JP2019176050A - 圧電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素体の歪を抑制することが可能な圧電素子を提供する。【解決手段】圧電素子１は、内部電極２１〜２６と、圧電体層１１〜１７が内部電極２１〜２６を介して積層されてなる圧電素体２と、を備える。圧電素体２は、分極された分極領域Ｒｐを有しており、分極領域Ｒｐは、第一方向Ｄ１で互いに対向し、かつ、第二方向Ｄ２において互いに逆位相で伸縮する第一変位領域及び第二変位領域と、第一変位領域及び第二変位領域の間に配置された非変位領域と、を有している。第一変位領域は領域Ｒ１，Ｒ２により構成され、第二変位領域は領域Ｒ４，Ｒ５により構成され、非変位領域は領域Ｒ３により構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、圧電素子に関する。

たとえば特許文献１には、複数の圧電体層が電極層を介して積層されてなる圧電素体を備えたバイモルフ素子が記載されている。圧電素体は、積層方向の一方側に位置する第一領域と、積層方向の他方側に位置する第二領域と、を有している。第一領域及び第二領域が互いに逆位相で伸縮することにより、バイモルフ素子が屈曲する。

特開２０１５−１８５８１９号公報

上述のバイモルフ素子では、第一領域及び第二領域のうち一方が伸長するときに他方が収縮する。このため、第一領域と第二領域との間に応力がかかり、圧電素体に歪が生じる懼れがある。

本発明の一つの態様は、圧電素体の歪を抑制することが可能な圧電素子を提供する。

本発明の一つの態様に係る圧電素子は、複数の電極と、複数の圧電体層が複数の電極を介して積層されてなる圧電素体と、を備える圧電素子であって、圧電素体は、分極された分極領域を有しており、分極領域は、複数の圧電体層の積層方向で互いに対向し、かつ、積層方向に交差する方向において互いに逆位相で伸縮する第一変位領域及び第二変位領域と、第一変位領域及び第二変位領域の間に配置された非変位領域と、を有している。

上記一つの態様では、第一変位領域及び第二変位領域の間に非変位領域が配置されている。非変位領域は変位しないため、第一変位領域と非変位領域との間にかかる応力、及び、第二変位領域と非変位領域との間にかかる応力は、第一変位領域と第二変位領域との間にかかる応力よりも小さい。これにより、圧電素体の歪を抑制可能となる。

上記一つの態様では、非変位領域は、複数の電極のうち、積層方向で互いに隣り合い、かつ、互いに同じ電位とされる一対の電極の間に配置されていてもよい。この場合、非変位領域には電圧が印加されない。

上記一つの態様では、第一変位領域の積層方向における長さは、非変位領域の積層方向における長さよりも長くてもよい。この場合、第一変位領域の変位が非変位領域によって拘束されることを抑制可能となる。

上記一つの態様では、第二変位領域の積層方向における長さは、非変位領域の積層方向における長さよりも長くてもよい。この場合、第二変位領域の変位が非変位領域によって拘束されることを抑制可能となる。

上記一つの態様では、圧電素体は、積層方向で互いに対向している一対の主面を有しており、複数の電極は、一対の主面の少なくとも一方から離間していてもよい。この場合、圧電素体の一対の主面の少なくとも一方に、複数の電極が露出しない構成とすることができる。したがって、たとえば金属製の振動板に圧電素子を接合する際に、短絡を抑制するための絶縁層を別途設ける必要がない。

本発明の一つの態様によれば、圧電素体の歪を抑制することが可能な圧電素子を提供することができる。

一実施形態に係る圧電素子の斜視図である。 図１の圧電素子の断面図である。 変形例に係る圧電素子の分解斜視図である。

以下、添付図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、一実施形態に係る圧電素子の平面図である。図２は、図１の圧電素子の断面図である。図１及び図２に示されるように、一実施形態に係る圧電素子１は、圧電素体２と、外部電極３〜６と、内部電極２１〜２６と、を備えている。

