JP2010171360A - 積層型圧電素子およびその製法ならびに振動体 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤層による振動吸収を低減できる積層圧電素子およびその製法ならびに振動体を提供する。
【解決手段】圧電体層７と内部電極層９とを交互に積層してなり、一対の長方形状の主面と該主面の長手方向ｘの両端側に設けられた一対の側面とを有する板状の積層体１３と、積層体１１の一対の側面にそれぞれ設けられ内部電極層９と電気的に接続された一対の外部電極１７、１９とを具備する積層型圧電素子１、３であって、積層体１３の一方の主面に、一対の外部電極１７、１９のうち一方と電気的に接続された表面電極層１５が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層型圧電素子およびその製法ならびに振動体に関し、特に、コンピュータ、携帯電話機または小型端末機器用の平面スピーカ装置に用いられるバイモルフ型またはユニモルフ型の積層型圧電素子およびその製法ならびに振動体に関するものである。

従来の積層型圧電素子は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、圧電体層の積層方向に形成された長方形状の一対の主面と内部電極層が長手方向に交互に引き出された一対の側面とを有する板状の積層体と、この積層体の長手方向の両端部に設けられた外部電極とを具備している。

従来の振動体は、図７に示すように、上記のような積層型圧電素子の一方の主面を支持板に接着剤を用いて接合することにより、バイモルフ型（図７（ａ））およびユニモルフ型（図７（ｂ））の振動体を作製していた（例えば、特許文献１参照）。

従来の振動体は、図７（ａ）に示すように、積層型圧電素子３０、３６を支持板３４の上下面に接着剤層３５で接合して構成されている。

すなわち、積層型圧電素子３０、３６は、７層の圧電体３１と６層の内部電極層３２とを交互に積層してなる積層体と、この積層体の上下の主面に形成された表面電極層３３ａと、積層体の長手方向の両端部にそれぞれ設けられた一対の外部電極３３ｂとを具備している。積層体は板状であり、上下の主面が長方形状とされ、積層体の長手方向には、内部電極層３２が交互に引き出された一対の側面を有し、この一対の側面にはそれぞれ外部電極３３ｂが設けられている。外部電極３３ｂは積層体の支持板側の主面よりも支持板３４側に突出している。

６層の内部電極層３２と２層の表面電極層３３ａは交互に電極層とされており、一対の外部電極３３ｂには、積層体の側面において３層ずつの内部電極層３２及び１層ずつの表面電極層３３ａが電気的に接続されている。

通常、支持板３４に接着剤を塗布し、この接着剤層３５に積層型圧電素子３０、３６を押し当て、接合されるが、図７（ｂ）に示すように、支持板３４上に接着剤層３５を厚く、かつ積層型圧電素子３０、３６の主面の面積よりも広い面積で塗布し、この接着剤層３５が乾燥する前に積層型圧電素子３０、３６を押し当てた状態で乾燥させて接合していた。

特開２００７−３２９４３１号公報

しかしながら、従来の振動体では、外部電極３３ｂが、積層体の主面よりも支持板３４側に突出していたため、外部電極３３ｂと支持板３４との接触を防止するため、接着剤層３５の厚みｈを厚くせざるを得ず、この厚い接着剤層３５が積層型圧電素子３０、３６の振動を吸収し、振動体の変位が低下し易いという問題があった。

また、積層体の支持板３４側の主面には、積層型圧電素子３０、３６を有効に振動すべく、表面電極層３３ａが形成されており、この表面電極層３３ａと支持板３４との電気的導通を阻止するためにも、接着剤層３５の厚みｈを厚くせざるを得なかった。

本発明は、接着剤層による振動吸収を低減できる積層型圧電素子およびその製法ならびに振動体を提供することを目的とする。

本発明の積層型圧電素子は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、一対の長方形状の主面と該主面の長手方向の両端側に設けられた一対の側面とを有する板状の積層体と、該積層体の前記一対の側面にそれぞれ設けられ前記内部電極層と電気的に接続された一対の外部電極とを具備する積層型圧電素子であって、前記積層体の一方の前記主面に、前記一対の外部電極のうち一方と電気的に接続された表面電極層が形成されていることを特徴とする。

従来、広がり振動モードで振動する積層型圧電素子では、広がり振動を抑制しないように、積層体の両主面に表面電極層を形成し、積層体の全圧電体層を振動に寄与する活性層としていた。従って、積層型圧電素子を支持板に接合する際には、積層型圧電素子の表面電極層側を接着剤で支持板に接合する必要があり、積層型圧電素子の表面電極層と支持板との間の絶縁性を確保するため、接着剤層の厚みを厚くせざるを得なかった。また、外部電極が、積層体の主面よりも外側に突出していたため、外部電極と支持板との接触を防止するため、接着剤層の厚みを厚くせざるを得なかった。このため、接着剤層により積層型圧電素子の振動が吸収され、変位を支持板に十分に伝達できなかった。

本発明の積層型圧電素子では、積層型圧電素子を支持板に接合する際には、外部電極と支持板との接触や、積層体と支持板との導通を考慮する必要がないので、積層体の支持板側の主面と支持板との間の間隔、言い換えると、積層体の支持板側に表面電極層が形成されていない圧電体層（不活性層となる）の支持板側の表面と支持板との間の間隔、さらに言い換えると、積層体の支持板側の主面と支持板とを接合するための接着剤層の厚みを薄くすることが可能となるため、接着剤層による積層型圧電素子の変位吸収が少なくなり、積層型圧電素子による力を、支持板に効果的に作用せしめることが可能となり、従来よりも振動体としての変位量の向上が可能となる。

