積層型圧電素子
【課題】アクチュエータ部での変位応答性をより均一にすることができる積層型圧電素子を提供する。
【解決手段】積層型圧電素子１は、積層体２と、第１，第２及び第３の内部電極と、第１，第２，第３及び第４の外部電極３〜６とを備えている。第１の外部電極３は、第１の側面に設けられ、第１の内部電極と接続される。第２の外部電極４は、第２の側面に設けられ、第２及び第３の内部電極に接続される。第３の外部電極５ａ，５ｂは、第１の側面に設けられ、第３の内部電極に接続される。第４の外部電極６は、第２の主面２ｄに設けられ、第３の外部電極５ａ，５ｂに接続される。積層体２には、第２の側面と第２の主面２ｄとの角部分に切欠面２ｇが形成されており、切欠面２ｇ上に設けられる連結電極７によって第２及び第４の外部電極４，６が互いに接続されている。
【解決手段】積層型圧電素子１は、積層体２と、第１，第２及び第３の内部電極と、第１，第２，第３及び第４の外部電極３〜６とを備えている。第１の外部電極３は、第１の側面に設けられ、第１の内部電極と接続される。第２の外部電極４は、第２の側面に設けられ、第２及び第３の内部電極に接続される。第３の外部電極５ａ，５ｂは、第１の側面に設けられ、第３の内部電極に接続される。第４の外部電極６は、第２の主面２ｄに設けられ、第３の外部電極５ａ，５ｂに接続される。積層体２には、第２の側面と第２の主面２ｄとの角部分に切欠面２ｇが形成されており、切欠面２ｇ上に設けられる連結電極７によって第２及び第４の外部電極４，６が互いに接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に記載された積層型圧電素子が知られている。この積層型圧電素子は、圧電体層と第１及び第２の駆動用内部電極とが交互に積層された駆動部、及び圧電体層と接続用内部電極とが積層された接続部とを有する積層体と、当該積層体の一方の側面に形成され第１の駆動用内部電極と導通する駆動用外部電極と、積層体の一方の側面に形成され接続用内部電極と導通する接続用外部電極と、積層体の他方の側面に形成され第２の駆動用内部電極及び接続用内部電極と導通する共通外部電極とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０３７３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した積層型圧電素子では、接続用内部電極によって接続用外部電極と共通外部電極とが電気的に接続されている。このような積層型圧電素子から構成される圧電アクチュエータでは、この圧電アクチュエータが実装された際、接続用外部電極から共通外部電極に至る導通経路が長い位置に配置されたアクチュエータ部（駆動部）の共通外部電極の抵抗値が、導通経路が短い位置に配置されたアクチュエータ部に比べて大きくなる。これにより、導通経路が長い位置に配置されたアクチュエータの立ち上がりが、導通経路が短い位置のアクチュエータ部よりも遅くなるため、アクチュエータ部において応答にばらつきが生じるといった問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、アクチュエータ部での変位応答性をより均一にすることができる積層型圧電素子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】
【０００６】
本発明に係る積層型圧電素子は、積層体と、第１，第２及び第３の内部電極と、第１，第２，第３及び第４の外部電極とを備えている。積層体は、複数の圧電体層が積層されると共に、互いに対向する第１及び第２の端面と、第１及び第２の端面を連結するように伸び且つ複数の圧電体層の積層方向において互いに対向する第１及び第２の主面と、第１及び第２の主面を連結するように伸び且つ互いに対向する第１及び第２の側面とを有する。第１及び第２の内部電極は、積層体の第１及び第２の端面の間に位置する第１の部分に、複数の圧電体層のうち少なくとも一の圧電体層を介して交互に配置される。第３の内部電極は、積層体の第１の端面側に位置する第２の部分に配置される。
【０００７】
第１の外部電極は、第１の側面に設けられ、第１の内部電極と接続される。第２の外部電極は、第２の側面に設けられ、第２及び第３の内部電極に接続される。第３の外部電極は、第１の外部電極と電気的に絶縁するように第１の側面に設けられ、第３の内部電極に接続される。第４の外部電極は、第１の外部電極と電気的に絶縁するように第２の主面に設けられ、第３の外部電極に接続される。積層体には、第２の側面と第２の主面との角部分に第１の切欠部が形成されており、第１の切欠部上に設けられる連結電極によって第２及び第４の外部電極が互いに接続されている。
【０００８】
本発明に係る積層型圧電素子では、第１の切欠部上に設けられる連結電極によって第２及び第４の外部電極が互いに接続されている。即ち、第２及び第４の外部電極が、切欠部上に形成された連結電極により、非直角な状態で接続される。この場合、第２及び第４の外部電極間における抵抗が低下し、第２の外部電極から第４の外部電極への電流の流れ込みを多くし、長手方向に伸びる第２及び第４の外部電極の両電極を効率的に用いることができる。このように両外部電極を用いることにより、第２の外部電極に接続される第２の内部電極と、第４の外部電極に接続される第３の外部電極との間での抵抗を、その距離にかかわらず、より均一なものとすることができ、低抵抗化できる。そして、低抵抗化により、アクチュエータ部での変位応答性をより均一にすることが可能となる。
【０００９】
また、上述した積層型圧電素子では、アクチュエータ部の構成要素の１つとなる第２の内部電極に接続される第２の外部電極と、ＦＰＣ等に接続される第３の外部電極とが第３の内部電極によって接続されている。この場合、第２及び第３の外部電極が第３の内部電極によっても接続されており、第２の外部電極に接続される第２の内部電極と、第３の外部電極との間での抵抗を、その距離にかかわらず、より均一なものとすることができる。
【００１０】
上述した積層型圧電素子において、第４の外部電極の厚みが第２の外部電極の厚みよりも厚いほうが好ましい。この場合、第４の外部電極を流れる電流の抵抗を更に小さくすることができ、第２の内部電極と第３の外部電極との間での抵抗を更に低抵抗化させることができる。
【００１１】
上述した積層型圧電素子において、連結電極の厚みが第２の外部電極の厚みよりも厚いほうが好ましい。この場合、第２の外部電極から第４の外部電極に流れ込む電流を更に多くすることができ、第２及び第４の外部電極の両電極を更に効率的に用いることができる。
【００１２】
上述した積層型圧電素子において、積層体には、第１の部分における第１の側面と第２の主面との角部分に第２の切欠部が形成されており、第１の内部電極と第４の外部電極とは、第２の切欠部によって互いに電気的に絶縁されていることが好ましい。この場合、第１の外部電極を第２の主面側に十分に広げると共に第４の外部電極を第１の側面側に十分に広げることができ、これにより、それぞれの抵抗値を低下させることができる。また、第１及び第４の外部電極を形成する際、両電極が電気的に確実に絶縁されるようにマスキングを行うといった作業を省略することができる。これにより、積層型圧電素子を容易に作製することが可能となる。
【００１３】
上述した積層型圧電素子において、積層方向における第１の切欠部の切欠き高さｈ１は、積層方向における第２の切欠部の切欠き高さｈ２よりも小さくなるようにしてもよい。また、第１の切欠部が、第２の内部電極の最下層よりも積層方向において第２の主面側に形成されていてもよい。この場合、第２の内部電極を確実に配置させることができる。
【００１４】
上述した積層型圧電素子において、第２の内部電極は、第２の主面に対向していることが好ましい。この場合、第２の主面と第２の内部電極との間に層が確実に不活性となり、省電力とすることができる。
【００１５】
上述した積層型圧電素子において、積層体には、第１の側面において、第１及び第３の外部電極の間に溝が形成されており、第１及び第３の外部電極は、溝によって互いに電気的に絶縁されていることが好ましい。この場合、第１及び第３の外部電極を、マスキングを行うことなしに、確実に、物理的且つ電気的に絶縁させることができる。これにより、積層型圧電素子を容易に作製することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、アクチュエータ部での変位応答性をより均一にすることができる積層型圧電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る積層型圧電素子の斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１におけるＩＩａ―ＩＩａ線断面図であり、（ｂ）は、図１におけるＩＩｂ―ＩＩｂ線断面図である。
