JP5076733B2 - 積層型圧電素子 - Google Patents
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Description
このように、非接着部950から側面電極931、932やコーティング材の成分が圧電ユニット90間の接合部に滲入すると圧電ユニット90同士が非接着部950においても固着し、上述の応力集中を緩和することができなくなるおそれがある。その結果、圧電ユニット90の内部に、クラック99が発生してしまうおそれがあった。
上記積層型圧電素子は、該積層型圧電素子を積層方向に透視した場合に、すべての上記電極部が重合する領域である圧電活性領域と、少なくとも一部の上記電極部しか重合しない、あるいは全く重合しない領域である圧電不活性領域とを有し、
上記接合材層は、上記圧電ユニット同士の接合面の全面に形成された接着剤からなり、
上記接合材層は、上記積層型圧電素子の駆動時に、上記圧電不活性領域の少なくとも一部において離間する離間部を有し、
該離間部は、上記接合材層が上記圧電不活性領域の少なくとも一部で破断してなり、
上記離間部は、上記接合材層の内部、あるいは上記接合材層と上記圧電ユニットとの境界部で上記接合材層が破断してなり、
上記離間部は、上記圧電ユニットにおける上記圧電体層同士の接着の破断強度、上記電極部と上記圧電体層との接着の破断強度、及び上記圧電体層の破断強度よりも、上記圧電体層と上記接合材層との接着の破断強度及び上記接合材層自体の破断強度が5MPa以上小さくなる上記接着剤で、上記圧電ユニット間を上記接合面の全面で接合してなる積層体を少なくとも1回以上駆動させることにより形成してあることを特徴とする積層型圧電素子にある(請求項1)。
そのため、上記積層型圧電素子の側面に上記導電性材料からなる上記側面電極を形成する際には、上記導電性材料の成分が上記接合材層に滲入することを防止することができる。
上記積層型圧電素子においては、上記接合材層が上記圧電不活性領域の少なくとも一部で破断してなる上記離間部が形成されており、該離間部は、上記積層型圧電素子の駆動時に上記圧電不活性領域において離間することができる。そのため、上記圧電活性領域と上記圧電不活性領域との境界における上述の応力集中を緩和することができる。それ故、上記圧電ユニットの内部、即ち、上記圧電体層の内部、上記圧電体層と上記電極部との間、及び上記圧電体層同士の間等にクラックが発生することを防止することができる。そのため、上記積層型圧電素子は、高い信頼性で駆動させることができる。
上記積層型圧電素子は、該積層型圧電素子を積層方向に透視した場合に、すべての上記電極部が重合する領域である圧電活性領域と、少なくとも一部の上記電極部しか重合しない、あるいは全く重合しない領域である圧電不活性領域とを有し、
上記圧電ユニット同士は、その接合部における上記圧電活性領域の少なくとも一部で上記圧電ユニット同士が接着剤によって接着された領域である部分接着部と、上記接合部における上記圧電不活性領域の少なくとも一部で上記圧電ユニット同士が接着されていない領域である非接着部とを有する接合材層を上記圧電ユニット間に形成するか、あるいは上記圧電ユニット同士を少なくとも積層方向に加圧することにより保持され、上記圧電ユニット同士の接合部には、上記積層型圧電素子の側面に開口する隙間部が形成されており、
上記側面電極が配設される側面に開口する上記隙間部における上記圧電不活性領域の少なくとも一部には、上記側面電極を構成する上記導電性材料と上記圧電ユニットの上記接合面との接着を抑制する接着阻害層が形成されていることを特徴とする積層型圧電素子にある。
上記積層型圧電素子は、該積層型圧電素子を積層方向に透視した場合に、すべての上記電極部が重合する領域である圧電活性領域と、少なくとも一部の上記電極部しか重合しない、あるいは全く重合しない領域である圧電不活性領域とを有し、
上記圧電ユニット同士は、その接合部における上記圧電活性領域の少なくとも一部で上記圧電ユニット同士が接着剤によって接着された領域である部分接着部と、上記接合部における上記圧電不活性領域の少なくとも一部で上記圧電ユニット同士が接着されていない領域である非接着部とを有する接合材層を上記圧電ユニット間に形成するか、あるいは上記圧電ユニット同士を少なくとも積層方向に加圧することにより保持され、
上記圧電ユニット同士の接合部における少なくとも上記側面電極が配設される側面には、上記接合部の隙間が側面に開口する開口部を塞ぐマスキング部材が形成されていることを特徴とする積層型圧電素子にある。
上記積層型圧電素子は、該積層型圧電素子を積層方向に透視した場合に、すべての上記電極部が重合する領域である圧電活性領域と、少なくとも一部の上記電極部しか重合しない、あるいは全く重合しない領域である圧電不活性領域とを有し、
上記圧電ユニット同士は、その接合部における上記圧電活性領域の少なくとも一部で上記圧電ユニット同士が接着剤によって接着された領域である部分接着部と、上記接合部における上記圧電不活性領域の少なくとも一部で上記圧電ユニット同士が接着されていない領域である非接着部とを有する接合材層を上記圧電ユニット間に形成するか、あるいは上記圧電ユニット同士を少なくとも積層方向に加圧することにより保持されており、上記圧電ユニット同士の接合部には、該接合部の隙間が上記積層型圧電素子の側面に開口する開口部を有し、
上記側面電極は、各圧電ユニット内において隣り合う2つの上記内部電極に交互に電気的に導通し、かつ各圧電ユニットの積層方向の両端部には露出しない一対のユニット側面電極と、上記圧電ユニット間の上記ユニット側面電極同士を電気的に導通させる一対の外部側面電極とを有し、
該外部側面電極は、上記ユニット側面電極に埋設されていることを特徴とする積層型圧電素子にある。
そのため、上記ユニット側面電極及び上記外部側面電極の形成時に、これらを構成する上記導電性材料の成分が上記接合部の上記開口部から滲入することを防止することができる。それ故、上記圧電ユニット同士が上記接合部の上記圧電不活性領域において固着することを防止することができる。
まず、本発明について説明する。
本発明の積層型圧電素子において、上記離間部は、上記積層型圧電素子の作製時において上記側面電極を形成した後に形成することができる。
この場合には、上記側面電極の形成時における上記導電性材料の上記接合部への滲入をより確実に防止することができる。上記離間部は、後述のように、例えば上記側面電極形成後の積層型圧電素子を少なくとも1回以上駆動させることにより形成させることができる。
この場合には、後述のように、上記側面電極形成後の積層型圧電素子を少なくとも1回以上駆動させて上記離間部を容易に形成させることができる。
この場合には、上述の駆動時に、上記離間部を容易に形成させることができると共に、上記接合材層における上述の応力集中が解消される適切な部位に上記離間部を形成させることができる。そのため、上記圧電活性領域と圧電不活性領域との境界部における応力集中をより充分に緩和することができる。
上記圧電ユニットの破断強度と上記接合材層の破断強度との比較は、例えば次のような「引張試験」にて行うことができる。
