JP5754879B2

JP5754879B2 - 振動体

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Publication number: JP5754879B2
Application number: JP2009196327A
Authority: JP
Inventors: 周平田畑; 寛之川村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2029-08-27
Also published as: JP2011049352A

Description

本発明は、振動体に関し、特に、コンピュータ、携帯電話機または小型端末機器用の平面スピーカ装置に用いられるバイモルフ型またはユニモルフ型の振動体に関するものである。

従来の積層型圧電素子は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、圧電体層の積層方向に形成された長方形状の一対の主面と内部電極層が長手方向に交互に引き出された一対の側面とを有する板状の積層体と、この積層体の長手方向の両端部に設けられた外部電極とを具備している。

従来の振動体は、図７に示すように、上記のような積層型圧電素子の一方の主面を支持板に接着剤を用いて接合することにより、バイモルフ型（図７（ａ））およびユニモルフ型（図７（ｂ））の振動体を作製していた（例えば、特許文献１参照）。

従来の振動体は、図７（ａ）に示すように、積層型圧電素子３０、３６を支持板３４の上下面に底面側接着剤層３５で接合して構成されている。

すなわち、積層型圧電素子３０、３６は、７層の圧電体３１と６層の内部電極層３２とを交互に積層してなる積層体と、この積層体の上下の主面に形成された表面電極層３３ａと、積層体の長手方向の両端部にそれぞれ設けられた一対の外部電極３３ｂとを具備している。積層体は板状であり、上下の主面が長方形状とされ、積層体の長手方向には、内部電極層３２が交互に引き出された一対の側面を有し、この一対の側面にはそれぞれ外部電極３３ｂが設けられている。

６層の内部電極層３２と２層の表面電極層３３ａは交互に電極層とされており、一対の外部電極３３ｂには、積層体の側面において３層ずつの内部電極層３２及び１層ずつの表面電極層３３ａが電気的に接続されている。

通常、支持板３４に接着剤を塗布し、この接着剤に積層型圧電素子３０、３６を押し当て、接合されるが、図７（ｂ）に示すように、外部電極３３ｂが積層体の支持板側の主面よりも支持板３４側に突出していたため、支持板３４上に接着剤を積層型圧電素子３０、３６の主面の面積よりも広い面積で塗布し、この接着剤に積層型圧電素子３０、３６を押し当てた状態で乾燥させて接合していた。

特開２００７−３２９４３１号公報

しかしながら、従来のバイモルフ型振動体では、平坦な支持板３４に積層型圧電素子３０、３６を接着剤で接合していたため、積層型圧電素子３０、３６を支持板３４を介して対称に接合することが困難であり、積層型圧電素子３０、３６の接合位置がずれやすいという問題があった。積層型圧電素子３０、３６を支持板３４を介して対称に接合できない場合には、積層型圧電素子３０、３６のそれぞれの振動が打ち消しあい、振動体の変位量が低下するという問題があった。

また、従来のユニモルフ型振動体では、平坦な支持板３４に積層型圧電素子３０を接合していたため、支持板３４上の積層型圧電素子３０の接合位置が、作製したユニモルフ型振動体毎に異なるおそれがあり、この場合には、ユニモルフ型振動体毎に振動特性が異なるという問題があった。

さらに、従来の振動体では、外部電極３３ｂが、積層体の主面よりも支持板３４側に突出していたため、外部電極３３ｂと支持板３４との接触を防止するため、接着剤層３５の厚みを厚くせざるを得ず、この厚い接着剤層３５が積層型圧電素子３０、３６の振動を吸収し、振動体の変位が低下し易いという問題があった。

さらに、積層体の支持板側の主面には、積層型圧電素子３０、３６を有効に振動すべく、表面電極層３３ａが形成されており、この表面電極層３３ａと支持板３４との電気的導通を阻止するためにも、接着剤層３５の厚みを厚くせざるを得ず、これにより振動体の変位が低下し易いという問題があった。

