JP6094075B2 - 圧電素子及び圧電素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子及び圧電素子の製造方法に関する。

圧電素子として、複数の圧電体層が積層されていると共に、複数の圧電体層の積層方向で互いに対向する第一及び第二主面を有する積層体と、第一主面上に配置された表面電極と、表面電極に対向するように前記積層体内に配置された内部電極と、を備えたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。圧電素子は、一般に、複数の圧電体層用グリーンシートを用意する過程と、用意された複数の圧電体層用グリーンシートを積層してグリーンシート積層体を得る過程と、得られたグリーンシート積層体をプレスする過程と、プレスされたグリーンシート積層体を焼成する過程と、を経て製造される。

特開２００７−３２４４９１号公報

圧電素子が搭載される装置の小型化に伴い、圧電素子自体の小型化が進められている。圧電素子の小型化としては、変位部位の表面積を縮小し、且つ変位部位の数を増加させることが検討されている。このように、変位部位を小さくした場合、従来の圧電素子と同様の特性（変位）を得るためには、圧電素子の厚みを薄くする必要がある。

厚みが薄い圧電素子では、表面電極（又は熱処理などにより表面電極となる電極パターン）は、焼成過程の前に形成しておくことが好ましい。焼成過程の後に表面電極又は上記電極パターンを形成したのでは、圧電素子が薄いことにより、表面電極の形成時に、圧電素子（積層体）に割れやクラックが生じる懼れがある。

焼成過程の前に上記電極パターンを形成する場合、以下のような問題が生じる懼れがある。すなわち、プレス過程後のグリーンシート積層体に表面電極となる電極パターンをスクリーン印刷法などの手法により形成した場合、グリーンシート積層体と上記電極パターンとの密着状態が良好ではなく、焼成過程後に、表面電極の被覆面積が縮小したり、表面電極が積層体から剥離したりする懼れがある。

グリーンシート積層体と電極パターンとの密着状態を良好とするために、表面電極となる電極パターンをプレス過程の前に形成しておくことが考えられる。プレス過程では、一般に、金型を用いた一軸プレスにより、グリーンシート積層体を加圧している。表面電極となる電極パターンが形成されたグリーンシート積層体を一軸プレスにより加圧すると、金型が圧電体層用グリーンシートの表面に当接する前に上記電極パターンと当接することとなり、上記電極パターン全体が圧電体層用グリーンシート（グリーンシート積層体）に埋没してしまう。このため、表面電極となる電極パターンが配置されている領域と配置されていない領域とで、グリーンシートに密度むらが生じ、領域によって焼結速度が異なってしまう。このように焼結速度が異なる領域が存在していると、焼成過程により得られた積層体（圧電素子）に反りやうねりが発生する懼れがある。

本発明は、上述された製造過程での不具合が解消された圧電素子及び圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る圧電素子の製造方法は、電極パターンが形成された複数の圧電体層用グリーンシートを用意する工程と、用意された複数の圧電体層用グリーンシートを積層して、電極パターンが表面上に配置されたグリーンシート積層体を得る工程と、得られたグリーンシート積層体を温間等方圧プレスにより加圧する工程と、加圧されたグリーンシート積層体を焼成する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る圧電素子の製造方法では、電極パターンが形成された複数の圧電体層用グリーンシートを用意し、用意された複数の圧電体層用グリーンシートを積層して、電極パターンが表面上に配置されたグリーンシート積層体を得ている。そして、得られたグリーンシート積層体を温間等方圧プレスにより加圧した後、加圧されたグリーンシート積層体を焼成する。電極パターンが表面上に配置されたグリーンシート積層体を温間等方圧プレスにより加圧するため、表面上に配置された電極パターンとグリーンシートとの密着性が高まる。このため、グリーンシート積層体の焼成後に、グリーンシート積層体の表面上に配置された電極パターンから得られた電極の被覆面積が減少するのを抑制することができると共に、当該電極がグリーンシート積層体から得られる焼結体から剥離するのを抑制することができる。

また、電極パターンが表面上に配置されたグリーンシート積層体を温間等方圧プレスにより加圧する際に、表面上に配置された電極パターンとグリーンシート積層体（グリーンシート積層体の上記表面を構成するグリーンシートにおける電極パターンから露出する部分）とにプレス圧力がほぼ同時にかかるため、グリーンシートに密度むらが生じ難く、焼結速度が異なる領域が生じ難い。これにより、グリーンシート積層体を焼成する過程において、反りやうねりの発生を抑制することができる。

複数の圧電体層用グリーンシートを用意する工程では、複数の電極パターンが形成された圧電体層用グリーンシートを用意し、グリーンシート積層体を得る工程では、複数の電極パターンが表面上に配置されたグリーンシート積層体を得てもよい。この場合、表面上に配置された各電極パターンと、グリーンシート積層体の上記表面を構成するグリーンシートにおける各電極パターンから露出する部分と、にほぼ均一にプレス圧力がかかる。このため、グリーンシート積層体から得られる焼結体の表面に位置する各電極と当該焼結体の内部に位置する電極との間隔にばらつきが生じ難く、焼結体の表面に位置する電極毎での特性ばらつきが生じ難い。

