JP2024034326A - 圧電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動電圧の向上が図られた圧電素子を提供する。【解決手段】 圧電素子１０においては、駆動領域５０における内部導体層２１、２３、２５、２７、２９の間隔Ｄが相対的に広く、低容量化が図られるため、圧電素子１０に高電圧を印加したときであっても短絡や発熱等の不具合が生じにくい。接続領域６２、６３、６４の間隔ｄに関しては、内部導体層２１、２３、２５、２７、２９のそれぞれの間に内部導体層２２、２４、２６、２８を介在させることで駆動領域５０の間隔Ｄよりも狭めており、それによりビア導体を介した内部導体層間の接続信頼性が高められている。【選択図】図４

Description

本発明は、圧電素子に関する。

従来、一対の導体層の間に圧電素体が介在する駆動部を備えた圧電素子が知られており、このような圧電素子においては一対の導体層の間に電圧を印加することで駆動部が変位する（たとえば所定の方向に伸長する）。下記特許文献１に開示された圧電素子は、アクチュエータベースと対面する面に設けられた第１の導体層と、圧電素体の内部において第１の導体層と対面する第２の導体層とを備え、第２の導体層は、圧電素子の一端部において第１の導体層と第２の導体層との対面方向に沿って延びるスルーホール導体を介して、アクチュエータベースと対面する面に設けられた外部接続部層と電気的に接続されている。

特許６３６１６４０号

発明者らは、圧電素子に対して高電圧を印加したときの駆動について研究を重ね、高電圧を印加したときであっても安定して駆動することができる技術を新たに見出した。

本発明の一側面は、駆動電圧の向上が図られた圧電素子を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る圧電素子は、圧電材料で構成された素体と、該素体内に設けられるとともに第１の方向において積層された複数の内部導体層とを備え、第１の方向から見て、複数の内部導体層のうちの極性が異なる内部導体層の部分同士が重なる駆動領域と、複数の内部導体層のうちの極性が同じ内部導体層の部分同士が重なるとともに第１の方向に沿って延びるビア導体を介して接続されている複数の接続領域とを含み、複数の内部導体層の第１の方向に関する間隔は、駆動領域における複数の内部導体層の間隔が、接続領域における複数の内部導体層の間隔より広い。

上記圧電素子においては、駆動領域における複数の内部導体層の間隔を相対的に広くすることで低容量化が図られており、それにより高電圧を印加したときであっても短絡や発熱等の不具合が生じにくくなっている。一方、接続領域における複数の内部導体層の間隔に関しては、相対的に狭くすることで、ビア導体を介した内部導体層間の接続信頼性が高められている。

他の側面に係る圧電素子では、複数の内部導体層のうちの駆動領域を構成する複数の駆動導体層がそれぞれ、駆動領域内に位置する駆動部と、複数の接続領域の一つに位置するとともに駆動部と電気的に接続された第１接続部と、複数の接続領域の他の一つに位置するとともに駆動部および第１接続部と絶縁された第２接続部とを含む。

他の側面に係る圧電素子では、複数の接続領域が第１接続領域および第２接続領域を含み、複数の駆動導体層のうちの第１の方向において隣り合う第１の駆動導体層と第２の駆動導体層との間に、内部導体層であって第１接続領域および第２接続領域のそれぞれに位置する中継導体層が介在しており、第１接続領域内において、第１の駆動導体層の第１接続部が、中継導体層およびビア導体を介して第２の駆動導体層の第２接続部に接続されており、第２接続領域内において、第２の駆動導体層の第１接続部が、中継導体層およびビア導体を介して第１の駆動導体層の第２接続部に接続されている。

他の側面に係る圧電素子では、複数の駆動導体層が、第２駆動導体層を挟む一対の第１駆動導体層を含み、一対の第１の駆動導体層と第２の駆動導体層とのそれぞれの間に、内部導体層であって第１接続領域に位置する中継導体層が介在しており、第１接続領域内において、一対の第１の駆動導体層の第１接続部同士が、中継導体層およびビア導体を介して接続されている。

他の側面に係る圧電素子では、複数の接続領域がさらに第３接続領域を含み、第１の駆動導体層および第２の駆動導体層がそれぞれ、第３接続領域に位置するとともに、駆動部、第１接続部および第２接続部のいずれとも絶縁された第３接続部を含み、第３接続領域内において、第１の駆動導体層の第３接続部が、中継導体層およびビア導体を介して第２の駆動導体層の第３接続部に接続されている。

