JP2019134035A - 積層圧電セラミック部品及び圧電デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】素子表面に形成される絶縁膜の密着性を向上させる。【解決手段】積層圧電セラミック部品において、圧電セラミック体は、直方形状であり、厚さ方向に対向する上面及び下面と、長さ方向に対向する第１の端面及び第２の端面と、幅方向に対向する一対の側面とを有する。第１の内部電極は、圧電セラミック体の内部に形成され、第１の端面に引き出される。第２の内部電極は、圧電セラミック体の内部に形成され、第２の端面に引き出され、第１の内部電極と厚さ方向に所定の距離をおいて交互に積層される。第１の端子電極は、第１の端面に形成され、第１の内部電極と電気的に接続される。第２の端子電極は、第２の端面に形成され、第２の内部電極と電気的に接続される。第１の内部電極及び第２の内部電極の幅と、一対の側面の間の距離とは、同じであり、一対の側面の少なくともいずれかは、長さ方向に対して非平行に延在する溝を有する。【選択図】図１
Description
本発明は、圧電アクチュエータとして利用することが可能な積層圧電セラミック部品及び圧電デバイスに関する。
圧電アクチュエータは、圧電材料と電極を備える圧電素子から構成され、電極に電圧が印加されると、逆圧電効果により圧電材料に生じる変形を利用したアクチュエータである。圧電アクチュエータには、二つの圧電アクチュエータから構成されたバイモルフ型圧電アクチュエータと呼ばれるものがある。
一般的なバイモルフ型圧電アクチュエータは、金属板の表裏両面に圧電アクチュエータを貼付した構造を備え、圧電アクチュエータの一方を伸ばし、他方を縮ませることにより全体を大きく変位させることが可能である。また、バイモルフ型圧電アクチュエータには、二つの圧電アクチュエータを一体型とした素子バイモルフ構造の圧電アクチュエータが開発されている（例えば、特許文献１）。
このような素子表面には、絶縁性、耐湿性の観点から絶縁膜を後付けする場合がある。この場合、絶縁性、耐湿性を維持させるために、いかにして絶縁膜の密着性を向上させるかが重要になる。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、素子表面に形成される絶縁膜の密着性を向上させた積層圧電セラミック部品及び圧電デバイスを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る積層圧電セラミック部品は、圧電セラミック体と、第１の内部電極と、第２の内部電極と、第１の端子電極と、第２の端子電極とを具備する。
上記圧電セラミック体は、直方形状であり、厚さ方向に対向する上面及び下面と、長さ方向に対向する第１の端面及び第２の端面と、幅方向に対向する一対の側面とを有する。
上記第１の内部電極は、上記圧電セラミック体の内部に形成され、上記第１の端面に引き出される。
上記第２の内部電極は、上記圧電セラミック体の内部に形成され、上記第２の端面に引き出され、上記第１の内部電極と厚さ方向に所定の距離をおいて交互に積層される。
上記第１の端子電極は、上記第１の端面に形成され、上記第１の内部電極と電気的に接続される。
上記第２の端子電極は、上記第２の端面に形成され、上記第２の内部電極と電気的に接続される。
上記第１の内部電極及び上記第２の内部電極の幅と、上記一対の側面の間の距離とは、同じであり、上記一対の側面の少なくともいずれかは、上記長さ方向に対して非平行に延在する溝を有する。
上記圧電セラミック体は、直方形状であり、厚さ方向に対向する上面及び下面と、長さ方向に対向する第１の端面及び第２の端面と、幅方向に対向する一対の側面とを有する。
上記第１の内部電極は、上記圧電セラミック体の内部に形成され、上記第１の端面に引き出される。
上記第２の内部電極は、上記圧電セラミック体の内部に形成され、上記第２の端面に引き出され、上記第１の内部電極と厚さ方向に所定の距離をおいて交互に積層される。
上記第１の端子電極は、上記第１の端面に形成され、上記第１の内部電極と電気的に接続される。
上記第２の端子電極は、上記第２の端面に形成され、上記第２の内部電極と電気的に接続される。
上記第１の内部電極及び上記第２の内部電極の幅と、上記一対の側面の間の距離とは、同じであり、上記一対の側面の少なくともいずれかは、上記長さ方向に対して非平行に延在する溝を有する。
