JP2009194226A

JP2009194226A - 積層型圧電素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2009194226A
Application number: JP2008034943A
Authority: JP
Inventors: Mutsuo Munekata; 睦夫宗片; Masamichi Iwasa; 岩佐正道; Hideo Kawaguchi; 川口秀雄
Original assignee: TACHYONISH HOLDINGS CO Ltd
Current assignee: TACHYONISH HOLDINGS CO Ltd
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】高い放射音圧をもち音圧の周波数帯域の広帯域化を実現し、例えば、医療用、計測用超音波センサとしても用いることが可能な積層型圧電素子を提供する。
【解決手段】積層型圧電素子は、面積が徐々に変化する内部電極を配設（Ｓ３）した圧電グリーンシートを積層した積層体を作製し（Ｓ５）、積層体の上面に整合層を圧縮一体化し（Ｓ７）、一体化した積層体及び整合層を一体として焼成し（Ｓ９）、側面の所定位置に電極と導通する一対の外部電極を形成し（Ｓ１１）、その後積層体側面の外部電極パターン配設部分を除く略全面にガラスペーストを塗布して塗布膜を形成し（Ｓ１３）、塗布膜が形成された積層体を加熱処理してガラス被膜を形成し（Ｓ１６）、積層体の下面にバッキング層を接着一体化（Ｓ１８）した後に、リード線を取り付け（Ｓ２１）、分極処理をして（Ｓ２２）製造される。
【選択図】図１

Description

本発明は圧電素子と電極とが交互に積層される積層型超音波振動子及びその製造方法に関するものである。

従来の樹脂で接着して積層型超音波振動子を製作する方法は、平面研磨されたセラミックス振動子間を有機樹脂系接着剤で接合していた。しかしながら、セラミックスの平行度、表面粗さの影響を受けて理想的な接着が難しかった。

一方、ボルト締めして積層する構造では、振動子の一体化振動を阻害する要素が多く、主振動の前後に不規則な副共振が出て振動振幅特性がバラツク欠点を有していた。

一方、特許文献１の積層型セラミック振動子は、医療機器に用いられるものであるが、圧電素子と内部電極とが交互に積層され、圧電素子と内部電極を同時に焼成するため上記の欠点は解決できるが圧電振動子に印加する数十〜数百KHｚのサイン波又は数百マイクロ秒で立ち上げるパルス波を繰り返し印加すると積層体の内部電極界面で剥離しやすい問題が生じていた。
特開昭６１−６９３００号公報

又、医療用、計測用超音波センサでは、積層方向に材料定数を徐々に変化させる傾斜機能構造をもつ超音波振動子が開発されてきており、今まで発生しなかった偶数時の高調波を出現させて広帯域化を実現している。
しかしながらこの方法では、異なる材料を積層化し組成的な勾配をつけなくてはならないため材料組成のコントロールが困難であり、品質ばらつきが大きく、製造コストが高いことがネックになっている。

本発明は、上記の課題を解決し、高い放射音圧をもち音圧の周波数帯域を広く取ること（広帯域化）を実現することを目的として成されたもので、例えば、医療用、計測用超音波センサとしても用いることが可能な積層型圧電素子を提供することを目的とする。

かかる目的を達成する一手段として以下の構成を備える。
即ち、圧電素子と電極とが交互に積層され、隣り合う圧電素子に互いに逆向きとなる電界を印加することによって前記圧電素子に変位を生じさせる積層型圧電素子であって、前記圧電素子を略同一の材料で構成すると共に各圧電素子表面に必要に応じて電極パターンを形成し、前記電極パターンの形成された必要数の前記圧電素子を積層して一体化した圧電素子積層体を形成後に焼成し、前記焼成した圧電素子積層体の側面の外部電極パターン配設部分を除く略全面にガラス被膜層を形成してなることを特徴とする。

そして例えば、積層する圧電素子表面の前記電極パターン形成は、電極パターン面積を徐々に変えて厚み方向で圧電性が傾斜した圧電素子積層体とすることを特徴とする。

又は、圧電素子を略同一の材料で構成すると共に各圧電素子表面に必要に応じて電極パターンを形成し、前記電極パターンの形成された必要数の前記圧電素子を該圧電素子と電極とが交互になるように積層して一体化した圧電素子積層体を形成後に焼成し、隣り合う圧電素子に互いに逆向きとなる電界を印加することによって前記圧電素子に変位を生じさせる積層型圧電素子であって、積層する圧電素子表面の前記電極パターン形成は、電極パターン面積を徐々に変えて厚み方向で圧電性が傾斜した圧電素子積層体とすることを特徴とする。