本発明は、支持板に積層型圧電素子を位置精度よく接合できる振動体を提供することを目的とし、さらには、変位量を向上できる振動体を提供することを目的とする。

本発明の振動体は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、一対の主面と該主面の長手方向の両端側に設けられた一対の側面とを有する積層体と、該積層体の前記一対の側面にそれぞれ設けられ前記内部電極層と交互に電気的に接続された一対の外部電極とを具備する積層型圧電素子と、該積層型圧電素子が接着剤層により接合された支持板とを具備する振動体であって、前記支持板に収容凹部が形成されており、該収容凹部に前記積層型圧電素子の前記主面側が収容され、前記収容凹部を構成する凹部底面および凹部側面と、前記積層型圧電素子の前記収容凹部に収容された前記主面および前記一対の側面との間に前記接着剤層が介在していることを特徴とする。

本発明では、支持体に形成された収容凹部に積層型圧電素子の主面側を収容するだけで、積層型圧電素子を支持板の所望位置に位置決めできるため、所望の振動が得られ、また、多数の振動体を作製した場合でも、振動特性のばらつきを抑制できる。

また、収容凹部に積層型圧電素子を収容し、収容凹部を構成する凹部底面および凹部側面と積層型圧電素子との間に接着剤層が介在し、積層型圧電素子が収容凹部に接合されているため、積層型圧電素子の振動方向が収容凹部を構成する凹部側面で拘束されることになり、積層型圧電素子の広がり振動を効果的に支持板に伝達することができ、従来よりも変位量を向上できる。

また、本発明の振動体は、前記積層体の前記支持板側の主面を、前記積層体の前記支持板側の最も外側に形成された絶縁セラミックスからなる不活性層の前記支持板側の面で構成し、前記不活性層が前記収容凹部に収容されているとともに、前記外部電極は、前記積層体の前記支持板側の主面には形成されていないことを特徴とする。

本発明の振動体では、積層体の支持板側に形成された主面を、積層体の支持板側の最外側に形成された絶縁セラミックスからなる不活性層の面により構成し、外部電極は、積層体の支持板側の主面には形成されていないため、外部電極と支持板の凹部底面や凹部側面との接触や、支持板側の表面電極層と支持板の凹部底面との導通を考慮する必要がないので、不活性層と支持板との間の間隔、言い換えると、不活性層と支持板の凹部底面および凹部側面とを接合するための接着剤層の厚みを十分に薄くできるため、接着剤層による積層型圧電素子の変位吸収が少なくなり、変位量を向上できる。

本発明の振動体は、前記積層体の前記支持板と反対側の主面には表面電極層が形成されていることを特徴とする。このような振動体では、最外側の圧電体層の表面には表面電極層が形成されているため、積層体の最外側の圧電体層も変位に寄与することができ、振動体の変位量を向上できる。

本発明の振動体では、支持体に形成された収容凹部に積層型圧電素子を収容するだけで、積層型圧電素子を支持板の所望位置に位置決めできるため、所望の振動が得られ、また、多数の振動体を作製した場合でも、振動特性のばらつきを抑制できる。さらに、積層型圧電素子の振動方向が収容凹部を構成する凹部側面で拘束されることになり、積層型圧電素子の広がり振動を効果的に支持板に伝達することができ、従来よりも変位量を向上できる。

（ａ）は本発明のバイモルフ型の振動体の断面図であり、（ｂ）は支持板の収容凹部にテーパ部を形成した状態を説明するための断面図である。本発明のバイモルフ型の振動体の平面図である。支持板の収容凹部と積層型圧電素子との間の接着剤層で積層型圧電素子を支持板に接合した状態を示す断面図である。導体層を有する本発明のバイモルフ型振動体を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。（ａ）は、積層体の長手方向側面が焼き肌面とされている積層型圧電素子を用いた振動体の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す断面図である。シミュレーションに使用したユニモルフ型の振動体を示すもので、（ａ）は従来の振動体、（ｂ）は支持板に収容凹部を形成し、この収容凹部に積層型圧電素子の主面を収容した場合の断面図である。従来の振動体を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は接着剤層を広く形成し、この接着剤層に積層型圧電素子を押し当てて接合した場合の断面図である。

