WO2012060236A1 - 積層型圧電アクチュエータ及び圧電振動装置 - Google Patents

積層型圧電アクチュエータ及び圧電振動装置 Download PDF

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WO2012060236A1
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sintered body
piezoelectric actuator
ceramic sintered
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智 進藤
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株式会社村田製作所
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    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/508—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure adapted for alleviating internal stress, e.g. cracking control layers

Definitions

  • the present invention relates to a laminated piezoelectric actuator using a laminated ceramic sintered body in which a plurality of internal electrodes are laminated via a ceramic layer, and more specifically, ceramic sintered having an inactive layer as an outermost layer.
  • the present invention relates to a laminated piezoelectric actuator using a body.
  • the present invention also relates to a piezoelectric vibration device including a vibration plate, in which a laminated piezoelectric actuator is joined to the vibration plate.
  • Patent Document 1 discloses a piezoelectric buzzer in which a vibration plate made of a steel plate is bonded to the laminated ceramic sintered body.
  • the ceramic layer on the diaphragm side of the laminated ceramic sintered body is not polarized.
  • the ceramic layer is a relaxation layer. Therefore, it is said that the bending vibration of the vibrating body composed of the ceramic sintered body and the diaphragm can be smoothed.
  • Patent Document 2 discloses a multilayer piezoelectric actuator 1001 having a structure shown in FIG.
  • a plurality of first internal electrodes 1003 and a plurality of second internal electrodes 1004 are alternately arranged in a stacking direction in a multilayer ceramic sintered body 1002.
  • a first external electrode 1005 is formed on the first end face of the ceramic sintered body 1002.
  • a second external electrode 1006 is formed on the second end face of the ceramic sintered body 1002.
  • a surface electrode 1006a is formed on the upper surface of the ceramic sintered body 1002 so as to overlap the uppermost first internal electrode 1003 when viewed in plan in the stacking direction.
  • no surface electrode is formed on the lower surface of the ceramic sintered body 1002. Therefore, the ceramic layer between the lowermost first internal electrode 1003 and the lower surface of the ceramic sintered body 1002, that is, the lowermost ceramic layer is an inactive layer.
  • the thickness of this inactive layer is made thinner than the thickness of other ceramic layers that are active layers. Since the thickness of the lowermost ceramic layer, which is an inactive layer, is reduced, the displacement of the multilayer piezoelectric actuator 1001 is difficult to be restrained.
  • the first and second external electrodes 1005 and 1006 may be formed by applying or baking a conductive paste.
  • the second external electrode 1006 may wrap around from the second end surface of the ceramic sintered body 1002 to the bottom surface, and a wraparound portion 1006b may be formed.
  • the wraparound portion 1006b is the most The lower first internal electrode 1003 overlaps with the lowermost ceramic layer. Therefore, as shown in FIG.
  • a part of the lowermost ceramic layer which is an inactive layer may become an active part. Since the lowermost ceramic layer, which is an inactive layer, is thin, a higher electric field is applied to the active portion than other ceramic layers, which are active layers. Therefore, the ceramic layer may be destroyed in the high electric field region X.
  • the lengths of the first and second internal electrodes 1003 and 1004 (the first and second internal electrodes 1003 and 1004 from the base end, which is the end face side portion of the first and second internal electrodes 1003 and 1004).
  • the dimension of the second internal electrodes 1003 and 1004 to the tip is shortened, even if the wraparound portion as shown in FIG. 16 is formed, the wraparound portion and the lowermost first internal electrode 1003 are When viewed in plan in the stacking direction, they do not overlap via the lowermost ceramic layer.
  • the length of the active portion that is the overlapping portion when the first and second inner electrodes 1003 and 1004 are viewed in plan in the stacking direction, that is, the first and first inner portions of the ceramic sintered body 1002 The length L of the active portion in the direction connecting the two end faces is shortened. And an inactive part will exist in the said length direction both sides of this active part, and an inactive part will become large. Therefore, the displacement of the multilayer piezoelectric actuator 1001 is hindered.
  • the multilayer piezoelectric actuator 1001 is a piezoelectric actuator using a bending mode
  • the displacement of the multilayer piezoelectric actuator 1001 is greatly hindered when the inactive portions on the first and second end face sides are large. It becomes.
  • the tip of the lowermost first internal electrode 1003 is viewed in plan view in the stacking direction. There is a possibility that the side portion overlaps with the wraparound portion 1006b via the lowermost ceramic layer.
  • the object of the present invention is that the outermost ceramic layer is an inactive layer, and even if the amount of displacement is increased by reducing the thickness of the inactive layer, the ceramic sintered body is unlikely to break.
  • Another object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator and a piezoelectric vibration device including the multilayer piezoelectric actuator.
  • the multilayer piezoelectric actuator according to the present invention is made of piezoelectric ceramics, and is formed in a ceramic sintered body having an upper surface, a lower surface and opposing first and second end surfaces, a ceramic sintered body, A plurality of first internal electrodes drawn out to the end face and formed in the ceramic sintered body, and a plurality of second internal electrodes drawn out to the second end face and formed in the ceramic sintered body A plurality of ceramic layers laminated together with the first internal electrode and the second internal electrode, a first external electrode formed on the first end face of the ceramic sintered body, and a first of the ceramic sintered body And a second external electrode formed on the end face of the second.
  • the first internal electrode and the second internal electrode are opposed to each other through the ceramic layer in the ceramic sintered body, and are sandwiched between the first internal electrode and the second internal electrode.
  • the ceramic layer is an active layer, and has a plurality of active layers, and in the ceramic sintered body, among the plurality of first and second internal electrodes, the uppermost internal electrode and ceramic sintered.
  • the ceramic layer between the upper surface of the body is the first inactive layer, and the ceramic layer between the lowermost internal electrode and the lower surface of the ceramic sintered body among the plurality of first and second internal electrodes Is the second inactive layer.
  • the thickness of the ceramic layer as the inactive layer is made thinner than the thickness of the ceramic layer as the active layer, and the length of the first or second internal electrode is set to the first or second internal electrode. Is the distance from the first or second end surface from which the first electrode is drawn to the tip of the first or second internal electrode, the length of the internal electrode located at the top and the length of the internal electrode located at the bottom At least one is made shorter than the length of the other internal electrode. Further, when viewed in plan in the stacking direction of the ceramic sintered body, the first and second external electrodes are connected to different potentials among the uppermost and lowermost internal electrodes via the inert layer. It is formed so as not to overlap with the electrode. *
  • the first and second external electrodes are formed on the first and second end faces of the ceramic sintered body, and the upper surface of the ceramic sintered body And it is provided not to reach the lower surface. In this case, it is difficult to apply an electric field to the upper and lower surfaces and the inactive layers on the lower surface side of the ceramic sintered body. Therefore, destruction in the inactive layer is less likely to occur.
  • the first and second external electrodes are disposed on the end surface portion located on the first and second end surfaces of the ceramic sintered body, and on the end surface portion. And a wraparound portion that reaches at least one of the upper surface and the lower surface of the ceramic sintered body, and the wraparound portion and the uppermost portion when viewed in plan in the stacking direction of the ceramic sintered body And the internal electrodes connected to different potentials among the lowermost internal electrodes are arranged so as not to overlap with each other through the inactive layer.
  • the wraparound portion and the innermost portion of the uppermost portion and the lowermost portion are viewed in plan view in the stacking direction of the ceramic sintered body. Since the internal electrodes connected to different potentials of the electrodes are arranged so as not to overlap with each other through the inert layer, the breakdown in the inert layer, which is the outermost ceramic layer as the uppermost layer or the lowermost layer, is prevented. It is hard to occur.