図41に示すごとく、所定寸法(例えば縦7mm×横7mm×高さ(積層方向の高さ)1.8mm)の圧電ユニット15と、圧電ユニット15同士の接着に用いる上記接着剤を準備する。次いで、圧電ユニット15同士の接合面151の全面に接着剤を塗布し、2つの圧電ユニット15を接着させる。その結果、2つの圧電ユニット15間には、接合材層10が形成される。次いで、2つの圧電ユニット15が積層されてなる積層体199の積層方向の上下面に一対の六角ナット160を高強度の接着剤により接着する。その後、積層体199の積層方向であって圧電ユニット15が伸長する向き(矢印bの向き)に六角ナット160をそれぞれ引張る。このとき、例えば速度0.5mm/分で、2つの圧電ユニット15からなる積層体199が破断するまで圧電ユニット15を引張る。そして、破断時に破断した部位を観察する。
即ち、図42に示すように、所定寸法(例えば縦7mm×横7mm×高さ(積層方向の高さ)1.8mm)の圧電ユニット15の積層方向の上下面に一対の六角ナット160を高強度の接着剤により接着する。次いで、圧電ユニット15の積層方向であって圧電ユニット15が伸長する向き(矢印bの向き)に六角ナット160をそれぞれ引張る。このとき、例えば速度0.5mm/分で、2つの圧電ユニット15が破断するまで圧電ユニット15を引張る。そして、破断時の引張応力を測定することにより、圧電ユニット15の破断強度、即ち、圧電ユニット15における上記圧電体層同士の接着の破断強度、上記電極部と上記圧電体層との接着の破断強度、又は上記圧電体層の破断強度を求めることができる。破断強度は、上述のごとく、破断時の引張り応力を圧電ユニットの断面積で除することにより算出することができる。
この場合には、上記積層型圧電素子を少なくとも一回以上駆動させることにより、上記離間部をより確実に上記接合材層に形成させることができる。さらに、この場合には、より少ない駆動回数で上述の応力集中を充分に緩和しうる上記離間部を形成させることができる。より好ましくは、上記圧電ユニットの破断強度よりも上記接着材層の破断強度が10MPa以上小さくなる接着剤が採用されていることがよい。
一般に、上記圧電ユニットの破断強度は、30〜100MPa程度である。
したがって、上記のごとく、上記接合材層の破断強度が1〜25MPaとなる上記接着剤を採用することにより、上記積層型圧電素子の駆動時に、上記離間部をより一層確実に上記接合材層に形成させることができる。さらにより一層少ない駆動回数で上述の応力集中を充分に緩和しうる上記離間部を形成させることができる。
上記に列挙した接着剤のうち、ウレタン樹脂系接着剤、ポリエステル樹脂系接着剤、ポリイミド樹脂系接着剤、ポリアミドイミド樹脂系接着剤、及びエポキシ樹脂系接着剤は、接着剤の種類によって、25MPaを超える接着剤もある。これらの内、上記破断強度が1〜25MPaとなる接着剤を選択することにより、上述のごとく上記接合材層に上記離間部をより確実に形成させることができる。
この場合にも、駆動時に上記接着材層に上記離間部を容易に形成させることができる。また、この場合には、接合材層の形成に、硬化時の破断強度が例えば圧電ユニットの破断強度よりも大きな接着剤を採用することができる。即ち、接着剤は、完全に硬化する前においては、破断強度は、硬化後に比べて非常に小さい。この段階で、上記のごとく、積層型圧電素子を少なくとも一回以上駆動させることにより、上述の離間部を形成させることができる。
この場合には、上記離型材層によって、上記接合材層を、該接合材層と上記圧電ユニットとの境界部で破断させることができる。したがって、上記離間部を容易に形成させることができる。
この場合には、上記離型材層は、優れた離型作用を発揮することができる。そのため、上記接合材層と上記圧電ユニット(上記圧電体層)との接着をより確実に抑制し、上記接合材層と上記圧電ユニットとの境界に上記離間部を確実に形成させることができる。
通常、圧電体層の圧電セラミックは、5〜10μm程度の粒子からなる。上記のごとく、上記圧電セラミックを構成する粒子の平均粒径を1〜3μmにすることにより、上記圧電ユニットの破断強度を大きくすることができる。そのため、上記圧電ユニットに対する上記接合材層の相対的な破断強度を小さくすることができる。その結果、上記離間部の形成が容易になる。
上記平均粒径1〜3μmのセラミック粒子よりなる上記圧電体層は、焼成による該圧電体層の形成時に、例えば完全に焼結させる焼成温度よりも低い温度又は短い焼成時間で焼成を行うこと等により実現することできる。
粒径を上述の範囲にすることにより、上記圧電ユニット内の破断強度を3〜10%程度向上させることができ、上述のごとく上記圧電ユニットに対する上記接合材層の破断強度を相対的に小さくすることができる。
即ち、圧電体層の断面をSEMにより観察し、例えば任意の0.01mm2の領域について10個の圧電セラミック粒子の粒径を測定し、その平均を求めることにより算出することができる。
この場合には、例えばペースト状の上記導電性樹脂、半田、導電性金属、又は導電性硝子材料を上記積層型圧電素子の側面に塗布し硬化させることにより上記側面電極を簡単に形成することができる。
この場合には、上記内部電極への電気的な導通をより確実に行うことができると共に、上記ユニット側面電極あるいは上記外部側面電極が部分的に破断しても、両者がその他の部分で電気的に導通していれば、上記圧電ユニット内の上記内部電極に導通させることができる。そのため、上記側面電極の耐久性を向上させることができる。
この場合には、上記絶縁樹脂が上記積層型圧電素子の接合部に滲入することを防止することができる。即ち、本発明において、上記圧電ユニット間には、接合面の全面に接着剤を塗布し硬化させてなる上記接合材層が形成されている。そのため、接合部の側面は完全に塞がれている。したがって、上記のごとく絶縁樹脂によりコーティングする場合においては、絶縁樹脂が接合部に滲入することを防止し、絶縁樹脂により接合部が固着することを防止することができる。
特に、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及びウレタン樹脂を含有する上記絶縁樹脂を用いると、破断強度の大きなコーティングが形成されるため、接着剤を接合面の全面に形成してなる上記接合材層を形成する有意性が高まる。
上記第1の参考発明の積層型圧電素子において、上記圧電ユニット間には、上記圧電ユニット同士の接合面における上記圧電活性領域の少なくとも一部で上記圧電ユニット同士が接着剤によって接着された領域である部分接着部と、上記接合面における上記圧電不活性領域の少なくとも一部で上記圧電ユニット同士が接着されていない領域である非接着部とを有する接合材層を形成することができる。この場合には、上記接着阻害層は、上記非接着部に形成することができる。
また、上記圧電ユニット同士を少なくとも積層方向に加圧することにより上記圧電ユニット間を接合することもできる。
この場合には、上記側面電極を構成する導電性材料と上記圧電ユニットの接合面との接着を充分に阻害する上記接着阻害層を形成することができる。また、この場合には、上記接着阻害層は、優れた接着阻害作用を示すことができる。したがって、上記接着阻害層は、上記導電性材料と上記圧電ユニットの接合面との接着だけでなく、その他の樹脂材料と上記圧電ユニットの接合面との接着に対する阻害作用をも発揮することができる。その結果、例えば後述のように上記積層型圧電素子の側面に絶縁樹脂をコーティングする場合においても、該絶縁樹脂が上記接合部に固着することを防止することができる。
