CN114667611A - 压电元件 - Google Patents

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CN114667611A CN202080077979.6A CN202080077979A CN114667611A CN 114667611 A CN114667611 A CN 114667611A CN 202080077979 A CN202080077979 A CN 202080077979A CN 114667611 A CN114667611 A CN 114667611A
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平口和男
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Abstract

本发明提供一种能够防止产生与电极层的连接不良的压电元件。所述压电元件具有压电层、在压电层的两面形成的电极层及在电极层的与压电层侧的面相反的一侧的面上层叠的保护层，其中，所述压电元件具有在保护层的与电极层相反的一侧的面上层叠的附粘合层的导电箔，保护层具有从表面贯通至电极层的孔部，附粘合层的导电箔在面方向上且在与保护层的孔部重叠的位置具有开口部，并且所述压电元件具有：填充部件，其从保护层的孔部及附粘合层的导电箔的开口部内形成至附粘合层的导电箔的表面的至少一部分且与电极层和附粘合层的导电箔电连接并且由导电性材料构成；及被覆部件，其覆盖填充部件及附粘合层的导电箔，被覆部件在面方向上且在不与填充部件重叠的位置具有贯通孔，并且所述压电元件具有插入到被覆部件的贯通孔而与附粘合层的导电箔电连接的导电性部件。

Description

压电元件
技术领域
本发明涉及一种压电元件。
背景技术
随着液晶显示器或有机EL显示器等显示器的薄型化，也对这些薄型显示器中所使用的扬声器要求轻量化及薄型化。进而，在具有柔性的柔性显示器中，为了在不损害轻量性及柔性的状态下将柔性显示器一体化，还要求具有柔性。作为这种轻量及薄型并具有柔性的扬声器，可考虑采用具有响应施加电压而伸缩的性质的片状压电元件(电声转换膜)。
作为具有这种柔性的片状压电元件，提出有在压电层的两个表面具有电极层及保护层的压电元件。
例如，在专利文献1中，记载有一种电声转换膜，其具备具有介电性的层、在具有介电性的层(压电层)的两个表面形成的薄膜电极及在两个薄膜电极的表面形成的保护层，进而，保护层中的至少一者具有膜厚比周边部的膜厚薄的薄层部。
在这种电声转换膜中，为了对电极层施加电压来振动电声转换膜，需要将电极层的厚度设为非常薄。例如，电极层适合于厚度为1μm以下的蒸镀膜等。
另一方面，为了实际安装电声转换膜来作为扬声器等，需要引出电极层并在此处连接配线。
然而，如蒸镀膜那样薄的电极层不易向电声转换膜的面外引出。并且，若为了将如蒸镀膜那样薄的电极与配线连接而向外部剥出并以此状态保管，则电极根据保管环境而氧化，导致导电性下降。
相对于此，提出在保护层中设置孔部，向该孔部插入导电材料，并在导电材料上连接引出配线。
例如，在专利文献1中记载有如下结构：在保护层上设置凹部，向该凹部插入导电材料，并在该导电材料上连接用于电连接电极层和外部装置的引出配线。还记载有如下内容：由此能够可靠地电连接电极层和引出配线，并且，由于电极层的整个面被保护层覆盖，因此能够防止由氧化等引起的电极层的劣化。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-015354号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
然而，在保护层上设置孔部的情况下，除去保护层的部分的电极层即使受到微小的外力也容易破坏。因此，在保护层的孔部内插入导电材料来设置电接点的情况下，若直接向导电材料施加外力，则通过导电材料和电极层剥离的力对电极层施加外力。其结果，导致电极层破坏而产生与电极层的连接不良的问题。
本发明的课题在于解决这种先前技术的问题点，并提供一种能够防止产生与电极层的连接不良的压电元件。
用于解决技术课题的手段
为了解决上述问题，本发明具有以下结构。
[1]一种压电元件，其具有压电层、在压电层的两面形成的电极层及在电极层的与压电层侧的面相反的一侧的面上层叠的保护层，其中，
所述压电元件具有在保护层的与电极层相反的一侧的面上层叠的导电箔，
保护层具有从表面贯通至电极层的孔部，
导电箔在面方向上且在与保护层的孔部重叠的位置具有开口部，并且所述压电元件具有：
填充部件，其从保护层的孔部及导电箔的开口部内形成至导电箔的表面的至少一部分且与电极层和导电箔电连接并且由导电性材料构成；及
被覆部件，其覆盖填充部件及导电箔的至少一部分，
被覆部件在面方向上且在不与填充部件重叠的位置具有贯通孔，并且
所述压电元件具有插入到被覆部件的贯通孔而与导电箔电连接的导电性部件。
[2]如[1]所述的压电元件，其中，被覆部件覆盖填充部件及导电箔的整个面。
[3]如[1]或[2]所述的压电元件，其中，
保护层具有2个以上孔部，
在2个以上孔部内分别设置有填充部件，
2个以上填充部件在导电箔的表面上连结。
[4]如[1]至[3]中任一项所述的压电元件，其中，保护层的厚度为3μm～100μm。