この構成によれば、第１の内部電極と第２の内部電極の間で電圧を印加することにより圧電セラミック体を変形させることができる。また、一対の側面の少なくともいずれかは、長さ方向に対して非平行に延在する溝を有することから、側面に絶縁膜を形成した場合、アンカー効果によって絶縁膜の密着性が向上する。さらに、第１の内部電極及び第２の内部電極の幅が圧電セラミック体の幅と同一であり、これらの内部電極の側面を被覆する圧電セラミック体（サイドマージン）による拘束がなくなり、変位性能の低下を防止することが可能である。
上記の積層圧電セラミック部品においては、上記圧電セラミック体の上記内部に上記第１の端面の上記第１の内部電極と異なる位置に引き出され、上記第２の内部電極と厚さ方向に所定の距離をおいて交互に積層された第３の内部電極と、上記第１の端面の上記第１の内部電極と異なる位置に、上記第３の内部電極と電気的に接続する第３の端子電極とをさらに具備してもよい。上記第３の内部電極の幅と、上記一対の側面の間の距離とは、同じであってもよい。
上記の積層圧電セラミック部品においては、上記一対の側面は、上記圧電セラミック体とは異なる絶縁体からなる絶縁膜で覆われてもよい。
上記の積層圧電セラミック部品においては、上記圧電セラミック体には、長さ＞幅＞厚さの関係があってもよい。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る圧電デバイスは、振動部材と、上記振動部材に実装された積層圧電セラミック部品とを具備する。
上記積層圧電セラミック部品は、圧電セラミック体と、第１の内部電極と、第２の内部電極と、第１の端子電極と、第２の端子電極とを具備する。
上記圧電セラミック体は、直方形状であり、厚さ方向に対向する上面及び下面と、長さ方向に対向する第１の端面及び第２の端面と、幅方向に対向する一対の側面とを有する。
上記第１の内部電極は、上記圧電セラミック体の内部に形成され、上記第１の端面に引き出される。
上記第２の内部電極は、上記圧電セラミック体の内部に形成され、上記第２の端面に引き出され、上記第１の内部電極と厚さ方向に所定の距離をおいて交互に積層される。
上記第１の端子電極は、上記第１の端面に形成され、上記第１の内部電極と電気的に接続される。
上記第２の端子電極は、上記第２の端面に形成され、上記第２の内部電極と電気的に接続される。
上記第１の内部電極及び上記第２の内部電極の幅と、上記一対の側面の間の距離とは、同じであり、上記一対の側面の少なくともいずれかは、上記長さ方向に対して非平行に延在する溝を有する。
上記積層圧電セラミック部品は、圧電セラミック体と、第１の内部電極と、第２の内部電極と、第１の端子電極と、第２の端子電極とを具備する。
上記圧電セラミック体は、直方形状であり、厚さ方向に対向する上面及び下面と、長さ方向に対向する第１の端面及び第２の端面と、幅方向に対向する一対の側面とを有する。
上記第１の内部電極は、上記圧電セラミック体の内部に形成され、上記第１の端面に引き出される。
上記第２の内部電極は、上記圧電セラミック体の内部に形成され、上記第２の端面に引き出され、上記第１の内部電極と厚さ方向に所定の距離をおいて交互に積層される。
上記第１の端子電極は、上記第１の端面に形成され、上記第１の内部電極と電気的に接続される。
上記第２の端子電極は、上記第２の端面に形成され、上記第２の内部電極と電気的に接続される。
上記第１の内部電極及び上記第２の内部電極の幅と、上記一対の側面の間の距離とは、同じであり、上記一対の側面の少なくともいずれかは、上記長さ方向に対して非平行に延在する溝を有する。
この構成によれば、上記の積層圧電セラミック部品を備えた圧電デバイスが提供される。
以上述べたように、本発明によれば、素子表面に形成される絶縁膜の密着性を向上させた積層圧電セラミック部品及び圧電デバイスが提供される。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。
［蓄電圧電セラミック部品の構成］
図１及び図２は、本実施形態に係る積層圧電セラミック部品１００の斜視図であり、図２は、図１の反対側から見た図である。
図１及び図２は、本実施形態に係る積層圧電セラミック部品１００の斜視図であり、図２は、図１の反対側から見た図である。
図１及び図２に示すように、積層圧電セラミック部品１００は、圧電セラミック体１０１、第１内部電極１０２、第２内部電極１０３、第３内部電極１０４、第１表面電極１０５、第２表面電極１０６、第１端面端子電極１０７、第２端面端子電極１０８、第３端面端子電極１０９、第１表面端子電極１１０及び第２表面端子電極１１１を備える。