本発明の積層型圧電素子の製法は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、一対の長方形状の主面と該主面の長手方向の両端側に設けられた一対の側面とを有する板状の積層体を作製する積層体作製工程と、該積層体の前記一対の側面に前記内部電極層と電気的に接続する一対の外部電極をそれぞれ形成するとともに、前記積層体の一方の前記主面に、前記一対の外部電極のうち一方と電気的に接続された表面電極層を形成する外側電極形成工程とを具備する積層型圧電素子の製法であって、前記外側電極形成工程として、表面電極ペーストを前記積層体の一方の前記主面に塗布するとともに、外部電極ペーストを前記積層体の前記一対の側面に、前記積層体の他方の前記主面から所定間隔を置いて塗布し、熱処理することを特徴とする。

本発明の積層型圧電素子の製法では、表面電極層を形成する一方の主面と反対側の積層体の他方の主面には、表面電極層が形成されていないため、外部電極ペーストを積層体の他方の主面まで塗布する必要がなく、表面電極層を形成する一方の主面と反対側の積層体の他方の主面から所定間隔を置いて塗布し、熱処理することにより外部電極を形成でき、他方の主面から突出しない外部電極を容易に形成できる。これにより、積層型圧電素子を支持板に接合する際に、外部電極と支持板との接触や、積層体と支持板との導通を考慮する必要がない積層型圧電素子を容易に作製できる。

また、本発明の積層型圧電素子の製法は、前記積層体作製工程として、前記表面電極層が形成される一方の主面と反対側の他方の主面に最も近い内部電極層に、外方に向けて複数の不活性な圧電体層が積層され、該複数の不活性な圧電体層間に導体層が形成された積層体を作製することを特徴とする。

このような積層型圧電素子の製法では、表面電極層を形成する一方の主面と反対側の積層体の他方の主面には、表面電極層が形成されておらず、また、他方の主面に最も近い内部電極層に、外方に向けて複数の不活性な圧電体層が積層された積層体を作製するため、外部電極ペーストを積層体の他方の主面との距離を大きくとって塗布することができ、他方の主面から突出しない外部電極を容易に形成できる。

また、複数の不活性な圧電体層間に導体層が形成されているため、不活性な圧電体層でも、他の活性な圧電体層と同様に導体層の導体材料が焼結助剤の役割を果たし、積層体全体の収縮を均一化でき、積層型圧電素子の変形を抑制できる。

本発明の製法は、特に、素子厚みが薄く、外部電極を形成する側面の面積が少ない積層型圧電素子を作製する場合に有効に用いることができる。

本発明の振動体は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、一対の長方形状の主面と該主面の長手方向の両端側に設けられた一対の側面とを有する板状の積層体と、該積層体の前記一対の側面にそれぞれ設けられ前記内部電極層と電気的に接続された一対の外部電極とを具備する積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の前記積層体の他方の主面に接着剤層を介して接合された支持板とを具備するとともに、前記積層体の前記支持板と反対側の主面に、前記一対の外部電極のうち一方と電気的に接続された表面電極層が形成されていることを特徴とする。

本発明の振動体は、外部電極と支持板との接触や、積層体と支持板との導通を考慮する必要がないので、積層体の支持板側の主面と支持板との間の間隔、言い換えると、積層体の支持板側に表面電極層が形成されていない圧電体層（不活性層となる）の支持板側の表面と支持板との間の間隔、さらに言い換えると、積層体の支持板側の主面と支持板とを接合するための接着剤層の厚みを薄くできるため、接着剤層による積層型圧電素子の変位吸収が少なくなり、積層型圧電素子による力を、支持板に効果的に作用せしめることができ、従来よりも変位量を向上できる。

本発明の振動体は、前記積層体の最も前記支持板側に近い内部電極層と前記支持板側の主面との間には、複数の不活性な圧電体層が積層されており、該複数の不活性な圧電体層間には、前記外部電極と電気的に接続されていない導体層が形成されていることを特徴とする。

このような振動体では、外部電極を積層体の他方の主面との距離を大きくとって形成できるため、積層体の支持板側の主面と支持板とを接合するための接着剤層の厚みを薄くした場合でも、外部電極と支持板との絶縁性を十分に確保することができる。

本発明の振動体は、前記支持板の両主面に、前記積層型圧電素子が設けられていることを特徴とする。このような振動体では、振動体の変位を大きくすることができる。

本発明の積層型圧電素子では、積層型圧電素子を支持板に接合する際には、外部電極と支持板との接触や、積層体と支持板との導通を考慮する必要がないので、積層体の支持板側の主面と支持板とを接合するための接着剤層の厚みを薄くすることが可能となり、接着剤層による積層型圧電素子の変位吸収が少なくなり、積層型圧電素子による力を、支持板に効果的に作用せしめることが可能となる。

本発明の積層型圧電素子の製法では、表面電極層を形成する一方の主面と反対側の積層体の他方の主面には、表面電極層が形成されていないため、外側電極ペーストを積層体の他方の主面まで塗布する必要がなく、積層体の他方の主面から所定間隔を置いて塗布し、熱処理することにより外部電極を形成でき、他方の主面から突出しない外部電極を容易に形成できる。これにより、積層型圧電素子を支持板に接合する際に、外部電極と支持板との接触や、積層体と支持板との導通を考慮する必要がない積層型圧電素子を容易に作製できる。