圧電素体２は、直方体形状を呈している。圧電素体２は、互いに対向している一対の主面２ａ，２ｂ、互いに対向している一対の側面２ｃ，２ｄ、及び互いに対向している一対の側面２ｅを有している。直方体形状には、たとえば、角及び稜線部が面取りされている直方体の形状、及び、角及び稜線部が丸められている直方体の形状が含まれる。一対の主面２ａ，２ｂが対向している方向が第一方向Ｄ１である。第一方向Ｄ１は、各主面２ａ，２ｂに直交する方向でもある。一対の側面２ｃ，２ｄが対向している方向が、第二方向Ｄ２である。第二方向Ｄ２は、各側面２ｃ，２ｄに直交する方向でもある。一対の側面２ｅが対向している方向が、第三方向Ｄ３である。第三方向Ｄ３は、各側面２ｅに直交する方向でもある。

各主面２ａ，２ｂは、矩形状を呈している。各主面２ａ，２ｂは、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。すなわち、圧電素子１（圧電素体２）は、平面視で（第一方向Ｄ１から見て）、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。長方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、及び、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、主面２ａ，２ｂの長辺方向は、第二方向Ｄ２と一致する。主面２ａ，２ｂの短辺方向は、第三方向Ｄ３と一致する。

一対の側面２ｃ，２ｄは、一対の主面２ａ，２ｂを連結するように第一方向Ｄ１に延在している。一対の側面２ｃ，２ｄは、第三方向Ｄ３にも延在している。一対の側面２ｅは、一対の主面２ａ，２ｂを連結するように第一方向Ｄ１に延在している。一対の側面２ｅは、第二方向Ｄ２にも延在している。圧電素体２の第一方向Ｄ１での長さは、たとえば、０．２６ｍｍ（２６０μｍ）である。圧電素体２の第二方向Ｄ２での長さは、たとえば、３０ｍｍである。圧電素体２の第三方向Ｄ３での長さは、たとえば、１５ｍｍである。各主面２ａ，２ｂと各側面２ｃ，２ｄ，２ｅとは、間接的に隣り合っていてもよい。この場合、各主面２ａ，２ｂと各側面２ｃ，２ｄ，２ｅとの間には、稜線部が位置する。

外部電極３〜６は、圧電素体２の表面に設けられている。外部電極３〜６は、たとえば、Ａｇ等の導電性材料からなる。導電性材料として、Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ａｕ、Ｐｔ、又はＮｉ等が用いられてもよい。外部電極３〜６は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。外部電極３〜６は、たとえば、導電性ペーストを圧電素体２の表面に付与し、焼き付けることにより形成される。外部電極３〜６は、スパッタリング法、又は無電解メッキ法等により形成されてもよい。外部電極３〜６の厚さ（第二方向Ｄ２の長さ）は、たとえば互いに同等である。外部電極３〜６の厚さは、たとえば５μｍ以上７μｍ以下である。

外部電極３，４は、側面２ｃに設けられている。外部電極３，４は、第一方向Ｄ１において互いに離間している。外部電極３は、側面２ｃにおける主面２ａ側の部分を覆っている。外部電極４は、側面２ｃにおける主面２ｂ側の部分を覆っている。外部電極３，４は、第二方向Ｄ２から見て（平面視で）矩形状を呈している。外部電極３，４は、側面２ｃの第三方向Ｄ３の両端同士を連結するように延びている。外部電極３，４の第三方向Ｄ３における長さは、側面２ｃの第三方向Ｄ３における長さと同等である。側面２ｃの第一方向Ｄ１の中央部は、外部電極３，４から露出している。

外部電極５，６は、側面２ｄに設けられている。外部電極５，６は、第一方向Ｄ１において互いに離間している。外部電極５は、側面２ｄにおける主面２ａ側の部分を覆っている。外部電極６は、側面２ｄにおける主面２ｂ側の部分を覆っている。外部電極５，６は、第二方向Ｄ２から見て（平面視で）矩形状を呈している。外部電極５，６は、側面２ｃの第三方向Ｄ３の両端同士を連結するように延びている。外部電極５，６の第三方向Ｄ３における長さは、側面２ｃの第三方向Ｄ３における長さと同等である。側面２ｄの第一方向Ｄ１の中央部は、外部電極５，６から露出している。

