JP6825290B2 - 圧電素子 - Google Patents
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Description
本発明は、圧電素子に関する。
例えば特許文献１には、複数の電極層と、電極層の間に介在される圧電体層と、を含む圧電素子が記載されている。この圧電素子では、各電極層が、互いに異なる極性を有する主電極と接続電極とを含んでいる。隣り合う電極層における主電極と接続電極とは、圧電体層を貫通するビアにより電気的に接続されている。
上述のような圧電素子では、変位量を向上させるために、例えば圧電体層を多層化することが考えられる。また、広い面積に駆動力を伝えるために、例えば圧電体層を大面積化することが考えられる。いずれの場合でも、圧電素子の静電容量が増加する。圧電素子の静電容量が増加すると、圧電素子に蓄えられる電荷量が増加する。この結果、圧電素子を流れる電流が増加する。したがって、ビアに設けられるビア導体を電流の増加に対応して変更する必要がある。例えば、ビア導体を大径化すると、焼成時におけるビア導体の収縮量が大きくなり、ビア導体の断線が発生する懼れがある。そこで、ビア導体の数を増加させることが考えられる。しかしながら、ビア導体の数を増加させると、ビア導体の並びに沿ってクラックが延伸し易くなり、圧電素子の強度が低下する懼れがある。
本発明は、強度の低下を抑制することが可能な圧電素子を提供することを目的とする。
本発明に係る圧電素子は、互いに対向する第一及び第二電極と、第一電極と第二電極との間に配置された第一圧電体層と、第一圧電体層を貫通し、第一電極と第二電極とに接続された複数の第一スルーホール導体と、を備え、第一及び第二電極の対向方向から見て、複数の第一スルーホール導体は、行列状に配列されている。
本発明に係る圧電素子では、複数の第一スルーホール導体が行列状に配列されている。このため、複数の第一スルーホール導体が、例えば一列に配列されている場合に比べて、第一スルーホール導体の並びに沿うクラックの延伸が抑制される。これにより、強度の低下を抑制することが可能となる。
本発明に係る圧電素子は、第二電極を介して第一圧電体層と対向する第二圧電体層と、第二圧電体層を介して第二電極と対向する第三電極と、第二圧電体層を貫通し、第二電極と第三電極とに接続された複数の第二スルーホール導体と、を備え、対向方向から見て、複数の第一スルーホール導体と複数の第二スルーホール導体とは互いに離間するように配置されていてもよい。この場合、第一スルーホール導体と第二スルーホール導体とは、対向方向から見て互いに離間しており、重なっていない。このため、第一スルーホール導体及び第二スルーホール導体が焼成時に収縮したとしても、第一スルーホール導体と第二スルーホール導体とが、対向方向から見て互いに重なっている場合と比べて、第一スルーホール導体及び第二スルーホール導体における断線等の導電不良の発生を抑制することができる。
本発明に係る圧電素子は、対向方向から見て、複数の第一スルーホール導体により画定される領域は、ｎ角形状（ｎは４以上の整数）を呈していてもよい。この場合、クラックの延伸が更に抑制されるので、強度の低下を更に抑制することが可能となる。
本発明に係る圧電素子によれば、強度の低下を抑制することが可能となる。
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。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。
図１（ａ）は、実施形態に係る圧電素子を上方から見た斜視図である。図１（ｂ）は、角部Ａ１を拡大して示す上面図である。図１（ｃ）は、角部Ａ２を拡大して示す上面図である。図２（ａ）は、実施形態に係る圧電素子を下方から見た斜視図である。図２（ｂ）は、角部Ａ１を拡大して示す下面図である。図２（ｃ）は、角部Ａ２を拡大して示す下面図である。図３は、図１の圧電素子の分解斜視図である。
図１〜図３に示されるように、圧電素子１は、圧電素体２と、外部電極３と、外部電極４と、外部電極５と、内部電極６と、内部電極７と、内部電極８と、内部電極９と、複数のスルーホール導体１０ａと、複数のスルーホール導体１０ｂと、複数のスルーホール導体２０ａと、複数のスルーホール導体２０ｂと、を備えている。圧電素子１は、いわゆる積層型圧電素子である。