この場合には、上記導電性材料と上記圧電ユニットの接合面との接着をより確実に防止ることができる。さらに、後述のごとく、例えば上記積層型圧電素子の側面に絶縁樹脂をコーティングする場合においては、該絶縁樹脂が上記接合部に固着することを確実に防止することができる。
この場合には、上記接着阻害層は、上記絶縁樹脂に対しても上記圧電ユニットの接合面に対する接着阻害効果を示すことができる。上記側面電極の上記導電性材料と同様に、上記絶縁樹脂によりコーティングする場合においても、該絶縁樹脂が上記接合部の上記隙間部に滲入すると、上記圧電ユニット間の接合部を固着してしまうおそれがある。上記のごとく、例えばシリコーン樹脂又はフッ素樹脂を含有する上記接着阻害層を形成することにより、該接着阻害層は、上記絶縁樹脂に対しても接着阻害効果を発揮することができる。そのため、上記圧電ユニット間の接合部が固着することを防止することができる。
特に、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及びウレタン樹脂を含有する上記絶縁樹脂を用いると、破断強度の大きなコーティングが形成されるため、上記接着阻害層を形成する有意性が高まる。
この場合には、上記側面電極の成分が上記接合部に滲入したときに、上記接着阻害層により、確実に上記圧電ユニット同士の固着を防止することができる。
この場合には、上記内部電極への電気的な導通をより確実に行うことができると共に、上記ユニット側面電極あるいは上記外部側面電極が部分的に破断しても、両者がその他の部分で電気的に導通していれば、上記圧電ユニット内の上記内部電極に導通させることができる。そのため、上記側面電極の耐久性を向上させることができる。また、この場合には、特に、上記外部側面電極の形成時に、上記積層型圧電素子の側面から上記圧電ユニット同士の接合部内に導電性材料の成分が滲入するおそれが生じるが、上記第1の参考発明においては、上記導電性材料が滲入してもその成分の固着を上記接着阻害層によって防止することができる。
上記第2の参考発明において、上記圧電ユニット間には、上記圧電ユニット同士の接合面における上記圧電活性領域の少なくとも一部で上記圧電ユニット同士が接着剤によって接着された領域である部分接着部と、上記接合面における上記圧電不活性領域の少なくとも一部で上記圧電ユニット同士が接着されていない領域である非接着部とを有する接合材層を形成することができる。また、上記圧電ユニット同士を少なくとも積層方向に加圧することにより上記圧電ユニット間を接合することもできる。
上述の部分接着部による接合、又は加圧による接合においては、接合部の側面に露出する開口部が形成される。上記第2の参考発明においては、上記該接合部の上記開口部を、少なくとも上記側面電極が配設される側面で塞ぐマスキング部材が形成されている。
この場合には、上記側面電極形成時における上記開口部からの上記導電性材料の成分の滲入をより確実に防止することができる。また、この場合には、例えば上記積層型圧電素子の側面に絶縁樹脂をコーティングする場合に、該絶縁樹脂の上記接合部への滲入も防止することができる。
この場合には、上記マスキング部材により、上記絶縁樹脂の上記接合部への滲入も防止することができる。上記絶縁樹脂によりコーティングする場合においても、上記側面電極の上記導電性材料と同様に、該絶縁樹脂が上記開口部から上記接合部に滲入すると、上記圧電ユニット間の接合部を固着してしまうおそれがあるが、上記第3の発明においては、上記マスキング部材を配設してあるため、上記絶縁樹脂の滲入も防止することができる。そのため、絶縁樹脂によりコーティングを施した場合においても上記圧電ユニット間の接合部が固着することを防止することができる。
特に、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及びウレタン樹脂を含有する上記絶縁樹脂を用いると、破断強度の大きなコーティングが形成されるため、上記マスキング部材を形成する有意性が高まる。
この場合には、上記ユニット側面電極及び上記外部側面電極により、上記内部電極への電気的な導通をより確実に行うことができる。そしてこの場合には、特に、上記外部側面電極の形成時に、上記積層型圧電素子の側面から上記圧電ユニット同士の接合部内に導電性材料が滲入するおそれが生じるが、上記第2の参考発明においては、上記マスキング部材により上記積層型圧電素子の側面に露出する上記接合部の開口部が塞がれているため、上記導電性材料の滲入を防止することができる。
即ち、上記側面電極を上記ユニット側面電極と上記外部側面電極とに分割して形成せず、単一の電極で形成すると、上記マスキング部材の上から上記側面電極を形成することになるため、全ての内部電極と側面電極とを電気的に導通させるためには、上記マスキング部材の積層方向の形成幅を小さくする必要が生じる。例えば、上記接合部を挟む隣り合う二つの上記電極配設層(内部電極)間の間隔よりも小さな幅で上記マスキング部材を形成する必要が生じる。
これに対し、上記のごとく、上記側面電極として、上記ユニット側面電極と上記外部側面電極とを形成すると、これらの電極が少なくとも一部で電気的に接続すれば、上記に導通する全ての内部電極に導通することが可能になる。そのため、上記導電性材料の滲入を確実に防止するために、上記積層型圧電素子の積層方向における上記マスキング部材の形成幅を大きくしても、すべての内部電極と側面電極とを導通させることが可能になる。
この場合には、例えばペースト状の上記導電性樹脂、半田、導電性金属、又は導電性硝子材料を上記圧電ユニットの側面に塗布し硬化させることにより、上記ユニット側面電極を簡単に形成することができる。
この場合には、例えばペースト状の上記導電性樹脂、半田、導電性金属、又は導電性硝子材料を上記積層型圧電素子の側面に塗布し硬化させることにより、上記外部側面電極を簡単に形成することができる。
上記マスキング部材の形成領域が上記接合部を挟む上下3層を超える圧電体層の領域にまで及ぶ場合には、上記ユニット側面電極と上記外部側面電極との接触面積が小さくなるおそれがある。その結果、上記外部側面電極と上記ユニット側面電極との間の電気抵抗が高くなり、より多くの電気エネルギーが熱として失われてしまうおそれがある。また、発熱により、圧電ユニット、電極、コーティング材等が劣化したり、これらの耐久性が低下したりするおそれがある。
この場合には、上記接合部の上記開口部を確実に塞ぐことができ、上記導電性材料の滲入をより確実に防止することができる。
この場合には、上記マスキングテープを上記接合部の上記開口部を覆うように貼付することにより簡単かつ確実に上記接合部の上記開口部を塞ぐことができる。これにより、簡単かつ確実に上記接合部の開口部から上記導電性材料が滲入することを防止することができる。
上記第3の参考発明において、上記圧電ユニット間には、上記圧電ユニット同士の接合面における上記圧電活性領域の少なくとも一部で上記圧電ユニット同士が接着剤によって接着された領域である部分接着部と、上記接合面における上記圧電不活性領域の少なくとも一部で上記圧電ユニット同士が接着されていない領域である非接着部とを有する接合材層を形成することができる。また、上記圧電ユニット同士を少なくとも積層方向に加圧することにより上記圧電ユニット間を接合することもできる。
