CN103579493A

CN103579493A - 压电元件

Info

Publication number: CN103579493A
Application number: CN201310302941.6A
Authority: CN
Inventors: 不藤平四郎; 铃木克俊; 后藤厚志
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2014-02-12
Also published as: JP2014033048A; JP6061374B2

Abstract

本发明的目的在于提供能够容易地进行极化处理的压电元件。压电元件（101）的特征在于，具备：层叠于可挠性的基材（19）的第1电极层（11）、层叠于第1电极层（11）的压电层（13）、以及层叠于压电层（13）的第2电极层（12），在压电元件（101）中，压电层（13）由含有钛酸钡粒体的热可塑性树脂形成，热可塑性树脂的软化点比钛酸钡粒体的居里点低。

Description

压电元件

技术领域

本发明涉及促动器、各种传感器以及发电等所使用的压电元件。

背景技术

压电元件用于电能与机械能之间的能量转换，广泛用于促动器、各种传感器中。并且，近年来，也研究了在发电中的应用。

一般所知的压电元件多使用了陶瓷电介体，并且普遍使用以高温进行了烧结的类型。在专利文献1（以往例1）中，公开了如图11所示那样的掺入电介体粉体并加固并且以高温进行了烧结的类型的压电元件800。图11是示意性地表示以往例1的压电元件800的剖视图。以往例1的压电元件800如图11所示那样、基材801中使用例如氧化锆，上下导电层（第1导电层810、第2导电层830）中使用例如铟-锡-氧化物，压电体层（电介体层）820中使用例如钛酸铅、钛酸锆酸铅，并以450（℃）至800（℃）这一高温进行热处理而制作的。在如以往例1那样的压电元件800中，利用了烧制并烧固了的电介体，所以在如要求可挠性的各种传感器、发电中所利用的用途中，几乎无法使用。

因此，在专利文献2（以往例2）中，提出了如图12所示那样的具有弹性的电介质性橡胶层叠体900。图12是说明以往例2的电介质性橡胶层叠体900的图，图12（a）是示意性地表示电介质性橡胶层叠体900的剖视图，图12（b）是驻极体处理（极化处理）的概念图，图12（c）是表示驻极体处理装置990的结构的模式图。电介质性橡胶层叠体900如图12（a）所示那样、为以将电介质性橡胶层920夹入的方式设置有电极层（910，930）的三层构造。并且，电介质性橡胶层920如图12（b）所示那样、在异戊二烯橡胶等基底橡胶925中分散并混合了钛酸锆酸铅等电介质性填充物929，并实施了使电介质性填充物929的自发极化的朝向一致的驻极体处理（极化处理）。

该驻极体处理（极化处理）使用如图12（c）所示的驻极体处理装置990来进行，用铜片（971，972）夹着电介质性橡胶层叠体900或者电介质性橡胶层920（单侧隔着绝缘薄膜951），并且用绝缘薄膜（952，953）夹着并设置于加热板980。而且，用加热板980将电介质性橡胶层叠体900或者电介质性橡胶层920加热熔融，同时加以直流的1～10（kV/mm）的高电压，使电介质性橡胶层叠体900或者电介质性橡胶层920完全硬化并结束。由此，通过对电介质性橡胶层920进行驻极体处理（极化处理），由此即使不实施伸张处理（プレストレイン）等，电介质性橡胶层叠体900也作为以比以往低的电压工作的促动器而发挥功能并且也能够期待具有足够的输出的发电功能。

专利文献1：日本特开2011-151285号公报

专利文献2：日本特开2008-53527号公报

然而，在如以往例2那样的结构中，为了进行驻极体处理（极化处理），有如下难处：必须使用特别的驻极体处理装置990，并且必须一边以铜片（971，972）夹着并控制粘度低的电介质性橡胶层叠体900或者电介质性橡胶层920一边进行驻极体处理（极化处理）。并且，使用了热硬化型的基底橡胶925，所以有必须与驻极体处理（极化处理）同时使之交联并进行硬化这一困难。特别是在使用了居里点较低的钛酸钡作为压电体（电介体）的情况下（钛酸钡的居里点一般被记载为120（℃）～135（℃）），同时进行在小于居里点的温度下进行的驻极体处理（极化处理）和在远高于居里点的温度下进行的硬化几乎是不可能实现的。

发明内容

本发明解决上述的课题，目的在于提供能够容易地进行极化处理的压电元件。

为了解决该课题，本发明的技术方案1涉及的压电元件的特征在于，具备：层叠于可挠性基材的第1电极层；层叠于上述第1电极层的压电层；以及层叠于上述压电层的第2电极层，在该压电元件中，上述压电层由含有钛酸钡粒体的热可塑性树脂形成，上述热可塑性树脂的软化点比上述钛酸钡粒体的居里点低。