本発明の振動体では、外部電極と支持板との接触や、積層体と支持板との導通を考慮する必要がないので、積層体の支持板側の主面と支持板との間の接着剤層の厚みを薄くでき、接着剤層による積層型圧電素子の変位吸収が少なくなり、積層型圧電素子による力を、支持板に効果的に作用せしめることができ、従来よりも変位量を向上できる。

本発明のバイモルフ型の振動体の断面図である。 本発明のバイモルフ型の振動体の平面図である。 底面側の接着剤層と側面側の接着剤層で積層型圧電素子を支持板に接合した状態を示す断面図である。 接続導体を有する本発明のバイモルフ型振動体を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 （ａ）は、積層体の長手方向側面が焼き肌面とされている積層型圧電素子を用いた振動体の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す断面図である。 不活性層を３層有する本発明の積層型圧電素子を示す断面図である。 従来のバイモルフ型の振動体を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は接着剤層を広く形成し、この接着剤層に積層型圧電素子を押し当てて接合した場合の断面図である。

（第１形態）
以下、本発明の振動体の一実施形態を図１、図２に基づいて説明する。図１は本発明のバイモルフ型の振動体の断面図を、図２は平面図を示す。

本発明のバイモルフ型の振動体は、図１、２に示すように、積層型圧電素子１、３を支持板５の上下主面に底面側の接着剤層６によりそれぞれ接合して構成されている。尚、本発明は、バイモルフ型の振動体に限定されるものではなく、支持板５の片側に積層型圧電素子が接合されたユニモルフ型の振動体であっても本発明の効果は得られる。

積層型圧電素子１、３は、６層のセラミックスからなる圧電体層７と６層の内部電極層９とを交互に積層してなり、支持板５側の最外側に振動に寄与しない不活性な圧電体層７を有する積層体１３と、この積層体１３の支持板５と反対側に形成された表面電極層１５と、積層体１３の長手方向ｘの両端部にそれぞれ設けられた一対の外部電極１７、１９とを具備している。尚、図１は理解を容易にするため、積層型圧電素子１、３の厚みを拡大して記載した。支持板５側の最外側の圧電体層７は、言い換えれば支持板５側に表面電極層が形成されていない圧電体層７と言うことができ、さらに言い換えると不活性層ということができる（以後、積層体１３の支持板５側の最外側の圧電体層７を不活性層１１ということがある）。尚、不活性層１１とは、電極により挟持されていない圧電体層７であり、変位しない圧電体層であり、電極により挟持された圧電体層７とは区別される。

積層体１５は板状であり、上下の主面が長方形状とされ、積層体１５の主面の長手方向ｘには、内部電極層９が交互に引き出された一対の側面を有している。

図１の積層型圧電素子１で説明すると、積層体１５の上側の主面は圧電体層７の上面で構成され、積層体１３の下側の主面は表面電極層が形成されていない圧電体層７（不活性層１１）の下面で構成されており、積層体１５の上側の主面には、表面電極層１５が形成されている。

この積層型圧電素子１、３の層構成を、図１の積層型圧電素子１で詳細に説明すると、不活性層１１と、この最下層の不活性層１１の上面に形成された内部電極層９と、この内部電極層９上に形成された圧電体層７と、この圧電体層７の上面に交互に積層された前記内部電極層９、前記圧電体層７と、さらに積層体１３の最上層の圧電体層７上に形成された表面電極層１５とを具備している。

１層の不活性層１１と、６層の圧電体層７と、６層の内部電極層９とは積層された状態で同時焼成されて構成されている。表面電極層１５は、後述するように、積層体１３を作製した後、表面電極ペーストを塗布し焼き付けて形成されている。

不活性層１１の厚みは任意に設定できるが、不活性層１１の厚みが厚くなると絶縁性を向上できるものの、不活性層１１による振動抑制が大きくなるため、良好な振動を得るという点からは薄い方が望ましい。

また、不活性層１１は製造上容易という点からは、電極層で挟まれた活性層となる圧電体層７と同一材料で同一厚みで形成されている。これにより、積層成形体を作成する際には、圧電体層７と同じグリーンシートを用いて作製することができる。

積層体１３の長方形状の主面は、幅が５ｍｍ以下で、長さが１０ｍｍ以上であることが望ましい。このような積層型圧電素子では、特に、主面の長手方向ｘの変位が大きくなり、支持板５に伝達される変位量が大きくなるため、後述するように、底面側の接着材層６による変位吸収を抑制する本発明を好適に用いることができる。積層体１３の長方形状の主面は、特に幅が５ｍｍ以下で、長さが１７ｍｍ以上の場合に、本発明を好適に用いることができる。

また、積層体１３の圧電体層７の積層数が３０層以下である場合には、積層型圧電素子の変位が小さいため、積層型圧電素子の変位を効率よく支持板に伝達する必要があるため、本発明をより好適に用いることができる。

圧電体層７としては、ＰＺ、ＰＺＴ、Ｂｉ層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系圧電体材料等、従来用いられている圧電セラミックスを用いることができる。圧電体層７の厚みは、低電圧駆動という観点から、１０〜１００μｍとされている。

