JP6277863B2 - Multilayer piezoelectric element - Google Patents
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本発明は、積層型圧電素子に関する。 The present invention relates to a multilayer piezoelectric element.
特許文献1は、例えば、インクジェットプリンタが備えるインク吐出ヘッドに用いられる積層型圧電素子を開示している。当該積層型圧電素子は、圧電体層が積層された積層体と、共通外部電極と、複数の個別外部電極とを備える。積層体は、基部と、圧電体層の積層方向に沿って基部の主面から延びている複数の駆動部及び一対の非駆動部とを有する。積層体は、当該積層方向に直交する方向において対向する第1及び第2の側面を有する。第1の側面は、基部、複数の駆動部及び一対の非駆動部の一の側面をなしており、第2の側面は、基部、複数の駆動部及び一対の非駆動部の他の側面をなしている。
複数の駆動部及び一対の非駆動部は、複数の駆動部が一対の非駆動部の間に位置するように、当該積層方向と、第1及び第2の側面の対向方向との双方に直交する方向に沿って並んでいる。複数の駆動部は、圧電体層を間において第1の内部電極と第2の内部電極とが当該積層方向に沿って交互に並んでいる。一対の非駆動部は、圧電体層と第3の内部電極とが当該積層方向に沿って交互に並んでいる。 The plurality of drive units and the pair of non-drive units are orthogonal to both the stacking direction and the opposing direction of the first and second side surfaces so that the plurality of drive units are positioned between the pair of non-drive units. It is lined up along the direction. In the plurality of drive units, the first internal electrodes and the second internal electrodes are alternately arranged along the stacking direction with the piezoelectric layers interposed therebetween. In the pair of non-driving portions, the piezoelectric layers and the third internal electrodes are alternately arranged along the stacking direction.
第1の内部電極の一端は第1の側面に露出しているが、第1の内部電極の他端は第2の側面に露出していない。第2の内部電極の一端は第1の側面に露出していないが、第2の内部電極の他端は第2の側面に露出している。第3の内部電極の一端及び他端はそれぞれ、第1及び第2の側面に露出している。 One end of the first internal electrode is exposed on the first side surface, but the other end of the first internal electrode is not exposed on the second side surface. One end of the second internal electrode is not exposed on the first side surface, but the other end of the second internal electrode is exposed on the second side surface. One end and the other end of the third internal electrode are exposed at the first and second side surfaces, respectively.
共通外部電極は、積層体の第1の側面に配置されており、第1の内部電極の一端及び第3の内部電極の一端と接続されている。個別外部電極は、複数の駆動部及び一対の非駆動部の他の側面に配置されており、第2の内部電極の他端及び第3の内部電極の他端と接続されている。そのため、第1及び第3の内部電極は同極である。第1及び第3の内部電極と第2の内部電極とは、異極である。 The common external electrode is disposed on the first side surface of the multilayer body, and is connected to one end of the first internal electrode and one end of the third internal electrode. The individual external electrodes are disposed on the other side surfaces of the plurality of drive units and the pair of non-drive units, and are connected to the other end of the second internal electrode and the other end of the third internal electrode. Therefore, the first and third internal electrodes have the same polarity. The first and third internal electrodes and the second internal electrode have different polarities.
特許文献1に記載の積層型圧電素子において、電流は、第1の内部電極、共通外部電極、第3の内部電極、非駆動部の個別外部電極の順に流れる。そのため、複数の駆動部及び一対の非駆動部が並ぶ方向において中央側に位置する駆動部の第1の内部電極から非駆動部の個別外部電極に至る第1の導電経路は、当該並ぶ方向において非駆動部寄りに位置する駆動部の第1の内部電極から非駆動部の個別外部電極に至る第2の導電経路よりも、非駆動部から離れている分だけ長くなる。そのため、第1の導電経路は、第2の導電経路よりも抵抗値が大きくなる。従って、駆動部ごとにその等価回路の時定数が異なる結果、各駆動部の応答性に差異が生じてしまい、各駆動部が駆動したときの変位にばらつきが生じうる。
In the multilayer piezoelectric element described in
そこで、本発明は、駆動部の変位のばらつきを抑制することが可能な積層型圧電素子を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a multilayer piezoelectric element capable of suppressing variation in displacement of a drive unit.