另外，本发明的技术方案2涉及的压电元件的特征在于，上述第2电极层由含有导电性的碳或银的酚醛树脂形成。

另外，本发明的技术方案3以及4涉及的压电元件的特征在于，上述钛酸钡粒体的上述居里点为132（℃）以上135（℃）以下。

另外，本发明的技术方案5涉及的压电元件的特征在于，上述钛酸钡粒体的粒径为400～500（nm）。

另外，本发明的技术方案6以及7涉及的压电元件的特征在于，上述软化点为80（℃）以上。

另外，本发明的技术方案8至11涉及的压电元件的特征在于，上述热可塑性树脂为非晶性聚酯树脂或聚氨酯树脂。

发明的效果

根据技术方案1的发明，本发明的压电元件，压电层由含有钛酸钡粒体的热可塑性树脂形成，并且热可塑性树脂具有比钛酸钡粒体的居里点低的软化点，所以能够以钛酸钡粒体的居里点附近的温度进行极化处理，并且在以居里点附近的温度加热并进行压电层的极化处理时，热可塑性树脂软化，从而钛酸钡粒体变得容易运动。由于该情况，能够容易地使钛酸钡粒体的自发极化的朝向一致。因此，能够提供能够容易地进行极化处理的压电元件。

根据技术方案2的发明，本发明的压电元件，第2电极层由含有导电性的碳或银的酚醛树脂形成，所以在形成第2电极层时，伴随该酚醛树脂的硬化收缩，在压电层的层内，受第2电极层牵拉而在缩小的方向上受到应力，压电层的第1电极层侧反之在伸长的方向上受到应力，压电层的层内产生内部应力。由于该情况，在对压电元件施加了力时，内部应力存在，因此能够提高输出电压、响应速度等的灵敏度。

根据技术方案3以及4的发明，本发明的压电元件，钛酸钡粒体的居里点为132（℃）以上135（℃）以下，所以钛酸钡粒体为接近单结晶的状态。为此，压电层的脱极化温度（设为压电效应急剧地开始降低的温度）得以提高，并且钛酸钡粒体的被极化的比率也变大。由于该情况，在对压电元件施加了力时，能够进一步提高输出电压、响应速度等的灵敏度。

根据技术方案5的发明，本发明的压电元件，钛酸钡粒体的粒径为400～500（nm），所以钛酸钡粒体适度地分散于热可塑性树脂中。为此，钛酸钡粒体的凝集等引起的钛酸钡粒体的运动未受到妨碍，能够更一律地使钛酸钡粒体的自发极化的朝向一致。由于该情况，在对压电元件施加了力时，能够进一步提高输出电压、响应速度等的灵敏度。

根据技术方案6以及7的发明，本发明的压电元件，软化点为80（℃）以上，所以在一般的电子设备的使用温度范围（-20（℃）～＋80（℃））内，对于热可塑性树脂保持钛酸钡粒体的极化状态，具有充分的耐热性。由于该情况，即使暴露于高温后，压电效应也不消失而得以保持，能够应用于一般的电子设备。

根据技术方案8至11的发明，本发明的压电元件，热可塑性树脂为非晶性聚酯树脂或聚氨酯树脂，所以常温下具有适度的柔软性，即使压电层变形，也能够抑制压电层中产生的开裂等。由于该情况，能够提供寿命长的压电元件。

因此，本发明的压电元件能够提供能够容易地进行极化处理的压电元件。

附图说明

图1是对本发明的第1实施方式的压电元件进行说明的结构图，是其俯视图。

图2是对本发明的第1实施方式的压电元件进行说明的结构图，是从图1所示的Y2侧观察的侧视图。

图3是对本发明的第1实施方式的压电元件进行说明的图，图3（a）是图1所示的II-II线处的剖视图，图3（b）是图1所示的III-III线处的剖视图。

图4是对极化处理的方法以及原理进行说明的概念图，图4（a）表示压电层的初始的状态，图4（b）表示对压电层的厚度方向施加了电压的状态，图4（c）表示极化处理结束了的状态。

图5是压电元件的测量结果，图5（a）是施加了励振时的输出电压值的图，图5（b）是对暴露于高温后的输出电压值的变化进行表示的图表。

图6是对压电元件中使用了的钛酸钡粒体的平均粒径变化了的情况下的测量结果进行了表示的图表。

图7是对本发明的第2实施方式的压电元件进行说明的结构图，是其俯视图。

图8是对本发明的第2实施方式的压电元件进行说明的结构图，是从图7所示的Y2侧观察的侧视图。

图9是对本发明的第2实施方式的压电元件进行说明的图，图9（a）是图7所示的IX-IX线处的剖视图，图9（b）是图7所示的X-X线处的剖视图。

图10是对钛酸钡类的压电体的残留极化量的温度特性进行表示的模式图。

图11是示意性地表示以往例1的压电元件的剖视图。

图12是对以往例2的电介质性橡胶层叠体进行说明的图，图12（a）是示意性地表示电介质性橡胶层叠体的剖视图，图12（b）是驻极体处理（极化处理）的概念图，图12（c）是驻极体处理装置的结构进行表示的模式图。

符号说明

11，21A，21B第1电极层

12，22A，22B第2电极层

13，23A，23B压电层

19，29基材

BT钛酸钡粒体

PP热可塑性树脂

d粒径（平均粒径）

101，102压电元件

具体实施方式

以下，参照本发明的实施方式详细地进行说明。

［第1实施方式］

图1是对本发明的第1实施方式的压电元件101进行说明的结构图，是其俯视图。图2是对本发明的第1实施方式的压电元件101进行说明的结构图，是从图1所示的Y2侧观察的侧视图。图3是对本发明的第1实施方式的压电元件101进行说明的图，图3（a）是图1所示的II-II线处的剖视图，图3（b）是图1所示的III-III线处的剖视图。此外，图1至图3是用于使说明容易的结构图，所以厚度方向（Z1-Z2方向）的尺寸与实际大不相同。