圧電素体２は、直方体形状を呈している。圧電素体２は、互いに対向している一対の主面２ａ，２ｂと、４つの側面２ｃと、を有している。各側面２ｃは、一対の主面２ａ，２ｂを連結するように、一対の主面２ａ，２ｂが対向する方向（以下、「主面対向方向」と言う）に延在している。主面対向方向は、例えば、主面２ａ，２ｂのそれぞれに直交する方向である。直方体形状には、角部及び稜部が面取りされている直方体の形状、並びに角部及び稜部が丸められている直方体の形状も含まれる。
圧電素体２は、対向方向から見て、４つの角部Ａ１〜Ａ４を有している。角部Ａ１及び角部Ａ２は、互いに対角に位置している。角部Ａ３及び角部Ａ４は、互いに対角に位置している。角部Ａ３及び角部Ａ４のそれぞれは、角部Ａ１及び角部Ａ２と隣り合っている。一対の主面２ａ，２ｂのそれぞれは、例えば、矩形状を呈している。主面２ａは、矩形状の外縁２ｅを有している。主面２ｂは、矩形状の外縁２ｆを有している。
一対の主面２ａ，２ｂが対向する方向は、圧電素体２の厚さ方向である。一対の側面２ｃが対向する方向は、圧電素体２の長さ方向である。他の一対の側面２ｃが対向する方向は、圧電素体２の幅方向である。圧電素体２の厚さ方向の長さは、例えば０．１ｍｍである。圧電素体２の長さ方向の長さは、例えば３０ｍｍである。圧電素体２の幅方向の長さは、例えば３０ｍｍである。
圧電素体２は、圧電セラミック材料（圧電材料）からなる。圧電セラミック材料としては、ＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３］、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ３）、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３］、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、又はＢＮＴ（チタン酸ビスマスナトリウム）、ＫＮＮ（ニオブ酸カリウムナトリウム）等が挙げられる。
圧電素体２は、主面対向方向に沿って交互に積層された複数の圧電体層１１，１２を有している。圧電体層１１、１２は、互いに同形状を呈している。圧電体層１１，１２は、矩形板状を呈している。圧電素体２は、例えば、圧電体層１１上に圧電体層１２，１１が交互にｎ回ずつ積層されて構成されている。つまり、圧電素体２は、主面対向方向の両端に圧電体層１１を有している。本実施形態では、ｎは２である。
圧電体層１１は、例えば、矩形状を呈するとともに、互いに対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有している。圧電体層１２は、例えば、矩形状を呈するとともに、互いに対向する一対の主面１２ａ，１２ｂを有している。一対の主面１１ａ，１１ｂの対向方向、及び一対の主面１２ａ，１２ｂの対向方向は、それぞれ主面対向方向と一致している。圧電素体２において、主面１２ａは主面１１ｂと対向し、主面１２ｂは主面１１ａと対向している。各圧電体層１１，１２は、４つの角部Ａ１〜Ａ４に対応する４つの角部を有している。
圧電素体２の主面２ａは、複数の圧電体層１１のうち、主面対向方向の一端に配置された圧電体層１１（以下、「一端の圧電体層１１」とも言う）の主面１１ａにより構成されている。圧電素体２の主面２ｂは、複数の圧電体層１１のうち、主面対向方向の他端に配置された圧電体層１１（以下、「他端の圧電体層１１」とも言う）の主面１１ｂにより構成されている。各圧電体層１１，１２は、例えば、上述した圧電セラミック材料を含むセラミックグリーンシートの焼結体から構成される。実際の圧電素体２では、各圧電体層１１，１２は、各圧電体層１１，１２の間の境界が認識できない程度に一体化されている。
複数の圧電体層１１，１２は、外部電極３〜５の間において、内部電極６〜９を介して交互に積層されている。具体的には、主面対向方向において、外部電極３，４と、一端の圧電体層１１と、内部電極６，７と、圧電体層１２と、内部電極８，９と、一端の圧電体層１１と他端の圧電体層１１との間に配置された圧電体層１１（以下、「中央の圧電体層１１」とも言う）と、内部電極６，７と、圧電体層１２と、内部電極８，９と、他端の圧電体層１１と、外部電極５と、がこの順に並んで配置されている。