他の側面に係る圧電素子では、複数の駆動導体層が、第１の方向において第１の駆動導体層と第２の駆動導体層との外側に位置する第３の駆動導体層を含み、第３接続領域内において、第１の駆動導体層および第２の駆動導体層のそれぞれの第３接続部が、中継導体層およびビア導体を介して第３の駆動導体層に接続されている。

他の側面に係る圧電素子では、第１の方向から見て、駆動領域が接続領域を囲んでいる。

他の側面に係る圧電素子では、素体が、第１の方向における表面を構成する表層を含み、表層の厚さと、駆動領域における複数の内部導体層の間隔とが異なる。

他の側面に係る圧電素子では、第１の方向において隣り合うビア導体同士が第１の方向から見て重畳していない。

本発明の種々の側面によれば、駆動電圧の向上が図られた圧電素子が提供される。

図１は、一実施形態に係る圧電素子を示す概略斜視図である。 図２は、図１に示す圧電素子の平面図である。 図３は、図１に示す圧電素子の分解斜視図である。 図４は、図１に示す圧電素子のＩＶ－ＩＶ線断面図である。 図５は、図４の要部拡大図である。 図６は、他の実施形態に係る圧電素子の断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための形態を説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、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１０を示す斜視図であり、図３は圧電素子１０の平面図である。図１、２に示されるように、圧電素子１０は、バイモルフ型であり、圧電材料で構成された素体１１と、複数の外部電極１３、１４、１５とを備えて構成されている。本実施形態では、圧電素子１０は、三つの外部電極１３、１４、１５を有している。圧電素子１０には、図示しない配線部材（たとえば、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）等）が取り付けられ、配線部材から三つの外部電極１３、１４、１５に対して所定の電圧が印加される。

素体１１は、直方体形状を呈している。素体１１は、互いに対向している一対の主面１１ａ、１１ｂ、互いに対向している一対の側面１１ｃ、互いに対向している一対の側面１１ｅを有している。直方体形状には、たとえば、角部および稜線部が面取りされている直方体の形状、および、角部および稜線部が丸められている直方体の形状が含まれる。一対の側面１１ｃが対向している方向は、第一方向Ｄ１である。第一方向Ｄ１は、各側面１１ｃに直交する方向でもある。一対の側面１１ｅが対向している方向は、第二方向Ｄ２である。第二方向Ｄ２は、各側面１１ｅに直交する方向でもある。一対の主面１１ａ、１１ｂが対向している方向は、第三方向Ｄ３（第１の方向）である。第三方向Ｄ３は、各主面１１ａ、１１ｂに直交する方向でもある。

各主面１１ａ、１１ｂは、一対の長辺と一対の短辺とを有している。各主面１１ａ、１１ｂ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１０（素体１１）は、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。長方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、および、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１１ａ、１１ｂの長辺方向は、第二方向Ｄ２と一致する。主面１１ａ、１１ｂの短辺方向は、第一方向Ｄ１方向と一致する。

一対の側面１１ｃは、一対の主面１１ａ、１１ｂを連結するように第三方向Ｄ３に延在している。一対の側面１１ｃは、第二方向Ｄ２にも延在している。一対の側面１１ｅは、一対の主面１１ａ、１１ｂを連結するように第三方向Ｄ３に延在している。一対の側面１１ｅは、第一方向Ｄ１にも延在している。素体１１の第一方向Ｄ１での長さは、たとえば、１０ｍｍである。素体１１の第二方向Ｄ２での長さは、たとえば、２０ｍｍである。素体１１の第三方向Ｄ３での長さは、たとえば、０．２５ｍｍである。各主面１１ａ、１１ｂと各側面１１ｃ、１１ｅとは、間接的に隣り合っていてもよい。この場合、各主面１１ａ、１１ｂと各側面１１ｃ、１１ｅとの間には、稜線部が位置する。

素体１１では、図３、４に示されるように、複数の圧電体層１６ａ、１７ａ～１７ｈ、１６ｂが、この順で第三方向Ｄ３に積層されている。圧電体層１６ａは、素体１１の主面１１ａを構成する。圧電体層１６ｂは、素体１１の主面１１ｂを構成する。圧電体層１７ａ～１７ｈは、圧電体層１６ａと圧電体層１６ｂとの間に位置している。本実施形態では、圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ～１７ｈの厚さは同じである。「同じ」には、製造誤差の範囲が含まれている。