  • the wraparound portion is a surface electrode for joining with another member.
  • it can be easily mounted on a diaphragm, a substrate or the like using the surface electrode.
  • the ceramic layers constituting the active layer have the same thickness.
  • ceramic layers other than the inactive layer can be easily formed using the same ceramic green sheet.
  • the piezoelectric vibration device according to the present invention includes a vibration plate, and the laminated piezoelectric actuator according to the present invention is joined to the vibration plate. In this case, according to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric vibration device that vibrates in a bending mode and has a large amount of displacement.
  • the ceramic layer that is the inactive layer is the ceramic that is the active layer. A large amount of displacement can be obtained without restraining the displacement of the layer so much.
  • at least one of the length of the internal electrode located at the top and the length of the internal electrode located at the bottom is shorter than the length of the other internal electrodes, and when viewed in plan in the stacking direction of the ceramic sintered body Further, the first and second external electrodes are formed so as not to overlap with the internal electrodes connected to different potentials among the uppermost and lowermost internal electrodes through the inactive layer. In a thin inactive layer, breakdown is hardly caused when an electric field is applied.
  • FIG. 1A is a front sectional view showing a multilayer piezoelectric actuator according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a front sectional view showing a modification thereof.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the multilayer piezoelectric actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a front sectional view showing a multilayer piezoelectric actuator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a front sectional view showing the bending type piezoelectric actuator according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a front cross-sectional view showing the bending type piezoelectric actuator of Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is a front cross-sectional view showing a bending type piezoelectric actuator of Comparative Example 2.
  • FIG. 1A is a front sectional view showing a multilayer piezoelectric actuator according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a front sectional view showing a modification thereof.
  • FIG. 2 is
  • FIG. 7 is a front cross-sectional view showing a bent piezoelectric actuator of Comparative Example 3.
  • FIG. 8 is a front cross-sectional view showing a bending type piezoelectric actuator of Comparative Example 4.
  • FIG. 9 is a front sectional view showing a bending type piezoelectric actuator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a front sectional view showing a bending type piezoelectric actuator according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a front sectional view showing a modification of the piezoelectric actuator according to the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view schematically showing the internal structure of the piezoelectric actuator of the modification shown in FIG. FIG.
  • FIG. 13 is a front sectional view showing still another modification of the piezoelectric actuator according to the present invention.
  • FIG. 14 is a front sectional view showing still another modification of the piezoelectric actuator according to the present invention.
  • FIG. 15 is a front sectional view showing a conventional multilayer piezoelectric actuator.
  • FIG. 16 is a front cross-sectional view for explaining problems of the conventional multilayer piezoelectric actuator shown in FIG.
  • FIG. 1A is a front sectional view showing a multilayer piezoelectric actuator 1 according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view thereof.
  • the multilayer piezoelectric actuator 1 has a ceramic sintered body 2 made of piezoelectric ceramics.
  • the ceramic sintered body 2 is made of a lead zirconate titanate ceramic.
  • the ceramic sintered body 2 may be formed of other piezoelectric ceramics.
  • the ceramic sintered body 2 has a rectangular parallelepiped shape, and has an upper surface 2a, a lower surface 2b, a first end surface 2c, and a second end surface 2d.
  • a plurality of ceramic layers including ceramic layers 2e, 2f, 2g are arranged.
  • a plurality of first internal electrodes 3a to 3d and a plurality of second internal electrodes 4a to 4d are arranged in parallel with the upper surface 2a and the lower surface 2b.
  • the plurality of first internal electrodes 3 a to 3 d are drawn out to the first end face 2 c of the ceramic sintered body 2.
  • the plurality of second internal electrodes 4a to 4d are led out to the second end face 2d facing the first end face 2c of the ceramic sintered body 2.
  • a plurality of ceramic layers, a plurality of first internal electrodes 3a to 3d, and a plurality of second internal electrodes 4a to 4d are laminated.
  • the first internal electrodes 3a to 3d and the second internal electrodes 4a to 4d are alternately arranged in the stacking direction, that is, the direction connecting the upper surface 2a and the lower surface 2b.
  • the first external electrode 5 is formed on the first end face 2c.
  • a second external electrode 6 is formed on the second end face 2d.
  • the first external electrode 5 is connected to the end surface portion 5a located on the first end surface 2c, the wraparound portion 5b connected to the end surface portion 5a and reaching the upper surface 2a, and the end surface portion 5a. It has a wraparound portion 5c that is continuous and reaches the lower surface 2b.
  • the second external electrode 6 is connected to the end surface portion 6a located on the second end surface 2d, the end surface portion 6a, the wraparound portion 6b reaching the upper surface 2a, the end surface portion 6a, and the lower surface. And a wraparound portion 6c leading to 2b.
  • the first and second internal electrodes 3a to 3d and 4a to 4d are made of AgPd.
  • the first and second internal electrodes 3a to 3d and 4a to 4d can be formed of an appropriate metal material such as Ag, Au, Cu, Ni, or an alloy thereof.
  • the ceramic sintered body 2 having the first and second internal electrodes 3a to 3d and 4a to 4d is a multilayer ceramic sintered body that can be obtained by a known ceramic integrated firing technique.
  • the first and second external electrodes 5 and 6 are formed by applying and baking a conductive paste. However, it may be formed by vapor deposition, sputtering, plating, or the like. In the present embodiment, the first and second external electrodes 5 and 6 are formed by a sputtering method. The first and second external electrodes 5 and 6 can be formed of an appropriate metal or alloy.
  • a portion sandwiched between any one of the first internal electrodes 3a to 3d and any one of the second internal electrodes 4a to 4d functions as an active layer. .
  • the active layer is a portion that expands and contracts due to the piezoelectric effect when an electric field is applied.
  • adjacent active layers are polarized in the opposite direction in the stacking direction.
  • the laminated piezoelectric actuator 1 When driving the laminated piezoelectric actuator 1, a voltage is applied between the first and second external electrodes 5 and 6. As a result, an electric field is applied to the plurality of ceramic layers 2e sandwiched between the first internal electrodes 3a to 3d and the second internal electrodes 4a to 4d. Therefore, when the electric field is applied, the multilayer piezoelectric actuator 1 has an appearance in which the center protrudes upward and an appearance in which the center protrudes downward at the center in the direction connecting the first and second end faces 2c and 2d. Take. That is, it is displaced in the bending mode.
  • the thicknesses of the ceramic layers 2e constituting the plurality of active layers are equal. Therefore, as will be described later, the types of green sheets necessary for forming each ceramic layer 2e can be reduced, and productivity can be increased.
  • the electric field is not applied to the ceramic layer 2f, which is the lowermost layer and is located below the first internal electrode 3d. Therefore, the ceramic layer 2f is an inert layer. Similarly, the electric field is not applied to the ceramic layer 2g which is the uppermost layer and is located above the second internal electrode 4a. That is, the ceramic layer 2g is an inactive layer like the ceramic layer 2f.
  • the inactive layer is a layer to which no electric field is applied when a voltage is applied from the first and second external electrodes 5 and 6.
  • the feature of the multilayer piezoelectric actuator 1 of the present embodiment is that the ceramic layers 2f and 2g are thinner than the ceramic layer 2e which is an active layer. As described above, the inactive layer acts to constrain the displacement of the active layer. In this embodiment, since the ceramic layers 2f and 2g which are inactive layers are thin, the displacement of the ceramic layer 2e which is an active layer is not constrained so much. Therefore, a large amount of displacement can be obtained.
