DE102020126404B4 - Piezoelektrisches Vielschichtbauelement - Google Patents

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Abstract

Piezoelektrisches Vielschichtbauelement, aufweisendeinen Laminatkörper miteiner piezoelektrischen Schicht, die entlang einer Ebene ausgebildet ist, die eine erste Achse und eine zweite Achse aufweist, die einander schneiden, undeiner Innenelektrodenschicht, die auf die piezoelektrische Schicht laminiert ist, undeine Außenelektrode, die elektrisch mit der Innenelektrodenschicht verbunden ist,wobei die Innenelektrodenschicht einen ersten Schlitz, dessen lange Seite parallel zur ersten Achse ist, und einen zweiten Schlitz, dessen lange Seite parallel zur zweiten Achse ist, aufweist,wobei der erste Schlitz einen ersten Außenumfangsschlitz aufweist, der an einem Außenumfang der Innenelektrodenschicht ausgebildet ist,wobei der zweite Schlitz einen zweiten Außenumfangsschlitz aufweist, der an einem Außenumfang der Innenelektrodenschicht ausgebildet ist undwobei sowohl eine Breite in einer kurzen Richtung des ersten Außenumfangsschlitzes als auch eine Breite in einer kurzen Richtung des zweiten Außenumfangsschlitzes 0,03 mm oder mehr und 0,6 mm oder weniger beträgt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement.
  • Ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement weist eine Struktur auf, in der Innenelektroden und piezoelektrische Schichten laminiert sind, und kann im Vergleich zu einem nicht-vielschichtigen piezoelektrischen Bauelement einen größeren Auslenkungsbetrag und eine größere Antriebskraft pro Volumeneinheit aufweisen. In der Vielschichtstruktur gibt es einen Unterschied im thermischen Schrumpfungsverhalten zwischen den Innenelektroden und den piezoelektrischen Schichten und ein Laminatkörper kann dadurch leicht eine anormale Verformung durch Verkrümmung, Schwellung etc. aufweisen. Darüber hinaus kann die Schrumpfungsstörung der piezoelektrischen Schichten durch die Innenelektroden Risse oder ähnliches im Inneren des Laminatkörpers erzeugen.
  • Insbesondere für ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement für Haptik, Lautsprecher etc. ist es neuerdings erforderlich, einen dünneren und breiteren Elementkörper zu haben. In einem solchen Fall kann die oben erwähnte anormale Verformung des Laminatkörpers leicht auftreten und es wird schwieriger, Risse zu begrenzen.
  • Im Patentdokument 1 werden Löcher, in denen kein Leiter vorhanden ist, in Innenelektroden gebildet, um zu verhindern, dass diese die Bewegung der piezoelektrischen Schichten stören. Die im Patentdokument 1 offengelegte Technik zur Bildung der Löcher kann jedoch eine anormale Verformung oder Rissbildung eines Laminatkörpers nicht ausreichend einschränken und kann nicht ausreichend mit der Ausdünnung und Verbreiterung eines Elementkörpers umgehen. Weitere piezoelektrische Vielschichtbauelemente sind in den Patentdokumenten 2 und 3 beschrieben.
    • Patentdokument 1: JP 2006-287 480 A
    • Patentdokument 2: DE 34 34 726 A1
    • Patentdokument 3: WO 2009/ 082 007 A1
  • KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Ziel der Erfindung ist es, ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement anzugeben, das eine begrenzte anormale Verformung eines Laminatkörpers und weniger im Laminatkörper erzeugte Risse aufweist.
  • Um das vorab genannte Ziel zu erreichen, umfasst ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung
    einen Laminatkörper mit
    • einer piezoelektrischen Schicht, die entlang einer Ebene ausgebildet ist, die eine erste Achse und eine zweite Achse aufweist, die einander schneiden, und
    • einer Innenelektrodenschicht, die auf die piezoelektrische Schicht laminiert ist, und
    eine Außenelektrode, die elektrisch mit der Innenelektrodenschicht verbunden ist,
    wobei die Innenelektrodenschicht einen ersten Schlitz parallel zur ersten Achse und einen zweiten Schlitz parallel zur zweiten Achse aufweist.
  • Die vorliegenden Erfinder haben ernsthaft untersucht und infolgedessen festgestellt, dass eine in der Innenelektrodenschicht erzeugte Schrumpfspannung wirksamer als zuvor dadurch reduziert werden kann, dass sowohl der erste Schlitz parallel zur ersten Achse (X-Achse ±45 Grad oder weniger) als auch der zweite Schlitz parallel zur zweiten Achse (Y-Achse ±45 Grad oder weniger) in der Innenelektrodenschicht ausgebildet wird. Infolgedessen kann das piezoelektrische Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung eine anormale Verformung (Verkrümmung, Schwellung etc.) des Laminatkörpers in einem Brennschritt verringern und weist eine verbesserte Ebenheit auf. Zusätzlich kann das piezoelektrische Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung im Laminatkörper erzeugte Risse weiter als bisher reduzieren.
  • Insbesondere weisen der erste und der zweite Schlitz einen ersten Außenumfangsschlitz und einen zweiten Außenumfangsschlitz auf, und diese Schlitze sind an einem Außenumfang der Innenelektrodenschicht ausgebildet. Hierbei ist der Außenumfang der Innenelektrodenschicht ein Teil, der mit einem äußeren umlaufenden Rand eines Innenelektrodenmusters in Kontakt steht. Der erste Außenumfangsschlitz und der zweite Außenumfangsschlitz sind am äußeren umlaufenden Rand des Innenelektrodenmusters nach außen offen.
  • In der Innenelektrodenschicht des piezoelektrischen Vielschichtbauelements wird, wenn Wärme durch eine Bindemittelentfernungsbehandlung, eine Einbrennbehandlung oder ähnliches zugeführt wird, vom äußeren umlaufenden Rand der Innenelektrodenschicht, wo Wärme leicht zugeführt werden kann, eine Schrumpfspannung in Richtung der Innenseite erzeugt, wo Wärme schwer zugeführt werden kann. Beim piezoelektrischen Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie oben erwähnt, da der erste Außenumfangsschlitz und der zweite Außenumfangsschlitz am Außenumfang der Innenelektrodenschicht ausgebildet sind, die Spannung durch thermische Schrumpfung leichter reduziert. Infolgedessen ist es möglich, die anormale Verformung und Rissbildung im Laminatkörper wirksamer zu begrenzen.
  • Vorzugsweise betragen sowohl eine Breite in einer kurzen Richtung des ersten Außenumfangsschlitzes als auch eine Breite in einer kurzen Richtung des zweiten Außenumfangsschlitzes 0,03 mm oder mehr und 0,6 mm oder weniger. Im piezoelektrischen Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, wenn die Breiten der Außenumfangsschlitze auf den oben genannten Bereich eingestellt werden, möglich, eine anormale Verformung des Laminatkörpers unter Beibehaltung der piezoelektrischen Eigenschaften in geeigneter Weise zu begrenzen.
  • Vorzugsweise weisen der erste Außenumfangsschlitz und der zweite Außenumfangsschlitz eine Gesamtzahl von mindestens vier Schlitzen auf. Im piezoelektrischen Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung tendiert, wenn der erste Außenumfangsschlitz und der zweite Außenumfangsschlitz eine Mehrzahl von Schlitzen aufweisen, die Ebenheit des Laminatkörpers dazu, sich weiter zu verbessern.
  • Insbesondere kann die Innenelektrodenschicht in einer Draufsicht auf die Ebene eine im Wesentlichen viereckige Form haben, und der erste Außenumfangsschlitz und der zweite Außenumfangsschlitz sind vorzugsweise in der Nähe einer Ecke der Innenelektrodenschicht ausgebildet.
  • Wenn eine Laminieroberfläche (flache Oberfläche) im Wesentlichen viereckig ist, wirkt sich die in der Innenelektrodenschicht erzeugte Schrumpfspannung besonders auf die Ecke der Innenelektrodenschicht aus. Im Stand der Technik wird dadurch die Ecke des Laminatkörpers besonders verbogen. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann das piezoelektrische Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung eine weiter verbesserte Ebenheit des Laminatkörpers aufweisen, indem der erste Außenumfangsschlitz und der zweite Außenumfangsschlitz in der Umgebung der Ecke ausgebildet werden.
  • Vorzugsweise sind zumindest eine Ecke der Innenelektrodenschicht und Ecken des ersten Außenumfangsschlitzes und des zweiten Außenumfangsschlitzes mit einem Krümmungsradius von 0,1 mm oder mehr abgerundet.
  • Wenn ein elektrisches Gleichstromfeld während der Polarisation angelegt wird, neigt das elektrische Feld dazu, sich auf die Umgebung der Ecke der Innenelektrodenschicht zu konzentrieren. Insbesondere, wenn die piezoelektrische Schicht aus einem bleifreien Material gefertigt ist, ist die Nennspannung für die Polarisation hoch, und dadurch wird leicht ein Kurzschluss an der Ecke der Innenelektrodenschicht während der Polarisation erzeugt. Im piezoelektrischen Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein elektrisches Feld daran gehindert werden, sich auf die Ecke zu konzentrieren, indem die Ecke der Innenelektrodenschicht und die Ecke des Außenumfangsschlitzes, der einen Teil des äußeren umlaufenden Rands der Innenelektrodenschicht bildet, abgerundet werden. Infolgedessen kann das piezoelektrische Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Polarisationsrate und einen weiter verbesserten Auslenkungsbetrag aufweisen.
  • Der erste Schlitz und der zweite Schlitz können mindestens einen ersten Innenschlitz und mindestens einen zweiten Innenschlitz aufweisen. Vorzugsweise wird ein Innenschlitzmuster an einer Innenseite der Innenelektrodenschicht gebildet, und das Innenschlitzmuster weist ein kombiniertes Muster von mindestens zwei der ersten Innenschlitze oder mindestens zwei der zweiten Innenschlitze auf. Hier bedeutet die Innenseite der Innenelektrodenschicht eine innere Seite des äußeren umlaufenden Randes des Innenelektrodenmusters, und das Innenschlitzmuster enthält einen Schlitz, der nicht offen am äußeren umlaufenden Rand ist.
  • Die piezoelektrische Schicht erzeugt eine mechanische Auslenkung durch Anlegen einer elektrischen Spannung mittels der Innenelektrodenschicht, aber zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Innenelektrodenschicht selbst keine mechanische Auslenkung. Daher kann es sein, dass die Innenelektrodenschicht eine mechanische Auslenkung der piezoelektrischen Schicht stört. Im piezoelektrischen Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Auslenkungsstörung durch die Innenelektrodenschicht reduziert werden, indem das oben erwähnte Innenschlitzmuster zusammen mit dem Außenumfangsschlitz in der Innenelektrodenschicht gebildet wird. Dadurch können Risse, die im Laminatkörper erzeugt werden, effektiver reduziert werden, und der Auslenkungsbetrag des piezoelektrischen Vielschichtbauelements wird weiter verbessert.
  • Insbesondere weist das Innenschlitzmuster insbesondere vorzugsweise ein Muster auf, bei dem eine Mehrzahl von ersten Innenschlitzen und eine Mehrzahl von zweiten Innenschlitzen gestrichelt gitterartig kombiniert sind. Wenn das Innenschlitzmuster gestrichelt gitterförmig ausgebildet ist, wird der Auslenkungsbetrag des piezoelektrischen Vielschichtbauelements weiter verbessert.
  • Weiterhin sind vorzugsweise sowohl eine Breite in einer kurzen Richtung des ersten Innenschlitzes als auch eine Breite in einer kurzen Richtung des zweiten Innenschlitzes ebenfalls 0,03 bis 0,6 mm im Innenschlitzmuster. Im piezoelektrischen Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, wenn die Breiten der Innenschlitze auf den oben genannten Bereich eingestellt werden, möglich, die Erzeugung von Rissen in geeigneter Weise einzuschränken, während die piezoelektrischen Eigenschaften erhalten bleiben.
  • Bei der vorliegenden Erfindung können mehrere piezoelektrische Schichten und mehrere Innenelektrodenschichten abwechselnd im Laminatkörper laminiert sein. In diesem Fall sind vorzugsweise die Innenschlitzmuster zweier über eine piezoelektrische Schicht nebeneinander liegender Innenelektrodenschichten ohne in einer Laminierrichtung miteinander zu überlappen örtlich verschoben auf einem beliebigen Querschnitt des Laminatkörpers senkrecht zur ersten Achse oder zur zweiten Achse. Mit der vorab erwähnten Laminierungsstruktur weist das piezoelektrische Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung eine weiter verbesserte Ebenheit des Laminatkörpers auf.
  • Wenn der Laminatkörper mehrere piezoelektrische Schichten und mehrere Innenelektrodenschichten enthält, ist es darüber hinaus bevorzugt, eine Vielschichtstruktur zu verwenden, bei der Bedeckungsraten der Innenelektrodenschichten pro Schicht fortschreitend von einer untersten Schicht zu einer obersten Schicht in Laminierrichtung auf einem optionalen Querschnitt des Laminatkörpers senkrecht zur ersten Achse oder zur zweiten Achse zunehmen oder abnehmen. In dieser Mehrschichtstruktur kann das piezoelektrische Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung die piezoelektrischen Eigenschaften auf gewünschte Werte steuern.
  • Im oben genannten Fall beträgt die Differenz der Bedeckungsraten zwischen der Innenelektrodenschicht mit einer maximalen Bedeckungsrate und der Innenelektrodenschicht mit einer minimalen Bedeckungsrate vorzugsweise 3,0% oder mehr und 15% oder weniger.
