよい。例えば、圧電素子１２１－１をバイモルフ方式とし、圧電素子１２１－２をユニモルフ方式とするようにしてもよい。また、例えば、圧電駆動素子１０１が３枚の圧電素子１２１を含む場合、２枚の圧電素子１２１をバイモルフ方式として、１枚の圧電素子１２１を直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる、直方形状の薄板状の圧電素子とするようにしてもよい。

【0087】

図１０は、本発明の実施の形態の圧電駆動素子２０１の構成の例を説明する斜視図である。図１１は、圧電駆動素子２０１の構成の例を説明する側面図である。

【0088】

圧電駆動素子２０１は、全体として、略直方形状の板状に形成されている。圧電駆動素子２０１は、外部から印加される電圧により帯電し、屈曲する。このとき、圧電駆動素子２０１の一方の端部は、他方の端部に対して、板状の面に対して交差する向きに変位する。圧電駆動素子２０１は、所定の力を発生して、圧電駆動素子２０１の他方の端部は、所定の長さだけ変位する。すなわち、圧電駆動素子２０１は、電圧が印加されると、屈曲により外部に駆動力を供給することができる。

【0089】

圧電駆動素子２０１は、圧電素子２２１－１、圧電素子２２１－２、留め具２２２および接着部材２２３を含み構成されている。圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２は、それぞれ、略直方形状の薄板状に形成されている圧電素子である。圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２は、それぞれ、バイモルフ方式であるか若しくはユニモルフ方式であるか、または直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる。圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２は、圧電素子２２１－１に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部と圧電素子２２１－２に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部とが重なるように、直方形状の薄板状となるように重ねられている。

【0090】

なお、圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２は、それぞれ、図３を参照して説明したバイモルフ方式である圧電素子２１と同様の構成とすることができる。また、圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２は、それぞれ、図４を参照して説明した直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる圧電素子２１と同様の構成とすることができる。さらにまた、圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２は、それぞれ、図５を参照して説明したユニモルフ方式である圧電素子２１と同様の構成とすることができる。

【0091】

留め具２２２は、樹脂、金属または複合材料などにより形成されている。留め具２２２は、電圧が印可されたときに屈曲して変位する、重ねられている圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２の端部のうち、一方の端部である留め端２４１－１および留め端２４１－２を留めている。言い換えれば、留め具２２２は、重ねられている圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２の一方の端部である留め端２４１－１および留め端２４１－２を固定している。

【0092】

また、圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２は、圧電素子２２１－１に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部である変位端２４２－１と圧電素子２２１－２に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部である変位端２４２－２とが重なるように、直方形状の薄板状となるように重ねられている。変位端２４２－１および変位端２４２－２は、電圧が印可されたときに屈曲して変位する、重ねられている圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２の端部のうち、他方の端部である。

【0093】

このように、留め端２４１－１と留め端２４１－２とが重なり、変位端２４２－１と変位端２４２－２とが重なるように、圧電素子２２１－１の留め端２４１－１および圧電素子２２１－２の留め端２４１－２が留め具２２２によって留められている。

【0094】

略矩形の薄板状に形成されている圧電素子２２１－１には、面２４３－１－１および面２４３－１－２が形成されている。例えば、面２４３－１－１は、上側の面である。例えば、面２４３－１－２は、下側の面である。同様に、略矩形の薄板状に形成されている圧電素子２２１－２には、面２４３－２－１および面２４３－２－２が形成されている。例えば、面２４３－２－１は、上側の面である。例えば、面２４３－２－２は、下側の面である。圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２が略直方形状の板状となるように、圧電素子２２１－１の面２４３－１－２の全体は、圧電素子２２１－２の面２４３－２－１の全体に重ねられている。また、圧電素子２２１－１の面２４３－１－２は、圧電素子２２１－２の面２４３－２－１に隣接している。

【0095】

なお、圧電素子２２１－１の面２４３－１－２と圧電素子２２１－２の面２４３－２－１とが平行するように、圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２は配置されている。また、圧電素子２２１－１の面２４３－１－２と圧電素子２２１－２の面２４３－２－１とが、所定の角度で交差する向きに圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２を配置するようにしてもよい。例えば、圧電素子２２１－１の面２４３－１－２に沿って前後方向に延びる仮想的な直線と圧電素子２２１－２の面２４３－２－１に沿って前後方向に延びる仮想的な直線とが、変位端２４２－１および変位端２４２－２より前で交差するように、圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２を配置することができる。