【図３】図１に示す積層型圧電素子から構成された圧電アクチュエータの斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る積層型圧電素子の斜視図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図５に示す積層型圧電素子から構成された圧電アクチュエータの斜視図である。
【図７】図６に示す圧電アクチュエータを矢印ＶＩＩから見た際の斜視図である。
【図８】図６に示す圧電アクチュエータを矢印ＶＩＩＩから見た際の斜視図である。
【図９】圧電素子の外部電極の厚みを変えた例を示す断面図であり、（ａ）は、第２実施形態を示し、（ｂ）は、外部電極の厚みが同一の例を示し、（ｃ）は、外部電極の底面厚みが他よりも厚い例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１９】
［第１実施形態］
まず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る積層型圧電素子１の構成について説明する。積層型圧電素子１は、積層体２と、第１の外部電極３と、第２の外部電極４と、第３の外部電極５ａ，５ｂと、第４の外部電極６と、連結電極７と、第１の内部電極３１と、第２の内部電極３２と、第３の内部電極３３とを備えている。積層型圧電素子１は、例えば、Ｘ方向における長さが３７ｍｍ程度に設定され、Ｙ方向における幅が１．９ｍｍ程度に設定され、Ｚ方向における厚みが１ｍｍ程度に設定されている。
【００２０】
積層体２は、長尺の略直方体形状を呈しており、第１及び第２の端面２ａ，２ｂと、第１及び第２の主面２ｃ，２ｄと、第１及び第２の側面２ｅ，２ｆとを有している。第１及び第２の端面２ａ，２ｂは、積層体２の長手方向に向かい合って互いに平行をなしている。第１及び第２の主面２ｃ，２ｄは、両端面２ａ，２ｂ間を連結するように伸び且つ圧電体層３０（後述する）の積層方向（Ｚ方向）において互いに対向する。第１及び第２の側面２ｅ，２ｆは、両主面２ｃ，２ｄを連結するように伸び且つ互いに対向する。
【００２１】
積層体２は、複数の圧電体層３０が積層されて形成されており、第１の部分２０と、第２の部分２１ａと、第３の部分２１ｂとを含んでいる。第１の部分２０は、圧電的に活性な領域を含む部分であり、積層体２において、第１及び第２の端面２ａ，２ｂの間に位置している。具体的には、第１の部分２０は、積層体２の中央部分に位置している。第１の部分２０では、図２の（ａ）に示されるように、第１及び第２の内部電極３１，３２が圧電体層３０を介して交互に積層されている。圧電体層３０は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１−ｘ）Ｏ３）を主成分とする圧電セラミックス材料から構成されており、その厚みは、例えば１０μｍ〜５０μｍ程度である。実際の積層型圧電素子１では、各圧電体層３０は、視認できない程度に一体化されている。
【００２２】
第１の内部電極３１は、圧電体層３０の積層方向において、所定の間隔をあけて複数（ここでは４層）配置されている。第１の内部電極３１は、一端が第１の側面２ｅに引き出されており、第１の側面２ｅに露出している。第２の内部電極３２は、圧電体層３０の積層方向において、所定の間隔をあけて複数（ここでは５層）配置されている。第２の内部電極３２は、一端が第２の側面２ｆに引き出されており、第２の側面２ｆに露出している。第１及び第２の内部電極３１，３２は、例えば銀（Ａｇ）及びパラジウム（Ｐｄ）を主成分とする導電材料から構成されており、その厚みは、例えば０．５μｍ〜３μｍ程度である。
【００２３】
第１の内部電極３１と第２の内部電極３２とは、圧電体層３０を挟んで互いに対向するように、圧電体層３０の対向方向に沿って交互に配置されている。積層方向で見て、第１の主面２ｃ側及び第２の主面２ｄ側には、第２の内部電極３２が位置しており、下方に位置する第２の内部電極３２は、第２の主面２ｄに対向している。
【００２４】
第２の部分２１ａ及び第３の部分２１ｂは、圧電的に不活性な領域を含む部分であり、積層体２の第１の端面２ａ側、第２の端面２ｂ側にそれぞれ位置している。すなわち、第２の部分２１ａ及び第３の部分２１ｂは、積層体２の長手方向（第１及び第２の端面２ａ，２ｂの対向方向であるＸ方向）において、第１の部分２０を挟むように設けられている。第２の部分２１ａ及び第３の部分２１ｂでは、図２の（ｂ）に示されるように、圧電体層３０と第３の内部電極３３とが交互に積層されている。第２の部分２１ａと第３の部分２１ｂとは、同様の構成を有している。
【００２５】
第３の内部電極３３は、圧電体層３０の積層方向において、所定の間隔をあけて複数（ここでは９層）配置されている。第３の内部電極３３は、一端が第１の側面２ｅに引き出されていると共に、他端が第２の側面２ｆに引き出されており、両側面２ｅ，２ｆに露出している。第３の内部電極３３は、第１及び第２の内部電極３１，３２と物理的且つ電気的に絶縁されている。第３の内部電極３３は、第２の外部電極４と第３の外部電極５ａ，５ｂそれぞれとを接続する接続用の内部電極である。第３の内部電極３３は、例えば銀（Ａｇ）及びパラジウム（Ｐｄ）を主成分とする導電材料から構成されており、その厚みは、例えば０．５μｍ〜３μｍ程度である。
【００２６】
第１の外部電極３は、第１の側面２ｅに設けられている。第１の外部電極３は、第１の側面２ｅにおいて第１の部分２０に対応する位置に形成されており、第１の内部電極３１の一端に物理的且つ電気的に接続されている。第１の外部電極３は、Ｃｒ，Ｃｕ／Ｎｉ，Ａｕの３層の金属膜からなる。以下で説明する各外部電極４〜６及び連結電極７も同様の材料から構成される。第１の外部電極３の厚みは、例えば０．３μｍ〜５．０μｍ程度である。
【００２７】
第２の外部電極４は、第２の側面２ｆに設けられている。第２の外部電極４は、第２の側面２ｆの全面に亘って形成されており、第２の内部電極３２及び第３の内部電極３３の一端に物理的且つ電気的に接続されている。第２の外部電極４は、第２及び第３の内部電極３２，３３のいずれにも接続される共通外部電極である。第２の外部電極４の厚みは、第１の外部電極３と同様の厚みであり、例えば０．３μｍ〜５．０μｍ程度である。
【００２８】
第３の外部電極５ａ，５ｂは、第１の側面２ｅに設けられている。第３の外部電極５ａ，５ｂは、第１の側面２ｅにおいて、第２の部分２１ａ及び第３の部分２１ｂに対応する位置、すなわち、第１の側面２ｅの長手方向の両端２ａ，２ｂ側に形成されており、第３の内部電極３３の一端に物理的且つ電気的に接続されている。第３の外部電極５ａ，５ｂと第１の外部電極３とは、第１の側面２ｅ上において、互いに電気的に絶縁されている。第３の外部電極５ａ，５ｂの厚みは、第１及び第２の外部電極３，４と同様の厚みであり、例えば０．３μｍ〜５．０μｍ程度である。
【００２９】
第４の外部電極６は、第２の主面２ｄに設けられている。第４の外部電極６は、第２の主面２ｄの全面に亘って形成されており、その両端において第３の外部電極５ａ，５ｂに物理的且つ電気的に接続されている。第４の外部電極６は、第１の外部電極３と電気的に絶縁されている。第４の外部電極６は、基板（支持体）等に絶縁性接着剤にて接続される際の接続面となる。第４の外部電極６の厚みは、他の外部電極３，４，５ａ，５ｂよりも２．５倍〜３．３倍程度厚くなるように形成されており、例えば０．７５μｍ〜３．３μｍ程度である。
【００３０】
連結電極７は、第２の側面２ｆと第２の主面２ｄとの角部分の切欠面２ｇ（第１の切欠部）に設けられている。この切欠面２ｇは、積層体２の長手方向（Ｘ方向）全体に亘って形成されている。切欠面２ｇは、高さｈ１の切欠部であり、その上端が、最下層に位置する第２の内部電極３２よりも積層方向において下になるように形成されている。すなわち、切欠面２ｇは、第２の内部電極３２の最下層よりも積層方向において第２の主面２ｄ側に形成されている。
【００３１】
連結電極７は、このような切欠面２ｇの全面に亘って形成されており、第２の外部電極４と第４の外部電極６とをその長手方向全体に亘って連結している。連結電極７は、互いに直交する側面２ｆ及び主面２ｄの角部において斜めになるように形成されているため、互いに直交する両外部電極４，６間の電流の流れをスムーズにし、両外部電極４，６が直交して直接接続される場合に比べ、低抵抗化を実現している。連結電極７の厚みは、他の外部電極３，４，５ａ，５ｂよりも１．２倍〜２．４倍程度厚くなるように形成されており、例えば０．３６μｍ〜２．４μｍ程度である。なお、本実施形態では、連結電極７の厚みは、第４の外部電極６よりは薄く形成されているが、同等程度の厚みとしてもよい。
【００３２】
第１外部電極３と第２外部電極５ａ，５ｂとの間には、溝３４，３５がそれぞれ形成されている。すなわち、溝３４，３５は、第１の部分２０と第２の部分２１ａ及び第３の部分２１ｂとの境界部分に形成されている。溝３４，３５は、積層体２の第１の側面２ｅにおいて、圧電体層３０の積層方向に沿って形成されている。この溝３４，３５により、第１の外部電極３と第３の外部電極５ａ，５ｂとは、物理的且つ電気的に絶縁されている。