[5]如[1]至[4]中任一项所述的压电元件，其中，电极层的厚度为0.05μm～10μm。
[6]如[1]至[5]中任一项所述的压电元件，其中，压电层由高分子复合压电体构成，所述高分子复合压电体在包含高分子材料的基体中包含压电体粒子。
发明效果
根据本发明，提供一种能够防止产生与电极层的连接不良的压电元件。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的压电元件的一例的平面图。
图2是图1的A-A线剖视图。
图3是图1的B-B线剖视图。
图4是用于说明压电元件的制作方法的一例的概念图。
图5是用于说明压电元件的制作方法的一例的概念图。
图6是用于说明压电元件的制作方法的一例的概念图。
图7是用于说明压电元件的制作方法的一例的概念图。
图8是用于说明压电元件的制作方法的一例的概念图。
图9是用于说明压电元件的制作方法的一例的概念图。
图10是用于说明压电元件的制作方法的一例的概念图。
具体实施方式
以下，关于本发明的压电元件，基于附图中示出的优选实施例进行详细说明。
以下所记载的构成要件的说明有时基于本发明的代表性实施方式来进行，但本发明并不限定于这些实施方式。
另外，在本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指包含记载于“～”之前后的数值作为下限值及上限值的范围。
[压电元件]
本发明的压电元件具有压电层、在压电层的两面形成的电极层及在电极层的与压电层侧的面相反的一侧的面上层叠的保护层，其中，
所述压电元件具有在保护层的与电极层相反的一侧的面上层叠的导电箔，
保护层具有从表面贯通至电极层的孔部，
导电箔在面方向上且在与保护层的孔部重叠的位置具有开口部，并且所述压电元件具有：
填充部件，其从保护层的孔部及导电箔的开口部内形成至导电箔的表面的至少一部分且与电极层和导电箔电连接并且由导电性材料构成；及
被覆部件，其覆盖填充部件及导电箔，
被覆部件在面方向上且在不与填充部件重叠的位置具有贯通孔，并且
所述压电元件具有插入到被覆部件的贯通孔而与导电箔电连接的导电性部件。
在图1中示出示意性地表示本发明的压电元件的一例的平面图。在图2中示出图1的压电元件的A-A线剖视图。在图3中示出放大图1的压电元件的B-B线剖面及C-C线剖面的一部分的剖视图。另外，在图3中，在图中上侧示出B-B线剖面的图，在图中下侧示出C-C线剖面的图。
在图1～图3中示出的压电元件10具备：作为具有压电性的片状物的压电层20、层叠于压电层20的一个表面的下部电极24、层叠于下部电极24的下部保护层28、层叠于压电层20的另一个表面的上部电极26、层叠于上部电极26的上部保护层30、填充部件70、附粘合层的导电箔72、被覆部件74及导电性部件76。
在图1中示出的压电层20为在包含高分子材料的基体34中包含压电体粒子36的层。并且，下部电极24及上部电极26为本发明中的电极层。并且，下部保护层28及上部保护层30为本发明中的保护层。并且，附粘合层的导电箔72为本发明中的导电箔。
另外，附粘合层的导电箔72的粘合层为用于接合保护层和导电箔的层，但导电箔并不限定于附粘合层的导电箔，也可以使用粘合剂或接合剂与保护层接合。此时，粘合剂或接合剂只要能够接合保护层和导电箔，则并无特别限定，可以优选地使用于丙烯酸系、氨基甲酸酯系及硅系等粘合剂(接合剂)。
如后述，作为优选方式，压电元件10(压电层20)在厚度方向上被极化。
如图3所示，上部保护层30具有从表面贯通至上部电极26的孔部31。即，关于孔部31，从与上部电极26相反的一侧的表面贯通上部保护层30直至上部电极26侧的界面而形成。如图1所示，孔部31在面方向上，形成于上部保护层30的端部附近。
同样地，下部保护层28具有从表面贯通至下部电极24的孔部29。即，关于孔部29，从与下部电极24相反的一侧的表面贯通下部保护层28直至下部电极24侧的界面而形成。如图1所示，孔部29在面方向上，形成于下部保护层28的端部附近。
在上部保护层30的孔部31附近的表面上贴附有附粘合层的导电箔72。附粘合层的导电箔72为在导电箔的一个表面上设置有粘合层的导电箔，并且通过使粘合层侧朝向上部保护层30层叠而贴附至上部保护层30。
如图3所示，在附粘合层的导电箔72在面方向上且在与上部保护层30的孔部31重叠的位置具有开口部73。
填充部件70由导电性材料构成且被填充于孔部31及开口部73内，并且以覆盖至附粘合层的导电箔72的表面的一部分的方式形成。填充部件70在孔部31内与上部电极26接触并与上部电极26电连接。并且，填充部件70在附粘合层的导电箔72的表面与附粘合层的导电箔72连接。
被覆部件74为绝缘性的片状的部件，并且在面方向上以覆盖填充部件70及附粘合层的导电箔72的至少一部分的方式层叠。在图1所示的例子中，被覆部件74以覆盖填充部件70及附粘合层的导电箔72的整个面的方式层叠。
被覆部件74在面方向上不与填充部件70重叠，并且在与附粘合层的导电箔72重叠的位置具有沿厚度方向贯通的贯通孔75。
导电性部件76为具有导电性的片状或线状的部件。导电性部件76与插入到被覆部件74的贯通孔75内的附粘合层的导电箔72电连接。