一端の圧電体層１１は、外部電極３，４と内部電極６，７との間に配置されている。外部電極３，４は、一端の圧電体層１１の主面１１ａに設けられている。内部電極６，７は、一端の圧電体層１１の主面１１ｂに設けられている。中央の圧電体層１１は、内部電極８，９と内部電極６，７との間に配置されている。内部電極８，９は、中央の圧電体層１１の主面１１ａに設けられている。内部電極６，７は、中央の圧電体層１１の主面１１ｂに設けられている。他端の圧電体層１１は、内部電極８，９と外部電極５との間に配置されている。内部電極８，９は、他端の圧電体層１１の主面１１ａに設けられている。外部電極５は、他端の圧電体層１１の主面１１ｂに設けられている。各圧電体層１２は、内部電極６，７と内部電極８，９との間に配置されている。内部電極６，７は、各圧電体層１２の主面１２ａに設けられている。内部電極８，９は、各圧電体層１２の主面１２ｂに設けられている。
一端の圧電体層１１と圧電体層１２とは、内部電極６，７を介して互いに対向している。圧電体層１２と中央の圧電体層１１とは、内部電極８，９を介して互いに対向している。中央の圧電体層１１と圧電体層１２とは、内部電極６，７を介して互いに対向している。圧電体層１２と他端の圧電体層１１とは、内部電極８，９を介して互いに対向している。言い換えると、外部電極３，４と内部電極６，７とは、一端の圧電体層１１を介して互いに対向している。内部電極６，７と内部電極８，９とは、各圧電体層１２を介して互いに対向している。内部電極８，９と外部電極５とは、他端の圧電体層１１を介して互いに対向している。これらの各電極の対向方向は、いずれも主面対向方向と一致している。
外部電極３は、主面２ａ（つまり主面１１ａ）に設けられている。外部電極４は、外部電極３から離間して主面２ａに設けられている。外部電極３，４は、主面対向方向から見て、主面２ａの外縁２ｅから離間している。外部電極３，４と外縁２ｅとの離間距離は、２０μｍ以上である。
外部電極３は、角部Ａ１に設けられている。外部電極３は、複数のスルーホール導体１０ａに接続された電極層３１と、電極層３１を覆う電極層３２と、を有している。電極層３１は、主面対向方向から見て、円形状を呈している。電極層３２は、主面対向方向から見て、電極層３１と同心の円形状を呈している。電極層３２の面積は、主面対向方向から見て、電極層３１の面積よりも大きく、電極層３２は、電極層３１の全体を覆っている。電極層３２は、主面対向方向から見て電極層３１と重なる部分と、電極層３１の外側に位置し、主面２ａに接触する部分と、を有している。
外部電極４は、複数のスルーホール導体２０ａに接続された電極層４１と、電極層４１を覆う電極層４２と、を有している。電極層４１は、主面対向方向から見て、矩形状を呈している。電極層４１は、角部Ａ２に設けられている。電極層４２は、主面対向方向から見て、矩形状の圧電素体２から、外部電極３，４と外縁２ｅとの離間領域及び外部電極３の配置領域が除外された領域に設けられている。
電極層４２は、主面対向方向から見て、各角部Ａ１〜Ａ４において、丸い角を有している。ここで、丸い角とは、２つの直線の交わりからなる角ではなく、２つの直線の端部同士が曲線で接続されてなる湾曲した角を意味する。主面対向方向から見て、電極層４２の丸い角は、電極層４２の外縁のうち、外縁２ｅに沿う２つの直線の端部同士が曲線で接続されてなる湾曲した角である。電極層４２の面積は、主面対向方向から見て、電極層４１の面積よりも大きく、電極層４２は、電極層４１の全体を覆っている。電極層４２は、主面対向方向から見て電極層４１と重なる部分と、電極層４１の外側に位置し、主面２ａに接触する部分と、を有している。
外部電極５は、主面２ｂに設けられている。外部電極５は、主面対向方向から見て、主面２ｂの外縁２ｆから離間している。外部電極５と外縁２ｆとの離間距離は、２０μｍ以上である。外部電極５は、主面対向方向から見て、矩形状の圧電素体２から、外部電極５と外縁２ｆとの離間領域を除く領域に設けられている。外部電極５は、主面対向方向から見て、各角部Ａ１〜Ａ４において、丸い角を有している。主面対向方向から見て、外部電極５の丸い角は、外部電極５の外縁のうち、外縁２ｆに沿う２つの直線の端部同士が曲線で接続されてなる湾曲した角である。
図４及び図５は、図３に示される内部電極について説明するための図である。図４は、内部電極６，７について説明するための図であり、圧電体層１２、及び内部電極６，７が図示されている。図５は、内部電極８，９について説明するための図であり、中央の圧電体層１１及び内部電極８，９が図示されている。