内部電極層９としては、銀とパラジウムからなる金属成分と圧電体層７を構成する材料成分を含有することが望ましい。内部電極層９に圧電体層７を構成する材料成分を含有することにより、圧電体層７と内部電極層９との熱膨張差による応力を低減することができ、積層不良のない積層型圧電素子１、３を得ることができる。内部電極層９は、特に、銀とパラジウムからなる金属成分に限定されるものではなく、また、セラミック成分として、圧電体層７を構成する材料成分に限定されるものではなく、他のセラミック成分であっても良い。

表面電極層１５と外部電極１７、１９は、銀からなる金属成分にガラス成分を含有することが望ましい。ガラス成分を含有することにより、圧電体層７や内部電極層９と、表面電極層１５または外部電極１７、１９との間に強固な密着力を得ることができる。

外部電極１７、１９は積層体１３の側面に形成され、外部電極１７、１９の上端部は積層体１３側面から、支持板５と反対側の積層体１３の主面の長手方向ｘの両端部まで、外部電極１７、１９が延設されており、支持板５と反対側の積層体１３の主面の長手方向ｘの一方端部では、外部電極１９が表面電極層１５に接続され、他方端部では、外部電極１７は、圧電体層７上に接合している。外部電極１７、１９の支持板５側は、積層体１３の支持板５側の主面から所定間隔Ｌをおいて形成されている。

外部電極１７、１９は、積層体１３の主面の長手方向ｘの側面に形成されており、積層体１３の支持板５側の主面には形成されていない。尚、本発明では、外部電極１７、１９は、積層体１３の支持板５側の主面から突出しないものであればよく、積層体１３の主面の長手方向ｘの側面および主面の幅方向の側面に形成されていても良い。

積層型圧電素子１、３は、６層の内部電極層９と１層の表面電極層１５が交互に電極層とされており、一方（左側）の外部電極１７には、積層体１３の左側の側面において３層の内部電極層９が電気的に接続され、他方（右側）の外部電極１９には、積層体１３の右側の側面において３層の内部電極層９及び表面電極層１５が電気的に接続されている。

外部電極１７、１９は、不活性層１１の支持板５側の主面までは延設されておらず、不活性層１１の側面の一部を被覆している。外部電極１７、１９の支持板５側は、不活性層１１の支持板５側の主面には形成されておらず、不活性層１１の支持板５側の主面から、支持板５側には突出していない。

そして、本発明の振動体は、積層体１３の支持板５側の主面と支持板５とが底面側の接着剤層６で接合されている。積層型圧電素子１、３と支持板５との間の底面側の接着剤層６の厚みｈ_１は２０μｍ以下とされている。特には、底面側の接着剤層６の厚みｈ_１は１０μｍ以下であることが望ましい。このように、底面側の接着剤層６の厚みｈ_１が２０μｍ以下である場合には、積層体１３の振動を支持板５に伝えやすくなるため、本発明をより好適に用いることができる。一方、底面側の接着剤層６の厚みを薄くしても、不活性層１１が積層体１３の最外層であり、積層体１３の支持板５側の主面には表面電極層が形成されていないため、また、外部電極１７、１９は、不活性層１１の支持板側の面から突出していないため、積層体１３と支持板５との間の絶縁性を確保できる。

底面側の接着剤層６を形成するための接着剤としては、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、ポリエステル系樹脂等公知のものを使用することができる。接着剤に使用する樹脂の硬化方法としては、熱硬化性、光硬化性、嫌気性硬化等いずれを用いても振動体を作製することができる。

尚、図３に示すように、積層型圧電素子１、３の底面側の接着剤層６だけでなく、側面側の接着剤層２１により、積層型圧電素子１、３を支持板５に接合することにより、落下時等の衝撃による積層型圧電素子１、３の支持板５からの剥離を抑制できる。

本発明の振動体は、外部電極１９を絶縁性の支持板５に形成された電極パターン、または導電性の支持板５そのものに導通せしめ、この外部電極１７、１９間に電圧を印加し、積層型圧電素子が駆動することになる。また、積層型圧電素子１と積層型圧電素子３とは、一方が縮み他方が延びるように電圧が印加される。これにより、図１、３に示すようなバイモルフ型の振動体は、大きく振動することになる。

尚、図４に、支持板５が金属または合金からなり、一方の外部電極１７と支持板５とを導通するための接続導体２５を形成した振動体を示す。

次に、本発明の積層型圧電素子の製法および振動体の製法について説明する。まず、圧電材料の粉末にバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤を混練し、スラリーを作製する。圧電材料としては、鉛系、非鉛系のうちいずれでも使用することができる。

次に、得られたスラリーをシート状に成形し、グリーンシートを得ることができ、グリーンシートに内部電極ペーストを印刷して内部電極パターンを形成し、この電極パターンが形成されたグリーンシートを所望の枚数積層し、最上層にはグリーンシートのみ積層して、積層成形体を作製する。

次に、この積層成形体を脱脂、焼成し、所定寸法にカットすることにより積層体１３を得ることができる。積層体１３は、必要に応じて外周部を加工し、積層体１３の圧電体層７の積層方向の片側主面に表面電極層１５の表面電極ペーストを印刷し、引き続き、積層体１３の長手方向ｘの両側面に外部電極１７、１９の外部電極ペーストを印刷し、所定の温度で電極の焼付けを行うことにより、表面電極層１５、外部電極１７、１９を同時に形成し、図１に示す積層型圧電素子１、３を得ることができる。表面電極層１５、外部電極１７、１９を形成する工程は、外側電極形成工程である。

