CN111512643B - 压电元件 - Google Patents

Abstract

根据本公开，提供了一种能够谋求向低音侧的共振点的移行的压电元件。如压电元件(1)的结构，发明人新发现了通过设定为将活性区域(16)的周围被不活性区域(18)包围的结构，从而能够将压电元件(1)的共振点移动至低音侧。根据共振点移动至低音侧的压电元件(1)，在应用于音响设备的情况下能够实现实用上足够高的声压。

Description

压电元件

技术领域

本公开涉及一种压电元件。

背景技术

现有的，已知一种能够获得比单压电晶片型大的位移的双压电晶片型的压电元件。下述专利文献1中公开了将双压电晶片型的压电元件应用于音响设备的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-112391号公报

发明内容

发明要解决的问题

作为对将双压电晶片型的压电元件应用于音响设备时的声压的反复研究的结果，发明人认识到，通过将压电元件的共振点移至低音侧，可以实现高声压的音响设备。因此，经过进一步地反复研究，发现了一种将压电元件的共振点移至低音侧的新技术。

本公开的目的在于提供一种能够谋求向低音侧的共振点的移行的压电元件。

解决问题的手段

本公开的一个方式所涉及的压电元件具备：素体，其由压电材料构成，并且层叠配置有多个内部电极；以及多个外部电极，其形成于素体的表面，并且电连接于多个内部电极，素体具有：活性区域，其作为被多个内部电极夹持的区域，当在多个外部电极之间施加有电压时伸缩；以及不活性区域，其当在多个外部电极之间施加有电压时不振动，活性区域包含在多个内部电极的层叠方向上互相相邻，并且，当在多个外部电极之间施加有电压时互相向相反的方向伸缩的第一活性区域和第二活性区域，不活性区域包围活性区域的周围。

在上述压电元件中，由向互相相反的方向伸缩的第一活性区域和第二活性区域形成双压电晶片结构。由于包含第一活性区域和第二活性区域的活性区域的周围被不活性区域包围，因此压电元件的共振点移至低音侧。因此，在将上述压电元件应用于音响设备的情况下能够实现实用上足够高的声压。

在另一方式所涉及的压电元件中，多个内部电极包含：第一内部电极，其关于层叠方向位于第一活性区域和第二活性区域之间；第二内部电极，其在与第一内部电极之间夹持第一活性区域；以及第三内部电极，其在与第一内部电极之间夹持第二活性区域。

在另一方式所涉及的压电元件中，素体具有在层叠方向上面对的一对主面和连结一对主面彼此的侧面，多个内部电极中的各个的端部在侧面露出并与设置于侧面的外部电极电连接。在该情况下，内部电极从素体的侧面引出至素体的外部，并在侧面连接于外部电极。

在另一方式所涉及的压电元件中，还具备配置于不活性区域的金属层。在该情况下，可以抑制在制造或驱动时裂纹的产生。

在另一方式所涉及的压电元件中，金属层与外部电极电连接。在该情况下，可以谋求压电元件的补强。

在另一方式所涉及的压电元件中，金属层中的电极成分的密度比内部电极中的电极成分的密度低。在该情况下，可以抑制金属层不必要地阻碍压电元件的位移的情况。

在另一方式所涉及的压电元件中，素体具有在层叠方向上面对的一对主面和连结一对主面彼此的侧面，多个内部电极中的各个经由沿层叠方向延伸的多个通孔导体而从主面引出并与设置于主面的外部电极电连接。在该情况下，内部电极从素体的主面引出至素体的外部，并在主面连接于外部电极。

在另一方式所涉及的压电元件中，多个通孔导体偏在于接近侧面的区域，当从层叠方向观察时活性区域的最大位移区域从素体的中心偏移。

在另一方式所涉及的压电元件中，从素体的主面到活性区域的距离比从素体的侧面到活性区域的距离短。

发明效果

根据本公开，提供了一种能够谋求向低音侧的共振点的移行的压电元件。

附图说明

图1是示出本实施方式所涉及的压电元件的概略立体图。

图2是图1所示的压电元件的素体的分解立体图。

图3是示出图2所示的各内部电极的结构的俯视图。

图4是图1所示的压电元件的截面图。

图5是示出与图1不同的方式的压电元件的概略立体图。

图6是示出与图1不同的模式的压电元件的概略立体图。

图7是图6所示的压电元件的截面图。

图8是图6所示的压电元件的俯视图。

图9是示出压电元件的极化度的偏差的图。

具体实施方式

在下文中，参照附图对用于实施本公开的方式进行详细地说明。此外，对相同或等同的要素赋予相同的符号，并且当重复说明时省略该说明。

如图1所示，实施方式所涉及的压电元件1具备由压电材料构成的素体10和形成于素体10的表面的外部电极20而构成。

素体10具有矩形平板状的外形，并且具有一对主面10a、10b和四个侧面10c～10f。四个侧面10c～10f连结一对主面10a、10b彼此，侧面10c、10d在素体的长边方向上面对，侧面10e、10f在素体的短边方向上面对。