【００３３】
積層体２の第１の部分２０において、第１の側面２ｅと第２の主面２ｄとの角部分には、切欠面２ｈ（第２の切欠部）が設けられている。切欠面２ｈは、第１の側面２ｅと第２の主面２ｄとの角部分において積層体２の長手方向に沿って形成されており、溝３４と溝３５との間に設けられている。切欠面２ｈは、高さｈ２の切欠部であり、その上端が、最下層に位置する第１の内部電極３１よりも積層方向において下になるように形成されている。切欠面２ｈは、側面２ｅ及び主面２ｄに対して傾斜する傾斜面となっている。この切欠面２ｈにより、第１及び第４の外部電極３，６は、互いに物理的且つ電気的に絶縁される。なお、切欠面２ｇの切欠き高さｈ１は、この切欠面２ｈの切欠き高さｈ２よりも小さくなっている。
【００３４】
続いて、以上のように構成された積層型圧電素子１から構成される圧電アクチュエータについて説明する。図３は、図１に示す積層型圧電素子から構成された圧電アクチュエータを示す斜視図である。図３に示すように、圧電アクチュエータ５０は、積層型圧電素子１の第１の部分２０が、溝３４，３５と平行に伸びるスリットＳにより、複数（ここでは８列）のアクチュエータ部５１ａ〜５１ｈに分割されている。圧電アクチュエータ５０は、例えばインクジェットプリンタの液体吐出ヘッドとして用いられる。
【００３５】
圧電アクチュエータ５０では、第１の外部電極３と第２の外部電極４との間に電圧を印加すると、第１の内部電極３１と第２の内部電極３２との間にも電圧が印加される。そして、アクチュエータ部５１ａ〜５１ｈでは、圧電体層３０において、第１の内部電極３１と第２の内部電極３２との間の領域に電界が生じ、当該領域が変位する。このとき、第２の部分２１ａ及び第３の部分２１ｂでは、圧電体層３０において、第３の内部電極３３の間に電界が生じないため、変位が生じない。
【００３６】
続いて、積層型圧電素子１の製造方法について説明する。
【００３７】
まず、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス材料に有機バインダや有機溶剤等を混合して基体ペーストを作製し、その基体ペーストを用いて圧電体層３０となるグリーンシートをドクターブレード法により成形する。また、所定比率の銀とパラジウムとからなる金属材料に有機バインダや有機溶剤等を混合して、電極パターン形成用の導電性ペーストを作製する。
【００３８】
次に、導電ペーストを用いて、第１〜第３の内部電極３１〜３３に対応する電極パターンのそれぞれをグリーンシート上にスクリーン印刷法により形成する。そして、第１の内部電極３１及び第３の内部電極３３に対応する電極パターンが形成されたグリーンシート、第２の内部電極３２及び第３の内部電極３３に対応する電極パターンが形成されたグリーンシート、及び、圧電体層３０となるグリーンシートを積層して、積層体グリーンを作製する。
【００３９】
続いて、積層体グリーンを所定の温度（例えば６０℃程度）で加熱しながら、積層方向に所定の圧力でプレスした後、積層体グリーンを所定の大きさに切断する。その後、切欠面２ｇに対応する角部を長手方向に沿って切断する。そして、積層体グリーンを所定の温度（例えば４００℃程度）で脱脂した後、所定の温度（例えば１１００℃程度）で所定時間焼成して、積層体２を得る。
【００４０】
続いて、積層体２の第２の主面２ｄを下にし、その下方から、Ｃｒ，Ｃｕ／Ｎｉ，Ａｕの順に３層の金属膜をスパッタリング法により積層体２へ向けて飛ばす。飛ばされた材料は、第２の主面２ｄだけでなく、側面２ｅ，２ｆや切欠面２ｇにも回り込んで付着し、これにより、外部電極３〜６及び連結電極７に対応する外部電極が形成される。第２の主面２ｄには、スパッタリングされた材料が最も多く付着するため、上述したように、第２の主面２ｄに形成される第４の外部電極６の厚みが他の外部電極３，４，５ａ，５ｂよりも厚くなる。また、切欠面２ｇにも、第２の主面２ｄに次いで多くの材料が付着するため、切欠面２ｇに形成される連結電極７の厚みも、外部電極３，４，５ａ，５ｂよりも厚くなる。
【００４１】
そして、外部電極等が形成された積層体２において、側面２ｅに対応する面において積層方向に沿って溝３４，３５を形成することにより、外部電極を分断して、第１の外部電極３及び第３の外部電極５ａ，５ｂを形成する。また、積層体２の側面２ｅと主面２ｄとの角部分に切欠面２ｈを形成することにより、外部電極を分断して、第１の外部電極３と第４の外部電極とを形成する。以上により、積層型圧電素子１が得られる。
【００４２】
以上のように、本実施形態に係る積層型圧電素子１では、切欠面２ｇ上に設けられる連結電極７によって第２及び第４の外部電極４，６が互いに接続されている。即ち、第２及び第４の外部電極４，６が、切欠面２ｇ上に形成された連結電極７により、互いに非直角な状態で接続される。このため、第２及び第４の外部電極４，６間における抵抗が低下し、第２の外部電極４から第４の外部電極６への電流の流れ込みを多くし、長手方向に伸びる第２及び第４の外部電極４，６の両電極を効率的に用いることができる。このように両外部電極４，６を用いることにより、第２の外部電極４に接続される第２の内部電極３２と、第４の外部電極６に接続される第３の外部電極５ａ，５ｂとの間での抵抗を、その距離にかかわらず、低くすることができる。そして、このような低抵抗化により、アクチュエータ部５１ａ〜５１ｈでの変位応答性をより均一にすることが可能となる。
【００４３】
また、上述した積層型圧電素子１では、アクチュエータ部５１ａ〜５１ｈの構成要素の１つとなる第２の内部電極３２に接続される第２の外部電極４と、ＦＰＣ等に接続される第３の外部電極５ａ，５ｂとが第３の内部電極３３によって接続されている。このため、第２及び第３の外部電極４，５ａ，５ｂが第３の内部電極３３によっても接続されており、第２の外部電極４に接続される第２の内部電極３２と、第３の外部電極５ａ，５ｂとの間での抵抗を、その距離にかかわらず、より低くさせることができる。
【００４４】
また、積層型圧電素子１において、第４の外部電極６の厚みが第２の外部電極４の厚みよりも厚くなっている。このため、第４の外部電極６を流れる電流の抵抗を更に小さくすることができ、第２の内部電極３２と第３の外部電極５ａ，５ｂとの間での抵抗を更に低くさせることができる。
【００４５】
また、積層型圧電素子１において、連結電極７の厚みが第２の外部電極４の厚みよりも厚くなっている。このため、第２の外部電極４から第４の外部電極６に流れ込む電流を更に多くすることができ、第２及び第４の外部電極４，６の両電極を更に効率的に用いることができる。
【００４６】
また、積層型圧電素子１において、積層体２には、第１の部分２０における第１の側面２ｅと第２の主面２ｄとの角部分に切欠面２ｈが形成されており、第１の内部電極３１と第４の外部電極６とは、切欠面２ｈによって互いに電気的に絶縁されている。このため、第１の外部電極３を第２の主面２ｄ側に十分に広げると共に第４の外部電極６を第１の側面２ｅ側に十分に広げることができ、これにより、それぞれの抵抗値を低下させることができる。また、第１及び第４の外部電極３，６を形成する際、両電極が電気的に確実に絶縁されるようにマスキングを行うといった作業を省略することができる。これにより、積層型圧電素子１を容易に作製することが可能となる。
【００４７】
また、積層型圧電素子１において、第２の内部電極３２は、第２の主面２ｄに対向するようになっている。このため、第２の主面２ｄと第２の内部電極３２との間に層が確実に不活性となり、省電力とすることができる。
【００４８】
また、積層型圧電素子１において、積層体２には、第１の側面２ｅにおいて、第１及び第３の外部電極３，５ａ，５ｂの間に溝３４，３５が形成されており、第１及び第３の外部電極３，５ａ，５ｂは、溝３４，３５によって互いに電気的に絶縁されている。このため、第１及び第３の外部電極３，５ａ，５ｂを、マスキングを行うことなしに、確実に、物理的且つ電気的に絶縁させることができる。これにより、積層型圧電素子１を容易に作製することが可能となる。
【００４９】
［第２実施形態］
次に、図４及び図５を参照して、第２実施形態に係る積層型圧電素子６０について説明する。本実施形態に係る積層型圧電素子６０では、第１の部分２０に加え、第２の部分７１ａ及び第３の部分７１ｂにおいても、積層体６２の第１の側面２ｅと第２の主面２ｄとの角部分を切り欠いて、切欠面２ｉを形成している。積層型圧電素子６０では、切欠面２ｉにより、第３の外部電極６５ａ，６５ｂと第４の外部電極６６とを分断しており、両者が直接接続されない構成となっている。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５０】
積層型圧電素子６０は、積層体６２と、第１の外部電極３と、第２の外部電極４と、第３の外部電極６５ａ，６５ｂと、第４の外部電極６６と、連結電極７と、第１の内部電極３１と、第２の内部電極３２と、第３の内部電極３３とを備えている。積層体６２は、第１実施形態と同様に、第１及び第２の端面２ａ，２ｂと、第１及び第２の主面２ｃ，２ｄと、第１及び第２の側面２ｅ，２ｆとを有する。また、積層体６２は、第１の部分２０と、第２の部分７１ａと、第３の部分７１ｂとを含んでいる。
