JP5586248B2 - 圧電積層部品 - Google Patents
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Description
本発明は、電界を与えることによって振動する圧電積層部品に関するものである。
従来の圧電積層部品として、例えば特許文献１には、積層型圧電体の上下および層間の対向する電極同士を積層型圧電体の端部に配設した側面電極で導通接続し、積層型圧電体をシムの片面あるいは両面に貼り付ける構造の圧電型エキサイタにおいて、積層型圧電体の側面電極が位置する部位のシムの部材を除去した構成のものが提案されている。
特許文献１に記載の圧電積層部品によれば、積層型圧電体の長手方向の側面電極による出っ張りを避ける構造であるから、接着層を介在させてシムと圧電体とを熱圧着により貼り付ける際の押圧が均一となり歪力が無いため、シムと圧電体との接着強度が増し、圧電体のクラックやひび割れを防止することができるというものである。
ところで、圧電体層は誘電体であるセラミック材料等を材料として使用するため、これらの圧電体層を挟んで対向する電極間に電位差が生じると、これら電極間に静電容量が発生する。特に、特許文献１に開示された構成の圧電積層部品においては、一定の、振動の変位の発生力を得るために、積層型圧電体層の上下および層間に電極を複数積層しなければならないので、全体としての静電容量が大きくなる。
ここで、圧電積層部品の消費電力は、「消費電力∝（静電容量）×（圧電積層部品の駆動電圧）２」で表されるので、静電容量が大きくなると、それに比例して消費電力が大きくなってしまうことが問題であった。
一方、静電容量は、「静電容量＝（誘電率）×（電極面積）／（電極間隔）」で表されるので、積層型圧電体層の上下および層間の電極同士の間隔を大きくしたり、それらの電極の面積を小さくしたりすることで静電容量を低減できることが分かっている。しかしながら、単に電極同士の間隔を大きくしたり、電極の面積を小さくしたりすると、静電容量を低減できる反面、圧電積層部品の振動の変位の発生力も大幅に低減されてしまう。従って、圧電積層部品の振動の変位の発生力の低減を抑制しつつ、いかに静電容量を低減させることができるかが課題であった。
本発明は上記のような従来の技術における課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動の変位の発生力の低減を抑制しつつ、静電容量を低減させることができる圧電積層部品を提供することにある。
本発明の圧電積層部品は、複数の圧電体層が積層され、該圧電体層間と一方主面と他方主面とに電極が形成され、両端部に前記電極に接続された端子電極がそれぞれ形成されている圧電積層体と、両面にそれぞれ前記圧電積層体が前記一方主面側で貼り付けられたシム材とを含む圧電積層部品であって、それぞれの前記圧電積層体は、前記一方主面側の前記圧電体層が、その他の前記圧電体層２層分以上の厚みを有しており、前記その他の前記圧電体層のそれぞれの厚みは同じであって、前記圧電積層体の一方の端部の前記端子電極と前記シム材の主面とは、導電性樹脂を介して電気的に接続され、前記圧電積層体の他方の端部の前記端子電極と前記シム材の主面とは、絶縁性接着剤を介して接合されており、前記圧電積層体の前記一方主面側の前記圧電体層中に、前記端子電極に電気的に接続されていない非接続電極が形成され、該非接続電極は、前記圧電積層体の前記両端部の端面に露出していないことを特徴とするものである。また、本発明の圧電積層部品は、複数の圧電体層が積層され、該圧電体層間と一方主面と他方主面とに電極が形成され、両端部に前記電極に接続された端子電極がそれぞれ形成されている圧電積層体と、両面にそれぞれ前記圧電積層体が前記一方主面側で貼り付けられたシム材とを含む圧電積層部品であって、それぞれの前記圧電積層体は、前記一方主面側の前記圧電体層が、その他の前記圧電体層２層分以上の厚みを有しており、前記その他の前記圧電体層のそれぞれの厚みは同じであって、前記圧電積層体の一方の端部の前記端子電極と前記シム材の主面とは、導電性樹脂を介して電気的に接続され、前記圧電積層体の他方の端部の前記端子電極と前記シム材の主面とは、絶縁性接着剤を介して接合されており、前記圧電積層体の前記一方主面側の前記圧電体層中に、前記端子電極に電気的に接続されていない非接続電極が形成され、該非接続電極の端部が前記圧電積層体の前記両端部の端面のいずれか一方に露出しており、前記端子電極は、前記非接続電極の前記端部とは接続せず、前記非接続電極よりも前記圧電積層体の前記他方主面側に配置された前記電極と接続するように、前記圧電積層体の前記両端部にそれぞれ部分的に形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の圧電積層部品は、上記構成において、前記圧電積層体の前記一方主面側の前記圧電体層中に、前記端子電極に電気的に接続されていない非接続電極が形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の圧電積層部品は、上記構成において、前記非接続電極は、前記圧電積層体の前記両端部の端面に露出していないことを特徴とするものである。
また、本発明の圧電積層部品は、上記構成において、前記非接続電極の端部が前記圧電積層体の前記両端部の端面のいずれか一方に露出しており、前記端子電極は、前記非接続電極の前記端部とは接続せず、前記非接続電極よりも前記圧電積層体の前記他方主面側に配置された前記電極と接続するように、前記圧電積層体の前記両端部にそれぞれ部分的に形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の圧電積層部品は、上記各構成において、前記圧電積層体の前記一方主面側の前記圧電体層に替えて絶縁セラミック層を積層してなることを特徴とするものである。