本発明の一つの観点に係る積層型圧電素子は、基部と、同じ一の方向に向けて基部からそれぞれ延びている非駆動部及び複数の駆動部とを有し、複数の圧電体層が一の方向に沿って積層されてなる積層体と、第1〜第3の外部電極とを備え、積層体は、一の方向に直交する方向において対向する第1及び第2の側面を有し、第1の側面は、基部、非駆動部及び複数の駆動部のそれぞれの一の側面をなし、第2の側面は、基部、非駆動部及び複数の駆動部のそれぞれの他の側面をなし、駆動部は、圧電体層を介して一の方向で対向する第1及び第2の内部電極を有し、基部は、一の方向と直交する面に沿って基部の一の側面から他の側面にわたるように延びている第3の内部電極を有し、複数の駆動部及び非駆動部は、一の方向と、第1及び第2の側面の対向方向との双方に直交する方向に沿って並び、第1の外部電極は、基部、複数の駆動部及び非駆動部のそれぞれの一の側面にわたるように、第1の側面に配置され、第2の外部電極は、複数の駆動部の他の側面のそれぞれに配置され、第3の外部電極は、第2の外部電極と電気的に絶縁されるように非駆動部の他の側面に配置され、第1の内部電極は、第1の外部電極と接続され、且つ、第2及び第3の外部電極と接続されておらず、第2の内部電極は、第2の外部電極と接続され、且つ、第1及び第3の外部電極と接続されておらず、第3の内部電極は、第1及び第3の外部電極と接続され、且つ、第2の外部電極と接続されていない。 A multilayer piezoelectric element according to one aspect of the present invention includes a base, and a non-driving part and a plurality of driving parts respectively extending from the base in the same direction, and the plurality of piezoelectric layers are one. Comprising a laminated body laminated along the direction of the first and third external electrodes, the laminated body has first and second side surfaces facing each other in a direction orthogonal to one direction, The first side surface constitutes one side surface of each of the base portion, the non-driving portion, and the plurality of driving portions, and the second side surface constitutes another side surface of each of the base portion, the non-driving portion, and the plurality of driving portions, The drive unit includes first and second internal electrodes that face each other in one direction via the piezoelectric layer, and the base unit extends from one side surface of the base unit to the other side surface along a plane orthogonal to the one direction. A plurality of driving parts and a non-driving part having one direction, the first and the first electrodes. Line along the direction orthogonal to both of the opposing direction of the side surfaces, the first external electrodes, base, like over each aspect of the plurality of driving portions及beauty non-driving unit, a first side surface The second external electrode is disposed on each of the other side surfaces of the plurality of driving units, and the third external electrode is disposed on the other side of the non-driving unit so as to be electrically insulated from the second external electrode. The first internal electrode is connected to the first external electrode and is not connected to the second and third external electrodes, and the second internal electrode is connected to the second external electrode. Connected to the electrode and not connected to the first and third external electrodes, the third internal electrode is connected to the first and third external electrodes, and connected to the second external electrode It has not been.
本発明の一つの観点に係る積層型圧電素子では、基部は、一の方向と直交する面に沿って基部の一の側面から他の側面にわたるように延びている第3の内部電極を有する。第3の内部電極は、第1及び第3の外部電極と接続されている。そのため、基部が有する第3の内部電極を経由して、各駆動部の第1の外部電極と第3の外部電極との間で電流が流れる。すなわち、積層体の外表面に位置する共通外部電極を電流が流れる従来の積層型圧電素子と比較して、本発明の一つの観点に係る積層型圧電素子では、各駆動部の第1の内部電極から第3の外部電極に至る各導電経路がいずれも短くなる。その結果、各導電経路における抵抗値の差が小さくなる。以上より、各駆動部の等価回路の時定数がいずれも同等となる結果、各駆動部の応答性が同等となるので、駆動部の変位のばらつきを抑制することが可能となる。 In the multilayer piezoelectric element according to one aspect of the present invention, the base has a third internal electrode extending from one side surface of the base portion to the other side surface along a surface orthogonal to one direction. The third internal electrode is connected to the first and third external electrodes. Therefore, a current flows between the first external electrode and the third external electrode of each drive unit via the third internal electrode of the base. That is, in the multilayer piezoelectric element according to one aspect of the present invention, compared with the conventional multilayer piezoelectric element in which a current flows through the common external electrode positioned on the outer surface of the multilayer body, Each conductive path from the electrode to the third external electrode is shortened. As a result, the difference in resistance value in each conductive path is reduced. As described above, since the time constants of the equivalent circuits of the respective drive units are all equal, the responsiveness of the respective drive units is equalized, so that variation in the displacement of the drive unit can be suppressed.
積層体は、第1の主面を有し、第1の主面は、基部の一の側面と基部の他の側面とを連結するように延びている、基部の外表面の一部をなす面であり、第1及び第2の内部電極のうち基部に最も近い電極を含む第1の仮想平面と、第3の内部電極を含むと共に一の方向から見て第1の仮想平面と重なり合う第2の仮想平面との一の方向における直線距離は、第1の主面と第2の仮想平面との一の方向における直線距離よりも小さくてもよい。この場合、第3の内部電極の位置が、駆動部に近寄ることとなる。そのため、各導電経路がより短くなるので、駆動部の変位のばらつきをより抑制することが可能となる。また、この場合、第3の内部電極と第1の主面との一の方向における直線距離がより大きくなるので、基部のうち第3の内部電極と第1の主面との間の一の方向における厚さが大きくなる。そのため、基部の強度が高くなるので、積層型圧電素子に反りが生ずることを抑制することが可能となる。 The laminate has a first main surface, and the first main surface forms a part of an outer surface of the base portion that extends so as to connect one side surface of the base portion to the other side surface of the base portion. A first virtual plane that includes the first and second internal electrodes closest to the base, and a first virtual plane that includes the third internal electrode and overlaps the first virtual plane when viewed from one direction. The linear distance in one direction with the two virtual planes may be smaller than the linear distance in one direction between the first main surface and the second virtual plane. In this case, the position of the third internal electrode approaches the driving unit. Therefore, each conductive path becomes shorter, so that it is possible to further suppress variation in displacement of the drive unit. Further, in this case, since the linear distance in one direction between the third internal electrode and the first main surface becomes larger, one of the base portion between the third internal electrode and the first main surface is one. The thickness in the direction increases. Therefore, since the strength of the base portion is increased, it is possible to suppress the warpage of the multilayer piezoelectric element.