そして例えば、前記焼成した圧電素子積層体の側面の前記外部電極パターン配設部分を除く略全面にガラス被膜層を形成してなることを特徴とする。

また例えば、前記圧電素子積層体に整合層を一体化した積層体を形成後に焼成してなることを特徴とする。あるいは、前記圧電素子積層体の片面に更にバッキング層を接着してなることを特徴とする。

さらに例えば、前記電極パターンには、隣接する電極パターンには互いに反対側面端部まで延びる外部電極接続パターンが配設されると共に、両側面に前記外部電極接続パターンに接続される外部電極パターンが配設されていることを特徴とする。
また例えば、前記圧電素子積層体の一方端の圧電素子の分極軸方向の長さを他の圧電素子部に比し長くした受信専用の圧電素子部を設けたことを特徴とする。

さらに例えば、前記分極軸方向の長さの長い圧電素子に縦方向スリットを形成して複数に分割することを特徴とする。あるいは、前記内部電極は、少なくとも前記圧電素子表面の６０％以上の面積を有することを特徴とする。

又は、積層型圧電素子の製造方法であって、圧電素子と電極とが交互に積層された積層体を製作する第１工程と、前記第１工程で製作された積層体を焼成する第２工程と、側面の所定位置に前記電極と導通する一対の外部電極を形成する第３工程と、前記積層体側面の前記外部電極配設部分を除く積層体側部略全面にガラスペースト膜を形成する第４工程と、前記ガラスペースト膜が形成された積層体を加熱処理してガラス被膜を形成する第５工程と、前記ガラス被膜を形成した積層体の一方面に整合層を接着する第６工程と、前記整合層を接着した積層体を焼成する第７工程と、前記整合層と一体化した積層体にバッキング層を接着する第８工程とを有する積層型圧電素子の製造方法とすることを特徴とする。

又は、積層型圧電素子の製造方法であって、積層型圧電素子の製造方法であって、略同一の材料で構成された圧電素子を製作する第１工程と、前記第１工程で製作された圧電素子表面に面積を徐々に変えた電極パターンを形成する第２工程と、前記第２工程で一体化した積層体を一体として焼成する第３工程と、積層体の一方面に整合層を一体化するとともに側面の所定位置に前記電極と導通する一対の外部電極を形成する第４工程と、外部電極が形成された積層体にバッキング層を接着する第５工程とを有する積層型圧電素子の製造方法とすることを特徴とする。

そして例えば、前記第１工程において、一方端部の圧電素子の分極軸方向の長さを他の圧電素子より長く形成する積層型圧電素子の製造方法とすることを特徴とする。
あるいは、更に、一方端部の圧電素子は縦方向にスリットを形成して複数に分割する積層型圧電素子の製造方法とすることを特徴とする。

本発明によれば、高い放射音圧をもち音圧の周波数帯域を広く取ること（広帯域化）ができる積層型圧電素子を提供することができる。
そして例えば、側面部をガラス封止することにより、厚み縦閉じ込め振動を効率良く励振させることができる。

［第１の実施の形態例］
以下、図面を参照して本発明に係る一発明の実施の形態例を詳細に説明する。本実施の形態例の積層型圧電素子は、例えば全体的に見て円柱状あるいは角柱状に形成し、各層の振動子は円板あるいは角板を積み重ねた構造とすることが望ましい。

以下の説明はドクターブレード法（doctor brade method）によりグリーンシート化し、さらに内部電極を塗布してから内部電極と圧電グリーンシートを圧着成形して一体化し、一体化してから焼成する一体焼結法で製造する例を図１を参照して説明する。図１は一体焼結法による製造方法を説明するためのフローチャートである。