  • the length of the internal electrode is the dimension from the end face of the ceramic sintered body from which the internal electrode is drawn to the tip of the internal electrode, that is, the direction connecting the first and second end faces 2c, 2d of each internal electrode. The dimensions shall be said.
  • the wraparound portion 6c of the second external electrode 6 does not overlap the first internal electrode 3d via the ceramic layer 2f when viewed in plan in the stacking direction. It is provided as follows. That is, the length of the first internal electrode 3d is shortened so as not to overlap the wraparound portion 6c via the ceramic layer 2f when viewed in plan in the stacking direction, and the length of the wraparound portion 6c is It has been shortened.
  • the length of the wraparound portion 6c refers to the dimension from the second end surface 2d to the tip of the wraparound portion 6c, that is, the end portion on the first end surface 2c side.
  • the wraparound portion 6c of the second external electrode 6 and the first internal electrode 3d are connected to different potentials.
  • the wraparound portion 5b of the first external electrode 5 overlaps with the second internal electrode 4a via the ceramic layer 2g when viewed in plan in the stacking direction.
  • the length of the second internal electrode 4a is shortened so as not to overlap the wraparound portion 5b via the ceramic layer 2g when viewed in plan in the stacking direction, and the length of the wraparound portion 5a is also short.
  • the wraparound portion 5b of the first external electrode 5 and the second internal electrode 4a are connected to different potentials.
  • the lowermost first internal electrode 1003 and the wraparound portion 1006b of the second external electrode 1006 connected to a potential different from the internal electrode are provided.
  • a high electric field region X may be formed by applying an electric field to. For this reason, there is a possibility that the outermost thin ceramic layer is broken.
  • FIG.1 (b) is front sectional drawing which shows the laminated piezoelectric actuator 11 which concerns on the modification of 1st Embodiment.
  • the first and second external electrodes 5 and 6 have only the end surface portions 5a and 6a. That is, the wraparound portions 5b, 5c, 6b, and 6c in the first embodiment are not provided.
  • Such first and second external electrodes 5 and 6 can be formed by an appropriate method such as application and baking of a conductive paste, vapor deposition, plating, or sputtering.
  • the wraparound portions 5b, 5c, 6b, and 6c are not provided, a high electric field is hardly applied to the ceramic layers 2f and 2g. That is, the first internal electrode 3d and the second external electrode 6 connected to a potential different from that of the first internal electrode 3d may overlap with each other through the ceramic layer 2f when viewed in plan in the stacking direction. In addition, since the distance between the tip of the first internal electrode 3d and the second external electrode 6 is longer than that in the first embodiment, it is difficult to apply a high electric field to the ceramic layer 2f.
  • the distance between the tip of the second inner electrode 4a and the first outer electrode 5 is also made larger than in the first embodiment, and a higher electric field is further applied to the ceramic layer 2g. hard. Therefore, according to this modification, dielectric breakdown is less likely to occur.
  • wraparound portions 5b, 5c, 6b, and 6c may not be provided.
  • FIG. 3 is a front sectional view showing the multilayer piezoelectric actuator 21 according to the second embodiment of the present invention.
  • the area of the wraparound portion 5c of the first external electrode 5 is made larger than in the case of the first embodiment, that is, the wraparound portion 5c is A surface electrode is formed.
  • the area of the wraparound portion 6c of the second external electrode 6 is made larger than that in the first embodiment, and the wraparound portion 6c also constitutes a surface electrode.
  • the surface electrode functions as a joint portion when the laminated piezoelectric actuator 21 is connected to another member, for example, a diaphragm as in the embodiments described later.
  • the surface electrode functioning as such a joint portion needs to have a larger area than the wraparound portions 5c and 6c of the first embodiment, thereby improving the reliability of the joint.
  • the wraparound portions 5c and 6c that function as the surface electrodes are formed.
  • the length of the lowermost first internal electrode 3d is made shorter than in the first embodiment. That is, in the laminated piezoelectric actuator 21 of the present embodiment, the first internal electrode 3d and the wraparound portion 6c of the second external electrode 6 connected to a potential different from that of the first internal electrode 3d are When viewed in a plan view, they are arranged so as not to overlap with each other through the ceramic layer 2 f which is an inactive layer.
  • the area of the wraparound portion 6c that functions as a surface electrode is large and the length in the direction connecting the first and second end faces 2c and 2d is increased, the first internal electrode 3d is correspondingly increased. The length is shortened. Thereby, it is difficult to apply a high electric field to the ceramic layer 2f.
  • the area of the wraparound portions 5c and 6c may be increased to improve the reliability of bonding when connecting to the diaphragm, and even in that case, the lowermost first internal electrode 3d and the wraparound portion 6c of the second external electrode 6 connected to a potential different from that of the first internal electrode 3d overlap with each other through the ceramic layer 2f which is an inactive layer when viewed in plan in the stacking direction. What is necessary is just to arrange
  • a specific example of a bending type piezoelectric actuator that is a piezoelectric vibration device in which the multilayer piezoelectric actuator 1 of the first embodiment is bonded to a vibration plate and deforms in a bending mode will be described together with a comparative example. To do.
  • Example 1 a bending type piezoelectric actuator 31 shown in FIG.
  • a laminated piezoelectric actuator 34 having the same structure as that of the laminated piezoelectric actuator 1 of the first embodiment described above is joined to a vibration plate 32 via an adhesive layer 33.
  • the diaphragm 32 is passively displaced in response to the displacement of the laminated piezoelectric actuator 34.
  • the entire bending type piezoelectric actuator 31 is displaced in the bending mode.
  • Example 1 a glass epoxy plate having a thickness of 0.8 mm was used as the diaphragm 32. Moreover, an epoxy adhesive was used as the adhesive layer 33.
  • the material of the vibration plate 32 is not limited to the glass epoxy plate. That is, the diaphragm 32 can be made of an appropriate material such as synthetic resin or metal. However, it is desirable that the thermal expansion coefficient and Young's modulus of the diaphragm 32 be close to those of the ceramic sintered body 2. Accordingly, considering the thermal expansion coefficient and Young's modulus of the piezoelectric ceramic, it is desirable that the diaphragm 32 be made of 42 nickel or low expansion glass epoxy.
  • a well-known ceramic integrated firing technique was used. That is, a ceramic green sheet mainly composed of a piezoelectric ceramic material was prepared, and an AgPd paste was printed on the upper surface of the ceramic green sheet so as to form a mother internal electrode pattern. When printing the internal electrode pattern, the length of the internal electrode is finally reduced in the portion where the uppermost second internal electrode 4a and the lowermost internal electrode 3d are formed. Mother's internal electrode pattern was printed. In this way, a plurality of mother ceramic green sheets printed with a paste of the mother internal electrode pattern are laminated, and ceramic green sheets that are thinner than the other ceramic green sheets are laminated on top and bottom, and pressed in the lamination direction. As a result, a mother ceramic molded body was obtained.
  • Example 1 the thickness of the ceramic green sheet constituting the inactive layer was made thinner than that of the ceramic green sheet constituting the active layer.
  • the number of ceramic green sheets constituting the active layer may be larger than the number of ceramic green sheets constituting the inactive layer.
  • the mother ceramic molded body obtained as described above was cut into ceramic molded bodies in units of individual laminated piezoelectric actuators.
  • the individual ceramic molded body was fired to obtain a ceramic sintered body 2.
  • First and second external electrodes 5 and 6 were formed on the first and second end faces 2c and 2d of the ceramic sintered body 2 by a sputtering method. Thereafter, a DC voltage was applied between the first and second external electrodes 5 and 6, and in the stacking direction, the adjacent active layers were polarized so that their polarization axes were aligned in the opposite direction in the stacking direction.