この場合には、上記ユニット側面電極に上記外部側面電極を容易に埋設させてなる上記側面電極を容易に形成することができる。
この場合には、ペースト状の上記導電性材料を上記圧電ユニットの側面に塗布したときに、該圧電ユニットの側面で上記導電性材料が濡れ広がることを抑制することができる。そのため、ペースト状の上記導電性材料が上記圧電ユニットの側面で濡れ広がって上記接合部に到達することを防止するこができる。したがって、この場合には、上記接合部の開口部から上記導電性材料が滲入することをより一層防止することできる。
即ち、表面自由エネルギーが既知の数種類の液体に対する接触角を測定し、下記の式(1)、及び式(2)より、固体の表面自由エネルギーを算出する。
γS=γSL+γLcosθ・・・・(1)
γSL=γS+γL−2(γS dγL d)1/2−2(γS pγL p)1/2−2(γS hγL h)1/2・・・・(2)
ここで、γLは液体の表面自由エネルギー、γSは固体の表面自由エネルギー、γSLは液体−固体間の表面自由エネルギー、θは液体と固体表面のなす接触角である。また、γ=γd+γp+γhであり、γdは表面自由エネルギーの分散力成分、γpは表面自由エネルギーの極性力成分、γhは表面自由エネルギーの水素結合成分である。ここでは、表面自由エネルギーが既知の液体として、水、ジヨードメタン、αブロモナフタレンを用いた。本測定手法は、所謂「Kitazaki−Hata理論」として知られている。
この場合には、上記第2側面電極に上記外部側面電極を埋設させることができる。
また、上記圧電ユニットは、一般に、上記第1側面電極が形成された状態で供給される場合がある。このとき、該第1側面電極は既に完全に硬化しているため、上記外部側面電極を埋設させることができない。上記のごとく、該第1側面電極上に上記第2側面電極を積層形成すると、第2側面電極の形成時に上記外部側面電極を埋設させることができる。その結果、上記第1側面電極が予め形成された圧電ユニットに対しても、上記外部側面電極を埋設させることができる。
したがって、上記側面電極は、上記圧電ユニットの側面に、上記第1側面電極を形成し、該第1側面電極上にペースト状の導電性材料を塗布し、未硬化又は半硬化状態の上記導電性材料中に上記外部側面電極を埋設し、上記導電性材料を硬化させて上記第2側面電極を形成すると共に該第2側面電極に上記外部側面電極を保持させてなることが好ましい。
この場合には、ペースト状の上記導電性材料を上記第1側面電極上に塗布したときに、該第1側面電極上で濡れ広がることを抑制することができる。そのため、ペースト状の上記導電性材料を塗布したときに、上記第1側面電極上で濡れ広がって上記導電性材料が上記接合部の開口部に到達することを防止することができる。それ故、この場合には、上記接合部の上記開口部から上記導電性材料が滲入することをより一層防止することできる。
表面自由エネルギーは上述と同様の方法により測定することができる。
この場合には、上記第2側面電極の形成時に該第2側面電極を構成する導電性樹脂を上記導電性金属を焼付けてなる上記第1側面電極に浸透させることができる。そのため、上記第2側面電極の形成時に、上記導電性樹脂を上記第1側面電極上に塗布したときに、上記導電性樹脂が上記第1側面電極上で濡れ広がって上記導電性樹脂が上記接合部の開口部に到達することを防止することができる。それ故この場合には、上記接合部の上記開口部から上記導電性樹脂が滲入することをより一層防止することができる。
上記導電性金属としては、例えば銀等を用いることができる。また、上記導電性樹脂としては、例えば樹脂と銀との混合物等を用いることができる。
この場合には、上記外部側面電極を上記ユニット側面電極に埋設させることが容易になる。即ち、この場合には、例えば、上記外部側面電極を上記ユニット側面電極に埋設させる際に、上記ユニット側面電極の形成パターンをほとんど変形させることなく、上記外部側面電極を埋設させることが可能になる。
上記圧電体層の積層数が10層未満の場合には、上記積層型圧電素子において、上記圧電ユニットの最上層と最下層に形成される内部電極に挟まれてない層の割合が大きくなるため、変位発生効率が低下するおそれがある。また、各圧電ユニットの変位量が小さくなり、圧電ユニット内において上記圧電活性領域と上記圧電不活性領域との境界に発生する応力集中が小さくなる。そのため、本発明及び上記第1〜上記第3の参考発明によってもたらされる応力集中を緩和できるという上述の作用効果の影響が小さくなるおそれがある。一方、積層数が100層を超える場合には、積層型圧電体素子を複数の圧電ユニットから構成せず、1つの圧電ユニットで構成する方がよくなる場合が多い。また、100層を超える場合は、発生する応力が大きくなる。そのため、本発明及び上記第1〜第3の参考発明により、上述の応力集中に対する緩和効果は得られるが、その効果が不十分になってしまうおそれがある。より好ましくは、上記圧電ユニット内における上記圧電体層の積層数は20層〜80層がよい。
次に、本発明の実施例につき、説明する。
図1〜図3に示すごとく、本例の積層型圧電素子1は、電圧の印加により伸縮可能な圧電セラミックからなる圧電体層11と、内部電極を構成する電極部121、131を含む電極配設層12、13とを交互に積層してなる圧電ユニット15を、接合材層10を介設して複数積層してなる。また、積層型圧電素子1は、隣り合う2つの内部電極121、131に交互に電気的に導通する導電性材料からなる一対の側面電極17、18を有する。
また、接合材層10は、圧電ユニット15同士の接合面151の全面に形成された接着剤からなる。接合材層10の圧電不活性領域192の少なくとも一部には、積層型圧電素子1の駆動時に離間する離間部100を有する。離間部100は、接合材層10が圧電不活性領域192の少なくとも一部で破断してなる。
図1〜図3に示すごとく、各圧電ユニット15において、電極配設層12、13は、それぞれ導電性を有する内部電極を構成する電極部121、131と、該電極部121、131の外周端部が圧電ユニット15の外周側面よりも内方に所定の距離で控えた控え部122、132とを有している。電極配設層12、13は、電極部121、131においていずれか一方の側面電極17、18に交互に電気的にそれぞれ接続している。
また、電極配設層12、13には、控え部122、132が形成されているため、積層型圧電素子1は、これを積層方向に透視した場合に、上述のごとく、すべての電極部121、131が重合する領域である圧電活性領域191と、少なくとも一部の電極部121、131しか重合しない、あるいは全く重合しない領域である圧電不活性領域192とを有する(図2及び図3参照)。
また、本例において、圧電ユニット15の破断強度、即ち圧電体層11同士の接着、電極部121、122と圧電体層11との接着、又は圧電体層11自体が破断する強度のうちの最も小さい破断強度は45MPaである。
これらの破断強度は、上述の引張試験により求めることができる。
本例においては、まず、以下のグリーンシート作製工程、電極印刷工程、圧着工程、積層体切断工程、及び焼成工程を行うことにより、圧電ユニットを作製する。
以下、圧電ユニットの作製を各工程ごとに説明する。