本発明の圧電積層部品によれば、シム材に一方主面側で貼り付けられたそれぞれの圧電積層体は、一方主面側の圧電体層がその他の圧電体層２層分以上の厚みを有しており、その他の圧電体層のそれぞれの厚みは同じであることから、従来の構成の圧電積層部品と比較して、一方主面側の圧電体層を挟んで対向する２つの電極間の間隔が大きくなる。よって、一方主面側の圧電体層で生じる静電容量を低下させることができるので、圧電積層部品全体の静電容量を低下させることができる。
また、シム材に貼り付けられて固定されていることにより圧電積層部品全体の振動の変位の発生力にあまり寄与しない部分の圧電体層が厚くなっているので、圧電体層を厚くしたことによる振動の変位の発生力の低減を抑制することができる。
その結果、振動の変位の発生力の低減を抑制できると同時に、全体の静電容量を低下させることができる圧電積層部品を提供することができる。
また、本発明の圧電積層部品によれば、圧電積層体の一方主面側の圧電体層中に、端子電極に電気的に接続されていない非接続電極が形成されているときには、一方主面側の圧電体層およびその他の圧電体層のそれぞれにおける、積層方向における電極同士の間隔の違いによって生じる、両圧電体層同士の熱収縮率の差を小さくすることができる。その結果、一方主面側の圧電体層中に全く電極が存在しない場合と比較して、焼結時の圧電積層体における、両圧電体層の熱収縮の差に起因する、圧電積層体の反りを低減することが可能となる。
また、本発明の圧電積層部品によれば、非接続電極が圧電積層体の両端部の端面に露出していないときには、圧電積層体の両端部にそれぞれ端子電極を形成する際に、例えば、ディップ法等を採用して両端部のそれぞれの全域に一様に端子電極となる導電性ペーストを塗布した場合でも、端子電極および非接続電極の間を電気的に非接続とすることができる。従って、端子電極を容易に形成することができるので、圧電積層部品の作製の効率を向上させることができる。
また、本発明の圧電積層部品によれば、非接続電極の端部が圧電積層体の両端部の端面
のいずれか一方に露出しており、端子電極が、非接続電極の端部とは接続せず、非接続電極よりも圧電積層体の他方主面側に配置された電極と接続するように、圧電積層体の両端部にそれぞれ部分的に形成されているときには、圧電積層部品の作製時に、圧電体層および電極を交互に積層する際に、一方主面側の圧電体層およびその他の圧電体層のそれぞれにおいて、電極および非接続電極の構成を、端部が圧電積層体の両端部の端面のいずれか一方に露出する、という構成に一様に揃えることが可能となる。従って、一方主面側の圧電体層およびその他の圧電体層のそれぞれにおいて電極の形成の仕方を変化させる必要がないため、圧電積層部品の作製の効率を向上させることができる。
のいずれか一方に露出しており、端子電極が、非接続電極の端部とは接続せず、非接続電極よりも圧電積層体の他方主面側に配置された電極と接続するように、圧電積層体の両端部にそれぞれ部分的に形成されているときには、圧電積層部品の作製時に、圧電体層および電極を交互に積層する際に、一方主面側の圧電体層およびその他の圧電体層のそれぞれにおいて、電極および非接続電極の構成を、端部が圧電積層体の両端部の端面のいずれか一方に露出する、という構成に一様に揃えることが可能となる。従って、一方主面側の圧電体層およびその他の圧電体層のそれぞれにおいて電極の形成の仕方を変化させる必要がないため、圧電積層部品の作製の効率を向上させることができる。
また、本発明の圧電積層部品によれば、圧電積層体の一方主面側の圧電体層に替えて絶縁セラミック層を積層してなるときには、圧電積層体の一方主面に形成された電極と圧電積層体の層間に形成された電極との絶縁を確保することができるため、信頼性の高い圧電積層部品を提供することができる。
以下に、本発明の圧電部品の実施の形態の例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。外観斜視図である。
図１（ａ）は本発明の圧電積層部品の実施の形態の一例を示す側面図であり、図１（ｂ）は本発明の圧電積層部品の実施の形態の例を示す上面図である。また、図２は、図１（ｂ）に示す圧電積層部品の実施の形態の一例のＸ−Ｘ線における断面図である。
図１および図２に示す例の圧電積層部品１は、複数の圧電体層２が積層され、圧電体層２間と一方主面Ａと他方主面Ｂとに電極３が形成され、両端部に電極３に接続された端子電極４ａ，４ｂがそれぞれ形成されている圧電積層体５と、両面にそれぞれ圧電積層体５が一方主面Ａ側で貼り付けられたシム材６とを含む圧電積層部品１であって、それぞれの圧電積層体５は、一方主面Ａ側の圧電体層２ａが、その他の圧電体層２ｂの２層分以上の厚みを有している。
なお、圧電積層体５の両方の主面のうち、図１および図２に示すように、シム材６側のＡが一方主面であり、その反対側のＢが他方主面である。また、複数の圧電体層２のうち、最もシム材６側の２ａが一方主面Ａ側の圧電体層であり、２ｂがその他の圧電体層である。
なお、以下の説明において、圧電積層体５の端部とは、圧電積層体５のうち端子電極４ａ，４ｂが形成されている部分とその近傍とを含む部分を示すものである。
また、以下の説明において、圧電積層体５の端面とは、圧電積層体５の端部のうち、電極３の圧電積層体からの露出部と端子電極４ａ，４ｂとの接続部を含む面のことを示すものである。つまり、直方体形状である圧電積層体５の全６面のうち、圧電積層体５の厚み方向の辺および幅方向の辺で囲まれた面のことを示すものである。
圧電体層２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ），チタン酸鉛（ＰＴ），ニオブ酸ナトリウム・カリウム（Ｎａ１−ｘＫｘＮｂＯ３），ビスマス層状化合物（例：ＭＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５、Ｍ：２価のアルカリ土類金属元素）等を基材とする圧電セラミックス、または水晶，タンタル酸リチウム等の圧電単結晶からなる。
なお、小型化および実装性という観点からは、圧電体層２は、長さが15〜35ｍｍ、幅が3.0〜5.5ｍｍ、厚みが20〜40μｍのシート状とすることが好ましい。