本发明的第1实施方式的压电元件101如图1至图3所示那样、具备层叠于可挠性的基材19的第1电极层11、层叠于第1电极层11的压电层13、以及层叠于压电层13的第2电极层12而构成。此外，包括用于从外部环境中保护压电元件101的保护层构件15、以及用于对压电元件101供应电力或者从压电元件101取出输出的两个端子部（171，172）。

第1电极层11如图1至图3所示那样、层叠设置于基材19的单面侧，在聚氨酯树脂的基体中分散有25～70（vol%）的导电性的银的粉体，其厚度为10～20（μm）左右。另外，该基材19中使用聚酰亚胺（polyimide，以下记载为PI）薄膜，厚度为25～125（μm）左右并且具有可挠性。

第1电极层11的制作是，将含有硬化剂的聚氨酯树脂、卡比醇醋酸酯等溶剂及银粉混合并作为导电性银膏，使用网板印刷等方法，将该导电性银膏涂敷于基材19，并进行加热而使之干燥以及硬化。另外，通过与第1电极层11相同的工序，制作图1以及图3（a）所示的端子部171。该端子部171以从第1电极层11的端部起被拉出到基材19的端部为止的方式形成，以使电力的供应或者输出的取出容易进行。

此外，使用了聚氨酯树脂作为导电性银膏的粘合剂，但也可以是其他的合成树脂、例如作为热硬化性树脂的酚醛树脂、环氧树脂等、或作为热可塑性树脂的聚酯树脂、丙烯树脂等。另外，使用了银粉作为导电性银膏的导电性填充物，但也可以是其他的导电性填充物、例如是石墨、纳米碳等碳粉、铜、镍等金属粉。另外，可挠性的基材19中使用了聚酰亚胺（PI）薄膜，但也可以是其他的合成树脂、例如聚对苯二甲酸乙酯（polyethyleneterephthalate，以下记载为PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（polyethylenenaphthalate，以下记载为PEN）、聚苯硫醚（polyphenylene sulfide，以下记载为PPS）等薄膜。

压电层13如图1至图3所示那样、设置于基材19的单面侧，并层叠于第1电极层11而形成。另外，压电层13优选地使用在非晶性聚酯树脂的热可塑性树脂中的基体中分散约55～65（vol%）的钛酸钡粒体。因为是这种与合成树脂的复合材料，所以压电层13具有可挠性。

另外，在本发明的第1实施方式中，在基材19的单面侧层叠形成有压电层13，所以在想要将压电元件101折曲来获得压电特性时，压电元件101的应力中心更接近压电层13的中心。由于该情况，与以往例2的电介质性橡胶层920相比较，进行了折曲时的输出电压进一步变大。

钛酸钡粒体使用其平均粒径d为200～800（nm）左右，特别地、最优选地使用400～500（nm）的。该平均粒径d使用气体吸收法的比表面积/细孔分布测量法、所谓BET法的装置，根据测量出的钛酸钡粒体的表面积S和钛酸钡粒体的密度p而计算求出。其计算式为d＝6/pS。另外，钛酸钡粒体优选地使用居里点为132（℃）以上且为135（℃）以下的粉体。该居里点的测量通过差示扫描量热法（DSC，Differential Scanning Calorimetry）来进行。

另外，钛酸钡粒体使用水热法的合成法来制作。这里所说的水热法的合成法为如下方法：在压力釜（高压釜）等中加入氢氧化钡（Ba（OH）₂）和二氧化钛（TiO₂），即使为100（℃）以上水也不沸腾的高温高压下，合成钛酸钡（BaTiO₃）的方法。

非晶性聚酯树脂使用软化点为80（℃）以上的类型的树脂。而且，其分子量为10000至100000左右。此外，优选地使用非晶性聚酯树脂作为热可塑性树脂，但也可以是聚氨酯树脂。另外，非晶性聚酯树脂以及聚氨酯树脂在常温具有适度的柔软性，所以即使压电层13变形，也能够抑制压电层13中产生的开裂等。由于该情况，能够提供寿命长的压电元件101。并且，非晶性聚酯树脂以及聚氨酯树脂一般广泛使用，能够容易并且廉价地获得。

压电层13的制作，首先是溶剂中使用可溶的非晶性聚酯树脂，将卡比醇醋酸酯等溶剂、非晶性聚酯树脂及钛酸钡粒体以所期望的配合比混合，用三根辊等混合机使它们各自均匀地分散，来制作电介体膏。接着，使用网板印刷等方法，以覆盖第1电极层11的方式将该电介体膏涂敷在基材19的单面侧，并使之干燥以及硬化来制作。该硬化后的压电层13的厚度为20～70（μm）左右。此外，上述的电介体膏中可以适宜使用少量的硬化剂，也可以添加消泡剂。另外，也可以进行使钛酸钡粒体的表面载有硅烷偶联剂的处理。特别地，通过进行消泡剂的添加、硅烷偶联剂处理，由此能够防止压电层13产生气泡等缺陷，能够减轻压电层13的厚度方向的绝缘不良。