同样地，如图3所示，在下部保护层28的孔部29附近的表面贴附有具有开口部73的附粘合层的导电箔72，填充部件70被填充至孔部31及开口部73内，被覆部件74以覆盖填充部件70及附粘合层的导电箔72的至少一部分的方式层叠，导电性部件76被插入到被覆部件74的贯通孔75内并与附粘合层的导电箔72电连接。
在这种压电元件10中，导电性部件76与附粘合层的导电箔72电连接，附粘合层的导电箔72与填充部件70电连接，填充部件70与电极层电连接。因此，能够将导电性部件76用作引出配线，并且能够将配线连接于导电性部件76。或者，能够将导电性部件76用作配线。
其中，如上所述，在保护层上设置孔部的情况下，除去保护层的部分的电极层即使受到微小的外力也容易破坏。因此，在保护层的孔部内插入导电材料来设置电接点的情况下，若直接向导电材料施加外力，则通过导电材料和电极层剥离的力对电极层施加外力。其结果，导致电极层破坏而产生与电极层的连接不良的问题。
相对于此，由于本发明的压电元件用被覆部件覆盖被填充至保护层的孔部内的填充部件，因此能够抑制由于外力而填充部件被拉伸的情形。因此，通过剥离导电材料和电极层的力对电极层施加外力，能够防止电极层破坏。并且，用被覆部件覆盖填充部件及孔部，因此能够抑制填充部件及/或电极层氧化。并且，被覆部件具有贯通孔，并且在贯通孔内，导电性部件经由附粘合层的导电箔及填充部件而与电极层电连接，因此能够可靠地进行与电极层的电连接。
其中，保护层的孔部29及31的开口面的形状并不受限定，能够设为圆形、椭圆形、矩形、多边形、不规则形状等各种形状。从形成的容易性等观点出发，优选为圆形。
并且，作为孔部的开口面的大小，只要是能够确保与填充部件70的电连接，并且压电元件能够正常运作的大小，则并无特别限定。孔部的开口面的当量圆直径优选为0.5mm～20mm，更优选为1.5mm～5mm，进一步优选为2mm～3mm。
并且，附粘合层的导电箔72的开口部73的开口面的形状并不受限定，能够设为圆形、椭圆形、矩形、多边形、不规则形状等各种形状。从形成的容易性等观点出发，优选为圆形。
并且，作为开口部73的开口面的大小，只要是能够确保与填充部件70的电连接，并且压电元件能够正常运作的大小，则并无特别限定。从确保电连接的观点出发，开口部73优选为包含孔部31的形状及大小。
例如，在孔部31的直径为3mm的情况下，开口部73的开口面的当量圆直径优选为4mm～20mm，更优选为5mm～15mm，进一步优选为5mm～12mm。
并且，填充部件70的附粘合层的导电箔72上的大小(面方向的大小)只要能够确保与附粘合层的导电箔72的电连接，则并无特别限定。填充部件70的附粘合层的导电箔72上的当量圆直径优选为1mm～40mm，更优选为2mm～30mm，进一步优选为2mm～20mm。
并且，被覆部件74的贯通孔75的开口面的形状并不受限定，能够设为圆形、椭圆形、矩形、多边形、不规则形状等各种形状。
并且，作为贯通孔75的开口面的大小，只要是能够确保与导电性部件76的电连接，并且压电元件能够正常运作的大小，则并无特别限定。作为优选方式，贯通孔75的开口面的面积充分大于孔部31的总面积为好。例如，将孔部31的直径设为3mm并且将孔部的数量设为5个的情况下，孔部的总面积约为141mm2，但贯通孔75的开口面的大小优选为150mm2以上，更优选为150mm2～1000mm2，进一步优选为200mm2～700mm2。
其中，在图3所示的例子中，设为具有1个孔部31及1个填充部件70的结构，但并不限定于此，也可以具有2个以上孔部31及2个以上填充部件70。
例如，在具有2个以上的孔部31的情况下，附粘合层的导电箔72的开口部73优选包含2个以上的孔部31的大小，优选为填充部件70经由该开口部73而被填充至各孔部31内。并且，在具有2个以上的孔部31的情况下，附粘合层的导电箔72可以为如下结构，即与各孔部31对应而具有2个以上开口部73并且填充部件70经由各开口部73而被填充至各孔部31。
其中，在图2所示的例子中，作为优选方式，在上部保护层30侧经由填充部件70及附粘合层的导电箔72而与上部电极26电连接的导电性部件76和在下部保护层28侧经由填充部件70及附粘合层的导电箔72而与下部电极24电连接的导电性部件76配置成面方向上的位置不重叠。由此，能够抑制由于上部电极26侧的导电性部件76与下部电极24侧的导电性部件76接触而短路的情形。
作为一例，在扬声器、麦克风及吉他等乐器中所使用的拾音器等各种声波元件(音频设备)中，这种压电元件10被用于由对应电信号而振动引起的声音的产生(再现)或将由声音引起的振动转换为电信号。
并且，除此以外，压电元件也能够用于压力传感器及发电元件等中。
并且，例如，在压电元件10使用于扬声器的情况下，也可以用作通过膜状的压电元件10本身的振动而产生声音的设备。或者，压电元件10也可以用作贴附到振动板并通过压电元件10的振动而使振动板振动而产生声音的激发器。
以下，对本发明的压电元件的各构成要件进行说明。
〔压电层〕
压电层20只要为由公知的压电体构成的层即可。在本发明中，压电层20优选为在包含高分子材料的基体34中包含压电体粒子36的高分子复合压电体。
作为构成压电层20的高分子复合压电体的基体34(基体兼粘合剂)的材料，优选使用在常温下具有粘弹性的高分子材料。
本发明的压电元件10优选地使用于柔性显示器用扬声器等、具有柔性的扬声器等。其中，使用于具有柔性的扬声器的高分子复合压电体(压电层20)优选具备以下条件。因此，作为具备以下条件的材料，优选使用在常温下具有粘弹性的高分子材料。