圧電体層１７ａ～１７ｈは、４対で構成されており、すなわち、圧電体層１７ａと圧電体層１７ｂで構成された第１の圧電体層対１８Ａ、圧電体層１７ｃと圧電体層１７ｄで構成された第２の圧電体層対１８Ｂ、圧電体層１７ｅと圧電体層１７ｆで構成された第３の圧電体層対１８Ｃ、圧電体層１７ｇと圧電体層１７ｈで構成された第４の圧電体層対１８Ｄで構成されている。各圧電体層対１８Ａ～１８Ｄを構成する２つの圧電体層の分極の向きは同じである。第１の圧電体層対１８Ａおよび第３の圧電体層対１８Ｃの分極の向きは、第２の圧電体層対１８Ｂおよび第４の圧電体層対１８Ｄの分極の向きと反対である。すなわち、素体１１では、第三方向Ｄ３において、分極の向きが反対の圧電体層対１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄが交互に配置されている。

各圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ～１７ｈは、圧電材料からなる。本実施形態では、各圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ～１７ｈ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、ＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ_３）、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）が用いられる。各圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ～１７ｈ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。実際の素体１１では、各圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ～１７ｈは層間の境界が認識できない程度に一体化されている。

各外部電極１３、１４、１５は、素体１１の主面１１ａ上に配置されている。外部電極１３、１４、１５は、外部電極１３、外部電極１４、外部電極１５の順で第二方向Ｄ２に並んでいる。外部電極１３と外部電極１４とは、第二方向Ｄ２で隣り合っている。外部電極１４と外部電極１５とは、第二方向Ｄ２で隣り合っている。第二方向Ｄ２において、外部電極１４と外部電極１５との最短距離は、外部電極１３と外部電極１４との最短距離よりも長い。各外部電極１３、１４、１５は、第三方向Ｄ３から見て、主面１１ａの全ての縁（四辺）から離間している。

各外部電極１３、１４は、第三方向Ｄ３から見て、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、および、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、長方形状の各角が丸められている。外部電極１５は、第三方向Ｄ３から見て、正方形状を呈している。正方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、および、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、正方形状の各角が丸められている。各外部電極１３、１４、１５は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、又はＡｇ－Ｐｄ合金が用いられる。各外部電極１３、１４、１５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。

圧電素子１０は、図３、４に示されるように、素体１１内に配置されている複数の内部導体層２１～２９を備えている。各内部導体層２１～２９は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、又はＡｇ－Ｐｄ合金が用いられる。各内部導体層２１～２９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。

各内部導体層２１～２９は、第三方向Ｄ３において異なる位置（層）に配置されている。内部導体層２１～２９は、第三方向Ｄ３において互いに間隔を有しており、少なくとも一部が互いに対向している。各内部導体層２１～２９は、素体１１の表面には露出していない。すなわち、各内部導体層２１～２９は、各側面１１ｃ、１１ｅには露出していない。各内部導体層２１～２９は、第三方向Ｄ３から見て、主面１１ａ、１１ｂの全ての縁（四辺）から離間している。

内部導体層２１は、圧電体層１６ａと圧電体層１７ａとの間に位置している。内部導体層２１は、長方形状の外形を有する駆動部３２と、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１４と同一形状を有するとともに外部電極１３、１４と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３４とが、同一層内に配置された構成を有する。接続部３３、３４はいずれも、第三方向Ｄ３から見て、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、および、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、長方形状の各角が丸められている。接続部３３、３４は、駆動部３２に形成された開口内に位置している。開口は、第三方向Ｄ３から見て、外部電極１３、１４に対応する位置に形成されており、接続部３３と接続部３４とは同じ開口内に隣り合って位置している。すなわち、接続部３３、３４は、第三方向Ｄ３から見て、駆動部３２に囲まれている。接続部３３、３４は、駆動部３２と離間している。

内部導体層２２は、圧電体層１７ａと圧電体層１７ｂとの間に位置している。内部導体層２２は、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１４、１５と同一形状を有するとともに外部電極１３、１４、１５と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３４、３５が、同一層内に配置された構成を有する。