まず、圧電材料となるジルコン酸チタン酸鉛(PZT)等のセラミック原料粉末を準備した。具体的には、出発原料として酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、炭酸ストロンチウム等を準備し、これらを目的組成のPZTとなるように秤量した。このとき、鉛の蒸発を考慮して、酸化鉛などを目的組成の化学量論比よりも1〜2%程度リッチになるように配合した。これを混合機により乾式混合し、その後温度800℃〜950℃で仮焼した。
次いで、仮焼紛に純水、分散剤等を加えてパールミルにより湿式粉砕した。粉砕物を乾燥し、粉脱脂した後、溶剤、バインダー、可塑剤、分散剤等を加えてボールミルにより混合した。その後、スラリーを真空装置内で撹拌機により撹拌しながら真空脱泡、粘度調整をした。
なお、グリーンシートの成形方法としては、本例で用いたドクターブレード法の他、押出成形法やその他種々の方法を採用することができる。
次に、図4及び図5に示すごとく、グリーンシート110上に電極配設層の電極部となる電極材料120、130を印刷し、第1電極印刷シート125及び第2電極印刷シート135の2種類のシートを形成した。
以下に、電極印刷シート125、135の形成についてさらに説明する。
また、図5に示すごとく、第2電極印刷シート135の形成に当たっては、第1電極印刷シートと同様に、グリーンシート110上の印刷領域141において、電極配設層13の電極部13となる部分に電極材料130を印刷した。これにより、第2電極印刷シート135を形成した。
また、電極印刷工程では、後工程のユニット切断工程において切断される部分を避けるように間隙142を空けて、電極材料120、130の印刷を行った。つまり、グリーンシート110上の隣接する印刷領域141の間に間隙142を設けて印刷を行った。
なお、本例では、電極材料130、140として、Ag及びPdをAg/Pd=7/3(重量比)で含有するペースト状の電極材料を用いた。
次に、図6に示すごとく、形成した第1電極印刷シート125と第2電極印刷シート135とを交互に所望の枚数で積層した。
このとき、第1電極印刷シート125と第2電極印刷シート135とは電極材料120と電極材料130とが交互に印刷領域の対向する端面に露出するように積層した。
また、積層するシートの上端には、電極材料を印刷を施していないグリーンシート110を積層した。
そして、このようにして積層したシートを100℃で加熱すると共に積層方向に50MPaで加圧し、予備積層体199を形成した。なお、図6においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で予備積層体199を示してある。
次に、図7〜図9に示すごとく、形成した予備積層体199を切断位置143に沿って積層方向に切断し、中間積層体190を形成した。
なお、予備積層体199の切断は、各中間積層体190ごとに切断してもよいし、複数の中間積層体190を含んで切断してもよい。本例においては、各中間積層体190ごとに切断した。
なお、図8及び図9においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で予備積層体199及び中間積層体190を示してある。
次に、中間積層体190のグリーンシート110に含有されているバインダ樹脂を90%以上加熱除去した(脱脂)。加熱は、80時間かけて徐々に500℃まで昇温し、5時間保持することにより行った。
次に、脱脂した中間積層体190を焼成し、図10に示すごとく、圧電ユニット15を作製した。焼成は、温度1100℃まで12時間かけて徐々に昇温させ、2時間保持後、徐々に冷却することにより行った。図10に示すごとく、作製された圧電ユニット15は、グリーンシート110(図9参照)が焼結してなる圧電セラミック層11と、電極材料120(図9参照)により形成された電極部121を有する電極配設層12及び電極材料130(図9参照)により形成された電極部131を有する電極配設層13とが交互に積層されてなる。
このようにして、一対のユニット側面電極171、181が形成された圧電ユニット15を複数作製した。
具体的には、図11に示すごとく、まず、圧電ユニット15の接合面151の全面に接着剤101を塗布した。次いで、これらの圧電ユニット15を複数積層し、その接合部155を接着した。本例においては、接着剤としてシリコーン樹脂系接着剤を用いた。このシリコーン樹脂系接着剤は、上述の引張試験による硬化時の破断強度が20MPaであり、圧電ユニット15の破断強度(45MPa)よりも充分に小さいことを予め確認している。次いで、接合部155の接着剤を硬化させ、圧電ユニット15間の接合部155に、接着剤からなる接合材層10(図1〜図3参照)を形成させた。なお、図11は、図面作成の便宜のため、実際の圧電体層、電極配設層、及び圧電ユニットの積層数を省略した形で示してある。
以上のようにして、図1〜図3に示すごとく、積層型圧電素子1を得た。
図1〜図3に示すごとく、本例の積層型圧電素子1において、圧電ユニット15同士を接合する接合材層10は、接合面151の全面に形成された接着剤からなる。そのため、積層型圧電素子1の側面に導電性材料からなる側面電極(外部側面電極172、182)を形成する際に、導電性材料の成分が圧電ユニット15間の接合部155に滲入することを防止することができる。そのため、導電性材料の成分によって圧電ユニット15の接合部155が固着することを防止することができる。したがって、接合部155の固着によって圧電ユニット15内に発生するクラックを防止することができる。また、この場合には、導電性材料の滲入を防止できるため、強度の高い導電性材料により、外部側面電極を形成することが可能になる。その結果、駆動時に側面電極が破断することを防止することができる。
そのため、駆動時に、離間部100を容易に形成させることができると共に、接合材層10における上述の応力集中が解消される適切な部位に離間部100を形成させることができる。そのため、圧電活性領域191と圧電不活性領域192との境界部における応力集中をより充分に緩和することができる。
そのため、少ない駆動回数で離間部100を確実に接合材層10に形成させることができる。
これにより、積層型圧電素子1の側面の絶縁性を確保することができる。また、本例において、接合材層10は、接着剤を圧電ユニット15間の接合面151の全面に形成してなり、接合部155の側面は完全に塞がれているため、絶縁樹脂が積層型圧電素子1の接合部155に滲入することを防止することができる。したがって、絶縁樹脂によりコーティング層19を形成する場合においても、絶縁樹脂により接合部155が固着することを防止することができる。
例えば、接着剤で上記圧電ユニット間を上記接合面の全面で接合してなる積層型圧電素子を、上記接着剤が完全に硬化する前に少なくとも1回以上駆動させることにより離間部を形成することができる。
接着剤は、一般に硬化する前の初期状態は液体であり、加熱や化学反応によって徐々に硬化し、完全に硬化させることにより最終的に固体となってその接着機能を発揮する。完全に硬化したときの破断強度が高い接着剤であっても、硬化中は弾性を有し破断強度も低い。そこで、硬化中、即ち破断強度が圧電ユニットの破断強度よりも小さい状態において、積層型圧電素子を駆動させることにより、駆動時の素子の変形力を利用して接合材層を破断させて上記離間部を形成させることもできる。