圧電素体２は、圧電体層１１〜１７が内部電極２１〜２６を介して第一方向Ｄ１に積層されてなる。圧電素体２は、内部電極２１〜２６を介して積層されている圧電体層１１〜１７を有している。本実施形態では、圧電素体２は、五つの圧電体層１１〜１７を有している。圧電素体２では、圧電体層１１〜１７が積層されている方向が第一方向Ｄ１と一致する。圧電体層１１〜１７は、主面２ａ側から主面２ｂ側に向けて、この順で配置されている。圧電体層１１は、主面２ａを有している。圧電体層１７は、主面２ｂを有している。圧電体層１２〜１６は、圧電体層１１と圧電体層１７との間に位置している。

各圧電体層１１〜１７は、圧電セラミック材料からなる。すなわち、圧電素体２は、圧電セラミック材料からなる。圧電セラミック材料には、たとえば、チタン酸ジルコン酸塩（ＰＺＴ）を主成分とし、これにＮｂ，Ｚｎ，Ｎｉ又はＳｒ等の元素を添加したものが用いられる。各圧電体層１１〜１７は、たとえば、上述した圧電セラミック材料を含むセラミックグリーンシートの焼結体から構成される。実際の圧電素体２では、各圧電体層１１〜１７は、各圧電体層１１〜１７の間の境界が認識できない程度に一体化されている。

圧電体層１１，１７の第一方向Ｄ１での長さ（厚さ）は、たとえば、他の圧電体層１２〜１６の第一方向Ｄ１での長さ（厚さ）よりも短い。圧電体層１１，１７の第一方向Ｄ１での長さは、互いに同等であり、たとえば、２０μｍである。他の圧電体層１２〜１６の第一方向Ｄ１での長さは、互いに同等であり、たとえば、３０μｍである。

内部電極２１〜２６は、圧電素体２内に設けられている。内部電極２１〜２６は、主面２ａ，２ｂから離間している。つまり、内部電極２１〜２６は、主面２ａ，２ｂに露出していない。内部電極２１〜２６は、主面２ａ側から主面２ｂ側に向けて、この順で設けられている。内部電極２１〜２６は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ等が用いられる。内部電極２１〜２６は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。

内部電極２１〜２６は、たとえば、圧電体層となるセラミックグリーンシートに印刷によって導電性ペーストを付与し、導電性ペーストをセラミックグリーンシートと同時焼成することで形成される。内部電極２１〜２６に用いられる上述の導電性材料は、焼成温度よりも低い融点を有し、鉛系セラミックスとの反応が少ないため、セラミックグリーンシートと同時焼成することができる。焼成は、たとえば１２００℃で２時間程度行われる。内部電極２１〜２６の厚さ（第一方向Ｄ１の長さ）は、たとえば同等である。内部電極２１〜２６の厚さは、たとえば１５μｍである。

内部電極２１〜２６は、第一方向Ｄ１において異なる位置（層）に配置されている。主面２ａと内部電極２１とは、第一方向Ｄ１に間隔を有して互いに対向している。内部電極２１と内部電極２２とは、第一方向Ｄ１に間隔を有して互いに対向している。内部電極２２と内部電極２３とは、第一方向Ｄ１に間隔を有して互いに対向している。内部電極２３と内部電極２４とは、第一方向Ｄ１に間隔を有して互いに対向している。内部電極２４と内部電極２５とは、第一方向Ｄ１に間隔を有して互いに対向している。内部電極２５と内部電極２６とは、第一方向Ｄ１に間隔を有して互いに対向している。内部電極２６と主面２ｂとは、第一方向Ｄ１に間隔を有して互いに対向している。

内部電極２１は、圧電体層１１と圧電体層１２との間に位置している。内部電極２２は、圧電体層１２と圧電体層１３との間に位置している。内部電極２３は、圧電体層１３と圧電体層１４との間に位置している。内部電極２４は、圧電体層１４と圧電体層１５との間に位置している。内部電極２５は、圧電体層１５と圧電体層１６との間に位置している。内部電極２６は、圧電体層１６と圧電体層１７との間に位置している。内部電極２１〜２６は、圧電素体２の一対の主面２ａ，２ｂから離間し、一対の主面２ａ，２ｂに露出していない。