本発明に係る圧電素子は、複数の圧電体層が積層されていると共に、複数の圧電体層の積層方向で互いに対向する第一及び第二主面を有する積層体と、表面が第一主面から突出するように第一主面上に配置された表面電極と、表面電極に対向するように積層体内に配置された内部電極と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る圧電素子では、上述したように、表面電極の被覆面積が減少するのが抑制されていると共に、表面電極が積層体から剥離するのが抑制されている。また、本発明では、表面が積層体の第一主面から突出するように第一主面上に配置されているので、圧電素子の製造過程、特に、焼成過程において、反りやうねりの発生が抑制されている。

表面電極における第一主面から突出した部分の厚みが、表面電極における第一主面から圧電体層内に埋没した部分の厚みよりも厚くてもよい。この場合でも、焼成過程における反りやうねりの発生を抑制することができる。

複数の表面電極が、第一主面上に配置されていてもよい。この場合、各表面電極と内部電極との間隔にばらつきが生じ難く、表面電極毎での特性ばらつきが生じ難い。

本発明によれば、上述された製造過程での不具合が解消された圧電素子及び圧電素子の製造方法を提供することができる。

本実施形態に係る圧電素子の断面構成を説明するための図である。 本実施形態に係る圧電素子の構成を示す分解斜視図である。 個別電極を示す平面図である。 個別電極と圧電体層との断面構成を説明するための図である。 共通電極を示す平面図である。 本実施形態の変形例に係る圧電素子の断面構成を説明するための図である。 本実施形態変形例に係る圧電素子の構成を示す分解斜視図である。 共通電極を示す平面図である。 共通電極を示す平面図である。 本実施形態の変形例に係る圧電素子の断面構成を説明するための図である。 本実施形態変形例に係る圧電素子の構成を示す分解斜視図である。 個別電極を示す平面図である。 共通電極を示す平面図である。 個別電極を示す平面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な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。

まず、図１〜図５を参照して、本実施形態に係る圧電素子Ｐ１の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る圧電素子の断面構成を説明するための図である。図２は、本実施形態に係る圧電素子の構成を示す分解斜視図である。図３は、個別電極を示す平面図である。図４は、個別電極と圧電体層との断面構成を説明するための図である。図５は、共通電極を示す平面図である。

圧電素子Ｐ１は、直方体形状の積層体２を備えており、いわゆる積層型圧電素子である。積層体２は、その外表面として、互いに対向する主面２ａと主面２ｂとを有している。圧電素子Ｐ１は、長さが２０ｍｍ程度、幅が２５ｍｍ程度、高さが４０μｍ程度である。圧電素子Ｐ１の厚みは、１００μｍ以下に設定される。

積層体２は、図２にも示されるように、主面２ａと主面２ｂとの対向方向に複数の圧電体層１１，１２が積層されて構成されている。主面２ａと主面２ｂとの対向方向と、圧電体層１１，１２の積層方向と、が一致する。本実施形態では、２層の圧電体層１１，１２が積層されている。積層体２では、主面２ａから主面２ｂに向かう方向で、圧電体層１１、圧電体層１２の順で積層されている。圧電体層１１は、積層体２の主面２ａを構成する。圧電体層１２は、積層体２の主面２ｂを構成する。

圧電体層１１は、圧電性セラミック材料からなり、「２０ｍｍ×２５ｍｍ×２５μｍ」の長方形薄板形状を呈している。圧電体層１２は、圧電性セラミック材料からなり、「２０ｍｍ×２５ｍｍ×１５μｍ」の長方形薄板形状を呈している。主面２ｂを構成する圧電体層１２の厚みは、主面２ａを構成する圧電体層１１の厚みよりも薄く設定されている。圧電性セラミック材料としては、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電性セラミック材料を用いることができる。

圧電素子Ｐ１は、複数の個別電極２０と、接続用電極３０、共通電極４０と、を備えている。各電極２０，３０，４０は、導電性材料（たとえば、Ｐｄ−Ａｇ合金、Ｐt−Ａｇ合金、Ｐｄ−Ａｕ合金、Ｃｕなど）からなる。各電極２０，３０，４０は、上述した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る。

複数の個別電極２０は、主面２ａ上、すなわち圧電体層１１上に配置されている。複数の個別電極２０は、図３に示されるように、マトリックス状に配置されている。各個別電極２０は、互いに所定の間隔を有して配置されることで、主面２ａ上での電気的な絶縁が図られ、且つ互いの振動による影響が防止されている。個別電極２０は、積層体２の主面２ａに配置される表面電極である。

圧電体層１１の長手方向を行方向、当該長手方向に直交する方向を列方向とすると、個別電極２０は、たとえば７５行８列（＝６００個）に配列されている。具体的には、個別電極２０は、列方向において２つの個別電極２０が近接してそれぞれ配置されており、この２つの個別電極２０の組が所定の間隔を有して４列配置されている。近接して配置された２つの個別電極２０の組では、行方向において、個別電極２０が互いに１個分だけずれて配置されている。個別電極２０は、たとえば０．４ｍｍ×０．２ｍｍの長方形状に形成され、その長手方向が圧電体層１１の長手方向に直交するように配置されている。個別電極２０の厚みは、たとえば１〜２μｍである。