  • the laminated piezoelectric actuator 34 was obtained as described above, and the laminated piezoelectric actuator 34 was bonded to the above-described diaphragm 32 via the adhesive layer 33. In this way, the bending type piezoelectric actuator 31 of Example 1 was obtained.
  • a bending type piezoelectric actuator 1051 of Comparative Example 1 shown in FIG. 5 was prepared.
  • the bending type piezoelectric actuator 1051 is the same as that of the first embodiment except that the laminated piezoelectric actuator 1052 is used instead of the laminated piezoelectric actuator 34 in the bending piezoelectric actuator 31 of the first embodiment.
  • This multilayer piezoelectric actuator 1052 has a ceramic sintered body 1053. Ceramic sintered body 1053 has an upper surface, a lower surface, a first end surface 1053c, and a second end surface 1053d.
  • a plurality of first internal electrodes 1054a to 1054d and a plurality of second internal electrodes 1055a to 1055d are arranged in parallel with the upper surface and the lower surface.
  • the plurality of first internal electrodes 1054a to 1054d are drawn out to the first end face 1053c of the ceramic sintered body 1053.
  • the plurality of second internal electrodes 1055a to 1055d are led out to a second end face 1053d facing the first end face 1053c of the ceramic sintered body 1053.
  • the first internal electrodes 1054a to 1054d and the second internal electrodes 1055a to 1055d are alternately arranged in the stacking direction. Adjacent ceramic layers are polarized in the opposite direction in the stacking direction.
  • the thickness of the ceramic layer that is, the active layer sandwiched between the first internal electrodes 1054a to 1054d and the second internal electrodes 1055a to 1055d is all equal.
  • a first external electrode 1056 is formed on the first end face 1053c.
  • a second external electrode 1057 is formed on the second end face 1053d.
  • the first external electrode 1056 is connected to the end surface portion 1056a located on the first end surface 1053c and the end surface portion 1056a, reaches the upper surface of the ceramic sintered body 1053, and is planar in the stacking direction.
  • the second external electrode 1057 includes an end surface portion 1057a located on the second end surface 1053d, a wraparound portion 1057b connected to the end surface portion 1057a and reaching the upper surface of the ceramic sintered body 1053, and an end surface. It has a wraparound portion 1057c that is continuous with the portion 1057a and reaches the lower surface of the ceramic sintered body 1053. The wraparound portion 1057c extends to the first end face 1053c side, and overlaps the lowermost first internal electrode 1054d via the ceramic layer when viewed in plan in the stacking direction. Therefore, the lowermost ceramic layer also functions as an active layer.
  • the outermost ceramic layer functions as an active layer, and the outermost ceramic layer has the same thickness as the other ceramic layers.
  • the bending type piezoelectric actuators 31 and 1051 of Example 1 and Comparative Example 1 are driven by applying a voltage of ⁇ 12 V in an atmosphere of a temperature of 60 ° C. and a relative humidity of 93%, and a time B10 until failure is measured. did.
  • the results are shown in Table 1 below.
  • Example 1 the time B10 until failure can be increased by about four times as compared with Comparative Example 1.
  • the reason why the failure occurred in the comparative example 1 in a relatively short time is considered that the moisture in the air reached the active layer inside under high temperature and high humidity, and the migration of Ag in the internal electrode occurred. It is done.
  • the multilayer piezoelectric actuator 34 having the same structure as that of the multilayer piezoelectric actuator 1 of the first embodiment is provided, and the outermost ceramic layer is an inactive layer. For this reason, moisture in the air hardly reaches the active layer inside the multilayer piezoelectric actuator, and cracks do not easily occur in the ceramic layer as the active layer. Therefore, it is considered that the life of the multilayer piezoelectric actuator 34 has been extended.
  • the bending type piezoelectric actuator 31 of Example 1 and the bending type piezoelectric actuator 1061 of Comparative Example 2 shown in FIG. 6 were prepared.
  • the bending type piezoelectric actuator 1061 of Comparative Example 2 is the same as that of Example 1 except that the laminated piezoelectric actuator 1062 is used instead of the laminated piezoelectric actuator 34 in the bending piezoelectric actuator 31 of Example 1. It is the same.
  • the multilayer piezoelectric actuator 1062 includes a ceramic sintered body 1053, a plurality of first internal electrodes 1054a to 1054d, and a plurality of second internal electrodes 1055a to 1055a. 1055d, a first external electrode 1056, and a second external electrode 1057.
  • the laminated piezoelectric actuator 1062 has the same structure as the laminated piezoelectric body used in the piezoelectric buzzer described in Patent Document 1 described above.
  • the wraparound portion 1056b of the first external electrode 1056 and the wraparound portion 1057c of the second external electrode 1057 differ when viewed in plan in the stacking direction.
  • the second internal electrode 1055a or the first internal electrode 1054d connected to is formed so as to overlap. Therefore, the outermost ceramic layer is the active layer.
  • the wraparound portion 1056b and the wraparound portion 1057c are connected to the end surface portions 1056a and 1057a in the same manner as the wraparound portions 1056c and 1057b. It is formed so as to reach the upper surface or the lower surface. Therefore, the outermost ceramic layer is almost an inactive layer.
  • the other points are the same as in Comparative Example 1.
  • the thickness of the outermost ceramic layer, which is an inactive layer is 1 ⁇ 2 of the thickness of the ceramic layer of the active layer.
  • the active layer is made of two ceramic layers and the inactive layer is made of one layer
  • the ceramic layer can be prepared in the same process, which is more preferable because the manufacturing becomes easier.
  • Example 1 The amount of displacement of the bending type piezoelectric actuators 31 and 1061 of Example 1 and Comparative Example 2 is bent when a voltage of ⁇ 12 V is applied and the direction connecting the first and second end faces is the length direction.
  • the amount of displacement at the center in the length direction of the piezoelectric actuators 31 and 1061 was determined.
  • Comparative Example 2 the amount of displacement was 79 ⁇ m.
  • the displacement amount was 87 ⁇ m. Therefore, according to Example 1, it can be seen that the displacement amount can be increased by reducing the thickness of the inactive layer.
  • Comparative Example 2 there is a portion where the wraparound portion 1056b and the uppermost second internal electrode 1055a overlap with each other through part of the uppermost ceramic layer when viewed in plan in the stacking direction. To do. Similarly, when the wraparound portion 1057c and the lowermost first internal electrode 1054d are viewed in a plan view in the stacking direction, there is a portion where the wraparound portion 1057c overlaps with part of the lowermost ceramic layer. Therefore, although the outermost layer is an inactive layer, a part of the inactive layer becomes an active part.
  • the ceramic layer may be broken.
  • the active portion and the inactive portion are mixed in the outermost ceramic layer having a thickness smaller than that of the active layer sandwiched between the internal electrodes and having a low fracture strength, the active portion and the inactive portion to which a high electric field is applied Since the stress difference generated at the boundary between and the stress due to the displacement of the piezoelectric actuator overlap, the outermost ceramic layer having a relatively small thickness is likely to be broken.
  • the bending type piezoelectric actuator 1071 of Comparative Example 3 is the same as that of Example 1 except that the laminated piezoelectric actuator 1072 is used instead of the laminated piezoelectric actuator 34 in the bending piezoelectric actuator 31 of Example 1. It is the same.
  • the laminated piezoelectric actuator 1072 has a laminated piezoelectric actuator 1062 of the bent piezoelectric actuator 1061 of Comparative Example 2 except that the thickness of the outermost ceramic layer is 1 ⁇ 2 of the thickness of the other ceramic layers. Has the same structure. This structure is the same structure as the multilayer piezoelectric actuator described in Patent Document 2 described above.