基部は、圧電体層を介して一の方向で対向する複数の第3の内部電極を有していてもよい。この場合、加工により駆動部を形成する際に複数の第3の内部電極のうちいずれかが切断されてしまっても、切断されていない他の第3の内部電極により各導電経路が構成される。従って、積層型圧電素子の歩留まりを向上することが可能となる。また、基部が複数の第3の内部電極を有するので、基部の強度が高くなる。そのため、積層型圧電素子に反りが生ずることを抑制することが可能となる。 The base may include a plurality of third internal electrodes that face each other in one direction via the piezoelectric layer. In this case, even when one of the plurality of third internal electrodes is cut when forming the drive unit by processing, each conductive path is constituted by the other third internal electrodes that are not cut. . Therefore, the yield of the multilayer piezoelectric element can be improved. Moreover, since the base has a plurality of third internal electrodes, the strength of the base is increased. For this reason, it is possible to suppress the warpage of the multilayer piezoelectric element.
基部は、圧電体層を介して一の方向で対向する複数の第3の内部電極を有し、積層体は、一の方向において対向する第1及び第2の主面を有し、第1の主面は、基部の一の側面と基部の他の側面とを連結するように延びている、基部の外表面の一部をなす面であり、第2の主面は、非駆動部の一の側面と非駆動部の他の側面とを連結するように延びている、非駆動部の外表面の一部をなす面であると共に、複数の駆動部の一の側面と複数の駆動部の他の側面とを連結するように延びている、複数の駆動部の外表面の一部をなす面であり、複数の第3の内部電極のうち第1の主面に最も近い電極を含む第1の仮想平面と、複数の第3の内部電極のうち第2の主面に最も近い電極を含むと共に一の方向から見て第1の仮想平面と重なり合う第2の仮想平面との一の方向における直線距離は、第1及び第2の内部電極のうち第1の主面に最も近い電極を含む第3の仮想平面と、第1及び第2の内部電極のうち第2の主面に最も近い電極を含むと共に一の方向から見て第3の仮想平面と重なり合う第4の仮想平面との一の方向における直線距離の30%〜55%であってもよい。積層型圧電素子に生じうる反りの抑制のためには、一の方向における基部の厚さが厚いほど、また、基部が第3の内部電極を多く有するほど、効果的であるが、積層型圧電素子の大型化やコスト増に繋がる。一方、基部が多数の第3の内部電極を有していたとしても、各導電経路における抵抗値を抑制する効果が飽和してくる。そこで、上記30%〜55%の数値範囲に設定することで、反りの抑制、各導電経路における抵抗値の抑制、小型化やコストという各要素のバランスをとることが可能となる。 The base has a plurality of third internal electrodes facing in one direction via the piezoelectric layer, and the stacked body has first and second main surfaces facing in one direction, and the first The main surface is a surface that extends to connect one side surface of the base portion and the other side surface of the base portion, and forms a part of the outer surface of the base portion. The second main surface is the non-driving portion of the base portion. A side surface that forms a part of the outer surface of the non-driving part and extends so as to connect one side face and the other side face of the non-driving part, and one side face of the plural driving parts and the plural driving parts A part of the outer surface of the plurality of drive units that extends to connect to the other side surface, and includes an electrode closest to the first main surface among the plurality of third internal electrodes A second virtual plane including an electrode closest to the second main surface among the plurality of third internal electrodes and overlapping the first virtual plane when viewed from one direction; The linear distance in one direction with respect to the virtual plane is the third virtual plane including the electrode closest to the first main surface among the first and second internal electrodes and the first and second internal electrodes. It may be 30% to 55% of the linear distance in one direction including the electrode closest to the second main surface and the fourth virtual plane overlapping with the third virtual plane when viewed from one direction. In order to suppress the warp that may occur in the multilayer piezoelectric element, the thicker the base in one direction and the more the base has more third internal electrodes, the more effective, the multilayer piezoelectric element This leads to an increase in device size and cost. On the other hand, even if the base has a large number of third internal electrodes, the effect of suppressing the resistance value in each conductive path is saturated. Therefore, by setting the numerical value range of 30% to 55%, it is possible to balance each element of warpage suppression, resistance value suppression in each conductive path, miniaturization, and cost.
本発明に係る積層型圧電素子によれば、駆動部の変位のばらつきを抑制することが可能となる。 According to the multilayer piezoelectric element according to the present invention, it is possible to suppress variation in displacement of the drive unit.
本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。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。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following embodiments are exemplifications for explaining the present invention and are not intended to limit the present invention to the following contents. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.