各個別電極２０は、図４にも示されるように、その表面が主面２ａから突出するように主面２ａ上に配置されている。本実施形態では、各個別電極２０は、その一部が圧電体層１１に埋まっている。各個別電極２０における主面２ａから突出した部分の厚みＴ１が、各個別電極２０における主面２ａから圧電体層１１内に埋没した部分の厚みＴ２よりも厚く設定されている。厚みＴ２は、たとえば、厚みＴ１と厚みＴ２との和の２〜１５％に設定される。個別電極２０が圧電体層１１に埋まりすぎると、すなわち、厚みＴ２が大きすぎると、内部に位置する電極（本実施形態では、共通電極４０）の変形により、信頼性の低下や圧電特性のばらつきなどが生じる懼れがある。厚みＴ２が小さすぎると、個別電極２０の剥離が生じる懼れがある。

接続用電極３０は、主面２ａ上、すなわち圧電体層１１上に配置されている。接続用電極３０は、圧電体層１１における長手方向の縁部に位置している。各接続用電極３０も、個別電極２０と同じく、その表面が主面２ａから突出するように主面２ａ上に配置されている。各接続用電極３０における主面２ａから突出した部分の厚みも、各接続用電極３０における主面２ａから圧電体層１１内に埋没した部分の厚みよりも厚く設定されている。

接続用電極３０は、その直下において圧電体層１１に配置されたスルーホール導体ＴＥに接続されている。接続用電極３０は、たとえば０．４ｍｍ×０．２ｍｍの長方形状に形成され、その長手方向が圧電体層１１の長手方向に直交するように配置されている。接続用電極３０の厚みは、たとえば１〜２μｍである。

共通電極４０は、積層体２内に配置されている。共通電極４０は、主面２ｂを構成する圧電体層１２と、圧電体層１２と隣り合う圧電体層１１と、に挟まれて位置している。すなわち、共通電極４０は、圧電体層１１と圧電体層１２との間に位置している。

共通電極４０は、図５にも示されるように、積層方向から見て圧電体層１１，１２と同一形状に形成されている。すなわち、共通電極４０は、圧電体層１１，１２における共通電極４０に隣接する面（共通電極４０に接触する面）全体が共通電極４０に覆われるように、ベタ状に形成されている。個別電極２０及び接続用電極３０と、共通電極４０と、は圧電体層１１を介して対向している。共通電極４０の厚みは、たとえば１．１〜２．６μｍである。すなわち、共通電極４０の厚みは、個別電極２０及び接続用電極３０の厚みよりも厚く設定されている。

共通電極４０は、スルーホール導体ＴＥに接続されている。したがって、共通電極４０は、スルーホール導体ＴＥを通して、接続用電極３０と電気的に接続されている。スルーホール導体ＴＥは、接続用電極３０と共通電極４０を電気的に接続するための導体である。

圧電素子Ｐ１では、所定の個別電極２０と接続用電極３０との間に電圧（たとえば、個別電極２０を正の電位、接続用電極３０を負の電位）を印加すると、所定の個別電極２０と共通電極４０との間に電圧が印加されることとなる。これにより、圧電体層１１における、個別電極２０と共通電極４０とで挟まれる領域Ｒに電界が生じ、当該領域Ｒが活性部として変位する。

次に、上述した圧電素子Ｐ１の製造過程について説明する。

まず、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とし、Ｎｂ（ニオブ）やＳｒ（ストロンチウム）を添加した圧電セラミクス材料粉体に、有機バインダ及び有機溶剤などを混合して基体ペーストを作製する。次いで、作製した基体ペーストを用いて、各圧電体層１１，１２となる所定の厚みのグリーンシートを、たとえばドクターブレード法により成形する（グリーンシート準備過程）。このとき、圧電体層１２となるグリーンシートの厚みを、圧電体層１１となるグリーンシートの厚みよりも薄く設定しておく。

また、所定比率のパラジウム（Ｐｄ）と銀（Ａｇ）とからなる金属材料（たとえば、Ｐｄ：Ａｇ＝３：７）に有機バインダ及び有機溶剤などを混合することにより、電極パターン用の導電ペーストを作製する。金属材料は、Ｐｄの代わりにＰｔ（白金）を用いたり、Ａｇの代わりにＡｕ（金）を用いたりすることができる。金属材料としては、Ｃｕ（銅）を用いることもできる。

続いて、圧電体層１１となるグリーンシートの所定の位置に、レーザ光を照射してスルーホールを形成する。用いるレーザは、ＹＡＧの３次高周波レーザである。スルーホールの孔径は、たとえば４０〜５０μｍとする。

次に、圧電体層１１となるグリーンシートに対して、個別電極２０及び接続用電極３０に対応する電極パターンを形成する（パターン形成過程）。この電極パターンの形成により、スルーホール内に導電ペーストが充填される。圧電体層１２となるグリーンシートに対して、共通電極４０に対応する電極パターンを形成する。各電極パターンの形成は、上述した導電ペーストを用いたスクリーン印刷にて行う。これにより、対応する電極パターンが形成された複数の圧電体層用のグリーンシートが用意される。

次に、各電極パターンが形成された複数のグリーンシートを上述した順序となるように積層する（積層過程）。これにより、グリーンシート積層体が得られる。個別電極２０及び接続用電極３０に対応する電極パターンが形成されたグリーンシートは、個別電極２０及び接続用電極３０に対応する電極パターンがグリーンシート積層体の表面に位置するように、積層される。