【0096】

接着部材２２３は、弾性を有し、圧電素子２２１－１の面２４３－１－２と、圧電素子２２１－２の面２４３－２－１とを接着している。例えば、接着部材１２３は、弾性を有し、圧電素子２２１－１の面２４３－１－２の全体と、圧電素子２２１－２の面２４３－２－１の全体とを接着している。接着部材２２３は、弾性を有し、圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２が屈曲した場合、圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２からの力で変形して、圧電素子２２１－１の面２４３－１－２と圧電素子２２１－２の面２４３－２－１とのずれを妨げない。すなわち、接着部材２２３は、圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２からの力で変形する。言い換えれば、接着部材２２３は、圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２からの力で変形する程度の弾性を有する。

【0097】

圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２が屈曲した場合、圧電素子２２１－１の面２４３－１－２は、圧電素子２２１－２の面２４３－２－１に対して、留め端２４１－１と変位端２４２－１とを結ぶ方向にずれる。

【0098】

図１２は、屈曲している圧電駆動素子２０１の状態を示す図である。図１２中の下側の点線で囲まれている部分は、図１２中の上側の点線で囲まれている部分を拡大して示す。

【0099】

拡大されている部分に示される、圧電素子２２１－１のＣで示される線の位置と、圧電素子２２１－２のＣ‘で示される線の位置とは、圧電駆動素子２０１が屈曲していない場合、Ｙ軸方向で一致している。

【0100】

圧電駆動素子２０１が屈曲すると、拡大されている部分に示されるように、圧電素子２２１－１のＣで示される線の位置と、圧電素子２２１－２のＣ‘で示される線の位置とは、Ｙ軸方向に微小の変位量Δだけずれる。

【0101】

すなわち、圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２が屈曲した場合、圧電素子２２１－１の面のうち、圧電素子２２１－２に隣接する側の面である面２４３－１－２が、圧電素子２２１－２の面のうち、圧電素子２２１－１の面２４３－１－２に隣接する側の面である面２４３－２－１に対して、電圧が印可されたときに屈曲して変位する変位端２４２－１と留め端２４１－１とを結ぶ方向にずれる。

【0102】

以下、圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２を区別する必要がない場合、単に、圧電素子２２１と称する。

【0103】

なお、圧電駆動素子２０１は、圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２を含み構成されていると説明したが、これに限らず、３枚の圧電素子２２１または４枚の圧電素子２２１など、所望の数の圧電素子２２１を含むように構成することができる。

【0104】

また、圧電駆動素子２０１に含まれる圧電素子２２１－１および圧電素子２２１－２または圧電素子２２１は、同じ方式であっても、異なる方式であってもよい。例えば、圧電素子２２１－１をバイモルフ方式とし、圧電素子２２１－２をユニモルフ方式とするようにしてもよい。また、例えば、圧電駆動素子２０１が３枚の圧電素子２２１を含む場合、２枚の圧電素子２２１をバイモルフ方式として、１枚の圧電素子２２１を直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる、直方形状の薄板状の圧電素子とするようにしてもよい。

【0105】

次に、圧電駆動素子１０１および圧電駆動素子２０１の変位量および発生力の測定結果を説明する。なお、以下で測定された圧電駆動素子１０１および圧電駆動素子２０１に用いられたバイモルフ方式の圧電素子１２１またはバイモルフ方式の圧電素子２２１の変位量および発生力は、それぞれ、１．３３ｍｍおよび０．５Ｎである。また、以下の測定では、複数の圧電素子１２１または複数の圧電素子２２１が、それぞれ、同じ向きに変形するように、圧電駆動素子１０１または圧電駆動素子２０１に電圧を印加した。

