CN114730827A - 压电元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够使压电元件的厚度薄且厚度均匀，并且在制造时不易产生卷绕故障且不易发生薄膜电极的变形的压电元件。所述压电元件具有：压电层、在压电层的两个表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，所述压电元件中，电极层在至少一部分端部具有未形成压电层的暴露部，压电层具有在与暴露部相邻的端部中朝向暴露部厚度逐渐减小的渐减部。

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压电体层、在压电体层的两个表面上分别形成的2个薄膜电极、在2个薄膜电极上分别形成的2个保护层，所述电声转换膜具有：压电体层、2个薄膜电极以及2个保护层的形状相同并且彼此接合的区域；及压电体层、2个薄膜电极以及2个保护层在层叠方向上彼此重叠，并且压电体层与2个薄膜电极彼此未接合的区域。
在该专利文献1中，在薄膜电极上涂布成为压电体层的组合物时，通过设置未涂布组合物的区域而在薄膜电极形成未与压电体层接合的未接合部。记载有该未接合部被用作电极引出部且与配线连接。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/181965号
发明内容
发明要解决的技术课题
如上所述，为了使用于柔性显示器等中而要求片状压电元件为薄型。
然而，如专利文献1中记载的具有电极引出部的压电元件中，在电极引出部上连接有延长电极引出部的导电性箔，或者贴附有用于防止电极引出部的薄膜电极与其他的薄膜电极接触的绝缘片材等。因此，存在电极引出部附近的厚度变厚的问题。并且，由于电极引出部附近的部分变得比其他区域厚而使厚度变得不均匀，因此，将压电元件层叠在其他物品时，有可能变得不易密合。
并且，在专利文献1中，在薄膜电极上涂布成为压电体层的组合物时，通过设置未涂布组合物的区域而在薄膜电极形成未与压电体层接合的未接合部，但此时为了使经涂布的组合物维持预定的层状态，需要在一定程度上增加组合物的粘度。然而，若组合物的粘度过高，则如图16所示，有时组合物层(压电体层)120的边缘部121会成为翘起的状态。
一般而言，从制造效率等的观点出发，期望通过所谓的卷对卷(以下，也称为RtoR)来制造片状的压电元件。众所周知，RtoR为从卷绕有长条片状物的辊中送出长条片状物，且一边输送片状物，一边连续地实施各种处理，以将处理后的片状物卷绕在辊的制造方法。
然而，如上所述，若组合物层(压电体层)120的边缘部121成为翘起的状态，则在涂布组合物层120之后卷绕片状物时，边缘部121的翘起累积而与其他区域的厚度差变大而有可能导致卷绕故障的产生。
并且，若组合物层(压电体层)120的边缘部121翘起，则在上部层叠薄膜电极及保护层的层叠体时，有可能导致薄膜电极变形。
本发明的课题在于解决这种先前技术的问题点，提供一种能够使压电元件的厚度薄且厚度均匀，并且在制造时不易产生卷绕故障且不易发生薄膜电极的变形的压电元件。
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、在压电层的两个表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，所述压电元件中，
电极层在至少一部分端部具有未形成压电层的暴露部，
压电层在与暴露部相邻的端部具有渐减部，该渐减部朝向暴露部厚度逐渐减小。
[2]如[1]所述的压电元件，其中，渐减部的朝向暴露部厚度逐渐减小的方向上的宽度为0.01mm～2mm。
[3]如[1]或[2]所述的压电元件，其具有覆盖暴露部的电极层的至少一部分的绝缘部件。
[4]如[3]所述的压电元件，其中，绝缘部件覆盖压电层的渐减部。
[5]如[1]至[4]中任一项所述的压电元件，其中，暴露部在电极层的面方向上以凸状向外突出。
[6]如[1]至[5]中任一项所述的压电元件，其具有与暴露部的电极层连接的导电性片材。
[7]如[1]至[6]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，提供一种能够使压电元件的厚度薄且厚度均匀，并且在制造时不易产生卷绕故障且不易发生薄膜电极的变形的压电元件。