その後、積層された２枚のグリーンシートを積層方向にプレスして、積層体グリーンを作製する（プレス過程）。プレスは、たとえば、温間等方圧プレス（Warm Isostatic Press：ＷＩＰ）により行うことができる。温間等方圧プレスの条件は、たとえば、水温６５℃程度であり、圧力８０ＭＰａ程度である。プレスは、温間等方圧プレスに限られず、金型を用いた一軸プレス機などを用いて行うようにしてもよい。

作製した積層体グリーンを安定化ジルコニアで構成されたセッターに載置し、４００℃前後で脱脂（脱バインダ）する。その後、積層体グリーンが載置されたセッターをマグネシア質の匣鉢（さや）に入れ、１１００℃程度で焼成して焼結体を得る（焼成過程）。そして、１００℃程度で３分間に渡って電界強度２ｋＶ／ｍｍになるように分極処理を行い、圧電素子Ｐ１を得る。

以上のように、本実施形態では、個別電極２０及び接続用電極３０に対応する電極パターンが表面上に配置されたグリーンシート積層体を温間等方圧プレスにより加圧するため、個別電極２０及び接続用電極３０に対応する電極パターンとグリーンシートとの密着性が高まる。このため、グリーンシート積層体の焼成後に、個別電極２０及び接続用電極３０の被覆面積が減少するのを抑制することができると共に、個別電極２０及び接続用電極３０が積層体２（圧電体層１１）から剥離するのを抑制することができる。

個別電極２０及び接続用電極３０に対応する電極パターンが表面上に配置されたグリーンシート積層体を温間等方圧プレスにより加圧する際に、個別電極２０及び接続用電極３０に対応する電極パターンとグリーンシート積層体（圧電体層１１となるグリーンシートにおける電極パターンから露出する部分）とにプレス圧力がほぼ同時にかかるため、圧電体層１１となるグリーンシートに密度むらが生じ難く、焼結速度が異なる領域が生じ難い。これにより、グリーンシート積層体を焼成する過程において、反りやうねりの発生を抑制することができる。すなわち、圧電素子Ｐ１では、反りやうねりの発生が抑制されている。

本実施形態では、複数の個別電極２０に対応する複数の電極パターンが形成された圧電体層用のグリーンシートを用意し、複数の個別電極２０に対応する複数の電極パターンが表面上に配置されたグリーンシート積層体を得ている。表面上に配置された各電極パターンと、圧電体層１１となるグリーンシートにおける各電極パターンから露出する部分と、にほぼ均一にプレス圧力がかかる。このため、積層体２の主面２ａに位置する各個別電極２０と積層体２の内部に位置する共通電極４０との間隔にばらつきが生じ難く、個別電極２０毎での特性ばらつきが生じ難い。特に、圧電素子Ｐ１をポンプの駆動装置として使用する場合には、吐出ばらつきが生じるのを抑制することができる。

本実施形態では、各電極２０，３０における主面２ａから突出した部分の厚みが、各個別電極２０，３０における主面２ａから圧電体層１１内に埋没した部分の厚みよりも厚く設定されている。グリーンシート積層体を温間等方圧プレスにより加圧した場合、個別電極２０及び接続用電極３０に対応する電極パターンの一部が圧電体層１１となるグリーンシート内に埋まってしまうことがある。この場合でも、反りやうねりの発生を抑制する効果を得ることができる。

本実施形態では、主面２ｂを構成する圧電体層１２の厚みが、圧電体層１１の厚みよりも薄く設定され、共通電極４０の厚みが、個別電極２０及び接続用電極３０の厚みよりも厚く設定されている。これにより、電極２０，３０，４０のバランスの非対称さが緩和され、圧電素子Ｐ１の製造過程、特に、焼成過程において、積層体２に反りやうねりの発生をより一層抑制することができる。また、圧電体層１２の厚みが圧電体層１１の厚みよりも薄いため、圧電体層１１（領域Ｒ）の変位を効率的に伝えることができる。

圧電体層１２の厚みは、圧電体層１１の厚みに対して、１０〜６０％薄く設定されることが好ましく、２０〜５０％薄く設定されることがより好ましい。共通電極４０の厚みは、個別電極２０及び接続用電極３０の厚みに対して、５〜５０％厚く設定されることが好ましく、１０〜３０％厚く設定されることがより好ましい。

本実施形態では、共通電極４０の厚みが、個別電極２０及び接続用電極３０の厚みよりも厚く設定されているが、少なくとも、個別電極２０の厚みよりも厚く設定されていればよい。すなわち、共通電極４０の厚みは、接続用電極３０の厚みよりも薄く設定されていてもよい。接続用電極３０の数は、個別電極２０の数よりも極めて多いため、電極のバランスに対する寄与度が極めて小さい。したがって、電極のバランスに対する寄与度が大きい個別電極２０に着目して、共通電極４０の厚みが、個別電極２０の厚みよりも厚く設定されていればよい。

続いて、図６〜図９を参照して、本実施形態の変形例に係る圧電素子Ｐ２の構成を説明する。図６は、本実施形態の変形例に係る圧電素子の断面構成を説明するための図である。図７は、本実施形態変形例に係る圧電素子の構成を示す分解斜視図である。図８及び図９は、共通電極を示す平面図である。本変形例は、共通電極の構成に関して、上述した実施形態と相違する。