内部導体層２３は、圧電体層１７ｂと圧電体層１７ｃとの間に位置している。内部導体層２３は、長方形状の外形を有する駆動部３２と、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１５と同一形状を有するとともに外部電極１３、１５と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３５とが、同一層内に配置された構成を有する。接続部３５は、第三方向Ｄ３から見て、正方形状を呈している。正方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、および、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、正方形状の各角が丸められている。接続部３３、３５は、駆動部３２に形成された開口内に位置している。各開口は、第三方向Ｄ３から見て、外部電極１３、１５に対応する位置に形成されている。すなわち、接続部３３、３５は、第三方向Ｄ３から見て、駆動部３２に囲まれている。接続部３３、３５は、駆動部３２と離間している。

内部導体層２４は、圧電体層１７ｃと圧電体層１７ｄとの間に位置している。内部導体層２４は、内部導体層２２同様、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１４、１５と同一形状を有するとともに外部電極１３、１４、１５と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３４、３５が、同一層内に配置された構成を有する。

内部導体層２５は、圧電体層１７ｄと圧電体層１７ｅとの間に位置している。内部導体層２５は、内部導体層２１と同様の構成を有し、長方形状の外形を有する駆動部３２と、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１４と同一形状を有するとともに外部電極１３、１４と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３４とが、同一層内に配置された構成を有する。

内部導体層２６は、圧電体層１７ｅと圧電体層１７ｆとの間に位置している。内部導体層２６は、内部導体層２２、２４同様、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１４、１５と同一形状を有するとともに外部電極１３、１４、１５と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３４、３５が、同一層内に配置された構成を有する。

内部導体層２７は、圧電体層１７ｆと圧電体層１７ｇとの間に位置している。内部導体層２７は、長方形状の外形を有する駆動部３２と、第三方向Ｄ３から見て外部電極１４、１５と同一形状を有するとともに外部電極１４、１５と完全に重なる位置に配置された接続部３４、３５とが、同一層内に配置された構成を有する。具体的には、接続部３４、３５は、駆動部３２に形成された開口内に位置している。各開口は、第三方向Ｄ３から見て、外部電極１４、１５に対応する位置に形成されている。すなわち、接続部３４、３５は、第三方向Ｄ３から見て、駆動部３２に囲まれている。接続部３４、３５は、駆動部３２と離間している。

内部導体層２８は、圧電体層１７ｇと圧電体層１７ｈとの間に位置している。内部導体層２８は、内部導体層２２、２４、２６同様、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１４、１５と同一形状を有するとともに外部電極１３、１４、１５と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３４、３５が、同一層内に配置された構成を有する。

内部導体層２９は、圧電体層１７ｈと圧電体層１６ｂとの間に位置している。内部導体層２９は、内部導体層２１、２５と同様の構成を有し、長方形状の外形を有する駆動部３２と、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１４と同一形状を有するとともに外部電極１３、１４と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３４とが、同一層内に配置された構成を有する。

外部電極１３は、内部導体層２７の駆動部３２とその他の内部導体層２１～２６、２８、２９の各接続部３３とに、複数のビア導体４３を介して電気的に接続されている。各接続部３３は、第三方向Ｄ３において内部導体層２７の駆動部３２と対向しており、第三方向Ｄ３から見て内部導体層２７の駆動部３２と重なる位置に配置されている。図４に示すように、複数のビア導体４３は、外部電極１３と内部導体層２１～２６、２８、２９の各接続部３３と内部導体層２７の駆動部３２との間にそれぞれ位置しており、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３と重なる位置に配置されている。複数のビア導体４３は、それぞれ、第三方向Ｄ３において、対応する圧電体層１６ａ、１７ａ～１７ｈを貫通している。第三方向Ｄ３において隣り合うビア導体４３同士は、第三方向Ｄ３から見て重畳しないように設計されている。

外部電極１４は、内部導体層２３の駆動部３２とその他の内部導体層２１～２６、２８、２９の各接続部３４とに、複数のビア導体４４を介して電気的に接続されている。各接続部３４は、第三方向Ｄ３において内部導体層２３の駆動部３２と対向しており、第三方向Ｄ３から見て内部導体層２３の駆動部３２と重なる位置に配置されている。図４に示すように、複数のビア導体４４は、それぞれ、外部電極１４と内部導体層２１、２２、２４～２９の各接続部３４と内部導体層２３の駆動部３２との間に位置しており、第三方向Ｄ３から見て外部電極１４と重なる位置に配置されている。複数のビア導体４４は、それぞれ、第三方向Ｄ３において、対応する圧電体層１６ａ、１７ａ～１７ｈを貫通している。第三方向Ｄ３において隣り合うビア導体４４同士は、第三方向Ｄ３から見て重畳しないように設計されている。