圧電体層２の比誘電率は3000〜4000程度である。
圧電積層体５は、複数の圧電体層２が積層され、圧電体層２間と一方主面Ａと他方主面Ｂとに電極３が形成され、両端部に電極３に接続された端子電極４ａ，４ｂがそれぞれ形成されているものである。
そして、図２に示すように、それぞれの圧電積層体５は、一方主面Ａ側の圧電体層２ａが、その他の圧電体層２ｂの２層分以上の厚みを有している。具体的には、一方主面Ａ側の圧電体層２ａの厚みが60μｍ程度であって、その他の圧電体層２ｂの厚みが30μｍ程度であることが好ましい。
なお、全ての圧電体層２の厚みは20〜60μｍ程度である。
以下に、圧電積層体５の作製方法を説明する。
圧電体層２が例えばセラミック材料から成る場合は、原料粉末にバインダを加えてプレスする方法、あるいは原料粉末を水や分散剤とともにボールミルを用いて混合した後に乾燥させ、バインダ，溶剤および可塑剤等を加えてドクターブレード法等によってシート状とする。これに、電極３となる例えば銀ペースト等を印刷することによって、セラミック材料のシート上に銀ペースト等を塗布する。このような銀ペースト等が印刷されたセラミック材料のシートを10〜15層程度積層して積層体とする。
次に、この積層体を切断して個片とした後、1000〜1100℃のピーク温度で約24時間焼成する。この焼成体の両端面に端子電極４ａ，４ｂを形成し、圧電体層２間，一方主面Ａおよび他方主面Ｂの電極３との電気的な接続を確保する。
この両端面に端子電極４ａ，４ｂが形成された焼成体に、常温にて厚み方向に３ｋＶ／ｍｍ程度の電界をかけて分極処理を施すことによって、所望の圧電特性を有した圧電積層体５が得られる。
また、圧電体層２が圧電単結晶材料からなる場合は、圧電体層２となる圧電単結晶材料のインゴット（母材）を所定の結晶方向となるように切断することによって、所望の圧電特性を有した圧電体層２が得られる。
なお、上述の圧電積層体５の作製方法においては、銀ペースト等が印刷されたセラミック材料のシートを10〜15層程度積層して積層体としていたが、一方主面Ａ側の圧電体層２ａを形成する際は、その厚みをその他の圧電体層２ｂよりも厚くするために、以下のようにして作製する。
例えば、その他の圧電体層２ｂとなるセラミック材料のシートと同様のものを複数積層して、これを焼結することによって圧電体層２ａとしてもよい。また、焼結前のセラミック材料のシートの時点で既にその他の圧電体層２ｂとなるセラミック材料のシートよりも厚みが大きいものを使用して圧電体層２ａを形成してもよい。
圧電積層体５の電極３は、圧電積層体５の圧電体層２間と一方主面Ａと他方主面Ｂとに形成されており、圧電積層体５の両端部の端子電極４ａ，４ｂにそれぞれ接続されているものである。なお、電極３同士は圧電体層２を挟んで互いに対向して形成されている。
また、電極３は、導電性の観点からは金，銀，銅またはアルミニウム等の金属膜からなることが好ましい。
この電極３は、例えば、金，銀または銅等の金属フィラーを含有し、低温ガラスをバインダとする導電性ペーストを、所定の温度で焼き付けて形成する。この場合の電極３の厚みは、圧電積層体５の一方主面Ａおよび他方主面Ｂに形成された電極３は３〜５μｍ程度の範囲とし、圧電体層２間に形成された電極３は１〜２μｍ程度の範囲とすることが好ましい。
電極３は、マイグレーションによる電極３同士の短絡を防止するという、また、電極３と外部の電子部品との間の絶縁を確保するという観点から、電極３の長さ方向における両側部は、圧電積層体５の側面から露出しないように形成することが好ましい。具体的には、電極３の長さ方向の両側部は、圧電積層体５の側面から、圧電積層体５の内部へ後退した領域にのみ形成されている、ということである。
電極３の寸法は、例えば、圧電体層２の寸法が、長さが30ｍｍ、幅が５ｍｍ、厚みが30μｍのシート形状である場合は、圧電体層２の長さ方向の寸法が29.5ｍｍであり、圧電体層２の幅方向の寸法が4.5ｍｍであり、厚みが１μｍである。
圧電積層体５の端子電極４ａ，４ｂは、圧電積層体５の両端部のそれぞれに形成されたものである。なお、図１に示すように、それぞれの端子電極４ａ，４ｂは、圧電積層体５の両端部において、圧電積層体５の端面に形成されているものである。また、これらの端子電極４ａ，４ｂは、圧電積層体５の両端部における一方主面Ａ，他方主面Ｂおよび両側面にかけて形成されていてもよいものである。
これら端子電極４ａ，４ｂは、銀粉末とバインダ樹脂とからなるペーストを磁器素体に膜厚10〜50μｍで印刷し、所定の温度条件、例えば600℃〜700℃の温度で焼き付けて形成する。
シム材６は、両主面にそれぞれ圧電積層体５が一方主面Ａ側で貼り付けられた板状の部材である。このシム材６の材料は、例えば42アロイ等のニッケル合金あるいはその他の金属である。
圧電積層体５とシム材６との貼り付けの詳細な構成と両者間の給電路とを、図２を参照して以下に説明する。
圧電積層体５の一方主面Ａの全体に、この一方主面Ａに形成された電極３を覆うようにして、エポキシ系樹脂またはアクリル系樹脂等からなる絶縁性接着剤８が塗布され、この絶縁性接着剤８を介して圧電積層体５がシム材６の両主面にそれぞれ貼り付けられている。圧電積層体５の絶縁性接着剤８を介してのシム材６の主面への貼り付けは、例えば常温で約２分間加圧することによって行なわれる。そして、圧電積層体５の一方の端部の端子電極４ａとシム材６の主面とは、銀パラジウム等の導電性ペーストからなる導電性樹脂９によって電気的に接続されている。これに対して、圧電積層体５の他方の端部の端子電極４ｂとシム材６の主面とは、両者の間に前述した絶縁性接着剤８が介在することから、電気的に絶縁性が保たれている。従って、シム材６と端子電極４ｂとの間に所定の電圧を印加した場合に、異なる電位同士が短絡しない。