  • a DC voltage twice the coercive electric field was applied to the bending piezoelectric actuator 31 of Example 1 and the bending piezoelectric actuator 1071 of Comparative Example 3 to polarize the ceramic sintered body. That is, a voltage twice the coercive electric field was applied between the first and second external electrodes, and the ceramic layer functioning as the active layer was polarized in the stacking direction.
  • the laminated piezoelectric actuator 1072 used in the bending type piezoelectric actuator 1071 of Comparative Example 3 ten of the 10 samples failed, and the laminated piezoelectric actuator used in the bending type piezoelectric actuator 31 of Example 1 In 34, the number of failures in 10 samples was zero. Note that the failure means the number of short circuits that occur between adjacent electrodes during the polarization process.
  • the failure of the multilayer piezoelectric actuator 1072 used in the bending piezoelectric actuator 1071 of Comparative Example 3 is considered to be due to the following reason. That is, since the thickness of the outermost ceramic layer is reduced, when the wraparound portion 1056b and the uppermost second internal electrode 1055a are viewed in plan in the stacking direction, they pass through a part of the uppermost ceramic layer. When the overlapping portion B and the wraparound portion 1057c and the lowermost first internal electrode 1054d are viewed in plan in the stacking direction, a high electric field is applied to the overlapping portion D via a portion of the lowermost ceramic layer. Is done. Therefore, it is considered that a short circuit has occurred.
  • Example 1 On the other hand, in Example 1, as described above, the uppermost second internal electrode 4a and the wraparound portion 5b overlap with each other through the uppermost ceramic layer when viewed in plan in the stacking direction.
  • the lowermost first internal electrode 3d and the wraparound portion 6c do not overlap with each other through the lowermost ceramic layer when viewed in plan in the stacking direction. Therefore, a high electric field is not applied to the outermost ceramic layer, that is, the inactive layer. Therefore, it is considered that no failure has occurred during polarization.
  • the bending type piezoelectric actuator 31 of Example 1 and the bending type piezoelectric actuator 1081 of Comparative Example 4 shown in FIG. 8 were prepared, and the amounts of displacement were compared.
  • the bending type piezoelectric actuator 1081 of Comparative Example 4 is the same as that of Example 1 except that a laminated piezoelectric actuator having a structure different from that of the laminated piezoelectric actuator 34 in the bending piezoelectric actuator 31 of Example 1 is used. It is the same.
  • the laminated piezoelectric actuator of the bent piezoelectric actuator 1081 of Comparative Example 4 has a ceramic sintered body 1082. Ceramic sintered body 1082 has an upper surface, a lower surface, a first end surface 1082c, and a second end surface 1082d.
  • a plurality of first internal electrodes 1083a to 1083c and a plurality of second internal electrodes 1084a to 1084c are arranged in parallel with the upper surface and the lower surface.
  • the plurality of first internal electrodes 1083a to 1083c are drawn out to the first end face 1082c of the ceramic sintered body 1082.
  • the plurality of second internal electrodes 1084a to 1084c are led out to a second end face 1082d facing the first end face 1082c of the ceramic sintered body 1082.
  • the first internal electrodes 1083a to 1083c and the second internal electrodes 1084a to 1084c are alternately arranged in the stacking direction, and when viewed in plan in the stacking direction, the ceramic layer Overlap through. Adjacent ceramic layers are polarized in the opposite direction in the stacking direction. Furthermore, first and second dummy electrodes 1085 and 1086 are arranged above the portion where the first and second internal electrodes 1083a to 1083c and 1084a to 1084c are stacked. The first and second dummy electrodes 1085 and 1086 are drawn out to the first end face 1082c and the second end face 1082d, respectively.
  • the first and second dummy electrodes 1085 and 1086 are opposed to each other at the center in the length direction of the ceramic sintered body 1082. Similarly, the first and second dummy electrodes 1087 and 1088 are also connected to the first and second dummy electrodes 1085 below the portion where the first and second internal electrodes 1083a to 1083c and 1084a to 1084c are stacked. , 1086.
  • the portion where the first internal electrodes 1083a to 1083c and the second internal electrodes 1084a to 1084c overlap through the ceramic layer when viewed in plan in the stacking direction is the active portion.
  • the overlapping portion when viewed in plan in the stacking direction through the ceramic layer is also an active layer.
  • a portion where the first dummy electrode 1087 and the lowermost second internal electrode 1084c overlap when viewed in plan in the stacking direction also functions as an active layer.
  • the first and second external electrodes 1089 and 1090 are configured in the same manner as the first and second external electrodes 5 and 6 of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a front sectional view showing a bending type piezoelectric actuator 51 according to the second embodiment of the present invention.
  • a laminated piezoelectric actuator 53 is bonded on a vibration plate 52 via an adhesive layer 54.
  • the diaphragm 52 has a structure in which electrode films 52b and 52c are formed on the surface of an insulating substrate 52a.
  • a laminated piezoelectric actuator 53 is joined to the electrode films 52b and 52c via an adhesive layer 54.
  • the wrap portions 5c and 6c of the first and second external electrodes 5 and 6 have a larger area than the wrap portions 5b and 6b. And is formed so as to function as a surface electrode.
  • the wraparound portions 5c and 6c are joined to the electrode films 52b and 52c, respectively.
  • the bending type piezoelectric actuator 51 according to the second embodiment is the same as the bending type piezoelectric actuator 31 of Example 1.
  • the wraparound portions 5c and 6c have a large area, they can be reliably bonded to the electrode films 52b and 52c.
  • FIG. 10 is a front sectional view showing a bending type piezoelectric actuator 61 according to a third embodiment of the present invention.
  • the bending type piezoelectric actuator 61 is configured such that the area of the wraparound portions 5b and 6b on the upper surface side of the ceramic sintered body 2 is relatively large and functions as a surface electrode. ing.
  • the wraparound portions 5c and 6c on the lower surface side have a relatively small area and are normal wraparound portions.
  • Other points are the same as those of the bending piezoelectric actuator 31 of the first embodiment.
  • the upper surface side of the ceramic sintered body 2 is provided with the wrap-around portions 5b and 6b that have a relatively large area and function as surface electrodes on the upper surface side of the ceramic sintered body 2. Therefore, electrical connection with the outside can be easily performed.
  • the wraparound portion 5b and the uppermost second internal electrode 4a that are electrically insulated from each other and connected to different potentials pass through the uppermost ceramic layer when viewed in plan in the stacking direction. And do not overlap. Therefore, as in the first embodiment, a large displacement can be obtained, and the ceramic layer of the inactive layer is hardly broken.
  • FIG. 11 is a front sectional view for explaining still another modification of the piezoelectric actuator of the present invention
  • FIG. 12 is a perspective view schematically showing the internal structure.
  • the piezoelectric actuator 71 of this modification has a laminated piezoelectric actuator that is bonded to the vibration plate 72 via an adhesive layer 75.
  • the multilayer piezoelectric actuator has a ceramic sintered body 2A.
  • the first internal electrodes 3a and 3b and the second internal electrodes 4a and 4b are alternately stacked via ceramic layers.
  • the first internal electrodes 3a and 3b have electrode lead portions that are extended to the end face on one end side in the length direction of the ceramic sintered body 2A.
  • the electrode lead-out portion is narrower than the other portions of the first inner electrodes 3a and 3b.
  • the second internal electrodes 4a and 4b also have an electrode lead portion extended to the end face on one end side in the length direction of the ceramic sintered body 2A. This electrode lead portion is also narrower than other portions of the second internal electrodes 4a and 4b. And as shown in FIG. 12, the 1st end surface electrode 73 and the 2nd end surface electrode 74 are formed in the end surface of the said one end side of the ceramic sintered compact 2A.