另外，在本说明书中，“常温”是指0～50℃左右的温度范围。
(i)柔性
例如，作为携带用如报纸或杂志那样以文件感觉缓慢弯曲的状态把持的情况下，从外部不断受到数Hz以下的比较缓慢且较大的弯曲变形。此时，若高分子复合压电体较硬，则产生其相对程度的较大的弯曲应力而在基体与压电体粒子的界面产生亀裂，最终有可能导致破坏。因此，对高分子复合压电体要求适当的柔软性。并且，若能够将应变能作为热向外部扩散，则能够缓和应力。因此，要求高分子复合压电体的损耗角正切适当大。
(ii)音品
扬声器以20Hz～20kHz的音频频带的频率振动压电体粒子，并通过其振动能量使高分子复合压电体(压电元件)整体一体地振动以再现声音。因此，为了提高振动能量的传递效率，对高分子复合压电体要求适当的硬度。并且，若扬声器的频率特性平滑，则随着曲率的变化而最低共振频率变化时的音品的变化量也减小。因此，要求高分子复合压电体的损耗角正切适当大。
综上所述，要求高分子复合压电体相对于20Hz～20kHz的振动展现硬度，相对于数Hz以下的振动展现柔软度。并且，要求相对于20kHz以下的所有频率的振动，高分子复合压电体的损耗角正切适当大。
通常，高分子固体具有粘弹性松弛机构，并随着温度的上升或者频率的降低，大规模的分子运动作为储存弹性模量(杨氏模量)的降低(缓和)或者损失弹性模量的极大化(吸收)而被观察到。其中，通过非晶质区域的分子链的微布朗(Micro Brown)运动引起的缓和被称作主分散，可观察到非常大的缓和现象。该主分散产生的温度为玻璃化转变点(Tg)，粘弹性松弛机构显现最为突出。
在高分子复合压电体(压电层20)中，通过将玻璃化转变点在常温下的高分子材料，换言的，在常温下具有粘弹性的高分子材料用于基体中，实现相对于20Hz～20kHz的振动展现硬度，相对于数Hz以下的慢振动展现柔软度的高分子复合压电体。尤其，在优选地表达该动作等方面，优选将频率1Hz下的玻璃转移温度在常温即0～50℃下的高分子材料用于高分子复合压电体的基体中。
作为在常温下具有粘弹性的高分子材料，只要具有介电性，则能够利用公知的各种材料。优选为，高分子材料在常温即0℃～50℃下，使用基于动态粘弹性试验而得的频率1Hz下的损耗角正切的极大值为0.5以上的高分子材料。
由此，高分子复合压电体通过外力而被缓慢弯曲时，最大弯曲力矩部中的基体与压电体粒子的界面的应力集中得到缓和，从而可获得良好的柔性。
并且，高分子材料优选为基于动态粘弹性测量而得的频率1Hz下的储存弹性模量(E’)在0℃下为100MPa以上，在50℃下为10MPa以下。
由此，能够减小高分子复合压电体通过外力而被缓慢弯曲时产生的弯曲力矩的同时，能够相对于20Hz～20kHz的音响振动展现硬度。
并且，若高分子材料在25℃下相对介电常数为10以上，则为更优选。由此，对高分子复合压电体施加电压时，对基体中的压电体粒子需要更高的电场，因此能够期待较大的变形量。
然而，另一方面，若考虑确保良好的耐湿性等，则高分子材料的相对介电常数在25℃下为10以下也为优选。
作为满足这些条件的高分子材料，例示出氰乙基化聚乙烯醇(氰乙基化PVA)、聚乙酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯丙烯腈、聚苯乙烯-乙烯基聚异戊二烯嵌段共聚物、聚乙烯基甲基酮及聚甲基丙烯酸丁酯等。并且，作为这些高分子材料，也能够优选地利用Hibler5127(KURARAY CO.,LTD制)等市售品。其中，作为高分子材料，优选使用具有氰乙基的材料，尤其优选使用氰乙基化PVA。
另外，这些高分子材料可以仅使用1种，也可以并用(混合)使用多种。
使用这种高分子材料的基体34根据需要可以并用多种高分子材料。
即，以调节介电特性或机械特性等为目的，除了在常温下具有粘弹性的高分子材料以外，根据需要也可以向基体34中添加其他介电性高分子材料。
作为能够添加的介电性高分子材料，作为一例，例示出聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物及聚偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物等氟系高分子、偏二氰乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、氰乙基纤维素、氰乙基羟基蔗糖、氰乙基羟基纤维素、氰乙基羟基普鲁兰、甲基丙烯酸氰乙酯、丙烯酸氰乙酯、氰乙基羟乙基纤维素、氰乙基直链淀粉、氰乙基羟丙基纤维素、氰乙基二羟丙基纤维素、氰乙基羟丙基直链淀粉、氰乙基聚丙烯酰胺、氰乙基聚丙烯酸酯、氰乙基普鲁兰、氰乙基聚羟基亚甲基、氰乙基缩水甘油普鲁兰、氰乙基蔗糖及氰乙基山梨糖醇等具有氰基或氰乙基的聚合物以及腈橡胶或氯丁二烯橡胶等合成橡胶等。
其中，可优选地利用具有氰乙基的高分子材料。
并且，在压电层20的基体34中，除了氰乙基化PVA等在常温下具有粘弹性的高分子材料以外所添加的介电性高分子材料并不限定于1种，也可以添加多种。
并且，以调节玻璃化转变点为目的，除了介电性高分子材料以外，也可以向基体34添加氯乙烯树脂、聚乙烯、聚苯乙烯、甲基丙烯酸树脂、聚丁烯及异丁烯等热塑性树脂以及酚醛树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、醇酸树脂及云母等热固性树脂。