なお、以上で説明した構成では、導電性樹脂９によって圧電積層体５の一方の端部の端子電極４ａとシム材６との電気的接続を確保している例を図２に示したが、両者が電気的に接続していれば、予め圧電積層体５の一方主面Ａに絶縁性樹脂層を形成しておき、絶縁性樹脂層が形成された圧電積層体５の一方主面Ａとシム材６の主面との接着にも前述した導電性樹脂９を用いるようにしてもよい。つまり、導電性樹脂９が、圧電積層体５の一方主面Ａとシム材６との接着だけでなく、導電性樹脂９の一端部によって端子電極４ａとシム材６との電気的接続の役割も兼ねているという構成としてもよい。この構成によれば、圧電積層体５およびシム材６の接着と、端子電極４ａおよびシム材６の電気的接続とを同時に行なうことができるので、作製にかかるコストを低減でき、また作製にかかる時間を短縮することができる。
なお、圧電積層体５の他方の端部に形成された端子電極４ｂが、圧電積層体５の端面から一方主面Ａにかけて形成されている場合であっても、前述した絶縁性接着剤８が端子電極４ｂの一方主面Ａに延在している部分を覆うように形成されていれば、端子電極４ｂとシム材６との絶縁性は確保できる。
また、シム材６の寸法は、例えば長さが20〜40ｍｍ、幅が3.5〜5.5ｍｍ、厚みが0.2〜0.35ｍｍの短冊形状であることが好ましい。
なお、以下に、両主面にそれぞれ圧電積層体５が一方主面Ａ側で貼り付けられたシム材６を含む圧電積層部品１の動作について説明する。
図１に示す例の圧電積層部品１において、シム材６の上側の圧電積層体５および下側の圧電積層体５は、両端子電極４ａ，４ｂに所定の周期の変動電圧が印加されると、圧電効果によってそれぞれ圧電積層体５の長手方向において伸縮を交互に繰り返す。
本例の圧電積層部品１の両圧電積層体５は、伸縮の位相を互いに逆に設定しておく。これにより、シム材６の上下の主面においては、一方主面Ａを伸ばすとともに他方主面Ｂを縮める力と、他方主面Ｂを伸ばすとともに一方主面Ａを縮める力とが常時、交互に加わっていることとなるので、シム材６の一方を固定端とした場合には、圧電積層部品１全体はシム材６の他方を自由端として積層方向（上下方向）に振動する。この振動の力の大きさを、振動の変位の発生力と呼ぶ。
この振動の変位の発生力は、圧電積層体５の伸縮の大きさおよび圧電積層体５の質量等に依存する。
従来の例のように、圧電積層体の上下および層間（一方主面側も含む）に、端子電極と接続された電極が複数形成された圧電積層部品では、一定の、振動の変位の発生力は確保できる反面、全体としての静電容量が大きくなり、消費電力が増大するという問題点があ
った。そこで、振動の変位の発生力の低減を抑制しつつ、全体としての静電容量を低減させることが課題であった。
った。そこで、振動の変位の発生力の低減を抑制しつつ、全体としての静電容量を低減させることが課題であった。
これに対して、本発明の圧電積層部品１によれば、それぞれの圧電積層体５は、一方主面Ａ側の圧電体層２ａが、その他の圧電体層２ｂの２層分以上の厚みを有しているので、従来の構成の圧電積層部品と比較して、一方主面Ａ側の圧電体層２ａを挟んで対向する２つの電極３間の間隔が大きくなる。よって、一方主面Ａ側の圧電体層２ａで生じる静電容量を低下させることができるので、圧電積層部品１全体の静電容量を低下させることができる。
また、シム材６に貼り付けられて固定されていることにより圧電積層部品１全体の振動の変位の発生力にあまり寄与しない部分の圧電体層が厚くなっているので、圧電体層を厚くしたことによる振動の変位の発生力の低減を抑制することができる。
その結果、振動の変位の発生力の低減を抑制できると同時に、全体の静電容量を低下させることができる圧電積層部品１を提供することができる。
また、例えば携帯型電子機器において本発明の圧電積層部品１を使用した場合には、振動の変位の発生力の低減を抑制しつつ、この携帯型電子機器の電子回路の全体の静電容量を低下させることができるため、携帯型電子機器の消費電力を低減させることができる。従って、携帯型電子機器のバッテリーを長持ちさせやすくすることができる。
以下に、本発明の圧電積層部品１による、振動の変位の発生力の低減を抑制しつつ全体の静電容量を低下させることができるという効果について、実験データによる裏付けを示す。
なお、データを得るために行なった実験においては、図１に示す圧電積層部品１を作製した。
まず、実験例１においては、圧電積層体５における一方主面Ａ側の圧電体層２ａの厚みがその他の圧電体層２ｂの厚みの２倍である構成の圧電積層部品１を作製して実験を行なった。
圧電積層体５の寸法は、長さが19ｍｍ、幅が3.5ｍｍ、厚みが0.434ｍｍの直方体形状とした。一方主面Ａ側の圧電体層２ａの寸法は、長さを19ｍｍ、幅を3.5ｍｍ、厚みを60μ
ｍとした。その他の圧電体層２ｂの寸法は、長さを19ｍｍ、幅を3.5ｍｍ、厚みを30μｍ
とした。その他の圧電体層２ｂは12層積層されているものとした。これにより、圧電積層体５中には12層の電極３が形成された。圧電積層体５の一方主面Ａおよび他方主面Ｂには、１層ずつ電極３を形成した。これら電極３の寸法は、圧電体層２の長さ方向の寸法が18.5ｍｍであり、圧電体層２の幅方向の寸法が３ｍｍであり、厚みが１μｍであるものとした。
ｍとした。その他の圧電体層２ｂの寸法は、長さを19ｍｍ、幅を3.5ｍｍ、厚みを30μｍ
とした。その他の圧電体層２ｂは12層積層されているものとした。これにより、圧電積層体５中には12層の電極３が形成された。圧電積層体５の一方主面Ａおよび他方主面Ｂには、１層ずつ電極３を形成した。これら電極３の寸法は、圧電体層２の長さ方向の寸法が18.5ｍｍであり、圧電体層２の幅方向の寸法が３ｍｍであり、厚みが１μｍであるものとした。
なお、端子電極４ａ，４ｂの厚みは20μｍとし、ニッケル合金からなるシム材６の寸法は、長さが25ｍｍ、幅が４ｍｍ、厚みが0.2ｍｍの短冊形状とした。
また、圧電体層２にはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用い、その比誘電率は3500であった。
次に、比較例１として、圧電積層体の一方主面側の圧電体層の厚みが、その他の圧電体層の厚みと同じである圧電積層部品を作製した。この圧電積層部品の圧電積層体は、圧電