まずステップＳ１において、圧電グリーンシートを作成する。具体的には、ドクターブレード法を用いて作成する場合は仮焼した圧電材料を微粉砕して酢酸ビニルエマルジョン等のバインダ、分散剤等を入れて攪拌、分散しスラリー化してドクターブレード装置の受け口に流し込む。ドクターブレードの刃の隙間を調節して、刃の底部にあるキャリアシートを一定速度で滑らせて厚みの均一なグリーンシート（又はセラミック形成体）を作成する。

一方、押出成型法を用いて作成する場合は微粉砕した圧電仮焼粉にメチルセルロース等のバインダを入れて混練し、粘土状にして押出装置の口金からシート状に押し出してグリーンシート化する。

圧電材料としてはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系を用いることが出来る。しかし、以上の例に限定されるものではなく、他にチタン酸鉛（PT）系、チタン酸ビスマス（BNT）系等の無鉛系の圧電材料を使用しても良い。またドクターブレード法や押出成形法によって作成されるシートの膜厚は例えば、１００μｍ〜５０００μｍ程度とすることが望ましい。

続いてステップＳ３において、ステップＳ１で作成したグリーンシートに例えばスクリーン印刷法によって内部電極パターンを印刷する。内部電極パターンは、積層するグリーンシートの一方端面の内部電極パターンから徐々に面積が小さくなるように（または徐々に面積が大きくなるように）内部電極パターンを印刷する。

同時に内部電極から側面の外部電極配設位置とを電気的に接続する接続導電パターンが交互に反対側の側面に順番に配列されるように印刷する。

次にステップＳ５において、ステップＳ３の処理で内部電極及び接続導電パターンの印刷されたグリーンシートをパンチング打ち抜き装置で内部電極の大きさ、外部電極の引き出し方向が異なるパターンとなるように指定された順番で打ち抜く。

内部電極のパターン例を図２（Ａ）〜図２（Ｉ）に示す。なお、接続導電パターンは図２（Ａ）〜図２（Ｉ）中に符号ａで示す。図２に示すように、第１層の内部電極から互いに逆方向に接続導電パターンａが配設され、かつ内部電極の面積が徐々に減少していくように配設する。このように形成することにより、厚み方向で圧電性が傾斜した圧電素子積層体とすることができる。

次にステップＳ７において、指定枚数（本例では８枚）を積み重ねた後、仮圧着する。この圧電素子を仮圧着した積層圧電体の例を図３に示す。図３において、１０１は第１層のグリーンシート、１０２は第２層のグリーンシート、１０３は第３層のグリーンシート、１０４は第４層のグリーンシート、１０５は第５層のグリーンシート、１０６は第６層のグリーンシート、１０７は第７層のグリーンシート、１０８は第８層のグリーンシートである。

又、２０１は第１層グリーンシート１０１の表面に配設された第１層内部電極、２０２は第２層グリーンシート１０２の表面に配設された第２層内部電極、２０３は第３層グリーンシート１０３の表面に配設された第３層内部電極、２０４は第４層グリーンシート１０４の表面に配設された第４層内部電極、２０５は第５層グリーンシート１０５の表面に配設された第５層内部電極、２０６は第６層グリーンシート１０６の表面に配設された第６層内部電極、２０７は第７層グリーンシート１０７の表面に配設された第７層内部電極、２０８は第８層グリーンシート１０８の表面に配設された第８層内部電極、２０９は第８層グリーンシート１０８の裏面に配設された第９層内部電極である。

そして、積層型圧電素子が音波を出す対象媒体との音響インピーダンスを合わせるため、例えばグリーンシートと略同じ圧電材料等で多孔質化した音響整合層（ポーラスなセラミックス整合層）３００を一体化させた後、油圧プレス機、静水圧プレス機等で所定の圧力（例えば、１〜３トン/ｃｍ³）を印加して本圧着して一体化する。

次にステップＳ９において、ステップＳ７で一体化した積層体を例えば１０００℃以上の高温で２時間程度焼成する。本実施の形態例では、このように一体焼結法を用いたため、積層圧電体を焼成した後に整合層を接着する場合と異なり界面が理想的接着状態になるため、音波の反射、ロスを少なくできる。

なお、圧電グリーンシートと内部電極は一緒に焼成するため、内部電極ペーストは高温の焼成に耐えられる材料であることが不可欠である。一般的に圧電材料は１０００℃以上の高温で焼成されるために、内部電極ペーストとしては安価な銀／パラジウムペーストを用いるのが好ましい。