进而，以提高粘合性为目的，也可以添加松香酯、松香、萜烯类、萜烯酚及石油树脂等增粘剂。
在压电层20的基体34中，对于添加除了氰乙基化PVA等具有粘弹性的高分子材料以外的材料时的添加量并无特别限定，但优选以在基体34中所占比例计为30质量％以下。
由此，不损害基体34中的粘弹性松弛机构便能够发现所添加的高分子材料的特性，因此在高介电常数化、耐热性的提高、与压电体粒子36及电极层的密合性提高等方面能够获得优选的结果。
压电层20为在这种基体34中包含压电体粒子36的高分子复合压电体。
压电体粒子36由具有钙钛矿型或纤锌矿型的晶体结构的陶瓷粒子组成。
作为构成压电体粒子36的陶瓷粒子，例如例示出锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)、钛酸钡(BaTiO3)、氧化锌(ZnO)及钛酸钡与铁酸铋(BiFe3)的固体溶液(BFBT)等。
这些压电体粒子36可以仅使用1种，也可以并用(混合)使用多种。
对于这种压电体粒子36的粒径并无限制，只要根据高分子复合压电体(压电元件10)的尺寸及用途等而适当进行选择即可。
压电体粒子36的粒径优选为1～10μm。通过将压电体粒子36的粒径设为该范围内，在高分子复合压电体(压电元件10)能够兼顾高压电特性和柔性等方面能够获得优选的结果。
另外，在图1中，压电层20中的压电体粒子36均匀且具有规则性地分散于基体34中，但是本发明并不限制于此。
即，压电层20中的压电体粒子36优选为只要均匀地被分散，则也可以不规则地分散于基体34中。
在压电层20(高分子复合压电体)中，压电层20中的基体34与压电体粒子36的量比并无限制，根据压电层20的面方向的大小及厚度、高分子复合压电体的用途以及高分子复合压电体中所要求的特性等而适当进行设定即可。
压电层20中的压电体粒子36的体积分率优选为30～80％，更优选为50％以上，因此进一步优选设为50～80％。
通过将基体34与压电体粒子36的量比设为上述范围内，在能够兼顾高压电特性和柔性等方面能够获得优选的结果。
压电层20的厚度并无限制，只要根据高分子复合压电体的用途及高分子复合压电体中所要求的特性等而适当进行设定即可。压电层20越厚，在所谓片状物的刚度等刚性等方面越有利，但是为了使压电层20以相同量伸缩而所需的电压(电位差)变大。
压电层20的厚度优选为10～300μm，更优选为20～200μm，进一步优选为30～150μm。
通过将压电层20的厚度设在上述范围内，在兼顾刚性的确保和适当的柔软性等方面能够获得优选的结果。
〔电极层及保护层〕
如图1所示，图示例的压电元件10具有如下而成的结构，即在压电层20的一表面具有下部电极24，在其表面具有下部保护层28，在压电层20的另一个表面具有上部电极26，在其表面具有上部保护层30。其中，上部电极26和下部电极24形成电极对。
即，压电元件10具有如下结构，即由电极对即上部电极26和下部电极24夹住压电层20的两个表面，并由下部保护层28和上部保护层30夹住该层叠体而成。
如此，在压电元件10中，由上部电极26和下部电极24夹住的区域根据所施加的电压而伸缩。
下部保护层28及上部保护层30在涂覆上部电极26和下部电极24的同时，起到对压电层20赋予适当的刚性和机械强度的作用。即，在压电元件10中，由基体34和压电体粒子36构成的压电层20对于缓慢弯曲变形显示出非常优异的柔性的同时，有时根据用途而刚性或机械强度不足。压电元件10中设置有下部保护层28及上部保护层30以对其进行弥补。
对于下部保护层28及上部保护层30并无限制，能够利用各种片状物，作为一例，优选地例示出各种树脂膜。
其中，根据具有优异的机械特性及耐热性等理由，由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、三乙酰纤维素(TAC)及环状烯烃系树脂等组成的树脂膜被优选地利用。
对于下部保护层28及上部保护层30的厚度也并无限制。并且，下部保护层28及上部保护层30的厚度基本上相同，但是也可以不同。
其中，若下部保护层28及上部保护层30的刚性过高，则不仅限制压电层20的伸缩，也会损害柔性。因此，除了要求机械强度或作为片状物的良好的操作性的情况以外，下部保护层28及上部保护层30越薄越有利。
下部保护层28及上部保护层30的厚度优选为3μm～100μm，更优选为3μm～50μm，进一步优选为3μm～30μm，尤其优选为4μm～10μm。
其中，在压电元件10中，若下部保护层28及上部保护层30的厚度为压电层20的厚度的2倍以下，则在兼顾刚性的确保和适当的柔软性等方面能够获得优选的结果。
例如，压电层20的厚度为50μm且下部保护层28及上部保护层30由PET组成的情况下，下部保护层28及上部保护层30的厚度优选为100μm以下，更优选为50μm以下，进一步优选为25μm以下。
在压电元件10中，在压电层20与下部保护层28之间形成有下部电极24，在压电层20与上部保护层30之间形成有上部电极26。
为了对压电层20施加驱动电压而设置有下部电极24及上部电极26。
在本发明中，对于下部电极24及上部电极26的形成材料并无限制，能够利用各种导电体。具体而言，例示出碳、钯、铁、锡、铝、镍、铂、金、银、铜、钛、铬及钼等、这些合金、这些金属及合金的层叠体及复合体以及氧化铟锡等。其中，作为下部电极24及上部电极26优选地例示出铜、铝、金、银、铂及氧化铟锡。