外部电极20由三个外部电极20A、20B、20C构成。三个外部电极20A、20B、20C均设置于素体10的侧面10c。更具体地，各个外部电极20A、20B、20C覆盖侧面10c，并且从侧面10c到主面10a、10b连续地延伸并覆盖主面10a、10b的一部分。

压电元件1的素体10具有如图2所示的层叠构造，并且多个压电体层12和多个电极层30交替地层叠。在本实施方式中，素体10包含12层压电体层12和11层电极层30。素体10的主面10a由最上层的压电体层12的上表面构成，主面10b由最下层的压电体层12的下表面构成，主面10a、10b彼此在层叠方向上面对。

压电体层12由压电材料构成，并且在本实施方式中，由压电陶瓷材料构成。

电极层30由Ag或Ag合金构成。电极层30根据其图案化形状，分类成3种类型的电极层30A、30B、30C。在各个压电体层12形成有3种类型的电极层30A、30B、30C中的一种。

电极层30A如图3(a)所示，具有覆盖压电体层12的大致全部区域的第一内部电极31、和沿相当于素体10的侧面10c的压电体层12的短边配置的两个金属层32、33。第一内部电极31将引出部31a引出至相当于素体10的侧面10c的压电体层12的短边，并且与其它的边隔开规定宽度W。第一内部电极31被引出至形成有设置于素体10的侧面10c的外部电极20A的位置，并且在端部的引出部31a与外部电极20A电连接。金属层32被引出至形成有设置于素体10的侧面10c的外部电极20B的位置，并且与外部电极20B电连接。金属层33被引出至形成有设置于素体10的侧面10c的外部电极20C的位置，并且与外部电极20C电连接。

电极层30B如图3(b)所示，具有覆盖压电体层12的大致全部区域的第二内部电极34、和沿相当于素体10的侧面10c的压电体层12的短边配置的两个金属层33、35。第二内部电极34与第一内部电极31同样地，将引出部34a引出至相当于素体10的侧面10c的压电体层12的短边，并且与其它的边隔开规定宽度W。第二内部电极34被引出至形成有设置于素体10的侧面10c的外部电极20B的位置，并且在端部的引出部34a与外部电极20B电连接。金属层35被引出至形成有设置于素体10的侧面10c的外部电极20A的位置，并且与外部电极20A电连接。金属层33被引出至形成有设置于素体10的侧面10c的外部电极20C的位置，并且与外部电极20C电连接。

电极层30C如图3(c)所示，具有覆盖压电体层12的大致全部区域的第三内部电极36、和沿相当于素体10的侧面10c的压电体层12的短边配置的两个金属层32、35。第三内部电极36与第一内部电极31和第二内部电极34同样地，将引出部36a引出至相当于素体10的侧面10c的压电体层12的短边，并且与其它的边隔开规定宽度W。第三内部电极36被引出至形成有设置于素体10的侧面10c的外部电极20C的位置，并且在端部的引出部36a与外部电极20C电连接。金属层35被引出至形成有设置于素体10的侧面10c的外部电极20A的位置，并且与外部电极20A电连接。金属层32被引出至形成有设置于素体10的侧面10c的外部电极20B的位置，并且与外部电极20B电连接。

此外，压电元件1的最上层的压电体层12如图3(d)所示，设置有形成为对应于上述的金属层32、33、35的位置和形状的端子电极38。端子电极38的金属层32、33、35与对应的外部电极20A、20B、20C电连接。此外，可以适当地省略最上层的压电体层12的端子电极38。