（第１形態）
以下、本発明の実施形態を図１、図２に基づいて説明する。図１は本発明のバイモルフ型の振動体の断面図を、図２は平面図を示す。

本発明のバイモルフ型の振動体は、図１、２に示すように、積層型圧電素子１、３を支持板５の上下面に接着剤層６によりそれぞれ接合して構成されている。尚、本発明は、バイモルフ型の振動体に限定されるものではなく、支持板５の片側に積層型圧電素子が接合されたユニモルフ型の振動体であっても本発明の効果は得られる。

積層型圧電素子１、３は、６層のセラミックスからなる圧電体層７と６層の内部電極層９とを交互に積層してなり、支持板５側の最外側に絶縁セラミックからなる不活性層１１を有する積層体１３と、この積層体１３の支持板５と反対側に形成された表面電極層１５と、積層体１３の長手方向ｘの両端部にそれぞれ設けられた一対の外部電極１７、１９とを具備している。尚、図１（ａ）は理解を容易にするため、積層型圧電素子１、３の厚みを拡大して記載し、（ｂ）は、積層型圧電素子１、３の支持板５への接合状態を説明するための説明図である。

積層体１５は板状であり、上下の主面が長方形状とされ、積層体１５の主面の長手方向ｘには、内部電極層９が交互に引き出された一対の側面を有している。

図１の積層型圧電素子１で説明すると、積層体１５の上側の主面は圧電体層７の上面で構成され、積層体１３の下側の主面は不活性層１１の下面で構成されており、積層体１５の上側の主面には、表面電極層１５が形成されている。

この積層型圧電素子１、３の層構成を、図１の積層型圧電素子１で詳細に説明すると、絶縁セラミックからなる不活性層１１と、この不活性層１１の上面に形成された内部電極層９と、この内部電極層９上に形成された圧電体層７と、この圧電体層７の上面に交互に積層された前記内部電極層９、前記圧電体層７と、さらに積層体１３の最上層の圧電体層７上に形成された表面電極層１５とを具備している。

１層の不活性層１１と、６層の圧電体層７と、６層の内部電極層９とは積層された状態で同時焼成されて構成されている。表面電極層１５は、後述するように、積層体１３を作製した後、ペーストを塗布し焼き付けて形成されている。

不活性層１１は絶縁セラミックスからなるもので、上記した圧電体層７と同一成分を含有することが望ましく、特には、同一材料からなることが望ましい。また、不活性層１１の厚みは任意に設定できるが、不活性層１１の厚みが厚くなると絶縁性を向上できるものの、不活性層１１による振動抑制が大きくなるため、良好な振動を得るという点からは薄い方が望ましい。

また、製造上容易という点からは、圧電体層７と同一材料で同一厚みを有することが望ましい。これは、積層成形体を作成する際には、圧電体層７と同じグリーンシートを用いて作製することができるからである。

尚、不活性層１１は、圧電体層材料と同一にする必要はなく、絶縁性のセラミックスであれば、多少工程上複雑になるが、本発明の効果を得ることができる。

積層体１３の長方形状の主面は、幅が５ｍｍ以下で、長さが１０ｍｍ以上であることが望ましい。このような積層型圧電素子では、特に、主面の長手方向ｘの変位が大きくなり、支持板５に伝達される変位量が大きくなるため、後述するように、接着材層６による変位吸収を抑制する本発明を好適に用いることができる。積層体１３の長方形状の主面は、特に幅が５ｍｍ以下で、長さが１７ｍｍ以上の場合に、本発明を好適に用いることができる。

また、積層体１３の圧電体層７の積層数が３０層以下である場合には、積層型圧電素子の変位が小さいため、積層型圧電素子の変位を効率よく支持板に伝達する必要があるため、本発明をより好適に用いることができる。