  • Das piezoelektrische Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Umwandlungselement für elektrische Energie und mechanische Energie verwendet werden. Das piezoelektrische Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise anwendbar für Antriebsaktoren, Haptikeinrichtungen, piezoelektrische Summer, piezoelektrische Schallgeber, Ultraschallmotoren, Lautsprecher etc. und wird besonders vorteilhaft für Haptik und piezoelektrische Lautsprecher verwendet.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 2 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptteils, der entlang der in 1 gezeigten Linie II-II geschnitten wurde;
    • 3A ist eine Draufsicht, die ein Innenelektrodenmuster zeigt, das im piezoelektrischen Vielschichtbauelement der 1 enthalten ist;
    • 3B ist eine vergrößerte Draufsicht eines Hauptteils, die ein Innenelektrodenmuster gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 4 ist eine perspektivische Explosionszeichnung des in 1 gezeigten Laminatkörpers;
    • 5A ist eine Draufsicht, die ein Innenelektrodenmuster gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 5B ist eine Draufsicht, die ein Innenelektrodenmuster gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 6 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptteils eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 7 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptteils eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 8A ist eine Draufsicht, die ein Innenelektrodenmuster gemäß Beispiel 1 zeigt;
    • 8B ist eine Draufsicht, die ein Innenelektrodenmuster gemäß Beispiel 2 zeigt;
    • 8C ist eine Draufsicht, die ein Innenelektrodenmuster gemäß Beispiel 4 zeigt;
    • 9A ist eine Draufsicht, die ein Innenelektrodenmuster gemäß Vergleichsbeispiel 1 zeigt; und
    • 9B ist eine Draufsicht, die ein Innenelektrodenmuster gemäß Vergleichsbeispiel 2 zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsformen erläutert.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Wie in 1 dargestellt, weist ein piezoelektrisches Bauelement 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement 2 und eine Vibrationsplatte 30 auf. Das piezoelektrische Vielschichtbauelement 2 ist mittels einer Klebstoffschicht 32 auf der Vibrationsplatte 30 befestigt.
  • Im piezoelektrischen Bauelement 1 wird die Vibrationsplatte 30 zur Verstärkung der Auslenkung des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 2 verwendet. Wenn das piezoelektrische Bauelement 1 beispielsweise für Haptik verwendet wird, wird durch die Schwingung der Vibrationsplatte 30 eine taktile Rückkopplung erzielt. Wenn das piezoelektrische Bauelement 1 für akustische Anwendungen verwendet wird, wie beispielsweise piezoelektrische Summer und piezoelektrische Lautsprecher, wird durch die Vibration der Vibrationsplatte 30 ein Ton erzeugt.
  • Die Vibrationsplatte 30 wird aus einem elastischen Material hergestellt, wie beispielsweise Metallmaterial aus Ni, Ni-Fe-Legierung, Messing, Edelstahl etc. Die Dicke und Größe der Vibrationsplatte 30 werden auf der Grundlage der Verwendung des piezoelektrischen Bauelements 1 angemessen bestimmt und sind nicht eingeschränkt. Zum Beispiel kann die Dicke der Vibrationsplatte 30 0,1 mm bis 0,5 mm betragen, und die Größe der Vibrationsplatte 30 kann in der Draufsicht etwa 1 bis 3 mal so groß sein wie die des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 2.
  • Wie oben erwähnt, ist das piezoelektrische Vielschichtbauelement 2 mittels einer Klebstoffschicht 32 auf der Vibrationsplatte 30 befestigt. Die Klebstoffschicht 32 ist aus einem Verbindungsmaterial wie beispielsweise Epoxidharz, Acrylharz, Silikonharz und Butyralharz. Vorzugsweise hat die Klebstoffschicht 32 jedoch eine elektrische Isolierung ohne einen leitfähigen Füllstoff zu enthalten. Wenn die Klebstoffschicht 32 eine elektrische Isolierung aufweist, gibt es keinen Kurzschluss zwischen einer ersten Außenelektrode 6 und einer zweiten Außenelektrode 8, wie unten erwähnt, auch wenn die Vibrationsplatte 30 aus Metall gefertigt ist.
  • Vorzugsweise beträgt die Dicke der Klebstoffschicht 32 10 µm bis 1000 µm. Wenn die Dicke der Klebstoffschicht 32 im oben genannten Bereich liegt, kann eine vom piezoelektrischen Vielschichtbauelement 2 erzeugte Auslenkung effektiv auf die Vibrationsplatte 30 übertragen werden, wobei die Haftung zwischen dem piezoelektrischen Vielschichtbauelement 2 und der Vibrationsplatte 30 erhalten bleibt.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 1 gezeigt, ist das piezoelektrische Vielschichtbauelement 2 durch einen Laminatkörper 4, eine erste Außenelektrode 6 und eine zweite Außenelektrode 8 aufgebaut.
  • Der Laminatkörper 4 hat eine im Wesentlichen rechteckige Parallelepipedform und weist eine Vorderseitenfläche 4a und eine Rückseitenfläche 4b im Wesentlichen senkrecht zur Z-Achsen-Richtung, Seitenflächen 4c und 4d im Wesentlichen senkrecht zur X-Achsen-Richtung und Seitenflächen 4e und 4f im Wesentlichen senkrecht zur Y-Achsen-Richtung auf. Im Übrigen kann eine isolierende Schutzschicht (nicht abgebildet) auf den Seitenflächen 4c bis 4f des Laminatkörpers 4 ausgebildet werden, mit Ausnahme der Bereiche, in denen die Außenelektroden 6 und 8 ausgebildet sind. In den Figuren stehen die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse im Wesentlichen senkrecht zueinander.
  • Zum Beispiel kann der Laminatkörper 4 eine Breite in X-Achsen-Richtung von 3 mm bis 1000 mm, eine Breite in Y-Achsen-Richtung von 3 mm bis 1000 mm und eine Höhe in Z-Achsen-Richtung von 0,03 mm bis 800 mm aufweisen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel betragen die Breite in Richtung der X-Achse und die Breite in Richtung der Y-Achse vorzugsweise 250 mm oder mehr, und die Höhe beträgt vorzugsweise 300 µm oder weniger.
  • Die erste Außenelektrode 6 hat einen ersten Seitenflächenabschnitt 6a, der entlang der Seitenfläche 4c des Laminatkörpers 4 ausgebildet ist, und einen ersten Vorderseitenflächenabschnitt 6b, der entlang der Vorderseitenfläche 4a des Laminatkörpers 4 ausgebildet ist. Der erste Seitenflächenabschnitt 6a und der erste Vorderseitenflächenabschnitt 6b haben eine im Wesentlichen rechteckige Form und sind an ihrer Schnittlinie miteinander verbunden. Im Übrigen sind der erste Seitenflächenabschnitt 6a und der erste Vorderseitenflächenabschnitt 6b in den Figuren getrennt aufgezeigt, sind aber tatsächlich einteilig ausgebildet.
  • Die zweite Außenelektrode 8 ist gleich geformt wie die erste Außenelektrode 6. Das heißt, die zweite Außenelektrode 8 hat einen zweiten Seitenflächenabschnitt 8a, der entlang der Seitenfläche 4d des Laminatkörpers 4 ausgebildet ist, und einen zweiten Vorderseitenflächenabschnitt 8b, der entlang der Vorderseitenfläche 4a des Laminatkörpers 4 ausgebildet ist, und der zweite Seitenflächenabschnitt 8a und der zweite Vorderseitenflächenabschnitt 8b sind an ihrer Schnittlinie miteinander verbunden. Im Übrigen sind der erste Vorderseitenflächenabschnitt 6b und der zweite Vorderseitenflächenabschnitt 8b voneinander entfernt und elektrisch isoliert auf der Stirnfläche 4a des Laminatkörpers 4 ausgebildet. Der erste Seitenflächenabschnitt 6a und der zweite Seitenflächenabschnitt 8a sind über die Klebstoffschicht 32 auf der Rückseitenfläche 4b des Laminatkörpers 4 elektrisch isoliert.
  • Wie in 2 gezeigt weist der Laminatkörper 4 eine innere Struktur auf, bei der piezoelektrische Schichten 10 und Innenelektrodenschichten 16 abwechselnd entlang der Laminierrichtung (Z-Achsen-Richtung) laminiert sind. Die Innenelektrodenschichten 16 sind so laminiert, dass Zuführungsteile 16a abwechselnd an der Seitenfläche 4c oder 4d des Laminatkörpers 4 freiliegen und über die freiliegenden Zuführungsteile 16a elektrisch mit der ersten Außenelektrode 6 oder der zweiten Außenelektrode 8 verbunden sind.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel haben die piezoelektrischen Schichten 10 an einem Kernteil des Laminatkörpers 4 einen piezoelektrisch aktiven Abschnitt 12, der von den Innenelektrodenschichten 16 eingeschlossen ist. Das heißt, der piezoelektrisch aktive Abschnitt 12 bedeutet einen Bereich, der von der in 2 dargestellten gestrichelten Linie umgeben ist und eine mechanische Auslenkung aufweist, die durch das Anlegen einer Spannung mittels der erste Außenelektrode 6 und die zweite Außenelektrode 8 mit zueinander unterschiedlichen Polaritäten erzeugt wird.
  • Die piezoelektrischen Schichten 10 sind aus einem beliebigen Material, das einen piezoelektrischen Effekt oder einen inversen piezoelektrischen Effekt aufweist, wie beispielsweise PbZrxTi1 bis xO3 (PZT), BaTiO3 (BT), BiNaTiO3 (BNT), BiFeO3 (BFO), (Bi2O2)2+(Am-1BmO3m+1)2- (BLSF) und (K, Na)NbO3 (KNN). Insbesondere wird vorzugsweise ein bleifreies Material verwendet. Die piezoelektrischen Schichten 10 können eine Subkomponente zur Eigenschaftsverbesserung oder ähnliches enthalten. Die Menge der Subkomponente wird auf der Grundlage der gewünschten Eigenschaften geeignet bestimmt.
  • Im Übrigen hat jede der piezoelektrischen Schichten 10 eine beliebige Dicke, vorzugsweise aber eine Dicke von etwa 0,5 bis 100 µm im vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die Laminierungsanzahl der piezoelektrischen Schichten 10 beträgt zwei oder mehr und hat keine Obergrenze, sondern liegt vorzugsweise bei etwa 3 bis 20. Die Laminierungsanzahl der piezoelektrischen Schichten 10 wird auf der Grundlage der Verwendung des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 2 geeignet bestimmt.
  • Die Innenelektrodenschichten 16 bestehen aus einem beliebigen leitfähigen Material, wie beispielsweise Edelmetall aus Ag, Pd, Au, Pt etc., Legierungen dieser (Ag-Pd oder so), unedles Metall aus Cu, Ni etc. und Legierungen dieser. Jede der Innenelektrodenschichten 16 weist ebenfalls eine beliebige Dicke auf, vorzugsweise jedoch eine Dicke von etwa 0,5 bis 2,0 µm. Die Laminierungsanzahl der Innenelektrodenschichten 16 wird auf der Grundlage der Laminierungsanzahl der piezoelektrischen Schichten 10 bestimmt.
  • Die erste Außenelektrode 6 und die zweite Außenelektrode 8 sind ebenfalls aus einem leitfähigen Material hergestellt und können aus einem gleichen Material sein wie das leitfähige Material, das die Innenelektroden bildet. Die erste Außenelektrode 6 und die zweite Außenelektrode 8 können durch Mischen eines leitfähigen Metallpulvers aus Ag, Cu etc. mit einem Glaspulver aus SiO2 etc. und Brennen der Mischung gebildet werden. Im Übrigen kann außen auf der ersten Außenelektrode 6 und der zweiten Außenelektrode 8 auch eine Plattierungsschicht, eine Sputterschicht oder dergleichen, die die oben erwähnten verschiedenen Metalle enthält, gebildet werden.
  • 3A ist eine schematische Draufsicht, die ein Innenelektrodenmuster 26a illustriert, das im Laminatkörper 4 enthalten ist. Im unteren Teil der Z-Achse in 3A befindet sich die piezoelektrische Schicht 10 entlang der Ebene aufweisend die X-Achse und die Y-Achse und hat Seitenflächen 4c1 bis 4f1, die den Seitenflächen 4c bis 4f des Laminatkörpers 4 entsprechen (siehe 1). Somit ist das Innenelektrodenmuster 26a auf die Oberfläche jeder der piezoelektrischen Schichten 10 laminiert und hat eine im Wesentlichen rechteckige Form in der Draufsicht.
  • Bei dem in 3A gezeigten Innenelektrodenmuster 26a sind die Zuführungsteile 16a der Innenelektrodenschichten 16 zur Seitenfläche 4c1 hin freiliegend. Andererseits sind die äußeren umlaufenden Ränder 16b der Innenelektrodenschichten 16 an den Stellen ohne die Zuführungsteile 16a zu keiner der Seitenflächen 4d1 bis 4f1 hin freiliegend. Das heißt, in der in 3A gezeigten Draufsicht ist eine Fläche der Innenelektrodenschichten 16 (X1 × Y1) kleiner als die der piezoelektrischen Schichten 10 (X0 × Y0), und auf der Oberfläche der piezoelektrischen Schichten 10 befindet sich ein unbedeckter Teil 14, der nicht mit den Innenelektrodenschichten 16 bedeckt ist.
  • Konkret kann eine Breite X1 der Innenelektrodenschichten 16 in Richtung der X-Achse etwa 0,95-mal bis 0,999-mal so groß sein wie eine Breite X0 der piezoelektrischen Schichten 10 in Richtung der X-Achse und eine Breite Y1 der Innenelektrodenschichten 16 in Richtung der Y-Achse kann etwa 0,95-mal bis 0,999-mal so groß sein wie eine Breite Y0 der piezoelektrischen Schichten 10 in Richtung der Y-Achse. Wenn die Fläche der Innenelektrodenschichten 16 in dem oben genannten Bereich eingestellt wird, kann der Kurzschluss der in Laminierrichtung nebeneinander liegenden Innenelektrodenschichten 16 verhindert werden, während der Bereich der piezoelektrisch aktiven Bereiche 12 ausreichend gesichert ist.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind auf den Innenelektrodenschichten 16 ein erster Schlitz 21 im Wesentlichen parallel zur X-Achse und ein zweiter Schlitz 22 im Wesentlichen parallel zur Y-Achse ausgebildet. Hierbei bedeuten die Schlitze eine Stelle, an der ein Leiter, der die Innenelektrodenschichten 16 bildet, im Innenelektrodenmuster 26a nicht vorhanden ist. Das heißt, die piezoelektrischen Schichten 10 befinden sich im laminierten Zustand im ersten Schlitz 21 und im zweiten Schlitz 22.