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的压电元件的A-A线剖视图。
图3是放大表示图1的压电体层的B-B线剖面的一部分的图。
图4是示意性地表示本发明的压电元件的一例的剖视图。
图5是示意性地表示本发明的压电元件的一例的剖视图。
图6是示意性地表示本发明的压电元件的一例的剖视图。
图7是示意性地表示本发明的压电元件的一例的剖视图。
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。
图11是用于说明压电元件的制作方法的一例的概念图。
图12是用于说明压电元件的制作方法的一例的概念图。
图13是用于说明压电元件的制作方法的一例的概念图。
图14是用于说明压电元件的制作方法的一例的概念图。
图15是用于说明压电元件的制作方法的一例的概念图。
图16是用于说明通过涂布而形成的压电层的一例的概念图。
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、在压电层的两个表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，
所述压电元件中，电极层在至少一部分端部具有未形成压电层的暴露部，
压电层在与暴露部相邻的端部具有渐减部，该渐减部朝向暴露部厚度逐渐减小。
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线剖视图的一部分的图。
在图1～图3所示的压电元件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、导电性片材40、导电性片材42、绝缘部件44及绝缘部件46。
在图示例中，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(参考图2)。另外，在图3中省略压电层20中的基体34及压电体粒子36的图示。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。
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1所示，压电元件10在图1中的左下侧的端部具有下部电极24及下部保护层28在面方向上以凸状向外(图1中，向下)突出的下部引出部29。并且，压电元件10在图1中右下侧的端部具有上部电极26及上部保护层30在面方向上以凸状向外(图1中，向下)突出的上部引出部31。
在下部引出部29及上部引出部31的电极层上并未分别形成有压电层20且电极层被暴露。该下部引出部29及上部引出部31为本发明中的暴露部。
如图3所示，压电层20在暴露部即与下部引出部29及上部引出部31相邻的端部具有朝向暴露部厚度逐渐减小的区域(图3中，以W表示的宽度的区域)。以下，将该区域称为渐减部。
在图3所示的例子中，压电层20也能够设为在厚度逐渐减小的方向上与下部电极24接触的面的宽度大于与上部电极26接触的面的宽度且端面倾斜。
如图3所示的例子中，关于渐减部，设为在厚度逐渐减小的方向的剖面观察时以凸状向外弯曲的形状，但并不限定于此，可以为直线状，也可以为以凹状弯曲的形状。
并且，在图1、图3所示的例子中，在具有下部引出部29及上部引出部31的端边侧(图1中为下侧的边侧)的整个区域中，压电层20的厚度向外逐渐减小(具有渐减部)。并且，在与该端边对置的边侧(图1中为上侧的边侧)中，压电层20可以具有渐减部，也可以不具有渐减部。
并且，在图示例中，在与具有下部引出部29及上部引出部31的端边相邻的边侧(图1的左右方向的两端边侧)中，如图2所示，压电层20不具有渐减部。即，在图1的左右方向上，与下部电极24接触的面的宽度和与上部电极26接触的面的宽度大致相同。
在图1、图3所示的例子中，作为优选方式，在下部引出部29的下部电极24层叠有导电性片材40。并且，作为优选方式，导电性片材40被设置成沿下部引出部29的突出方向折返以夹住下部电极24及下部保护层28。同样地，在上部引出部31的上部电极26层叠有导电性片材42。并且，作为优选方式，导电性片材42被设置成沿上部引出部31的突出方向折返以夹住上部电极26及上部保护层30。