并且，下部电极24及上部电极26的形成方法也并无限制，能够利用各种基于真空蒸镀及溅射等气相沉积法(真空成膜法)、电镀而形成的膜、以及贴附由上述材料所形成的箔的方法等公知的方法。
其中尤其，根据能够确保压电元件10的柔性等理由，作为下部电极24及上部电极26优选地利用通过真空蒸镀所成膜的铜及铝等薄膜。其中，尤其优选地利用基于真空蒸镀而形成的铜的薄膜。
对于下部电极24及上部电极26的厚度并无限制。并且，下部电极24及上部电极26的厚度基本上相同，但也可以不同。
其中，与所述的下部保护层28及上部保护层30同样地，若下部电极24及上部电极26的刚性过高，则不仅限制压电层20的伸缩，也会损害柔性。因此，若在电阻不会变得过高的范围内，则下部电极24及上部电极26越薄越有利。即，下部电极24及上部电极26优选为薄膜电极。
下部电极24及上部电极26的厚度比保护层薄，优选为0.05μm～10μm，更优选为0.05μm～5μm，进一步优选为0.08μm～3μm，尤其优选为0.1μm～2μm。
其中，在压电元件10中，若下部电极24及上部电极26的厚度与杨氏模量的积低于下部保护层28及上部保护层30的厚度与杨氏模量的积，则不会极大地损害柔性，因此而优选。
例如，下部保护层28及上部保护层30由PET(杨氏模量：约6.2GPa)组成且下部电极24及上部电极26由铜(杨氏模量：约130GPa)组成的组合的情况下，若设为下部保护层28及上部保护层30的厚度为25μm，则下部电极24及上部电极26的厚度优选为1.2μm以下，更优选为0.3μm以下，其中优选设为0.1μm以下。
压电元件10优选在常温下具有基于动态粘弹性测量而得的频率1Hz下的损耗角正切(Tanδ)的极大值，更优选在常温下具有成为0.1以上的极大值。
由此，即使压电元件10从外部受到数Hz以下的比较缓慢且较大的弯曲变形，也能够将应变能有效地作为热而扩散到外部，因此能够防止在基体与压电体粒子的界面产生亀裂。
关于压电元件10，基于动态粘弹性测量而得的频率1Hz下的储存弹性模量(E’)优选在0℃下为10GPa～30Gpa，在50℃下为1GPa～10GPa。另外，关于该条件，也与压电层20相同。
由此，压电元件10能够在储存弹性模量(E’)下具有较大的频率分散。即，能够相对于20Hz～20kHz的振动展现硬度，相对于数Hz以下的振动展现柔软度。
并且，关于压电元件10，厚度与基于动态粘弹性测量而得的频率1Hz下的储存弹性模量的积优选为在0℃下为1.0×105～2.0×106(1.0E+05～2.0E+06)N/m，在50℃下为1.0×105～1.0×106(1.0E+05～1.0E+06)N/m。另外，关于该条件，也与压电层20相同。
由此，压电元件10在不损害柔性及音响特性的范围内能够具备适当的刚性和机械强度。
进而，关于压电元件10，从动态粘弹性测量中所获得的主曲线中，在25℃下且频率为1kHz下的损耗角正切优选为0.05以上。另外，关于该条件，也与压电层20相同。
由此，使用了压电元件10的扬声器的频率特性变得平滑，能够减小随着扬声器的曲率的变化而最低共振频率f0变化时的音品的变化。
另外，在本发明中，压电元件10及压电层20等的储存弹性模量(杨氏模量)及损耗角正切只要利用公知的方法进行测量即可。作为一例，使用SII Nano Technology Inc.制造的动态粘弹性测量装置DMS6100进行测量即可。
作为测量条件，作为一例，分别例示出如下：测量频率为0.1Hz～20Hz(0.1Hz、0.2Hz、0.5Hz、1Hz、2Hz、5Hz、10Hz及20Hz)、测量温度为-50～150℃、升温速度为2℃/分钟钟(氮气环境气体中)、样品尺寸为40mm×10mm(包括夹板区域)、卡盘间距为20mm。
〔填充部件〕
填充部件70为将液体状导电性材料固化而成的部件。
作为用作填充部件70的导电性材料，能够利用银浆、金属奈米粒子墨水(Ag、Au)等。
导电性材料的粘度优选为10mPa·s(毫帕秒)～20Pa·s(帕秒)，更优选为0.1Pa·s～15Pa·s，进一步优选为0.5Pa·s～10Pa·s。
固化后的填充部件70的电阻率优选为1×10^-6(Ω·cm)～1×10^-3(Ω·cm)，更优选为1×10^-6(Ω·cm)～8×10^-4(Ω·cm)，进一步优选为1×10^-6(Ω·cm)～1×10^-4(Ω·cm)。
〔附粘合层的导电箔〕
附粘合层的导电箔72为在由具有导电性的金属材料形成的片状物即导电性片材的一个表面上具有粘合层的导电箔。关于导电性片材的材料，优选地例示出铜、铝、金及银等。
附粘合层的导电箔72的粘合层只要是能够接合导电性片材和保护层的导电箔即可。粘合层的材料可优选地例示出导电性丙烯酸粘合材料。
并且，对于附粘合层的导电箔72的形状及大小并无特别限定。附粘合层的导电箔72的形状及大小只要是能够形成开口部73，能够形成填充部件70，能够与导电性部件76连接并且不限制压电元件10的驱动的形状及大小即可。
并且，对于附粘合层的导电箔72的厚度也并无特别限定，只要是能够确保与填充部件70及导电性部件76的电连接，并且不限制压电元件10的驱动的厚度即可。
〔被覆部件〕
被覆部件74为绝缘性的片状部件。
被覆部件74的材料可例示聚酰亚胺、耐热PET等。