第2电极层12如图1至图3所示那样、层叠设置于基材19的单面侧，并层叠形成于压电层13。另外，第2电极层12在酚醛树脂的基体中分散有25～70（vol%）的导电性的银粉，其厚度为10～20（μm）左右。作为该第2电极层12的导电性构件的材质，优选地使用了银，但也可以是碳。

第2电极层12的制作是，将热硬化性的酚醛树脂、卡比醇醋酸酯等溶剂和银粉混合并作为导电性银膏，使用与第1电极层11以及压电层13同样的网板印刷等的方法，将该导电性银膏涂敷并层叠于压电层13上，并进行加热、使之干燥以及硬化。伴随该酚醛树脂的硬化收缩，在压电层13的层内，压电层13的第2电极层12侧被第2电极层12牵拉并在缩小的方向上受到应力，压电层13的第1电极层11侧反之在伸长方向上受到应力。为此，在压电层13中产生内部应力。

另外，通过与第2电极层12相同的工序，制作图1以及图3（b）所示的端子部172。端子部172以从第2电极层12的端部引出到基材19的端部的方式形成，以使电力的供应或者输出的取出容易进行。

如以上那样处理，第1电极层11、压电层13以及第2电极层12是在合成树脂中分散了填充物的层，对应于基材19的可挠性，具有充分的可挠性，所以压电元件101具有可挠性。

接着，为了从外部环境中保护压电元件101，形成保护层构件15。此外，第1电极层11以及第2电极层12中使用了导电性碳膏的情况下，有时也可以设置该保护层构件15。另外，保护层构件15的制作使用含有颜料的绝缘性的三聚氰胺醇酸树脂作为基底的绝缘性膏，同样地，使用网板印刷等的方法，以覆盖压电元件101整体的方式涂敷并层叠该绝缘性膏，并进行加热、使之干燥以及硬化。此外，除了三聚氰胺醇酸树脂以外，也可以使用丙烯树脂、聚醚树脂、聚氨酯树脂、氯乙烯树脂等。这样，形成如图1至图3所示的压电元件101。该压电元件101的形成中使用容易并廉价的网板印刷法，所以能够容易地制作压电元件101，并且能够廉价地制作。

最后，对所形成的压电元件101进行极化处理。图4是对极化处理的方法以及原理进行说明的概念图，图4（a）表示压电层13的初始的状态，图4（b）表示在压电层13的厚度方向施加了电压的状态，图4（c）表示极化处理结束了的状态。此外，图中，作为压电层13，示出了钛酸钡粒体BT和热可塑性树脂PP。

极化处理是将所形成的压电元件101加热到居里点附近的温度，如图4（b）所示那样、从图1以及图3所示的端子部171以及端子部172将与压电层13的厚度相应的直流电压对压电层13施加1～10（V/μm）左右。而且，返回到常温后，使第1电极层11与第2电极层12之间短路，除去多余的容量并结束。此外，直流电压的印加为4～6（V/μm）的优选的。

这样，压电层13从图4（a）所示的初始状态起到图4（c）所示的被极化了的状态，能够简单地进行处理。这是由于，热可塑性树脂PP具有比钛酸钡粒体BT的居里点低的软化点，所以在以居里点附近的温度进行加热并进行压电层13的极化处理时，热可塑性树脂PP软化，由此钛酸钡粒体BT变得容易运动。由于该情况，能够容易地使钛酸钡粒体BT的自发极化的朝向一致。

＜实施例＞

关于如以上那样、构成的压电元件101，为了进行压电效应的确认，实际进行了制作出的压电元件101的特性的测量。该测量方法是对形成了φ30（mm）外形的压电层13的试料（样品）施加以2Hz的频率来产生1（mm）的移位的这种励振，并测量了此时的输出电压。另外，对制作出的压电元件101的试料（样品）的耐热性也进行了测量。图5是压电元件101的测量结果的一例，图5（a）是施加了励振时的输出电压值的图，图5（b）是对暴露于85（℃）高温后的输出电压值的变化进行表示的图表。此外，图5（a）的横轴是时间，纵轴是输出电压值，图5（b）的横轴是暴露的时间，纵轴是输出电压值。

首先，对于测量所用的压电元件101的试料（样品），具体地进行说明。压电元件101的试料（样品）使用了厚度为75（μm）的聚酰亚胺（PI）薄膜作为基材19。

另外，作为第1电极层11，使用了以约150（℃）加热约30分钟来使之固化而获得的膜的膜厚为约10（μm）左右并且在聚氨酯树脂中的基体中含有约50（vol%）左右的导电性的银的粉体的层。

另外，作为压电层13，使用了以约120（℃）加热约20分钟来使之固化而获得的膜的膜厚为50（μm）左右并且在非晶性聚酯树脂的热可塑性树脂中的基体中分散有约60（vol%）的钛酸钡粒体的层。而且，使用该钛酸钡粒体的居里点为132.8（℃）者，使用非晶性聚酯树脂的软化点为83（℃）者。即，热可塑性树脂即非晶性聚酯树脂的软化点（83（℃））为比钛酸钡粒体的居里点（132．8（℃））低的温度。