次に、積層型圧電素子１、３に圧電性を付与するために表面電極層１５又は外部電極１７、１９を通じて直流電圧を印加して、積層型圧電素子１、３の分極を行う。

本発明の積層型圧電素子の製法では、積層体１３の支持板５側の主面には、表面電極層１５が形成されていないため、外部電極ペーストを積層体１３の支持板５側の主面まで塗布する必要がなく、積層体の支持板５側の主面から所定間隔Ｌをおいて塗布し、熱処理することにより外部電極１７、１９を形成でき、これにより、支持板５側の主面から突出しない外部電極１７、１９を容易に形成できる。

次に、支持板５に接着剤を塗布して、その支持板５上に積層型圧電素子１、３を押し当て、この後、接着剤を熱や紫外線を照射することにより硬化させ、本発明の振動体を得ることができる。

本発明の振動体では、支持板５と不活性層１１との間の導通を考慮する必要がないので、接着剤層６の厚みを薄くでき、支持板５と不活性層１１との間の接着剤層６の厚みを薄くできるため、接着剤層６での変位吸収が少なくなり、積層型圧電素子１、３による変位を、支持板５に効果的に作用せしめることができ、従来よりも変位量を向上できる。また、外部電極１７、１９は、積層体１３の支持板５側の主面には形成されていないため、従来のように、積層型圧電素子１、３を接着剤層６で支持板５に接合する際にも、積層型圧電素子１、３に無理な力が作用せず、クラック発生を抑制することができる。
（第２形態）
図１に示したように、積層体１３の主面の長さが長くなればなるほど、言い換えれば、積層体１３の長さが長くなればなるほど、内部電極層９の主面の長手方向ｘの収縮量が大きくなり、積層体１３の側面から内部電極層９の先端の凹み量が大きくなるため、通常は、焼成した後、カットして内部電極層９を積層体１３の側面に露出させ、この側面に外部電極１７、１９を形成し、接続信頼性を図ることが行われているが、本発明では、焼成後にカットすることなく、外部電極１７、１９の積層体１３側面への接合強度を向上するため、積層体１３の側面を焼き肌面とすることが望ましい。

この形態について、説明する。この形態の振動体では、図５に示すように、積層体１３の支持板５側の主面と支持板５とが底面側の接着剤層６で接合され、かつ外部電極１７、１９の露出面の一部と支持板５とが側面側の接着剤層２１で接合されている。言い換えれば、側面側の接着剤層２１は、外部電極１７、１９の露出面の一部に付着し、裾が広がるようにして支持板５の表面にも付着している。

側面側の接着剤層２１は、底面側の接着剤層６と連続しており、本発明では、不活性層１１と支持板５との間の接着剤層を底面側の接着剤層６とし、それよりも外側に位置する接着剤層を側面側の接着剤層２１と定義した。

そして、この形態では、積層体１３の一対の側面が焼き肌面とされている。従って、積層体１３の主面の長手方向ｘの側面は圧電体層７を構成するセラミック粒子による形状が反映され、図５（ｂ）に示すように、セラミック粒子により凹凸が形成されている。また、内部電極層９の焼成収縮により、積層体１３の側面には開口部が形成されており、セラミック粒子による凹凸が形成されている。また、内部電極層９の焼成収縮による開口部を有する側面に、外部電極１７、１９の外部電極ペーストを塗布して外部電極１７、１９を形成することにより、セラミック粒子による凹凸に外部電極材料が噛み込み、また開口部に外部電極材料が入り込み、この状態で焼き付き、積層体１３の側面への外部電極１７、１９の接合強度を向上することができる。

特に、外部電極１７、１９の支持板５側は、積層体１３の支持板５側の主面には形成されておらず、積層体１３への外部電極１７、１９の接合強度が低下し易いため、この形態を好適に用いることができる。また、焼結後、積層体１３の側面を平坦にする等の加工をしないため、加工費用を削減でき、作製コストを削減できる。

ここで、焼き肌面とは、焼結後、ダイシングやバレルなどの積層体１３の側面を平坦にする等の加工をせず、焼結後そのままの磁器表面を有することをいう。

次に、上記振動体の製造方法について説明する。第１形態のようにして積層成形体を作製する。この積層成形体を所望の形状に切断し、個片状の素子用積層成形体を作製する。切断する際は、内部電極パターンが素子用積層成形体の側面に、交互に露出するように切断する。

次に、この素子用積層成形体を脱脂、焼成することにより積層体１３を得ることができる。焼成後、積層体１３の外部電極１７、１９が形成される側面は、何ら加工されないため、圧電体層７の側面は、圧電体層７を構成するセラミック粒子により凹凸が形成されている。また、内部電極層９は圧電体層７に比べ焼結収縮が大きいため、外部電極１７、１９と接続されるはずの内部電極層９の先端は、積層体１３の側面から少々凹んで存在しており、言い換えると、積層体１３の側面には、内部電極層９の収縮による開口部が形成されている。