【００５１】
第２の部分７１ａ及び第３の部分７１ｂは、圧電的に不活性な領域を含む部分であり、積層体６２の第１の端面２ａ側、第２の端面２ｂ側にそれぞれ位置している。第３の外部電極６５ａ，６５ｂは、第１の側面２ｅにおいて、第２の部分７１ａ及び第３の部分７１ｂに対応する位置、すなわち、第１の側面２ｅの長手方向の両端２ａ，２ｂ側に形成されており、第３の内部電極３３の一端に物理的且つ電気的に接続されている。第３の外部電極６５ａ，６５ｂと第１の外部電極３とは、第１の側面２ｅ上において、互いに電気的に絶縁されている。また、第３の外部電極６５ａ，６５ｂは、切欠面２ｉにより、第４の外部電極６６と直接接続されない構成になっており、第３の内部電極３３を介して、第２の外部電極４と接続されるようになっている。
【００５２】
第４の外部電極６６は、第２の主面２ｄに設けられている。第４の外部電極６６は、第２の主面２ｄの全面に亘って形成されており、連結電極７によって、その長手方向全体に亘って、第２の外部電極４に連結されている。第４の外部電極６６の厚みは、第１実施形態と同様に、他の外部電極３，４，６５ａ，６５ｂよりも２．５倍〜３．３倍程度厚くなるように形成されており、例えば０．７５μｍ〜３．３μｍ程度である。なお、切欠面２ｉは、切欠面２ｈと共に切り欠き加工されるため、同一の傾斜角からなる傾斜面となっているが、切欠面２ｉの傾斜角を切欠面２ｈと異ならせてもよい。また、他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００５３】
続いて、以上のように構成された積層型圧電素子６０から構成される圧電アクチュエータについて説明する。図６〜図８は、図４に示す積層型圧電素子から構成された圧電アクチュエータを示す斜視図である。図６〜図８に示すように、圧電アクチュエータ８０は、積層型圧電素子６０の第１の部分２０が、溝３４，３５と平行に伸びるスリットＳにより、複数（ここでは８列）のアクチュエータ部８１ａ〜８１ｈに分割されている。
【００５４】
圧電アクチュエータ８０では、第１の外部電極３と第２の外部電極４との間に電圧を印加すると、第１の内部電極３１と第２の内部電極３２との間にも電圧が印加される。そして、アクチュエータ部８１ａ〜８１ｈでは、圧電体層３０において、第１の内部電極３１と第２の内部電極３２との間の領域に電界が生じ、当該領域が変位する。このとき、第２の部分７１ａ及び第３の部分７１ｂでは、圧電体層３０において、第３の内部電極３３の間に電界が生じないため、変位が生じない。
【００５５】
ここで、積層型圧電素子６０から構成された圧電アクチュエータ８０のアクチュエータ部８１ａ〜８１ｈでの変位応答性の均一性について説明する。図６〜図８に示されるように、圧電アクチュエータ８０では、第１実施形態と同様に、長手方向に伸びる第２の外部電極４が、傾斜状に形成された連結電極７によって第４の外部電極６６に接続されており、第２の外部電極４から厚みの厚い第４の外部電極６６へ電流が流れ込むやすくなっており、両外部電極４，６６を有効に使うことができている。このため、例えば、内側のアクチュエータ部８１ｅと第３の外部電極６５ａ，６５ｂ間の抵抗と、外側のアクチュエータ部８１ｈと第３の外部電極６５ａ，６５ｂ間の抵抗とを略同程度、つまり低抵抗化することができる。
【００５６】
各アクチュエータ８１ａ〜８１ｈと第３の外部電極６５ａ，６５ｂとの間の抵抗がより低くなる点について、従来のアクチュエータ構成と本実施形態の構成とを比較した例を以下に示す。図９の（ａ）に示されるように、本実施形態に係るアクチュエータ８０の外部電極構成においては、例えば膜厚比率（第２の外部電極：第４の外部電極）を１：２．５として第３の外部電極６５ａ，６５ｂ間の合成抵抗を算出してみると、例えば２．２６Ωとなる。これに対し、図９の（ｂ）に示されるように、連結電極７を有さず且つ膜厚比率（第２の外部電極：第４の外部電極）を１：１として第３の外部電極６５ａ，６５ｂ間の合成抵抗を算出してみると、例えば２．９１Ωとなる。また、図９の（ｃ）に示されるように、連結電極７を有さず且つ膜厚比率（第２の外部電極：第４の外部電極）を１：２．５として第３の外部電極６５ａ，６５ｂ間の合成抵抗を算出してみると、例えば２．４１Ωとなる。
【００５７】
このように、第２実施形態においても、両外部電極４，６６及び連結電極７を用いることにより、第２の外部電極４に接続される第２の内部電極３２と、第３の外部電極６５ａ，６５ｂとの間での抵抗を、その距離にかかわらず、より低くすることができる。そして、このような低抵抗化により、アクチュエータ部８１ａ〜８１ｈでの変位応答性をより均一にすることが可能となる。なお、本実施形態では、第１実施形態における他の効果も同様に奏することができる。
【００５８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、圧電アクチュエータ５０，８０が８列のアクチュエータ部５１ａ〜５１ｈ，８１ａ〜８１ｈを備えた場合を例として説明したが、アクチュエータ部の数はこれらに限られる必要はなく、例えば３００列のアクチュエータ部を備えるアクチュエータであってもよい。この場合、第３の外部電極５ａ，５ｂ等と第２の内部電極３２との間の抵抗値による応答性への影響が大きいので、上述した構成を備えることにより、アクチュエータ部での変位応答性をより均一にすることが可能となる。
【００５９】
また、本発明に係る積層型圧電素子から構成される圧電アクチュエータは、上述したように、第２の主面２ｄ側の面が絶縁性の接着剤で台座等に接着される場合に有効であるが、導電性の接着剤で導電性を有する台座等に接着される場合に用いてももちろんよい。
【符号の説明】
【００６０】
１，６０…積層型圧電素子、２，６２…積層体、２ｇ…切欠面、２ｈ…切欠面、３…第１の外部電極、４…第２の外部電極、５ａ，５ｂ，６５ａ，６５ｂ…第３の外部電極、６，６６…第４の外部電極、７…連結電極、２０…第１の部分、２１ａ，７１ａ…第２の部分、２１ｂ，７１ｂ…第３の部分。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に記載された積層型圧電素子が知られている。この積層型圧電素子は、圧電体層と第１及び第２の駆動用内部電極とが交互に積層された駆動部、及び圧電体層と接続用内部電極とが積層された接続部とを有する積層体と、当該積層体の一方の側面に形成され第１の駆動用内部電極と導通する駆動用外部電極と、積層体の一方の側面に形成され接続用内部電極と導通する接続用外部電極と、積層体の他方の側面に形成され第２の駆動用内部電極及び接続用内部電極と導通する共通外部電極とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０３７３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した積層型圧電素子では、接続用内部電極によって接続用外部電極と共通外部電極とが電気的に接続されている。このような積層型圧電素子から構成される圧電アクチュエータでは、この圧電アクチュエータが実装された際、接続用外部電極から共通外部電極に至る導通経路が長い位置に配置されたアクチュエータ部（駆動部）の共通外部電極の抵抗値が、導通経路が短い位置に配置されたアクチュエータ部に比べて大きくなる。これにより、導通経路が長い位置に配置されたアクチュエータの立ち上がりが、導通経路が短い位置のアクチュエータ部よりも遅くなるため、アクチュエータ部において応答にばらつきが生じるといった問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、アクチュエータ部での変位応答性をより均一にすることができる積層型圧電素子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】
【０００６】
本発明に係る積層型圧電素子は、積層体と、第１，第２及び第３の内部電極と、第１，第２，第３及び第４の外部電極とを備えている。積層体は、複数の圧電体層が積層されると共に、互いに対向する第１及び第２の端面と、第１及び第２の端面を連結するように伸び且つ複数の圧電体層の積層方向において互いに対向する第１及び第２の主面と、第１及び第２の主面を連結するように伸び且つ互いに対向する第１及び第２の側面とを有する。第１及び第２の内部電極は、積層体の第１及び第２の端面の間に位置する第１の部分に、複数の圧電体層のうち少なくとも一の圧電体層を介して交互に配置される。第３の内部電極は、積層体の第１の端面側に位置する第２の部分に配置される。
【０００７】