積層型圧電素子1は、積層体2と、外部電極3〜5とを備える。積層型圧電素子1の長さ(図1〜図4のX軸方向における大きさ)は、例えば、36.95mm〜37.05mm程度に設定されていてもよい。積層型圧電素子1の幅(図1〜図4のY軸方向における大きさ)は、1.85mm〜1.95mm程度に設定されていてもよい。積層型圧電素子1の厚さ(図1〜図4のZ軸方向における大きさ)は、0.95mm〜1.05mm程度に設定されていてもよい。
The multilayer
積層体2は、複数の圧電体層30が積層されてなる。積層体2は、一対の端面2a,2bと、一対の主面2c,2dと、一対の側面2e,2fとを有する。端面2a,2bは、積層体2の長手方向において対向している。端面2a,2bの対向方向は、積層体2の長手方向であり、図1〜図4のX軸方向である。端面2a,2bは、互いに略平行に延び且つX軸方向に略直交している。
The
主面2c,2dは、積層体2の厚さ方向において対向している。主面2c,2dの対向方向は、積層体2の厚さ方向であり、図1〜図4のZ軸方向である。主面2c,2dは、互いに略平行に延び且つZ軸方向に略直交している。主面2c,2dは、端面2a,2bを連結している。
The
側面2e,2fは、積層体2の幅方向において対向している。側面2e,2fの対向方向は、積層体2の幅方向であり、図1〜図4のY軸方向である。側面2e,2fは、互いに略平行に延び且つY軸方向に略直交している。側面2e,2fは、端面2a,2b及び主面2c,2dを連結している。
The side surfaces 2 e and 2 f are opposed to each other in the width direction of the
積層体2は、8つの第1の部分10と、2つの第2の部分11とを有する。第1及び第2の部分10,11は、X軸方向に沿って並んでいる。第1の部分10は、X軸方向において第2の部分11の間に位置している。すなわち、第2の部分11は、X軸方向において両端側に位置している。第1及び第2の部分10,11は、互いに離間している。第1及び第2の部分10,11の数は、上述の数に限られず、それぞれ少なくとも一つずつであってもよい。
The
第1の部分10は、図1及び図2に示されるように、駆動部50と、基部51の一部とからなる。いずれの第1の部分10においても、駆動部50は、Z軸方向に沿うように基部51から同一方向に向けて延びている。駆動部50と基部51とは、一体成形されている。駆動部50は、圧電的に活性な活性部(活性領域)を含む。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
駆動部50は、Y軸方向及びZ軸方向のそれぞれから見て、矩形状を呈している。駆動部50のうちY軸方向において対向する側面のうち一方の側面は、側面2eの一部をなしている。駆動部50のうちY軸方向において対向する側面のうち他方の側面は、側面2fの一部をなしている。駆動部50のうちZ軸方向において対向する側面のうち一方の側面は、駆動部50の一方の側面と他方の側面とを連結しており、主面2cの一部をなしている。
The
Y軸方向における駆動部50の長さは、X軸方向における駆動部50の長さよりも長い。隣り合う駆動部50の間には、略等しい間隔をもってスリットSが形成されている。従って、本実施形態においては、9本のスリットSが存在する。スリットSは、主面2c側に開口し、且つ、Z軸方向において延びている。
The length of the
図5の(a)及び図6に詳しく示されるように、駆動部50は、複数の圧電体層30と、矩形状を呈する複数の内部電極31,32とを含む。圧電体層30及び内部電極31,32は、Z軸方向において積層されている。圧電体層30及び内部電極31,32の積層方向(以下、積層方向という。)は、主面2c,2dの対向方向であり、積層体2の厚さ方向であり、図1〜図4のZ軸方向である。
As shown in detail in FIG. 5A and FIG. 6, the
圧電体層30は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zrx,Ti1−x)O3)を主成分とする圧電セラミックス材料からなる。実際の積層型圧電素子1では、各圧電体層30は、視認できない程度に一体化されている。本実施形態では、各圧電体層30の厚みは、10μm〜50μm程度に設定されていてもよい。
The
複数の内部電極31は、積層方向で対向するように積層方向に沿って並んでいる。内部電極31は、互いに略平行に延び且つZ軸方向に略直交している。内部電極31の数は特に限定されないが、図5の(a)及び図6では10枚である。内部電極31の一端は、側面2eまで延びており、側面2eに露出している。内部電極31の他端は、側面2fの近傍にまで延びているが、側面2e,2fの対向方向において側面2fから離れている。そのため、内部電極31の他端は、側面2fには露出していない。
The plurality of
複数の内部電極32は、積層方向で対向するように積層方向に沿って並んでいる。内部電極32は、互いに略平行に延び且つZ軸方向に略直交している。内部電極32の数は、特に限定されないが、図5の(a)及び図6では10枚である。内部電極32の一端は、側面2fまで延びており、側面2fに露出している。内部電極32の他端は、側面2eの近傍にまで延びているが、側面2e,2fの対向方向において側面2eから離れている。そのため、内部電極32の他端は、側面2eには露出していない。
The plurality of
内部電極31,32は、銀(Ag)及びパラジウム(Pd)を主成分とする導電材料からなっていてもよい。内部電極31,32の厚みは、例えば、0.5μm〜3μm程度に設定されていてもよい。導電材料として、Cu(銅)を用いてもよい。積層方向において隣り合う内部電極31と内部電極32との間隔は、例えば10μm〜50μm程度、すなわち隣り合う内部電極31と内部電極32との間に位置する圧電体層30の厚みと同程度に設定されていてもよく、20μm程度に設定されていてもよい。
The
内部電極31と内部電極32とは、積層方向において交互に並んでいる。図6に示されるように、内部電極31,32は、積層方向において重なり合う部分Pと、積層方向において重なり合わない部分Qとを有する。部分Pは、駆動部50のうち活性部に対応する部分である。部分Qは、駆動部50のうち不活性部に対応する部分である。
The
第2の部分11は、図1及び図2に示されるように、非駆動部52と、基部51の一部とからなる。いずれの第2の部分11においても、非駆動部52は、Z軸方向に沿うように基部51から同一方向に向けて延びている。非駆動部52が基部51から延びる方向は、駆動部50が基部51から延びる方向と同じである。非駆動部52と基部51とは、一体成形されている。非駆動部52は、圧電的に不活性な不活性部(不活性領域)を含む。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
非駆動部52のうちY軸方向において対向する側面のうち一方の側面は、側面2eの一部をなしている。非駆動部52のうちY軸方向において対向する側面のうち他方の側面は、側面2fの一部をなしている。非駆動部52のうちZ軸方向において対向する側面のうち一方の側面は、非駆動部52の一方の側面と他方の側面とを連結しており、主面2cの一部をなしている。非駆動部52のうち側面2e側には、Z軸方向に延びる溝35が形成されている。