圧電セラミック体１０１は、圧電性セラミック材料からなる。圧電セラミック体１０１は、Ｚ軸方向に並ぶ複数の圧電セラミック層を含む。圧電セラミック層は、Ｚ軸方向において、第１内部電極１０２と第２内部電極１０３との間に設けられるとともに、第３内部電極１０４と第２内部電極１０３との間に設けられる。本実施形態では、圧電セラミック層も圧電セラミック体１０１と呼称する。
圧電セラミック体１０１は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）又は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）等からなるものとすることができる。
図１及び図２に示すように圧電セラミック体１０１は、直方体形状を有する。Ｘ軸方向を長さ方向、Ｙ軸方向を幅方向、Ｚ軸方向を厚さ方向とすると、圧電セラミック体１０１は、長さ＞幅＞厚さとなる形状を有する。
圧電セラミック体１０１の表面について、幅方向（Ｙ軸方向）に対向する面を第１側面１０１ａ及び第２側面１０１ｂとし、長さ方向（Ｘ軸方向）に対向する面を第１端面１０１ｃ及び第２端面１０１ｄとする。また、厚み方向（Ｚ軸方向）に対向する面を上面１０１ｅ及び下面１０１ｆとする。
図３は、第１側面１０１ａを示す平面図であり、図４は、第２側面１０１ｂを示す平面図である。
図５は、第１端面１０１ｃを示す平面図であり、図６は、第２端面１０１ｄを示す平面図である。
図７は、上面１０１ｅを示す平面図であり、図８は、下面１０１ｆを示す平面図である。
図５は、第１端面１０１ｃを示す平面図であり、図６は、第２端面１０１ｄを示す平面図である。
図７は、上面１０１ｅを示す平面図であり、図８は、下面１０１ｆを示す平面図である。
図３及び図４に示すように、圧電セラミック体１０１は、Ｚ軸方向において区分けされた、上面１０１ｅ側の第１領域１０１ｇと、下面１０１ｆ側の第２領域１０１ｈを有する。第１領域１０１ｇの厚みと第２領域１０１ｈの厚みは、１：１が好適である。
第１内部電極１０２は、第１領域１０１ｇの内部に形成され、圧電セラミック体１０１を介して第２内部電極１０３及び第１表面電極１０５と対向する（図３及び図４参照）。図９は、第１内部電極１０２を示す積層圧電セラミック部品１００の断面図であり、図３及び図４のＡ−Ａ線での断面図である。図９に示すように第１内部電極１０２は、第１端面１０１ｃに引き出されて第１端面１０１ｃに部分的に露出し、第１端面端子電極１０７に電気的に接続されている。
また、第１内部電極１０２は、圧電セラミック体１０１の幅（Ｙ軸方向）と同一の幅を有し、第１側面１０１ａ及び第２側面１０１ｂに露出する（図３及び図４参照）。第１内部電極１０２の層数は、特に限定されず、一層又は複数層とすることができる。
第３内部電極１０４は、第２領域１０１ｈの内部に形成され、圧電セラミック体１０１を介して第２内部電極１０３及び第２表面電極１０６と対向する（図３及び図４参照）。図１０は、第３内部電極１０４を示す積層圧電セラミック部品１００の断面図であり、図３及び図４のＢ−Ｂ線での断面図である。図１０に示すように第３内部電極１０４は、第１端面１０１ｃに引き出されて第１端面１０１ｃに部分的に露出し、第３端面端子電極１０９に電気的に接続されている。
また、第３内部電極１０４は、圧電セラミック体１０１の幅（Ｙ軸方向）と同一の幅を有し、第１側面１０１ａ及び第２側面１０１ｂに露出する（図３及び図４参照）。第３内部電極１０４の層数は、特に限定されず、一層又は複数層とすることができる。
第２内部電極１０３は、第１領域１０１ｇ及び第２領域１０１ｈの内部に形成されている。
第２内部電極１０３は、第１領域１０１ｇの内部では、第１内部電極１０２と厚さ方向（Ｚ軸方向）に所定の距離をおいて第１内部電極１０２と交互に積層され、圧電セラミック体１０１を介して第１内部電極１０２と対向する（図３及び図４参照）。
また、第２内部電極１０３は、第２領域１０１ｈの内部では、第３内部電極１０４と厚さ方向（Ｚ軸方向）に所定の距離をおいて第３内部電極１０４と交互に積層され、圧電セラミック体１０１を介して第３内部電極１０４と対向する（図３及び図４参照）。
図１１は、第３内部電極１０３を示す積層圧電セラミック部品１００の断面図であり、図３及び図４のＣ−Ｃ線での断面図である。図１１に示すように第２内部電極１０３は、第２端面１０１ｄに引き出されて第２端面１０１ｄに露出し、第２端面端子電極１０８に電気的に接続されている。