圧電体層７としては、ＰＺ、ＰＺＴ、Ｂｉ層状化合物、ニオブ酸の１−５酸化物、タングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系圧電体材料等、従来用いられている圧電セラミックスを用いることができる。圧電体層７の厚みは、低電圧駆動という観点から、１０〜１００μｍとされている。

内部電極層９としては、銀とパラジウムからなる金属成分と圧電体層７を構成する材料成分を含有することが望ましい。内部電極層９に圧電体層７を構成する材料成分を含有することにより、圧電体層７と内部電極層９との熱膨張差による応力を低減することができ、積層不良のない積層型圧電素子１、３を得ることができる。内部電極層９は、特に、銀とパラジウムからなる金属成分に限定されるものではなく、また、セラミック成分として、圧電体層７を構成する材料成分に限定されるものではなく、他のセラミック成分であっても良い。

表面電極層１５と外部電極１７、１９は、銀からなる金属成分にガラス成分を含有することが望ましい。ガラス成分を含有することにより、圧電体層７や内部電極層９と、表面電極層１５または外部電極１７、１９との間に強固な密着力を得ることができる。

外部電極１７、１９は積層体１３の側面に形成され、この積層体１３の側面から、支持板５と反対側の積層体１３の主面の長手方向ｘの両端部まで、外部電極１７、１９が延設されており、支持板５と反対側の積層体１３の主面の長手方向ｘの一方端部では、外部電極１９が表面電極層１５に接続され、他方端部では、外部電極１７は、圧電体層７上に接合している。

積層型圧電素子１、３は、６層の内部電極層９と１層の表面電極層１５が交互に電極層とされており、一方（左側）の外部電極１７には、積層体１３の左側の側面において３層の内部電極層９が電気的に接続され、他方（右側）の外部電極１９には、積層体１３の右側の側面において３層の内部電極層９及び表面電極層１５が電気的に接続されている。

外部電極１７、１９は、不活性層１１の支持板５側の主面までは延設されておらず、不活性層１１の側面の一部を被覆している。言い換えると、外部電極１７、１９の支持板５側は、不活性層１１の支持板５側の主面には形成されておらず、不活性層１１の支持板５側の主面から、支持板５側には突出していない。

そして、本発明の振動体では、支持板５の所定位置に収容凹部２３が形成されており、該収容凹部２３に積層型圧電素子１、３の不活性層側が収容され、収容凹部２３を構成する凹部底面２３ａおよび凹部側面２３ｂと積層型圧電素子１、３との間に接着剤層６が介在しており、この接着剤層６により凹部底面２３ａおよび凹部側面２３ｂと積層型圧電素子１、３とが接合されている。

言い換えると、不活性層１１が収容凹部２３に収容されており、不活性層１１の支持板５側と凹部底面２３ａとが接着剤層６により接合され、不活性層１１の側面と凹部側面２３ｂとが接着剤層６により接合されている。不活性層１１の側面およびこの側面に形成された外部電極１７、１９と凹部側面２３ｂとが接着剤層６により接合される場合もあるが、収容凹部２３には、外部電極１７、１９が収容されていない、言い換えれば、支持板５の表面よりも外側に形成されていることが望ましい。

積層型圧電素子１、３の長さ方向における支持板５の凹部寸法は、積層型圧電素子１、３が収容凹部２３内に収容できる大きさとされていれば良く、積層型圧電素子１、３と収容凹部２３の凹部側面２３ｂとの隙間はなるべく狭いことが、変位を大きくするという点から望ましい。積層型圧電素子１、３の長さ方向の側面と収容凹部２３の凹部側面２３ｂとの隙間Ｌ１は、１００μｍ以下、特には５０μｍ以下であることが望ましい。

さらに、積層型圧電素子１、３の長さ方向の側面と収容凹部２３の凹部側面２３ｂとの間の接着剤層６は、なるべくヤング率が大きい方が望ましい。これにより、接着剤層６が硬いため、積層型圧電素子１、３の長さ方向の変位を支持板に伝達し易くなる。従って、積層型圧電素子１、３の長さ方向の側面と収容凹部２３の凹部側面２３ｂとの間の接着剤層６と、積層型圧電素子１、３の支持板側の主面と凹部底面２３ａとの間の接着剤層６とは異なる材料から形成されていても良い。