【0106】

圧電駆動素子２０１の圧電素子２２１－１の面２４３－１－２の全体と、圧電素子２２１－２の面２４３－２－１の全体とを粘着部材であるゴム系両面テープで粘着した場合、圧電駆動素子１０１の圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部と、圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部とを粘着部材であるゴム系両面テープで粘着した場合、圧電駆動素子２０１の圧電素子２２１－１の面２４３－１－２の全体と、圧電素子２２１－２の面２４３－２－１の全体とを接着部材２２３であるゴム系接着剤で接着した場合、圧電駆動素子１０１の圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部と、圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部とを接着部材１２３であるゴム系接着剤で接着した場合のそれぞれについて説明する。

【0107】

【表1】

【0108】

表１は、圧電駆動素子２０１の圧電素子２２１－１の面２４３－１－２の全体と、圧電素子２２１－２の面２４３－２－１の全体とを粘着部材であるゴム系両面テープで粘着した場合の圧電駆動素子２０１の発生力および変位量、圧電駆動素子１０１の圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部と、圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部とを粘着部材であるゴム系両面テープで粘着した場合の圧電駆動素子１０１の発生力および変位量、圧電駆動素子２０１の圧電素子２２１－１の面２４３－１－２の全体と圧電素子２２１－２の面２４３－２－１の全体とを接着部材２２３であるゴム系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子２０１の発生力および変位量、圧電駆動素子１０１の圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部と、圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部とを接着部材１２３であるゴム系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子１０１の発生力および変位量を示す。

【0109】

圧電駆動素子２０１の圧電素子２２１－１の面２４３－１－２の全体と、圧電素子２２１－２の面２４３－２－１の全体とを粘着部材であるゴム系両面テープで粘着した場合の圧電駆動素子２０１の変位量および発生力は、それぞれ、１．０７３ｍｍおよび０．９Ｎである。３枚の圧電素子２２１の面の全体を粘着部材であるゴム系両面テープで粘着した場合の圧電駆動素子２０１の変位量および発生力は、それぞれ、０．９８３ｍｍおよび１．４Ｎである。

【0110】

圧電駆動素子１０１の圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部と、圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部とを粘着部材であるゴム系両面テープで粘着した場合の圧電駆動素子１０１の変位量および発生力は、それぞれ、１．０８９ｍｍおよび１．０Ｎである。３枚の圧電素子１２１の端部を粘着部材であるゴム系両面テープで粘着した場合の圧電駆動素子１０１の変位量および発生力は、それぞれ、０．８７６ｍｍおよび１．４Ｎである。

【0111】

図１３は、ゴム系両面テープで粘着した場合の圧電駆動素子１０１および圧電駆動素子２０１のそれぞれの発生力および変位量を示すグラフである。図１３において、黒丸は、圧電駆動素子１０１の発生力および変位量を示し、黒四角は、圧電駆動素子２０１の発生力および変位量を示す。

【0112】

図１３に示されるように、１．３３ｍｍである圧電素子１２１または圧電素子２２１の変位量に比較すると、圧電駆動素子１０１および圧電駆動素子２０１のそれぞれの変位量は、１ｍｍ近辺となり、1枚の圧電素子１２１または圧電素子２２１の変位量に近い、より大きな変位量が得られている。また、０．５Ｎである圧電素子１２１または圧電素子２２１の発生力に比較すると、２枚の圧電素子１２１を含む圧電駆動素子１０１および２枚の圧電素子２２１を含む圧電駆動素子２０１のそれぞれの発生力は、１Ｎ近辺となり、３枚の圧電素子１２１を含む圧電駆動素子１０１および３枚の圧電素子２２１を含む圧電駆動素子２０１のそれぞれの発生力は、１．４Ｎとなった。

【0113】

表１に戻り、圧電駆動素子２０１の圧電素子２２１－１の面２４３－１－２の全体と圧電素子２２１－２の面２４３－２－１の全体とを接着部材２２３であるゴム系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子２０１の変位量および発生力は、それぞれ、１．２１１ｍｍおよび０．９Ｎである。３枚の圧電素子２２１の面の全体を接着部材２２３であるゴム系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子２０１の変位量および発生力は、それぞれ、１．１６７ｍｍおよび１．２Ｎである。