体層が13層積層されており、圧電積層体中には電極が12層積層されているものとした。なお、圧電積層体の厚みは0.404ｍｍとした。それ以外の構成および寸法等は、本発明の圧
電積層部品１の実験例１と同様のものとした。
体層が13層積層されており、圧電積層体中には電極が12層積層されているものとした。なお、圧電積層体の厚みは0.404ｍｍとした。それ以外の構成および寸法等は、本発明の圧
電積層部品１の実験例１と同様のものとした。
これら本発明の実験例１の圧電積層部品１および比較例１の圧電積層部品の静電容量の値および振動の変位の発生力の値を、それぞれ以下のようにして測定した。
静電容量の値の測定に当たっては、ＬＣＲメーター（國洋電機工業株式会社製、製品名：ＫＣ−594Ｂ）を使用した。なお、信号周波数は１ｋＨｚで測定した。測定の結果、実
験例１の圧電積層部品１の静電容量の値は720ｐＦであった。これに対して、比較例１の
圧電積層部品の静電容量の値は780ｐＦであった。
験例１の圧電積層部品１の静電容量の値は720ｐＦであった。これに対して、比較例１の
圧電積層部品の静電容量の値は780ｐＦであった。
また、振動の変位の発生力の測定に当たっては、ブロックドフォース法によって、振動測定器（Bruel & Kjaer社製、製品名：Type 2636）を採用した。なお、周波数が100Ｈｚ
〜10ｋＨｚであり、電圧が１Ｖであるサイン波の入力信号を使用して測定を行なった。
〜10ｋＨｚであり、電圧が１Ｖであるサイン波の入力信号を使用して測定を行なった。
この測定の結果を図３にグラフで示す。図３は、縦軸が圧電積層部品の振動の変位の発生力（単位：ｄＢＮ）を示し、横軸が入力した信号の周波数（単位：Ｈｚ）を示すグラフである。また、実線は実験例１の圧電積層部品１の測定結果を示しており、破線は比較例１の圧電積層部品の測定結果を示しており、一点鎖線は圧電積層部品に印加した信号の周波数が750Ｈｚである点を示している。
ここで、それぞれの圧電積層部品に入力した信号の周波数が750Ｈｚであった場合の振
動の変位の発生力を比較し検討した。なお、実験例１の圧電積層部品１と比較例１の圧電積層部品とについて750Ｈｚの周波数の信号を入力した場合の振動の変位の発生力を比較
した理由は、それぞれの圧電積層部品が主に約750Ｈｚ付近の高周波信号が入力される携
帯型電子機器で使用されることを目的として作製されたものだからである。
動の変位の発生力を比較し検討した。なお、実験例１の圧電積層部品１と比較例１の圧電積層部品とについて750Ｈｚの周波数の信号を入力した場合の振動の変位の発生力を比較
した理由は、それぞれの圧電積層部品が主に約750Ｈｚ付近の高周波信号が入力される携
帯型電子機器で使用されることを目的として作製されたものだからである。
図３に示す結果より、これら両測定結果において、周波数750Ｈｚにおける実験例１の
圧電積層部品１の振動の変位の発生力は−20.1ｄＢＮであり、周波数750Ｈｚにおける比
較例１の圧電積層部品の振動の変位の発生力は−21.1ｄＢＮであった。
圧電積層部品１の振動の変位の発生力は−20.1ｄＢＮであり、周波数750Ｈｚにおける比
較例１の圧電積層部品の振動の変位の発生力は−21.1ｄＢＮであった。
従って、実験例１の圧電積層部品１は、比較例１の圧電積層部品と比較して、振動の変位の発生力は誤差範囲の程度しか変化していないが、静電容量の値は7.7％低減させるこ
とができた。
とができた。
よって、本発明の圧電積層部品１によれば、振動の変位の発生力の低減を抑制しつつ、静電容量の値を大幅に低減させることができることが分かった。
次に、本発明の実験例２として、一方主面Ａ側の圧電体層２ａの厚みが、その他の圧電体層２ｂの厚みの３倍である構成の圧電積層部品１を作製して実験を行なった。
すなわち、一方主面Ａ側の圧電体層２ａの厚みを90μｍとし、その他の圧電体層２ｂの厚みを30μｍとした。また、その他の圧電体層２ｂは11層積層されているものとした。これにより、圧電積層体５中には11層の電極３が形成された。なお、圧電積層体の厚みは0.433ｍｍとした。それ以外の構成および寸法等は、前述の圧電体層２ａの厚みが圧電体層
２ｂの厚みの２倍である構成の実験例１の圧電積層部品１と同様のものとして、実験例２の圧電積層部品１を作製した。
２ｂの厚みの２倍である構成の実験例１の圧電積層部品１と同様のものとして、実験例２の圧電積層部品１を作製した。
次に、比較例２として、圧電積層体の一方主面側の圧電体層の厚みが、その他の圧電体
層の厚みと同じである圧電積層部品を作製した。この圧電積層部品の圧電積層体は、圧電体層が12層積層されており、圧電積層体中には電極が11層積層されているものとした。なお、圧電積層体の厚みは0.373ｍｍとした。それ以外の構成および寸法等は、本発明の圧
電積層部品１の実験例２と同様のものとした。
層の厚みと同じである圧電積層部品を作製した。この圧電積層部品の圧電積層体は、圧電体層が12層積層されており、圧電積層体中には電極が11層積層されているものとした。なお、圧電積層体の厚みは0.373ｍｍとした。それ以外の構成および寸法等は、本発明の圧
電積層部品１の実験例２と同様のものとした。
これら実験例２の圧電積層部品１および比較例２の圧電積層部品の静電容量の値および振動の変位の発生力の値を、それぞれ前述したのと同じ測定方法で測定した。
測定の結果、実験例２の圧電積層部品１の静電容量の値は660ｐＦであった。これに対
して、比較例２の圧電積層部品の静電容量の値は780ｐＦであった。
して、比較例２の圧電積層部品の静電容量の値は780ｐＦであった。
また、振動の変位の発生力の測定結果を図４にグラフで示す。図４は、縦軸が圧電積層部品の振動の変位の発生力を示し、横軸が入力した信号の周波数を示す図３と同様のグラフである。実線は実験例２の圧電積層部品１の測定結果を示しており、破線は比較例２の圧電積層部品の測定結果を示しており、一点鎖線は圧電積層部品に印加した信号の周波数が750Ｈｚである点を示している。