図１〜図５に示されるように、内部電極６，７は、主面対向方向から見て、互いに離間している。内部電極６，７は、主面対向方向から見て、各側面２ｃから離間している。言い換えると、内部電極６，７は、内部電極６，７が設けられる主面１１ｂ，１２ａのいずれの外縁からも離間している。内部電極６，７と各側面２ｃとの離間距離は、２０μｍ以上である。
内部電極６は、主面対向方向から見て、円形状を呈している。内部電極６は、角部Ａ２に設けられている。内部電極７は、主面対向方向から見て、矩形状の圧電素体２から、内部電極６，７と各側面２ｃとの離間領域及び内部電極６の配置領域が除外された領域に設けられている。内部電極７は、主面対向方向から見て、各角部Ａ１〜Ａ４において、丸い角を有している。主面対向方向から見て、内部電極７の丸い角は、内部電極７の外縁のうち、側面２ｃに沿う２つの直線の端部同士が曲線で接続されてなる湾曲した角である。
内部電極８，９は、主面対向方向から見て、互いに離間している。内部電極８，９は、主面対向方向から見て、各側面２ｃから離間している。言い換えると、内部電極８，９は、内部電極８，９が設けられる主面１１ａ，１２ｂのいずれの外縁からも離間している。内部電極８，９と各側面２ｃとの離間距離は、２０μｍ以上である。
内部電極８は、主面対向方向から見て、円形状を呈している。内部電極８は、主面対向方向から見て、角部Ａ１と重なっている。内部電極９は、電極層４１と同一形状を呈し、主面対向方向から見て電極層４１と一致している。内部電極９は、主面対向方向から見て、圧電素体２から内部電極８，９と各側面２ｃとの離間領域及び内部電極８の配置領域が除外された領域に設けられている。内部電極９は、主面対向方向から見て、角部Ａ１〜Ａ４において、丸い角を有している。主面対向方向から見て、内部電極９の丸い角は、内部電極９の外縁のうち、側面２ｃに沿う２つの直線の端部同士が曲線で接続されてなる湾曲した角である。
上述のように、本実施形態の各主面１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは矩形状を呈しているため、それぞれ２つの直線の交わりからなる角を有していると言える。すなわち、各主面１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの角の形状は、電極層４２、外部電極５、及び内部電極７，９のそれぞれの角の形状と異なっている。
図６は、図１に示される圧電素子を一部拡大して示す平面図である。図６では、主面２ａ上に設けられた外部電極３，４の図示が省略されている。図７は、図１（ａ）及び図６のVII−VII線断面図である。図３、図６及び図７に示されるように、主面対向方向から見て、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂと、複数のスルーホール導体２０ａ，２０ｂとは、互いに離間するように配置されている。複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂは、角部Ａ１に配置されている。複数のスルーホール導体２０ａ，２０ｂは、角部Ａ２に配置されている。
複数のスルーホール導体１０ａは、各圧電体層１１を貫通している。複数のスルーホール導体１０ａは、主面対向方向から見て、互いに重なるように配置されている。複数のスルーホール導体１０ｂは、各圧電体層１２を貫通している。複数のスルーホール導体１０ｂは、主面対向方向から見て、互いに重なるように配置されている。複数のスルーホール導体１０ａと複数のスルーホール導体１０ｂとは、主面対向方向から見て、互いに離間するように配置されている。
一端の圧電体層１１を貫通する複数のスルーホール導体１０ａは、電極層３１と内部電極７とに物理的、かつ、電気的に接続されている。中央の圧電体層１１を貫通する複数のスルーホール導体１０ａは、内部電極７と内部電極８とに物理的、かつ、電気的に接続されている。他端の圧電体層１１を貫通する複数のスルーホール導体１０ａは、外部電極５と内部電極８とに物理的、かつ、電気的に接続されている。各圧電体層１２を貫通する複数のスルーホール導体１０ｂは、内部電極７と内部電極８とに物理的、かつ、電気的に接続されている。複数のスルーホール導体１０ａと複数のスルーホール導体１０ｂとは、内部電極７又は内部電極８によって互いに電気的に接続されている。