また、第２内部電極１０３は、圧電セラミック体１０１の幅（Ｙ軸方向）と同一の幅を有し、第１側面１０１ａ及び第２側面１０１ｂに露出する（図３及び図４参照）。第２内部電極１０３の層数は、第１内部電極１０２及び第３内部電極１０４の層数に応じた数とすることができる。
なお、第１側面１０１ａ、第２側面１０１ｂ、第１端面１０１ｃ及び第２端面１０１ｄの少なくともいずれかには、例えば、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以上２．０μｍ以下の溝が設けられている。この溝については、別の図を用いて後述する。
第１表面電極１０５は、第２端面１０１ｄ側から伸びて上面１０１ｅに形成され（図１参照）、第２端面端子電極１０８に電気的に接続されている。第１表面電極１０５は、Ｚ軸方向において圧電セラミック体１０１を介して第１内部電極１０２に対向する。また、第１表面電極１０５は、上面１０１ｅにおいて第１表面端子電極１１０及び第２表面端子電極１１１とは離間し、これらとは電気的に絶縁されている（図７参照）。
第２表面電極１０６は、第２端面１０１ｄ側から伸びて下面１０１ｆに形成され、第２端面端子電極１０８に電気的に接続されている。（図２参照）。第２表面電極１０６は、圧電セラミック体１０１を介して第３内部電極１０４と対向する。
第１端面端子電極１０７は、第１端面１０１ｃに形成され（図１参照）、第１内部電極１０２に電気的に接続されている。また、第１端面端子電極１０７は、第３内部電極１０４及び第３端面端子電極１０９とは、電気的に絶縁されている。第１端面端子電極１０７は、第１端面１０１ｃにおいて上面１０１ｅと下面１０１ｆの間に形成され、第１表面端子電極１１０に電気的に接続されている。
第３端面端子電極１０９は、第１端面１０１ｃに形成され（図１参照）、第３内部電極１０４に電気的に接続されている。また、第３端面端子電極１０９は、第１内部電極１０２及び第１端面端子電極１０７とは、電気的に絶縁されている。第３端面端子電極１０９は、第１端面１０１ｃにおいて上面１０１ｅと下面１０１ｆの間に形成され、第２表面端子電極１１１に電気的に接続されている。
第２端面端子電極１０８は、第２端面１０１ｄに形成され（図２参照）、第２内部電極１０３に電気的に接続されている。また、第２端面端子電極１０８は、第２端面１０１ｄにおいて上面１０１ｅと下面１０１ｆの間に形成され、第１表面電極１０５及び第２表面電極１０６に電気的に接続されている。
第１表面端子電極１１０は、上面１０１ｅに形成されている（図１参照）。第１表面端子電極１１０は、第１端面端子電極１０７に電気的に接続され、第２表面端子電極１１１及び第１表面電極１０５とは、電気的に絶縁されている。
第２表面端子電極１１１は、上面１０１ｅに形成されている（図１参照）。第２表面端子電極１１１は、第３端面端子電極１０９に電気的に接続され、第１表面端子電極１１０及び第１表面電極１０５とは、電気的に絶縁されている。
第１内部電極１０２、第２内部電極１０３、第３内部電極１０４、第１表面電極１０５、第２表面電極１０６、第１端面端子電極１０７、第２端面端子電極１０８、第３端面端子電極１０９、第１表面端子電極１１０及び第２表面端子電極１１１は、導電性材料からなる。この導電性材料は、例えば、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ｐｄ、Ｃｕ及びＮｉのいずれかとすることができる。
このように第１内部電極１０２、第２内部電極１０３及び第３内部電極１０４は、圧電セラミック体１０１の内部に形成され、圧電セラミック体１０１を介して第１内部電極１０２と第２内部電極１０３が対向し、第３内部電極１０４と第２内部電極１０３が対向する。第１内部電極１０２、第３内部電極１０４及び第２内部電極１０３は、互いに絶縁されている。
［溝］
図１２（ａ）は、溝１２０が設けられた第１側面１０１ａの模式図である。図１２（ｂ）には、図１２（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った切断面の一部が示されている。溝１２０は、第１側面１０１ａに限らず、第１側面１０１ａ、第２側面１０１ｂ、第１端面１０１ｃ及び第２端面１０１ｄの少なくともいずれかに設けられてもよい。