导电性片材40及42为例如由铜箔等具有导电性的金属材料形成的片状物。并且，导电性片材40及42可以具备具有导电性的粘合层，也可以隔着该粘合层与下部引出部29及上部引出部31接合。导电性片材40及42的材料优选地例示出铜、铝、金及银等。
并且，在图1、图3所示的例子中，作为优选方式，在下部引出部29的下部电极24的一部分层叠有绝缘部件44，在上部引出部31的上部电极26的一部分层叠有绝缘部件46。在图示例中，作为优选方式，绝缘部件44被设置成从与下部引出部29的下部电极24的压电层20(渐减部)相邻的区域覆盖压电层20的渐减部。绝缘部件44在面方向上与下部引出部29的突出正交的方向(图1的左右方向，以下，也称为宽度方向)上包含下部引出部29的整个区域。并且，在图示例中，作为优选方式，绝缘部件46被设置成从与上部引出部31的上部电极26的渐减部相邻的区域覆盖上部电极26直至压电层20与上部电极26接触的位置。绝缘部件46在面方向上与上部引出部31的突出正交的方向(图1的左右方向，以下，也称为宽度方向)上包含上部引出部31的整个区域。
绝缘部件44及46为聚酰亚胺制胶带等由具有绝缘性的材料形成的片状物。或者，绝缘部件44及46也可以为通过涂布并固化液体状的绝缘材料而形成的绝缘层。绝缘部件44及46的材料可优选地例示出PI(聚酰亚胺)、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二酯)、PP(聚丙烯)等。
通过连接下部引出部29的下部电极24和上部引出部31的上部电极26来设置这种导电性片材40及42，能够引出来自下部电极24及上部电极26的电极的同时，能够加固成为薄膜的两个电极及保护层，并且能够容易进行基于焊接等的与配线的连接。进而，优选为，通过折返导电性片材40及42来夹住电极和保护层，以更优选为地加固该电极和保护层，并且也能够选择进行焊接的面以连接配线。
进而，通过具有绝缘部件44，在由下部引出部29引出下部电极24的结构中，即使下部引出部29下垂而与压电元件10的端面接触，也能够使下部电极24与上部电极26绝缘。同样地，通过具有绝缘部件46，在由上部引出部31引出上部电极26的结构中，即使上部引出部31下垂而与压电元件的端面接触，也能够使上部电极26与下部电极24绝缘。即，通过具有这种绝缘部件44及46，能够确保下部电极24与上部电极26的绝缘性而进行如上所述的电极层的引出。
其中，如上所述，为了使用于柔性显示器等中而要求片状压电元件为薄型。然而，在具有电极引出部的压电元件中，如上所述，在电极引出部上连接有延长电极引出部的导电性箔，或者贴附有用于防止电极引出部的薄膜电极与其他的薄膜电极接触的绝缘片材等。因此，存在电极引出部附近的厚度变厚的问题。尤其在将绝缘片材的一部分夹在电极层与压电层之间的结构的情况下，容易变厚。并且，存在如下问题，由于电极引出部附近的部分变得比其他区域厚从而使厚度变得不均匀，因此，在将压电元件层叠于其他物品时，有可能变得不易密合。
并且，如后述，上述引出部(暴露部)通过在电极层上涂布成为压电层的组合物时，设置未涂布组合物的区域而形成。此时，为了使经涂布的组合物维持预定的层状态，需要在一定程度上增加组合物的粘度。然而，若组合物的粘度过高，则如图16所示，有时组合物层(压电层)120的边缘部121成为翘起的状态。
一般而言，从制造效率等的观点出发，期望通过所谓的卷对卷(以下，也称为RtoR)来制造片状的压电元件。然而，如上所述，若组合物层(压电层)120的边缘部121成为翘起的状态，则在涂布组合物层120之后卷绕片状物时，边缘部121的翘起累积而与其他区域的厚度差变大而有可能导致卷绕故障的产生。
并且，若组合物层(压电层)120的边缘部121翘起，则在层叠上部电极和上部保护层的层叠体(片状物)时，有可能会导致电极层变形。
相对于此，本发明的压电元件中，压电层具有在与暴露部相邻的端部中朝向暴露部厚度逐渐减小的渐减部。
由于具有渐减部，因此在引出部(暴露部)设置有导电性片材及/或绝缘部件的情况下，能够在渐减部的电极层(上部电极)与压电层之间的空间配置各部件，从而能够抑制引出部附近的厚度变得比其他区域厚。
并且，由于能够抑制引出部的附近的部分变得比其他区域厚，因此在将压电元件层叠于其他物品时能够容易密合。