即ち、本例においては、温度1100℃まで12時間かけて徐々に昇温させ、その温度で2時間保持することにより焼成を行っている。この場合には、平均粒径が約5μm程度の圧電セラミック粒子からなる圧電体層が形成されている。
焼成温度を5〜30%程度低下させたり、焼成時間を3〜20%程度短くさせたりすることにより、圧電セラミック粒子の平均粒径を小さくすることが可能になる。これにより例えば平均粒径2.5μmの圧電セラミック粒子からなる圧電体層を形成すると、例えば圧電ユニットの破断強度が55MPaの圧電ユニットを形成することができる。この圧電ユニット同士を積層し、その接合面をエポキシ樹脂系接着剤(破断強度50MPa)で接合して積層型圧電素子を作製すると、その接合材層の破断強度は、圧電ユニットに対して相対的に小さくなる。したがって、この積層型圧電素子を駆動させることにより、上記と同様な離間部を接着材層の圧電不活性領域に形成させることができる。
本例は、接合材層と圧電ユニットとの境界部に離型材層を形成することにより、離間部を有する積層型圧電素子を作製する例である。
図14に示すごとく、本例の積層型圧電素子2は、接合材層10と圧電ユニット15との境界部における圧電不活性領域192の少なくとも一部に、離型剤層25を有している。本例において、離型材層25は、シリコーン樹脂を含有する離型剤を硬化させてなり、接合材層10と圧電ユニット15(圧電体層11)との接着を抑制することができる。
接合材層10は、実施例1と同様に圧電ユニット15の接合面全面に形成された接着剤からなる。圧電ユニット15等のその他の構成は、実施例1と同様である。
本例においては、まず、実施例1と同様に、グリーンシート作製工程、電極印刷工程、圧着工程、積層体切断工程、及び焼成工程を行うことにより、圧電ユニット15を作製した(図15参照)。この圧電ユニット15は、実施例1と同様に圧電体層11と電極配設層12、13とを交互に積層してなるものである。圧電ユニット15の破断強度は45MPaであり、圧電ユニットの側面には、対向する側面を挟む一対のユニット側面電極171、181が形成されている。
具体的には、図15に示すごとく、まず、圧電ユニット15の接合面151に、離型剤を塗布し乾燥硬化させて離型材層25を形成した。同図に示すごとく、本例においては、シリコーン樹脂を含有する離型剤を接合面151における圧電不活性領域に塗布し、離型材層25を接合面151における圧電ユニット15の外周近傍に形成した。次いで、圧電ユニットの接合面151の全面に接着剤101を塗布した。このとき、離型材層25を形成した領域にも接着剤101を塗布した。その結果、離型材層25を形成した領域においては、離型材層25上に接着剤101が積層される。本例においては、接着剤としてエポキシ樹脂系接着剤を用いた。このエポキシ樹脂系接着剤の破断強度は、50MPaであることを引張試験により予め確認している。
本例は、圧電ユニット同士の接合部に、側面に開口する隙間部を有し、該隙間部の特定領域に圧電ユニットと側面電極の導電材料成分との接着を阻害する接着阻害層が形成された積層型圧電素子の例である。
図17及び図18に示すごとく、本例の積層型圧電素子3は、電圧の印加により伸縮可能な圧電セラミックからなる圧電体層11と、内部電極を構成する電極部121、131及び控え部122、132を含む電極配設層12、13とを交互に積層してなる圧電ユニット15を複数積み重ねてなる。積層型圧電素子3は、隣り合う2つの内部電極に交互に電気的に導通する導電性材料からなる一対の側面電極17、18を有する。また、積層型圧電素子3は、これを積層方向に透視した場合に、すべての電極部121、131が重合する領域である圧電活性領域191と、少なくとも一部の電極部121、131しか重合しない、あるいは全く重合しない領域である圧電不活性領域192とを有する。
圧電ユニット15同士の接合部355には、積層型圧電素子3の側面に開口する隙間部350が形成されている。側面電極17、18が配設される側面に開口する隙間部350における圧電不活性領域192の少なくとも一部には、側面電極17、18を構成する導電性材料と圧電ユニット15の接合面151との接着を抑制する接着阻害層35が形成されている。
また、接着阻害層35は、シリコーン樹脂を含有する離型剤を硬化させてなる。
なお、図17、並びに後述の図22、図27、図34、及び図37においては、図面作成の便宜のため、実際の圧電体層11、電極配設層12、13、及び圧電ユニット15の積層数を省略した形で、積層型圧電素子を示してある。また、コーティング層19は、実際には積層型圧電素子の側面全面に形成されているが、後述の図22、図27、及び図34においては、圧電体層11及び電極配設層12、13等の構成を示すために、コーティング層19の一部を省略した形で積層型圧電素子を示してある。
本例においては、まず、実施例1と同様に、グリーンシート作製工程、電極印刷工程、圧着工程、積層体切断工程、及び焼成工程を行うことにより、圧電ユニット15を作製した。この圧電ユニット15は、実施例1と同様に圧電体層11と電極配設層12、13とを交互に積層してなるものである。圧電ユニット15の破断強度は45MPaであり、圧電ユニットの側面には、対向する側面を挟む一対のユニット側面電極171、181が形成されている。
具体的には、図19に示すごとく、まず、圧電ユニット15の接合面151に、シリコーン樹脂を含有する離型剤を塗布し乾燥硬化させて接着阻害層35を形成した。同図に示すごとく、本例においては、シリコーン樹脂を含有する離型剤を接合面151における圧電不活性領域に塗布し、接着阻害層35を接合面151においける圧電ユニット15の外周近傍に形成した。
次いで、圧電ユニット15の接合面151の圧電活性領域に接着剤301を塗布した。このとき、接着剤301は、接着阻害層35を形成していない領域に塗布される。
本例においては、接着剤としてエポキシ樹脂系接着剤を用いた。このエポキシ樹脂系接着剤の破断強度は、50MPaであることを引張試験により予め確認している。
このようにして、積層型圧電素子3を作製した。
本例の積層型圧電素子3においては、接着阻害層35が形成されており、該接着阻害層35が隙間部350中に滲入した導電性材料の成分と圧電ユニット15の接合面151との接着を阻害することができる。そのため、非接着部302において圧電ユニット15同士が接着してしまうことを防止することができる。それ故、図20に示すごとく、上記積層型圧電素子3の駆動時には、非接着部302(隙間部350)は、圧電不活性領域192においてその体積を充分に変化させることができ、圧電ユニット15の内部に発生する上述の応力集中を充分に緩和することができる。その結果、圧電ユニット15の内部にクラックが発生することを防止することができる。
図22及び図23に示すごとく、この積層型圧電素子4は、実施例1と同様に、圧電セラミックからなる圧電体層11と、内部電極を構成する電極部121、131及び控え部122、132を含む電極配設層13とを交互に積層してなる圧電ユニット15を複数積み重ねてなる。。積層型圧電素子4は、隣り合う2つの内部電極に交互に電気的に導通する導電性材料からなる一対の側面電極17、18を有する。側面電極17、18としては、実施例1と同様に、ユニット側面電極171、181と、外部側面電極172、182とが形成されている。