  • the first end face electrode 73 is provided so as to be electrically connected to the electrode lead portions of the first internal electrodes 3a and 3b.
  • the second end face electrode 74 is provided so as to be electrically connected to the electrode lead portions of the second internal electrodes 4a and 4b.
  • the first internal electrodes 3a and 3b and the second internal electrodes 4a and 4b are drawn out to the end face on one end side in the length direction of the ceramic sintered body 2A.
  • the first inner electrodes 3 a and 3 b are electrically connected to the first end face electrode 73
  • the second inner electrodes 4 a and 4 b are electrically connected to the second end face electrode 74. Therefore, electrical connection with the outside can be achieved at one end in the length direction of the ceramic sintered body 2A.
  • the outermost ceramic layer that is an inactive layer of the ceramic sintered body 2A is made thinner than the other ceramic layers that are active layers, and the first and second internal electrodes 3a, 3b, 4a are formed. , 4b, the length of the second internal electrode 4a located at the top and the length of the first internal electrode 3b located at the bottom are made shorter than the other internal electrodes.
  • the wraparound portion of the first end face electrode 73 is provided so as not to overlap the second inner electrode 4a via the uppermost ceramic layer when viewed in plan in the stacking direction.
  • FIG. 13 is a front sectional view showing still another modified example of the piezoelectric actuator of the present invention.
  • the piezoelectric actuator 81 of this modification is joined to the vibration plate 82 via an adhesive layer 83. It has a laminated piezoelectric actuator.
  • the first internal electrodes 3a and 3b and the second internal electrodes 4a and 4b are alternately stacked via the ceramic layers in the ceramic sintered body 2A.
  • the first internal electrodes 3a and 3b and the second internal electrodes 4a and 4b are alternately stacked via ceramic layers.
  • the portion where the internal electrodes overlap through the ceramic layer constitutes the active layer.
  • the thickness of the inactive layer 2h which is the lowermost ceramic layer of the ceramic sintered body 2A, is smaller than the thickness of the other ceramic layers. Further, the length of the lowermost first internal electrode 3b adjacent to the inert layer 2h is shorter than that of the first internal electrode 3a, so that the wraparound portion of the second end face electrode 6 is reduced.
  • the uppermost second internal electrode is provided so as not to overlap the first internal electrode 3b via the inert layer 2h when viewed in plan in the stacking direction, and is adjacent to the uppermost ceramic layer.
  • the length of 4a is shorter than that of the second internal electrode 4b, when the wraparound portion of the first end face electrode 5 is viewed in a plan view in the stacking direction, the second inner electrode 4b is interposed through the uppermost ceramic layer. It is provided so as not to overlap with the internal electrode 4a. Therefore, also in this embodiment, the same effects as those of Examples 1 to 3 can be obtained. However, as in the first embodiment described above, it is desirable to provide a thin inactive layer on the top and bottom.
  • the inactive layer 2h is provided in the lowermost layer of the ceramic sintered body 2A.
  • the piezoelectric actuator 91 of the modification shown in FIG. A layer 2i may be provided.

Abstract

　最外層のセラミック層である不活性層の厚みを薄くして変位量を高めたとしても、セラミック焼結体の破壊が生じ難い、積層型圧電アクチュエータを得る。　圧電セラミックスからなるセラミック焼結体２内において、第１の内部電極３ａ～３ｄと、第２の内部電極４ａ～４ｄとがセラミック層を介して対向しており、第１の内部電極３ａ～３ｄと第２の内部電極４ａ～４ｄとの間に挟まれているセラミック層が活性層とされており、活性層が積層されている部分の上方に第１の不活性層２ｇが、下方に第２の不活性層２ｆが配置されており、不活性層であるセラミック層２ｆ，２ｇの厚みが、活性層であるセラミック層２ｅの厚みより薄くされており、かつセラミック焼結体２の積層方向において平面視した際に、内部電極が不活性層を介して異なる電位に接続される第１，第２の外部電極５，６に重なり合わないように形成されている、積層型圧電アクチュエータ１。

Description

積層型圧電アクチュエータ及び圧電振動装置
　本発明は、複数の内部電極がセラミック層を介して積層されている積層型のセラミック焼結体を用いた積層型圧電アクチュエータに関し、より詳細には、最外層に不活性層を有するセラミック焼結体を用いた積層型圧電アクチュエータに関する。また、本発明は、振動板を備え、振動板に積層型圧電アクチュエータが接合されている圧電振動装置に関する。