并且，如后述，在通过RtoR制造压电元件时，在电极层上涂布成为压电层的组合物时以形成渐减部的方式进行涂布，由此在卷绕涂布后的层叠体时，边缘部并未翘起，因此能够抑制产生卷绕故障。并且，由于组合物层(压电层)的边缘部并未翘起，因此在层叠上部电极及上部保护层的层叠体(片状物)时，能够抑制上部电极变形。
其中，渐减部的朝向暴露部厚度逐渐减小的方向上的宽度优选为0.1mm～0.8mm，更优选为0.2mm～0.5mm。由此，变得容易在渐减部的电极层(上部电极)与压电层之间的空间配置各部件，并且能够优选地抑制引出部附近的厚度变得比其他区域厚。
并且，关于下部引出部29及上部引出部31的宽度(在面方向上，与下部引出部29的突出方向正交的方向，图1的左右方向)及长度(与宽度方向正交的方向)，只要在实际安装压电元件10时，适当地设定能够引出电极并且确保与外部的导电性的尺寸即可。
并且，除了图示例的矩形以外，下部引出部29及上部引出部31的形状也能够利用能够引出电极的各种形状。
并且，在图1所示的例子中，作为优选方式，下部引出部29和上部引出部31配置为面方向的位置不重叠。由此，能够抑制下部引出部29的下部电极24或导电性片材40与上部引出部31的上部电极26或导电性片材42接触而短路的情形。
另外，下部引出部29和上部引出部31可以配置于面方向的位置重叠的位置。此时，如图4所示，优选为配置有覆盖下部引出部29的下部电极24侧的表面的绝缘部件48，并且配置有覆盖上部引出部31的上部电极26侧的表面的绝缘部件50。在图4所示的例子中，由于在下部引出部29配置有导电性片材40，因此导电性片材40的与上部电极26对置的面侧配置有绝缘部件48。同样地，由于在上部引出部31配置有导电性片材42，因此导电性片材42的与下部电极24对置的面侧配置有绝缘部件50。
由此，即使在将下部引出部29和上部引出部31配置于面方向的位置重叠的位置的情况下，也能够抑制下部引出部29的下部电极24或导电性片材40与上部引出部31的上部电极26或导电性片材42接触而短路的情形。
另外，如图4的例子所示，在导电性片材的一部分表面由绝缘部件覆盖的结构的情况下，只要在由绝缘部件覆盖的区域以外的表面连接配线U即可。
并且，在图4所示的例子中，设为如下结构，即，在配置于下部引出部29的导电性片材40的与上部电极26对置的面侧配置有绝缘部件48，并且在配置于上部引出部31的导电性片材42的与下部电极24对置的面侧配置有绝缘部件50，但并不限定于此，只要能够抑制下部引出部29的下部电极24或导电性片材40与上部引出部31的上部电极26或导电性片材42接触而短路即可。
例如，如图5所示的例子，绝缘部件48可以配置成覆盖所折返的导电性片材40的朝向外侧的表面(与下部引出部29侧相反的一侧的表面)。同样地，绝缘部件50也可以配置成覆盖所折返的导电性片材42的外侧的表面(与上部引出部31侧相反的一侧的表面)。
在这种结构的情况下，配线U只要与所折返的导电性片材的内侧的面连接即可。
并且，在图1所示的例子中，设为下部引出部29和上部引出部31设置于同一端边(图1中，下侧的边)的结构，但并不限定于此，也可以设为下部引出部29和上部引出部31设置于不同端边的结构。例如，也可以设为如下的结构，下部引出部29形成于图1中的下侧端边，并且上部引出部31形成于与该端边对置的端边，即，形成于图1中的上侧的端边。
并且，除了图示例的矩形以外，导电性片材40及42也能够利用能够引出电极的各种形状。即，导电性片材40及42的尺寸及形状只要根据下部引出部29及上部引出部31的尺寸及形状而适当地设定能够确保下部引出部29及上部引出部31的导电性并且在实际安装时能够连接配线的尺寸及形状即可。
例如，如图6所示的例子，也可以为如下结构，即不折返导电性片材40及42而以与下部引出部29的下部电极24的表面及上部引出部31的上部电极26的表面电连接的方式层叠导电性片材40及42。
如图6所示的例子，在不折返导电性片材40及42的结构的情况下，绝缘部件48配置于导电性片材40的与上部电极26对置的面侧，所述导电性片材40配置于下部引出部29。并且，在导电性片材40的与配置有绝缘部件48的面相反的一侧的面连接有配线U。同样地，绝缘部件50配置于导电性片材42的与下部电极24对置的面侧，所述导电性片材42配置于上部引出部31。并且，在导电性片材42的与配置有绝缘部件50的面相反的一侧的面连接有配线U。