One side surface of the
図5の(b)に詳しく示されるように、非駆動部52は、複数の圧電体層30と、矩形状を呈する複数の内部電極33とを含む。圧電体層30及び内部電極33は、Z軸方向において積層されている。圧電体層30及び内部電極33の積層方向は、圧電体層30及び内部電極31,32の積層方向と略同一である。
As shown in detail in FIG. 5B, the
複数の内部電極33は、積層方向で対向するように積層方向に沿って並んでいる。内部電極33同士は、圧電体層30を介して隣り合い且つ対向している。内部電極33は、互いに略平行に延び且つZ軸方向に略直交している。内部電極33の数は、特に限定されないが、図5の(b)では20枚である。内部電極33の一端は、側面2fまで延びており、側面2fに露出している。内部電極33の他端は、側面2eまで延びており、側面2eに露出している。
The plurality of
内部電極33は、銀(Ag)及びパラジウム(Pd)を主成分とする導電材料からなっていてもよい。内部電極33の厚みは、例えば、0.5μm〜3μm程度に設定されていてもよい。導電材料として、Cu(銅)を用いてもよい。積層方向において隣り合う内部電極33の直線距離は、例えば10μm〜50μm程度、すなわち隣り合う内部電極33間に位置する圧電体層30の厚みと同程度に設定されていてもよく、20μm程度に設定されていてもよい。
The
基部51は、直方体形状を呈している。基部51のうちX軸方向において対向する側面のうち一方の側面は、端面2aの一部をなしている。基部51のうちX軸方向において対向する側面のうち他方の側面は、端面2bの一部をなしている。基部51のうちY軸方向において対向する側面のうち一方の側面は、側面2eの一部をなしている。基部51のうちY軸方向において対向する側面のうち他方の側面は、側面2fの一部をなしている。基部51のうちZ軸方向において対向する側面のうち一方の側面は、基部51の一方の側面と他方の側面とを連結しており、主面2dの一部をなしている。
The
図2、図3、図5及び図6に示されるように、基部51は、複数の圧電体層30と、内部電極34とを含む。圧電体層30及び内部電極34は、Z軸方向において積層されている。圧電体層30及び内部電極34の積層方向は、圧電体層30及び内部電極31,32の積層方向と略同一である。
As shown in FIGS. 2, 3, 5, and 6, the
本実施形態では、内部電極34の数は1つである。図7に詳しく示されるように、内部電極34は、基部51内において、積層方向と直交する面に沿って基部51の一方の側面から他方の側面にわたるように延びている。本実施形態では、内部電極34は、積層方向と直交する面に沿って基部51のほぼ全域にわたって延びている。内部電極34は、積層方向から見て、駆動部50及び非駆動部52と重なり合っている。
In the present embodiment, the number of
図5の(a)に示されるように、内部電極31,32のうち基部51に最も近い電極(本実施形態では内部電極31)を含む第1の仮想平面と、内部電極34を含む第2の仮想平面とが積層方向から見て重なり合っていると仮定した場合に、第1の仮想平面と第2の仮想平面との積層方向における直線距離L1は、例えば、50μm〜300μmに設定されていてもよい。主面2dと第2の仮想平面とが積層方向から見て重なり合っていると仮定した場合に、主面2dと第2の仮想平面との積層方向における直線距離L2は、例えば、50μm〜300μmに設定されていてもよい。直線距離L1は、直線距離L2よりも小さく設定されていてもよい。この場合、直線距離L1は例えば50μm〜250μm程度に設定されていてもよく、直線距離L2は例えば100μm〜300μm程度に設定されていてもよい。
As shown in FIG. 5A, the first virtual plane including the electrode (in this embodiment, the internal electrode 31) closest to the
図7に示されるように、内部電極34のうち端面2a,2b寄りの両端は、端面2a,2bのそれぞれから露出していない。内部電極34のうち側面2e寄りの端は、側面2e,2fのうち非駆動部52の側面を構成する部分から露出している。内部電極34のうち側面2f寄りの端は、側面2fから露出している。
As shown in FIG. 7, both ends of the
図1〜図3及び図5の(a)に示されるように、外部電極3は、駆動部50における側面2eのそれぞれに配置されている。外部電極3は、内部電極31のうち側面2eに露出している端と物理的且つ電気的に接続されている。外部電極3のそれぞれは、互いに物理的且つ電気的に独立している。外部電極3は、例えば、Cr、Cu/Ni、Auの3層の金属膜からなっていてもよい。外部電極3の厚みは、例えば、0.3μm〜5.0μm程度に設定されていてもよい。Auの金属膜の代わりに、例えばAg、Ag−Pd、Ag−Sn等を用いてもよい。
As shown in FIGS. 1 to 3 and FIG. 5A, the
図1、図2、図4、図5及び図7に示されるように、外部電極4は、側面2fの全面にわたって配置されている。外部電極4は、内部電極32,33,34のうち側面2fに露出している端と物理的且つ電気的に接続されている。外部電極4は、駆動部50の形状に対応した形状を成しており、駆動部50に対応した位置において突出している(図4参照)。外部電極4の構成は、外部電極3の構成と同様である。
As shown in FIGS. 1, 2, 4, 5, and 7, the
図1〜図3、図5の(b)及び図7に示されるように、外部電極5は、非駆動部52における側面2eのそれぞれに配置されている。外部電極5は、内部電極33,34のうち側面2eに露出している端と物理的且つ電気的に接続されている。外部電極5のそれぞれは、互いに物理的且つ電気的に独立している。外部電極4の構成は、外部電極3の構成と同様である。
As shown in FIG. 1 to FIG. 3, FIG. 5B and FIG. 7, the
X軸方向において、積層体2のうち2つの溝35の間に位置する部分であって、側面2eと主面2dとがなす角部分には、積層体2が切り欠かれた切欠部36が形成されている。切欠部36は、側面2e及び主面2dに対して傾斜する傾斜面である。
In the X-axis direction, a
以上のように構成されている積層型圧電素子1においては、内部電極31と外部電極3とが電気的に接続されており、これらが同極である。内部電極32〜34と、外部電極4と、外部電極5とが電気的に接続されており、これらが同極である。内部電極31及び外部電極3と、内部電極32〜34及び外部電極4,5とは、電気的に接続されていない。
In the multilayer
外部電極3と外部電極4,5との間に電圧が印加されると、内部電極31と内部電極32との間にも電圧が印加される。そのため、駆動部50のうち活性部に位置する圧電体層30に電界が生じ、駆動部50が変位する。一方、非駆動部52においては、圧電体層30が内部電極33の間に位置しているので、圧電体層30に電界が生じない。そのため、非駆動部52は変位しない。
When a voltage is applied between the