複数のスルーホール導体２０ａは、各圧電体層１１を貫通している。複数のスルーホール導体２０ａは、主面対向方向から見て、互いに重なるように配置されている。複数のスルーホール導体２０ｂは、各圧電体層１２を貫通している。複数のスルーホール導体２０ｂは、主面対向方向から見て、互いに重なるように配置されている。複数のスルーホール導体２０ａと複数のスルーホール導体２０ｂとは、主面対向方向から見て、互いに離間するように配置されている。
一端の圧電体層１１を貫通する複数のスルーホール導体２０ａは、電極層４１と内部電極６とに物理的、かつ、電気的に接続されている。中央の圧電体層１１を貫通する複数のスルーホール導体２０ａは、内部電極６と内部電極９とに物理的、かつ、電気的に接続されている。各圧電体層１２を貫通する複数のスルーホール導体２０ｂは、内部電極６と内部電極９とに物理的、かつ、電気的に接続されている。複数のスルーホール導体２０ａと複数のスルーホール導体２０ｂとは、内部電極６又は内部電極９によって互いに電気的に接続されている。
複数のスルーホール導体１０ａは、主面対向方向から見て、行列状に配列されている。複数のスルーホール導体１０ａは、主面対向方向から見て、例えば等間隔で配列されている。複数のスルーホール導体１０ａは、例えば、等間隔で引かれた格子（すなわち、正方格子）の交点位置に配置されている。複数のスルーホール導体１０ｂは、主面対向方向から見て、行列状に配列されている。複数のスルーホール導体１０ｂは、主面対向方向から見て、例えば等間隔で配列されている。複数のスルーホール導体１０ｂは、例えば、等間隔で引かれた格子（すなわち、正方格子）の交点位置に配置されている。
複数のスルーホール導体１０ａの配列間隔は、複数のスルーホール導体１０ｂとの配列間隔と等しい。上述のように、複数のスルーホール導体１０ａと複数のスルーホール導体１０ｂとは、主面対向方向から見て、互いに離間するように配置されている。複数のスルーホール導体１０ａは、主面対向方向から見て、複数のスルーホール導体１０ｂから行方向及び列方向に配列間隔の１／２ずつ平行移動した位置に配置されている。
複数のスルーホール導体２０ａは、主面対向方向から見て、行列状に配列されている。複数のスルーホール導体２０ａは、主面対向方向から見て、例えば等間隔で配列されている。複数のスルーホール導体２０ａは、例えば、等間隔で引かれた格子（すなわち、正方格子）の交点位置に配置されている。複数のスルーホール導体２０ｂは、主面対向方向から見て、行列状に配列されている。複数のスルーホール導体２０ｂは、主面対向方向から見て、例えば等間隔で配列されている。複数のスルーホール導体２０ｂは、例えば、等間隔で引かれた格子（すなわち、正方格子）の交点位置に配置されている。
複数のスルーホール導体２０ａの配列間隔は、複数のスルーホール導体２０ｂとの配列間隔と等しい。上述のように、複数のスルーホール導体２０ａと複数のスルーホール導体２０ｂとは、主面対向方向から見て、互いに離間するように配置されている。複数のスルーホール導体２０ａは、主面対向方向から見て、複数のスルーホール導体２０ｂから行方向及び列方向に配列間隔の１／２ずつ平行移動した位置に配置されている。本実施形態では、複数のスルーホール導体１０ａの配列間隔、複数のスルーホール導体１０ｂの配列間隔、複数のスルーホール導体２０ａの配列間隔、及び複数のスルーホール導体２０ｂの配列間隔は、それぞれ等しい。
複数のスルーホール導体１０ａにより画定される領域Ｒは、主面対向方向から見て、ｎ角形状（ｎは４以上の整数）を呈している。ここでは、領域Ｒは、主面対向方向から見て、例えば、複数のスルーホール導体１０ａのうち配列端に位置する各スルーホール導体１０ａ（すなわち、各行の両端に位置する各スルーホール導体１０ａ、及び各列の両端に位置する各スルーホール導体１０ａ）同士を直線で結んでなる多角形を呈している。つまり、領域Ｒは、この多角形を底面とする柱状を呈している。
本実施形態では、２５のスルーホール導体１０ａが、５×５（すなわち、５行５列）の行列状に配列され、領域Ｒは、主面対向方向から見て、四角形状（より具体的には、正方形状）を呈している。つまり、領域Ｒは、四角柱状（より具体的には、正方柱状）を呈している。複数のスルーホール導体１０ｂ、複数のスルーホール導体２０ａ、及び複数のスルーホール導体２０ａのそれぞれは、複数のスルーホール導体１０ａと同様に領域Ｒを画定している。