并且，在图示例中，渐减部设为形成于压电层20的具有下部引出部29及上部引出部31的端边侧的整个区域的结构，但并不限定于此，也可以为仅在与下部引出部29及上部引出部31相邻的区域部分具有渐减部的结构。
并且，渐减部设为形成于压电层20的具有下部引出部29及上部引出部31的端边侧的结构，但并不限定于此，也可以形成于另一端边侧，还可以在压电层20的端部的整个周围形成渐减部。
并且，在图3～图5所示的例子中，配置于下部引出部29的导电性片材40及配置于上部引出部31的导电性片材42可以设为各自夹住折返部分的2个部位彼此分离的结构，但并不限定于此。如图7所示的例子，配置于下部引出部29的导电性片材40及配置于上部引出部31的导电性片材42也可以设为各自夹住折返部分的2个部位彼此接触的结构。并且，在如图4及图5所示的导电性片材40及42层上叠有绝缘部件48及50的结构的情况下，同样地导电性片材40及42也可以为夹着折返部分的2个部位彼此接触的结构。
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2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2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～50μm，更优选为4μm～20μm，进一步优选为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～5μm，更优选为0.05μm～2μm，进一步优选为0.1μm～1μm。
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。
以下，参考图8～图15，对压电元件10的制造方法的一例进行说明。
首先，如图8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，制备如下组合物，该组合物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并制备组合物之后，将该组合物浇铸(涂布)于片状物10a上，蒸发有机溶剂并进行干燥。由此，如图9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。
对于该组合物的浇铸方法并无限制，能够利用所有的滑动式涂布机(slidecoater)及刮刀(doctor knife)等公知的方法(涂布装置)。
其中，如图10所示，在涂布成为压电层20的组合物时，在片状物10a的至少一个端边侧设置未涂布组合物的区域。该区域为成为暴露部(下部引出部)的区域。并且，在与该区域相邻的压电层20的端部形成有朝向暴露部厚度逐渐减小的渐减部。
作为将组合物仅涂布于层叠体10b的下部电极24侧的一部分区域的方法，并无特别限定，例如，在用滑动式涂布机(slide coater)浇铸组合物的情况下，只要将吐出组合物的狭缝开口的宽度调整为小于下部电极24的宽度即可。或者，可以遮盖作为组合物的未涂布部分的端部的区域来进行涂布。
并且，渐减部能够通过调整所涂布的组合物的粘度等来形成。
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，只要可以溶解要添加于上述组合物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11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。
另外，片状物10c可以具有大小及形状，使得当将其层叠于层叠体10b时其一部分成为不与压电层20接合的暴露部。
并且，作为优选方式，在设置绝缘部件44及46的情况下，在将片状物10c层叠于层叠体10b之前，如图12及图13所示，以覆盖未涂布层叠体10b的组合物的区域，即，覆盖暴露部的一部分及压电层20的渐减部的方式设置绝缘部件44。如上所述，绝缘部件44为片状物(绝缘片材)的情况下，只要将绝缘片材贴附于暴露部的一部分及压电层20的渐减部即可，在使用液体状的绝缘材料的情况下，只要涂布绝缘材料并进行固化来形成绝缘部件44即可。