図１２（ａ）は、溝１２０が設けられた第１側面１０１ａの模式図である。図１２（ｂ）には、図１２（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った切断面の一部が示されている。溝１２０は、第１側面１０１ａに限らず、第１側面１０１ａ、第２側面１０１ｂ、第１端面１０１ｃ及び第２端面１０１ｄの少なくともいずれかに設けられてもよい。
本実施形態に係る第１側面１０１ａは、圧電セラミック体１０１、第１内部電極１０２、第２内部電極１０３及び第３内部電極１０４が露出した面であるとともに、溝１２０が設けられた面でもある。溝１２０は、Ｘ軸方向（長さ方向）に対して非平行に延在する。例えば、溝１２０は、ＸＺ軸平面で円弧状に構成される。溝１２０は、連続的に伸びてもよく、断続的であってもよい。また、溝１２０は、直線状でもよい。溝１２０の数は、図示された例よりも密に構成されてもよく、疎に構成されてよい。
溝１２０は、例えば、第１側面１０１ａが円板状のダイシングブレードによって切断されたことによって形成される。例えば、ダイシングブレードに含まれるダイヤモンド砥粒等が第１側面１０１ａを擦ることによって溝１２０が形成される。溝１２０は、いわゆるダイシング痕である。溝１２０が形成された第１側面１０１ａの表面粗さは、ダイヤモンド砥粒の粒径を調節することで制御される。
このように、本実施形態では、第１側面１０１ａ、第２側面１０１ｂ、第１端面１０１ｃ及び第２端面１０１ｄの少なくともいずれかに溝１２０が設けられている。
図１２（ｃ）は、第１側面１０１ａに絶縁膜１１２を形成した例である。
第１内部電極１０２、第２内部電極１０３及び第３内部電極１０４が露出した第１側面１０１ａには、電極間同士の絶縁性、耐湿性の観点から、絶縁膜１１２を付設する場合がある。
このような場合、第１側面１０１ａには、溝１２０が設けられているので、アンカー効果によって絶縁膜１１２と第１側面１０１ａとの密着性が大きく向上する。また、ダイシング痕を溝１２０として用いた場合には、第１側面１０１ａ、第２側面１０１ｂ、第１端面１０１ｃ及び第２端面１０１ｄを研磨する工程が省け、積層圧電セラミック部品のコスト上昇が抑えられる。
積層圧電セラミック部品１００のサイズは、特に限定されないが、長さ（Ｘ軸方向）をＬ、幅（Ｙ軸方向）をＷとすると、Ｌ／Ｗは、１６〜５０程度が好適である。また厚み（Ｚ軸方向）は、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度が好適である。
［蓄電圧電セラミック部品の動作］
積層圧電セラミック部品１００は、第１内部電極１０２と第２内部電極１０３の間と、第３内部電極１０４と第２内部電極１０３の間にそれぞれ独立して電圧を印加することができる。
積層圧電セラミック部品１００は、第１内部電極１０２と第２内部電極１０３の間と、第３内部電極１０４と第２内部電極１０３の間にそれぞれ独立して電圧を印加することができる。
第１内部電極１０２と第２内部電極１０３の間に電圧を印加すると、第１内部電極１０２と第２内部電極１０３の間の圧電セラミック体１０１に逆圧電効果が発生し、第１領域１０１ｇにＸ軸方向において変形（伸縮）を生じる。また、第３内部電極１０４と第２内部電極１０３の間に電圧を印加すると、第３内部電極１０４と第２内部電極１０３の間の圧電セラミック体１０１に逆圧電効果が発生し、第２領域１０１ｈにＸ軸方向において変形（伸縮）を生じる。
このように積層圧電セラミック部品１００では、第１領域１０１ｇと第２領域１０１ｈの変形を独立して制御することができる。第１領域１０１ｇ及び第２領域１０１ｈがそれぞれＸ軸方向に変形することにより、積層圧電セラミック部品１００をＺ軸方向において変形（屈曲）させることが可能である。
図１３（ａ）、（ｂ）は、積層圧電セラミック部品１００に印加される電圧波形の例である。図１３（ａ）は、第１内部電極１０２と第２内部電極１０３の間の電圧（Ｖ１）の波形であり、図１３（ｂ）は、第３内部電極１０４と第２内部電極１０３の間の電圧（Ｖ２）の波形である。なお、Ｖ０は、第２内部電極１０３の電位を示す。同図に示すように、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２を同位相の逆バイアスとすることにより、第１領域１０１ｇと第２領域１０１ｈの一方を伸張させ、他方を縮小させることが可能である。
特に、このような動作が長時間にわたって持続しても、絶縁膜１１２が第１側面１０１ａ、第２側面１０１ｂ、第１端面１０１ｃ及び第２端面１０１ｄに強固に密着しているので、積層圧電セラミック部品１００では、これらの側面、端面から絶縁膜１１２が剥がれにくくなっている。