本変形例に係る圧電素子Ｐ２は、積層体２、複数の個別電極２０、複数の接続用電極３１，３２，３３、及び複数の共通電極４１，４２を備えている。積層体２は、３層の圧電体層１１，１２，１３が積層されてなる。実際の積層体２では、各圧電体層１１，１２，１３の間の境界が視認できない程度に一体化されている。図６では、各圧電体層１１，１２，１３の間の境界に相当する位置が、一点鎖線にて示されている。

圧電体層１３は、圧電体層１１と圧電体層１２との間に位置し、圧電体層１１と同じく、圧電性セラミック材料からなり、「２０ｍｍ×２５ｍｍ×２５μｍ」の長方形薄板形状を呈している。圧電体層１２の厚みは、圧電体層１１，１３の厚みよりも薄く設定されている。本変形例に係る圧電素子Ｐ２は、長さが２０ｍｍ程度、幅が２５ｍｍ程度、高さが６５μｍ程度である。

接続用電極３１，３２は、接続用電極３０と同様に、主面２ａ上、すなわち圧電体層１１上に配置されている。接続用電極３１，３２は、圧電体層１１における長手方向の縁部に位置している。各接続用電極３１，３２も、接続用電極３０と同じく、その表面が主面２ａから突出するように主面２ａ上に配置されている。各接続用電極３１，３２における主面２ａから突出した部分の厚みも、各接続用電極３１，３２における主面２ａから圧電体層１１内に埋没した部分の厚みよりも厚く設定されている。

接続用電極３１，３２は、図７に示されるように、その直下において圧電体層１１に配置されたスルーホール導体ＴＥ１，ＴＥ２にそれぞれ接続されている。接続用電極３１，３２は、たとえば０．４ｍｍ×０．２ｍｍの長方形状に形成され、その長手方向が圧電体層１１の長手方向に直交するように配置されている。接続用電極３１，３２の厚みは、たとえば１〜２μｍである。

共通電極４１，４２は、積層体２内に配置されている。共通電極４１は、主面２ｂを構成する圧電体層１２と、圧電体層１２と隣り合う圧電体層１３と、に挟まれて位置している。すなわち、共通電極４１は、圧電体層１２と圧電体層１３との間に位置している。共通電極４２は、主面２ａを構成する圧電体層１１と、圧電体層１１と隣り合う圧電体層１３と、に挟まれて位置している。すなわち、共通電極４２は、圧電体層１１と圧電体層１２との間に位置している。

共通電極４１は、積層方向から見て、各個別電極２０の一部と重なっている。共通電極４１は、図８にも示されるように、行方向に配列された複数の個別電極２０の一部と重なるように積層体２の長手方向に延びる複数の第一電極部分と、圧電体層１２の全縁を囲むように延びる第二電極部分と、を含んでいる。

共通電極４２は、積層方向に見て、個別電極２０と共通電極４１との間に位置し、積層方向から見て、各個別電極２０の残部と重なっている。すなわち、各個別電極２０は、積層方向から見て、共通電極４１と共通電極４２とで全体が覆われることとなる。共通電極４２は、図９にも示されるように、行方向に配列された複数の個別電極２０の一部と重なるように積層体２の長手方向に延びる複数の第一電極部分と、これらの電極部分の端部を連結するように積層体２の短手方向（長手方向に直交する方向）に延びる複数の第二電極部分と、を含んでいる。本実施形態は、共通電極４２は、八つの第一電極部分と二つの第二電極部分とを含んでいる。

共通電極４２は、スルーホール導体ＴＥ２に接続されている。したがって、共通電極４２は、スルーホール導体ＴＥ２を通して、接続用電極３２と電気的に接続されている。スルーホール導体ＴＥ２は、接続用電極３２と共通電極４２を電気的に接続するための導体である。

接続用電極３３は、圧電体層１１と圧電体層１３との間に配置されており、接続用電極３１に対応する位置に配置されている。接続用電極３３は、スルーホール導体ＴＥ１に接続されていると共に、その直下において圧電体層１３に配置されたスルーホール導体ＴＥ３に接続されている。共通電極４１は、スルーホール導体ＴＥ３に接続されている。スルーホール導体ＴＥ１は、接続用電極３１と接続用電極３３を電気的に接続するための導体である。スルーホール導体ＴＥ３は、接続用電極３３と共通電極４１とを電気的に接続するための導体である。

接続用電極３３は、たとえば０．４ｍｍ×０．２ｍｍの長方形状に形成され、その長手方向が積層体２の長手方向に直交するように配置されている。接続用電極３３の厚みは、たとえば１〜２μｍである。接続用電極３１，３２，３３及び共通電極４１，４２も、上述した導電性材料からなる。各電極３１，３２，３３，４１，４２は、上述した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る。

本変形例の圧電素子Ｐ２では、所定の個別電極２０と接続用電極３１，３２との間に電圧（たとえば、個別電極２０を正の電位、接続用電極３１，３２を負の電位）を印加すると、所定の個別電極２０と共通電極４１，４２との間に電圧が印加されることとなる。これにより、圧電体層１１における、個別電極２０と共通電極４１とで挟まれる領域Ｒ１及び個別電極２０と共通電極４２とで挟まれる領域Ｒ２に電界が生じ、当該領域Ｒ１，Ｒ２が活性部として変位する。