外部電極１５は、内部導体層２３、２７の各接続部３５と内部導体層２１、２５、２９の駆動部３２とに、複数のビア導体４５を介して電気的に接続されている。各接続部３５は、第三方向Ｄ３において内部導体層２１、２５、２９の駆動部３２と対向しており、第三方向Ｄ３から見て内部導体層２１、２５、２９の駆動部３２と重なる位置に配置されている。複数のビア導体４５は、それぞれ、外部電極１５と内部導体層２３、２７の各接続部３５と内部導体層２１、２５、２９の駆動部３２との間に位置しており、第三方向Ｄ３から見て外部電極１５と重なる位置に配置されている。複数のビア導体４５は、それぞれ、第三方向Ｄ３において、対応する圧電体層１６ａ、１７ａ～１７ｈを貫通している。第三方向Ｄ３において隣り合うビア導体４５同士は、第三方向Ｄ３から見て重畳しないように設計されている。

内部導体層２１～２９およびビア導体４３、４４、４５は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、又はＡｇ－Ｐｄ合金が用いられる。内部導体層２１～２９およびビア導体４３、４４、４５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。ビア導体４３、４４、４５は、対応する圧電体層１６ａ、１７ａ～１７ｈを形成するためのセラミックグリーンシートに形成された貫通孔に充填された導電性ペーストが焼結することにより形成される。

上述した圧電素子１０は、駆動領域５０と、複数の接続領域６２、６３、６４を含む。

駆動領域５０は、図３に示すように、第三方向Ｄ３から見て、駆動部３２を含む内部導体層２１、２３、２５、２７、２９（駆動導体層）の駆動部３２同士が重なる領域である。具体的には、駆動領域５０は、外部電極１５に接続されている内部導体層２１、２５、２９の駆動部３２と、外部電極１３に接続されている内部導体層２７および外部電極１４に接続されている内部導体層２３の駆動部３２とが重なる領域である。駆動領域５０は、図４に示すように、外部電極１５に接続されている内部導体層２１、２５と外部電極１４に接続されている内部導体層２３とに挟まれた第１駆動領域５１と、外部電極１５に接続されている内部導体層２５、２９と外部電極１３に接続されている内部導体層２７とに挟まれた第２駆動領域５２とを含む。

複数の接続領域６２、６３、６４は、図３に示すように、第三方向Ｄ３から見て、極性が同じ部分の内部導体層２１～２９同士が重なる領域である。本実施形態では、複数の接続領域は、第１の接続領域６２、第２の接続領域６３、第３の接続領域６４の３つで構成されている。第１の接続領域６２は、第三方向Ｄ３から見て、内部導体層２１～２６、２８、２９の接続部３３と、接続部３３に対応する部分の内部導体層２７とが重なる領域である。第２の接続領域６３は、第三方向Ｄ３から見て、内部導体層２１、２２、２４～２９の接続部３４と、接続部３４に対応する部分の内部導体層２３とが重なる領域である。第３の接続領域６４は、第三方向Ｄ３から見て、内部導体層２２～２４、２６～２８の接続部３５と、接続部３５に対応する部分の内部導体層２１、２５、２９とが重なる領域である。本実施形態では、第三方向Ｄ３から見て、駆動領域５０が、複数の複数の接続領域６２、６３、６４を囲むように位置している。

続いて、上述した圧電素子１０の駆動について説明する。

外部電極１３と外部電極１４とには、極性が異なる電圧が印加される。外部電極１５には、外部電極１３、１４に印加されるような電圧は印加されない。外部電極１５は、グラウンド電極として機能する。外部電極１３に上述した電圧が印加されると、内部導体層２５と内部導体層２７との間、内部導体層２７と内部導体層２９との間で電界が発生する。内部導体層２７と内部導体層２５、２９との間で電界が発生すると、第２駆動領域５２の第３の圧電体層対１８Ｃおよび第４の圧電体層対１８Ｄに電界が印加され、当該電界に応じて第２駆動領域５２で力が発生する。この結果、当該力に応じた変位量だけ、第２駆動領域５２が変位する。