内部電極２１の第二方向Ｄ２の一端は、側面２ｃに露出し、外部電極３に接続されている。内部電極２１の第二方向Ｄ２の他端は、側面２ｄから離間している。内部電極２２の第二方向Ｄ２の一端は、側面２ｃから離間している。内部電極２２の第二方向Ｄ２の他端は、側面２ｄに露出し、外部電極５に接続されている。内部電極２３の第二方向Ｄ２の一端は、側面２ｃに露出し、外部電極３に接続されている。内部電極２３の第二方向Ｄ２の他端は、側面２ｄから離間している。

内部電極２４の第二方向Ｄ２の一端は、側面２ｃから離間している。内部電極２４の第二方向Ｄ２の他端は、側面２ｄに露出し、外部電極６に接続されている。内部電極２５の第二方向Ｄ２の一端は、側面２ｃに露出し、外部電極４に接続されている。内部電極２５の第二方向Ｄ２の他端は、側面２ｄから離間している。内部電極２６の第二方向Ｄ２の一端は、側面２ｃから離間している。内部電極２６の第二方向Ｄ２の他端は、側面２ｄに露出し、外部電極６に接続されている。内部電極２１〜２６の第三方向Ｄ３の両端は、一対の側面２ｅに露出している。

内部電極２１〜２６は、第一方向Ｄ１から見て、矩形状を呈している。内部電極２１〜２６は、第一方向Ｄ１から見て（平面視で）、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。本実施形態では、内部電極２１〜２６の長辺方向は、第三方向Ｄ３と一致している。内部電極２１〜２６の短辺方向は、第二方向Ｄ２方向と一致している。第一方向Ｄ１から見て、内部電極２１〜２６の外縁は、互いに同形状を呈し、互いに一致している。したがって、内部電極２１，２３，２５と側面２ｄとの第二方向Ｄ２における離間距離、及び内部電極２２，２４，２６と側面２ｃとの第二方向Ｄ２における離間距離は、いずれも同等である。

圧電素体２は、分極された分極領域Ｒｐと、分極されていない未分極領域Ｒｎとを有している。分極領域Ｒｐは、圧電体層１２における内部電極２１と内部電極２２とに挟まれている領域Ｒ１と、圧電体層１３における内部電極２２と内部電極２３とに挟まれている領域Ｒ２と、圧電体層１４における内部電極２３と内部電極２４とに挟まれている領域Ｒ３と、圧電体層１５における内部電極２４と内部電極２５とに挟まれている領域Ｒ４と、圧電体層１６における内部電極２５と内部電極２６とに挟まれている領域Ｒ５と、により構成されている。領域Ｒ１〜Ｒ５の外縁は、第一方向Ｄ１から見て、互いに一致している。

未分極領域Ｒｎは、圧電体層１１，１７と、圧電体層１２〜１６における第二方向Ｄ２の両端部と、により構成されている。分極領域Ｒｐは、直方体形状を呈している。分極領域Ｒｐの第一方向Ｄ１の長さは、圧電素体２の第一方向Ｄ１の長さよりも短い。分極領域Ｒｐの第二方向Ｄ２の長さは、圧電素体２の第二方向Ｄ２の長さよりも短い。分極領域Ｒｐの第三方向Ｄ３の長さは、圧電素体２の第三方向Ｄ３の長さと一致している。分極領域Ｒｐは、主面２ａ，２ｂ及び側面２ｃ，２ｄから離間し、主面２ａ，２ｂ及び側面２ｃ，２ｄには露出していない。分極領域Ｒｐは、一対の側面２ｅに露出している。

領域Ｒ１〜Ｒ５は、たとえば、外部電極３，４に正の電圧、外部電極５，６に負の電圧がそれぞれ印加されることにより、図２に示される矢印の向きに分極されている。すなわち、領域Ｒ１は、内部電極２２から内部電極２１に向かう方向に分極されている。領域Ｒ２は、内部電極２２から内部電極２３に向かう方向に分極されている。領域Ｒ３は、内部電極２４から内部電極２３に向かう方向に分極されている。領域Ｒ４は、内部電極２４から内部電極２５に向かう方向に分極されている。領域Ｒ５は、内部電極２６から内部電極２５に向かう方向に分極されている。

領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５の分極方向は互いに一致している。領域Ｒ２，Ｒ４の分極方向は互いに一致している。領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５の分極方向は、領域Ｒ２，Ｒ４の分極方向と異なっている。