本変形例でも、各電極２０，３１，３２，３３，４１，４２に対応する電極パターンが形成された複数の圧電体層用のグリーンシートを用意し、用意された複数の圧電体層用グリーンシートを積層して、各電極２０，３１，３２に対応する電極パターンが表面上に配置されたグリーンシート積層体を得ている。そして、得られたグリーンシート積層体を温間等方圧プレスにより加圧した後、加圧されたグリーンシート積層体を焼成している。

したがって、本変形例においても、個別電極２０及び接続用電極３１，３２に対応する電極パターンが表面上に配置されたグリーンシート積層体を温間等方圧プレスにより加圧するため、個別電極２０及び接続用電極３１，３２に対応する電極パターンとグリーンシートとの密着性が高まる。このため、グリーンシート積層体の焼成後に、個別電極２０及び接続用電極３１，３２の被覆面積が減少するのを抑制することができると共に、個別電極２０及び接続用電極３１，３２が積層体２（圧電体層１１）から剥離するのを抑制することができる。

個別電極２０及び接続用電極３１，３２に対応する電極パターンが表面上に配置されたグリーンシート積層体を温間等方圧プレスにより加圧する際に、個別電極２０及び接続用電極３１，３２に対応する電極パターンとグリーンシート積層体（圧電体層１１となるグリーンシートにおける電極パターンから露出する部分）とにプレス圧力がほぼ同時にかかるため、圧電体層１１となるグリーンシートに密度むらが生じ難く、焼結速度が異なる領域が生じ難い。これにより、グリーンシート積層体を焼成する過程において、反りやうねりの発生を抑制することができる。すなわち、圧電素子Ｐ２では、反りやうねりの発生が抑制されている。

本変形例でも、積層体２の主面２ａに位置する各個別電極２０と積層体２の内部に位置する共通電極４１，４２との間隔にばらつきが生じ難く、個別電極２０毎での特性ばらつきが生じ難い。圧電素子Ｐ２をポンプの駆動装置として使用する場合にも、吐出ばらつきが生じるのを抑制することができる。

本変形例では、主面２ｂを構成する圧電体層１２の厚みが、他の圧電体層１１，１３の厚みよりも薄く設定され、共通電極４１の厚みが、他の電極２０，３１，３２，３３，４２の厚みよりも厚く設定されている。これにより、電極２０，３１，３２，３３，４１，４２のバランスの非対称さが緩和され、上述したように、積層体２に反りやうねりの発生をより一層抑制することができる。また、圧電体層１２の厚みが他の圧電体層１１，１３の厚みよりも薄いため、圧電体層１１，１３（領域Ｒ１，Ｒ２）の変位を効率的に伝えることができる。

圧電体層１２の厚みは、他の圧電体層１１，１３の厚みに対して、１０〜６０％薄く設定されることが好ましく、２０〜５０％薄く設定されることがより好ましい。共通電極４１の厚みは、他の電極２０，３１，３２，３３，４２の厚みに対して、５〜５０％厚く設定されることが好ましく、１０〜３０％厚く設定されることがより好ましい。

共通電極４１の厚みは、個別電極２０及び共通電極４２の厚みよりも厚く設定されていればよい。電極のバランスに対する寄与度が大きい電極２０，４２に着目して、共通電極４１の厚みが、個別電極２０及び共通電極４２の厚みよりも厚く設定されていればよい。

続いて、図１０〜図１４を参照して、本実施形態の変形例に係る圧電素子Ｐ３の構成を説明する。図１０は、本実施形態の変形例に係る圧電素子の断面構成を説明するための図である。図１１は、本実施形態変形例に係る圧電素子の構成を示す分解斜視図である。図１２及び図１４は、個別電極を示す平面図である。図１３は、共通電極を示す平面図である。本変形例は、個別電極２０と共通電極４０との間に個別電極と共通電極とが更に積層されている点で、上述した実施形態と相違する。

本変形例に係る圧電素子Ｐ３は、積層体２、複数の個別電極２０，２１、複数の中間電極２３、複数の接続用電極３０，３４、及び複数の共通電極４０，４３を備えている。積層体２は、４層の圧電体層１１，１２，１４，１５が積層されてなる。実際の積層体２では、各圧電体層１１，１４，１５の間の境界が視認できない程度に一体化されている。図１０では、各圧電体層１１，１４，１５の間の境界に相当する位置が、一点鎖線にて示されている。

４層の圧電体層１１，１２，１４，１５は、主面２ａから主面２ｂに向かう方向で、圧電体層１１、圧電体層１４、圧電体層１５、圧電体層１２の順で積層されている。圧電素子Ｐ３では、積層方向に見て、複数の個別電極２０と共通電極４０との間に、複数の個別電極２１と共通電極４３とが、圧電体層１１，１４，１５を介して交互に配置されている。

圧電体層１４，１５は、圧電体層１１と圧電体層１２との間に位置し、圧電体層１１と同じく、圧電性セラミック材料からなり、「２０ｍｍ×２５ｍｍ×２５μｍ」の長方形薄板形状を呈している。圧電体層１２の厚みは、圧電体層１１，１４，１５の厚みよりも薄く設定されている。本変形例に係る圧電素子Ｐ３は、長さが２０ｍｍ程度、幅が２５ｍｍ程度、高さが９０μｍ程度である。