外部電極１４に上述した電圧が印加されると、内部導体層２１と内部導体層２３との間、内部導体層２３と内部導体層２５との間で電界が発生する。内部導体層２３と内部導体層２１、２５との間で電界が発生すると、第１駆動領域５１の第１の圧電体層対１８Ａおよび第２の圧電体層対１８Ｂに電界が印加され、当該電界に応じて第１駆動領域５１で力が発生する。この結果、当該力に応じた変位量だけ、第１駆動領域５１が変位する。この際、第１駆動領域５１と第２駆動領域５２とは、互いに逆方向に変位する。このため、外部電極１３、１４に電圧が印加されると、圧電素子１０に撓みが生じる。

圧電素子１０では、外部電極１３、１４に交流電圧が印加されると、第１駆動領域５１および第２駆動領域５２は、印加された交流電圧の周波数に応じて伸縮を繰り返す。このため、第１駆動領域５１と第２駆動領域５２とは互いに逆方向に伸縮し、圧電素子１０が撓み振動する。

ここで、圧電素子１０の各接続領域６２、６３、６４では、圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｈの層間すべてに内部導体層２１～２９が存在している。換言すると、各接続領域６２、６３、６４では、圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｈの１層厚さ分だけ離間して、内部導体層２１～２９が並んでいる。一方、圧電素子１０の駆動領域５０では、圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｈの層間すべてには内部導体層２１～２９は存在しておらず、圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｈの２層厚さ分だけ離間して、一部の内部導体層２１、２３、２５、２７、２９が並んでいる。すなわち、駆動領域５０では、内部導体層２１、２３の間に第１の圧電体層対１８Ａが介在し、内部導体層２３、２５の間に第２の圧電体層対１８Ｂが介在し、内部導体層２５、２７の間に第３の圧電体層対１８Ｃが介在し、内部導体層２７、２９の間に第４の圧電体層対１８Ｄが介在している。

そのため、図５に示すように、内部導体層２１～２９の第三方向Ｄ３に関する間隔は、駆動領域５０における間隔Ｄが、各接続領域６２、６３、６４における間隔ｄより広くなっている。本実施形態では、駆動領域５０における間隔Ｄは、各接続領域６２、６３、６４における間隔ｄのおよそ２倍になっている。このように駆動領域５０における内部導体層２１、２３、２５、２７、２９の間隔Ｄが相対的に広い場合、圧電素子１０の低容量化が図られるため、圧電素子１０に高電圧を印加したときであっても短絡や発熱等の不具合が生じにくい。

ただし、単に内部導体層の間隔を広げた場合には、接続領域における内部導体層の間隔も広くなり、それによりビア導体を介した層間接続の接続信頼性が低下する虞がある。そこで本実施形態に係る圧電素子１０では、接続領域６２、６３、６４の間隔ｄに関しては、内部導体層２１、２３、２５、２７、２９のそれぞれの間に内部導体層２２、２４、２６、２８を介在させることで駆動領域５０の間隔Ｄよりも狭めており、それによりビア導体を介した内部導体層間の接続信頼性が高められている。

また、圧電素子１０においては、第三方向Ｄ３に関して、素体１１の主面１１ａ、１１ｂが圧電体層１６ａ、１６ｂで構成されており、駆動部３２を含む内部導体層２１、２３、２５、２７、２９が素体１１の主面１１ａ、１１ｂに露出していない。また、各接続領域６２、６３、６４が、駆動領域５０に囲まれており、素体１１のいずれの側面１１ｃ、１１ｃからも露出していない。そのため、圧電素子１０に高電圧を印加したときであっても、素体１１の表面における内部導体層２１～２９の短絡やリークが生じにくくなっており、駆動電圧の向上が図られている。

本実施形態に係る圧電素子１０では、素体１１の主面１１ａ、１１ｂを構成する圧電体層１６ａ、１６ｂ（表層）の厚さは、駆動領域５０における内部導体層２１、２３、２５、２７、２９の間隔Ｄとは異なっており、具体的には間隔Ｄより狭くなるように設計されている。素体１１の主面１１ａ、１１ｂを構成する圧電体層１６ａ、１６ｂの厚さは、各接続領域６２、６３、６４における内部導体層２１～２９の間隔ｄと同じであってもよい。