なお、第１領域１０１ｇの厚みと第２領域１０１ｈの厚みを１：１とすることにより、第１領域１０１ｇと第２領域１０１ｈの変形量が対称的となり、好適である。また、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の波形は、図９に示すものに限られず、サイン波や三角波であってもよい。
［サイドマージンレス構造について］
積層圧電セラミック部品１００は、上述のように第１内部電極１０２、第２内部電極１０３及び第３内部電極１０４が第１側面１０１ａ及び第２側面１０１ｂに露出した構造を有する。
積層圧電セラミック部品１００は、上述のように第１内部電極１０２、第２内部電極１０３及び第３内部電極１０４が第１側面１０１ａ及び第２側面１０１ｂに露出した構造を有する。
図１４は、比較例に係る積層圧電セラミック部品３００の斜視図である。
同図に示すように積層圧電セラミック部品３００は、圧電セラミック体３０１、表面電極３０２、第１端子電極３０３及び第２端子電極３０４を備える。また、積層圧電セラミック部品３００は、第１内部電極１０２、第２内部電極１０３及び第３内部電極１０４に相当する図示しない内部電極を備える。
積層圧電セラミック部品３００では、内部電極は、側面に露出しておらず、圧電セラミック体３０１の内部に埋設されている。内部電極の側面側には、図１４に示すように圧電材料からなるサイドマージンＳが設けられている。
このサイドマージンＳは、積層圧電セラミック部品３００が駆動される際、Ｚ軸方向において内部電極によって挟まれていないため、積層圧電セラミック部品３００の変位を抑制する拘束部として作用する。これにより、積層圧電セラミック部品３００の変位性能を低下させる。
これに対し、積層圧電セラミック部品１００では、第１内部電極１０２、第２内部電極１０３及び第３内部電極１０４のそれぞれの幅と、一対の側面１０１ａ、１０１ｂの間の距離は、同じである。すなわち、積層圧電セラミック部品１００では、第１内部電極１０２、第２内部電極１０３及び第３内部電極１０４が第１側面１０１ａ及び第２側面１０１ｂに露出し、サイドマージンを有していない。このため、サイドマージンによる拘束作用を受けず、大変位を生じさせることが可能であり、かつ変位性能の低下を防止することが可能である。
［絶縁膜について］
図１５は、絶縁膜１１２を備える積層圧電セラミック部品１００を示す斜視図である。
図１５は、絶縁膜１１２を備える積層圧電セラミック部品１００を示す斜視図である。
上記の絶縁膜１１２は、第１側面１０１ａ、第２側面１０１ｂ、第１端面１０１ｃ及び第２端面１０１ｄに限らず、積層圧電セラミック部品１００の外周を被覆してもよい。ここで、Ｘ軸方向において、上面１０１ｅに形成された絶縁膜１１２の長さが第２表面電極１０６の長さと同じになっている。
すなわち、絶縁膜１１２には、第１表面端子電極１１０、第２表面端子電極１１１及び第１表面電極１０５の一部を露出させる開口１１２ａが設けられている。積層圧電セラミック部品１００では、１つの開口１１２ａを介して第１表面端子電極１１０、第２表面端子電極１１１及び第１表面電極１０５への電気的接続（３端子接続）が可能になる。これにより配線構造がコンパクトになる。
絶縁膜１１２が被覆する範囲は、図１５に示すものに限られず、第１内部電極１０２、第２内部電極１０３及び第３内部電極１０４が露出する第１側面１０１ａ及び第２側面１０１ｂを少なくとも被覆するものであればよい。
なお、絶縁膜１１２は、圧電セラミック体１０１とは異なる材料であり、軟らかい材料を利用することが可能であるため、絶縁膜１１２による拘束作用は、極めて小さいものとすることができる。すなわち、積層圧電セラミック部品１００では、変位性能の低下が防止される。
絶縁膜１１２の材料は、絶縁性材料であれば特に限定されない。例えば、絶縁膜１１２の材料としては、ポリイミド、ポリプロピレン、アクリル、エポキシ系等の有機樹脂、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２等の無機絶縁膜が適用される。特に、絶縁膜１１２として有機樹脂を使用する場合には、無機絶縁膜を使用する場合に比べて、側面、端面の表面粗さを粗くすることにより、絶縁膜１１２の密着力が向上する傾向にある。
［製造方法について］
積層圧電セラミック部品１００の製造方法について説明する。