複数の個別電極２１、複数の中間電極２３、複数の接続用電極３４、及び共通電極４３は、積層体２内に配置されている。各電極２１，２３，３４，４３も、上述した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る。個別電極２１、中間電極２３、接続用電極３４、及び共通電極４３のそれぞれ厚みは、たとえば１〜２μｍである。

複数の中間電極２３及び共通電極４３は、圧電体層１１と圧電体層１４との間に配置されている。各中間電極２３は、各個別電極２０に対応する位置に配置されている。したがって、本変形例では、中間電極２３は、個別電極２０と同じく、７５行８列（＝６００個）に配列されている。各中間電極２３は、その直下において圧電体層１４に配置されたスルーホール導体ＴＥ６に接続されている。

各個別電極２０は、図１２に示されるように、その直下において圧電体層１１に配置されたスルーホール導体ＴＥ５に接続されている。したがって、各個別電極２０は、スルーホール導体ＴＥ５を通して、対応する中間電極２３と電気的に接続されている。スルーホール導体ＴＥ５は、対応する個別電極２０と中間電極２３同士を電気的に接続するための導体である。

共通電極４３は、図１３に示されるように、中間電極２３と同じ層に位置し、１行目と２行目の中間電極２３の集合、３行目と４行目の中間電極２３の集合、５行目と６行目の中間電極２３の集合、及び７行目と８行目の中間電極２３の集合をそれぞれ包囲すると共に、積層方向から見て、各個別電極２０の端部（スルーホール導体ＴＥ５の直上の部分）を除く領域と重なっている。すなわち、各個別電極２０と共通電極４３とは、互いに対向する領域をそれぞれ有している。

共通電極４３は、複数（ここでは４つ）の非形成領域を除く部分にベタ状に形成されている。共通電極４３は、圧電体層１４における長手方向の縁部に配置されたスルーホール導体ＴＨ７に接続されている。中間電極２３が配置される共通電極４３の非形成領域は、平面視において長尺の矩形状を呈しており、積層体２の短手方向に所定の間隔を有して位置している。

共通電極４３は、スルーホール導体ＴＥに接続されている。したがって、共通電極４３は、スルーホール導体ＴＥを通して、接続用電極３０と電気的に接続されている。スルーホール導体ＴＥは、接続用電極３０と共通電極４３を電気的に接続するための導体である。

複数の個別電極２１は、圧電体層１４と圧電体層１５との間に配置されている。各個別電極２１は、各個別電極２０（各中間電極２３）に対応する位置に配置されている。したがって、本変形例では、個別電極２１は、図１４に示されるように、個別電極２０と同じく、７５行８列（＝６００個）に配列されている。各個別電極２１は、互いに所定の間隔を有して配置されることで、圧電体層１５上での電気的な絶縁が図られ、且つ互いの振動による影響が防止されている。

各個別電極２１は、対応するスルーホール導体ＴＥ６に接続されている。スルーホール導体ＴＥ６は、対応する中間電極２３と個別電極２１同士を電気的に接続するための導体である。したがって、個別電極２１は、スルーホール導体ＴＥ６，ＴＥ５及び中間電極２３を通して、対応する個別電極２０と電気的に接続されている。

共通電極４３は、積層方向から見て、各個別電極２１の端部（スルーホール導体ＴＥ６の直下の部分）を除く領域と重なっている。すなわち、各個別電極２１と共通電極４３とは、互いに対向する領域をそれぞれ有している。

圧電体層１５における長手方向の縁部には、接続用電極３４が配置されている。接続用電極３４は、スルーホール導体ＴＥ７に接続されている。スルーホール導体ＴＨ７は、共通電極４３と接続用電極３４とを電気的に接続するための導体である。接続用電極３４は、その直下において圧電体層１５に配置されたスルーホール導体ＴＥ８に接続されている。

共通電極４０は、図１１にも示されるように、圧電体層１５と圧電体層１２との間に位置している。個別電極２１及び接続用電極３４と、共通電極４０と、は圧電体層１５を介して対向している。共通電極４０の厚みは、他の電極２０，２１，２３，３０，３４，４３の厚みよりも厚く設定されている。

共通電極４０は、スルーホール導体ＴＥ８に接続されている。したがって、共通電極４０は、スルーホール導体ＴＥ，ＴＥ７，ＴＥ８、接続用電極３４、及び共通電極４３を通して、接続用電極３０と電気的に接続されている。スルーホール導体ＴＥ８は、接続用電極３４と共通電極４０を電気的に接続するための導体である。

圧電素子Ｐ３では、所定の個別電極２０と接続用電極３０との間に電圧（たとえば、個別電極２０を正の電位、接続用電極３０を負の電位）を印加すると、所定の個別電極２０，２１と共通電極４０，４３との間に電圧が印加されることとなる。これにより、圧電体層１１，１４，１５における、個別電極２０，２１と共通電極４０，４３とで挟まれる領域Ｒに電界が生じ、当該領域Ｒが活性部として変位する。