この後、積層体１３の圧電体層７の積層方向の両主面に表面電極層１５の表面電極ペーストを印刷し、引き続き、積層体１３の長手方向ｘの両側面に外部電極１７、１９の外部電極ペーストを印刷し、所定の温度で電極の焼付けを行うことにより、図５に示す積層型圧電素子１、３を得ることができる。外部電極１７、１９の外部電極ペーストを印刷することにより、上記積層体１３の側面に形成された開口部には外部電極１７、１９の外部電極ペーストが入り込み、焼き付けることにより、内部電極層９に外部電極１７、１９が接続されることになる。尚、積層体１３の長さが長く、内部電極層９の焼成収縮量が大きく、開口部が長い場合には、真空引きすることにより、開口部に外部電極１７、１９の外部電極ペーストを入り易くし、内部電極層９と外部電極１７、１９との接続を確実に行うことができる。
（第３形態）
図６は積層型圧電素子１、３の積層体１３が３層の不活性層１１を有する振動体を示す断面図である。この形態の振動体では、積層体１３の最も支持板５側に近い内部電極層９には、支持板５側に向けて３層の不活性層１１が積層されており、これらの不活性層１１間には導体層３１が形成されている。導体層３１は、内部電極層９と異なる材料であっても良いが、同一材料を用いることにより、製造が容易となる。また、不活性層１１は、圧電体層７と異なる材料であってもよく、また異なる厚みであっても良いが、圧電体層７と同一材料からなり、同一厚みとすることにより、圧電体層７と同一のグリーンシートを用いることができ、製造が容易となる。

積層型圧電素子１、３は、先ず、内部電極材料と同一材料からなる導体材料を用いて導体パターンが形成されたグリーンシートを２枚積層し、この上に、内部電極パターンが形成されたグリーンシートを４枚積層し、この上に内部電極パターンが形成されていないグリーンシートを１枚積層して積層成形体を作製し、これを焼成することにより積層体１３を作製できる。

導体層３１は、積層体１３の外面には露出しておらず、外部電極１７、１９と接続していない。導体層３１は、例えば、矩形状の一つのパターンでも良いが、不連続な複数のパターンにより構成しても良い。図６では、導体層３１を不連続な複数のパターンで形成した場合であり、鎖線で示した。

この後、積層体１３の一対の側面に内部電極層９と電気的に接続する一対の外部電極１７、１９をそれぞれ形成するとともに、積層体１３の一方の主面に、外部電極１９が電気的に接続する表面電極層１５を形成する。

表面電極層１５、外部電極１７、１９は、表面電極層１５の表面電極ペーストを積層体１３の一方の主面に塗布するとともに、外部電極１７、１９の外部電極ペーストを積層体１３の一対の側面に、積層体１３の支持体５側の主面から所定間隔Ｌを置いて塗布し、熱処理することにより形成できる。

次に、支持板５に接着剤を塗布して、その支持板５上に積層型圧電素子１、３を押し当て、この後、接着剤を熱や紫外線を照射することにより硬化させ、本発明の振動体を得ることができる。

このような積層型圧電素子の製法では、積層体１３の支持体５側の主面には、表面電極層１５が形成されておらず、また、積層体１３の支持体５側の主面に最も近い内部電極層９に、支持体５に向けて３層の不活性層１１が積層された積層体１３を作製するため、外部電極１７、１９の外部電極ペーストを積層体１３の支持板５側の主面から距離Ｌを大きくとって塗布することができ、薄い積層体１３であっても、支持板５側の主面から突出しない外部電極１７、１９を容易に形成できる。これにより、積層体１３の支持板５側の主面と支持板５とを接合するための接着剤層６の厚みを薄くした場合でも、外部電極１７、１９と支持板５との絶縁性を十分に確保することができる。

また、３層の不活性層１１間に導体層３１が形成されているため、不活性層１１でも、他の活性な圧電体層と同様に導体層の導体材料が焼結助剤の役割を果たし、積層体１３全体の収縮を均一化でき、薄い積層型圧電素子１、３であっても反り等の変形を抑制できる。

尚、図６では、不活性層１１を３層形成した例について説明したが、本発明では、不活性層１１は２層でも良く、また４層以上でも良いが、良好な振動を得るという点から、不活性層１１は６層以下であることが望ましい。

Ｚｒの一部をＳｂで置換したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含有する圧電粉末と、バインダーと、分散剤と、可塑剤と、溶剤とをボールミル混合により２４時間混練してスラリーを作製した。

得られたスラリーを用いてドクターブレード法により厚み約５０μｍのグリーンシートを作製した。このグリーンシートにＡｇおよびＰｄを含有する内部電極ペーストをスクリーン印刷法により所定形状に塗布し、該内部電極ペーストが塗布されたグリーンシートを１２層積層し、最上層には内部電極ペーストが塗布されていないグリーンシートを１層積層して加圧し、積層成形体を作製した。そして、この積層成形体を５００℃、１時間、大気中で脱脂し、その後、１１００℃、３時間、大気中で焼成し、積層体を得た。

次に、得られた積層体の長手方向ｘの両端面部をダイシング加工によりカットし、内部電極層の先端を積層体の側面に露出させ、積層体の片側主面に表面電極層を形成すべく、Ａｇとガラスを含有する表面電極ペーストを、積層体の主面の片側にスクリーン印刷法により塗布し、その後、長手方向ｘの両側面に、Ａｇとガラスを含有する外部電極ペーストを刷毛により塗布し、７００℃、１０分、大気中で焼き付け、図１に示すような積層型圧電素子を作製した。