另外，作为第2电极层12，使用了以约170（℃）加热了约20分钟来使之固化而获得的膜的膜厚为约10（μm）左右并且在酚醛树脂的基体中分散有40（vol%）的导电性的银粉的层。

另外，作为保护层构件15，使用了以约150（℃）加热约10分钟来使之固化而得到的膜的膜厚为约10（μm）左右并且以含有颜料的绝缘性的三聚氰胺醇酸树脂为基底的层。

接着，对如上所述那样制作出的压电元件101的试料（样品）进行了极化处理。极化处理仅是加热到试料（样品）的居里点附近的温度具体地为130（℃），并从图1以及图3所示的端子部171以及端子部172对压电层13施加约250（V）的直流电压20分钟，能够容易地进行。

对以上的试料（样品）进行了测量的结果，如图5（a）所示那样、恒定获得约250（mV/μm）的输出电压值（峰峰值）。该压电效应的发现起因于如果钛酸钡粒体的居里点为132（℃）以上135（℃）以下则钛酸钡粒体为接近单结晶的状态。由于该情况，压电层13的脱极化温度（压电效应开始急剧下降的温度）提高，并且钛酸钡粒体的被极化的比率变大。由于该情况，在对压电元件101施加了力时，能够提高输出电压、响应速度等的灵敏度。

另外，一般而言，烧结过的钛酸钡如图10所示那样、在被加热到约80（℃）以上时，残留极化量（自发极化得以维持的比率）急剧降低，压电效应消失，难以应用于一般的电子设备。特别地，在以往例2中，虽设为能够使用钛酸钡，但在使用了完全未被考虑的钛酸钡的情况下，认为难以应用于一般的电子设备。

然而，在本发明的压电元件101中，如图5（b）所示那样、即使在85（℃）的高温下暴露了320小时期间以后，压电效应也未消失而得以保持。这是由于，起因于钛酸钡粒体为接近单结晶的状态，除了压电层13的脱极化温度（设为压电效应急剧地开始降低的温度）得以提高，并且热可塑性树脂的软化点为80（℃）以上，具体地为83（℃），所以钛酸钡粒体不会软化到能够自由地运动的程度，对于保持钛酸钡粒体的极化状态，具有充分的耐热性。由于该情况，即使暴露于85（℃）的高温后，压电效应也不消失而得以保持，能够应用于一般的电子设备。

最后，制作使钛酸钡粒体的平均粒径d改变了的试料（样品），并同样地进行测量。图6是对压电元件101中所用的钛酸钡粒体的平均粒径d变化了的情况的测量结果进行表示的图表。另外，图6的横轴是钛酸钡粒体的平均粒径d，纵轴是压电层13的平均膜厚1（μm）的输出电压值。

如图6所示，随着钛酸钡粒体的平均粒径d变大，输出电压值变高，在400～500（nm）时，达到最高的输出电压值。这是由于，钛酸钡粒体的结晶性提高和钛酸钡粒体被分散到热可塑性树脂中。由于该情况，压电层13的极化本身变大，并且钛酸钡粒体的自发极化的朝向容易更一律地一致，在对压电元件101施加力时，能够使压电元件101的输出电压、响应速度等的灵敏度提高。

通过以上所述，本发明的压电元件101，压电层13由含有钛酸钡粒体的热可塑性树脂形成，并且热可塑性树脂具有比钛酸钡粒体的居里点低的软化点，所以能够以钛酸钡粒体的居里点附近的温度进行极化处理，并且在以居里点附近的温度进行加热来进行压电层13的极化处理时，热可塑性树脂软化，从而钛酸钡粒体变得容易运动。由于该情况，能够容易地使钛酸钡粒体的自发极化的朝向一致。因此，能够提供能够容易地进行极化处理的压电元件101。

另外，第2电极层12由含有导电性银的酚醛树脂形成，所以在形成第2电极层12时，伴随该酚醛树脂的硬化收缩，在压电层13的层内，压电层13的第2电极层12侧被第2电极层12牵拉并在缩小的方向上受到应力，压电层13的第1电极层11侧反之在伸长的方向上受到应力，压电层13的层内产生内部应力。由于该情况，在对压电元件101施加了力时，内部应力存在，因此能够提高输出电压、响应速度等的灵敏度。

另外，钛酸钡粒体的居里点为132（℃）以上135（℃）以下，钛酸钡粒体为接近单结晶的状态。为此，压电层13的脱极化温度（设为压电效应急剧地开始降低的温度）提高，因此钛酸钡粒体的被极化的比率也变大。由于该情况，在对压电元件101施加了力时，能够进一步提高输出电压、响应速度等的灵敏度。

另外，钛酸钡粒体的粒径d为400～500（nm），所以钛酸钡粒体适度地分散于热可塑性树脂中。为此，钛酸钡粒体的凝集等引起的钛酸钡粒体的运动未被妨碍，能够更一律地使钛酸钡粒体的自发极化的朝向一致。由于该情况，在对压电元件101施加了力时，能够进一步提高输出电压、响应速度等的灵敏度。