続いて、積層型圧電素子1の製造方法の一例について説明する。まず、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス材料に有機バインダや有機溶剤等を混合して基体ペーストを作製し、その基体ペーストを用いて圧電体層30となるグリーンシートをドクターブレード法により成形する。また、所定比率の銀とパラジウムとからなる金属材料に有機バインダや有機溶剤等を混合して電極パターン形成用の導電ペーストを作製する。
Next, an example of a method for manufacturing the multilayer
次に、導電ペーストを用いて、内部電極31〜34に対応する電極パターンのそれぞれをグリーンシート上にスクリーン印刷法により形成する。そして、内部電極31及び内部電極33に対応する電極パターンが形成されたグリーンシート、内部電極32及び内部電極33に対応する電極パターンが形成されたグリーンシート、内部電極34に対応する電極パターンが形成されたグリーンシート、及び圧電体層30となるグリーンシートを積層して、積層体グリーンを作製する。
Next, each of the electrode patterns corresponding to the
続いて、積層体グリーンを所定の温度(例えば、60℃程度)で加熱しながら、積層方向に所定の圧力でプレスした後、積層体グリーンを所定の大きさに切断する。そして、積層体グリーンを所定の温度(例えば、400℃程度)で脱脂した後、所定の温度(例えば、1100℃程度)で所定時間焼成して、積層体2を得る。
Subsequently, the laminate green is pressed at a predetermined pressure in the stacking direction while being heated at a predetermined temperature (for example, about 60 ° C.), and then the stacked green is cut into a predetermined size. The laminate green is degreased at a predetermined temperature (for example, about 400 ° C.) and then fired at a predetermined temperature (for example, about 1100 ° C.) for a predetermined time to obtain the
続いて、積層体2の側面2e,2fに対応する面に、Cr、Cu/Ni、Auの順に3層の金属膜をスパッタリング法により形成して外部電極を形成する。そして、積層体2において側面2eに対応する面に積層方向に沿って溝35を形成することにより、外部電極を分断する。積層体2の側面2eと主面2dとの角部分に、切欠部36を形成する。
Subsequently, three layers of metal films of Cr, Cu / Ni, and Au are formed in this order on the surfaces corresponding to the
続いて、スリットSを例えばダイシングブレードによって形成する。以上により、積層型圧電素子1が得られる。
Subsequently, the slit S is formed by a dicing blade, for example. Thus, the multilayer
以上のような本実施形態では、基部51が、積層方向と直交する面に沿って基部51の一方の側面から他方の側面にわたるように延びている内部電極34を有する。内部電極34は、外部電極4,5と接続されている。そのため、基部51が有する内部電極34を経由して、各駆動部50の内部電極32と外部電極5との間で電流が流れる。すなわち、図8に示されるように、内部電極32から、外部電極4を回り込んで内部電極33を経由し、外部電極5に至る導電経路D2に沿って電流が流れる従来の積層型圧電素子と比較して、本実施形態に係る積層型圧電素子1では、各駆動部50の内部電極32から外部電極5に至る各導電経路D1が全体として短くなる。その結果、各導電経路D1における抵抗値の差が小さくなる。以上より、各駆動部50の等価回路の時定数がいずれも同等となる結果、各駆動部の応答性が同等となるので、駆動部50の変位のばらつきを抑制することが可能となる。
In the present embodiment as described above, the
本実施形態のように、直線距離L1が直線距離L2よりも小さく設定されている場合、内部電極34の位置が、駆動部50に近寄ることとなる。そのため、各導電経路D1がより短くなるので、駆動部50の変位のばらつきをより抑制することが可能となる。また、この場合、内部電極34と主面2dとの積層方向における直線距離がより大きくなるので、基部51のうち内部電極34と主面2dとの間の積層方向における厚さが大きくなる。そのため、基部51の強度が高くなるので、積層型圧電素子1に反りが生ずることを抑制することが可能となる。
When the linear distance L1 is set to be smaller than the linear distance L2 as in the present embodiment, the position of the
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の要旨の範囲内で種々の変形を上記の実施形態に加えてもよい。例えば、図9に示されるように、基部51は、圧電体層30を介して積層方向で対向する複数の内部電極34を有していてもよい。この場合、スリットSの加工により駆動部50を形成する際に複数の内部電極34のうちいずれかが切断されてしまっても、切断されていない他の内部電極34により各導電経路D1が構成される。従って、積層型圧電素子1の歩留まりを向上することが可能となる。また、基部51が複数の内部電極34を有するので、基部51の強度が高くなる。そのため、積層型圧電素子1に反りが生ずることを抑制することが可能となる。積層方向において隣り合う内部電極34の直線距離は、例えば10μm〜50μm程度、すなわち隣り合う内部電極34間に位置する圧電体層30の厚みと同程度に設定されていてもよく、40μm程度に設定されていてもよい。基部51が有する内部電極34の数は特に限定されないが、例えば、駆動部が有する内部電極31,32の数の0.2倍〜0.3倍程度であってもよいし、4〜6枚程度であってもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, you may add a various deformation | transformation to said embodiment within the range of the summary of this invention. For example, as shown in FIG. 9, the