また、収容凹部２３の凹部側面２３ｂは、図１（ａ）に示すように、支持板５の主面に対してほぼ垂直であっても良いが、図１（ｂ）に示すように外側に向けて広がるテーパ部とされていることが望ましい。これにより、収容凹部２３を作製することが容易となり、また、収容凹部２３内に積層型圧電素子１、３を収容する作業が容易となる。

一般に、支持板５への積層型圧電素子１、３の接合位置が設計位置と異なり、位置ずれしてしまうと、積層型圧電素子１、３の振動が打ち消しあい、所望の振動が得られず、また、振動体毎に振動特性がばらつく原因となっていたが、本発明では、支持体５に形成された収容凹部２３に積層型圧電素子１、３を収容するだけで、積層型圧電素子１、３を支持板５の所望位置に位置決めできるため、所望の振動が得られ、また、多数の振動体を作製した場合でも、振動特性のばらつきを抑制できる。

また、収容凹部２３に積層型圧電素子１、３を収容し、収容凹部２３を構成する凹部底面２３ａおよび凹部側面２３ｂと積層型圧電素子１、３との間に接着剤層６が介在し、積層型圧電素子１、３が収容凹部２３に接合されているため、積層型圧電素子１、３の振動方向が収容凹部２３を構成する凹部側面２３ｂで拘束されることになり、積層型圧電素子１、３の広がり振動を効果的に支持板５に伝達することができ、従来よりも変位量を向上できる。また、収容凹部２３内に積層型圧電素子１、３の一部が入り込んで接着されるため、支持板５と積層型圧電素子１、３の接着がより強固となり、積層型圧電素子１、３の伸縮を支持板５に効果的に伝達することができる。

従来、広がり振動モードで振動する積層型圧電素子１、３では広がり振動を抑制しないように、積層型圧電素子１、３の両主面には表面電極層を形成し、振動に寄与する活性層としていた。従って、積層型圧電素子１、３を支持板５に接合する際には、積層型圧電素子１、３の表面電極層側を接着剤で支持板に接合する必要があり、積層型圧電素子１、３の表面電極層と支持板５との間の絶縁性を確保するため、接着剤層６の厚みを厚くせざるを得なかった。このため、接着剤層６により積層型圧電素子１、３の振動が吸収され、変位を支持板５に十分に伝達できなかった。

本発明の振動体では、積層体１３の支持板側に形成された主面を、積層体１３の支持板側の最外側に形成された絶縁セラミックスからなる不活性層１１の支持板側の面で構成し、外部電極１７、１９は、積層体１３の支持板側の主面には形成されていないため、外部電極１７、１９と支持板５との接触や、支持板側の積層体１３と支持板５との導通を考慮する必要がないので、不活性層１１と支持板５との間の間隔、言い換えると、不活性層１１と支持板５の凹部底面２３ａおよび凹部側面２３ｂとを接合するための接着剤層６の厚みを十分に薄くできるため、接着剤層６による積層型圧電素子１、３の変位吸収が少なくなり、変位量を向上できる。

積層型圧電素子１、３と支持板５の凹部底面２３ａとの間の接着剤層６の厚みｈ_１は２０μｍ以下とされている。特には、厚みｈ_１は１０μｍ以下であることが望ましい。このように、厚みｈ_１が２０μｍ以下である場合には、積層体１３の振動を支持板５に伝えやすくなるため、本発明をより好適に用いることができる。一方、厚みｈ_１を薄くしても、絶縁性セラミックスからなる不活性層１１が、積層体１３の最外層であるため、また、外部電極１７、１９は、不活性層１１の支持板側の面から突出していないため、積層体１３と支持板５との間の絶縁性を確保できる。