  • Für jeden des ersten Schlitzes 21 und des zweiten Schlitzes 22 ist es notwendig, mindestens einen oder mehrere Schlitze zu bilden. Die Einzelheiten werden weiter unten erwähnt, aber wenn sowohl der erste Schlitz 21 als auch der zweite Schlitz 22 gebildet werden, verbessert sich die Ebenheit des Laminatkörpers 4, und Risse, die im Laminatkörper 4 entstehen, können eingedämmt werden. Diese Effekte können weiter verstärkt werden, indem man die Bildungsstelle oder die Anzahl jedes der Schlitze 21 und 22 festlegt. Im ersten Ausführungsbeispiel werden die Details erläutert für den Fall der Bildung eines Außenumfangsschlitzmusters 20 durch Kombination des ersten Schlitzes 21 und des zweiten Schlitzes 22.
  • Im Innenelektrodenmuster 26a gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie in 3A gezeigt, wird ein Außenumfangsschlitzmuster 20 auf einem Außenumfang der Innenelektrodenschichten 16 gebildet. Das Außenumfangsschlitzmuster 20 enthält einen ersten Außenumfangsschlitz 21a, der im Wesentlichen parallel zur X-Achse verläuft, und einen zweiten Außenumfangsschlitz 22a, der im Wesentlichen parallel zur Y-Achse verläuft. Hierbei ist der Außenumfang der Innenelektrodenschichten 16 ein Bereich, der mit den äußeren umlaufenden Rändern 16b der Innenelektrodenschichten 16 in Kontakt steht, und der erste Außenumfangsschlitz 21a und der zweite Außenumfangsschlitz 22a sind an den äußeren umlaufenden Rändern 16b der Innenelektrodenschichten 16 nach außen hin offen.
  • Insbesondere ist die Gesamtzahl der im Außenumfangsschlitzmuster 20 enthaltenen Schlitze acht in 3A. Wenn sie kategorisiert werden, sind vier erste Außenumfangsschlitze 21a und vier zweite Außenumfangsschlitze 22a ausgebildet.
  • Wie in 3A gezeigt, sind sowohl die ersten Außenumfangsschlitze 21a als auch die zweiten Außenumfangsschlitze 22a in der Nähe der Ecken 16c der Innenelektrodenschichten 16 ausgebildet. Konkret bedeutet „in der Nähe der Ecken 16c“ eine Fläche, die durch die Bezugszeichen X3 und Y3 in 3A angegeben ist. Das Bezugszeichen Y3 stellt einen Abstand von der Ecke 16c zum ersten Außenumfangsschlitz 21a dar und bedeutet eine Bildungsstelle des ersten Außenumfangsschlitzes 21a in Richtung der Y-Achse. Andererseits repräsentiert die Referenz X3 einen Abstand von der Ecke 16c zum zweiten Außenumfangsschlitz 22a und bedeutet eine Bildungsstelle des zweiten Außenumfangsschlitzes 22a in Richtung der X-Achse.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt Y3 vorzugsweise etwa 1/7 bis 1/2 (noch bevorzugter etwa 1/7) der Breite Y1 der Innenelektrodenschichten 16 in Richtung der Y-Achse. Währenddessen beträgt X3 ebenfalls vorzugsweise etwa 1/7 bis 1/2 (noch bevorzugter etwa 1/7) der Breite X1 der Innenelektrodenschichten 16 in Richtung der X-Achsen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die ersten Außenumfangsschlitze 21a und die zweiten Außenumfangsschlitze 22a vorzugsweise in Bereichen ausgebildet, für die X3 und Y3 in die oben genannten Bereiche fallen (d.h. in der Nähe der Ecken 16c).
  • Die Breite Wa1 der Außenumfangsschlitze 21a in der kurzen Richtung (Y-Achsen-Richtung) kann 0,01 mm bis 0,8 mm betragen und ist vorzugsweise 0,03 mm bis 0,6 mm. Die Länge X2 der ersten Außenumfangsschlitze 21a in der Längsrichtung (X-Achsen-Richtung) kann etwa 1/10 bis 1/7 (vorzugsweise 1/8 oder weniger) der Breite X1 der Innenelektrodenschichten 16 in der X-Achsen-Richtung (X2/X1) betragen.
  • Die zweiten Außenumfangsschlitze 22a haben eine gleiche Größe wie die ersten Außenumfangsschlitze 21a. Das heißt, die Breite Wa2 der zweiten Außenumfangsschlitze 22a in der kurzen Richtung (X-Achsen-Richtung) kann 0,01 mm bis 0,8 mm betragen und ist vorzugsweise 0,03 mm bis 0,6 mm. Die Länge Y2 der zweiten Außenumfangsschlitze 22a in der Längsrichtung (Y-Achsen-Richtung) kann etwa 1/10 bis 1/7 (vorzugsweise 1/8 oder weniger) der Breite Y1 der Innenelektrodenschichten 16 in der Y-Achsen-Richtung (Y2/Y1) betragen.
  • Bei der Ausgestaltung jedes Schlitzes (21a, 22a) werden die ersten Außenumfangsschlitze 21a und die zweiten Außenumfangsschlitze 22a vorzugsweise so ausgebildet, dass sie getrennt sind, ohne sich in der Umgebung der Ecke 16c miteinander zu verbinden. Das heißt, dass die Innenelektrodenschicht 16 vorzugsweise nicht durch die ersten Außenumfangsschlitze 21a oder die zweiten Außenumfangsschlitze 22a getrennt ist, sondern einstückig als eine einzige Elektrode auf einem einzigen Innenelektrodenmuster 26a ausgebildet ist. Wenn die Innenelektrodenschicht 16 einstückig und kontinuierlich gebildet wird, ist es möglich, eine effektive Elektrodenfläche für das Auftreten des piezoelektrischen Effekts zu vergrößern, und die piezoelektrischen Eigenschaften (insbesondere die Auslenkung) des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 2 werden begünstigt.
  • 4 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Laminatkörpers 4. Wenn drei oder mehr piezoelektrische Schichten 10 laminiert werden, wie in 4 gezeigt, werden mehrere Innenelektrodenmuster 26a abwechselnd mit den piezoelektrischen Schichten 10 laminiert.
  • In 4 hat das Innenelektrodenmuster 26a an der zweiten Schicht eine Form, bei der das Innenelektrodenmuster 26a an der ersten Schicht um 180 Grad um die Z-Achse gedreht ist. Das heißt, der Zuführungsteil 16a der Innenelektrodenschicht 16 des Innenelektrodenmusters 26a an der zweiten Schicht ist zur Seitenfläche 4d1 hin freiliegend. Wenn eine Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten 10 und Innenelektrodenmustern 26a wie in 4 gezeigt laminiert wird, ist es möglich, einen Auslenkungsbetrag und eine Antriebskraft im Vergleich zu einem nicht-vielschichtigen piezoelektrischen Bauelement zu erhöhen.
  • In den beiden Innenelektrodenmustern 26a, die über die piezoelektrische Schicht 10 nebeneinander liegen (beispielsweise an der ersten und der zweiten Schicht), können sich die in den Mustern 26a enthaltenen Außenumfangsschlitzmuster 20 in Laminierrichtung überlappen oder örtlich verschoben sein, ohne sich in Laminierrichtung gegenseitig zu überlappen.
  • Um eine Form des Außenumfangsschlitzmusters 20 jeder der Innenelektrodenschichten 16 im Zustand des piezoelektrischen Bauelements 1 (fertiggestelltes Produkt) zu bestätigen, werden Querschnitte des Laminatkörpers 4 mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) oder ähnlichem betrachtet. Insbesondere können die Bildungsstelle und die Größe des Außenumfangsschlitzes 21a durch eine REM-Betrachtung von Y-Z-Querschnitten des Laminatkörpers 4 entlang der X-Achse in vorbestimmten Abständen bestimmt werden. Ebenso können die Bildungsstelle und die Größe des Außenumfangsschlitzmusters 22a durch eine REM-Betrachtung von X-Z-Querschnitten des Laminatkörpers 4, wie in 2 gezeigt, entlang der Y-Achse in vorbestimmten Abständen bestimmt werden.
  • Das Außenumfangsschlitzmuster 20 des fertiggestellten Produkts kann jedoch mit jeder anderen Methode abgesehen von der oben genannten Methode bestimmt werden und kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass nur die Umgebung der Ecken des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 2 geschnitten wird und die X-Y-Querschnitte der Schnittproben mittels REM betrachtet werden.
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erläutert. Das piezoelektrische Bauelement 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird durch ein beliebiges Verfahren hergestellt und kann beispielsweise durch das folgende Verfahren hergestellt werden.
  • Zunächst wird ein Schritt zur Herstellung des Laminatkörpers 4 zur Bildung des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 2 erläutert. Im Schritt der Herstellung des Laminatkörpers 4 werden Keramikgrünfolien, als piezoelektrische Schichten 10 nach dem Brennen, und eine leitfähige Paste, als Innenelektrodenschichten 16 nach dem Brennen, vorbereitet.
  • Zum Beispiel werden die Keramikgrünfolien auf folgende Weise hergestellt. Zunächst wird ein Rohmaterial der piezoelektrischen Schichten 10 durch Nassmischen oder ähnlichem gleichmäßig gemischt, getrocknet und mit entsprechend festgelegten Brennbedingungen kalziniert, und das kalzinierte Pulver wird nass pulverisiert. Dann wird das pulverisierte kalzinierte Pulver mit einem Bindemittel versetzt, um es in eine Aufschlämmung zu verwandeln. Die Aufschlämmung wird mittels Rakel-, Siebdruck- oder ähnlichem Verfahren in Folien umgewandelt und getrocknet, um Keramikgrünfolien zu erhalten. Gelegentlich kann das Rohmaterial der piezoelektrischen Schichten 10 unvermeidbare Verunreinigungen enthalten.
  • Als nächstes wird eine Elektrodenpaste, die ein leitfähiges Material enthält, durch ein Druckverfahren oder ähnliches auf die Keramikgrünfolien aufgetragen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Elektrodenpaste aufgetragen, um das in 3A gezeigte Innenelektrodenmuster 26a zu bilden. Die Strukturierung wird mit einer bekannten Methode durchgeführt. Grünfolien, bei denen ein Innenelektrodenpastenfilm mit einem vorbestimmten Muster gebildet wird, werden dadurch erhalten.
  • Als nächstes werden die vorbereiteten Grünfolien in einer vorgegebenen Reihenfolge laminiert. Das heißt, dass, wie in 4 dargestellt, die vorbereiteten Grünfolien so laminiert werden, dass die Innenelektrodenmuster 26a abwechselnd in eine entgegengesetzte Richtung zeigen. Nur eine Keramikgrünfolie wird auf die oberste Schicht entlang der Z-Achse laminiert, die nach dem Brennen die Vorderseitenfläche 4a des Laminatkörpers 4 bildet.
  • Nachdem die Grünfolien laminiert sind, werden sie mit Druck verbunden, den notwendigen Schritten unterzogen (beispielsweise Trocknungsschritt, Bindemittelentfernungsschritt) und gebrannt, um den Laminatkörper 4 zu erhalten. Wenn die Innenelektrodenschichten aus einem Edelmetall (beispielsweise Ag-Pd-Legierung) gefertigt sind, wird der Brand vorzugsweise bei einer Ofentemperatur von 800 bis 1200°C unter Atmosphärendruckbedingungen durchgeführt. Wenn die Innenelektrodenschichten aus einem unedlen Metall (beispielsweise Cu, Ni) bestehen, wird der Brand vorzugsweise bei einem Sauerstoffpartialdruck von 1 × 10-7 bis 1 × 10-9 MPa und einer Ofentemperatur von 800 bis 1200°C durchgeführt.
  • Die erste Außenelektrode 6 und die zweite Außenelektrode 8 werden auf dem einem Sinterschritt unterzogenen Laminatkörper 4 durch Sputtern, Verdampfen, Plattieren, Tauchbeschichtung oder dergleichen ausgebildet. Die erste Außenelektrode 6 wird von der Vorderseitenfläche 4a bis zur Seitenfläche 4c des Laminatkörpers 4 ausgeformt, und die zweite Außenelektrode 8 wird von der Vorderseitenfläche 4a bis zur Seitenfläche 4d des Laminatkörpers 4 ausgeformt. Um eine isolierende Schicht zu bilden, kann ein isolierendes Harz auf die Seitenflächen 4d bis 4f des Laminatkörpers 4 aufgetragen werden, auf denen die Außenelektroden 6 und 8 nicht ausgebildet sind. Dadurch erhält man das piezoelektrische Vielschichtbauelement 2 mit dem Laminatkörper 4, der ersten Außenelektrode 6 und der zweiten Außenelektrode 8.
  • Als nächstes wird das so erhaltene piezoelektrische Vielschichtbauelement 2 auf der Vibrationsplatte 30 befestigt. In diesem Schritt wird zunächst ein Klebstoffmaterial, das die Klebstoffschicht 32 bildet, aufgetragen und dünn auf der Oberfläche der Vibrationsplatte 30 verteilt. Danach wird das piezoelektrische Vielschichtbauelement 2 auf die Vibrationsplatte durch Aufdrücken oder dergleichen geklebt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Druckkraft gegen den Elementkörper vorzugsweise auf einen zentralen Teil des Laminatkörpers 4 ausgeübt.