基部51に複数の内部電極34が配置されている場合、複数の内部電極34のうち主面2cに最も近い電極を含む第3の仮想平面と、複数の内部電極34のうち主面2dに最も近い電極を含む第4の仮想平面とが重なり合うと仮定した場合に、第3の仮想平面と第4の仮想平面との積層方向における直線距離L3は、例えば、30μm〜300μmに設定されていてもよい。内部電極31,32のうち主面2cに最も近い電極を含む第5の仮想平面と、内部電極31,32のうち主面2dに最も近い電極を含む第6の仮想平面とが重なり合うと仮定した場合に、第5の仮想平面と第6の仮想平面との積層方向における直線距離L4は、例えば、100μm〜500μmに設定されていてもよい。直線距離L3は、直線距離L4の30%〜55%であってもよい。積層型圧電素子1に生じうる反りの抑制のためには、積層方向における基部51の厚さが厚いほど、また、基部51が内部電極34を多く有するほど、効果的であるが、積層型圧電素子1の大型化やコスト増に繋がる。一方、基部51が多数の内部電極34を有していたとしても、各導電経路D1における抵抗値を抑制する効果が飽和してくる。そこで、上記30%〜55%の数値範囲に設定することで、反りの抑制、各導電経路D1における抵抗値の抑制、小型化やコストという各要素のバランスをとることが可能となる。
When the plurality of
1…積層型圧電素子、2…積層体、2a,2b…端面、2c,2d…主面、2e,2f…側面、3〜5…外部電極、30…圧電体層、31〜34…内部電極、50…駆動部、51…基部、52…非駆動部、L1〜L4…直線距離。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
第1〜第3の外部電極とを備え、
前記積層体は、前記一の方向に直交する方向において対向する第1及び第2の側面を有し、
前記第1の側面は、前記基部、前記非駆動部及び前記複数の駆動部のそれぞれの一の側面をなし、
前記第2の側面は、前記基部、前記非駆動部及び前記複数の駆動部のそれぞれの他の側面をなし、
前記駆動部は、前記圧電体層を介して前記一の方向で対向する第1及び第2の内部電極を有し、
前記基部は、前記一の方向と直交する面に沿って前記基部の前記一の側面から前記他の側面にわたるように延びている第3の内部電極を有し、
前記複数の駆動部及び前記非駆動部は、前記一の方向と、前記第1及び第2の側面の対向方向との双方に直交する方向に沿って並び、
前記第1の外部電極は、前記基部、前記複数の駆動部及び前記非駆動部のそれぞれの前記一の側面にわたるように、前記第1の側面に配置され、
前記第2の外部電極は、前記複数の駆動部の前記他の側面のそれぞれに配置され、
前記第3の外部電極は、前記第2の外部電極と電気的に絶縁されるように前記非駆動部の前記他の側面に配置され、
前記第1の内部電極は、前記第1の外部電極と接続され、且つ、前記第2及び第3の外部電極と接続されておらず、
前記第2の内部電極は、前記第2の外部電極と接続され、且つ、前記第1及び第3の外部電極と接続されておらず、
前記第3の内部電極は、前記第1及び第3の外部電極と接続され、且つ、前記第2の外部電極と接続されていない、積層型圧電素子。 A laminated body having a base and a non-driving part and a plurality of driving parts respectively extending from the base in the same direction, wherein a plurality of piezoelectric layers are laminated along the one direction; ,
First to third external electrodes,
The laminated body has first and second side surfaces facing each other in a direction orthogonal to the one direction,
The first side surface is a side surface of each of the base, the non-driving unit, and the plurality of driving units,
The second side surface constitutes another side surface of each of the base portion, the non-driving portion, and the plurality of driving portions,
The drive unit includes first and second internal electrodes facing in the one direction through the piezoelectric layer,
The base includes a third internal electrode extending from the one side surface of the base to the other side surface along a plane orthogonal to the one direction;
The plurality of driving units and the non-driving unit are arranged along a direction orthogonal to both the one direction and a facing direction of the first and second side surfaces,
The first external electrode, the base, so that over each of said one side of said plurality of driver and front Kihi driver, disposed on the first side surface,
The second external electrode is disposed on each of the other side surfaces of the plurality of driving units,
The third external electrode is disposed on the other side surface of the non-driving unit so as to be electrically insulated from the second external electrode;
The first internal electrode is connected to the first external electrode and not connected to the second and third external electrodes;
The second internal electrode is connected to the second external electrode and not connected to the first and third external electrodes;
The multilayer piezoelectric element, wherein the third internal electrode is connected to the first and third external electrodes and is not connected to the second external electrode.
前記第1の主面は、前記基部の前記一の側面と前記基部の前記他の側面とを連結するように延びている、前記基部の外表面の一部をなす面であり、