接下来，参照图2，对电极层30A、30B、30C的层叠顺序进行说明。

电极层30A(以下，也称为中央电极层。)位于在素体10的层叠方向的中央附近(图2中的从上至下第7层)，在比中央电极层30A更下侧，交替地排列有电极层30A和电极层30B，在比中央电极层30A更上侧，交替地排列有电极层30A和电极层30C。更具体地，在中央电极层30A的下侧，以电极层30B、电极层30A、电极层30B、电极层30A的顺序排列，并且进一步在其下侧配置有电极层30A。另外，在中央电极层30A的上侧，以电极层30C、电极层30A、电极层30C、电极层30A的顺序排列，并且进一步在其上侧配置有电极层30A。

图4(a)示出了图1的压电元件1的A-A线截面，图4(b)示出了B-B线截面，图4(c)示出了C-C线截面。

如图4(a)所示，在素体10中，在中央电极层30A的下侧被电极层30A的第一内部电极31与电极层30B的第二内部电极34夹持的区域为第一活性区域14。另外，在中央电极层30A的上侧被电极层30A的第一内部电极31与电极层30C的第三内部电极36夹持的区域为第二活性区域15。第一活性区域14和第二活性区域15在层叠方向上夹持中央电极层30A并互相相邻。

即，素体10具备2个活性区域14、15作为活性区域16。在活性区域16中，当在外部电极20之间施加有电压时由于在电极层30之间产生的电场而压电体层12伸缩。在第一活性区域14中，当在外部电极20A与外部电极20B之间施加有电压时，被电极层30A的第一内部电极31与电极层30B的第二内部电极34夹持的部分的压电体层12伸缩。在第二活性区域15中，当在外部电极20A与外部电极20C之间施加有电压时，被电极层30A的第一内部电极31与电极层30C的第三内部电极36夹持的部分的压电体层12伸缩。

电极层30包含在与中央电极层30A的第一内部电极31之间夹持第一活性区域14的电极层30B的第二内部电极34、和在与中央电极层30A的第一内部电极31之间夹持第二活性区域15的电极层30C的第三内部电极36。

在本实施方式中，对第一活性区域14的电压的施加和对第二活性区域15的电压的施加使用了共同的外部电极20A，例如在外部电极20A为负极的情况下，则外部电极20B、20C为正极。因此，在电压施加于外部电极20B、20C的情况下，第一活性区域14和第二活性区域15在层叠方向上产生相反方向的电场，并且在第一活性区域14和第二活性区域15互相向相反的方向产生伸缩。如上所述，压电元件1具有在互相向相反的方向使伸缩产生的第一活性区域14和第二活性区域15在层叠方向上重叠而成的双压电晶片型的元件构造。由于双压电晶片型与单压电晶片型相比可以获得大的位移，因此当应用于音响设备时能够实现足够的音响功能。在压电元件1中，由于压电元件1本身具备音响功能，因此在使用于音响设备的情况下不需要振动板或支撑体，仅通过将压电元件1直接安装于外部安装构件(柔性印刷配线板等)，即能够将音响功能添加于该部件。

另一方面，在素体10中，除活性区域16以外的部分成为，即使在外部电极20之间施加有电压，压电体层12也不伸缩的不活性区域18。在素体10中，不活性区域18包围活性区域16的周围。更具体地，在素体10的6个面10a～10f中，不活性区域18覆盖活性区域16，并且在不活性区域18内容纳有活性区域16而构成。层叠方向上的不活性区域18的厚度D(即，从素体10的主面10a、10b到活性区域16的距离)，作为一例，为50μm，在正交于层叠方向的面中的不活性区域18的宽度W(即，从素体10的侧面10c～10f到活性区域16的距离)，作为一例，为800μm，并且非活性区域18的厚度D比宽度W小。

如上述的压电元件1的结构那样，发明人发现了通过设定为将活性区域16的周围被不活性区域18包围的结构，从而将压电元件1的共振点移动至低音侧的新技术。根据共振点移动至低音侧的压电元件1，在应用于音响设备的情况下能够实现实用上足够高的声压。

在压电元件1中，由于电极层30A～30C具备金属层32、33、35，因此电极层30A～30C覆盖压电体层12的大致全部区域。因此，难以产生由电极的有无而引起的形变或应力集中，并且抑制了制造时或驱动时的裂纹产生。另外，由于金属层32、33、35连接于对应的外部电极20A～20C，因此具备高强度，并且还具有补强素体10的功能。由此，降低了来自外部安装构件的外力对压电元件1的活性区域14造成的影响。