第１の外部電極は、第１の側面に設けられ、第１の内部電極と接続される。第２の外部電極は、第２の側面に設けられ、第２及び第３の内部電極に接続される。第３の外部電極は、第１の外部電極と電気的に絶縁するように第１の側面に設けられ、第３の内部電極に接続される。第４の外部電極は、第１の外部電極と電気的に絶縁するように第２の主面に設けられ、第３の外部電極に接続される。積層体には、第２の側面と第２の主面との角部分に第１の切欠部が形成されており、第１の切欠部上に設けられる連結電極によって第２及び第４の外部電極が互いに接続されている。
【０００８】
本発明に係る積層型圧電素子では、第１の切欠部上に設けられる連結電極によって第２及び第４の外部電極が互いに接続されている。即ち、第２及び第４の外部電極が、切欠部上に形成された連結電極により、非直角な状態で接続される。この場合、第２及び第４の外部電極間における抵抗が低下し、第２の外部電極から第４の外部電極への電流の流れ込みを多くし、長手方向に伸びる第２及び第４の外部電極の両電極を効率的に用いることができる。このように両外部電極を用いることにより、第２の外部電極に接続される第２の内部電極と、第４の外部電極に接続される第３の外部電極との間での抵抗を、その距離にかかわらず、より均一なものとすることができ、低抵抗化できる。そして、低抵抗化により、アクチュエータ部での変位応答性をより均一にすることが可能となる。
【０００９】
また、上述した積層型圧電素子では、アクチュエータ部の構成要素の１つとなる第２の内部電極に接続される第２の外部電極と、ＦＰＣ等に接続される第３の外部電極とが第３の内部電極によって接続されている。この場合、第２及び第３の外部電極が第３の内部電極によっても接続されており、第２の外部電極に接続される第２の内部電極と、第３の外部電極との間での抵抗を、その距離にかかわらず、より均一なものとすることができる。
【００１０】
上述した積層型圧電素子において、第４の外部電極の厚みが第２の外部電極の厚みよりも厚いほうが好ましい。この場合、第４の外部電極を流れる電流の抵抗を更に小さくすることができ、第２の内部電極と第３の外部電極との間での抵抗を更に低抵抗化させることができる。
【００１１】
上述した積層型圧電素子において、連結電極の厚みが第２の外部電極の厚みよりも厚いほうが好ましい。この場合、第２の外部電極から第４の外部電極に流れ込む電流を更に多くすることができ、第２及び第４の外部電極の両電極を更に効率的に用いることができる。
【００１２】
上述した積層型圧電素子において、積層体には、第１の部分における第１の側面と第２の主面との角部分に第２の切欠部が形成されており、第１の内部電極と第４の外部電極とは、第２の切欠部によって互いに電気的に絶縁されていることが好ましい。この場合、第１の外部電極を第２の主面側に十分に広げると共に第４の外部電極を第１の側面側に十分に広げることができ、これにより、それぞれの抵抗値を低下させることができる。また、第１及び第４の外部電極を形成する際、両電極が電気的に確実に絶縁されるようにマスキングを行うといった作業を省略することができる。これにより、積層型圧電素子を容易に作製することが可能となる。
【００１３】
上述した積層型圧電素子において、積層方向における第１の切欠部の切欠き高さｈ１は、積層方向における第２の切欠部の切欠き高さｈ２よりも小さくなるようにしてもよい。また、第１の切欠部が、第２の内部電極の最下層よりも積層方向において第２の主面側に形成されていてもよい。この場合、第２の内部電極を確実に配置させることができる。
【００１４】
上述した積層型圧電素子において、第２の内部電極は、第２の主面に対向していることが好ましい。この場合、第２の主面と第２の内部電極との間に層が確実に不活性となり、省電力とすることができる。
【００１５】
上述した積層型圧電素子において、積層体には、第１の側面において、第１及び第３の外部電極の間に溝が形成されており、第１及び第３の外部電極は、溝によって互いに電気的に絶縁されていることが好ましい。この場合、第１及び第３の外部電極を、マスキングを行うことなしに、確実に、物理的且つ電気的に絶縁させることができる。これにより、積層型圧電素子を容易に作製することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、アクチュエータ部での変位応答性をより均一にすることができる積層型圧電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る積層型圧電素子の斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１におけるＩＩａ―ＩＩａ線断面図であり、（ｂ）は、図１におけるＩＩｂ―ＩＩｂ線断面図である。
【図３】図１に示す積層型圧電素子から構成された圧電アクチュエータの斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る積層型圧電素子の斜視図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図５に示す積層型圧電素子から構成された圧電アクチュエータの斜視図である。
【図７】図６に示す圧電アクチュエータを矢印ＶＩＩから見た際の斜視図である。
【図８】図６に示す圧電アクチュエータを矢印ＶＩＩＩから見た際の斜視図である。
【図９】圧電素子の外部電極の厚みを変えた例を示す断面図であり、（ａ）は、第２実施形態を示し、（ｂ）は、外部電極の厚みが同一の例を示し、（ｃ）は、外部電極の底面厚みが他よりも厚い例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１９】
［第１実施形態］
まず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る積層型圧電素子１の構成について説明する。積層型圧電素子１は、積層体２と、第１の外部電極３と、第２の外部電極４と、第３の外部電極５ａ，５ｂと、第４の外部電極６と、連結電極７と、第１の内部電極３１と、第２の内部電極３２と、第３の内部電極３３とを備えている。積層型圧電素子１は、例えば、Ｘ方向における長さが３７ｍｍ程度に設定され、Ｙ方向における幅が１．９ｍｍ程度に設定され、Ｚ方向における厚みが１ｍｍ程度に設定されている。
【００２０】
積層体２は、長尺の略直方体形状を呈しており、第１及び第２の端面２ａ，２ｂと、第１及び第２の主面２ｃ，２ｄと、第１及び第２の側面２ｅ，２ｆとを有している。第１及び第２の端面２ａ，２ｂは、積層体２の長手方向に向かい合って互いに平行をなしている。第１及び第２の主面２ｃ，２ｄは、両端面２ａ，２ｂ間を連結するように伸び且つ圧電体層３０（後述する）の積層方向（Ｚ方向）において互いに対向する。第１及び第２の側面２ｅ，２ｆは、両主面２ｃ，２ｄを連結するように伸び且つ互いに対向する。
【００２１】
積層体２は、複数の圧電体層３０が積層されて形成されており、第１の部分２０と、第２の部分２１ａと、第３の部分２１ｂとを含んでいる。第１の部分２０は、圧電的に活性な領域を含む部分であり、積層体２において、第１及び第２の端面２ａ，２ｂの間に位置している。具体的には、第１の部分２０は、積層体２の中央部分に位置している。第１の部分２０では、図２の（ａ）に示されるように、第１及び第２の内部電極３１，３２が圧電体層３０を介して交互に積層されている。圧電体層３０は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１−ｘ）Ｏ３）を主成分とする圧電セラミックス材料から構成されており、その厚みは、例えば１０μｍ〜５０μｍ程度である。実際の積層型圧電素子１では、各圧電体層３０は、視認できない程度に一体化されている。
【００２２】
第１の内部電極３１は、圧電体層３０の積層方向において、所定の間隔をあけて複数（ここでは４層）配置されている。第１の内部電極３１は、一端が第１の側面２ｅに引き出されており、第１の側面２ｅに露出している。第２の内部電極３２は、圧電体層３０の積層方向において、所定の間隔をあけて複数（ここでは５層）配置されている。第２の内部電極３２は、一端が第２の側面２ｆに引き出されており、第２の側面２ｆに露出している。第１及び第２の内部電極３１，３２は、例えば銀（Ａｇ）及びパラジウム（Ｐｄ）を主成分とする導電材料から構成されており、その厚みは、例えば０．５μｍ〜３μｍ程度である。
【００２３】
第１の内部電極３１と第２の内部電極３２とは、圧電体層３０を挟んで互いに対向するように、圧電体層３０の対向方向に沿って交互に配置されている。積層方向で見て、第１の主面２ｃ側及び第２の主面２ｄ側には、第２の内部電極３２が位置しており、下方に位置する第２の内部電極３２は、第２の主面２ｄに対向している。
【００２４】
第２の部分２１ａ及び第３の部分２１ｂは、圧電的に不活性な領域を含む部分であり、積層体２の第１の端面２ａ側、第２の端面２ｂ側にそれぞれ位置している。すなわち、第２の部分２１ａ及び第３の部分２１ｂは、積層体２の長手方向（第１及び第２の端面２ａ，２ｂの対向方向であるＸ方向）において、第１の部分２０を挟むように設けられている。第２の部分２１ａ及び第３の部分２１ｂでは、図２の（ｂ）に示されるように、圧電体層３０と第３の内部電極３３とが交互に積層されている。第２の部分２１ａと第３の部分２１ｂとは、同様の構成を有している。