積層型圧電素子１、３と支持板５との収容凹部２３との間の接着剤層６を形成するための接着剤としては、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、ポリエステル系樹脂等公知のものを使用することができる。接着剤に使用する樹脂の硬化方法としては、熱硬化性、光硬化性、嫌気性硬化等いずれを用いても振動体を作製することができる。

尚、図３に示すように、積層型圧電素子１、３と支持板５の収容凹部２３との間の接着剤層６だけでなく、接着剤層２１により、外部電極１７、１９と収容凹部２３の外側に位置する支持板５の表面とを接合することにより、落下時等の衝撃による積層型圧電素子１、３の支持板５からの剥離を抑制できる。

本発明の振動体は、外部電極１７、１９を絶縁性の支持板５に形成された電極パターン、または導電性の支持板５そのものに導通せしめ、外部電極１７、１９間に電圧を印加し、積層型圧電素子が駆動することになる。また、積層型圧電素子１と積層型圧電素子３とは、一方が縮み他方が延びるように電圧が印加される。これにより、図１、３に示すようなバイモルフ型の振動体は、大きく振動することになる。

尚、図４に、支持板５が金属または合金からなり、一方の外部電極１７と支持板５とを導通するための導体層２５を形成した振動体を示す。この振動体では、他方の外部電極１９は導電部材で引き出され、外部電極１７、１９間に電圧が印加されることになる。

次に、本発明の振動体の製造方法について説明する。まず、圧電材料の粉末にバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤を混練し、スラリーを作製する。圧電材料としては、鉛系、非鉛系のうちいずれでも使用することができる。

次に、得られたスラリーをシート状に成形し、グリーンシートを得ることができ、グリーンシートに内部電極ペーストを印刷して内部電極パターンを形成し、この電極パターンが形成されたグリーンシートを所望の枚数積層し、最上層にはグリーンシートのみ積層して、積層成形体を作製する。

次に、この積層成形体を脱脂、焼成し、所定寸法にカットすることにより積層体１３を得ることができる。積層体１３は、必要に応じて外周部を加工し、積層体１３の圧電体層７の積層方向の片側主面に表面電極層１５のペーストを印刷し、引き続き、積層体１３の長手方向ｘの両側面に外部電極１７、１９のペーストを印刷し、所定の温度で電極の焼付けを行うことにより、図１に示す積層型圧電素子１、３を得ることができる。

次に、積層型圧電素子１、３に圧電性を付与するために表面電極層１５又は外部電極１７、１９を通じて直流電圧を印加して、積層型圧電素子１、３の分極を行う。

次に、支持板５に、例えば金型を用いて積層体１３が入る大きさの収容凹部２３を形成する。その後その収容凹部２３内に接着剤を塗布して、収容凹部２３内に積層型圧電素子１、３を収容し、凹部底面２３ａ側に押し当て、接着剤を凹部側面２３ｂと積層型圧電素子１、３の側面との間に回り込ませ、この後、接着剤を熱や紫外線を照射することにより硬化させ、本発明の振動体を得ることができる。
（第２形態）
図１に示したように、積層体１３の主面の長さが長くなればなるほど、言い換えれば、積層体１３の長さが長くなればなるほど、内部電極層９の主面の長手方向ｘの収縮量が大きくなり、積層体１３の側面から内部電極層９の先端の凹み量が大きくなるため、通常は、焼成した後、カットして内部電極層９を積層体１３の側面に露出させ、この側面に外部電極１７、１９を形成し、接続信頼性を図ることが行われているが、この形態では、焼成後にカットすることなく、外部電極１７、１９の積層体１３側面からの接合強度を向上するため、積層体１３の側面が焼き肌面とされている。

この形態について、説明する。この形態の振動体では、図５に示すように、積層型圧電素子１、３と支持板５の収容凹部２３との間が接着剤層６で接合され、かつ外部電極１７、１９の露出面の一部と支持板５とが側面側の接着剤層２１で接合されている。言い換えれば、側面側の接着剤層２１は、外部電極１７、１９の露出面の一部に付着し、裾が広がるようにして支持板５の表面にも付着している。