外部電極３〜５、内部電極６〜９、及び複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂは、例えばＡｇ、Ｐｄ、又はＣｕからなり、いずれも導体である。これらの導体は、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。外部電極３のうち電極層３１、外部電極４のうち電極層４１、内部電極６〜９、及び複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂは、焼成時の収縮率を圧電素体２に近づけるため、圧電素体２を構成する圧電材料を共材として含有している。外部電極３のうち電極層３２、及び外部電極４のうち電極層４２は、この圧電材料を含有していない。すなわち、電極層３２，４２の圧電材料の含有率は、電極層３１，４１の圧電材料の含有率よりも小さい。このため、電極層３２，４２の導電性は、電極層３１，４１の導電性よりも高い。
図８は、図１の圧電素子を備える電子機器の平面図である。図９は、図８のIX−IX線断面図である。図８及び図９に示される電子機器５０Ａは、例えば、振動デバイスである。電子機器５０Ａは、圧電素子１と、振動体５１と、引出電極５２，５３と、接着部材５４と、を備えている。
振動体５１は、金属板５５と、金属板５５上に配置された絶縁層５６と、を備えている。振動体５１は、主面対向方向から見て、例えば矩形状を呈する板状部材である。振動体５１は、絶縁層５６を介して金属板５５と圧電素子１の主面２ａとが対向するように配置されている。金属板５５は、例えばＮｉ、ステンレス鋼、黄銅、又はインバー材（Ｎｉ−Ｍｎ−Ｆｅ）からなっている。絶縁層５６は、例えばポリイミド樹脂又はエポキシ樹脂である。絶縁層５６は、金属板５５の一方の主面の全体を覆っている。絶縁層５６の厚さは、例えば５μｍである。
引出電極５２，５３は、例えばＡｕ、Ｓｎ、又はＮｉからなっている。引出電極５２，５３は、互いに離間して絶縁層５６上に配置されている。引出電極５２は、外部電極３と物理的、かつ、電気的に接続されている。引出電極５３は、外部電極４と物理的、かつ、電気的に接続されている。接着部材５４は、例えばエポキシ樹脂又はアクリル樹脂である。接着部材５４は、圧電素子１と振動体５１とを接合し、圧電素子１を振動体５１に固定している。
電子機器５０Ａでは、例えば、引出電極５２，５３を介して外部電極３，４に極性の異なる電圧が印加されると、外部電極４、内部電極７、内部電極９、及び外部電極５の間で電界が発生する。これにより、一端の圧電体層１１における外部電極４と内部電極７とで挟まれた領域、中央の圧電体層１１における内部電極７と内部電極９とで挟まれた領域、他端の圧電体層１１における外部電極５と内部電極９とで挟まれた領域、及び圧電体層１２における内部電極６と内部電極９とで挟まれた領域が圧電的に活性な活性領域となり、活性領域に変位が発生する。印加される電圧が交流電圧であれば、圧電素子１は、交流電圧の周波数に応じて伸縮を繰り返す。圧電素子１と振動体５１とは、接着部材５４により互いに接合されている。このため、振動体５１は、圧電素子１における伸縮の繰り返しに応じて、圧電素子１と一体に撓み振動を行う。
図１０は、変形例に係る電子機器の断面図である。図１０に示される電子機器５０Ｂは、引出電極５２，５３を備えていない点で電子機器５０Ａと主に相違している。電子機器５０Ｂでは、振動体５１は絶縁層５６を備えず、金属板５５が振動体５１を構成している。圧電素子１は、主面２ｂを振動体５１と対向させると共に、主面２ａを露出させた状態で、接着部材５４により振動体５１に固定されている。接着部材５４は、導電性フィラーを含み、外部電極５と金属板５５とを電気的に接続している。電子機器５０Ｂでは、例えば外部電極４にリード線を接続し、リード線を介して外部電極４に電圧を印加することができる。また、例えば金属板５５を介して外部電極５に電圧を印加することができる。電子機器５０Ｂは、外部電極４，５に極性の異なる電圧が印加されることにより、電子機器５０Ａと同様に駆動され、振動体５１が撓み振動を行う。
図１１は、比較例に係る圧電素子を一部拡大して示す平面図である。図１１に示されるように、比較例に係る圧電素子１００は、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂの代わりに、等間隔で一列に配列された複数のスルーホール導体１１０ａ，１１０ｂ，１２０ａ，１２０ｂを備えている点で圧電素子１と主に相違している。圧電素子１００では、複数のスルーホール導体１１０ａ，１１０ｂ，１２０ａ，１２０ｂのそれぞれにより画定される領域は、主面対向方向から見て、直線状を呈している。このように複数のスルーホール導体１１０ａ，１１０ｂ，１２０ａ，１２０ｂのそれぞれが一列に配列されている場合、スルーホール導体１１０ａ，１１０ｂ，１２０ａ，１２０ｂのそれぞれの並びに沿ってクラックが延伸し易くなる。