上述した実施形態では、第三方向Ｄ３において隣り合うビア導体４２、４３、４４同士は、第三方向Ｄ３から見て重畳しない態様であったが、図６に示すように重畳する態様であってもよい。ビア導体４２、４３、４４を、圧電体層となるセラミックグリーンシートに形成された貫通孔に導電性ペーストを充填して焼結することにより形成する場合、ビア導体４２、４３、４４の成形が難しく、重畳するようにビア導体を設けた場合にはうまく接続できないことがあり得る。そこで、第三方向Ｄ３において隣り合うビア導体４２、４３、４４同士を、意図的に重畳させないことで接続信頼性の向上が図られている。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、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。

上記実施形態では、圧電素子１０がバイモルフ型である形態を一例に説明した。しかし、圧電素子１０は、たとえば、ユニモルフ型であってもよいし、その他の態様の圧電素子であってもよい。

上述の記載から把握されるとおり、本明細書は下記を開示している。
[付記１]
圧電材料で構成された素体と、該素体内に設けられるとともに第１の方向において積層された複数の内部導体層とを備え、
前記第１の方向から見て、前記複数の内部導体層のうちの極性が異なる前記内部導体層の部分同士が重なる駆動領域と、前記複数の内部導体層のうちの極性が同じ前記内部導体層の部分同士が重なるとともに前記第１の方向に沿って延びるビア導体を介して接続されている複数の接続領域とを含み、
前記複数の内部導体層の前記第１の方向に関する間隔は、前記駆動領域における前記複数の内部導体層の間隔が、前記接続領域における前記複数の内部導体層の間隔より広い、圧電素子。
[付記２]
前記複数の内部導体層のうちの前記駆動領域を構成する複数の駆動導体層がそれぞれ、前記駆動領域内に位置する駆動部と、前記複数の接続領域の一つに位置するとともに前記駆動部と電気的に接続された第１接続部と、前記複数の接続領域の他の一つに位置するとともに前記駆動部および前記第１接続部と絶縁された第２接続部とを含む、付記１に記載の圧電素子。
[付記３]
前記複数の接続領域が第１接続領域および第２接続領域を含み、
前記複数の駆動導体層のうちの前記第１の方向において隣り合う第１の駆動導体層と第２の駆動導体層との間に、前記内部導体層であって前記第１接続領域および前記第２接続領域のそれぞれに位置する中継導体層が介在しており、
前記第１接続領域内において、前記第１の駆動導体層の前記第１接続部が、前記中継導体層および前記ビア導体を介して前記第２の駆動導体層の前記第２接続部に接続されており、
前記第２接続領域内において、前記第２の駆動導体層の前記第１接続部が、前記中継導体層および前記ビア導体を介して前記第１の駆動導体層の前記第２接続部に接続されている、付記２に記載の圧電素子。
[付記４]
前記複数の駆動導体層が、前記第２の駆動導体層を挟む一対の前記第１の駆動導体層を含み、
前記一対の第１の駆動導体層と前記第２の駆動導体層とのそれぞれの間に、前記内部導体層であって前記第１接続領域に位置する中継導体層が介在しており、
前記第１接続領域内において、前記一対の第１の駆動導体層の前記第１接続部同士が、前記中継導体層および前記ビア導体を介して接続されている、付記３に記載の圧電素子。
[付記５]
前記複数の接続領域がさらに第３接続領域を含み、
前記第１の駆動導体層および前記第２の駆動導体層がそれぞれ、前記第３接続領域に位置するとともに、前記駆動部、前記第１接続部および第２接続部のいずれとも絶縁された第３接続部を含み、
前記第３接続領域内において、前記第１の駆動導体層の前記第３接続部が、前記中継導体層および前記ビア導体を介して前記第２の駆動導体層の前記第３接続部に接続されている、付記３に記載の圧電素子。
[付記６]
前記複数の駆動導体層が、前記第１の方向において前記第１の駆動導体層と前記第２の駆動導体層との外側に位置する第３の駆動導体層を含み、
前記第３接続領域内において、前記第１の駆動導体層および前記第２の駆動導体層のそれぞれの前記第３接続部が、前記中継導体層および前記ビア導体を介して前記第３の駆動導体層に接続されている、付記５に記載の圧電素子。
[付記７]
前記第１の方向から見て、前記駆動領域が前記接続領域を囲んでいる、付記１～６のいずれかに記載の圧電素子。
[付記８]
前記素体が、前記第１の方向における表面を構成する表層を含み、
前記表層の厚さと、前記駆動領域における前記複数の内部導体層の間隔とが異なる、付記１～７のいずれかに記載の圧電素子。
［付記９］
前記第１の方向において隣り合う前記ビア導体同士が前記第１の方向から見て重畳していない、付記１～８のいずれかに記載の圧電素子。