【0114】

さらに、圧電駆動素子１０１の圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部と、圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部とを接着部材１２３であるゴム系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子１０１の変位量および発生力は、それぞれ、１．１６４ｍｍおよび０．９Ｎである。３枚の圧電素子１２１の端部を接着部材１２３であるゴム系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子１０１の変位量および発生力は、それぞれ、１．２００ｍｍおよび１．２Ｎである。

【0115】

図１４は、ゴム系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子１０１および圧電駆動素子２０１のそれぞれの発生力および変位量を示すグラフである。図１４において、黒丸は、圧電駆動素子１０１の発生力および変位量を示し、黒四角は、圧電駆動素子２０１の発生力および変位量を示す。

【0116】

図１４に示されるように、１．３３ｍｍである圧電素子１２１または圧電素子２２１の変位量に比較すると、圧電駆動素子１０１および圧電駆動素子２０１のそれぞれの変位量は、１．２ｍｍ近辺となり、1枚の圧電素子１２１または圧電素子２２１の変位量に近い、より大きな変位量が得られている。また、０．５Ｎである圧電素子１２１または圧電素子２２１の発生力に比較すると、２枚の圧電素子１２１を含む圧電駆動素子１０１および２枚の圧電素子２２１を含む圧電駆動素子２０１のそれぞれの発生力は、０．９Ｎとなり、３枚の圧電素子１２１を含む圧電駆動素子１０１および３枚の圧電素子２２１を含む圧電駆動素子２０１のそれぞれの発生力は、１．２Ｎとなった。

【0117】

このように、圧電駆動素子１０１および圧電駆動素子２０１によれば、より簡単な構成で、より大きな発生力およびより大きな変位が得られる。

【0118】

次に、圧電駆動素子２０１の圧電素子２２１－１の面２４３－１－２の全体と圧電素子２２１－２の面２４３－２－１の全体とを接着部材２２３であるシリル化ウレタン樹脂系接着剤で接着した場合、圧電駆動素子１０１の圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部と、圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部とを接着部材１２３であるシリル化ウレタン樹脂系接着剤で接着した場合のそれぞれについて説明する。

【0119】

【表2】

【0120】

表２は、圧電駆動素子２０１の圧電素子２２１－１の面２４３－１－２の全体と圧電素子２２１－２の面２４３－２－１の全体とを接着部材２２３であるシリル化ウレタン樹脂系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子２０１の発生力および変位量、圧電駆動素子１０１の圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部と、圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部とを接着部材１２３であるシリル化ウレタン樹脂系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子１０１の発生力および変位量を示す。

【0121】

圧電駆動素子２０１の圧電素子２２１－１の面２４３－１－２の全体と圧電素子２２１－２の面２４３－２－１の全体とを接着部材２２３であるシリル化ウレタン樹脂系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子２０１の変位量および発生力は、それぞれ、０．８８４ｍｍおよび０．９Ｎである。３枚の圧電素子２２１の面の全体を接着部材２２３であるシリル化ウレタン樹脂系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子２０１の変位量および発生力は、それぞれ、０．７２３ｍｍおよび１．４Ｎである。

【0122】

また、圧電駆動素子１０１の圧電素子１２１－１の変位端１４２－１側の端部と、圧電素子１２１－２の変位端１４２－２側の端部とを接着部材１２３であるシリル化ウレタン樹脂系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子１０１の変位量および発生力は、それぞれ、１．０７２ｍｍおよび０．９Ｎである。３枚の圧電素子１２１の端部を接着部材１２３であるシリル化ウレタン樹脂系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子１０１の変位量および発生力は、それぞれ、０．６０２ｍｍおよび０．９Ｎである。

【0123】

図１５は、シリル化ウレタン樹脂系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子１０１および圧電駆動素子２０１のそれぞれの発生力および変位量を示すグラフである。図１５において、黒丸は、圧電駆動素子１０１の発生力および変位量を示し、黒四角は、圧電駆動素子２０１の発生力および変位量を示す。

【0124】

図１５に示されるように、１．３３ｍｍである圧電素子１２１または圧電素子２２１の変位量に比較すると、２枚の圧電素子１２１を含む圧電駆動素子１０１および２枚の圧電素子１２１を含む圧電駆動素子２０１のそれぞれの変位量は、１．０ｍｍ近辺となり、1枚の圧電素子１２１または圧電素子２２１の変位量に近い、より大きな変位量が得られている。３枚の圧電素子１２１を含む圧電駆動素子１０１および３枚の圧電素子１２１を含む圧電駆動素子２０１のそれぞれの変位量は、０．７ｍｍ近辺となり、より大きな変位量が得られている。