続くステップＳ１１において、焼成された積層体の側面まで延出している内部電極のプラス側とマイナス側にリード線を半田付けするための外部電極パターンを塗布して焼成する。具体的には、プラス側内部電極２０１，２０３，２０５，２０７，２０９が導通するように、積層体の側面の所定位置に不図示のプラス側外部電極となる外部電極ペーストを印刷し、マイナス側内部電極２０２，２０４，２０６，２０８が導通するように、積層体の側面の所定位置に不図示のマイナス側外部電極となる外部電極ペーストを印刷し、所定の温度で焼成する。外部電極ペーストとしては、グリーンシートの焼成温度よりも低い８００℃程度で焼成が可能な銀ペーストを用いることが好ましい。

更に、ステップＳ１３において、積層体の側面略全体にガラスペーストを塗布して薄いガラス膜を形成する。ガラスペーストの塗布膜の厚みは焼成後に形成されるガラス被膜の機械的特性並びに積層型圧電素子の音波面の面積（発生力）を考慮して定められるが、ガラス被膜はできるだけ薄くして、圧電素子と熱膨張係数を合すことでガラスにクラックが入る事を防止し、圧電素子に電圧を印加した時の変位阻害量を小さくする事ができる。具体的には、数μｍ〜１００μｍの厚みのガラス被膜が得られるように、ガラスペーストの塗布膜の厚みを調節することが好ましい。

そして続くステップＳ１６において、ステップＳ１３で塗布したガラスペースト膜を焼成する。焼成温度は４００〜８００℃が好ましい。このとき、外部電極パターン部はリード線が取り付けられる部分なのでリード線の取り付け予定部分にはガラスペーストを塗布しない。ガラスペーストの塗布方法としては、スクリーン印刷やディッピング、刷毛塗り等種々の塗布方法を用いることができる。

このガラス被膜を形成した積層圧電体の概略断面を図４に示す。図４の１０，２０が側面ガラス被膜である。圧電グリーンシートを図２に示すように円形に形成した場合には、ガラス被膜１０，２０はリード線取り付け予定部分を除き周囲に連続して円柱形に形成される。

次にステップＳ１８において、ステップＳ１６ガラスペースト塗布膜の焼成された積層体のグリーンシート側端面（図４の内部電極２０９配設面）に、例えば有機物と重金属の混合物で形成したバッキング層５００を接着する。バッキング層は、後方への音を吸収して多重反射成分を抑え、波形のシンプル化とパルス幅を短くする効果がある。

整合層と共に一体焼成した積層圧電体にバッキング層を接着する前の状態が図４に示す状態である。図４において、３００が第１層内部電極２０１面に一体焼成された整合層、５００がこれから一体焼成された積層圧電体に接着されるバッキング層である。

そしてステップＳ２０において、側面に形成されている外部電極パターンのリード線取り付け部分に半田付け等によりリード線を取り付ける。最後にステップＳ２２において、公知の分極処理を行う。分極処理は、例えば、８０℃のシリコン絶縁油中で３ｋＶ／ｍｍの電界を圧電セラミックスの各層に印加することにより行い、その後にエージング処理を行うことで、本実施の形態例の積層型圧電素子を作製することができる。

上記したように、本実施の形態例では、圧電グリーンシートによる超音波振動子１０１乃至１０８は、略同一材料組成を使い、内部電極２０１乃至２０９の大きさを徐々に変えることにより、厚み閉じ込め振動の励振振幅が徐々に変化し、材料定数を傾斜させながら変える従来の傾斜型積層振動子と同様な効果が得られる。その結果、単層圧電素子の上下面の電極のみ備える従来の構造に比べて、多層にして徐々に電極面積を変えることにより、電極面に集中する応力が徐々に緩和されて主振動の偶数高調波も励振されるようになるため発振周波数の広帯域化が実現できる。

また、積層構造は急峻なパルス波形を繰り返し印加すると積層面が層状剥離する欠点があるが、外部電極取出し部(リード線取り付け部)を除いた積層振動子の側面を低膨張率のガラス粉末を焼成してガラス封止する事により、分極処理で薄いガラス膜に引っ張り応力がかかり、分極後は積層型圧電素子に残留圧縮応力を掛け続けた状態になるため、信頼性・耐久性を向上することができる。