分極処理は、たとえば２ｋＶ／ｍｍの電界強度で５分間程度行われる。分極処理は、たとえば、圧電素子基板を圧電素子１に個片化する前であって、圧電素子基板を短冊状に切断した状態で行ってもよい。

圧電素子１の駆動時には、たとえば、外部電極３，６に正の電圧、外部電極４，５に負の電圧がそれぞれ印加される。領域Ｒ１，Ｒ２には、分極方向と同じ向き（順方向）の電圧が印加される。これにより、領域Ｒ１，Ｒ２は、圧電的に活性な活性領域となり、第二方向Ｄ２に伸長する。領域Ｒ４，Ｒ５には、分極方向と逆向き（逆方向）の電圧が印加される。これにより、領域Ｒ４，Ｒ５は、圧電的に活性な活性領域となり、第二方向Ｄ２に収縮する。領域Ｒ３は、互いに同電位とされる内部電極２３，２４の間に配置されているため、領域Ｒ３には、電圧が印加されない。したがって、圧電素子１は主面２ａが湾曲外側、主面２ｂが湾曲内側となるように屈曲する。

このように、領域Ｒ１，Ｒ２により構成される第一変位領域と、領域Ｒ４，Ｒ５により構成される第二変位領域とは、一方に順方向の電圧が印加され、他方に逆方向の電圧が印加されることにより、第一方向Ｄ１に交差する第二方向Ｄ２において、互いに逆位相で伸縮する。第一変位領域と第二変位領域とは、第一方向Ｄ１で互いに対向している。第一変位領域と第二変位領域との間に配置されている領域Ｒ３は、変位しない非変位領域を構成している。第一変位領域及び第二変位領域に印加される電圧を交互に入れ替えることにより、圧電素子１が屈曲振動する。

第一変位領域の第一方向Ｄ１における長さＬ１、及び第二変位領域の第一方向Ｄ１における長さＬ２は、互いに同等である。長さＬ１及び長さＬ２は、非変位領域の第一方向Ｄ１における長さＬ３よりも長い。第一変位領域の分極状態及び第二変位領域の分極状態は、非変位領域を基準として、対称の関係になっている。つまり、非変位領域からｎ番目の領域の分極方向は、第一変位領域と第二変位領域とで互いに一致している。より具体的には、第一変位領域における非変位領域から１番目の領域Ｒ２の分極方向、及び第二変位領域における非変位領域から１番目の領域Ｒ４の分極方向が互いに一致している。また、第一変位領域における非変位領域から２番目の領域Ｒ１の分極方向、及び第二変位領域における非変位領域から２番目の領域Ｒ５の分極方向が互いに一致している。更に換言すると、第一変位領域を上下反転させたものの分極状態が、第二変位領域の分極状態と一致する。つまり、第一変位領域の領域Ｒ１及び領域Ｒ２を上下入れ替えると、第二変位領域の分極状態と一致する。

以上説明したように、圧電素子１では、領域Ｒ１，Ｒ２により構成される第一変位領域、及び領域Ｒ４，Ｒ５により構成される第二変位領域の間に、領域Ｒ３により構成される非変位領域が配置されている。第一変位領域及び第二変位領域は、一方が伸長するときに他方が収縮する。したがって、仮に第一変位領域と第二変位領域とが非変位領域を介さず、互いに直接接合されていると、第一変位領域と第二変位領域との間に応力がかかり、圧電素体２に歪が生じる懼れがある。圧電素子１では、変位しない非変位領域が第一変位領域と第二変位領域との間に配置されている。第一変位領域と非変位領域との間にかかる応力、及び、第二変位領域と非変位領域との間にかかる応力は、第一変位領域と第二変位領域との間にかかる応力よりも小さい。これにより、圧電素体２の歪を抑制可能となる。

非変位領域を構成する領域Ｒ３は、第一方向Ｄ１で互いに隣り合い、かつ、互いに同じ電位とされる一対の内部電極２３，２４の間に配置されている。このため、非変位領域には電圧が印加されない。