【0125】

また、０．５Ｎである圧電素子１２１または圧電素子２２１の発生力に比較すると、２枚の圧電素子１２１を含む圧電駆動素子１０１および２枚の圧電素子２２１を含む圧電駆動素子２０１のそれぞれの発生力は、０．９Ｎとなり、３枚の圧電素子１２１を含む圧電駆動素子１０１および３枚の圧電素子２２１を含む圧電駆動素子２０１のそれぞれの発生力は、０．９Ｎまたは１．４Ｎとなった。

【0126】

ここで、対比のため、弾性を有せず、剛性の高い接着剤を用いた場合の圧電駆動素子の発生力および変位量を示す。圧電駆動素子の圧電素子の面または端部をエポキシ系接着剤で接着した場合および圧電駆動素子の圧電素子の面または端部をシアノアクリレート接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量について説明する。

【0127】

【表3】

【0128】

表３は、圧電駆動素子の圧電素子の面または端部をエポキシ系接着剤で接着した場合および圧電駆動素子の圧電素子の面または端部をシアノアクリレート接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量を示す。

【0129】

２枚の圧電素子の面をエポキシ系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量は、それぞれ、０．３６２ｍｍおよび０．５Ｎである。３枚の圧電素子の面をエポキシ系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量は、それぞれ、０．２１３ｍｍおよび０．７Ｎである。

【0130】

２枚の圧電素子の端部をエポキシ系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量は、それぞれ、０．１８１ｍｍおよび０．４Ｎである。３枚の圧電素子の端部をエポキシ系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量は、それぞれ、０．２３４ｍｍおよび０．６Ｎである。

【0131】

また、２枚の圧電素子の面をシアノアクリレート接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量は、それぞれ、０．３８９ｍｍおよび０．７Ｎである。３枚の圧電素子の面をシアノアクリレート接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量は、それぞれ、０．２６３ｍｍおよび１．１Ｎである。

【0132】

２枚の圧電素子の端部をシアノアクリレート接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量は、それぞれ、０．４１１ｍｍおよび０．７Ｎである。３枚の圧電素子の端部をシアノアクリレート接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量は、それぞれ、０．３９２ｍｍおよび０．９Ｎである。

【0133】

図１６は、圧電素子の面または端部をエポキシ系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量を示すグラフである。図１６において、黒四角は、圧電素子の面をエポキシ系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量を示し、黒丸は、圧電素子の端部をエポキシ系接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量を示す。

【0134】

図１６に示されるように、１．３３ｍｍである圧電素子の変位量に比較すると、圧電素子の面をエポキシ系接着剤で接着しても、圧電素子の端部をエポキシ系接着剤で接着しても、圧電素子の変位量は、０．４ｍｍ以下となる。特に、３枚の圧電素子をエポキシ系接着剤で接着すると、圧電素子の変位量は、０．２ｍｍ近辺となる。

【0135】

また、０．５Ｎである圧電素子の発生力に比較すると、２枚の圧電素子の面をエポキシ系接着剤で接着するか、または２枚の圧電素子の端部をエポキシ系接着剤で接着すると、圧電素子の発生力は、０．５Ｎ以下となる。３枚の圧電素子をエポキシ系接着剤で接着すると、圧電素子の発生力は、０．７Ｎ以下となる。

【0136】

図１７は、圧電素子の面または端部をシアノアクリレート接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量を示すグラフである。図１７において、黒四角は、圧電素子の面をシアノアクリレート接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量を示し、黒丸は、圧電素子の端部をシアノアクリレート接着剤で接着した場合の圧電駆動素子の発生力および変位量を示す。

【0137】

図１７に示されるように、１．３３ｍｍである圧電素子の変位量に比較すると、圧電素子の面をシアノアクリレート接着剤で接着しても、圧電素子の端部をシアノアクリレート接着剤で接着しても、圧電素子の変位量は、概ね０．４ｍｍ以下となる。