【００２５】
第３の内部電極３３は、圧電体層３０の積層方向において、所定の間隔をあけて複数（ここでは９層）配置されている。第３の内部電極３３は、一端が第１の側面２ｅに引き出されていると共に、他端が第２の側面２ｆに引き出されており、両側面２ｅ，２ｆに露出している。第３の内部電極３３は、第１及び第２の内部電極３１，３２と物理的且つ電気的に絶縁されている。第３の内部電極３３は、第２の外部電極４と第３の外部電極５ａ，５ｂそれぞれとを接続する接続用の内部電極である。第３の内部電極３３は、例えば銀（Ａｇ）及びパラジウム（Ｐｄ）を主成分とする導電材料から構成されており、その厚みは、例えば０．５μｍ〜３μｍ程度である。
【００２６】
第１の外部電極３は、第１の側面２ｅに設けられている。第１の外部電極３は、第１の側面２ｅにおいて第１の部分２０に対応する位置に形成されており、第１の内部電極３１の一端に物理的且つ電気的に接続されている。第１の外部電極３は、Ｃｒ，Ｃｕ／Ｎｉ，Ａｕの３層の金属膜からなる。以下で説明する各外部電極４〜６及び連結電極７も同様の材料から構成される。第１の外部電極３の厚みは、例えば０．３μｍ〜５．０μｍ程度である。
【００２７】
第２の外部電極４は、第２の側面２ｆに設けられている。第２の外部電極４は、第２の側面２ｆの全面に亘って形成されており、第２の内部電極３２及び第３の内部電極３３の一端に物理的且つ電気的に接続されている。第２の外部電極４は、第２及び第３の内部電極３２，３３のいずれにも接続される共通外部電極である。第２の外部電極４の厚みは、第１の外部電極３と同様の厚みであり、例えば０．３μｍ〜５．０μｍ程度である。
【００２８】
第３の外部電極５ａ，５ｂは、第１の側面２ｅに設けられている。第３の外部電極５ａ，５ｂは、第１の側面２ｅにおいて、第２の部分２１ａ及び第３の部分２１ｂに対応する位置、すなわち、第１の側面２ｅの長手方向の両端２ａ，２ｂ側に形成されており、第３の内部電極３３の一端に物理的且つ電気的に接続されている。第３の外部電極５ａ，５ｂと第１の外部電極３とは、第１の側面２ｅ上において、互いに電気的に絶縁されている。第３の外部電極５ａ，５ｂの厚みは、第１及び第２の外部電極３，４と同様の厚みであり、例えば０．３μｍ〜５．０μｍ程度である。
【００２９】
第４の外部電極６は、第２の主面２ｄに設けられている。第４の外部電極６は、第２の主面２ｄの全面に亘って形成されており、その両端において第３の外部電極５ａ，５ｂに物理的且つ電気的に接続されている。第４の外部電極６は、第１の外部電極３と電気的に絶縁されている。第４の外部電極６は、基板（支持体）等に絶縁性接着剤にて接続される際の接続面となる。第４の外部電極６の厚みは、他の外部電極３，４，５ａ，５ｂよりも２．５倍〜３．３倍程度厚くなるように形成されており、例えば０．７５μｍ〜３．３μｍ程度である。
【００３０】
連結電極７は、第２の側面２ｆと第２の主面２ｄとの角部分の切欠面２ｇ（第１の切欠部）に設けられている。この切欠面２ｇは、積層体２の長手方向（Ｘ方向）全体に亘って形成されている。切欠面２ｇは、高さｈ１の切欠部であり、その上端が、最下層に位置する第２の内部電極３２よりも積層方向において下になるように形成されている。すなわち、切欠面２ｇは、第２の内部電極３２の最下層よりも積層方向において第２の主面２ｄ側に形成されている。
【００３１】
連結電極７は、このような切欠面２ｇの全面に亘って形成されており、第２の外部電極４と第４の外部電極６とをその長手方向全体に亘って連結している。連結電極７は、互いに直交する側面２ｆ及び主面２ｄの角部において斜めになるように形成されているため、互いに直交する両外部電極４，６間の電流の流れをスムーズにし、両外部電極４，６が直交して直接接続される場合に比べ、低抵抗化を実現している。連結電極７の厚みは、他の外部電極３，４，５ａ，５ｂよりも１．２倍〜２．４倍程度厚くなるように形成されており、例えば０．３６μｍ〜２．４μｍ程度である。なお、本実施形態では、連結電極７の厚みは、第４の外部電極６よりは薄く形成されているが、同等程度の厚みとしてもよい。
【００３２】
第１外部電極３と第２外部電極５ａ，５ｂとの間には、溝３４，３５がそれぞれ形成されている。すなわち、溝３４，３５は、第１の部分２０と第２の部分２１ａ及び第３の部分２１ｂとの境界部分に形成されている。溝３４，３５は、積層体２の第１の側面２ｅにおいて、圧電体層３０の積層方向に沿って形成されている。この溝３４，３５により、第１の外部電極３と第３の外部電極５ａ，５ｂとは、物理的且つ電気的に絶縁されている。
【００３３】
積層体２の第１の部分２０において、第１の側面２ｅと第２の主面２ｄとの角部分には、切欠面２ｈ（第２の切欠部）が設けられている。切欠面２ｈは、第１の側面２ｅと第２の主面２ｄとの角部分において積層体２の長手方向に沿って形成されており、溝３４と溝３５との間に設けられている。切欠面２ｈは、高さｈ２の切欠部であり、その上端が、最下層に位置する第１の内部電極３１よりも積層方向において下になるように形成されている。切欠面２ｈは、側面２ｅ及び主面２ｄに対して傾斜する傾斜面となっている。この切欠面２ｈにより、第１及び第４の外部電極３，６は、互いに物理的且つ電気的に絶縁される。なお、切欠面２ｇの切欠き高さｈ１は、この切欠面２ｈの切欠き高さｈ２よりも小さくなっている。
【００３４】
続いて、以上のように構成された積層型圧電素子１から構成される圧電アクチュエータについて説明する。図３は、図１に示す積層型圧電素子から構成された圧電アクチュエータを示す斜視図である。図３に示すように、圧電アクチュエータ５０は、積層型圧電素子１の第１の部分２０が、溝３４，３５と平行に伸びるスリットＳにより、複数（ここでは８列）のアクチュエータ部５１ａ〜５１ｈに分割されている。圧電アクチュエータ５０は、例えばインクジェットプリンタの液体吐出ヘッドとして用いられる。
【００３５】
圧電アクチュエータ５０では、第１の外部電極３と第２の外部電極４との間に電圧を印加すると、第１の内部電極３１と第２の内部電極３２との間にも電圧が印加される。そして、アクチュエータ部５１ａ〜５１ｈでは、圧電体層３０において、第１の内部電極３１と第２の内部電極３２との間の領域に電界が生じ、当該領域が変位する。このとき、第２の部分２１ａ及び第３の部分２１ｂでは、圧電体層３０において、第３の内部電極３３の間に電界が生じないため、変位が生じない。
【００３６】
続いて、積層型圧電素子１の製造方法について説明する。
【００３７】
まず、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス材料に有機バインダや有機溶剤等を混合して基体ペーストを作製し、その基体ペーストを用いて圧電体層３０となるグリーンシートをドクターブレード法により成形する。また、所定比率の銀とパラジウムとからなる金属材料に有機バインダや有機溶剤等を混合して、電極パターン形成用の導電性ペーストを作製する。
【００３８】
次に、導電ペーストを用いて、第１〜第３の内部電極３１〜３３に対応する電極パターンのそれぞれをグリーンシート上にスクリーン印刷法により形成する。そして、第１の内部電極３１及び第３の内部電極３３に対応する電極パターンが形成されたグリーンシート、第２の内部電極３２及び第３の内部電極３３に対応する電極パターンが形成されたグリーンシート、及び、圧電体層３０となるグリーンシートを積層して、積層体グリーンを作製する。
【００３９】
続いて、積層体グリーンを所定の温度（例えば６０℃程度）で加熱しながら、積層方向に所定の圧力でプレスした後、積層体グリーンを所定の大きさに切断する。その後、切欠面２ｇに対応する角部を長手方向に沿って切断する。そして、積層体グリーンを所定の温度（例えば４００℃程度）で脱脂した後、所定の温度（例えば１１００℃程度）で所定時間焼成して、積層体２を得る。
【００４０】
続いて、積層体２の第２の主面２ｄを下にし、その下方から、Ｃｒ，Ｃｕ／Ｎｉ，Ａｕの順に３層の金属膜をスパッタリング法により積層体２へ向けて飛ばす。飛ばされた材料は、第２の主面２ｄだけでなく、側面２ｅ，２ｆや切欠面２ｇにも回り込んで付着し、これにより、外部電極３〜６及び連結電極７に対応する外部電極が形成される。第２の主面２ｄには、スパッタリングされた材料が最も多く付着するため、上述したように、第２の主面２ｄに形成される第４の外部電極６の厚みが他の外部電極３，４，５ａ，５ｂよりも厚くなる。また、切欠面２ｇにも、第２の主面２ｄに次いで多くの材料が付着するため、切欠面２ｇに形成される連結電極７の厚みも、外部電極３，４，５ａ，５ｂよりも厚くなる。
【００４１】
そして、外部電極等が形成された積層体２において、側面２ｅに対応する面において積層方向に沿って溝３４，３５を形成することにより、外部電極を分断して、第１の外部電極３及び第３の外部電極５ａ，５ｂを形成する。また、積層体２の側面２ｅと主面２ｄとの角部分に切欠面２ｈを形成することにより、外部電極を分断して、第１の外部電極３と第４の外部電極とを形成する。以上により、積層型圧電素子１が得られる。