第一変位領域の第一方向Ｄ１における長さＬ１は、非変位領域の第一方向Ｄ１における長さＬ３よりも長い。このため、第一変位領域の変位が非変位領域によって拘束されることを抑制可能となる。第二変位領域の第一方向Ｄ１における長さは、非変位領域の第一方向Ｄ１における長さよりも長い。このため、第二変位領域の変位が非変位領域によって拘束されることを抑制可能となる。

内部電極２１〜２６は、圧電素体２の主面２ａ，２ｂから離間し、圧電素体２の主面２ａ，２ｂに露出していない。圧電素体２の主面２ｂには、外部電極３〜６も露出していない。主面２ａ，２ｂは、圧電素子１の外面を構成している。したがって、たとえば金属製の振動板に圧電素子１を接合する際に、短絡を抑制するための絶縁層を別途設けることなく、主面２ｂを振動板に接合することができる。主面２ａに外部電極３〜６が露出していない構成としてもよい。

圧電素体２の分極領域Ｒｐは、たとえば、外部電極３，４に正の電圧、外部電極５，６に負の電圧をそれぞれ印加することにより形成される。このように、一回の分極処理で分極領域Ｒｐの全体が形成されるため、分極処理を複数回に分けて行う場合に比べて、生産性が向上する。分極処理を複数回に分けて行う場合、先に分極処理された領域からの応力の影響で、他の領域の分極処理が十分に行えない場合がある。これに対し、圧電素体２は一回の分極処理により形成されるので、分極の信頼性を向上させることができる。

圧電素体２では、非変位領域は、第一変位領域及び第二変位領域と共に分極されている。したがって、分極の有無の違い（分極及び未分極の違い）による応力が、非変位領域と第一変位領域との間にかかることが抑制される。同様に、分極の有無の違いによる応力が、非変位領域と第二変位領域との間にかかることが抑制される。これにより、圧電素体２の歪を更に抑制可能となる。

本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

図３は、変形例に係る圧電素子の分解斜視図である。図１及び図２に示されるように、圧電素子１では、外部電極３〜６が側面２ｃ，２ｄに設けられ、側面２ｃ，２ｄに露出した内部電極２１〜２６と直接接続されているのに対し、図３に示されるように、変形例に係る圧電素子１Ａでは、外部電極３〜６が主面２ａに設けられている。圧電素子１Ａでは、外部電極３〜６が、接続電極３０〜３９及びビア導体４１〜５６により内部電極２１〜２６と接続されている。また、図１及び図２に示されるように、圧電素子１では、内部電極２１〜２６が一対の側面２ｅと、側面２ｃ，２ｄのいずれかに露出しているが、図３に示されるように、圧電素子１Ａでは、内部電極２１〜２６が側面２ｃ，２ｄ及び一対の側面２ｅに露出していない。

外部電極３〜６は、主面２ａの第二方向Ｄ２（長辺方向）の両端部に配置されている。外部電極３〜６は、主面２ａの四隅に配置されている。外部電極３〜６は、主面２ａの外縁から離間している。外部電極３，６は、互いに対角の位置に配置されている。外部電極４，５は、互いに対角の位置に配置されている。外部電極３，５は、第三方向Ｄ３で互いに隣り合っている。外部電極４，６は、第三方向Ｄ３で互いに隣り合っている。外部電極３〜６は、第一方向Ｄ１から見て（平面視で）、たとえば、互いに同形状を呈している。外部電極３〜６は、第一方向Ｄ１から見て、たとえば、長辺方向が第三方向Ｄ３と一致し、短辺方向が第二方向Ｄ２と一致する長方形状を呈している。

接続電極３０〜３９は、第一方向Ｄ１から見て（平面視で）、たとえば、互いに同形状を呈している。接続電極３０〜３９は、第一方向Ｄ１から見て、たとえば、外部電極３〜６と同形状を呈している。接続電極３０〜３２は、内部電極２１と同じ層に位置し、圧電体層１１と圧電体層１２との間に配置されている。接続電極３３〜３５は、内部電極２２と同じ層に位置し、圧電体層１２と圧電体層１３との間に配置されている。接続電極３６，３７は、内部電極２３と同じ層に位置し、圧電体層１３と圧電体層１４との間に配置されている。接続電極３８は、内部電極２４と同じ層に位置し、圧電体層１４と圧電体層１５との間に配置されている。接続電極３９は、内部電極２５と同じ層に位置し、圧電体層１５と圧電体層１６との間に配置されている。