另外，热可塑性树脂的软化点为80（℃）以上，所以在一般的电子设备的使用温度范围（-20（℃）～＋80（℃））内，对于热可塑性树脂保持钛酸钡粒体的极化状态，具有充分的耐热性。由于该情况，即使暴露于高温后，压电效应也不消失而得以保持，能够应用于一般的电子设备。

另外，热可塑性树脂是非晶性聚酯树脂，所以常温下具有适度的柔软性，即使压电层13变形，也能够抑制压电层13中产生的开裂等。由于该情况，能够提供寿命长的压电元件101。

［第2实施方式］

图7是对本发明的第2实施方式的压电元件102进行说明的结构图，是其俯视图。图8是对本发明的第2实施方式的压电元件102进行说明的结构图，是从图7所示的Y2侧观察的侧视图。图9是对本发明的第2实施方式的压电元件102进行说明的图，图9（a）是图7所示的IX-IX线处的剖视图，图9（b）是图7所示的X-X线处的剖视图。第2实施方式的压电元件102相对于第1实施方式的不同点在于，在基材29的两面设置有压电层（23A，23B）。此外，对于与第1实施方式相同的结构，标注同一符号并省略详细的说明。另外，图7至图9是用于使说明容易的结构图，所以厚度方向（Z1-Z2方向）的尺寸与实际大不相同。

本发明的第2实施方式的压电元件102如图7至图9所示那样、具备层叠于可挠性的基材29一方侧的第1电极层21A、层叠于第1电极层21A的压电层23A、以及层叠于压电层23A的第2电极层22A，并且具备层叠于可挠性的基材29的另一方侧的第1电极层21B、层叠于第1电极层21B的压电层23B、以及层叠于压电层23B的第2电极层22B。此外具备用于对压电元件102供应电力或者从压电元件102取出输出的四个端子部（271，272，273，274）。

第1电极层21A如图7至图9所示那样、层叠设置于基材29的一方侧面，在聚酯树脂的基体中分散有25～50（vol%）的导电性的碳的粉体。该基材29中使用聚对苯二甲酸乙酯（PET）薄膜，为厚度25～125（μm）左右，具有可挠性。

第1电极层21A的制作是将含有了异氰酸盐脂等硬化剂的聚酯树脂和二甘醇丁醚醋酸酯等溶剂和碳粉混合并作为导电性碳膏，使用网板印刷等的方法，将该导电性碳膏涂敷于基材29上，以约120（℃）加热约5分钟来使之硬化而进行的。第1电极层21A的厚度为10（μm）左右。另外，如图7以及图9（a）所示，以与第1电极层21A相同的工序制作端子部271。端子部271以从第1电极层21A的端部引出到基材29的端部的方式形成，以使电力的供应或者输出的取出容易进行。

此外，使用了聚酯树脂作为导电性碳膏的粘合剂，但也可以使用其他的合成树脂，例如作为热硬化性树脂的酚醛树脂、环氧树脂等、或作为热可塑性树脂的聚氨酯树脂、丙烯树脂等。另外，使用了碳粉作为导电性碳膏的导电性填充物，但也可以使用其他的导电性填充物，例如铟-锡-氧化物等氧化物粉、银、铜、镍等金属粉。另外，可挠性的基材29中使用了聚对苯二甲酸乙酯（PET）薄膜，但也可以是其他的合成树脂，例如聚酰亚胺（PI）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚苯硫醚（PPS）等薄膜。

压电层23A如图7至图9所示那样、设置于基材29的一方侧面，层叠形成于第1电极层21A。另外，压电层23A优选地使用在聚氨酯树脂的热可塑性树脂中的基体中分散有约55～65（vol%）的钛酸钡粒体者。因为是这种与合成树脂的复合材料，所以压电层23A具有可挠性。

钛酸钡粒体与第1实施方式同样地、其平均粒径d使用200～800（nm）左右，特别地最优选地使用400～500（nm）者。该平均粒径d使用气体吸收法的比表面积/细孔分布测量法、所谓BET法的装置，根据测量出的钛酸钡粒体的表面积S和钛酸钡粒体的密度p而计算求出。其计算式为d＝6/pS。另外，钛酸钡粒体与第1实施方式同样地，使用居里点为132（℃）以上135（℃）以下的粉体。该居里点的测量以差示扫描量热法（DSC，Differential Scanning Calorimetry）进行。

另外，钛酸钡粒体使用水热法的合成法来制作。这里所说的水热法的合成法为如下方法：在即使在压力釜（高压釜）等中加入氢氧化钡（Ba（OH）2）和二氧化钛（TiO2），100（℃）以上水也不沸腾的高温高压下，合成钛酸钡（BaTiO3）的方法。

聚氨酯树脂使用软化点为80（℃）以上的类型的树脂。而且，其分子量为10000至100000左右。此外，作为热可塑性树脂，优选地使用聚氨酯树脂，但也可以是非晶性聚酯树脂。另外，聚氨酯树脂以及非晶性聚酯树脂在常温具有适度的柔软性，所以即使压电层23A变形，也能够抑制压电层23A中产生的开裂等。由于该情况，能够提供寿命长的压电元件102。并且，聚氨酯树脂以及非晶性聚酯树脂一般广泛使用，能够容易并且廉价地获得。