【００４２】
以上のように、本実施形態に係る積層型圧電素子１では、切欠面２ｇ上に設けられる連結電極７によって第２及び第４の外部電極４，６が互いに接続されている。即ち、第２及び第４の外部電極４，６が、切欠面２ｇ上に形成された連結電極７により、互いに非直角な状態で接続される。このため、第２及び第４の外部電極４，６間における抵抗が低下し、第２の外部電極４から第４の外部電極６への電流の流れ込みを多くし、長手方向に伸びる第２及び第４の外部電極４，６の両電極を効率的に用いることができる。このように両外部電極４，６を用いることにより、第２の外部電極４に接続される第２の内部電極３２と、第４の外部電極６に接続される第３の外部電極５ａ，５ｂとの間での抵抗を、その距離にかかわらず、低くすることができる。そして、このような低抵抗化により、アクチュエータ部５１ａ〜５１ｈでの変位応答性をより均一にすることが可能となる。
【００４３】
また、上述した積層型圧電素子１では、アクチュエータ部５１ａ〜５１ｈの構成要素の１つとなる第２の内部電極３２に接続される第２の外部電極４と、ＦＰＣ等に接続される第３の外部電極５ａ，５ｂとが第３の内部電極３３によって接続されている。このため、第２及び第３の外部電極４，５ａ，５ｂが第３の内部電極３３によっても接続されており、第２の外部電極４に接続される第２の内部電極３２と、第３の外部電極５ａ，５ｂとの間での抵抗を、その距離にかかわらず、より低くさせることができる。
【００４４】
また、積層型圧電素子１において、第４の外部電極６の厚みが第２の外部電極４の厚みよりも厚くなっている。このため、第４の外部電極６を流れる電流の抵抗を更に小さくすることができ、第２の内部電極３２と第３の外部電極５ａ，５ｂとの間での抵抗を更に低くさせることができる。
【００４５】
また、積層型圧電素子１において、連結電極７の厚みが第２の外部電極４の厚みよりも厚くなっている。このため、第２の外部電極４から第４の外部電極６に流れ込む電流を更に多くすることができ、第２及び第４の外部電極４，６の両電極を更に効率的に用いることができる。
【００４６】
また、積層型圧電素子１において、積層体２には、第１の部分２０における第１の側面２ｅと第２の主面２ｄとの角部分に切欠面２ｈが形成されており、第１の内部電極３１と第４の外部電極６とは、切欠面２ｈによって互いに電気的に絶縁されている。このため、第１の外部電極３を第２の主面２ｄ側に十分に広げると共に第４の外部電極６を第１の側面２ｅ側に十分に広げることができ、これにより、それぞれの抵抗値を低下させることができる。また、第１及び第４の外部電極３，６を形成する際、両電極が電気的に確実に絶縁されるようにマスキングを行うといった作業を省略することができる。これにより、積層型圧電素子１を容易に作製することが可能となる。
【００４７】
また、積層型圧電素子１において、第２の内部電極３２は、第２の主面２ｄに対向するようになっている。このため、第２の主面２ｄと第２の内部電極３２との間に層が確実に不活性となり、省電力とすることができる。
【００４８】
また、積層型圧電素子１において、積層体２には、第１の側面２ｅにおいて、第１及び第３の外部電極３，５ａ，５ｂの間に溝３４，３５が形成されており、第１及び第３の外部電極３，５ａ，５ｂは、溝３４，３５によって互いに電気的に絶縁されている。このため、第１及び第３の外部電極３，５ａ，５ｂを、マスキングを行うことなしに、確実に、物理的且つ電気的に絶縁させることができる。これにより、積層型圧電素子１を容易に作製することが可能となる。
【００４９】
［第２実施形態］
次に、図４及び図５を参照して、第２実施形態に係る積層型圧電素子６０について説明する。本実施形態に係る積層型圧電素子６０では、第１の部分２０に加え、第２の部分７１ａ及び第３の部分７１ｂにおいても、積層体６２の第１の側面２ｅと第２の主面２ｄとの角部分を切り欠いて、切欠面２ｉを形成している。積層型圧電素子６０では、切欠面２ｉにより、第３の外部電極６５ａ，６５ｂと第４の外部電極６６とを分断しており、両者が直接接続されない構成となっている。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５０】
積層型圧電素子６０は、積層体６２と、第１の外部電極３と、第２の外部電極４と、第３の外部電極６５ａ，６５ｂと、第４の外部電極６６と、連結電極７と、第１の内部電極３１と、第２の内部電極３２と、第３の内部電極３３とを備えている。積層体６２は、第１実施形態と同様に、第１及び第２の端面２ａ，２ｂと、第１及び第２の主面２ｃ，２ｄと、第１及び第２の側面２ｅ，２ｆとを有する。また、積層体６２は、第１の部分２０と、第２の部分７１ａと、第３の部分７１ｂとを含んでいる。
【００５１】
第２の部分７１ａ及び第３の部分７１ｂは、圧電的に不活性な領域を含む部分であり、積層体６２の第１の端面２ａ側、第２の端面２ｂ側にそれぞれ位置している。第３の外部電極６５ａ，６５ｂは、第１の側面２ｅにおいて、第２の部分７１ａ及び第３の部分７１ｂに対応する位置、すなわち、第１の側面２ｅの長手方向の両端２ａ，２ｂ側に形成されており、第３の内部電極３３の一端に物理的且つ電気的に接続されている。第３の外部電極６５ａ，６５ｂと第１の外部電極３とは、第１の側面２ｅ上において、互いに電気的に絶縁されている。また、第３の外部電極６５ａ，６５ｂは、切欠面２ｉにより、第４の外部電極６６と直接接続されない構成になっており、第３の内部電極３３を介して、第２の外部電極４と接続されるようになっている。
【００５２】
第４の外部電極６６は、第２の主面２ｄに設けられている。第４の外部電極６６は、第２の主面２ｄの全面に亘って形成されており、連結電極７によって、その長手方向全体に亘って、第２の外部電極４に連結されている。第４の外部電極６６の厚みは、第１実施形態と同様に、他の外部電極３，４，６５ａ，６５ｂよりも２．５倍〜３．３倍程度厚くなるように形成されており、例えば０．７５μｍ〜３．３μｍ程度である。なお、切欠面２ｉは、切欠面２ｈと共に切り欠き加工されるため、同一の傾斜角からなる傾斜面となっているが、切欠面２ｉの傾斜角を切欠面２ｈと異ならせてもよい。また、他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００５３】
続いて、以上のように構成された積層型圧電素子６０から構成される圧電アクチュエータについて説明する。図６〜図８は、図４に示す積層型圧電素子から構成された圧電アクチュエータを示す斜視図である。図６〜図８に示すように、圧電アクチュエータ８０は、積層型圧電素子６０の第１の部分２０が、溝３４，３５と平行に伸びるスリットＳにより、複数（ここでは８列）のアクチュエータ部８１ａ〜８１ｈに分割されている。
【００５４】
圧電アクチュエータ８０では、第１の外部電極３と第２の外部電極４との間に電圧を印加すると、第１の内部電極３１と第２の内部電極３２との間にも電圧が印加される。そして、アクチュエータ部８１ａ〜８１ｈでは、圧電体層３０において、第１の内部電極３１と第２の内部電極３２との間の領域に電界が生じ、当該領域が変位する。このとき、第２の部分７１ａ及び第３の部分７１ｂでは、圧電体層３０において、第３の内部電極３３の間に電界が生じないため、変位が生じない。
【００５５】
ここで、積層型圧電素子６０から構成された圧電アクチュエータ８０のアクチュエータ部８１ａ〜８１ｈでの変位応答性の均一性について説明する。図６〜図８に示されるように、圧電アクチュエータ８０では、第１実施形態と同様に、長手方向に伸びる第２の外部電極４が、傾斜状に形成された連結電極７によって第４の外部電極６６に接続されており、第２の外部電極４から厚みの厚い第４の外部電極６６へ電流が流れ込むやすくなっており、両外部電極４，６６を有効に使うことができている。このため、例えば、内側のアクチュエータ部８１ｅと第３の外部電極６５ａ，６５ｂ間の抵抗と、外側のアクチュエータ部８１ｈと第３の外部電極６５ａ，６５ｂ間の抵抗とを略同程度、つまり低抵抗化することができる。
【００５６】
各アクチュエータ８１ａ〜８１ｈと第３の外部電極６５ａ，６５ｂとの間の抵抗がより低くなる点について、従来のアクチュエータ構成と本実施形態の構成とを比較した例を以下に示す。図９の（ａ）に示されるように、本実施形態に係るアクチュエータ８０の外部電極構成においては、例えば膜厚比率（第２の外部電極：第４の外部電極）を１：２．５として第３の外部電極６５ａ，６５ｂ間の合成抵抗を算出してみると、例えば２．２６Ωとなる。これに対し、図９の（ｂ）に示されるように、連結電極７を有さず且つ膜厚比率（第２の外部電極：第４の外部電極）を１：１として第３の外部電極６５ａ，６５ｂ間の合成抵抗を算出してみると、例えば２．９１Ωとなる。また、図９の（ｃ）に示されるように、連結電極７を有さず且つ膜厚比率（第２の外部電極：第４の外部電極）を１：２．５として第３の外部電極６５ａ，６５ｂ間の合成抵抗を算出してみると、例えば２．４１Ωとなる。