側面側の接着剤層２１は、接着剤層６と連続しており、本発明では、収容凹部２３と積層型圧電素子１、３との間の接着剤層を接着剤層６とし、それよりも外側に位置する接着剤層を側面側の接着剤層２１と定義した。

そして、この形態では、積層体１３の一対の側面が焼き肌面とされている。従って、積層体１３の主面の長手方向ｘの側面は圧電体層７を構成するセラミック粒子による形状が反映され、図５（ｂ）に示すように、セラミック粒子により凹凸が形成されており、また、内部電極層９の焼成収縮により、積層体１３の側面には開口部が形成されており、セラミック粒子による凹凸が形成されている。また、内部電極層９の焼成収縮による開口部を有する側面に、外部電極１７、１９の電極ペーストを塗布して外部電極１７、１９を形成することにより、セラミック粒子による凹凸に外部電極材料が噛み込み、また開口部に外部電極材料が入り込み、この状態で焼き付き、積層体１３の側面への外部電極１７、１９の接合強度を向上することができる。

特に、外部電極１７、１９の支持板５側は、積層体１３の支持板５側の主面には形成されておらず、積層体１３への外部電極１７、１９の接合強度が低下し易いため、この形態を好適に用いることができる。また、焼結後、積層体１３の側面を平坦にする等の加工をしないため、加工費用を削減でき、作製コストを削減できる。

ここで、焼き肌面とは、焼結後、ダイシングやバレルなどで積層体１３の側面を平坦にする等の加工をせず、焼結後そのままの磁器表面を有することをいう。

次に、上記振動体の製造方法について説明する。第１形態のようにして積層成形体を作製する。この積層成形体を所望の形状に切断し、個片状の素子用積層成形体を作製する。切断する際は、内部電極パターンが素子用積層成形体の側面に、交互に露出するように切断する。

次に、この素子用積層成形体を脱脂、焼成することにより積層体１３を得ることができる。焼成後、積層体１３の外部電極１７、１９が形成される側面は、何ら加工されないため、圧電体層７の側面は、圧電体層７を構成するセラミック粒子により凹凸が形成されている。また、内部電極層９は圧電体層７に比べ焼結収縮が大きいため、外部電極１７、１９と接続されるはずの内部電極層９の先端は、積層体１３の側面から少々凹んで存在しており、言い換えると、積層体１３の側面には、内部電極層９の収縮による開口部が形成されている。

この後、積層体１３の圧電体層７の積層方向の両主面に表面電極層１５のペーストを印刷し、引き続き、積層体１３の長手方向ｘの両側面に外部電極１７、１９のペーストを印刷し、所定の温度で電極の焼付けを行うことにより、図５に示す積層型圧電素子１、３を得ることができる。外部電極１７、１９のペーストを印刷、焼き付けすることにより、上記積層体１３の側面に形成された開口部には外部電極１７、１９のペーストが入り込み、内部電極層９に外部電極１７、１９が接続されることになる。尚、積層体１３の長さが長く、内部電極層９の焼成収縮量が大きく、開口部が長い場合には、真空引きすることにより、開口部に外部電極１７、１９のペーストを入り易くし、内部電極層９と外部電極１７、１９との接続を確実に行うことができる。

このような積層型圧電素子１、３では、積層体１３の側面への外部電極１７、１９の接合強度を向上することができるため、支持板５の収容凹部２３内に外部電極１７、１９を収容する必要がなくなり、支持板５への積層型圧電素子１、３の接合強度をさらに向上でき、積層型圧電素子１、３の変位を支持板５に効率良く伝達できる。