これら両測定結果において、周波数750Ｈｚにおける振動の変位の発生力を比較すると
、実験例２の圧電積層部品１の振動の変位の発生力は−20.6ｄＢＮであり、比較例２の圧電積層部品の振動の変位の発生力は−21.1ｄＢＮであった。
、実験例２の圧電積層部品１の振動の変位の発生力は−20.6ｄＢＮであり、比較例２の圧電積層部品の振動の変位の発生力は−21.1ｄＢＮであった。
従って、実験例２の圧電積層部品１は、比較例２の圧電積層部品と比較して、振動の変位の発生力は誤差範囲の程度しか変化していないが、静電容量の値は15.4％低減させることができた。
よって、本発明の圧電積層部品１によれば、振動の変位の発生力の低減を抑制しつつ、静電容量の値を大幅に低減させることができることが分かった。
次に、本発明の実験例３として、一方主面Ａ側の圧電体層２ａの厚みが、その他の圧電体層２ｂの厚みの４倍である構成の圧電積層部品１を作製して実験を行なった。
すなわち、一方主面Ａ側の圧電体層２ａの厚みを120μｍとし、その他の圧電体層２ｂ
の厚みを30μｍとした。また、その他の圧電体層２ｂは10層積層されているものとした。これにより、圧電積層体５中には10層の電極３が形成された。なお、圧電積層体の厚みは0.432ｍｍとした。それ以外の構成および寸法等は、前述の圧電体層２ａの厚みが圧電体
層２ｂの厚みの２倍である構成の実験例１の圧電積層部品１と同様のものとして、実験例３の圧電積層部品１を作製した。
の厚みを30μｍとした。また、その他の圧電体層２ｂは10層積層されているものとした。これにより、圧電積層体５中には10層の電極３が形成された。なお、圧電積層体の厚みは0.432ｍｍとした。それ以外の構成および寸法等は、前述の圧電体層２ａの厚みが圧電体
層２ｂの厚みの２倍である構成の実験例１の圧電積層部品１と同様のものとして、実験例３の圧電積層部品１を作製した。
次に、比較例３として、圧電積層体の一方主面側の圧電体層の厚みが、その他の圧電体層の厚みと同じである圧電積層部品を作製した。この圧電積層部品の圧電積層体は、圧電体層が11層積層されており、圧電積層体中には電極が10層積層されているものとした。なお、圧電積層体の厚みは0.342ｍｍとした。それ以外の構成および寸法等は、本発明の圧
電積層部品１の実験例３と同様のものとした。
電積層部品１の実験例３と同様のものとした。
これら実験例３の圧電積層部品１および比較例３の圧電積層部品の静電容量の値および振動の変位の発生力の値を、それぞれ前述したのと同じ測定方法で測定した。
測定の結果、実験例３の圧電積層部品１の静電容量の値は600ｐＦであった。これに対
して、比較例３の圧電積層部品の静電容量の値は780ｐＦであった。
して、比較例３の圧電積層部品の静電容量の値は780ｐＦであった。
また、振動の変位の発生力の測定結果を図５にグラフで示す。図５は、縦軸が圧電積層部品の振動の変位の発生力を示し、横軸が入力した信号の周波数を示す図３と同様のグラフである。実線は実験例３の圧電積層部品１の測定結果を示しており、破線は比較例３の圧電積層部品の測定結果を示しており、一点鎖線は圧電積層部品に印加した信号の周波数が750Ｈｚである点を示している。
これら両測定結果において、周波数750Ｈｚにおける振動の変位の発生力を比較すると
、実験例３の圧電積層部品１の振動の変位の発生力は−21.6ｄＢＮであり、比較例３の圧電積層部品の振動の変位の発生力は−21.1ｄＢＮであった。
、実験例３の圧電積層部品１の振動の変位の発生力は−21.6ｄＢＮであり、比較例３の圧電積層部品の振動の変位の発生力は−21.1ｄＢＮであった。
従って、実験例３の圧電積層部品１は、比較例３の圧電積層部品と比較して、振動の変位の発生力は誤差範囲の程度しか変化していないが、静電容量の値は23.1％低減させることができた。
よって、本発明の圧電積層部品１によれば、振動の変位の発生力の低減を抑制しつつ、静電容量の値を大幅に低減させることができることが分かった。
本発明の圧電積層部品１によれば、圧電積層体５の一方主面Ａ側の圧電体層２ａ中に、端子電極４ａ，４ｂに電気的に接続されていない非接続電極７が形成されているときには、一方主面Ａ側の圧電体層２ａおよびその他の圧電体層２ｂのそれぞれにおける、積層方向における電極３同士の間隔の違いによって生じる両圧電体層２ａ，２ｂ同士の熱収縮率の差を小さくすることができる。その結果、一方主面Ａ側の圧電体層２ａ中に全く電極が存在しない場合と比較して、焼結時の圧電積層体５における、両圧電体層２ａ，２ｂの熱収縮の差に起因する圧電積層体５の反りを低減することが可能となる。
非接続電極７の材料は、電極３と同じように、金，銀，銅またはアルミニウム等の金属膜からなることが好ましい。非接続電極７の材料を電極３の材料と同じにすることによって、非接続電極７を含む一方主面Ａ側の圧電体層２ａの熱収縮率が電極３を含むその他の圧電体層２ｂの熱収縮率の値に近づき、両圧電体層２ａ，２ｂの熱収縮率の差を小さくすることができるので好ましい。
非接続電極７の厚みは例えば１μｍ程度である。この厚みは、電極３と同じ厚みに設定することが、両圧電体層２ａ，２ｂの熱収縮率の差を小さくすることができる点で好ましい。
また、非接続電極７の端部と圧電積層体５の両端部の端面との間隔は0.5〜0.6ｍｍ程度であることが、非接続電極７と端子電極４ａ，４ｂとの絶縁を確実に確保する点で好ましい。
また、圧電積層体５の一方の端面との間隔が他方の端面との間隔よりも小さい構成の非接続電極７と、圧電積層体５の一方の端面との間隔が他方の端面との間隔よりも大きい構成の非接続電極７とを交互に一方主面Ａ側の圧電体層２ａ中に形成した場合は、両圧電体層２ａ，２ｂの熱収縮率の差を小さくすることができる点で好ましい。
なお、非接続電極７の端部は、端子電極４ａ，４ｂの形成領域を調整して端子電極４ａ，４ｂとの間を空ける、あるいは圧電積層体５の端面に被着した絶縁性樹脂層を介在させるなどの構成によって端子電極４ａ，４ｂとの絶縁が確保できていれば、圧電積層体５の両端部あるいは片方の端部の端面に露出していてもよい。