  • Bevor oder nachdem die Vibrationsplatte befestigt wird, wird eine Polarisationsbehandlung durchgeführt, so dass die piezoelektrischen Schichten 10 piezoelektrische Aktivität aufweisen. Die Polarisation erfolgt durch Anlegen eines elektrischen Gleichstromfeldes von 1 bis 10 kV/mm an die erste Außenelektrode 6 und die zweite Außenelektrode 8 in einem isolierenden Öl von etwa 80 bis 120 Grad. Im Übrigen hängt das anzulegende elektrische Gleichstromfeld vom Material ab, das die piezoelektrischen Schichten 10 bildet. Das in 1 gezeigte piezoelektrische Bauelement 1 wird durch die Schritte erhalten.
  • Im Übrigen ist oben ein Verfahren zur Herstellung eines einzelnen piezoelektrischen Vielschichtbauelements 2 dargestellt, aber es kann eine Grünfolie verwendet werden, auf der mehrere Innenelektrodenmuster 26a in einer einzigen Folie gebildet werden. Ein Verbundlaminatkörper, der mit einer solchen Folie gebildet wird, wird vor oder nach dem Brennen in geeigneter Weise zugeschnitten, und man erhält schließlich eine Mehrzahl von Elementen mit der in 1 gezeigten Form.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sowohl die ersten Schlitze 21 parallel zur X-Achse als auch die zweiten Schlitze 22 parallel zur Y-Achse in den Innenelektrodenschichten 16 ausgebildet. Insbesondere ist im ersten Ausführungsbeispiel das Außenumfangsschlitzmuster 20 mit den ersten Außenumfangsschlitzen 21a (entsprechend den ersten Schlitzen 21) und den zweiten Außenumfangsschlitzen 22a (entsprechend den zweiten Schlitzen 22) am Außenumfang der Innenelektrodenschichten 16 ausgebildet.
  • Aufgrund der oben erwähnten Struktur kann das piezoelektrische Vielschichtbauelement 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verhindern, dass sich der Laminatkörper 4 im Brennschritt abnormal verformt (Verkrümmung, Schwellung etc.), und weist eine verbesserte Ebenheit auf. Zusätzlich kann das piezoelektrische Vielschichtbauelement 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eher als zuvor weniger im Laminatkörper 4 erzeugte Risse haben. Der Grund, warum solche Effekte auf weniger Verformung und weniger Risse auftreten, ist beispielsweise wie folgt denkbar.
  • Im Laminatkörper 4 des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 2 schrumpfen die piezoelektrischen Schichten 10 und die Innenelektrodenschichten 16 im oben erwähnten Brennschritt im Volumen. Zu diesem Zeitpunkt sind die Verhaltensweisen bei der thermischen Schrumpfung zwischen den piezoelektrischen Schichten 10 und den Innenelektrodenschichten 16 voneinander verschieden. Da der Schrumpfungsfaktor der Innenelektrodenschichten 16 normalerweise grösser ist als der der piezoelektrischen Schichten 10, wird in den Innenelektrodenschichten 16 eine Schrumpfspannung und in den piezoelektrischen Schichten 10 eine Zugspannung erzeugt. Es ist denkbar, dass die im Inneren des Laminatkörpers 4 erzeugten Spannungen eine anormale Verformung (Verkrümmung, Schwellung etc.) oder Risse im Laminatkörper 4 verursachen. Wenn der Laminatkörper 4 eine anormale Verformung oder Risse aufweist, wird die Auslenkung des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 2 gestört, und es können keine ausreichenden piezoelektrischen Eigenschaften erreicht werden.
  • Insbesondere ist es denkbar, dass die in den Innenelektrodenschichten 16 erzeugte Spannung vom Außenumfang der Innenelektrodenschichten 16, wo Wärme leicht zugeführt werden kann, zur Innenseite hin erzeugt wird, wo Wärme nur schwer zugeführt werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Schlitze sowohl in Richtung der X-Achse als auch in Richtung der Y-Achse entsprechend der Richtungscharakteristik dieser Spannung gebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es dadurch denkbar, dass die Spannung, die durch den Schrumpfungsunterschied zwischen den Innenelektrodenschichten 16 und den piezoelektrischen Schichten 10 erzeugt wird, wirksam reduziert wird.
  • Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Außenumfangsschlitzmuster 20 am Außenumfang der Innenelektrodenschichten 16 gebildet wird, der besonders leicht von den Spannungen beeinflusst wird, lassen sich die Spannungen leichter abbauen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es dadurch möglich, die Erzeugung einer anormalen Verformung und von Rissen des Laminatkörpers wirksamer einzudämmen. Zusätzlich kann das piezoelektrische Vielschichtbauelement 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Laminatkörper 4 mit einer günstigen Ebenheit aufweisen und die Erzeugung von Rissen im Laminatkörper 4 ausreichend einschränken, selbst wenn der Laminatkörper 4 bis zu einer Höhe von 300 µm oder weniger gedünnt oder bis zu einer Breite von 250 mm oder mehr verbreitert wird.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 3A gezeigt, beträgt die Gesamtzahl der ersten Außenumfangsschlitze 21a und der zweiten Außenumfangsschlitze 22a vorzugsweise mindestens vier oder mehr. Wenn eine Mehrzahl von ersten Außenumfangsschlitzen 21a und zweiten Außenumfangsschlitzen 22a auf diese Weise gebildet wird, ist es möglich, die Ebenheit des Laminatkörpers 4 weiter zu verbessern.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sowohl die Breite Wa1 der ersten Außenumfangsschlitze 21a in der kurzen Richtung als auch die Breite Wa2 der zweiten Außenumfangsschlitze 22a in der kurzen Richtung vorzugsweise 0,03 mm oder mehr und 0,6 mm oder weniger. Wenn die Breiten der Außenumfangsschlitze (21a, 22a) auf den oben genannten Bereich eingestellt werden, ist es möglich, eine anormale Verformung des Laminatkörpers 4 unter Beibehaltung der piezoelektrischen Eigenschaften in geeigneter Weise zu begrenzen.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können die Innenelektrodenschichten 16 in der Draufsicht eine im Wesentlichen rechteckige Form haben. In diesem Fall sind die ersten Außenumfangsschlitze 21a und die zweiten Außenumfangsschlitze 22a vorzugsweise in der Nähe der Ecken 16c der Innenelektrodenschichten 16 ausgebildet.
  • Wenn die Laminieroberfläche (flache Oberfläche) im Wesentlichen rechteckig ist, wirkt sich die in den Innenelektrodenschichten 16 erzeugte Spannung besonders auf die Ecken 16c der Innenelektrodenschichten 16 aus. Daher sind die Ecken des Laminatkörpers 4 üblicherweise leicht verzogen. Im piezoelektrischen Vielschichtbauelement 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann, da die ersten Außenumfangsschlitze 21a und die zweiten Außenumfangsschlitze 22a in der Nähe der Ecken 16c ausgebildet sind, die Ebenheit des Laminatkörpers 4 weiter verbessert werden.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann eine effektive Elektrodenfläche der Innenelektrodenschichten 16 groß sein, indem das Außenumfangsschlitzmuster 20 mit den oben genannten Merkmalen gebildet wird. Das heißt, die Rate des unbedeckten Teils 14 kann in der in 3A gezeigten Ebene klein sein.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Im Folgenden wird das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand von 3B erläutert. Im Übrigen wird diejenige Struktur des zweiten Ausführungsbeispiels, die mit der des ersten Ausführungsbeispiels übereinstimmt, nicht erklärt und mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 3B zeigt ein Innenelektrodenmuster 26b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Hauptteil des Innenelektrodenmusters 26b. Wie beim Innenelektrodenmuster 26a gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Außenumfangsschlitzmuster 20 mit den ersten Außenumfangsschlitzen 21a und den zweiten Außenumfangsschlitzen 22a auf dem Außenumfang der Innenelektrodenschichten 16 ausgebildet. Insbesondere sind die ersten Außenumfangsschlitze 21a und die zweiten Außenumfangsschlitze 22a in der Nähe der Ecken 16c der Innenelektrodenschichten 16 ausgebildet.
  • Wie in 3B gezeigt, ist das zweite Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass die Ecken 16c der Innenelektrodenschichten 16, die Ecken 21ac der ersten Außenumfangsschlitze 21a und die Ecken 22ac der zweiten Außenumfangsschlitze 22a rund sind. Vorzugsweise hat diese Rundung an jeder Ecke einen Krümmungsradius von 0,1 mm oder mehr.
  • Wenn ein elektrisches Gleichstromfeld bei der Polarisation angelegt wird, konzentriert sich das elektrische Feld tendenziell auf die Ecken 16c, 21ac und 22ac der Innenelektrodenschichten 16. Insbesondere wenn die piezoelektrischen Schichten 10 aus einem bleifreien Material gefertigt sind, ist die Nennspannung für die Polarisation hoch, und ein Kurzschluss wird leicht an den Ecken 16c, 21ac und 22ac bei der Polarisation erzeugt.
  • Da die Ecken 16c der Innenelektrodenschichten 16 und die Ecken 21ac und 22ac des Außenumfangsschlitzmusters 20 mit einem vorgegebenen Krümmungsradius abgerundet sind, kann im zweiten Ausführungsbeispiel verhindert werden, dass sich ein elektrisches Feld auf die oben genannten Ecken konzentriert. Im zweiten Ausführungsbeispiel kann das piezoelektrische Vielschichtbauelement 2 dadurch eine große Polarisationsrate haben, dass man eine höhere Spannung als vorher anlegt oder dass man eine höhere Temperatur eines isolierenden Öls bei der Polarisation hat. Infolgedessen wird der Auslenkungsbetrag des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 2 weiter verbessert.
  • Drittes Ausführungsbeispiel Im Folgenden wird das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand von Figur 5A, Figur 5B und Figur 6 erläutert. Im Übrigen wird die Struktur des dritten Ausführungsbeispiels, die mit der des ersten Ausführungsbeispiels gemeinsam ist, nicht erklärt und mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement 200 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist ein Innenelektrodenmuster 26c1 auf, wie in 5A dargestellt. Beim Innenelektrodenmuster 26c1, wie beim Innenelektrodenmuster 26a gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in 3A, ist das Außenumfangsschlitzmuster 20 auf dem Außenumfang der Innenelektrodenschichten 16 ausgebildet. Die Merkmale des Außenumfangsschlitzmusters 20 sind beim dritten Ausführungsbeispiel und beim ersten Ausführungsbeispiel gleich.
  • Im Innenelektrodenmuster 26c1 wird zusätzlich zum Außenumfangsschlitzmuster 20 ein Innenschlitzmuster 24 auf der Innenseite der Innenelektrodenschichten 16 gebildet. Das Innenschlitzmuster 24 kann einen ersten Innenschlitz 21b parallel zur X-Achse und einen zweiten Innenschlitz 22b parallel zur Y-Achse enthalten. Hier bedeutet die Innenseite der Innenelektrodenschichten 16 eine Innenseite der äußeren umlaufenden Ränder 16b der Innenelektrodenschichten 16, und das Innenschlitzmuster 24 enthält einen Schlitz (21b oder 22b), der an den äußeren umlaufenden Rändern 16b nicht offen ist.
  • Im Übrigen wird das Innenschlitzmuster durch die Kombination von mindestens zwei des ersten Innenschlitzes 21b oder des zweiten Innenschlitzes 22b gebildet. Zum Beispiel kann, wie in 8C gezeigt, das Innenschlitzmuster 24 ein Schlitzmuster (Innenschlitzmuster 24f) sein, das durch Kombination nur der zweiten Innenschlitze 22b (oder nur der ersten Innenschlitze 21b) gebildet wird.
  • Wie in 5A gezeigt, wird das Innenschlitzmuster 24 jedoch vorzugsweise durch die Kombination einer Mehrzahl von ersten Innenschlitzen 21b und einer Mehrzahl von zweiten Innenschlitzen 22b gebildet. Insbesondere in 5A gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist das Innenschlitzmuster 24 ein Muster, das durch die Kombination einer Mehrzahl erster Innenschlitze 21b und einer Mehrzahl zweiter Innenschlitze 22b in gestrichelter Gitterform gebildet wird.
  • Wenn das Innenschlitzmuster 24 mit gestrichelter Gitterform wie oben erwähnt gebildet wird, sind die ersten Innenschlitze 21b und die zweiten Innenschlitze 22b, die im Innenschlitzmuster 24 enthalten sind, vorzugsweise gleichmäßig auf der Ebene der Innenelektrodenschichten 16 angeordnet. Im gestrichelten Gittermuster können die ersten Innenschlitze 21b und/oder die zweiten Innenschlitze 22b, die an der äußersten Stelle vorhanden sind, an den äußeren umlaufenden Rändern 16b der Innenelektrodenschichten 16 nach außen offen sein.
  • Vorzugsweise sind die ersten Innenschlitze 21b und die zweiten Innenschlitze 22b getrennt und sind in der Ebene von 5A nicht miteinander verbunden. Mit anderen Worten, selbst wenn das Innenschlitzmuster 24 gebildet wird, ist die in 5A gezeigte Innenelektrodenschicht 16 vorzugsweise nicht durch die ersten Innenschlitze 21b oder die zweiten Innenschlitze 22b getrennt und ist einstückig als eine einzige Elektrode ausgebildet. Im Übrigen, solange die Innenelektrodenschicht 16 einstückig und durchgehend vorhanden ist, können die im Innenschlitzmuster 24 enthaltenen Schlitze (die ersten Innenschlitze 21b und/oder die zweiten Innenschlitze 22b) durch teilweise Verbindungen miteinander gebildet sein.