積層圧電セラミック部品１００の製造方法について説明する。
積層圧電セラミック部品１００は、シート部材を積層することによって製造することができる。図１６（ａ）〜図１６（ｅ）は、シート部材を示す模式図である。図１６（ａ）は、第１表面電極１０５、第１表面端子電極１１０、第２表面端子電極１１１及び圧電セラミック体２０１からなるシート部材２１０を示し、図１６（ｂ）は、第１内部電極１０２及び圧電セラミック体２０１からなるシート部材２２０を示す。
図１６（ｃ）は、第２内部電極１０３及び圧電セラミック体２０１からなるシート部材２３０を示し、図１６（ｄ）は、第３内部電極１０４及び圧電セラミック体２０１からなるシート部材２４０を示す。図１６（ｅ）は、第２表面電極１０６及び圧電セラミック体２０１からなるシート部材２５０を示す。
まず、シート部材２５０上に、圧電セラミック体のみからなるシート部材（以下、圧電体シート部材）を積層し、その上にシート部材２４０、圧電体シート部材、シート部材２３０を順に積層する。さらに、圧電体シート部材を介してシート部材２４０とシート部材２３０を交互に積層する。
続いて、圧電体シート部材を介してシート部材２２０とシート部材２３０を交互に積層し、その上に圧電体シート部材及びシート部材２１０を順に積層する。続いてこの積層体を圧着し、加熱等によりバインダーを除去する。
続いて、焼成を行う。この段階では、各内部電極は、圧電セラミック体２０１に埋設され、サイドマージンが形成される。続いて熱処理により第１端面１０１ｃに第１端面端子電極１０７及び第３端面端子電極１０９を形成し、第２端面１０１ｄに第２端面端子電極１０８を形成する。
続いて、サイドマージンをダイシングによりカットして除去する。これにより、第１側面１０１ａ、第２側面１０１ｂ、第１端面１０１ｃ及び第２端面１０１ｄの少なくともいずれかに溝１２０が形成される。なお、第１側面１０１ａ、第２側面１０１ｂ、第１端面１０１ｃ及び第２端面１０１ｄの表面粗さについては、所望の粗さとなるように研磨技術を用いて適宜調製してもよい。
これにより、圧電セラミック体２０１から圧電セラミック体１０１が形成される。サイドマージンのカットにより、第１側面１０１ａ及び第２側面１０１ｂが形成され、第１内部電極１０２、第２内部電極１０３及び第３内部電極１０４が第１側面１０１ａ及び第２側面１０１ｂから露出する（図１参照）。
続いて、開口１１２ａを除いて絶縁膜１１２を形成する（図１６参照）。絶縁膜１１２は、ミストデポジッション、スパッタ又はディップ等の方法で形成することができる。その後、第１表面端子電極１１０及び第２表面端子電極１１１と電気的導通をとり、直流電圧を印加する。これにより分極処理がなされ、圧電セラミック体１０１が活性化する。
積層圧電セラミック部品１００は、以上のようにして製造することが可能である。なお、積層圧電セラミック部品１００の製造方法は、ここに示すものに限られない。
［圧電デバイスについて］
積層圧電セラミック部品１００は、振動部材に実装され、圧電デバイスを構成することができる。図１７は、積層圧電セラミック部品１００を備える圧電デバイス４００の模式図である。同図に示すように圧電デバイス４００は、積層圧電セラミック部品１００、振動部材４１０及び固定冶具２５２を備える。
積層圧電セラミック部品１００は、振動部材に実装され、圧電デバイスを構成することができる。図１７は、積層圧電セラミック部品１００を備える圧電デバイス４００の模式図である。同図に示すように圧電デバイス４００は、積層圧電セラミック部品１００、振動部材４１０及び固定冶具２５２を備える。
振動部材４１０は、ディスプレイのガラスパネルや金属板であり特に限定されない。接合部４２０は、樹脂等であり、積層圧電セラミック部品１００を振動部材４１０に接合する。
積層圧電セラミック部品１００は、上面１０１ｅのうち、第１端面１０１ｃ側の領域が固定冶具２５２に接合されている。第１表面端子電極１１０、第２表面端子電極１１１及び第１表面電極１０５には、図示しない配線が電気的に接続されている。
各電極に電圧が印加されると、上述のように積層圧電セラミック部品１００には、Ｚ軸方向に変形を生じる（図中矢印）。これにより、振動部材４１０を振動させることが可能である。なお、積層圧電セラミック部品１００の実装方法は、ここに示すものに限られず、例えば上面１０１ｅの全体を接合部４２０に接合してもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合させることができる。