并且，在将片状物10c层叠于层叠体10b之前，如图14及图15所示，在与片状物10c的暴露部及压电层20的渐减部相对应的位置设置绝缘部件46。
如此，通过分别在片状物10c及层叠体10b上设置绝缘部件之后，将片状物10c层叠于层叠体10b，从而能够容易地设为具有绝缘部件的结构。
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压电元件。所制作的压电元件也可以根据各种用途而裁断成所希望的形状。
其中，通过切断成残留有暴露部的至少一部分的形状，能够形成具有所希望的形状的引出部。
该种压电元件可以使用切片状的片状物来进行制造，也可以通过卷对卷(RtoR)来制作。
其中，如上所述，在通过RtoR来形成的情况下，在层叠体10b的压电层的边缘部成为翘起的状态的情况下(参考图16)，在卷绕层叠体10b时，边缘部的翘起累积而与其他区域的厚度差变大而有可能导致卷绕故障的产生。
并且，若压电层的边缘部翘起，则在层叠体10b上层叠片状物10c时，有可能导致电极层(上部电极)变形。
相对于此，在本发明中，通过RtoR制造压电元件时，在下部电极24上涂布成为压电层20的组合物时，以形成渐减部的方式进行涂布，由此在卷绕涂布后的层叠体10b时，边缘部并未翘起，因此能够抑制产生卷绕故障。并且，压电层20的边缘部并未翘起，因此在层叠片状物10c时，能够抑制上部电极26的变形。
其中，通过RtoR在片状物10a上涂布组合物的情况下，可以考虑一边沿长度方向输送长条片状物10a，一边连续地沿长度方向涂布组合物的方法。在该情况下，在长条片状物10a的长度方向上形成长条的压电层。因此，暴露部及渐减部优选形成于长条片状物10a的宽度方向(与长度方向正交的方向)上的至少一个端部。
并且，通过RtoR在片状物10a上涂布组合物的情况下，也可以一边沿长度方向输送长条片状物10a，一边间歇地沿长度方向涂布组合物以在片状物10a上形成多个压电层。例如，各压电层的平面形状为大致四边形的情况下，在各压电层中，可以在4个端边侧分别地形成渐减部。
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，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，可以设为积层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。
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-下部引出部，30-上部保护层，31-上部引出部，34-基体，36-压电体粒子，40、42-导电性片材，44、46、48、50-绝缘部件，W-渐减部的宽度。

Claims (7)

1.一种压电元件，其具有：
压电层、
电极层，形成在所述压电层的两个表面、以及
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；
所述压电元件中，
所述电极层在至少一部分端部具有未形成所述压电层的暴露部，
所述压电层在与所述暴露部相邻的端部具有渐减部，该渐减部朝向所述暴露部厚度逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其中，
所述渐减部的朝向所述暴露部厚度逐渐减小的方向上的宽度为0.01mm～2mm。
3.根据权利要求1或2所述的压电元件，其具有绝缘部件，该绝缘部件覆盖所述暴露部的所述电极层的至少一部分。
4.根据权利要求3所述的压电元件，其中，
所述绝缘部件覆盖所述压电层的所述渐减部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的压电元件，其中
所述暴露部在所述电极层的面方向上以凸状向外突出。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的压电元件，其具有与所述暴露部的所述电极层连接的导电性片材。
7.根据权利要求1至6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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