また、積層型圧電素子4は、これを積層方向に透視した場合に、すべての電極部121、131が重合する領域である圧電活性領域191と、少なくとも一部の電極部121、131しか重合しない、あるいは全く重合しない領域である圧電不活性領域192とを有する。
また、本例の積層型圧電素子4は、その側面全体を覆うポリエステル樹脂からなるコーティング層19を有している。
圧電ユニット15同士の接合部455には、積層型圧電素子4の側面に開口する隙間部450が形成される。側面電極17、18が配設される側面に開口する隙間部450における圧電不活性領域192の少なくとも一部には、側面電極17、18を構成する導電性材料と圧電ユニット15の接合面151との接着を抑制する接着阻害層35が形成されている。
本例においては、まず、実施例1と同様に、グリーンシート作製工程、電極印刷工程、圧着工程、積層体切断工程、及び焼成工程を行うことにより、圧電ユニット15を作製した。この圧電ユニット15は、実施例1と同様に圧電体層11と電極配設層12、13とを交互に積層してなるものである。圧電ユニット15の側面には、対向する側面を挟む一対のユニット側面電極171、181が形成されている。
具体的には、図24に示すごとく、まず、各圧電ユニット15の接合面151に、シリコーン樹脂を含有する離型剤を塗布し乾燥硬化させて接着阻害層35を形成した。同図に示すごとく、本例においては、シリコーン樹脂を含有する離型剤を接合面151における圧電不活性領域に塗布し、接着阻害層35を接合面151における圧電ユニット15の外周近傍に形成した。
次に、保持治具49により保持された圧電ユニット15の積層体における同じ側面に形成されたユニット側面電極171(又は181)同士を電気的に接続するために、外部側面電極172(又は181)を形成した。外部側面電極172、182は、実施例1と同様に形成した。
このようにして、図22及び図23に示すごとく、積層型圧電素子4を作製した。
本例の積層型圧電素子4においては、隙間部450の圧電不活性領域に、接着阻害層35が形成されており、該接着阻害層35が隙間部450中に滲入した導電性材料の成分と圧電ユニット15の接合面151との接着を阻害することができる。そのため、隙間部450の圧電不活性領域192において、圧電ユニット15同士が接着してしまうことを防止することができる。
それ故、図25に示すごとく、上記積層型圧電素子4の駆動時には、隙間部450は、圧電不活性領域192においてその体積を比較的容易に変化させることができ、圧電ユニット15の内部に発生する上述の応力集中を充分に緩和することができる。その結果、圧電ユニット15の内部にクラックが発生することを防止することができる。
それ故、本例の積層型圧電素子4は、駆動時に、隙間部450の圧電不活性領域192においてその体積を容易に変化させることができ、圧電ユニット15の内部に発生する上述の応力集中を充分に緩和することができる。
本例は、圧電ユニット同士の接合部に隙間部を有し、該隙間部が側面に開口する開口部を塞ぐマスキング部材が形成された積層型圧電素子の例である。
図27〜図29に示すごとく、本例の積層型圧電素子5は、電圧の印加により伸縮可能な圧電セラミックからなる圧電体層11と、内部電極を構成する電極部121、131及び控え部122、132を含む電極配設層とを交互に積層してなる圧電ユニットを複数積み重ねてなる。
圧電ユニット15同士は、その接合面151における圧電活性領域191の少なくとも一部で圧電ユニット15同士を接着剤によって接着する領域である部分接着部501と、接合面151における圧電不活性領域192の少なくとも一部で圧電ユニット15同士を接着しない領域である非接着部502とを有する接合材層50により保持されている。非接着部502においては、圧電ユニット151同士間に隙間部550が形成されている。圧電ユニット15同士の接合部555における少なくとも側面電極17、18が配設される側面には、隙間部が側面に開口する開口部559を塞ぐマスキング部材55が形成されている。本例においては、マスキング部材55は、接合部55における開口部559全体を塞いである。即ち、マスキング部材55は、接合部555の外周側面全体を囲むように形成されている。
また、積層型圧電素子5は、その側面全体を覆うポリエステル樹脂からなるコーティング層19を有している。
本例においては、まず、実施例1と同様に、グリーンシート作製工程、電極印刷工程、圧着工程、積層体切断工程、及び焼成工程を行うことにより、圧電ユニット15を作製した。この圧電ユニット15は、実施例1と同様に圧電体層11と電極配設層12、13とを交互に積層してなり、側面に焼付け銀からなるユニット側面電極171、181を有するものである。
具体的には、図30に示すごとく、まず、圧電ユニット15の接合面151の圧電活性領域に接着剤501を塗布した。接着剤としてエポキシ樹脂系接着剤を用いた。
このようにして、積層型圧電素子5を作製した。
本例の積層型圧電素子5においては、隙間部550の開口部559がマスキング部材55により塞がれている。そのため、開口部559から隙間部550へ導電性材料が滲入することを防止することができる。それ故、図31に示すごとく、上記積層型圧電素子3の駆動時に、非接着部502における隙間部350は、圧電不活性領域192においてその体積を充分に変化させることができ、圧電ユニット15の内部に発生する上述の応力集中を充分に緩和することができる。その結果、圧電ユニット15の内部にクラックが発生することを防止することができる。
マスキング部材55は、図33に示すごとく、ユニット側面電極171、181の一部を覆うように形成することができる。同図に示すごとく、マスキング部材55は、圧電ユニット15間の接合部555における隙間部550が側面に開口する開口部559を塞ぐと共に、ユニット側面電極171、181を部分的に覆うように形成することができる。この場合には、開口部559から隙間部550への導電性材料の滲入をより確実に防止することができる。
図34及び図35に示すごとく、この積層型圧電素子6は、実施例1と同様に、圧電セラミックからなる圧電体層11と、内部電極を構成する電極部121、131及び控え部122、132を含む電極配設層13とを交互に積層してなる圧電ユニット15を複数積み重ねてなる。積層型圧電素子6は、隣り合う2つの内部電極に交互に電気的に導通する導電性材料からなる一対の側面電極17、18を有する。側面電極17、18としては、実施例1と同様に、ユニット側面電極171、181と、外部側面電極172、182とが形成されている。
また、積層型圧電素子6は、これを積層方向に透視した場合に、すべての電極部121、131が重合する領域である圧電活性領域191と、少なくとも一部の電極部121、131しか重合しない、あるいは全く重合しない領域である圧電不活性領域192とを有する。また、本例の積層型圧電素子6は、その側面全体を覆うポリエステル樹脂からなるコーティング層19を有している。