作製された積層体の主面の寸法は幅３．５ｍｍ、長さ２６ｍｍであり、圧電体層の厚みは３０μｍ、内部電極層の厚みは３μｍであった。不活性層は圧電体層と同一材料からなり、その厚みは、圧電体層の厚みと同様３０μｍであった。

次に、積層型圧電素子の外部電極を通して内部電極層間及び内部電極層と表面電極間に１００Ｖ、２分間電圧を印加し分極を行った。

次に、厚み０．２ｍｍの４２アロイ（合金製）の支持板を準備し、支持板の片側主面に熱硬化型のエポキシ樹脂からなる接着剤を塗布し、接着剤を塗布した支持板の部分に積層型圧電素子の不活性側を押し付け、１２０℃、１時間、空気中で接着剤を硬化させ、厚さ５μｍの底面側の接着剤層を形成した。さらに外部電極の表面に接続導体を形成し支持板と電気的に接合し、一つの積層型圧電素子だけ支持板に接合した、図４に示すようなユニモルフ型の振動体を作製した。

作製されたユニモルフ型振動体は、インピーダンスアナライザーにより電気容量を測定し、表１に記載した。また、作製されたユニモルフ型振動体について、振動体に外部電極を介して交流２ｋＨｚの電圧を５Ｖ印加して変位させ、その変位量をレーザー変位計で測定して表１に記載した。

比較例として、内部電極ペーストが塗布されたグリーンシートを１２層積層し、最上層には内部電極ペーストが塗布されていないグリーンシートを１層積層して加圧し、積層成形体を作製し、上記と同様にして焼成した後、カットして積層体を作製した。この積層体の両主面に表面電極層を形成し、内部電極層と表面電極層とが接続された一対の外部電極を形成した積層型圧電素子を形成し、この積層型圧電素子を、厚さ２５μｍの底面側の接着剤層で支持板に接合した、図７に示すような振動体を作製し、これについても、実施例１と同様、電気容量と変位量を測定し、表１に記載した。

表１から、本発明品は、振動に寄与する圧電体層は従来品に比べて１層少なく、従来品と比較して容量は少し低下しているものの、変位量は１０％程度増加していることがわかる。尚、従来品について、本発明品と同様に、底面側の接着剤層を厚さ５μｍと変更する以外は同様にして振動体を作製したところ、外部電極と支持板とが導通してしまった。

上記実施例１と同様に、内部電極ペーストが塗布されたグリーンシートを１２層積層し、最上層には内部電極ペーストが塗布されていないグリーンシートを１層積層して加圧し、積層成形体を作製した。この積層成形体を、長手方向の側面に内部電極層の電極パターンが一層おきに露出するように所定形状に切断して、積層成形体を作製した。

そして、これらの積層成形体を５００℃、１時間、大気中で脱脂し、その後、１１００℃、３時間、大気中で焼成し、積層体を得た。

次に、積層体の片側主面に表面電極層を形成すべく、Ａｇとガラスを含有する表面電極ペーストを、積層体の主面にスクリーン印刷法により塗布し、その後、長手方向ｘの両側面に、Ａｇとガラスを含有する外部電極ペーストを刷毛により塗布し、７００℃、１０分、大気中で焼き付け、図５に示すような、積層型圧電素子を作製した。

作製された積層体の主面の寸法は幅３．５ｍｍ、長さ２６ｍｍであり、圧電体層の厚みは３０μｍ、内部電極層９の厚みは３μｍであった。不活性層は圧電体層と同一材料からなり、その厚みは、圧電体層の厚みと同様３０μｍであった。

次に、積層型圧電素子の外部電極を通して内部電極層間及び内部電極層と表面電極間に１００Ｖ、２分間電圧を印加し分極を行った。

次に、厚み０．２ｍｍの４２アロイ（合金製）の支持板を準備し、支持板の片側主面に熱硬化型のエポキシ樹脂からなる接着剤を塗布し、接着剤を塗布した支持板の部分に積層型圧電素子の不活性層側を押し付け、１２０℃、１時間、空気中で接着剤を硬化させ、厚さ５μｍの底面側の接着剤層を形成した。さらに外部電極の表面に接続導体を形成し支持板と電気的に接合し、一つの積層型圧電素子だけ支持板に接合した、図５に示すようなユニモルフ型の振動体を作製した。

積層体の側面部を観察したところ、図５（ｂ）に示すように、圧電体層の側面の形状が圧電材料の粒子形状を反映した凹凸形状であった。また、内部電極層が積層体の側面まで到達しておらず、外部電極が内部電極層の開口部に入り込んだ状態であった。

これについても、実施例１と同様、電気容量と変位量を測定したところ、容量は７６５ｎＦであり、変位量は１８．７μｍであった。

実施例１と同様にして、内部電極パターンが形成されたグリーンシートを作製した。また、内部電極パターンを形成する内部電極ペーストを、所定間隔をおいて連続しないように圧電体層と同じグリーンシートに形成し、複数のパターンからなる導体層パターンが形成されたグリーンシートを作製した。

そして、導体層パターンが形成されたグリーンシートを３層積層し、この上に内部電極パターンが形成されたグリーンシートを１２層積層し、この上に内部電極パターンが形成されていないグリーンシートを積層して積層成形体を作製し、実施例１と同様にして大気中で焼成し、積層体を得た。積層体の変形を目視にて確認したところ反り等の変形はなかった。