　従来、複数の内部電極が圧電セラミック層を介して積層されている積層型のセラミック焼結体を用いた積層型圧電アクチュエータや圧電ブザーなどが種々提案されている。
　例えば、下記の特許文献１には、上記積層型のセラミック焼結体に鋼板からなる振動板が貼り合わされている圧電ブザーが開示されている。ここでは、積層型のセラミック焼結体の振動板側のセラミック層が分極処理されていない。それによって、該セラミック層が緩和層とされている。従って、セラミック焼結体と振動板とからなる振動体の屈曲振動を円滑化することができるとされている。
　しかしながら、特許文献１に記載の圧電ブザーを圧電アクチュエータに用いた場合、分極処理されていないセラミック層が不活性なセラミック層となる。すなわち、圧電効果に寄与しない不活性層となる。そのため、不活性層が拘束層となり、変位量が小さくなるおそれがある。
　これに対して、下記の特許文献２には、図１５に示す構造を有する積層型圧電アクチュエータ１００１が開示されている。積層型圧電アクチュエータ１００１では、積層型のセラミック焼結体１００２内に複数の第１の内部電極１００３と複数の第２の内部電極１００４とが積層方向において交互に配置されている。また、セラミック焼結体１００２の第１の端面には、第１の外部電極１００５が形成されている。セラミック焼結体１００２の第２の端面には、第２の外部電極１００６が形成されている。
　セラミック焼結体１００２の上面には、積層方向において平面視した際に最上部の第１の内部電極１００３と重なり合うように表面電極１００６ａが形成されている。他方、セラミック焼結体１００２の下面には、表面電極は形成されていない。従って、最下部の第１の内部電極１００３とセラミック焼結体１００２の下面との間のセラミック層、すなわち最下層のセラミック層が不活性層とされている。この不活性層の厚みが、活性層である他のセラミック層の厚みよりも薄くされている。不活性層である最下層のセラミック層の厚みが薄くされているため、積層型圧電アクチュエータ１００１の変位が拘束され難い。
特開昭６１－１０３３９７号公報 特開２００５－２８５８１７号公報
　特許文献２に記載の積層型圧電アクチュエータ１００１などでは、第１，第２の外部電極１００５，１００６は、導電ペーストの塗布・焼き付け等により形成されることがある。この場合、図１６の矢印Ａで示すように、第２の外部電極１００６が、セラミック焼結体１００２の第２の端面から下面に至るように回り込み、回り込み部１００６ｂが形成されることがある。回り込み部１００６ｂの長さ（第２の外部電極１００６とつながっている部分である基端から回り込み部１００６ｂの先端までの寸法）が長い場合、回り込み部１００６ｂが、積層方向において平面視した際に最下部の第１の内部電極１００３と最下層のセラミック層を介して重なり合う。そのため、図１６に示すように、不活性層である最下層のセラミック層の一部が活性部となることがある。不活性層である最下層のセラミック層の厚みが薄いため、上記活性部に、活性層である他のセラミック層に比べて高い電界が印加されることになる。そのため、高電界領域Ｘにおいてセラミック層が破壊されるおそれがある。
　また、図１５に示されているように、第１，第２の内部電極１００３，１００４の長さ（第１，第２の内部電極１００３，１００４の端面側部分である基端から第１，第２の内部電極１００３，１００４の先端までの寸法）を短くした場合、図１６に示したような回り込み部が形成されたとしても、回り込み部と、最下部の第１の内部電極１００３とが、積層方向において平面視した際に最下層のセラミック層を介して重なり合わなくなる。
　しかしながら、この場合には、第１，第２の内部電極１００３，１００４が積層方向において平面視した際に重なり合っている部分である活性部の長さ、すなわちセラミック焼結体１００２の第１，第２の端面間を結ぶ方向における該活性部の長さＬが短くなる。そして、該活性部の上記長さ方向両側に不活性部が存在することになり、不活性部が大きくなる。従って、積層型圧電アクチュエータ１００１の変位が阻害されることとなる。
　特に、積層型圧電アクチュエータ１００１が屈曲モードを利用した圧電アクチュエータである場合には、第１，第２の端面側の不活性部が大きくなると、積層型圧電アクチュエータ１００１の変位が大きく阻害されることとなる。
　なお、第１，第２の内部電極１００３，１００４の長さを長くした場合には、図１６に示すように、積層方向において平面視した際に、最下部の第１の内部電極１００３の先端側部分が回り込み部１００６ｂと最下層のセラミック層を介して重なり合うおそれがある。
　本発明の目的は、最外層のセラミック層が不活性層とされており、該不活性層の厚みを薄くすることにより、変位量を高めたとしても、セラミック焼結体における破壊が生じ難い積層型圧電アクチュエータと、該積層型圧電アクチュエータを備える圧電振動装置とを提供することにある。
　本発明に係る積層型圧電アクチュエータは、圧電セラミックスからなり、上面、下面及び対向し合う第１，第２の端面を有するセラミック焼結体と、セラミック焼結体内に形成されており、第１の端面に引き出された複数の第１の内部電極と、セラミック焼結体内に形成されており、第２の端面に引き出された複数の第２の内部電極と、セラミック焼結体内に形成されており、第１の内部電極及び第２の内部電極とともに積層されている、複数のセラミック層と、セラミック焼結体の第１の端面に形成された第１の外部電極と、セラミック焼結体の第２の端面に形成された第２の外部電極とを備える。
　本発明においては、第１の内部電極と第２の内部電極とがセラミック焼結体内においてセラミック層を介して対向しており、第１の内部電極と第２の内部電極との間に挟まれているセラミック層が活性層とされており、複数の活性層を有し、セラミック焼結体内において、複数の第１，第２の内部電極の内、最上部に位置する内部電極とセラミック焼結体の上面との間のセラミック層が第１の不活性層、複数の第１，第２の内部電極の内、最下部に位置する内部電極とセラミック焼結体の下面との間のセラミック層が第２の不活性層とされている。
　また、不活性層であるセラミック層の厚みが、活性層であるセラミック層の厚みよりも薄くされており、かつ第１または第２の内部電極の長さを当該第１または第２の内部電極が引き出されている第１または第２の端面から当該第１または第２の内部電極の先端までの距離とした場合、最上部に位置する内部電極及び最下部に位置する内部電極の長さの少なくとも一方が、他の内部電極の長さよりも短くされている。また、セラミック焼結体の積層方向において平面視した際に、第１，第２の外部電極が、不活性層を介して、最上部及び最下部の内部電極のうち異なる電位に接続される内部電極と重なり合わないように形成されている。　
　本発明に係る積層型圧電アクチュエータのある特定の局面では、第１，第２の外部電極が、セラミック焼結体の第１，第２の端面上に形成されており、セラミック焼結体の上面及び下面に至らないように設けられている。この場合には、セラミック焼結体の上下両面及び下面側の不活性層において、電界が加わり難い。従って、不活性層における破壊がより一層生じ難い。
　本発明に係る積層型圧電アクチュエータの他の特定の局面では、第１，第２の外部電極が、セラミック焼結体の第１，第２の端面に位置している端面部と、端面部に連なっており、かつセラミック焼結体の上面及び下面の少なくとも一方に至っている回り込み部とを有し、回り込み部が、セラミック焼結体の積層方向において平面視した際に、該回り込み部と最上部及び最下部の内部電極のうち異なる電位に接続される内部電極とが不活性層を介して重なり合わないように配置されている。このように第１，第２の外部電極に回り込み部が存在している場合であっても、セラミック焼結体の積層方向において平面視した際に、回り込み部と、最上部及び最下部の内部電極のうち異なる電位に接続される内部電極とが不活性層を介して重なり合わないように配置されているので、最上層又は最下層となる最外層のセラミック層である不活性層における破壊が生じ難い。
　本発明に係る積層型圧電アクチュエータのさらに別の特定の局面では、回り込み部が、他の部材と接合するための表面電極である。この場合には、表面電極を利用して、振動板や基板等に容易に実装することできる。
　本発明に係る積層型圧電アクチュエータのさらに別の特定の局面では、活性層を構成しているセラミック層の厚みが等しい。この場合には、不活性層以外のセラミック層を同一のセラミックグリーンシートを用いて容易に形成することができる。
　本発明に係る積層型圧電アクチュエータのさらに他の特定の局面では、不活性層の厚みをＬ、活性層の厚みをＨとしたとき、０＜Ｌ≦（１／２）Ｈである。この場合には、不活性層による変位の拘束をより確実に抑制でき、より大きな変位量を確実に得ることが可能となる。
　本発明に係る圧電振動装置は、振動板を備え、該振動板に本発明に係る積層型圧電アクチュエータが接合されている。この場合には、本発明に従って、屈曲モードで振動する、しかも変位量の大きな圧電振動装置を提供することが可能となる。