ここで、図６を参照して、非接続電極７が形成された圧電積層体５を含む圧電積層部品
１の具体例を説明する。図６は、図１（ｂ）に示す圧電積層部品１の実施の形態の他の例のＸ−Ｘ線における断面図である。
１の具体例を説明する。図６は、図１（ｂ）に示す圧電積層部品１の実施の形態の他の例のＸ−Ｘ線における断面図である。
本例の圧電積層部品１においては、非接続電極７が圧電積層体５の両端部の端面に露出していない。このときには、圧電積層体５の両端部にそれぞれ端子電極４ａ，４ｂを形成する際に、例えば、ディップ法等を採用して両端部のそれぞれの全域に一様に端子電極４ａ，４ｂとなる導電性ペーストを塗布した場合でも、端子電極４ａ，４ｂおよび非接続電極７の間を電気的に非接続とすることができる。従って、端子電極４ａ，４ｂを容易に形成することができるので、圧電積層部品１の作製の効率を向上させることができる。
次に、図７を参照して、非接続電極７が形成された圧電積層部品１の他の例を説明する。図７は、図１（ｂ）に示す圧電積層部品１の実施の形態の他の例のＸ−Ｘ線における断面図である。
本例の圧電積層部品１によれば、非接続電極７の端部が圧電積層体５のいずれか一方の端部の端面に露出しており、端子電極４ａ，４ｂは、非接続電極７の端部とは接続せず、非接続電極７よりも圧電積層体５の他方主面Ｂ側に配置された電極３と接続するように、圧電積層体５の両端部にそれぞれ部分的に形成されている。このような構成としたときには、圧電積層部品１の作製時に圧電体層２および電極３を交互に積層する際に、一方主面Ａ側の圧電体層２ａおよびその他の圧電体層２ｂのそれぞれにおいて、電極３および非接続電極７の構成を、端部が圧電積層体５のいずれか一方の端部の端面に露出するという構成に一様に揃えることが可能となる。従って、一方主面Ａ側の圧電体層２ａおよびその他の圧電体層２ｂのそれぞれにおいて、電極３および非接続電極７の形成の仕方を変化させる必要がないため、圧電積層部品１の作製の効率を向上させることができる。
また、本発明の圧電積層部品１によれば、圧電積層体５の一方主面Ａ側の圧電体層２ａに替えて絶縁セラミック層２ａを積層してなるときには、圧電積層体５の一方主面Ａに形成された電極３と圧電積層体５の圧電体層２間に形成された電極３との絶縁を十分に確保することができるため、信頼性の高い圧電積層部品１を提供することができる。
この絶縁セラミック層２ａの材料としては、その他の圧電体層２ｂとともに焼成して圧電積層体５を形成することができるものとして、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ），チタン酸鉛（ＰＴ），ニオブ酸ナトリウム・カリウム（Ｎａ１−ｘＫｘＮｂＯ３），ビスマス層状化合物（例：ＭＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５、Ｍ：２価のアルカリ土類金属元素）等の圧電セラミックからなるものであって、分極されていないものを用いればよい。
このような分極されていない圧電体からなる絶縁セラミック層２ａを圧電積層体５の一方主面Ａ側に形成するには、例えば、圧電積層体５を分極する際に、圧電積層体５の一方主面Ａに電極３を形成しておかない方法を採用することができる。そして、分極が終わった後に圧電積層体５の一方主面Ａに電極３を形成することによって、圧電積層体５の一方主面Ａ側に、分極されていない圧電体からなる絶縁セラミック層２ａを形成することができる。
本発明の圧電積層部品１の実施例１を以下に説明する。なお、この実施例１においては、図６に示す例の圧電積層部品１を構成する圧電積層体５を作製した。
まず、チタン酸ジルコン酸鉛からなるセラミック材料の原料粉末を水および分散剤とともにボールミルを用いて混合した後に乾燥させ、バインダ，溶剤および可塑剤等を加えてドクターブレード法等によってシート状とした。
次に、このセラミック材料のシートに電極３および非接続電極７となる銀ペーストを印刷で塗布した。
次に、このような銀ペーストが塗布されたセラミック材料のシートを所定枚積層し、積層体とした。
次に、この積層体を分割線に沿って切断して個片とした後、1100℃のピーク温度で24時間焼成した。
次に、この焼成体の両端面に端子電極４ａ，４ｂを形成した。
そして、両端面に端子電極４ａ，４ｂが形成された焼成体に、常温にて厚み方向に３ｋＶ／ｍｍ程度の電界をかけて分極処理を施すことによって、圧電積層体５を得た。
なお、この圧電積層体５の寸法は、長さが19ｍｍ、幅が3.5ｍｍ、厚みが0.5ｍｍの直方体形状とした。一方主面Ａ側の圧電体層２ａの寸法は、長さを19ｍｍ、幅を3.5ｍｍ、厚
みを60μｍとした。また、その他の圧電体層２ｂの寸法は、長さを19ｍｍ、幅を3.5ｍｍ
、厚みを30μｍとした。その他の圧電体層２ｂは12層積層されているものとした。これにより、圧電積層体５中には12層の電極３を形成した。圧電積層体５の一方主面Ａおよび他方主面Ｂには、１層ずつ電極３を形成した。これら電極３の寸法は、圧電体層２の長さ方向の寸法が18.5ｍｍであり、圧電体層２の幅方向の寸法が３ｍｍであり、厚みが１μｍであるものとした。そして、端子電極４ａ，４ｂの厚みは20μｍとした。
みを60μｍとした。また、その他の圧電体層２ｂの寸法は、長さを19ｍｍ、幅を3.5ｍｍ
、厚みを30μｍとした。その他の圧電体層２ｂは12層積層されているものとした。これにより、圧電積層体５中には12層の電極３を形成した。圧電積層体５の一方主面Ａおよび他方主面Ｂには、１層ずつ電極３を形成した。これら電極３の寸法は、圧電体層２の長さ方向の寸法が18.5ｍｍであり、圧電体層２の幅方向の寸法が３ｍｍであり、厚みが１μｍであるものとした。そして、端子電極４ａ，４ｂの厚みは20μｍとした。
なお、圧電積層体５の一方主面Ａ側の圧電体層２ａ中に、端子電極４ａ，４ｂに電気的に接続されていない非接続電極７を１層形成した。この非接続電極７は、端部が圧電積層体５の両端部の端面に露出していないものとした。