次に、得られた積層体の長手方向ｘの両端面部をダイシング加工によりカットし、内部電極層の先端を積層体の側面に露出させ、積層体の片側主面に表面電極層を形成すべく、Ａｇとガラスを含有する表面電極ペーストを、積層体の主面の片側にスクリーン印刷法により塗布し、その後、長手方向ｘの両側面に、Ａｇとガラスを含有する外部電極ペーストを刷毛により塗布し、実施例１と同様にして焼き付け、図６に示すような積層型圧電素子を作製した。外部電極ペーストは、積層体の側面に、積層体の片側主面に近い部分だけ塗布すればよく、塗布位置をそれほど厳密に制御することなく、支持板側に突出していない外部電極を容易に形成することができた。尚、導体層は積層体の外面には露出しておらず、外部電極とは接続していない。

作製された積層体の主面の寸法は幅３．５ｍｍ、長さ２６ｍｍであり、圧電体層の厚みは３０μｍ、内部電極層の厚みは３μｍであった。３層の不活性層は圧電体層と同一材料からなり、その厚みは、圧電体層の厚みと同様３０μｍであった。

次に、積層型圧電素子の外部電極を通して内部電極層間及び内部電極層と表面電極間に１００Ｖ、２分間電圧を印加し分極を行った。

次に、厚み０．２ｍｍの４２アロイ（合金製）の支持板を準備し、支持板の片側主面に熱硬化型のエポキシ樹脂からなる接着剤を塗布し、接着剤を塗布した支持板の部分に積層型圧電素子の不活性層側を押し付け、１２０℃、１時間、空気中で接着剤を硬化させ、厚さ５μｍの底面側の接着剤層を形成した。さらに外部電極の表面に接続導体を形成し支持板と電気的に接合し、一つの積層型圧電素子だけ支持板に接合した、図４に示すようなユニモルフ型の振動体を作製した。

作製されたユニモルフ型振動体は、インピーダンスアナライザーにより電気容量を測定し、表１に記載した。また、作製されたユニモルフ型振動体について、振動体に外部電極を介して交流２ｋＨｚの電圧を５Ｖ印加して変位させ、その変位量をレーザー変位計で測定したところ、変位量は１８．２μｍであった。

また、本発明者等は、導体パターンが形成されたグリーンシートの積層数を６層と変更する以外は上記と同様にして積層型圧電素子を作製し（不活性層６層）、振動体を作製し、変位量を測定したところ、１７．８μｍであった。

１、３・・・積層型圧電素子
５・・・支持板
６・・・底面側の接着剤層
７・・・圧電体層
９・・・内部電極層
１１・・・不活性層
１３・・・積層体
１５・・・表面電極層
１７、１９・・・外部電極
３１・・・導体層
ｘ・・・主面の長手方向
Ｌ・・・外部電極と支持板側の主面との距離

Claims (6)

1. 圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、一対の長方形状の主面と該主面の長手方向の両端側に設けられた一対の側面とを有する板状の積層体と、該積層体の前記一対の側面にそれぞれ設けられ前記内部電極層と電気的に接続された一対の外部電極とを具備する積層型圧電素子であって、前記積層体の一方の前記主面に、前記一対の外部電極のうち一方と電気的に接続された表面電極層が形成されていることを特徴とする積層型圧電素子。
2. 圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、一対の長方形状の主面と該主面の長手方向の両端側に設けられた一対の側面とを有する板状の積層体を作製する積層体作製工程と、該積層体の前記一対の側面に前記内部電極層と電気的に接続する一対の外部電極をそれぞれ形成するとともに、前記積層体の一方の前記主面に、前記一対の外部電極のうち一方と電気的に接続された表面電極層を形成する外側電極形成工程とを具備する積層型圧電素子の製法であって、前記外側電極形成工程として、表面電極ペーストを前記積層体の一方の前記主面に塗布するとともに、外部電極ペーストを前記積層体の前記一対の側面に、前記積層体の他方の前記主面から所定間隔を置いて塗布し、熱処理することを特徴とする積層型圧電素子の製法。
3. 前記積層体作製工程として、前記表面電極層が形成される一方の主面と反対側の他方の主面に最も近い内部電極層に、外方に向けて複数の不活性な圧電体層が積層され、該複数の不活性な圧電体層間に導体層が形成された積層体を作製することを特徴とする請求項２に記載の積層型圧電素子の製法。
4. 圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、一対の長方形状の主面と該主面の長手方向の両端側に設けられた一対の側面とを有する板状の積層体と、該積層体の前記一対の側面にそれぞれ設けられ前記内部電極層と電気的に接続された一対の外部電極とを具備する積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の前記積層体の他方の主面に接着剤層を介して接合された支持板とを具備するとともに、前記積層体の前記支持板と反対側の主面に、前記一対の外部電極のうち一方と電気的に接続された表面電極層が形成されていることを特徴とする振動体。
5. 前記積層体の最も前記支持板側に近い内部電極層と前記支持板側の主面との間には、複数の不活性な圧電体層が積層されており、該複数の不活性な圧電体層間には、前記外部電極と電気的に接続されていない導体層が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の振動体。
6. 前記支持板の両主面に、前記積層型圧電素子が設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の振動体。

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