压电层23A的制作首先在溶剂中使用可溶的聚氨酯树脂，将二甘醇丁醚醋酸酯等的溶剂、聚氨酯树脂以及钛酸钡粒体以所期望的配合比混合，用三根辊等混合机使它们各自均匀地分散，制作电介体膏。此时，也可以适宜使用少量的硬化剂。接着，使用网板印刷等的方法，在基材29的一方侧面以覆盖第1电极层21A的方式涂敷将该电介体膏，并使之干燥以及硬化来制作。该硬化后的压电层23A的厚度为20～70（μm）左右。

第2电极层22A如图7至图9所示，层叠设置于基材29的一方侧面，并层叠形成于压电层23A。另外，第2电极层22A在酚醛树脂的基体中分散有约25～50（vol%）的导电性的碳粉，其厚度为10～20（μm）左右。作为该第2电极层22A的导电性构件，优选地使用了碳粉，但也可以是银粉。

第2电极层22A的制作是将热硬化性的酚醛树脂、二甘醇丁醚醋酸酯等溶剂以及碳粉混合并作为导电性碳膏，并使用与第1电极层21A以及压电层23A同样的网板印刷等的方法，将该导电性碳膏涂敷并层叠于压电层23A上，并进行加热使之干燥以及硬化。伴随该酚醛树脂的硬化收缩，在压电层23A的层内，被第2电极层22A牵拉而在缩小方向上受到应力，压电层23A的第1电极层21A侧反之在伸长的方向上受到应力，压电层23A的层内产生内部应力。

另外，用与第2电极层22A相同的工序，制作图7以及图9（b）所示的端子部272。端子部272以从第2电极层22A的端部引出到基材29的端部的方式形成，以使电力的供应或者输出的取出容易进行。

如以上那样处理，第1电极层21A、压电层23A以及第2电极层22A为在合成树脂中分散有填充物的层，所以相应于基材29的可挠性，具有充分的可挠性，所以压电元件102具有可挠性。

接着，如图7至图9所示，在基材29的另一方侧面层叠形成第1电极层21B、压电层23B以及第2电极层22B。第1电极层21B、压电层23B以及第2电极层22B的形成以与第1电极层21A、压电层23A以及第2电极层22A相同的材料以及相同的方法进行。即，在基材29的两侧形成相同结构的压电元件。另外，第1电极层21A、压电层23A、第2电极层22A、第1电极层21B、压电层23B以及第2电极层22B在合成树脂中分散有填充物，所以相对于基材29的可挠性，具有充分的可挠性，所以压电元件102具有可挠性。

最后，对所形成的压电元件102进行极化处理。极化处理以与第1实施方式相同的这种方法进行。首先，将所形成的压电元件102加热到居里点附近的温度，从图7以及图9所示的端子部271以及端子部272将与压电层23A的厚度对应的直流电压1～10（V/μm）左右施加至压电层23A达20分钟。并且，从图9所示的端子部273以及端子部274也将与压电层23B的厚度对应的直流电压1～10（V/μm）左右施加至压电层23B达20分钟。此时，各个施加方向在膜厚方向上为反方向。而且，返回到常温后，使第1电极层21A与第2电极层22A之间以及第1电极层21B与第2电极层22B之间短路，除去多余的容量并结束。此外，直流电压的施加优选为4～6（V/μm）。

这样，压电层23A以及压电层23B从图4（a）所示的初始状态到图4（c）所示的极化状态，能够简单地进行处理。这是由于，热可塑性树脂具有比钛酸钡粒体的居里点低的软化点，所以在以居里点附近的温度加热并进行压电层23A以及压电层23B的极化处理时，热可塑性树脂软化，从而钛酸钡粒体变得容易运动。由于该情况，能够容易地使钛酸钡粒体的自发极化的朝向一致。

对于如以上那样处理制作出的压电元件102，与第1实施方式同样地、进行压电效应的确认。其结果，虽未图示，但与第1实施方式同样地，恒定获得约300～700（mV/μm）的输出电压值。并且，在本发明的第2实施方式中，在基材29的两侧形成相同结构的压电元件，所以获得的输出电压值与在基材19的单侧形成有压电元件的第1实施方式那样的结构相比较，能够获得近2倍的值。另外，本发明的压电元件102虽未图示，但与第1实施方式同样地，即使在85（℃）的高温中暴露了300个小时期间后，压电效应也不消失而得以保持。另外，虽未图示，但与第1实施方式同样地，随着钛酸钡粒体的平均粒径d变大，输出电压值变高，400～500（nm）时，达到最高的输出电压值。

通过以上所述，本发明的压电元件102，压电层23A以及压电层23B由含有钛酸钡粒体的热可塑性树脂形成，并且热可塑性树脂具有比钛酸钡粒体的居里点低的软化点，所以能够以钛酸钡粒体的居里点附近的温度进行极化处理，并且在以居里点附近的温度加热并进行压电层23A以及压电层23B的极化处理时，热可塑性树脂软化，从而钛酸钡粒体变得容易运动。由于该情况，能够容易地使钛酸钡粒体的自发极化的朝向一致。因此，能够提供能够容易地进行极化处理的压电元件102。