図６（ａ）に示すように、支持板の片側を固定し、この支持板の上面に積層型圧電素子を接着剤層で接合した比較例のモデルを作製し、ユニモルフの変位量を、有限要素法を用いたシミュレーション（ＡＮＳＹＳ）により算出した。積層体４１は５０μｍの圧電体層４２を１０層積層し、外寸法は長さ２６ｍｍ、幅３．５ｍｍとした。またシミュレーションにはｅ_３１＝−１７Ｃ／ｍ^２、ｅ_３３＝２０Ｃ／ｍ^２を積層体４１の物性値として用いた。また支持板４３は長さ３０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍとし、物性値にはヤング率１３０ＧＰａ、密度８１５０ｋｇ／ｍ^３、ポアソン比０．３５を用いた。また接着剤層４４の物性値としてヤング率０．８ＧＰａ、密度１２００ｋｇ／ｍ^３、ポアソン比０．３０を用いた。

２００Ｖ／ｍｍの電界強度を印加して駆動させた際のユニモルフの変位量は接着剤層４４の厚みにより変化し、接着剤層４４の厚みｈとユニモルフの変位量は、厚みｈが５０μｍで４１．２μｍ、厚みｈが３０μｍで４２．２μｍ、厚みｈが１０μｍで４３．２μｍであった。

これに対して、図６（ｂ）に示すように、支持版の上面に収容凹部を形成し、この収容凹部内に積層型圧電素子の一部を収容した本発明のモデルを作製し、ユニモルフの変位量を、有限要素法を用いたシミュレーションにより算出した。シミュレーションに用いた物性値は上記比較例の場合と同様である。なお支持板４３の中央部に深さｈ２、長さ（２６＋２Ｌ１）ｍｍの収容凹部を形成した。

２００Ｖ／ｍｍの電界強度を印加して駆動させた際のユニモルフの変位量を算出した。接着剤層４４の厚みｈ１を１０μｍに、Ｌ１を５０μｍに固定すると、収容凹部の深さｈ２が１５０μｍで変位量が４５．３μｍ、ｈ２が１００μｍで４５．９μｍ、ｈ２が５０μｍで４５．０μｍ、ｈ２が２０μｍで４４．０μｍとなった。

また同様に接着剤層４４の厚みｈ１を１０μｍに、収容凹部の深さｈ２を１００μｍにそれぞれ固定すると、Ｌ１が１００μｍで変位量が４５．６μｍ、Ｌ１が５０μｍで４５．９μｍ、Ｌ１が１０μｍで４６．９μｍとなった。

これらの結果から、支持板の収容凹部に積層型圧電素子の主面側を収容し、収容凹部を構成する凹部底面および凹部側面と積層型圧電素子との間に接着剤層が介在し、積層型圧電素子が収容凹部に接合されているため、積層型圧電素子が支持板に強固に接合され、また、積層型圧電素子の振動が収容凹部を構成する凹部側面で拘束されることになり、積層型圧電素子の広がり振動を効果的に支持板に伝達することができ、従来よりも変位量を向上できることがわかる。

１、３・・・積層型圧電素子
５・・・支持板
６・・・接着剤層
７・・・圧電体層
９・・・内部電極層
１１・・・不活性層
１３・・・積層体
１５・・・表面電極層
１７、１９・・・外部電極
２３・・・収容凹部
２３ａ・・・凹部底面
２３ｂ・・・凹部側面
ｘ・・・主面の長手方向

Claims

圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、一対の主面と該主面の長手方向の両端側に設けられた一対の側面とを有し、前記一対の主面の一方である第１の主面が不活性層の面により構成された積層体と、
該積層体の前記一対の側面にそれぞれ設けられ前記内部電極層と交互に電気的に接続された一対の外部電極とを具備する積層型圧電素子と、
該積層型圧電素子の前記第１の主面側が接着剤層により接合された支持板とを具備する振動体であって、
前記支持板に収容凹部が形成されており、該収容凹部に前記積層型圧電素子の前記不活性層の少なくとも一部が収容され、
前記収容凹部を構成する凹部底面および凹部側面と、前記積層型圧電素子の前記収容凹部に収容された前記第１の主面側および前記一対の側面側との間に前記接着剤層が介在していることを特徴とする振動体。
前記外部電極が、前記第１の主面には形成されていないことを特徴とする請求項１に記載の振動体。
前記積層体の前記一対の主面の他方である第２の主面には表面電極層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動体。