１００、３００…積層圧電セラミック部品
１０１、２０１、３０１…圧電セラミック体
１０１ａ…第１側面
１０１ｂ…第２側面
１０１ｃ…第１端面
１０１ｄ…第２端面
１０１ｈ…第１領域
１０１ｇ…第２領域
１０１ｅ…上面
１０１ｆ…下面
１０２…第１内部電極
１０３…第２内部電極
１０４…第３内部電極
１０５…第１表面電極
１０６…第２表面電極
１０７…第１端面端子電極
１０８…第２端面端子電極
１０９…第３端面端子電極
１１０…第１表面端子電極
１１１…第２表面端子電極
１１２…絶縁膜
１１２ａ…開口
１２０…溝
２１０、２２０、２３０、２４０、２５０…シート部材
２５２…固定冶具
３０２…表面電極
３０３…端子電極
３０４…端子電極
４００…圧電デバイス
４１０…振動部材
４２０…接合部
１０１、２０１、３０１…圧電セラミック体
１０１ａ…第１側面
１０１ｂ…第２側面
１０１ｃ…第１端面
１０１ｄ…第２端面
１０１ｈ…第１領域
１０１ｇ…第２領域
１０１ｅ…上面
１０１ｆ…下面
１０２…第１内部電極
１０３…第２内部電極
１０４…第３内部電極
１０５…第１表面電極
１０６…第２表面電極
１０７…第１端面端子電極
１０８…第２端面端子電極
１０９…第３端面端子電極
１１０…第１表面端子電極
１１１…第２表面端子電極
１１２…絶縁膜
１１２ａ…開口
１２０…溝
２１０、２２０、２３０、２４０、２５０…シート部材
２５２…固定冶具
３０２…表面電極
３０３…端子電極
３０４…端子電極
４００…圧電デバイス
４１０…振動部材
４２０…接合部
Claims (5)
- 厚さ方向に対向する上面及び下面と、長さ方向に対向する第１の端面及び第２の端面と、幅方向に対向する一対の側面とを有する直方形状の圧電セラミック体と、
前記圧電セラミック体の内部に形成され、前記第１の端面に引き出された第１の内部電極と、
前記圧電セラミック体の内部に形成され、前記第２の端面に引き出され、前記第１の内部電極と厚さ方向に所定の距離をおいて交互に積層された第２の内部電極と、
前記第１の端面に形成され、前記第１の内部電極と電気的に接続する第１の端子電極と、
前記第２の端面に形成され、前記第２の内部電極と電気的に接続される第２の端子電極とを具備し、
前記第１の内部電極及び前記第２の内部電極の幅と、前記一対の側面の間の距離とは、同じであり、
前記一対の側面の少なくともいずれかは、前記長さ方向に対して非平行に延在する溝を有する
積層圧電セラミック部品。 - 請求項１に記載の積層圧電セラミック部品であって、
前記圧電セラミック体の前記内部に前記第１の端面の前記第１の内部電極と異なる位置に引き出され、前記第２の内部電極と厚さ方向に所定の距離をおいて交互に積層された第３の内部電極と、
前記第１の端面の前記第１の内部電極と異なる位置に、前記第３の内部電極と電気的に接続する第３の端子電極と
をさらに具備し、
前記第３の内部電極の幅と、前記一対の側面の間の距離とは、同じである
積層圧電セラミック部品。 - 請求項１又は２に記載の積層圧電セラミック部品であって、
前記一対の側面は、前記圧電セラミック体とは異なる絶縁体からなる絶縁膜で覆われている
積層圧電セラミック部品。 - 請求項１〜３のいずれか１つに記載の積層圧電セラミック部品であって、
前記圧電セラミック体には、長さ＞幅＞厚さの関係がある
積層圧電セラミック部品。 - 振動部材と、
前記振動部材に実装された積層圧電セラミック部品とを具備し、
前記積層圧電セラミック部品は、
厚さ方向に対向する上面及び下面と、長さ方向に対向する第１の端面及び第２の端面と、幅方向に対向する一対の側面とを有する直方形状の圧電セラミック体と、
前記圧電セラミック体の内部に形成され、前記第１の端面に引き出された第１の内部電極と、
前記圧電セラミック体の内部に形成され、前記第２の端面に引き出され、前記第１の内部電極と厚さ方向に所定の距離をおいて交互に積層された第２の内部電極と、
前記第１の端面に形成され、前記第１の内部電極と電気的に接続する第１の端子電極と、
前記第２の端面に形成され、前記第２の内部電極と電気的に接続される第２の端子電極とを有し、
前記第１の内部電極及び前記第２の内部電極の幅と、前記一対の側面の間の距離とは、同じであり、
前記一対の側面の少なくともいずれかは、前記長さ方向に対して非平行に延在する溝を有する
圧電デバイス。
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