本変形例でも、各電極２０，２１，２３，３０，３４，４０，４３に対応する電極パターンが形成された複数の圧電体層用のグリーンシートを用意し、用意された複数の圧電体層用グリーンシートを積層して、各電極２０，３０に対応する電極パターンが表面上に配置されたグリーンシート積層体を得ている。そして、得られたグリーンシート積層体を温間等方圧プレスにより加圧した後、加圧されたグリーンシート積層体を焼成している。

したがって、本変形例においても、個別電極２０及び接続用電極３０に対応する電極パターンとグリーンシートとの密着性が高まるため、グリーンシート積層体の焼成後に、個別電極２０及び接続用電極３０の被覆面積が減少するのを抑制することができる。個別電極２０及び接続用電極３０が積層体２（圧電体層１１）から剥離するのを抑制することができる。

また、上述したように、圧電体層１１となるグリーンシートに密度むらが生じ難く、焼結速度が異なる領域が生じ難いため、グリーンシート積層体を焼成する過程において、反りやうねりの発生を抑制することができる。すなわち、圧電素子Ｐ２では、反りやうねりの発生が抑制されている。

本変形例でも、積層体２の主面２ａに位置する各個別電極２０と積層体２の内部に位置する共通電極４３との間隔にばらつきが生じ難く、個別電極２０毎での特性ばらつきが生じ難い。圧電素子Ｐ３をポンプの駆動装置として使用する場合にも、吐出ばらつきが生じるのを抑制することができる。

本変形例では、主面２ｂを構成する圧電体層１２の厚みが、他の圧電体層１１，１４，１５の厚みよりも薄く設定され、共通電極４０の厚みが、他の電極２０，２１，２３，３０，３４，４３の厚みよりも厚く設定されている。これにより、電極２０，２１，２３，３０，３４，４０，４３のバランスの非対称さが緩和され、上述したように、積層体２に反りやうねりの発生をより一層抑制することができる。また、圧電体層１２の厚みが他の圧電体層１１，１４，１５の厚みよりも薄いため、圧電体層１１，１４，１５（領域Ｒ）の変位を効率的に伝えることができる。

圧電体層１２の厚みは、他の圧電体層１１，１４，１５の厚みに対して、１０〜６０％薄く設定されることが好ましく、２０〜５０％薄く設定されることがより好ましい。共通電極４０の厚みは、他の電極２０，２１，２３，３０，３４，４３の厚みに対して、５〜５０％厚く設定されることが好ましく、１０〜３０％厚く設定されることがより好ましい。

共通電極４０の厚みは、個別電極２０，２１、中間電極２３、及び共通電極４３の厚みよりも厚く設定されていればよい。電極のバランスに対する寄与度が大きい電極２０，２１，２３，４３に着目して、共通電極４０の厚みが、個別電極２０，２１、中間電極２３、及び共通電極４３の厚みよりも厚く設定されていればよい。

以上、本発明の好適な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。

圧電体層１１〜１５の積層数、個別電極２０，２１（中間電極２３）の数（行数及び列数）及び形状、並びに、共通電極４０〜４３の数及び形状は、上述したものに限られない。

積層体２の主面２ａ上、すなわち圧電体層１１上に、共通電極４０〜４３との間で電圧が印加されないダミー電極が配置されていてもよい。ダミー電極は、たとえば、複数の個別電極２０全体を囲むように、主面２ａ（圧電体層１１）の縁部（長辺及び短辺）に沿って配置される。

２…積層体、２ａ，２ｂ…主面、１１〜１５…圧電体層、２０，２１…個別電極、４０〜４３…共通電極、Ｐ１〜Ｐ３…圧電素子。

Claims (4)

1. 電極パターンが形成された複数の圧電体層用グリーンシートを用意する工程と、
   用意された前記複数の圧電体層用グリーンシートを積層して、前記電極パターンが表面上に配置されたグリーンシート積層体を得る工程と、
   得られた前記グリーンシート積層体の前記表面上に配置された前記電極パターンと、前記グリーンシート積層体において前記表面上に配置された前記電極パターンから露出する部分とを温間等方圧プレスにより加圧する工程と、
   加圧された前記グリーンシート積層体を焼成する工程と、を備え、
   温間等方圧プレスにより加圧する前記工程では、前記表面上に配置された前記電極パターンの一部が当該電極パターンが配置されている前記圧電体層用グリーンシートに埋まるように、前記表面上に配置された前記電極パターンと前記グリーンシート積層体の前記電極パターンから露出する前記部分とを加圧することを特徴とする圧電素子の製造方法。
2. 前記複数の圧電体層用グリーンシートを用意する前記工程では、複数の前記電極パターンが形成された圧電体層用グリーンシートを用意し、
   前記グリーンシート積層体を得る前記工程では、複数の前記電極パターンが表面上に配置されたグリーンシート積層体を得ることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の製造方法。
3. 複数の圧電体層が積層されていると共に、前記複数の圧電体層の積層方向で互いに対向する第一及び第二主面を有する積層体と、
   表面が前記第一主面から突出するように前記第一主面上に配置された表面電極と、
   前記表面電極に対向するように前記積層体内に配置された内部電極と、を備え、
   前記表面電極は、前記第一主面から突出した第一部分と、前記第一主面から前記圧電体層内に埋没した第二部分とを有しており、
   前記第一部分の厚みが、前記第二部分の厚みよりも厚いことを特徴とする圧電素子。
4. 複数の前記表面電極が、前記第一主面上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電素子。

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