実施例1と同様に、グリーンシート作製工程、電極印刷工程、圧着工程、積層体切断工程、及び焼成工程を行うことにより、図36に示すごとく、圧電ユニット15を作製した。この圧電ユニット15は、実施例1と同様に圧電体層11と電極配設層12、13とを交互に積層してなるものである。圧電ユニット15の側面には、対向する側面を挟む一対のユニット側面電極171、181が形成されている。
具体的には、図36に示すごとく、まず、各圧電ユニット15を複数積層し、積層方向の両端に、各圧電ユニット15を加圧保持するための保持治具69を配置した。このとき、圧電ユニット15間の接合部には、積層体の積層体の側面に開口する隙間部650が形成される(図35参照)。
次いで、圧電ユニット15の積層体における同じ側面に形成されたユニット側面電極171(又は181)同士を電気的に接続するために、外部側面電極172(又は181)を形成した。外部側面電極172、182は、実施例1と同様に導電性樹脂を塗布し、硬化させることにより形成した。
このようにして、図34及び図35に示すごとく、積層型圧電素子6を作製した。
本例の積層型圧電素子6においては、隙間部650の開口部659がマスキング部材65により塞がれている。そのため、開口部659から隙間部650へ導電性材料が滲入することを防止することができる。
さらに、マスキング部材65は、コーティング層19の形成時に、コーティング層19を構成する絶縁樹脂の成分が開口部659から隙間部650に滲入することを防止することができる。
そのため、積層型圧電素子6の駆動時には、隙間部650は、圧電不活性領域192においてその体積を充分に変化させることができ、圧電ユニット15の内部に発生する上述の応力集中を充分に緩和することができる。その結果、圧電ユニット15の内部にクラックが発生することを防止することができる。
本例は、外部側面電極をユニット側面電極中に埋設させてなる側面電極を有する積層型圧電素子の例である。
図37〜図39に示すごとく、本例の積層型圧電素子7は、電圧の印加により伸縮可能な圧電セラミックからなる圧電体層11と、内部電極を構成する電極部121、131及び控え部122、132を含む電極配設層とを交互に積層してなる圧電ユニット15を複数積み重ねてなる。
圧電ユニット15同士は、その接合面151における圧電活性領域191の少なくとも一部で圧電ユニット15同士を接着剤によって接着する領域である部分接着部701と、接合面151における圧電不活性領域192の少なくとも一部で圧電ユニット15同士を接着しない領域である非接着部702とを有する接合材層70により保持されている。非接着部702においては、圧電ユニット15間に隙間部750が形成されている。また、隙間部750は、積層型圧電素子7の側面に開口しており、開口部759を形成している。
本例においては、まず、実施例1と同様に、グリーンシート作製工程、電極印刷工程、圧着工程、積層体切断工程、及び焼成工程を行うことにより、圧電ユニットを作製した。図40に示すごとく、この圧電ユニット15は、実施例1と同様に圧電体層11と電極配設層12、13とを交互に積層してなり、側面に焼付け銀からなるユニット側面電極を有するものである。本例においては、焼付け銀からなるユニット側面電極を第1側面電極777、778という。
次いで、図30に示すごとく、これらの圧電ユニット15を複数積層し、その接合部755の接合面に塗布した接着剤701を硬化させ、図38及び図39に示すごとく、圧電ユニット15間の接合部755に、部分接着部701を形成した。このとき部分接着部701の周囲には、圧電ユニット15同士が接着されていない非接着部702が形成される。その結果、圧電ユニット15間の接合部755には、非接着部702において隙間部750が形成される。
このようにして、第1側面電極777、787と第2側面電極778、788とからなるユニット側面電極771、781に、外部側面電極772、782が埋設された側面電極77、78を形成した。各圧電ユニットの同じ側面に形成得されたユニット側面電極771(又は781)同士は、外部側面電極772(又は782)により電気的に導通している。
このようにして積層型圧電素子7を作製した。
10 接合材層
100 離間部
11 圧電体層
12 電極配設層
121 電極部
122 控え部
13 電極配設層
131 電極部
132 控え部
15 圧電ユニット
151 接合面
17 側面電極
18 側面電極
191 圧電活性領域
192 圧電不活性領域
Claims (7)
- 電圧の印加により伸縮可能な圧電セラミックからなる圧電体層と、内部電極を構成する電極部を含む電極配設層とを交互に積層してなる圧電ユニットを、接合材層を介設して複数積層してなり、隣り合う2つの上記内部電極に交互に電気的に導通する導電性材料からなる一対の側面電極を有する積層型圧電素子において、
上記積層型圧電素子は、該積層型圧電素子を積層方向に透視した場合に、すべての上記電極部が重合する領域である圧電活性領域と、少なくとも一部の上記電極部しか重合しない、あるいは全く重合しない領域である圧電不活性領域とを有し、
上記接合材層は、上記圧電ユニット同士の接合面の全面に形成された接着剤からなり、
上記接合材層は、上記積層型圧電素子の駆動時に、上記圧電不活性領域の少なくとも一部において離間する離間部を有し、
該離間部は、上記接合材層が上記圧電不活性領域の少なくとも一部で破断してなり、
上記離間部は、上記接合材層の内部、あるいは上記接合材層と上記圧電ユニットとの境界部で上記接合材層が破断してなり、
上記離間部は、上記圧電ユニットにおける上記圧電体層同士の接着の破断強度、上記電極部と上記圧電体層との接着の破断強度、及び上記圧電体層の破断強度よりも、上記圧電体層と上記接合材層との接着の破断強度及び上記接合材層自体の破断強度が5MPa以上小さくなる上記接着剤で、上記圧電ユニット間を上記接合面の全面で接合してなる積層体を少なくとも1回以上駆動させることにより形成してあることを特徴とする積層型圧電素子。 - 請求項1において、上記接着剤としては、上記圧電体層と上記接合材層との接着の破断強度及び上記接合材層自体の破断強度が1〜25MPaとなる接着剤が採用されていることを特徴とする積層型圧電素子。
- 請求項1又は2において、上記圧電体層は、平均粒径1〜3μmの上記圧電セラミックの粒子で構成されていることを特徴とする積層型圧電素子。
- 請求項1〜3のいずれか一項において、上記側面電極は、導電性樹脂、半田、導電性金属、又は導電性硝子材料からなることを特徴とする積層型圧電素子。
- 請求項1〜4のいずれか一項において、上記側面電極としては、各圧電ユニット内における隣り合う2つの上記内部電極に交互に電気的に導通する一対のユニット側面電極と、上記圧電ユニット間の上記ユニット側面電極同士を電気的に導通させる一対の外部側面電極とが形成されていることを特徴とする積層型圧電素子。
- 請求項1〜5のいずれか一項において、上記積層型圧電素子の側面は、絶縁樹脂によりコーティングされていることを特徴とする積層型圧電素子。
- 請求項6において、上記絶縁樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ウレタン樹脂、及びシリコーン樹脂から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする積層型圧電素子。
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