前記第1及び第2の内部電極のうち前記基部に最も近い電極を含む第1の仮想平面と、前記第3の内部電極を含むと共に前記一の方向から見て前記第1の仮想平面と重なり合う第2の仮想平面との前記一の方向における直線距離は、前記第1の主面と前記第2の仮想平面との前記一の方向における直線距離よりも小さい、請求項1に記載の積層型圧電素子。 The laminate has a first main surface,
The first main surface is a surface that forms a part of the outer surface of the base portion, extending so as to connect the one side surface of the base portion and the other side surface of the base portion,
The first virtual plane including the electrode closest to the base portion of the first and second internal electrodes and the first virtual plane including the third internal electrode and overlapping the first virtual plane when viewed from the one direction. 2. The stacked type according to claim 1, wherein a linear distance in the one direction with the second virtual plane is smaller than a linear distance in the one direction between the first main surface and the second virtual plane. Piezoelectric element.
前記積層体は、前記一の方向において対向する第1及び第2の主面を有し、
前記第1の主面は、前記基部の前記一の側面と前記基部の前記他の側面とを連結するように延びている、前記基部の外表面の一部をなす面であり、
前記第2の主面は、前記非駆動部の前記一の側面と前記非駆動部の前記他の側面とを連結するように延びている、前記非駆動部の外表面の一部をなす面であると共に、前記複数の駆動部の前記一の側面と前記複数の駆動部の前記他の側面とを連結するように延びている、前記複数の駆動部の外表面の一部をなす面であり、
複数の前記第3の内部電極のうち前記第1の主面に最も近い電極を含む第1の仮想平面と、複数の前記第3の内部電極のうち前記第2の主面に最も近い電極を含むと共に前記一の方向から見て前記第1の仮想平面と重なり合う第2の仮想平面との前記一の方向における直線距離は、前記第1及び第2の内部電極のうち前記第1の主面に最も近い電極を含む第3の仮想平面と、前記第1及び第2の内部電極のうち前記第2の主面に最も近い電極を含むと共に前記一の方向から見て前記第3の仮想平面と重なり合う第4の仮想平面との前記一の方向における直線距離の30%〜55%である、請求項1又は2に記載の積層型圧電素子。 The base has a plurality of the third internal electrodes facing in the one direction via the piezoelectric layer,
The laminate has first and second main surfaces facing each other in the one direction,
The first main surface is a surface that forms a part of the outer surface of the base portion, extending so as to connect the one side surface of the base portion and the other side surface of the base portion,
The second main surface extends to connect the one side surface of the non-driving portion and the other side surface of the non-driving portion and forms a part of the outer surface of the non-driving portion. And a surface that forms a part of the outer surface of the plurality of drive units and extends to connect the one side surface of the plurality of drive units and the other side surface of the plurality of drive units. Yes,
A first virtual plane including an electrode closest to the first main surface among the plurality of third internal electrodes; and an electrode closest to the second main surface among the plurality of third internal electrodes. And the linear distance in the one direction with the second virtual plane that overlaps the first virtual plane when viewed from the one direction is the first main surface of the first and second internal electrodes. A third virtual plane including an electrode closest to the second virtual plane and an electrode closest to the second main surface among the first and second internal electrodes and the third virtual plane as viewed from the one direction. 3. The stacked piezoelectric element according to claim 1, wherein the linear piezoelectric element is 30% to 55% of a linear distance in the one direction with a fourth virtual plane that overlaps with the fourth virtual plane.
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