  • Im in 5A gezeigten Innenschlitzmuster 24 mit gestrichelter Gitterform kann der Abstand Y5 zwischen gestrichelten Linien parallel zur X-Achse etwa 1/8 bis 1/2 (vorzugsweise etwa 1/6 bis 1/3) der Breite Y1 der Innenelektrodenschichten 16 in Richtung der Y-Achse (Y5/Y1) betragen. Das heißt, die Anzahl der gestrichelten Linien, die parallel zur X-Achse verlaufen und das gestrichelte Gitter bilden, kann ein bis acht (vorzugsweise zwei bis fünf) betragen. Der Abstand der gestrichelten Linien parallel zur Y-Achse (X5, X5/X1) und die Anzahl der gestrichelten Linien können ähnlich wie die oben genannten sein. Die Anzahl der gestrichelten Linien parallel zur X-Achse und die Anzahl der gestrichelten Linien parallel zur Y-Achse können gleich oder unterschiedlich sein.
  • Im Innenschlitzmuster 24 kann die Breite Wb1 in der kurzen Richtung der ersten Innenschlitze 21b 0,01 mm bis 0,8 mm (vorzugsweise 0,03 mm bis 0,6 mm) betragen. Wie bei Wb1 kann die Breite Wb2 in der kurzen Richtung der zweiten Innenschlitze 22b 0,01 mm bis 0,8 mm (vorzugsweise 0,03 mm bis 0,6 mm) betragen.
  • Im Innenschlitzmuster 24 kann die Länge X4 in Längsrichtung der ersten Innenschlitze 21b etwa 1/10 bis 1/7 (vorzugsweise 1/8 oder weniger) der Breite X1 der Innenelektrodenschichten 16 in X-Achsen-Richtung (X4/X1) betragen. Weiterhin kann die Länge Y4 in Längsrichtung der zweiten Innenschlitze 22b etwa 1/10 bis 1/7 (vorzugsweise 1/8 oder weniger) der Breite Y1 der Innenelektrodenschichten 16 in Richtung der Y-Achse (Y4/Y1) betragen.
  • 5B zeigt einen Zustand, in dem die piezoelektrische Schicht 10 und ein Innenelektrodenmuster 26c2 über dem in 5A gezeigten Innenelektrodenmuster 26c1 in Richtung der Z-Achse weiter auflaminiert sind. Das durch die durchgezogene Linie in 5B dargestellte Innenelektrodenmuster 26c2 hat eine Form, bei der das Innenelektrodenmuster 26c1 um 180 Grad um die Z-Achse gedreht ist. In 5B ist das Innenelektrodenmuster 26c1, das sich unterhalb in der Z-Achsen-Richtung befindet, durch die gepunktete Linie dargestellt.
  • Verglichen mit dem Innenelektrodenmuster 26c1 ist das Innenschlitzmuster 24 des Innenelektrodenmusters 26c2 in der X-Y-Ebene anders angeordnet. Wie in 5B gezeigt, werden dadurch die Innenschlitzmuster 24 zweier über die piezoelektrische Schicht 10 nebeneinander liegender Innenelektrodenschichten 16 (d.h. die Innenelektrodenmuster 26c1 und 26c2) nicht miteinander überlappt und örtlich in Laminierrichtung verschoben. Das piezoelektrische Vielschichtbauelement 200 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hat also einen X-Z-Querschnitt, wie in 6 an einer im Wesentlichen zentralen Stelle in Richtung der Y-Achse gezeigt.
  • Im in 6 gezeigten X-Z-Querschnitt sind die ersten Innenschlitze 21b bzw. die zweiten Innenschlitze 22b, die in den Innenschlitzmustern 24 enthalten sind, als unverbundene Teile der Innenelektrodenschichten 16 bestätigt. Wie in 6 gezeigt, sind die Positionen der Innenschlitzmuster 24 der beiden Innenelektrodenschichten 16 nebeneinander nicht überlappt und in Laminierrichtung örtlich verschoben. Im Übrigen, wenn die in 5B gezeigte Mehrschichtstruktur verwendet wird, hat auch ein Y-Z-Querschnitt (nicht abgebildet) des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 200 eine Querschnittsform gleich wie die oben genannte.
  • Im Übrigen können die Außenumfangsschlitzmuster 20 in Laminierrichtung überlappen oder örtlich verschoben sind, ohne in Laminierrichtung zu überlappen.
  • Im piezoelektrischen Vielschichtbauelement 200 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sind die Innenschlitzmuster 24 zusammen mit den Außenumfangsschlitzmustern 20 in den Innenelektrodenschichten 16 gebildet. Im piezoelektrischen Vielschichtbauelement 200 ist es dadurch möglich, im Laminatkörper 4 erzeugte Risse effektiver zu reduzieren und den Auslenkungsbetrag weiter zu verbessern. Der Grund, warum diese Effekte erzielt werden können, ist beispielsweise wie folgt denkbar.
  • Die piezoelektrischen Schichten 10 erzeugen eine mechanische Auslenkung durch Anlegen einer elektrischen Spannung über die Innenelektrodenschichten 16, aber zu diesem Zeitpunkt erzeugen die Innenelektrodenschichten 16 selbst keine mechanische Auslenkung. Daher können die Innenelektrodenschichten 16 eine mechanische Auslenkung der piezoelektrischen Schichten 10 stören. im dritten Ausführungsbeispiel ist es denkbar, dass die Auslenkungsstörung durch die Innenelektrodenschichten 16 durch Ausbildung der Innenschlitzmuster 24 auf den Innenelektrodenschichten 16 reduziert werden kann.
  • Insbesondere werden, wie in 5A gezeigt, die Innenschlitzmuster 24 vorzugsweise durch Kombinieren einer Mehrzahl von ersten Innenschlitzen 21b und einer Mehrzahl von zweiten Innenschlitzen 22b in einer gestrichelten Gitterform gebildet. Wenn die Innenschlitzmuster 24 gestrichelt angeordnet sind, wird der Auslenkungsbetrag des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 200 weiter verbessert.
  • In den Innenschlitzmustern 24 liegen vorzugsweise sowohl die Breite Wb1 in der kurzen Richtung der ersten Innenschlitze 21b als auch die Breite Wb2 in der kurzen Richtung der zweiten Innenschlitze 22b auch in einem Bereich von 0,03 bis 0,6 mm. Wenn die Breiten der Inneschlitze (21b, 22b) auf den oben genannten Bereich eingestellt werden, ist es beim piezoelektrischen Vielschichtbauelement 200 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel möglich, die Erzeugung von Rissen in geeigneter Weise einzuschränken, während die piezoelektrischen Eigenschaften erhalten bleiben.
  • Beim dritten Ausführungsbeispiel können, wie in 6 gezeigt, mehrere piezoelektrische Schichten 10 und mehrere Innenelektrodenschichten 16 abwechselnd in den Laminatkörper 4 einlaminiert sein. In diesem Fall werden vorzugsweise die Innenschlitzmuster 24 von zwei über die piezoelektrische Schicht 10 nebeneinander liegende Innenelektrodenschichten 16 nicht überlappt und auf einem beliebigen Querschnitt des Laminatkörpers 4 senkrecht zur X-Achse oder zur Y-Achse in Laminierrichtung örtlich verschoben. In der oben erwähnten Laminierungsstruktur weist die mehrlagige piezoelektrische Vorrichtung 200 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel eine weiter verbesserte Ebenheit des Laminatkörpers 4 auf.
  • Im dritten Ausführungsbeispiel werden im Übrigen die Außenumfangsmuster 20 in den Innenelektrodenschichten 16 gebildet und ähnliche Effekte wie im ersten Ausführungsbeispiel manifestiert.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Im Folgenden wird das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand von 7 erläutert. Im Übrigen wird diejenige Struktur des vierten Ausführungsbeispiels, die mit der des ersten und dritten Ausführungsbeispiels gemeinsam ist, nicht erläutert und mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements 220 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Beim piezoelektrischen Vielschichtbauelement 220 ist der Laminatkörper 4 durch abwechselndes Laminieren der piezoelektrischen Schichten 10 und der Innenelektrodenschichten 16 (160 bis 165) strukturiert. Im Übrigen illustriert 7 eine Struktur, bei der sechs Innenelektrodenschichten laminiert sind, aber diese Laminierungsanzahl ist nur ein Beispiel. Die Laminierungsanzahl gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist nicht auf die der 7 beschränkt.
  • Beim vierten Ausführungsbeispiel sind, wie beim dritten Ausführungsbeispiel, die Außenumfangsschlitzmuster 20 und die Innenschlitzmuster 240 bis 245 in den Innenelektrodenschichten 160 bis 165 gebildet. In den Innenelektrodenschichten 160 bis 165 ist die Anzahl der in den Innenschlitzmustern 240 bis 245 enthaltenen Schlitze (die Anzahl der ersten Innenschlitze 21b und der zweiten Innenschlitze 22b) jedoch unterschiedlich. In dem in 7 gezeigten X-Z-Querschnitt ist die Anzahl der in den Innenelektrodenschichten 160 bis 165 erkannbaren Trennteile entsprechend unterschiedlich.
  • Mit anderen Worten weist das piezoelektrische Vielschichtbauelement 220 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel eine Bedeckungsrate der Innenelektrodenschichten 16 pro Schicht auf, die von der untersten Schicht (Innenelektrodenschicht 160) bis zur obersten Schicht (Innenelektrodenschicht 165) in Laminierungsrichtung fortschreitend zunimmt oder abnimmt.
  • Hierbei ist die Bedeckungsrate der Innenelektrodenschichten 16 ein Parameter, der ein Häufigkeitsverhältnis von Schlitzen (der erste Schlitz 21 und der zweite Schlitz 22 (insbesondere der erste Innenschlitz 21b und der zweite Innenschlitz 22b)) angibt und speziell auf folgende Weise berechnet wird.
  • Die Bedeckungsrate wird berechnet, indem ein Querschnitt des Laminatkörpers 4 mittels REM, Lichtmikroskop oder ähnlichem beobachtet wird. Hierzu wird eine Probe zur Beobachtung derart hergestellt, dass der Laminatkörper 4 entlang einer Fläche senkrecht zur X- oder Y-Achse geschnitten wird und der Querschnitt einer Spiegelpolitur unterzogen wird. „Senkrecht zur X-Achse oder zur Y-Achse“ bedeutet einen X-Z-Querschnitt oder einen Y-Z-Querschnitt. Die Schnittposition ist nicht begrenzt. Als Beispiel wird hier der Deckungsgrad der obersten Schicht (Innenelektrodenschicht 165) im X-Z-Querschnitt von 7 berechnet.
  • Zuerst wird eine Länge der Innenelektrodenschicht 165 von Ende zu Ende (d.h. die in 7 gezeigte Breite X1) im polierten Querschnitt gemessen. Dann werden die Längen L der in der Innenelektrodenschicht 165 enthaltenen Trennteile (L = X4 in 7) gemessen, um ihre Summierung zu berechnen (ΣL). Im Übrigen entsprechen die Trennteile hier den ersten Schlitzen 21 oder den zweiten Schlitzen 22, die in den Innenelektrodenschichten 16 enthalten sind. Die Bedeckungsrate wird durch (X1 bis ΣL)/X1(%) gebildet. Das heißt, das Häufigkeitsverhältnis der Schlitze in der Innenelektrodenschicht 165 ist groß, wenn die Bedeckungsrate klein ist, und das Häufigkeitsverhältnis der Schlitze in der Innenelektrodenschicht 165 ist klein, wenn die Bedeckungsrate groß ist.
  • Im vierten Ausführungsbeispiel nimmt, wie oben erwähnt, die Bedeckungsrate der Innenelektrodenschichten 16 pro Schicht fortschreitend von der untersten Schicht zur obersten Schicht in Laminierrichtung zu oder ab. „Fortschreitend zunehmen oder abnehmen“ bedeutet, dass sich die Bedeckungsrate fortschreitend ändert, wobei die Bedeckungsrate auf der Seite der untersten Schicht oder der Seite der obersten Schicht am größten sein kann. Darüber hinaus kann die Bedeckungsrate in der Innenelektrodenschicht im mittleren Teil am größten oder kleinsten sein.
  • Da im vierten Ausführungsbeispiel die Bedeckungsrate der Innenelektrodenschichten 16 pro Schicht fortschreitend zunimmt oder abnimmt, können die piezoelektrischen Eigenschaften des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 220 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Um den Auslenkungsbetrag des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 220 weiter zu verbessern, beispielsweise wie in 7 gezeigt, ist es vorzuziehen, die Bedeckungsrate der Innenelektrodenschicht 160 auf der untersten Schichtseite zu erhöhen und die Bedeckungsrate der Innenelektrodenschicht 165 auf der obersten Schichtseite zu verringern.
  • Konkret ist die Innenelektrodenschicht 160 auf der untersten Schichtseite durch die Vibrationsplatte 30 gebunden und hat dadurch vorzugsweise eine hohe Bedeckungsrate mit einer Betonung auf der mechanischen Festigkeit. Im Gegensatz dazu hat die Innenelektrodenschicht 165 auf der obersten Schicht vorzugsweise eine geringe Bedeckungsrate, um den Einfluss von Verformungsstörungen durch die Innenelektrodenschicht 165 zu verringern. Wie in 7 gezeigt, kann der Auslenkungsbetrag des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 220 durch Laminieren der Innenelektrodenschichten 160 bis 165 größer sein, so dass die Bedeckungsrate von der untersten Schichtseite zur obersten Schichtseite hin fortschreitend kleiner wird. Insbesondere bei der Verwendung des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 220 für piezoelektrische Lautsprecher wird der Schalldruck weiter verbessert.