接続電極３３は、第一方向Ｄ１から見て、外部電極３と重なる位置に設けられている。接続電極３０，３４，３６，３８は、第一方向Ｄ１から見て、外部電極４と重なる位置に設けられている。接続電極３１は、第一方向Ｄ１から見て、外部電極５と重なる位置に設けられている。接続電極３２，３５，３７，３９は、第一方向Ｄ１から見て、外部電極６と重なる位置に設けられている。

外部電極３は、ビア導体４１を通じて内部電極２１と電気的に接続されている。内部電極２１は、ビア導体４２を通じて接続電極３３と電気的に接続されている。接続電極３３は、ビア導体４３を通じて内部電極２３と電気的に接続されている。すなわち、外部電極３は、内部電極２１，２３と電気的に接続されている。ビア導体４１，４２は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重ならない位置に設けられている。ビア導体４２，４３は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重ならない位置に設けられている。ビア導体４１，４３は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重なる位置に設けられている。

外部電極４は、ビア導体４４を通じて接続電極３０と電気的に接続されている。接続電極３０は、ビア導体４５を通じて接続電極３４と電気的に接続されている。接続電極３４は、ビア導体４６を通じて接続電極３６と電気的に接続されている。接続電極３６は、ビア導体４７を通じて接続電極３８と電気的に接続されている。接続電極３８は、ビア導体４８を通じて内部電極２５と電気的に接続されている。すなわち、外部電極４は、内部電極２５と電気的に接続されている。

ビア導体４４，４５は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重ならない位置に設けられている。ビア導体４５，４６は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重ならない位置に設けられている。ビア導体４６，４７は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重ならない位置に設けられている。ビア導体４７，４８は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重ならない位置に設けられている。ビア導体４４，４６，４８は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重なる位置に設けられている。ビア導体４５，４７は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重なる位置に設けられている。

外部電極５は、ビア導体４９を通じて接続電極３１と電気的に接続されている。接続電極３１は、ビア導体５０を通じて内部電極２２と電気的に接続されている。すなわち、外部電極３は、内部電極２２と電気的に接続されている。ビア導体４９，５０は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重ならない位置に設けられている。

外部電極６は、ビア導体５１を通じて接続電極３２と電気的に接続されている。接続電極３２は、ビア導体５２を通じて接続電極３５と電気的に接続されている。接続電極３５は、ビア導体５３を通じて接続電極３７と電気的に接続されている。接続電極３７は、ビア導体５４を通じて内部電極２４と電気的に接続されている。内部電極２４は、ビア導体５５を通じて接続電極３９と電気的に接続されている。接続電極３９は、ビア導体５６を通じて内部電極２６と電気的に接続されている。すなわち、外部電極６は、内部電極２４，２６と電気的に接続されている。

ビア導体５１，５２は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重ならない位置に設けられている。ビア導体５２，５３は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重ならない位置に設けられている。ビア導体５３，５４は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重ならない位置に設けられている。ビア導体５４，５５は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重ならない位置に設けられている。ビア導体５５，５６は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重ならない位置に設けられている。ビア導体５１，５３，５５は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重なる位置に設けられている。ビア導体５２，５４，５６は、第一方向Ｄ１から見て、互いに重なる位置に設けられている。

圧電素子１Ａにおいても、図２に示される圧電素子１と同様に、分極領域Ｒｐが、圧電体層１２の領域Ｒ１と、圧電体層１３の領域Ｒ２と、圧電体層１４の領域Ｒ３と、圧電体層１５の領域Ｒ４と、圧電体層１６の領域Ｒ５と、により構成されている。分極領域Ｒｐのうち、第一変位領域は、領域Ｒ１，Ｒ２により構成され、第二変位領域は、領域Ｒ４，Ｒ５により構成されている。非変位領域は、領域Ｒ３により構成されている。第一方向Ｄ１で互いに対向している第一変位領域及び第二変位領域の間に非変位領域が配置されているので、圧電素体２の歪を抑制可能となる。