此外，由于金属层32、33、35形成于重叠于上下重叠的电极层30的内部电极31、34、36的引出部31a、34a、36a的区域，因此抑制了引出部31a、34a、36a的电极成分的密度降低。即，虽然内部电极31、34、36的引出部31a、34a、36a在素体10的烧成工序中，电极成分的一部分可以被位于层叠方向的上下的压电体层12吸收，但是通过经由压电体层12而与引出部31a、34a、36a重叠的方式设置金属层32、33、35，从而在引出部31a、34a、36a中被压电体层12吸收的电极成分的量降低(例如降低一半)。此时，由于金属层32、33、35的电极成分也被位于层叠方向的上下的压电体层12吸收，因此金属层32、33、35的电极成分的密度比内部电极31、34、36(除了引出部31a、34a、36a)的电极成分的密度低。由于金属层32、33、35的电极成分的密度比内部电极31、34、36的电极成分的密度低，因此可以抑制金属层32、33、35以必要以上的程度阻碍压电元件1的位移的情况。

在本实施方式中，位于不活性区域18的第一内部电极31(即，位于最上层的第一内部电极31和位于最下层的第一内部电极31)是补强层，如上述的金属层32、33、35同样地，具有补强素体10的功能。由于位于不活性区域18的第一内部电极31与金属层32、33、35相比形成区域大，因此可以有效地补强素体10。

另外，在本实施方式中，压电元件1从主面10b侧被安装于外部安装构件。当将压电元件1安装于外部安装构件时，在作为安装面的主面10b施加有来自外部安装构件的约束力。但是，在压电元件1中，由于不活性区域18介于主面10b与第一活性区域14之间而构成，因此与活性区域直接被安装于外部安装构件的结构相比，上述约束力难以阻碍第一活性区域14的伸缩。因此，可以在第一活性区域14中获得足够的伸缩量，并且作为压电元件1整体可以获得大的位移。

此外，压电元件1的外部电极20B、20C为相同极性，因此可以作为一个外部电极。例如，在图5所示的压电元件1A中，在素体10的侧面10c设置有2个外部电极20A、20D。外部电极20D以包含上述的外部电极20B、20C两者的形成区域的方式设置，并且在侧面10c内与内部电极34、36以及金属层32、33电连接。即使在这样的压电元件1A中，也可以起到与上述的压电元件1相同或同样的效果。

另外，在上述实施方式中，示出了外部电极20设置于素体的侧面10c的压电元件1，但是也可以为将外部电极设置于主面的压电元件。

在下文中，参照图6、图7，对将外部电极设置于主面的压电元件101进行说明。图7(a)示出了图6所示的压电元件101的A-A线截面，图7(b)示出了B-B线截面。

压电元件101具备由压电材料构成的素体110和形成于素体110的主面的外部电极120而构成。素体110具有与上述的压电元件1的素体10大致相同的外形形状和层叠构造。外部电极120由3个外部电极120A、120B、120C构成。3个外部电极120A、120B、120C均设置于素体110的主面110a上的侧面110c侧，更具体地，接近于相当于主面110a的侧面110c的短边并且沿该短边以等间隔排列。

如图7所示，通孔导体122A、122B、122C从各个外部电极120A、120B、120C朝向素体110的层叠方向的内侧延伸。通孔导体122A以贯通形成于素体110的电极层30A的引出部31a以及电极层30B、30C的金属层35的形成区域的方式延伸。另外，通孔导体122B以贯通形成于素体110的电极层30B的引出部34a以及电极层30A、30C的金属层32的形成区域的方式延伸。进一步地，通孔导体122C以贯通形成于素体110的电极层30C的引出部36a以及电极层30A、30B的金属层33的形成区域的方式延伸。即，内部电极31、34、36中的各个经由通孔导体122A、122B、122C而引出至主面110a，并且与设置于主面110a的外部电极120A、120B、120B电连接。

上述的压电元件101也与压电元件1同样地，具有能够使互相向相反的方向产生伸缩的第一活性区域14和第二活性区域15在层叠方向上重叠而成的双压电晶片型的元件构造。另外，在压电元件101的素体110中，与上述压电元件1的素体10同样地，除活性区域16以外的部分成为，即使在外部电极120之间施加有电压，压电体层12也不伸缩的不活性区域18。