并且，对于被覆部件74的形状及大小并无特别限定。被覆部件74的形状及大小只要是能够抑制填充部件70通过覆盖填充部件70及附粘合层的导电箔72的至少一部分而被拉伸且能够在不与填充部件70重叠的位置设置贯通孔，并且不限制压电元件10的驱动的形状及大小即可。
如上所述，被覆部件74优选覆盖填充部件70的整个面，并且，优选覆盖附粘合层的导电箔72的整个面。
并且，对于被覆部件74的厚度也并无特别限定，只要是能够抑制填充部件70被拉伸，并且不限制压电元件10的驱动的厚度即可。
〔导电性部件〕
导电性部件76为由具有导电性的金属材料形成的片状或线状的部件。关于导电性部件76的材料，优选地例示铜、铝、金及银等。
对于导电性部件76的形状及大小并无特别限定。导电性部件76的形状及大小只要是能够在被覆部件74的贯通孔75内与附粘合层的导电箔72电连接，并且能够用作引出电极的形状及大小即可。
对于将导电性部件76连接至附粘合层的导电箔72的方法也并无特别限定，能够利用使用焊料的方法、使用导电性接合剂的方法、熔敷等公知的方法。
以下，参考图4～图10，对压电元件10的制造方法的一例进行说明。
首先，如图4所示，准备在下部保护层28之上形成有下部电极24的片状物10a。该片状物10a可以通过真空蒸镀、溅射及电镀等，在下部保护层28的表面形成铜薄膜等作为下部电极24来进行制作。
在下部保护层28非常薄且操作性差时等，根据需要可以使用附隔板(伪支撑体)的下部保护层28。另外，作为隔板，能够使用厚度为25μm～100μm的PET等。在热压接上部电极26及上部保护层30之后且在下部保护层28层叠任何部件之前，去除隔板即可。
另一方面，制备如下涂料，该涂料通过在有机溶剂中溶解作为基体的材料的高分子材料，进一步添加PZT粒子等压电体粒子36，并进行搅拌并分散而成。
作为除了上述物质以外的有机溶剂并无限制，能够利用各种有机溶剂。
在准备片状物10a并制备了涂料之后，将该涂料浇铸(涂布)于片状物10a上，蒸发并干燥有机溶剂。由此，如图5所示，制作在下部保护层28之上具有下部电极24且在下部电极24之上形成压电层20而成的层叠体10b。另外，下部电极24是指涂布压电层20时的基材侧的电极，并不是表示层叠体中的上下的位置关系。
对于该涂料的浇铸方法并无限制，能够利用所有的滑动式涂布机(slide coater)及刮刀(doctor knife)等公知的方法(涂布装置)。
如上所述，在压电元件10中，除了氰乙基化PVA等粘弹性材料以外，也可以向基体34中添加介电性高分子材料。
在向基体34中添加这些高分子材料时，只要可以溶解添加于上述涂料中的高分子材料即可。
当制作了在下部保护层28之上具有下部电极24且在下部电极24之上形成压电层20而成的层叠体10b时，优选进行压电层20的极化处理(Polling)。
对于压电层20的极化处理的方法并无限制，能够利用公知的方法。
另外，进行该极化处理之前，可以实施使用加热辊等使压电层20的表面平滑化的压延处理。通过实施该压延处理，后述的热压接工序可以顺利地进行。
因此，进行层叠体10b的压电层20的极化处理的同时，准备在上部保护层30之上形成有上部电极26的片状物10c。该片状物10c可以通过真空蒸镀、溅射及电镀等在上部保护层30的表面形成铜薄膜等作为上部电极26来制作。
接着，如图16所示，将上部电极26朝向压电层20来将片状物10c层叠于已结束压电层20的极化处理的层叠体10b上。
进而，利用热压装置或加热辊对等，对该层叠体10b与片状物10c的层叠体进行热压接以夹住上部保护层30和下部保护层28。
通过以上工序来制作在压电层20的两个表面层叠有电极层及保护层的层叠体。所制作的层叠体也可以根据各种用途而裁断成所希望的形状。
这种层叠体可以使用切片形状的片状物来进行制造，也可以通过卷对卷(Roll toRoll，以下也称为RtoR)来制作。
接着，在该层叠体的保护层中设置孔部，层叠附粘合层的导电箔，填充填充部件并用被覆部件涂覆，并将导电性部件连接至附粘合层的导电箔。
具体而言，首先，如图7所示，在上部保护层30中形成孔部31，并且，在下部保护层28中形成孔部29。
孔部31的形成只要能够利用基于激光加工(二氧化碳气体激光等)的方法以及利用在通过冲压加工沿深度方向对保护层打入切口(例如，在将保护层的厚度设为10μm且电极层的厚度设为2μm时，沿保护层的厚度方向打入8～9.5μm深的圆形切口，然后通过将其圆形部进行剥离而形成)之后剥离保护层的方法等来进行即可。
在保护层中设置孔部之后，如图8所示，在保护层上层叠附粘合层的导电箔72。其中，在附粘合层的导电箔72中预先形成有开口部73的情况下，只要在开口部73与保护层的孔部重叠的位置层叠附粘合层的导电箔72即可。
或者，也可以在将未形成有开口部73的附粘合层的导电箔72以覆盖孔部的方式层叠之后，在附粘合层的导电箔72设置开口部73。
在保护层上层叠附粘合层的导电箔72之后，如图9所示，从附粘合层的导电箔72的开口部73向孔部涂布液体状的导电性材料84。在进行涂布时，涂布成导电性材料84从开口部73向附粘合层的导电箔72的表面突出。
作为导电性材料84的涂布方法，能够利用丝网印刷、基于点胶机的滴加、基于刷子的涂布等。
在涂布导电性材料84之后，使导电性材料84固化而形成填充部件70。