図１及び図２に示されるように、圧電素子１では、圧電体層１２〜１６の第一方向Ｄ１での長さは、互いに同等であるのに対し、図３に示されるように、圧電素子１Ａでは、圧電体層１４の第一方向Ｄ１での長さは、圧電体層１１，１７の第一方向Ｄ１での長さと互いに同等であり、圧電体層１２，１３，１５，１６の第一方向Ｄ１での長さよりも短い。このため、圧電素子１Ａでは、圧電素子１の場合より、長さＬ３が長さＬ１及び長さＬ２に対して更に短くなる。このため、第一変位領域及び第二変位領域の変位が、非変位領域によって拘束されることを更に抑制可能となる。

圧電素子１Ａにおいても、図２に示される圧電素子１と同様に、内部電極２１〜２６は、圧電素体２の主面２ａ，２ｂから離間し、圧電素体２の主面２ａ，２ｂに露出していない。特に、主面２ｂには、外部電極３〜５も露出していない。したがって、たとえば金属製の振動板に圧電素子１を接合する際に、短絡を抑制するための絶縁層を別途設けることなく、主面２ｂを振動板に接合することができる。

圧電素子１，１Ａでは、第一変位領域は、圧電体層１２における領域Ｒ１、及び圧電体層１３における領域Ｒ２により構成されている。すなわち、第一変位領域は、２つの圧電体層１２，１３により構成されているが、第一変位領域は、３つ以上の圧電体層により構成されていてもよいし、１つの圧電体層により構成されていてもよい。

圧電素子１，１Ａでは、第二変位領域は、圧電体層１５における領域Ｒ４、及び圧電体層１６における領域Ｒ５により構成されている。すなわち、第二変位領域は、２つの圧電体層１５，１６により構成されているが、第二変位領域は、３つ以上の圧電体層により構成されていてもよいし、１つの圧電体層により構成されていてもよい。

圧電素子１，１Ａでは、第一変位領域を構成する圧電体層の数は、第二変位領域を構成する圧電体層の数と同じであるが、異なっていてもよい。第一変位領域の第一方向Ｄ１における長さＬ１、及び第二変位領域の第一方向Ｄ１における長さＬ２は、互いに異なっていてもよい。

圧電素子１，１Ａでは、非変位領域は、圧電体層１４における領域Ｒ３により構成されている。すなわち、非変位領域は、１つの圧電体層１４により構成されているが、非変位領域は、２つ以上の圧電体層により構成されていてもよい。

圧電素子１は、圧電体層１１，１７を有していなくてもよい。この場合、内部電極２１，２６は、実質的には外部電極となる。圧電素子１Ａは、圧電体層１１，１７を有していなくてもよい。この場合、内部電極２１，２６は、実質的には外部電極となり、内部電極２１は、実際に外部電極３の機能を兼ねる。また、接続電極３０，３１，３２は、それぞれ外部電極４，５，６として機能する。

１，１Ａ…圧電素子、２…圧電素体、３〜６…外部電極、１１〜１７…圧電体層、２１〜２６…内部電極、Ｒｐ…分極領域、Ｒｎ…未分極領域、Ｒ１〜Ｒ５…領域、Ｌ１〜Ｌ３…長さ。

Claims (5)

1. 複数の電極と、複数の圧電体層が前記複数の電極を介して積層されてなる圧電素体と、を備える圧電素子であって、
   前記圧電素体は、分極された分極領域を有しており、
   前記分極領域は、前記複数の圧電体層の積層方向で互いに対向し、かつ、前記積層方向に交差する方向において互いに逆位相で伸縮する第一変位領域及び第二変位領域と、前記第一変位領域及び前記第二変位領域の間に配置された非変位領域と、を有している、圧電素子。
2. 前記非変位領域は、前記複数の電極のうち、前記積層方向で互いに隣り合い、かつ、互いに同じ電位とされる一対の電極の間に配置されている、請求項１に記載の圧電素子。
3. 前記第一変位領域の前記積層方向における長さは、前記非変位領域の前記積層方向における長さよりも長い、請求項１又は２に記載の圧電素子。
4. 前記第二変位領域の前記積層方向における長さは、前記非変位領域の前記積層方向における長さよりも長い、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電素子。
5. 前記圧電素体は、前記積層方向で互いに対向している一対の主面を有しており、
   前記複数の電極は、前記一対の主面の少なくとも一方から離間している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電素子。

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