因此，在压电元件101中，与压电元件1同样地，能够谋求共振点的向低音侧的移行，并且在应用于音响设备的情况下能够实现实用上足够高的声压。

在压电元件101中，由于外部电极120A、120B、120C和通孔导体122A、122B、122C偏在于接近素体110的侧面110c的区域，因此活性区域16偏于侧面110d侧。更具体地，如图8所示，当从层叠方向观察时，活性区域16的最大位移区域C2从素体110的外形的中心C1向侧面110d偏移。

在此，在压电元件101中，由于在主面110a设置有外部电极120上，因此从相反侧的主面110b侧被安装于外部安装构件。此时，压电元件101中的第一活性区域14和第二活性区域15，如图9(a)所示，期望极化度为遍及整体而均匀的。在图9中，极化度由点的密度表示。然而，由于在安装于外部安装构件后的压电元件101，施加有来自外部安装构件的约束力等的外力，因此第一活性区域14和第二活性区域15中的极化度会随之局部降低。

在图9(b)中，作为一例，示出了在压电元件101中，第一活性区域14和第二活性区域15中的极化度局部降低的状态。在图9(b)中，第一活性区域14的极化度比第二活性区域15的极化度低，并且在第二活性区域15中，侧面110d侧的部分的极化度比侧面110c侧的部分的极化度低。例如，当将第二活性区域15的侧面110c侧的部分的极化度设定为100％时，第二活性区域15的侧面110d侧的部分的极化度为90％，并且第一活性区域14的极化度降低至80％。

在压电元件101中，通过活性区域16的最大位移区域C2从素体110的外形的中心C1向侧面110d偏移，如图9(b)所示，可以抑制活性区域16中的极化度的偏差。

此外，本公开不限于上述实施方式，并且可以采用各种变形方式。例如，可以适当地增减压电体层或电极层的层数。另外，也可以对各个电极层的电极图案进行适当地变更。

符号说明

1、101……压电元件

10、110……素体

12……压电体层

14……第一活性区域

15……第二活性区域

16……活性区域

18……不活性区域

20、20A、20B、20C、120、120A、120B、120C……外部电极

30……电极层

31、34、36……内部电极

122A、122B、122C……通孔导体。

Claims (9)

1.一种压电元件，其特征在于，

具备：

素体，其由压电材料构成，并且层叠配置有多个内部电极；以及

多个外部电极，其形成于所述素体的表面，并且电连接于所述多个内部电极，

所述素体具有：

活性区域，其作为被所述多个内部电极夹持的区域，当在所述多个外部电极之间施加有电压时伸缩；以及

不活性区域，其当在所述多个外部电极之间施加有电压时不振动，

所述活性区域包含在所述多个内部电极的层叠方向上互相相邻，并且，当在所述多个外部电极之间施加有电压时向互相向相反的方向伸缩的第一活性区域和第二活性区域，

所述不活性区域包围所述活性区域的周围，

所述多个内部电极包含：第一内部电极，其关于层叠方向位于所述第一活性区域和所述第二活性区域之间；第二内部电极，其在与所述第一内部电极之间夹持所述第一活性区域；以及第三内部电极，其在与所述第一内部电极之间夹持所述第二活性区域。

2.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，

所述素体具有在层叠方向上面对的一对主面和连结所述一对主面彼此的侧面，

所述多个内部电极中的各个的端部在所述侧面露出并与设置于所述侧面的所述外部电极电连接。

3.根据权利要求2所述的压电元件，其特征在于，

还具备配置于所述不活性区域的金属层。

4.根据权利要求3所述的压电元件，其特征在于，

所述金属层与所述外部电极电连接。

5.根据权利要求3所述的压电元件，其特征在于，

所述金属层中的电极成分的密度比所述内部电极中的电极成分的密度低。

6.根据权利要求4所述的压电元件，其特征在于，

所述金属层中的电极成分的密度比所述内部电极中的电极成分的密度低。

7.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，

所述素体具有在层叠方向上面对的一对主面和连结所述一对主面彼此的侧面，

所述多个内部电极中的各个经由沿层叠方向延伸的多个通孔导体而从所述主面引出并与设置于所述主面的所述外部电极电连接。

8.根据权利要求7所述的压电元件，其特征在于，

所述多个通孔导体偏在于接近所述侧面的区域，当从所述层叠方向观察时所述活性区域的最大位移区域从所述素体的中心偏移。

9.根据权利要求2～8中任一项所述的压电元件，其特征在于，

从所述素体的所述主面到所述活性区域的距离比从所述素体的所述侧面到所述活性区域的距离短。

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