【0138】

また、０．５Ｎである圧電素子の発生力に比較すると、２枚の圧電素子の面をシアノアクリレート接着剤で接着するか、または２枚の圧電素子の端部をシアノアクリレート接着剤で接着すると、圧電素子の発生力は、０．７Ｎとなる。３枚の圧電素子をシアノアクリレート接着剤で接着すると、圧電素子の発生力は、１．１Ｎ以下となる。

【0139】

以上のように、圧電駆動素子１１、圧電駆動素子１０１および圧電駆動素子２０１によれば、より簡単な構成で、より大きな発生力およびより大きな変位が得られる。

【0140】

このように、圧電駆動素子１１は、圧電素子２１－１と圧電素子２１－２とを含む。圧電素子２１－１は、バイモルフ方式であるか若しくはユニモルフ方式であるか、または直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる、直方形状の薄板状の圧電素子である。圧電素子２１－２は、バイモルフ方式であるか若しくはユニモルフ方式であるか、または直方形状の薄板状の複数の圧電材を固着させてなる、直方形状の薄板状の圧電素子である。

【0141】

圧電素子２１－１に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部と圧電素子２１－２に電圧が印可されたときに屈曲して変位する端部とが重なるように、圧電素子２１－１と圧電素子２１－２とが直方形状の薄板状となるように重ねられている。

【0142】

電圧が印可されたときに屈曲して変位する、重ねられている端部のうち、一方の端部である留め端４１－１および留め端４１－２が留められている。

【0143】

圧電素子２１－１および圧電素子２１－２が屈曲した場合、圧電素子２１－１の面のうち、圧電素子２１－２に隣接する側の面である面４３－１－２が、圧電素子２１－２の面のうち、圧電素子２１－１の面４３－１－２に隣接する側の面である面４３－２－１に対して、電圧が印可されたときに屈曲して変位する変位端４２－１および変位端４２－２と留め端４１－１および留め端４１－２とを結ぶ方向にずれる。

【0144】

面４３－１－２と面４３－２－１とが、すべるように密着しているようにすることができる。

【0145】

面４３－１－２と面４３－２－１との間に、所定の隙間を設けることができる。

【0146】

面２４３－１－２と面２４３－２－１とを、弾性を有する接着部材２２３で接着することができる。

【0147】

面２４３－１－２と面２４３－２－１とを、弾性を有する粘着部材２２３で粘着することができる。

【0148】

変位端１４２－１および変位端１４２－２を、弾性を有する接着部材１２３で接着することができる。

【0149】

変位端１４２－１および変位端１４２－２を、弾性を有する粘着部材１２３で粘着することができる。

【0150】

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0151】

１１ 圧電駆動素子， ２１－１および２１－２ 圧電素子， ２２ 留め具， ４１－１および４１－２ 留め端， ４２－１および４２－２ 変位端， ４３－１－１，４３－１－２，４３－２－１および４３－２－２ 面， ５１－１および５１－２ 圧電材， ５２ プレート， ５３－１－１，５３－１－２，５３－２－１および５３－２－２ 電極膜， ５４－１および５４－２ 接着剤層， ５５－１および５５－２ ソルダーレジスト， ７１－１および７１－２ 圧電材， ７２－１－１，７２－１－２，７２－２－１および７２－２－２ 電極膜， ７３ 接着剤層， ７４－１および７４－２ ソルダーレジスト， ９１ 圧電材， ９２ プレート， ９３－１および９３－２ 電極膜， ９４ 接着剤層， ９５ ソルダーレジスト， １０１ 圧電駆動素子， １２１－１および１２１－２ 圧電素子， １２２ 留め具， １２３ 接着部材， １４１－１および１４１－２ 留め端， １４２－１および１４２－２ 変位端， １４３－１－１，１４３－１－２，１４３－２－１および１４３－２－２ 面， ２０１ 圧電駆動素子， ２２１－１および２２１－２ 圧電素子， ２２２ 留め具， ２２３ 接着部材， ２４１－１および２４１－２ 留め端， ２４２－１および２４２－２ 変位端， ２４３－１－１，２４３－１－２，２４３－２－１および２４３－２－２ 面

【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17】