【００５７】
このように、第２実施形態においても、両外部電極４，６６及び連結電極７を用いることにより、第２の外部電極４に接続される第２の内部電極３２と、第３の外部電極６５ａ，６５ｂとの間での抵抗を、その距離にかかわらず、より低くすることができる。そして、このような低抵抗化により、アクチュエータ部８１ａ〜８１ｈでの変位応答性をより均一にすることが可能となる。なお、本実施形態では、第１実施形態における他の効果も同様に奏することができる。
【００５８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、圧電アクチュエータ５０，８０が８列のアクチュエータ部５１ａ〜５１ｈ，８１ａ〜８１ｈを備えた場合を例として説明したが、アクチュエータ部の数はこれらに限られる必要はなく、例えば３００列のアクチュエータ部を備えるアクチュエータであってもよい。この場合、第３の外部電極５ａ，５ｂ等と第２の内部電極３２との間の抵抗値による応答性への影響が大きいので、上述した構成を備えることにより、アクチュエータ部での変位応答性をより均一にすることが可能となる。
【００５９】
また、本発明に係る積層型圧電素子から構成される圧電アクチュエータは、上述したように、第２の主面２ｄ側の面が絶縁性の接着剤で台座等に接着される場合に有効であるが、導電性の接着剤で導電性を有する台座等に接着される場合に用いてももちろんよい。
【符号の説明】
【００６０】
１，６０…積層型圧電素子、２，６２…積層体、２ｇ…切欠面、２ｈ…切欠面、３…第１の外部電極、４…第２の外部電極、５ａ，５ｂ，６５ａ，６５ｂ…第３の外部電極、６，６６…第４の外部電極、７…連結電極、２０…第１の部分、２１ａ，７１ａ…第２の部分、２１ｂ，７１ｂ…第３の部分。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電体層が積層されると共に、互いに対向する第１及び第２の端面と、前記第１及び第２の端面を連結するように伸び且つ前記複数の圧電体層の積層方向において互いに対向する第１及び第２の主面と、前記第１及び第２の主面を連結するように伸び且つ互いに対向する第１及び第２の側面とを有する積層体と、
前記積層体の前記第１及び第２の端面の間に位置する第１の部分に前記複数の圧電体層のうち少なくとも一の圧電体層を介して交互に配置される第１及び第２の内部電極と、
前記積層体の前記第１の端面側に位置する第２の部分に配置される第３の内部電極と、
前記第１の側面に設けられ、前記第１の内部電極と接続される第１の外部電極と、
前記第２の側面に設けられ、前記第２及び第３の内部電極に接続される第２の外部電極と、
前記第１の外部電極と電気的に絶縁するように前記第１の側面に設けられ、前記第３の内部電極に接続される第３の外部電極と、
前記第１の外部電極と電気的に絶縁するように前記第２の主面に設けられ、前記第３の外部電極に接続される第４の外部電極と、を備え、
前記積層体には、前記第２の側面と前記第２の主面との角部分に第１の切欠部が形成されており、前記第１の切欠部上に設けられる連結電極によって前記第２及び第４の外部電極が互いに接続されていることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記第４の外部電極の厚みが前記第２の外部電極の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項３】
前記連結電極の厚みが前記第２の外部電極の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１又は２に記載の積層型圧電素子。
【請求項４】
前記積層体には、前記第１の部分における前記第１の側面と前記第２の主面との角部分に第２の切欠部が形成されており、
前記第１の内部電極と前記第４の外部電極とは、前記第２の切欠部によって互いに電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の積層型圧電素子。
【請求項５】
前記積層方向における前記第１の切欠部の切欠き高さｈ１は、前記積層方向における前記第２の切欠部の切欠き高さｈ２よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
前記第１の切欠部は、前記第２の内部電極の最下層よりも前記積層方向において前記第２の主面側に形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の積層型圧電素子。
【請求項７】
前記第２の内部電極は、前記第２の主面に対向していることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の積層型圧電素子。
【請求項８】
前記積層体には、前記第１の側面において、前記第１及び第３の外部電極の間に溝が形成されており、
前記第１及び第３の外部電極は、前記溝によって互いに電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の積層型圧電素子。
【請求項１】
複数の圧電体層が積層されると共に、互いに対向する第１及び第２の端面と、前記第１及び第２の端面を連結するように伸び且つ前記複数の圧電体層の積層方向において互いに対向する第１及び第２の主面と、前記第１及び第２の主面を連結するように伸び且つ互いに対向する第１及び第２の側面とを有する積層体と、
前記積層体の前記第１及び第２の端面の間に位置する第１の部分に前記複数の圧電体層のうち少なくとも一の圧電体層を介して交互に配置される第１及び第２の内部電極と、
前記積層体の前記第１の端面側に位置する第２の部分に配置される第３の内部電極と、
前記第１の側面に設けられ、前記第１の内部電極と接続される第１の外部電極と、
前記第２の側面に設けられ、前記第２及び第３の内部電極に接続される第２の外部電極と、
前記第１の外部電極と電気的に絶縁するように前記第１の側面に設けられ、前記第３の内部電極に接続される第３の外部電極と、
前記第１の外部電極と電気的に絶縁するように前記第２の主面に設けられ、前記第３の外部電極に接続される第４の外部電極と、を備え、
前記積層体には、前記第２の側面と前記第２の主面との角部分に第１の切欠部が形成されており、前記第１の切欠部上に設けられる連結電極によって前記第２及び第４の外部電極が互いに接続されていることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記第４の外部電極の厚みが前記第２の外部電極の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項３】
前記連結電極の厚みが前記第２の外部電極の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１又は２に記載の積層型圧電素子。
【請求項４】
前記積層体には、前記第１の部分における前記第１の側面と前記第２の主面との角部分に第２の切欠部が形成されており、
前記第１の内部電極と前記第４の外部電極とは、前記第２の切欠部によって互いに電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の積層型圧電素子。
【請求項５】
前記積層方向における前記第１の切欠部の切欠き高さｈ１は、前記積層方向における前記第２の切欠部の切欠き高さｈ２よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
前記第１の切欠部は、前記第２の内部電極の最下層よりも前記積層方向において前記第２の主面側に形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の積層型圧電素子。
【請求項７】
前記第２の内部電極は、前記第２の主面に対向していることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の積層型圧電素子。
【請求項８】
前記積層体には、前記第１の側面において、前記第１及び第３の外部電極の間に溝が形成されており、
前記第１及び第３の外部電極は、前記溝によって互いに電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の積層型圧電素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−９８４２６（Ｐ２０１３−９８４２６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１４１０（Ｐ２０１１−２４１４１０）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
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