本実施の形態例によれば、内部電極の大きさを徐々に変えた振動子を積層して側面部をガラス封止することにより、厚み縦閉じ込め振動を励振させることができる。更に、積層型超音波圧電振動子とすることで、低い印加電圧で高い音圧が放射でき、耐久性、信頼性が極めて良い超音波センサの製作が可能となると共に、周波数に対する音圧の帯域が広い超音波センサを提供することができる。

更に主振動の近傍に副振動（スプリアス）がないため、波形がシンプルとなり超音波機器の計測、解析制御の精度、分解能を上げることができる。

また、風向、風量計に用いる気体用超音波センサの場合には高電圧（500〜2000V）でパルス駆動されるため、大電流を流せるフォトＭＯＳリレーがなく、回路の小型化、切り替えノイズが問題になっていたが、本実施の形態例では、積層振動子の一層の厚みを薄くして一層あたりの振動子に印加する電圧を大幅に下げることができるため、電子部品の選定が広がり、回路の小型化、切り替えノイズ発生の問題点が解消できるという優れた作用効果を得ることが出来る。
〔第２の実施の形態例〕

以上の説明は整合層を一層のみ形成したが、積層圧電体の音響インピーダンスと超音波放射媒体との音響インピーダンスの差が大きい場合には、１層ではなく、更に多層として徐々に音響インピーダンスを調整することにより、整合性をより向上させることが可能となる。

このように整合層を多層化した本発明に係る第２の実施の形態例を図６を参照して以下に説明する。図６において、４００及び４５０がそれぞれ整合層であり、整合層４００は積層圧電体の音響インピーダンスと超音波放射媒体とのインピーダンスの差を３等分した積層圧電体との差が略１／３の音響インピーダンスをもつ第１整合層、４５０は超音波放射媒体とのインピーダンスの差が略１／３の音響インピーダンスをもつ第２整合層である。

第２の実施の形態例によれば、上述した第１の実施の形態例の図１に示すステップＳ７の圧電グリーンシート積層体と整合層との圧縮一体化ステップにおいて、整合層が１種類の１層ではなく、それぞれ音響インピーダンスの異なる複数（例えば２層）の整合層を準備し、それぞれを有機物の接着層を介さないで単に重ね合わせて圧縮一体化する。

その後ステップＳ９で圧縮一体物の焼成を行う。その他については上述した第１の実施の形態例と略同様であるため、詳細説明を省略する。

以上説明したように第２の実施の形態例によれば、積層圧電体の音響インピーダンスと、超音波を放出する放射媒体のインピーダンスとを徐々に近づけて整合させることができ、効率の良い超音波放射が可能となる。

第２の実施の形態例においても、整合層１（４００）をポーラスなセラミックスで形成し、整合層２（４５０）を有機物を含む材料で形成した構成とする事により、広帯域の、且つ効率のより向上した超音波発振素子が提供できる。この場合には、まず、整合層１（４００）を積層体と一体焼成した後に、整合層２（４５０）を接着などで一体化すればよい。

なお、整合層はポーラスなセラミック材料と有機物を含む材料とで構成する例に限定されるものではなく、整合層を有機物を含む材料のみで構成することもできる。このように整合層を有機物を含む材料で構成した場合には、整合層をすべてバッキング層と同様に接着材で接着して一体化することになる。
〔第３の実施の形態例〕

第１、第２の実施形態例の説明は、1個の積層圧電体で送信と受信を兼用する超音波振動子の例である。しかし、1個の積層圧電体で送信と受信を分けることもできる。第３の実施の形態例は積層圧電体を送信部と受信部に分けた構造例である。

図７は本発明に係る第３の実施の形態例を説明するための図である。図７の例は、超音波を送信する超音波振動子の積層数を４層にし、積層体全体の厚さを受信用の圧電素子を形成しない場合と同様の共振周波数になるようにした例である。

圧電素子に外部から超音波が到達すると、その圧電素子が振動する。このため、外部から与えられた振動を圧電効果により電圧に変換することで、振動を電気的に検出することができる。