これに対して、圧電素子１では、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂのそれぞれが行列状に配列されている。圧電素子１及び圧電素子１００において、スルーホール導体の数及び配列間隔がそれぞれ等しいとすると、圧電素子１では、スルーホール導体が一列に配列されている長さを圧電素子１００よりも短くすることができる。これにより、圧電素子１では、一列に配列されているスルーホール導体に沿って発生するクラックを抑制することができる。したがって、圧電素子１によれば、強度の低下を抑制することが可能となる。
圧電素子１は、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂを備え、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂは、主面対向方向から見て、互いに離間するように配置されており、重なっていない。複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂは、内部電極７又は内部電極８によって互いに電気的に接続されている。すなわち、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂは、内部電極７又は内部電極８の異なる部分に接続されている。このため、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂが焼成時に収縮したとしても、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂが主面対向方向から見て互いに重なっている場合と比べて、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂにおける断線等の導電不良の発生を抑制することができる。
圧電素子１は、複数のスルーホール導体２０ａ，２０ｂを備え、複数のスルーホール導体２０ａ，２０ｂは、主面対向方向から見て、互いに離間するように配置されており、重なっていない。複数のスルーホール導体２０ａ，２０ｂは、内部電極６又は内部電極９によって互いに電気的に接続されている。すなわち、複数のスルーホール導体２０ａ，２０ｂは、内部電極６又は内部電極９の異なる部分に接続されている。このため、複数のスルーホール導体２０ａ，２０ｂが焼成時に収縮したとしても、複数のスルーホール導体２０ａ，２０ｂが主面対向方向から見て互いに重なっている場合と比べて、複数のスルーホール導体２０ａ，２０ｂにおける断線等の導電不良の発生を抑制することができる。
圧電素子１は、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂを備えているので、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂそれぞれの代わりに大径のスルーホール導体を備えている場合に比べて、各スルーホール導体１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂを小径化することができる。このため、各スルーホール導体１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂが焼成時に収縮したとしても、その収縮量は大径のスルーホール導体の収縮量に比べて小さい。したがって、圧電素子１によれば、断線等の導体不良の発生を抑制することができる。
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。
図１２は、変形例に係る圧電素子を一部拡大して示す平面図である。図１２に示されるように、変形例に係る圧電素子１Ａは、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂにより画定される領域Ｒが、主面対向方向から見て、三角形状を呈している点で、圧電素子１と主に相違している。すなわち、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂにより画定される領域Ｒは、三角柱状を呈している。圧電素子１Ａにおける複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂのそれぞれの数は、圧電素子１と同様に２５であり、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂの配列間隔も圧電素子１と同様である。