  • Indes kann die Tonqualität für Lautsprecheranwendungen geändert werden, wenn die Bedeckungsrate der Innenelektrodenschicht 165 auf der obersten Schichtseite am größten ist oder wenn die Bedeckungsrate der Innenelektrodenschicht 162 (163) im mittleren Teil am größten oder kleinsten ist.
  • Im Übrigen, wenn eine Vielschichtstruktur verwendet wird, bei der die Bedeckungsrate, wie oben erwähnt, fortschreitend zunimmt oder abnimmt, kann die Bedeckungsrate in der Innenelektrodenschicht 16, wo die Bedeckungsrate am größten ist (160 im Fall von 7), 100% betragen. Das heißt, dass das Innenschlitzmuster 24 möglicherweise nicht ausgebildet ist.
  • Vorzugsweise liegt der Unterschied in der Bedeckungsrate zwischen der Innenelektrodenschicht 16 mit einer maximalen Bedeckungsrate (160 im Falle von 7) und der Innenelektrodenschicht 16 mit einer minimalen Bedeckungsrate (165 im Falle von 7) in einem Bereich von 3,0% oder mehr und 15% oder weniger. Wenn die Bedeckungsrate innerhalb dieses Bereichs erhöht oder verringert wird, können die piezoelektrischen Eigenschaften stark verändert werden. Das heißt, der Auslenkungsbetrag wird in der Vielschichtstruktur von 7 weiter verbessert (der Schalldruck wird größer).
  • Vorstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele erläutert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Weise geändert werden. In den oben genannten Ausführungsbeispielen beispielsweise haben die piezoelektrischen Vielschichtbauelemente 2, 200 und 220 eine im Wesentlichen rechteckige Form, können aber jede andere Form haben, wie beispielsweise Kreis, Oval, Polygon und Parallelogramm. Dies ist auch bei der Vibrationsplatte 30 der Fall, und die Vibrationsplatte 30 kann in der Draufsicht eine Form haben, wie beispielsweise Kreis, Oval, Polygon und Polygon. Je nach Verwendung des piezoelektrischen Vielschichtbauelements wird die Vibrationsplatte 30 nicht unbedingt verwendet.
  • Bei den oben genannten Ausführungsbeispielen haben die piezoelektrischen Schichten 10 den unbedeckten Teil 14 nicht mit den Innenelektrodenschichten 16 auf der in 3A gezeigten Ebene bedeckt. Eine Dummy-Elektrodenschicht, die von der Innenelektrodenschicht 16 elektrisch isoliert ist, kann auf dem unbedeckten Teil 14 gebildet werden. In den oben erwähnten Ausführungsbeispielen werden die Zuführungsteile 16a gebildet, indem die Innenelektrodenschichten 16 teilweise an den Seitenflächen des Laminatkörpers 4 freigelegt sind. Die Zuführungsteile können durch die Bildung von Durchkontaktierungselektroden (Via-Elektroden) im Laminatkörper 4 ersetzt werden. In diesem Fall wird das Paar der Außenelektroden 6 und 8 den Positionen der Durchgangslochelektroden entsprechend auf der Vorderseitenfläche 4a oder der Rückseitenfläche 4b des Laminatkörpers 4 gebildet.
  • In den oben erwähnten Ausführungsbeispielen sind die ersten Schlitze 21 parallel zur X-Achse und die zweiten Schlitze 22 parallel zur Y-Achse, aber die ersten Schlitze 21 und die zweiten Schlitze 22 können in jeder anderen Richtung abgesehen von der der Ausführungsbeispiele ausgebildet sein. Die ersten Schlitze 21 und die zweiten Schlitze 22 können in jeder beliebigen Richtung ausgebildet sein, solange diese sich gegenseitig schneiden. Insbesondere ist die erste Richtung, in der die ersten Schlitze 21 ausgebildet sind, um ±45 Grad zur X-Achse veränderbar. Ebenso kann die zweite Richtung, in der die zweiten Schlitze 22 ausgebildet sind, um ±45 Grad zur Y-Achse geändert werden. Zum Beispiel kann das Innenschlitzmuster 24 mit einer gestrichelten Gitterform gebildet werden, indem es aus dem Zustand von 5A um 45 Grad oder weniger um die Z-Achse gedreht wird.
  • In 5A und 5B sind sowohl das Außenumfangsschlitzmuster 20 als auch das Innenschlitzmuster 24 in den Innenelektrodenschichten 16 ausgebildet, aber es kann auch nur das Innenschlitzmuster 24 ausgebildet sein.
  • Das piezoelektrische Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Umwandlungselement für elektrische Energie und mechanische Energie verwendet werden. Das piezoelektrische Vielschichtbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise anwendbar für Antriebsaktoren, Haptikeinrichtungen, piezoelektrische Summer, piezoelektrische Schallgeber, Ultraschallmotoren, Lautsprecher etc. und wird besonders vorteilhaft für Haptik und piezoelektrische Lautsprecher verwendet.
  • BEISPIELE
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand weiterer detaillierter Beispiele erläutert, ist aber nicht auf die Beispiele beschränkt.
  • Versuch 1
  • (Beispiel 1)
  • In Beispiel 1 wurden Innenelektrodenschichten 16 mit einem Innenelektrodenmuster 26d, wie in 8A gezeigt, gebildet, um Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements herzustellen.
  • Wie in 8A gezeigt, enthielt das Innenelektrodenmuster 26d einen ersten Außenumfangsschlitz 21a und einen zweiten Außenumfangsschlitz 22a und enthielt kein Innenschlitzmuster 24. Im Innenelektrodenmuster 26d wurden die Schlitze nicht in der Nähe der Ecken 16c der Innenelektrodenschicht 16 gebildet, sondern der erste Außenumfangsschlitz 21a wurde an einer im Wesentlichen zentralen Stelle in Richtung der Y-Achse und der zweite Außenumfangsschlitz 22a wurde an einer im Wesentlichen zentralen Stelle in Richtung der X-Achse gebildet. Die Einzelheiten eines Verfahrens zur Herstellung der Proben des piezoelektrischen Vielschichtbauelements gemäß Beispiel 1 sind wie folgt.
  • Zunächst wurden vorgegebene Mengen chemisch reiner Haupt- und Subkomponenten-Rohstoffe gewogen, so dass piezoelektrische Schichten aus PZTbasierten Keramiken bestünden, und mittels einer Kugelmühle nass gemischt. Nach dem Mischen wurde die Mischung bei 800°C bis 900°C kalziniert und in der Kugelmühle pulverisiert. Das auf diese Weise erhaltene kalzinierte Pulver wurde mit einem Bindemittel versetzt, um es in eine Aufschlämmung zu verwandeln. Darüber hinaus wurde die Aufschlämmung im Siebdruckverfahren zu Folien verarbeitet und anschließend getrocknet, um keramische Grünfolien zu erhalten.
  • Als nächstes wurde eine leitfähige Paste mit einer Ag-Pd-Legierung als Hauptbestandteil auf die keramischen Grünfolien aufgetragen. Zu diesem Zeitpunkt wurde die leitfähige Paste durch Strukturierung aufgetragen, so dass sich nach dem Brennen das in 8A gezeigte Innenelektrodenmuster 26d ausbilden würde.
  • Die auf diese Weise erhaltenen Grünfolien wurden als neun Schichten in einer vorgegebenen Reihenfolge laminiert, um einen Grünchip zu erhalten. Zusätzlich wurde dieser Grünchip mit Druck verklebt, getrocknet, entbindert und gebrannt. Der Brand wurde im Übrigen bei 900°C (Ofentemperatur) unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt. Nach diesem Schritt wurde eine Laminatkörperprobe nach Beispiel 1 erhalten.
  • Im Übrigen hatte die Laminatkörperprobe nach Beispiel 1 eine im Wesentlichen rechteckige Parallelepipedform und eine Größe von Breite (X0) × Tiefe (Y0) × Dicke von 30 mm × 30 mm × 0,1 mm. Die Dicke der piezoelektrischen Schichten 10 betrug im Durchschnitt 10 µm. Die Dicke der Innenelektrodenschichten 16 betrug im Durchschnitt 1 µm. In Beispiel 1 betrug die Breite in der kurzen Richtung eines Außenumfangsschlitzes 21a (22a) etwa 0,1 mm.
  • Die auf diese Weise hergestellte Laminatkörperprobe wurde mit einem Paar externer Elektroden 6 und 8 versehen und danach polarisiert, um Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements herzustellen. Im Beispiel 1 wurden 1000 Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements hergestellt und auf die folgende Weise ausgewertet.
  • Messung der Ebenheit
  • Die Ebenheit der in Beispiel 1 erhaltenen Laminatkörperproben wurde gemessen, um das Vorhandensein einer anormalen Verformung zu bewerten. Die Ebenheit der Laminatkörperproben wurde mit einer CNC-Bildmessmaschine (NIXIV VMZ-R6555, hergestellt von Nikon Instech Co., Ltd.) gemessen. Konkret wurde die Ebenheit gemessen, indem auf der Grundlage von Höhendaten erhalten durch Bestrahlung des Laminatkörpers mit Laserlicht nach der Methode der kleinsten Quadrate eine Ebene erstellt und eine maximale Höhe und eine minimale Höhe mit der nach der Methode der kleinsten Quadrate erhaltenen Ebene als Bezugsebene berechnet wurden. Die Ebenheit wird repräsentiert durch (die maximale Höhe - die minimale Höhe). Je kleiner die Ebenheit ist, desto unwahrscheinlicher ist es, dass der Laminatkörper abnormal verformt wird.
  • Im Übrigen wurde die Messung pro Beispiel 900 Mal durchgeführt. Dieser Durchschnitt ist in Tabelle 1 als Messergebnis dargestellt. Was die Ebenheit betrifft, so ist 200 µm ein Pass/Fail-Kriterium. Eine Ebenheit von 150 µm oder weniger wurde als günstig angesehen und eine Ebenheit von 100 µm oder weniger wurde als noch günstiger angesehen.
  • Bewertung von Rissen
  • Die Bewertung der Risse erfolgte durch Beobachtung der Querschnitte der Laminatkörperproben mittels FE-REM. Im Einzelnen wurde eine Risshäufigkeit auf folgende Weise berechnet. Zuerst wurden 100 Proben nach dem Zufallsprinzip aus den 1000 Laminatkörperproben ausgewählt und auf einem Harz fixiert, um einen optionalen Querschnitt einer Spiegelpolitur zu unterziehen. Dann wurden Proben für die REM-Betrachtung entnommen. Bei der Betrachtung des Querschnitts jeder Probe wurde eine Risshäufigkeit berechnet, indem die Anzahl der Proben gezählt wurde, die Risse in den piezoelektrischen Schichten 10, Ablösungen zwischen den piezoelektrischen Schichten 10 und der Innenelektrodenschicht 16 oder ähnliches aufwiesen. Was die Risshäufigkeit betrifft, wurden 10 % oder weniger als günstiger Bereich und 5 % oder weniger als noch günstigerer Bereich angesehen.
  • Messung des Schalldrucks
  • Was die in Beispiel 1 erhaltenen piezoelektrischen Vielschichtbauelementproben betrifft, wurde zur Bewertung der Verformungseigenschaften ein Schalldruck gemessen. Als Vorstufe zur Schalldruckmessung wurden die piezoelektrischen Vielschichtbauelementproben zunächst mit einem Klebstoff aus der Kyoritsu Chemical Industry World Rock 830-Serie auf die Oberfläche einer Vibrationsplatte aus einer Ni-Fe-Legierung geklebt. Die Größe der Vibrationsplatte betrug 80 mm × 60 mm. Die Auftragsmenge des Klebstoffs wurde so kontrolliert, dass sie bei allen Proben konstant war.
  • Bei der Messung des Schalldrucks wurde ein piezoelektrisches Element mit Hilfe eines doppelseitigen Klebebandes auf einem zentralen Bereich einer Glasplatte mit 220 mm Länge × 220 mm Breite × 0,7 mm Dicke befestigt und die Glasplatte wurde in eine Befestigungsvorrichtung eingesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Abstand von einer Beurteilungsfläche zu einem Schalldruckmesser auf 100 mm eingestellt. Dann wurde ein Funktionsgenerator an das piezoelektrische Element angeschlossen, und das piezoelektrische Element wurde mit einer Spannung mit 100 Hz bis 20 kHz (Frequenz der Sinuswelle) und 12 Vp-p (Ausgangsspannung des Funktionsgenerators) beaufschlagt. Die zu diesem Zeitpunkt erzeugte Schwingung des piezoelektrischen Elements wurde als Schalldruck mit einem Schalldruckmikrofon gemessen. Was den Schalldruck betrifft, so wurden 73 dB als Pass/Fail-Kriterium angesehen. Ein Schalldruck von 80 dB oder mehr wurde als günstig angesehen, und ein Schalldruck von 90 dB oder mehr wurde als noch günstiger angesehen.
  • (Beispiel 2)
  • In Beispiel 2 wurden die Innenelektrodenschichten 16 mit dem in 8B gezeigten Innenelektrodenmuster 26e gebildet, um Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements herzustellen. Wie in 8B gezeigt, enthielt das Innenelektrodenmuster 26e zwei erste Außenumfangsschlitze 21a und zwei zweite Außenumfangsschlitze 22a und enthielt kein Innenschlitzmuster.
  • Im Innenelektrodenmuster 26e wurden die Schlitze 21a und 22a nicht in der Nähe der Ecken 16c der Innenelektrodenschicht 16 gebildet, sondern auf der Mittelseite. Insbesondere wurden die ersten Außenumfangsschlitze 21a so ausgebildet, dass der Abstand Y3 von den Ecken 16c bis zur Bildungsstelle etwa 1/3 von Y1 betrug. Ebenso wurden die zweiten Außenumfangsschlitze 22a so ausgebildet, dass der Abstand X3 von den Ecken 16c bis zur Bildungsstelle etwa 1/3 von X1 betrug.