第３の実施の形態例の製造方法は上述した第１の実施の形態例と基本的に異なることがない。まず、圧電グリーンシートの厚さは第１の実施の形態例と同じ送信用の圧電グリーンシート４枚と、このグリーンシートを４枚重ねた厚さ（圧電素子の分極軸方向の長さを他の圧電素子部に比しほぼ４倍長くした）の受信用の圧電グリーンシートを用意し、それぞれのグリーンシートを挟み込むようにそれぞれ面積の異なる内部電極を配設し、それぞれを積層して積層圧電体を形成する。

この積層圧電体を一体化した状態を図７に示す。図７における１５０が受信用に適した十分な厚さを確保した圧電素子、１０１〜１０４は上述した各実施の形態例と同様の送信用に適した圧電素子、２０１〜２０６は内部電極である。

第３の実施の形態例においても、基本的な製造方法は上述した第１及び第２の実施の形態例とほぼ同様な製造方法で製造することができる。又、整合層とバッキング層の組み合わせも上述した第１及び第２の実施の形態例とほぼ同様にできる。第３の実施の形態例の製造工程は、上述した第１及び第２の実施の形態例と同様であるため、詳細説明を省略する。
〔第４の実施の形態例〕

以上に説明した第３の実施の形態例の説明は、積層圧電体の形状をほぼ円板状に成形した例を説明し、また、受信用に適した圧電素子は他の送信用に適した圧電素子と似た形状で構成した例を説明した。第４の実施の形態例は受信性能を向上させる他の手段として、受信用圧電素子の分極軸に平行な方向に分割スリットを形成して、受信圧電素子を細分化することにより、分極軸方向の長さと上下電極面の横軸長さの比が大きくなり厚み縦振動の電気機械結合係数が大きくなることにより、受信性能を更に向上させる効果がある。

受信用の圧電素子に縦方向にスリットを形成した本発明に係る第４の実施の形態例を図８を参照して以下に説明する。図８は本発明に係る第４の実施の形態例の具体的構成を説明するための斜視図である。

第４の実施の形態例では各圧電素子を断面略四角形に形成した例を説明する。
このときの状態は、圧電グリーンシートが断面略円形形状ではなく、角形形状である点を除き第３の実施の形態例の図７に示す状態と同様である。但し、図８に示す例ではそれぞれの圧電グリーンシートの全体形状を小型化しており、断面面積に比し厚さが厚くなっている。

そしてステップＳ５の処理に続いて一体化した受信用に適した圧電グリーンシートを例えば４分割するように切り込み（スリット）１６００を形成し、受信用の圧電素子に適した圧電グリーンシートを４分割して４本の柱状の受信用圧電素子１１５１，１１５２，１１５３，１１５４とする。なお、以上の説明では４分割した例を挙げたが、２分割でも、３分割でもよく、５分割、６分割など更に多分割しても良い。

スリット部は、柔らかいシリコン樹脂等で充填することにより細長い圧電素子の副振動を抑えることができる。

そしてその後に図１に示すステップＳ７以下の処理を実行する。その後の製造過程は上述した各実施の形態例と同様であるため、詳細説明を省略する。なお、図８では不図示だが受信用の圧電素子１１５１〜１１５４の上面略全面に内部電極が配設されている。

以上に説明した様に第４の実施の形態例によれば、受信用の圧電素子の厚さを厚くするのみならず、スリットを形成して多分割したため、受信感度を大幅に向上させることが可能となり、非常に高性能な超音波送信装置、超音波検出装置が提供できる。

本発明に係る一発明の実施の形態例の積層型の圧電アクチュエータの製造方法を説明するためのフローチャートである。、、、、、、、、本実施の形態例の積層圧電振動子の内部電極パターンを説明するための図である。本実施の形態例の圧電グリーンシートを一体成形した状態を示す概略断面図である。

本実施の形態例の整合層と共に一体焼成した積層圧電体側面にガラス層を形成した積層体にバッキング層を接着する前の概略断面図である。本実施の形態例の製造完了時の構成を説明するための概略断面図である。本発明に係る第２の実施の形態例の積層圧電体の構成を説明するための概略断面図である。本発明に係る第３の実施の形態例の積層圧電体の構成を説明するための概略断面図である。