导电性材料84的固化方法只要根据导电性材料84的方法进行即可。例如，作为导电性材料84的固化方法，可以举出加热干燥等。
在形成填充部件70之后，如图10所示，在填充部件70及附粘合层的导电箔72上层叠被覆部件74。其中，在被覆部件74中预先形成有贯通孔75的情况下，在贯通孔75不与填充部件70重叠而与附粘合层的导电箔72重叠的位置层叠被覆部件74即可。
或者，也可以将未形成有贯通孔75的被覆部件74以覆盖填充部件70及附粘合层的导电箔72的方式层叠之后，在与附粘合层的导电箔72重叠的位置设置贯通孔75。
只要被覆部件74通过接合剂及粘合剂等而接合于附粘合层的导电箔72或保护层即可。
在层叠被覆部件74之后，在被覆部件74的贯通孔75内，将导电性部件76与附粘合层的导电箔72电连接。
如上所述，只要导电性部件76与附粘合层的导电箔72通过焊料、导电性接合剂等而连接即可。
本发明的压电元件通过以上工序来制作。
关于这种压电元件10，若对下部电极24及上部电极26施加电压，则根据所施加的电压而压电体粒子36向极化方向伸缩。其结果，压电元件10(压电层20)沿厚度方向收缩。同时，由于泊松式比的关系，压电元件10也沿面内方向伸缩。该伸缩为0.01～0.1％左右。另外，如上所述，在面内方向的所有方向上各向同性地伸缩。
如上所述，压电层20的厚度优选为10～300μm左右。因此，厚度方向的伸缩非常小，最大也只是0.3μm左右。
相对于此，压电元件10即压电层20在面方向上具有明显大于厚度的尺寸。因此，例如，若压电元件10的长度为20cm，则通过施加电压，压电元件10最大伸缩0.2mm左右。
并且，若对压电元件10施加压力，则通过压电体粒子36的作用而产生电力。
通过利用这一点，如上所述，压电元件10能够用于扬声器、麦克风及压力传感器等各种用途中。
其中，由PVDF等高分子材料构成的通常的压电元件在压电特性中具有面内各向异性，施加了电压时的面方向的伸缩量有各向异性。
相对于此，由在包含高分子材料的基体中包含压电体粒子的高分子复合压电体构成的压电层在压电特性中不具有面内各向异性，在面内方向的所有方向上各向同性地伸缩。
根据在二维上这种各向同性地伸缩的压电元件10，与层叠了仅向一个方向大幅度伸缩的PVDF等通常的压电元件的情况相比，能够以较大力振动，并能够发出更大且优美的声音。
在图1所示的例子中，设为具有1张压电元件10的结构，但并不限定于此，也可以设为层叠多张本发明的压电元件10而成的结构。并且，可以将本发明的压电元件10设为长条状，并沿长度方向折返1次以上(优选为多次)，由此将压电元件10设为层叠有多层的结构。
以上，对本发明的压电元件进行了详细说明，但本发明并不限定于上述例，在不脱离本发明的宗旨的范围内，可以进行各种改进或变更，这是理所当然的。
由以上可知，本发明的效果明显。
产业上的可利用性
能够在扬声器及麦克风等音频设备以及压敏传感器等各种用途中优选地利用。
符号说明
10-压电元件，10a、10c-片状物，10b-层叠体，20-压电层，24-下部电极，26-上部电极，28-下部保护层，29、31-孔部，30-上部保护层，34-基体，36-压电体粒子，70-填充部件，72-附粘合层的导电箔，73-开口部，74-被覆部件，75-贯通孔，76-导电性部件，84-导电性材料。

Claims (6)

1.一种压电元件，其具有压电层、电极层及保护层，
该电极层形成在所述压电层的两面，该保护层层叠在所述电极层的与所述压电层侧的面相反的一侧的面，
其中，
所述压电元件具有导电箔，该导电箔层叠在所述保护层的与所述电极层相反的一侧的面，
所述保护层具有从表面贯通至所述电极层的孔部，
所述导电箔在面方向上且在与所述保护层的所述孔部重叠的位置具有开口部，
并且所述压电元件具有：
由导电性材料构成的填充部件，该填充部件从所述保护层的所述孔部及所述导电箔的开口部内形成至所述导电箔的表面的至少一部分，并且与所述电极层和所述导电箔电连接；以及
被覆部件，该被覆部件覆盖所述填充部件及所述导电箔的至少一部分，
所述被覆部件在面方向上且在不与所述填充部件重叠的位置具有贯通孔，并且
所述压电元件具有导电性部件，该导电性部件插入到所述被覆部件的所述贯通孔而与所述导电箔电连接。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其中，
所述被覆部件覆盖所述填充部件及所述导电箔的整个面。
3.根据权利要求1或2所述的压电元件，其中，
所述保护层具有2个以上所述孔部，
在2个以上所述孔部内分别设置有所述填充部件，
所述2个以上填充部件在所述导电箔的表面连结。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的压电元件，其中，
所述保护层的厚度为3μm～100μm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的压电元件，其中，
所述电极层的厚度为0.05μm～10μm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的压电元件，其中，
所述压电层由高分子复合压电体构成，所述高分子复合压电体在包含高分子材料的基体中包含压电体粒子。
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