圧電素子１Ａ及び圧電素子１００（図１１参照）において、スルーホール導体の数及び配列間隔がそれぞれ等しいとすると、変形例に係る圧電素子１Ａによっても、スルーホール導体が一列に配列されている長さを圧電素子１００よりも短くすることができる。したがって、圧電素子１Ａによっても、強度の低下を抑制することが可能となる。圧電素子１Ａでは、圧電素子１と同様に、複数のスルーホール導体２０ａ，２０ｂにより画定される各領域Ｒは、主面対向方向から見て、四角形状を呈している。このように領域Ｒの形状が異なることから、圧電素子１Ａでは、極性の判別が容易となる。
領域Ｒが主面対向方向から見て四角形状を呈している場合と、三角形状を呈している場合とを比べると、四角形状の場合は三角形状の場合よりも、スルーホール導体が一列に配列されている長さを短くすることができる。このため、四角形状の場合は、三角形状の場合よりも強度の低下を抑制することができる。具体的には、例えば、圧電素子１の複数のスルーホール導体１０ａにより画定される領域Ｒでは、最大で５つのスルーホール導体１０ａが一列に配列されているのに対し、圧電素子１Ａの複数のスルーホール導体１０ａにより画定される領域Ｒでは、最大で９つのスルーホール導体１０ａが一列に配列されている。このことから、圧電素子１では、圧電素子１Ａよりも強度の低下を更に抑制可能となる。
圧電素子１，１Ａでは、複数のスルーホール導体１０ａが大径の１つのスルーホール導体で置き換えられていてもよいし、複数のスルーホール導体１０ｂが大径の１つのスルーホール導体で置き換えられていてもよいし、複数のスルーホール導体２０ａが大径の１つのスルーホール導体で置き換えられていてもよいし、複数のスルーホール導体２０ｂが大径の１つのスルーホール導体で置き換えられていてもよい。圧電素子１は、積層型圧電素子でなくてもよい。つまり、圧電素体２が１つの圧電体層により構成されていてもよい。
領域Ｒは主面対向方向から見て、例えば、長方形状、菱形状、五角形状、又は六角形状を呈していてもよい。例えば、複数のスルーホール導体１０ａ，１０ｂは、主面対向方向から見て、互いに一部が重なるように配置されていてもよいし、互いに全部が重なるように配置されていてもよい。複数のスルーホール導体２０ａ，２０ｂは、主面対向方向から見て、互いに一部が重なるように配置されていてもよいし、互いに全部が重なるように配置されていてもよい。
１，１Ａ…圧電素子、３〜５…外部電極、６〜９…内部電極、１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ…スルーホール導体、１１，１２…圧電体層、Ｒ…領域。
Claims (2)
- 互いに対向する第一及び第二電極と、
前記第一電極と前記第二電極との間に配置された第一圧電体層と、
前記第一圧電体層を貫通し、前記第一電極と前記第二電極とに接続された複数の第一スルーホール導体と、
前記第一圧電体層を介して前記第一電極と対向し、前記第一及び第二電極とは異なる極性の電圧が印加される第四電極と、
前記第二電極を介して前記第一圧電体層と対向する第二圧電体層と、
前記第二圧電体層を介して前記第二電極及び第四電極と対向する第三電極と、
前記第二圧電体層を貫通し、前記第二電極と前記第三電極とに接続された複数の第二スルーホール導体と、を備え、
前記第一及び第二電極の対向方向から見て、前記複数の第一スルーホール導体は、行列状に配列されており、
前記対向方向から見て、前記複数の第一スルーホール導体と前記複数の第二スルーホール導体とは互いに離間するように配置されており、
前記対向方向から見て、前記複数の第一スルーホール導体により画定される領域は、前記複数の第二スルーホール導体により画定される領域と重なっている、圧電素子。 - 前記対向方向から見て、前記複数の第一スルーホール導体により画定される領域は、ｎ角形状（ｎは４以上の整数）を呈している、請求項１に記載の圧電素子。
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