本発明に係る第４の実施の形態例の積層圧電体の構成を説明するための概略斜視図である。

符号の説明

１０１〜１０８，１５０，１１０１〜１１０４、１１５１〜１１５４圧電グリーンシート（圧電振動子）
２０１〜２０９，２１６，１２０１，１２０３，１２０５内部電極
３００，４００，４５０整合層
５００バッキング層
１０，２０ガラス被膜層

Claims

圧電素子と電極とが交互に積層され、隣り合う圧電素子に互いに逆向きとなる電界を印加することによって前記圧電素子に変位を生じさせる積層型圧電素子であって、
前記圧電素子を略同一の材料で構成すると共に各圧電素子表面に必要に応じて電極パターンを形成し、前記電極パターンの形成された必要数の前記圧電素子を積層して一体化した圧電素子積層体を形成後に焼成し、
前記焼成した圧電素子積層体の側面の外部電極パターン配設部分を除く略全面にガラス被膜層を形成してなることを特徴とする積層型圧電素子。
積層する圧電素子表面の前記電極パターン形成は、電極パターン面積を徐々に変えて厚み方向で圧電性が傾斜した圧電素子積層体とすることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電素子。
圧電素子を略同一の材料で構成すると共に各圧電素子表面に必要に応じて電極パターンを形成し、前記電極パターンの形成された必要数の前記圧電素子を該圧電素子と電極とが交互になるように積層して一体化した圧電素子積層体を形成後に焼成し、隣り合う圧電素子に互いに逆向きとなる電界を印加することによって前記圧電素子に変位を生じさせる積層型圧電素子であって、
積層する圧電素子表面の前記電極パターン形成は、電極パターン面積を徐々に変えて厚み方向で圧電性が傾斜した圧電素子積層体とすることを特徴とする積層型圧電素子。
前記焼成した圧電素子積層体の側面の前記外部電極パターン配設部分を除く略全面にガラス被膜層を形成してなることを特徴とする請求項３記載の積層型圧電素子。
前記圧電素子積層体に整合層を一体化した積層体を形成後に焼成してなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の積層型圧電素子。
前記圧電素子積層体の片面に更にバッキング層を接着してなることを特徴とする請求項５記載の積層型圧電素子。
前記電極パターンには、隣接する電極パターンには互いに反対側面端部まで延びる外部電極接続パターンが配設されると共に、両側面に前記外部電極接続パターンに接続される外部電極パターンが配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の積層型圧電素子。
前記圧電素子積層体の一方端の圧電素子の分極軸方向の長さを他の圧電素子部に比し長くした受信専用の圧電素子部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の積層型圧電素子。
前記分極軸方向の長さの長い圧電素子に縦方向スリットを形成して複数に分割することを特徴とする請求項８に記載の積層型圧電素子。
前記内部電極は、少なくとも前記圧電素子表面の６０％以上の面積を有することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の積層型圧電素子。
積層型圧電素子の製造方法であって、
圧電素子と電極とが交互に積層された積層体を製作する第１工程と、
前記第１工程で製作された積層体を焼成する第２工程と、
側面の所定位置に前記電極と導通する一対の外部電極を形成する第３工程と、
前記積層体側面の前記外部電極配設部分を除く積層体側部略全面にガラスペースト膜を形成する第４工程と、
前記ガラスペースト膜が形成された積層体を加熱処理してガラス被膜を形成する第５工程と、前記ガラス被膜を形成した積層体の一方面に整合層を接着する第６工程と、
前記整合層を接着した積層体を焼成する第７工程と、
前記整合層と一体化した積層体にバッキング層を接着する第８工程と
を有することを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
積層型圧電素子の製造方法であって、
略同一の材料で構成された圧電素子を製作する第１工程と、
前記第１工程で製作された圧電素子表面に面積を徐々に変えた電極パターンを形成する第２工程と、
前記第２工程で一体化した積層体を一体として焼成する第３工程と、
積層体の一方面に整合層を一体化するとともに側面の所定位置に前記電極と導通する一対の外部電極を形成する第４工程と、
外部電極が形成された積層体にバッキング層を接着する第５工程と
を有することを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
前記第１工程において、一方端部の圧電素子の分極軸方向の長さを他の圧電素子より長く形成することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の積層型圧電素子の製造方法。
更に、一方端部の圧電素子は縦方向にスリットを形成して複数に分割することを特徴とする請求項１３記載の積層型圧電素子の製造方法。