另外，第2电极层22A以及第2电极层22B由含有导电性碳的酚醛树脂形成，所以在形成第2电极层22A以及第2电极层22B时，伴随该酚醛树脂的硬化收缩，在压电层23A以及压电层23B的层内，压电层23A以及压电层23B的第2电极层22A及第2电极层22B侧受第2电极层22A以及第2电极层22B牵拉而在缩小的方向上受到应力，压电层（23A，23B）的第1电极层21A以及第1电极层21B侧反之在伸长的方向上受到应力，压电层23A以及压电层23B的层内产生内部应力。由于该情况，在对压电元件102施加了力时，内部应力存在，因此能够提高输出电压、响应速度等的灵敏度。

另外，钛酸钡粒体的居里点为132（℃）以上135（℃）以下，所以钛酸钡粒体为接近单结晶的状态。为此，压电层（23A，23B）的脱极化温度（设为压电效应急剧地开始降低的温度）提高，并且钛酸钡粒体的被极化的比率也变大。由于该情况，在对压电元件102施加了力时，能够进一步提高输出电压、响应速度等的灵敏度

另外，钛酸钡粒体的粒径d为400～500（nm），所以钛酸钡粒体的在热可塑性树脂中的分散状态适度变好。为此，钛酸钡粒体的凝集等引起的钛酸钡粒体的运动未被妨碍，能够更一律地使钛酸钡粒体的自发极化的朝向一致。由于该情况，在对压电元件102施加了力时，能够进一步提高输出电压、响应速度等的灵敏度。

另外，软化点为80（℃）以上，所以在一般的电子设备的使用温度范围（-20（℃）～＋80（℃））内，对于热可塑性树脂保持钛酸钡粒体的极化状态，具有充分的耐热性。由于该情况，即使暴露于高温后，压电效应也不消失而得以保持，能够应用于一般的电子设备。

另外，热可塑性树脂为聚氨酯树脂，所以常温下具有适度的柔软性，即使压电层23A以及压电层23B变形，也能够抑制在压电层23A以及压电层23B中产生的开裂等。由于该情况，能够提供寿命长的压电元件102。

此外，本发明并不限定于上述实施方式，例如能够如下那样变形来实施，这些实施方式也属于本发明的技术范围。

＜变形例1＞

在上述第1实施方式中，第2电极层12中优选地使用含有导电性的银的酚醛树脂，但也可以是第1电极层11中所用的导电性构件以及合成树脂。

＜变形例2＞

在上述第2实施方式中，第2电极层22A中优选地使用了含有导电性的碳的酚醛树脂，但也可以是第1电极层21A中所用的导电性构件以及合成树脂。

＜变形例3＞

在上述实施方式中，在基材（19，29）的单侧或者两面，以一个第1电极层、压电层以及第2电极层的组合构成了压电元件（101，102），但也可以将该一个组合在几层重叠（层叠）来构成压电元件。由此，根据层叠的量，能够获得较高的输出电压值。

＜变形例4＞

在上述实施方式中，基材（19，29）中使用了合成树脂的薄膜，但只要具有可挠性即可，例如也可以是加入玻璃（ガラス入り）的环氧树脂基板、酚醛纸基板。

＜变形例5＞

在上述实施方式中，基材（19，29）中使用了合成树脂的薄膜，但也可以使用不锈钢、黄铜、镍等的箔或者片状的金属。此时的基材的厚度优选地使用0.5～1.2（mm）。此时，需要在基材与压电元件之间设置绝缘层或在第1电极层与第2电极层之间设置绝缘层，来防止第1电极层与第2电极层的短路。另外，也可以用金属基材作为第1电极层。

本发明不限定于上述实施方式，只要在不脱离本发明的目的的范围内能够适当变更。

Claims

1.一种压电元件，其特征在于，具备：

层叠于可挠性基材的第1电极层；层叠于上述第1电极层的压电层；以及层叠于上述压电层的第2电极层，

在该压电元件中，

上述压电层由含有钛酸钡粒体的热可塑性树脂形成，

上述热可塑性树脂的软化点比上述钛酸钡粒体的居里点低。

2.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，

上述第2电极层由含有导电性的碳或银的酚醛树脂形成。

3.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，

上述钛酸钡粒体的上述居里点为132℃以上135℃以下。

4.如权利要求2所述的压电元件，其特征在于，

上述钛酸钡粒体的上述居里点为132℃以上135℃以下。

5.如权利要求1至4中任一项所述的压电元件，其特征在于，

上述钛酸钡粒体的粒径为400～500nm。

6.如权利要求1至4中任一项所述的压电元件，其特征在于，

上述软化点为80℃以上。

7.如权利要求5所述的压电元件，其特征在于，

上述软化点为80℃以上。

8.如权利要求1至4中任一项所述的压电元件，其特征在于，

上述热可塑性树脂为非晶性聚酯树脂或聚氨酯树脂。

9.如权利要求5所述的压电元件，其特征在于，

上述热可塑性树脂为非晶性聚酯树脂或聚氨酯树脂。

10.如权利要求6所述的压电元件，其特征在于，

上述热可塑性树脂为非晶性聚酯树脂或聚氨酯树脂。

11.如权利要求7所述的压电元件，其特征在于，

上述热可塑性树脂为非晶性聚酯树脂或聚氨酯树脂。