この製造過程において、圧電積層体５における一方主面Ａ側の圧電体層２ａに当たる部分の作製は、その他の圧電体層２ｂと同じ厚みのセラミック材料のシートの上に非接続電極７となる銀ペーストを塗布し、その上にその他の圧電体層２ｂと同じ厚みのセラミック材料のシートを積層することによって行なった。
この非接続電極７の寸法は、圧電体層２の長さ方向の寸法を18ｍｍとし、圧電体層２の幅方向の寸法を３ｍｍとし、厚みを１μｍとした。また、非接続電極７の両端部は、それぞれ圧電積層体５の両端部の端面とは0.5ｍｍの間隙を有しているものとして、圧電積層
体５の両端部の端面に露出していないものとした。
体５の両端部の端面に露出していないものとした。
以上のようにして作製した圧電積層体５においては、歪みが生じておらず、反りのない圧電積層体５を得ることができた。
この実施例１の結果から、圧電積層体５の一方主面Ａ側の圧電体層２ａ中に、端子電極４ａ，４ｂに電気的に接続されていない非接続電極７が形成されているときには、焼結時の圧電積層体５における、両圧電体層２ａ，２ｂの熱収縮の差に起因する圧電積層体５の反りを低減することが可能となることが分かった。
本発明の圧電積層部品１の実施例２を以下に説明する。なお、この実施例２においては、図７に示す例の圧電積層部品１を構成する圧電積層体５を作製した。
この実施例２の圧電積層部品１の構成において、実施例１と異なる部分を以下に説明する。また、以下に説明した構成以外は実施例１の構成と同様とした。
この圧電積層体５においては、非接続電極７の一方の端部は圧電積層体５の一方の端部の端面に露出しており、端子電極４ｂは非接続電極７の露出している端部とは接続されず、非接続電極７よりも圧電積層体５の他方主面Ｂ側に配置された電極３と接続されるように、圧電積層体５の端部に部分的に形成されているものとした。
また、端子電極４ｂの寸法は、圧電体層２の積層方向に0.4ｍｍとし、圧電体層２の幅
方向に3.5ｍｍとし、厚みを20μｍとした。
方向に3.5ｍｍとし、厚みを20μｍとした。
以上のようにして実施例１で説明したものと同様の製造方法で作製した圧電積層体５においては、実施例１と同様に歪みが生じておらず、反りのない圧電積層体５を得ることができた。
この実施例２の結果から、非接続電極７の端部が圧電積層体５のいずれか一方の端部の端面に露出しており、端子電極４ａ，４ｂは、非接続電極７の露出している端部とは接続されず、非接続電極７よりも圧電積層体５の他方主面Ｂ側に配置された電極３と接続されるように圧電積層体５の両端部にそれぞれ部分的に形成されているときには、焼結時の圧電積層体５における、両圧電体層２ａ，２ｂの熱収縮の差に起因する圧電積層体５の反りを低減することが可能となることが分かった。また、電極３および非接続電極７の形成の仕方を変化させる必要がないため、圧電積層部品１の作製の効率を向上させることができることが分かった。
１：圧電積層部品
２：圧電体層
２ａ：一方主面側の圧電体層（絶縁セラミック層）
２ｂ：その他の圧電体層
３：電極
４ａ：（圧電積層体の一方の端部の）端子電極
４ｂ：（圧電積層体の他方の端部の）端子電極
５：圧電積層体
６：シム材
７：非接続電極
Ａ：一方主面
Ｂ：他方主面
２：圧電体層
２ａ：一方主面側の圧電体層（絶縁セラミック層）
２ｂ：その他の圧電体層
３：電極
４ａ：（圧電積層体の一方の端部の）端子電極
４ｂ：（圧電積層体の他方の端部の）端子電極
５：圧電積層体
６：シム材
７：非接続電極
Ａ：一方主面
Ｂ：他方主面
Claims (3)
- 複数の圧電体層が積層され、該圧電体層間と一方主面と他方主面とに電極が形成され、両端部に前記電極に接続された端子電極がそれぞれ形成されている圧電積層体と、
両面にそれぞれ前記圧電積層体が前記一方主面側で貼り付けられたシム材とを含む圧電積層部品であって、
それぞれの前記圧電積層体は、前記一方主面側の前記圧電体層が、その他の前記圧電体層２層分以上の厚みを有しており、前記その他の前記圧電体層のそれぞれの厚みは同じであって、
前記圧電積層体の一方の端部の前記端子電極と前記シム材の主面とは、導電性樹脂を介して電気的に接続され、
前記圧電積層体の他方の端部の前記端子電極と前記シム材の主面とは、絶縁性接着剤を介して接合されており、
前記圧電積層体の前記一方主面側の前記圧電体層中に、前記端子電極に電気的に接続されていない非接続電極が形成され、
該非接続電極は、前記圧電積層体の前記両端部の端面に露出していないことを特徴とする圧電積層部品。 - 複数の圧電体層が積層され、該圧電体層間と一方主面と他方主面とに電極が形成され、両端部に前記電極に接続された端子電極がそれぞれ形成されている圧電積層体と、
両面にそれぞれ前記圧電積層体が前記一方主面側で貼り付けられたシム材とを含む圧電積層部品であって、
それぞれの前記圧電積層体は、前記一方主面側の前記圧電体層が、その他の前記圧電体層２層分以上の厚みを有しており、前記その他の前記圧電体層のそれぞれの厚みは同じであって、
前記圧電積層体の一方の端部の前記端子電極と前記シム材の主面とは、導電性樹脂を介して電気的に接続され、
前記圧電積層体の他方の端部の前記端子電極と前記シム材の主面とは、絶縁性接着剤を介して接合されており、
前記圧電積層体の前記一方主面側の前記圧電体層中に、前記端子電極に電気的に接続されていない非接続電極が形成され、
該非接続電極の端部が前記圧電積層体の前記両端部の端面のいずれか一方に露出しており、前記端子電極は、前記非接続電極の前記端部とは接続せず、前記非接続電極よりも前記圧電積層体の前記他方主面側に配置された前記電極と接続するように、前記圧電積層体の前記両端部にそれぞれ部分的に形成されていることを特徴とする圧電積層部品。 - 前記圧電積層体の前記一方主面側の前記圧電体層に替えて絶縁セラミック層を積層してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電積層部品。
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