１０…圧電素子、１１…素体、１３、１４、１５…外部電極、１６ａ、１６ｂ、１７ａ～１７ｈ…圧電体層、２１～２９…内部導体層、３２…駆動部、３３、３４…接続部、４３～４５…ビア導体。

Claims (9)

1. 圧電材料で構成された素体と、該素体内に設けられるとともに第１の方向において積層された複数の内部導体層とを備え、
   前記第１の方向から見て、前記複数の内部導体層のうちの極性が異なる前記内部導体層の部分同士が重なる駆動領域と、前記複数の内部導体層のうちの極性が同じ前記内部導体層の部分同士が重なるとともに前記第１の方向に沿って延びるビア導体を介して接続されている複数の接続領域とを含み、
   前記複数の内部導体層の前記第１の方向に関する間隔は、前記駆動領域における前記複数の内部導体層の間隔が、前記接続領域における前記複数の内部導体層の間隔より広い、圧電素子。
2. 前記複数の内部導体層のうちの前記駆動領域を構成する複数の駆動導体層がそれぞれ、前記駆動領域内に位置する駆動部と、前記複数の接続領域の一つに位置するとともに前記駆動部と電気的に接続された第１接続部と、前記複数の接続領域の他の一つに位置するとともに前記駆動部および前記第１接続部と絶縁された第２接続部とを含む、請求項１に記載の圧電素子。
3. 前記複数の接続領域が第１接続領域および第２接続領域を含み、
   前記複数の駆動導体層のうちの前記第１の方向において隣り合う第１の駆動導体層と第２の駆動導体層との間に、前記内部導体層であって前記第１接続領域および前記第２接続領域のそれぞれに位置する中継導体層が介在しており、
   前記第１接続領域内において、前記第１の駆動導体層の前記第１接続部が、前記中継導体層および前記ビア導体を介して前記第２の駆動導体層の前記第２接続部に接続されており、
   前記第２接続領域内において、前記第２の駆動導体層の前記第１接続部が、前記中継導体層および前記ビア導体を介して前記第１の駆動導体層の前記第２接続部に接続されている、請求項２に記載の圧電素子。
4. 前記複数の駆動導体層が、前記第２の駆動導体層を挟む一対の前記第１の駆動導体層を含み、
   前記一対の第１の駆動導体層と前記第２の駆動導体層とのそれぞれの間に、前記内部導体層であって前記第１接続領域に位置する中継導体層が介在しており、
   前記第１接続領域内において、前記一対の第１の駆動導体層の前記第１接続部同士が、前記中継導体層および前記ビア導体を介して接続されている、請求項３に記載の圧電素子。
5. 前記複数の接続領域がさらに第３接続領域を含み、
   前記第１の駆動導体層および前記第２の駆動導体層がそれぞれ、前記第３接続領域に位置するとともに、前記駆動部、前記第１接続部および第２接続部のいずれとも絶縁された第３接続部を含み、
   前記第３接続領域内において、前記第１の駆動導体層の前記第３接続部が、前記中継導体層および前記ビア導体を介して前記第２の駆動導体層の前記第３接続部に接続されている、請求項３に記載の圧電素子。
6. 前記複数の駆動導体層が、前記第１の方向において前記第１の駆動導体層と前記第２の駆動導体層との外側に位置する第３の駆動導体層を含み、
   前記第３接続領域内において、前記第１の駆動導体層および前記第２の駆動導体層のそれぞれの前記第３接続部が、前記中継導体層および前記ビア導体を介して前記第３の駆動導体層に接続されている、請求項５に記載の圧電素子。
7. 前記第１の方向から見て、前記駆動領域が前記接続領域を囲んでいる、請求項１に記載の圧電素子。
8. 前記素体が、前記第１の方向における表面を構成する表層を含み、
   前記表層の厚さと、前記駆動領域における前記複数の内部導体層の間隔とが異なる、請求項１に記載の圧電素子。
9. 前記第１の方向において隣り合う前記ビア導体同士が前記第１の方向から見て重畳していない、請求項１に記載の圧電素子。
   
   

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