  • Die Struktur von Beispiel 2 war mit Ausnahme des vorab Erwähnten mit der von Beispiel 1 identisch. In Beispiel 2 wurden gleiche Auswertungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • (Beispiel 3)
  • In Beispiel 3 wurden Innenelektrodenschichten 16 mit einem Innenelektrodenmuster 26a, wie in 3A gezeigt, gebildet, um Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements herzustellen. Wie im ersten Ausführungsbeispiel erläutert, wurden vier erste Außenumfangsschlitze 21a und vier zweite Außenumfangsschlitze 22a im Innenelektrodenmuster 26a gebildet. Insbesondere wurden die Schlitze 21a und 22a in der Nähe der Ecken 16c der Innenelektrodenschicht 16 gebildet. Im Übrigen wurde in Beispiel 3 kein Innenschlitzmuster 24 gebildet. Die Struktur von Beispiel 3 war mit Ausnahme des vorab Erwähnten mit der von Beispiel 1 identisch. In Beispiel 3 wurden gleiche Auswertungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • (Beispiel 4)
  • In Beispiel 4 wurden Innenelektrodenschichten 16 mit einem Innenelektrodenmuster 26f, das in 8C gezeigt ist, gebildet, um Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements herzustellen. Im Innenelektrodenmuster 26f wurde ein Außenumfangsschlitzmuster 20 in einer ähnlichen Form wie in Beispiel 3 gebildet. Im Innenelektrodenmuster 26f wurde zusätzlich ein Innenschlitzmuster 24f mit zwei zweiten Innenschlitzen 22b in einem zentralen Bereich der Innenelektrodenschicht 16 gebildet. Im Übrigen betrug die Breite in der kurzen Richtung der Innenschlitze in Beispiel 4 etwa 0,1 mm. Die Struktur von Beispiel 4 war mit Ausnahme des vorab Erwähnten mit der von Beispiel 1 identisch. In Beispiel 4 wurden gleiche Auswertungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • (Beispiel 5)
  • In Beispiel 5 wurden Innenelektrodenschichten 16 mit dem in 5A gezeigten Innenelektrodenmuster 26c1 gebildet, um Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements herzustellen. Wie im dritten Ausführungsbeispiel erläutert, wurde das Innenelektrodenmuster 26c1 dadurch charakterisiert, dass ein Innenschlitzmuster 24 mit einer gestrichelten Gitterform zusammen mit einem Außenumfangsschlitzmuster 20 gebildet wurde. In den Laminatkörperproben von Beispiel 5 waren jedoch die über die piezoelektrische Schicht 10 nebeneinander angeordneten Innenschlitzmuster 24 in Laminierrichtung teilweise miteinander überlappt. Der Aufbau von Beispiel 5 war bis auf das vorab Erwähnte mit dem von Beispiel 1 identisch. In Beispiel 5 wurden gleiche Auswertungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • (Beispiel 6)
  • In Beispiel 6 wurden, wie in 5B gezeigt, die Innenelektrodenschichten 16 mit den Innenelektrodenmustern 26c1 und 26c2 gebildet, um Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements herzustellen. Insbesondere wurden die über die piezoelektrische Schicht 10 nebeneinander angeordneten Innenschlitzmuster 24 der Laminatkörperproben von Beispiel 6 örtlich verschoben, ohne sich in Laminierrichtung zu überlappen (d.h. die Vielschichtstruktur von 6). Die Struktur von Beispiel 6 war bis auf das vorab Erwähnte mit der von Beispiel 5 identisch. In Beispiel 6 wurden gleiche Auswertungen wie in Beispiel 5 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Im Vergleichsbeispiel 1 wurden Innenelektrodenschichten 16 mit einem Innenelektrodenmuster 26g, das in 9A gezeigt ist, gebildet, um Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements herzustellen. Im in 9A gezeigten Innenelektrodenmuster 26g wurde kein Schlitz entsprechend dem Außenumfangsschlitzmuster 20 gebildet. Im Innenelektrodenmuster 26g wurde eine Mehrzahl von kreisförmigen Löchern 50 (Durchmesser: etwa 0,1 mm) auf der Innenseite der Innenelektrodenschichten 16 gebildet. Die Struktur von Vergleichsbeispiel 1 war mit Ausnahme des vorab Erwähnten mit der von Beispiel 1 identisch. Im Vergleichsbeispiel 1 wurden gleiche Auswertungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • Im Vergleichsbeispiel 2 wurden Innenelektrodenschichten 16 mit einem Innenelektrodenmuster 26h, das in 9B gezeigt ist, gebildet, um Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements herzustellen. Wie in 9B gezeigt, waren in dem Innenelektrodenmuster 26h die Schlitze 51 nur in paralleler Richtung zur X-Achse ausgebildet. In den Schlitzen 51 des Innenelektrodenmusters 26h betrug die Länge in Längsrichtung 1/2 oder mehr der Breite X1 der Innenelektrodenschicht 16 und wurde kontinuierlich vom Außenumfang zur Innenseite der Innenelektrodenschicht 16 hin ausgebildet. Die Struktur des Vergleichsbeispiels 2 war mit Ausnahme des vorab Erwähnten mit der von Beispiel 1 identisch. Im Vergleichsbeispiel 2 wurden gleiche Auswertungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
    Tabelle 1
    Probe Nr. Form des Innenelektrodenmusters Außenumfangsschlitzmuster Innenschlitzmuster Auswertungscharakteristik
    Vorhandensein Schlitzanzahl Vorhandensein Örtliche Verschiebung in Laminierrichtung Ebenheit Risshäufigkeit Schalldruck
    Erster Schlitz Zweiter Schlitz µm % dB
    Vgl.bsp. 1 9A nein - - ja nein 572 12 71
    Vgl.bsp. 2 9B ja 0 8 ja nein 485 13 69
    Bsp. 1 8A ja 1 1 nein - 144 7 76
    Bsp. 2 8B ja 2 2 nein - 102 7 77
    Bsp. 3 3A ja 4 4 nein - 64 7 77
    Bsp. 4 8C ja 4 4 ja nein 60 2 81
    Bsp. 5 5A ja 4 4 ja nein 91 5 84
    Bsp. 6 5B ja 4 4 ja ja 54 1 88
  • Im Vergleichsbeispiel 1 und im Vergleichsbeispiel 2 wiesen die Laminatkörperproben eine anormale Verformung (beispielsweise Verkrümmung, Schwellung) auf, und die Ebenheit war mangelhaft im Bereich von 500 µm, wie in Tabelle 1 dargestellt. Im Vergleichsbeispiel 1 und im Vergleichsbeispiel 2 betrug die Risshäufigkeit 10% oder mehr, was das Kriterium nicht erfüllte. In Übereinstimmung mit der anormalen Verformung und der Erzeugung von Rissen lagen die Schalldrücke in Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 bei einem niedrigen Standard von 73 dB oder weniger.
  • Da im Vergleichsbeispiel 1 keine Schlitze am Außenumfang der Innenelektrodenschichten 16 gebildet wurden, die leicht durch innere Spannungen beeinträchtigt wurde, ist es denkbar, dass die Spannung nicht ausreichend reduziert werden konnte. Es ist also nicht zu erwarten, dass sich dabei die Ebenheit nur durch die Bildung der Löcher 50 auf der Innenseite der Innenelektrodenschichten 16 wie im Vergleichsbeispiel 1 verbessert.
  • Indes wurden im Vergleichsbeispiel 2 längliche Schlitze 51 gebildet, die mit den äußeren umlaufenden Rändern 16b der Innenelektrodenschicht 16 in Kontakt standen. Im Innenelektrodenmuster 26h des Vergleichsbeispiels 2 waren die Schlitze 51 jedoch nur in einer Richtung ausgebildet, und es ist daher denkbar, dass die Spannung nicht ausreichend reduziert werden konnte. Es ist daher nicht zu erwarten, dass sich die Ebenheit nur dadurch verbessert, dass die Schlitze 51 wie im Vergleichsbeispiel 2 nur in einer Richtung ausgebildet wurden.
  • Auf der anderen Seite waren alle Merkmale (Ebenheit, Risshäufigkeit und Schalldruck) der Beispiele 1 bis 6 gemäß der vorliegenden Erfindung günstiger als die der Vergleichsbeispiele 1 und 2 und erfüllten deren Kriterien. Dieses Ergebnis zeigt, dass, wenn die Schlitze sowohl in Richtung der X-Achse als auch in Richtung der Y-Achse gebildet wurden, die Spannung leicht reduziert wurde, und dass es möglich war, die Ebenheit zu verbessern und die Rissbildung einzuschränken.
  • Vergleicht man die Ergebnisse der Beispiele 1 bis 3 in Tabelle 1, so stellt man fest, dass die Ebenheit klein wurde, indem man die Anzahl der Schlitze im Außenumfangsschlitzmuster 20 erhöhte. Insbesondere war die Ebenheit von Beispiel 3 am günstigsten. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Ebenheit weiter verbessert wurde, wenn die Gesamtzahl der Außenumfangsschlitze (21a, 22a) mindestens vier oder mehr betrug. Es wurde auch bestätigt, dass, wie in Beispiel 3, die Ebenheit des Laminatkörpers 4 durch die Ausbildung der Außenumfangsschlitze 21a und 22a in der Umgebung der Ecken 16c weiter verbessert wurde.
  • Vergleicht man die Beispiele 1 bis 3 mit den Beispielen 4 bis 6, so stellt man fest, dass die Beispiele 4 bis 6, die ein Innenschlitzmuster aufwiesen, eine geringere Risshäufigkeit und einen größeren Schalldruck aufwiesen als die Beispiele 1 bis 3. Dieses Ergebnis zeigt, dass, wenn sowohl das Außenumfangsschlitzmuster als auch das Innenschlitzmuster in der Innenelektrodenschicht 16 gebildet wurden, es möglich war, die im Laminatkörper 4 erzeugten Risse effektiver zu reduzieren und den Auslenkungsbetrag des piezoelektrischen Vielschichtbauelements weiter zu erhöhen.
  • Vergleicht man die Beispiele 4 bis 6, so war der Schalldruck der Beispiele 5 und 6, die ein gestricheltes, gitterförmiges Innenschlitzmuster aufwiesen, größer als der von Beispiel 4. Insbesondere waren alle Merkmale (Ebenheit, Risshäufigkeit und Schalldruck) von Beispiel 6 verbessert. Dieses Ergebnis zeigt, dass, wenn das Innenschlitzmuster eine gestrichelte Gitterform hatte, der Auslenkungsbetrag des piezoelektrischen Vielschichtbauelements größer war. Es wird auch festgestellt, dass, wie in Beispiel 6, die verschobene Anordnung der Innenschlitzmuster in Laminierrichtung die Ebenheit des Laminatkörpers 4 weiter verbesserte und zu einer Verbesserung der Risshemmungswirkung und des Verformungsbetrags beitrug.
  • Versuch 2
  • Im Versuch 2 wurden Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements hergestellt, bei denen die Breite des Schlitzes (21, 22), der auf den Innenelektrodenschichten 16 gebildet wurde, verändert wurde, und die Eigenschaften der Proben wurden bewertet.
  • (Beispiele 11 bis 15)
  • In den Beispielen 11 bis 15 wurde, wie im Beispiel 3 von Versuch 1, ein Außenumfangsschlitzmuster 20, wie in 3A gezeigt, in den Innenelektrodenschichten 16 ausgebildet. In den Beispielen 11 bis 15 wurden Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements jedes Beispiels mit einer veränderten Breite (Wa1, Wa2) in der kurzen Richtung eines Außenumfangsschlitzes (21a, 22a) hergestellt. Die Versuchsbedingungen der Beispiele 11 bis 15 waren mit Ausnahme des vorab Erwähnten mit denen von Versuch 1 identisch. In den Beispielen 11 bis 15 wurden gleiche Auswertungen wie in Experiment 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
  • (Beispiele 21 bis 25)
  • In den Beispielen 21 bis 25 wurde, wie im Beispiel 6 von Versuch 1, ein Außenumfangsschlitzmuster (20, 24), wie in 5B gezeigt, in den Innenelektrodenschichten 16 ausgebildet. In den Beispielen 21 bis 25 wurden Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements jedes Beispiels mit einer veränderten Breite (Wb1, Wb2) in der kurzen Richtung eines Innenschlitzes (21b, 22b) hergestellt. In jedem Beispiel wurden die Innenschlitzmuster der nebeneinander liegenden Innenelektrodenschichten örtlich in Laminierrichtung verschoben. Die Versuchsbedingungen der Beispiele 21 bis 25 waren mit Ausnahme des vorab Erwähnten mit denen von Experiment 1 identisch. In den Beispielen 21 bis 25 wurden gleiche Auswertungen wie in Experiment 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
    Tabelle 2
    Probe Nr. Form des Innenelektrodenmusters Außenumfangsschlitzmuster Auswertungscharakteristik
    Schlitzbreite (Wa1, Wa2) Ebenheit Risshäufigkeit Schalldruck
    mm µm % dB
    Bsp. 11 3A 0,01 157 7 77
    Bsp. 12 3A 0,03 136 7 78
    Bsp. 13 3A 0,1 64 7 77
    Bsp. 14 3A 0,6 62 8 76
    Bsp. 15 3A 0,8 64 7 73

    Tabelle 3
    Probe Nr. Form des Innenelektrodenmusters Innenschlitzmuster Auswertungscharakteristik
    Schlitzbreite (Wb1, Wb2) Ebenheit Risshäufigkeit Schalldruck
    mm µm % dB
    Bsp. 21 5B 0,01 60 6 87
    Bsp. 22 5B 0.03 58 3 88
    Bsp. 23 5B 0,1 54 1 88
    Bsp. 24 5B 0.6 71 5 84
    Bsp. 25 5B 0,8 82 1 82
  • Wie in Tabelle 2 gezeigt, ergibt sich aus dem Vergleich der Beispiele 11 bis 15, dass die Ebenheit der Beispiele 12 bis 15 günstiger war als die von Beispiel 11 (kleine Schlitzbreite). Es wird auch festgestellt, dass der Schalldruck der Beispiele 11 bis 14 größer war als der von Beispiel 15 (große Schlitzbreite). Diese Ergebnisse zeigen, dass es vorzuziehen war, die Breite des Außenumfangsschlitzes (21a, 22a) auf einen Bereich von 0,03 mm bis 0,6 mm zu begrenzen.
  • Wie in Tabelle 3 gezeigt, ergibt sich aus dem Vergleich der Beispiele 21 bis 25, dass die Risshäufigkeit der Beispiele 22 bis 25 geringer war als die von Beispiel 21 (geringe Schlitzbreite). Es wird auch festgestellt, dass der Schalldruck der Beispiele 21 bis 24 größer war als der von Beispiel 25 (große Schlitzbreite). Diese Ergebnisse zeigen, dass es vorzuziehen war, die Breite des Innenschlitzes (21b, 22b) auf einen Bereich von 0,03 mm bis 0,6 mm zu begrenzen.
  • Versuch 3
  • In Versuch 3 wurden Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements hergestellt, bei denen die Bedeckungsrate der Innenelektrodenschichten 16 verändert wurde, und die Eigenschaften der Proben wurden bewertet.
  • (Beispiele 31 bis 35)
  • In den Beispielen 31 bis 35 wurden Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements durch Laminieren von neun Innenelektrodenschichten mit unterschiedlichen Bedeckungsraten hergestellt (d.h. die Anzahl der Schlitze war unterschiedlich). Insbesondere wurden die Innenelektrodenschichten der Beispiele 31 bis 35 so laminiert, dass die Bedeckungsrate von der untersten Schicht zur obersten Schicht fortschreitend abnahm. Tabelle 4 zeigt die Messergebnisse der Bedeckungsrate an der untersten Schicht und der Bedeckungsrate an der obersten Schicht in jedem der Beispiele 31 bis 35. Im Übrigen waren die Versuchsbedingungen mit Ausnahme des vorab Erwähnten mit denen von Beispiel 6 aus Experiment 1 gleich. Tabelle 4 zeigt die Messergebnisse des Schalldrucks aus den Beispielen 31 bis 35.
    Tabelle 4
    Probe Nr. Form des Innenelektrodenmusters Bedeckungsrate der Innenelektrodenschicht Auswertungscharakteristik
    Unterste Schicht Oberste Schicht Bedeckungsratenunterschied Schalldruck
    % (Durchschnitt) % (Durchschnitt) % dB
    Bsp. 31 5B 95 95 0 88
    Bsp. 32 5B 95 92 3 92
    Bsp. 33 5B 95 87 8 94
    Bsp. 34 5B 95 80 15 90
    Bsp. 35 5B 95 73 22 82
  • Wie in Tabelle 4 gezeigt, ergibt sich aus dem Vergleich der Beispiele 31 bis 35, dass der Schalldruck der Beispiele 32 bis 34 besonders verbessert wurde. Dieses Ergebnis zeigt, dass die piezoelektrischen Eigenschaften durch eine fortschreitende Änderung der Bedeckungsrate der Innenelektrodenschichten in Laminierrichtung beeinflusst wurden. Es wird insbesondere festgestellt, dass der Schalldruck weiter verbessert werden konnte, indem die Bedeckungsrate mit einer vorgegebenen Rate (3-15%) von der untersten Schicht zur obersten Schicht fortschreitend verringert wurde.
  • Versuch 4
  • (Beispiele 41 und 42)
  • Wie bei Beispiel 6 von Versuch 1 wurden Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements für Beispiel 41 hergestellt. Indes wurden Proben eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements für Beispiel 42 mit abgerundeten Ecken (16c, 21ac, 22ac) mit einem Krümmungsradius von 0,1 mm oder mehr in den äußeren umlaufenden Rändern 16b der Innenelektrodenschichten 16 hergestellt.
  • In Versuch 4 wurden die Proben mit zwischen Beispiel 41 und Beispiel 42 unterschiedlichen Polarisationsbedingungen hergestellt. Konkret wurde die Polarisationsbehandlung von Beispiel 41 durch Anlegen eines elektrischen Gleichstromfeldes von 3kV/mm in einem isolierenden Öl von 90°C durchgeführt. Indes wurde die Polarisationsbehandlung von Beispiel 42 unter strengeren Bedingungen als die von Beispiel 41 durchgeführt, um die Wirkung der Rundheit zu bestätigen. Insbesondere wurde die Polarisationsbehandlung von Beispiel 42 durch Anlegen eines elektrischen Gleichstromfeldes von 3kV/mm in einem isolierenden Öl von 120°C durchgeführt.
  • Die Versuchsbedingungen mit Ausnahme des vorab Erwähnten waren in Beispiel 41 und Beispiel 42 gleich. Die Messergebnisse des Schalldrucks für die Beispiele 41 und 42 sind in Tabelle 5 dargestellt.
    Tabelle 5
    Probe Nr. Form des Innenelektrodenmusters Abrundung der Ecken Auswertungscharakteristik
    Schalldruck
    dB
    Bsp. 41 5B nein 88
    Bsp. 42 5B and 3B ja 93
  • Wie in Tabelle 5 gezeigt, wurde in Beispiel 42 kein Kurzschlussversagen erzeugt, obwohl die Polarisationsbehandlung unter Bedingungen durchgeführt wurde, die strenger waren als die in Beispiel 41. Infolgedessen konnte der Schalldruck von Beispiel 42 besser als der von Beispiel 41 verbessert werden. Dies zeigt, dass eine Konzentration des elektrischen Feldes an den Ecken im Fall der abgerundeten Ecken (16c, 21ac, 22ac) eingedämmt werden konnte. Es zeigt sich auch, dass die Begrenzung einer elektrischen Feldkonzentration an den Ecken die Polarisationsrate der piezoelektrischen Schichten 10 erhöhen und den Auslenkungsbetrag des piezoelektrischen Vielschichtbauelements weiter erhöhen konnte.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    piezoelektrisches Bauelement
    2, 200, 220
    piezoelektrisches Vielschichtbauelement
    4
    Laminatkörper
    4a
    Vorderseitenfläche des Laminatkörpers
    4b
    Rückseitenfläche des Laminatkörpers
    4c, ..., 4f
    Seitenfläche des Laminatkörpers
    4c1, ..., 4f1
    Seitenfläche
    6
    erste Außenelektrode
    6a
    erster Seitenflächenabschnitt
    6b
    erster Vorderseitenflächenabschnitt
    8
    zweite Außenelektrode
    8a
    zweiter Seitenflächenabschnitt
    8b
    zweiter Vorderseitenflächenabschnitt
    10
    piezoelektrische Schicht
    12
    piezoelektrisch aktiver Abschnitt
    14
    unbedeckter Teil
    16, 160, ..., 165
    Innenelektrodenschicht
    16a
    Zuführungsteil
    16b
    äußerer umlaufender Rand
    16c
    Ecke
    20
    Außenumfangsschlitzmuster
    21
    erster Schlitz
    21a
    erster Außenumfangsschlitz
    21b
    erster Innenschlitz
    21ac, 22ac
    Ecke
    22
    zweiter Schlitz
    22a
    zweiter Außenumfangsschlitz
    22b
    zweiter Innenschlitz
    24, 24f
    Innenschlitzmuster
    26a, ..., 26f
    Innenelektrodenmuster
    26g, 26h
    Innenelektrodenmuster eines Vergleichsbeispiels
    26c1, 26c2
    Innenelektrodenmuster
    240, ..., 245
    Innenschlitzmuster
    30
    Vibrationsplatte
    32
    Klebstoffschicht
    50
    Loch
    51
    Schlitz
    L
    Länge
    X0, X1
    Breite
    Y0, Y1
    Breite
    X2, Y2
    Länge
    X3, Y3
    Abstand
    X4, Y4
    Länge
    X5, Y5
    Abstand
    Wa1, Wa2
    Breite
    Wb1, Wb2
    Breite

Claims (11)

  1. Piezoelektrisches Vielschichtbauelement, aufweisend einen Laminatkörper mit einer piezoelektrischen Schicht, die entlang einer Ebene ausgebildet ist, die eine erste Achse und eine zweite Achse aufweist, die einander schneiden, und einer Innenelektrodenschicht, die auf die piezoelektrische Schicht laminiert ist, und eine Außenelektrode, die elektrisch mit der Innenelektrodenschicht verbunden ist, wobei die Innenelektrodenschicht einen ersten Schlitz, dessen lange Seite parallel zur ersten Achse ist, und einen zweiten Schlitz, dessen lange Seite parallel zur zweiten Achse ist, aufweist, wobei der erste Schlitz einen ersten Außenumfangsschlitz aufweist, der an einem Außenumfang der Innenelektrodenschicht ausgebildet ist, wobei der zweite Schlitz einen zweiten Außenumfangsschlitz aufweist, der an einem Außenumfang der Innenelektrodenschicht ausgebildet ist und wobei sowohl eine Breite in einer kurzen Richtung des ersten Außenumfangsschlitzes als auch eine Breite in einer kurzen Richtung des zweiten Außenumfangsschlitzes 0,03 mm oder mehr und 0,6 mm oder weniger beträgt.
  2. Piezoelektrisches Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei der erste Außenumfangsschlitz und der zweite Außenumfangsschlitz eine Gesamtzahl von mindestens vier Schlitzen aufweisen, die an einer Mehrzahl von Stellen am Außenumfang der Innenelektrodenschicht ausgebildet sind.
  3. Piezoelektrisches Vielschichtbauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Innenelektrodenschicht in einer Draufsicht auf die Ebene eine viereckige Form aufweist und der erste Außenumfangsschlitz und der zweite Außenumfangsschlitz in der Nähe einer Ecke der Innenelektrodenschicht ausgebildet sind.
  4. Piezoelektrisches Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Ecke der Innenelektrodenschicht und Ecken des ersten Außenumfangsschlitzes und des zweiten Außenumfangsschlitzes mit einem Krümmungsradius von 0,1 mm oder mehr abgerundet sind.
  5. Piezoelektrisches Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Schlitz mindestens einen ersten Innenschlitz aufweist, der zweite Schlitz mindestens einen zweiten Innenschlitz aufweist, ein Innenschlitzmuster an einer Innenseite der Innenelektrodenschicht ausgebildet ist und das Innenschlitzmuster eine kombinierte Struktur von mindestens zwei der ersten Innenschlitze oder mindestens zwei der zweiten Innenschlitze aufweist.
  6. Piezoelektrisches Vielschichtbauelement, aufweisend einen Laminatkörper mit einer piezoelektrischen Schicht, die entlang einer Ebene ausgebildet ist, die eine erste Achse und eine zweite Achse aufweist, die einander schneiden, und einer Innenelektrodenschicht, die auf die piezoelektrische Schicht laminiert ist, und eine Außenelektrode, die elektrisch mit der Innenelektrodenschicht verbunden ist, wobei die Innenelektrodenschicht einen ersten Schlitz, dessen lange Seite parallel zur ersten Achse ist, und einen zweiten Schlitz, dessen lange Seite parallel zur zweiten Achse ist, aufweist, wobei der erste Schlitz mindestens einen ersten Innenschlitz aufweist, wobei der zweite Schlitz mindestens einen zweiten Innenschlitz aufweist, wobei ein Innenschlitzmuster an einer Innenseite der Innenelektrodenschicht ausgebildet ist, wobei das Innenschlitzmuster eine kombinierte Struktur von mindestens zwei der ersten Innenschlitze oder mindestens zwei der zweiten Innenschlitze aufweist und wobei im Innenschlitzmuster sowohl eine Breite in einer kurzen Richtung des ersten Innenschlitzes als auch eine Breite in einer kurzen Richtung des zweiten Innenschlitzes 0,03 bis 0,6 mm beträgt.
  7. Piezoelektrisches Vielschichtbauelement nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Innenschlitzmuster ein Muster aufweist, in dem eine Mehrzahl von ersten Innenschlitzen und eine Mehrzahl von zweiten Innenschlitzen in einer gestrichelten Gitterform kombiniert sind.
  8. Piezoelektrisches Vielschichtbauelement nach Anspruch 5 oder 7, wobei im Innenschlitzmuster sowohl eine Breite in einer kurzen Richtung des ersten Innenschlitzes als auch eine Breite in einer kurzen Richtung des zweiten Innenschlitzes 0,03 bis 0,6 mm beträgt.
  9. Piezoelektrisches Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei im Laminatkörper eine Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten und eine Mehrzahl von Innenelektrodenschichten abwechselnd laminiert sind und das Innenschlitzmuster zweier über eine piezoelektrische Schicht nebeneinander liegender Innenelektrodenschichten örtlich verschoben sind ohne in einer Laminierrichtung miteinander zu überlappen auf einem beliebigen Querschnitt des Laminatkörpers senkrecht zur ersten Achse oder zweiten Achse.
  10. Piezoelektrisches Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei im Laminatkörper eine Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten und eine Mehrzahl von Innenelektrodenschichten abwechselnd laminiert sind und Bedeckungsraten der Innenelektrodenschichten pro Schicht fortschreitend steigen oder sinken von einer untersten Schicht zu einer obersten Schicht in einer Laminierungsrichtung auf einem beliebigen Querschnitt des Laminatkörpers senkrecht zur ersten Achse oder zweiten Achse.
  11. Piezoelektrisches Vielschichtbauelement nach Anspruch 10, wobei eine Differenz der Bedeckungsraten zwischen der Innenelektrodenschicht mit einer maximalen Bedeckungsrate und der Innenelektrodenschicht mit einer minimalen Bedeckungsrate 3,0% oder mehr und 15% oder weniger beträgt.
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