　本発明に係る積層型圧電アクチュエータでは、不活性層であるセラミック層の厚みが、活性層であるセラミック層の厚みよりも薄くされているので、不活性層であるセラミック層が活性層であるセラミック層の変位をさほど拘束せず、大きな変位量を得ることができる。しかも、最上部に位置する内部電極及び最下部に位置する内部電極の長さの少なくとも一方が、他の内部電極の長さより短くされており、かつセラミック焼結体の積層方向において平面視した際に、第１，第２の外部電極が、不活性層を介して、最上部及び最下部の内部電極のうち異なる電位に接続される内部電極と重なり合わないように形成されているので、厚みの薄い不活性層において、電界印加時の破壊が生じ難い。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る積層型圧電アクチュエータを示す正面断面図であり、（ｂ）は、その変形例を示す正面断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る積層型圧電アクチュエータを示す斜視図である。 図３は、本発明の第２の実施形態に係る積層型圧電アクチュエータを示す正面断面図である。 図４は、実施例１に係る屈曲型圧電アクチュエータを示す正面断面図である。 図５は、比較例１の屈曲型圧電アクチュエータを示す正面断面図である。 図６は、比較例２の屈曲型圧電アクチュエータを示す正面断面図である。 図７は、比較例３の屈曲型圧電アクチュエータを示す正面断面図である。 図８は、比較例４の屈曲型圧電アクチュエータを示す正面断面図である。 図９は、本発明の第２の実施形態に係る屈曲型圧電アクチュエータを示す正面断面図である。 図１０は、本発明の第３の実施形態に係る屈曲型圧電アクチュエータを示す正面断面図である。 図１１は、本発明に係る圧電アクチュエータの変形例を示す正面断面図である。 図１２は、図１１に示した変形例の圧電アクチュエータの内部構造を模式的に示す斜視図である。 図１３は、本発明に係る圧電アクチュエータのさらに他の変形例を示す正面断面図である。 図１４は、本発明に係る圧電アクチュエータのさらに別の変形例を示す正面断面図である。 図１５は、従来の積層型圧電アクチュエータを示す正面断面図である。 図１６は、図１５に示した従来の積層型圧電アクチュエータの問題点を説明するための正面断面図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　〔第１の実施形態〕
　図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ１を示す正面断面図であり、図２は、その斜視図である。
　積層型圧電アクチュエータ１は、圧電セラミックスからなるセラミック焼結体２を有する。本実施形態では、セラミック焼結体２は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる。もっとも、他の圧電セラミックスによりセラミック焼結体２が形成されていてもよい。
　セラミック焼結体２は、直方体状の形状であり、上面２ａと、下面２ｂと、第１の端面２ｃと、第２の端面２ｄとを有する。セラミック焼結体２内には、セラミック層２ｅ，２ｆ，２ｇを含む複数のセラミック層が配置されている。セラミック焼結体２内には、上面２ａ及び下面２ｂと平行に、複数の第１の内部電極３ａ～３ｄと、複数の第２の内部電極４ａ～４ｄとが配置されている。複数の第１の内部電極３ａ～３ｄは、セラミック焼結体２の第１の端面２ｃに引き出されている。複数の第２の内部電極４ａ～４ｄは、セラミック焼結体２の第１の端面２ｃと対向している第２の端面２ｄに引き出されている。セラミック焼結体２内において、複数のセラミック層と、複数の第１の内部電極３ａ～３ｄと、複数の第２の内部電極４ａ～４ｄとが積層されている。セラミック焼結体２では、積層方向すなわち、上面２ａと下面２ｂとを結ぶ方向において、第１の内部電極３ａ～３ｄと、第２の内部電極４ａ～４ｄとが交互に配置されている。
　第１の端面２ｃには、第１の外部電極５が形成されている。第２の端面２ｄには、第２の外部電極６が形成されている。本実施形態では、第１の外部電極５は、第１の端面２ｃに位置している端面部５ａと、端面部５ａに連なっており、上面２ａに至っている回り込み部５ｂと、端面部５ａに連なっており、下面２ｂに至っている回り込み部５ｃとを有する。第２の外部電極６は、第２の端面２ｄに位置している端面部６ａと、端面部６ａに連なっており、上面２ａに至っている回り込み部６ｂと、端面部６ａに連なっており、下面２ｂに至っている回り込み部６ｃとを有する。
　第１，第２の内部電極３ａ～３ｄ，４ａ～４ｄは、ＡｇＰｄからなる。もっとも、第１，第２の内部電極３ａ～３ｄ，４ａ～４ｄは、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉまたはこれらの合金などの適宜の金属材料により形成することができる。
　上記第１，第２の内部電極３ａ～３ｄ，４ａ～４ｄを有するセラミック焼結体２は、周知のセラミックス一体焼成技術により得ることができる積層型セラミック焼結体である。
　第１，第２の外部電極５，６は、導電ペーストの塗布・焼き付けにより形成されている。もっとも、蒸着法もしくはスパッタリング法またはメッキ法等により形成されていてもよい。第１，第２の外部電極５，６は、本実施形態では、スパッタリング法により形成されている。第１，第２の外部電極５，６は、適宜の金属もしくは合金により形成することができる。セラミック焼結体２において、第１の内部電極３ａ～３ｄのうちいずれか１つと第２の内部電極４ａ～４ｄのうちいずれか１つとの間に挟まれている部分が、活性層として機能する。ここで、活性層とは、電界が印加されたときに、圧電効果により伸縮する部分である。セラミック焼結体２において、隣り合う活性層が積層方向において逆方向に分極処理されている。
　積層型圧電アクチュエータ１を駆動するに際しては、第１，第２の外部電極５，６間に電圧を印加する。その結果、第１の内部電極３ａ～３ｄと、第２の内部電極４ａ～４ｄとで挟まれた複数のセラミック層２ｅに電界が印加される。従って、上記電界が印加されると、積層型圧電アクチュエータ１は、第１，第２の端面２ｃ，２ｄを結ぶ方向中央において、中央が上方に突出した姿態と、中央が下方に突出した姿態とをとる。すなわち、屈曲モードで変位する。
　なお、複数の活性層を構成している各セラミック層２ｅの厚みは等しくされている。従って、後述するように、各セラミック層２ｅの形成に必要なグリーンシートの種類を少なくすることができ、生産性を高めることができる。
　本実施形態では、最下層であり、第１の内部電極３ｄの下方に位置するセラミック層２ｆには、上記電界は印加されない。従って、セラミック層２ｆは不活性層である。同様に、最上層であり、第２の内部電極４ａの上方に位置するセラミック層２ｇにも、上記電界は印加されない。すなわちセラミック層２ｇは、セラミック層２ｆと同様に不活性層である。不活性層とは、第１，第２の外部電極５，６から電圧を印加した際に、電界が印加されない層である。
　本実施形態の積層型圧電アクチュエータ１の特徴は、上記セラミック層２ｆ，２ｇの厚みが、活性層であるセラミック層２ｅの厚みよりも薄くされていることにある。前述したように、不活性層は、活性層の変位を拘束するように作用する。本実施形態では、不活性層であるセラミック層２ｆ，２ｇの厚みが薄いため、活性層であるセラミック層２ｅの変位をさほど拘束しない。従って、大きな変位量を得ることができる。
　本実施形態の積層型圧電アクチュエータ１の他の特徴は、第１，第２の内部電極３ａ～３ｄ，４ａ～４ｄのうち、最下部に位置している第１の内部電極３ｄの長さ、及び最上部に位置している第２の内部電極４ａの長さが、残りの第１，第２の内部電極３ａ～３ｃ，４ｂ～４ｄよりも短いことにある。ここで、内部電極の長さとは、内部電極が引き出されているセラミック焼結体の端面から内部電極の先端までの寸法、すなわち各内部電極の第１，第２の端面２ｃ，２ｄを結ぶ方向の寸法をいうものとする。
　また、本実施形態の積層型圧電アクチュエータ１では、第２の外部電極６の回り込み部６ｃは、積層方向において平面視した際に、セラミック層２ｆを介して第１の内部電極３ｄと重なり合わないように設けられている。すなわち、第１の内部電極３ｄの長さが、積層方向において平面視した際に、セラミック層２ｆを介して回り込み部６ｃと重なり合わないように短くされており、かつ回り込み部６ｃの長さが短くされている。なお、回り込み部６ｃの長さとは、第２の端面２ｄから回り込み部６ｃの先端、すなわち第１の端面２ｃ側の端部までの寸法をいうものとする。第２の外部電極６の回り込み部６ｃと、第１の内部電極３ｄとは、互いに異なる電位に接続される。
　同様に、セラミック焼結体２の上方部分においても、第１の外部電極５の回り込み部５ｂは、積層方向において平面視した際に、セラミック層２ｇを介して第２の内部電極４ａと重なり合わないように設けられている。すなわち、第２の内部電極４ａの長さが、積層方向において平面視した際に、セラミック層２ｇを介して回り込み部５ｂと重なり合わないように短くされており、かつ回り込み部５ａの長さも短くされている。第１の外部電極５の回り込み部５ｂと、第２の内部電極４ａとは、互いに異なる電位に接続される。
　図１６に示したように、従来の積層型圧電アクチュエータ１００１Ａでは、最下部の第１の内部電極１００３と該内部電極と異なる電位に接続される第２の外部電極１００６の回り込み部１００６ｂとの間に電界が印加され、高電界領域Ｘが形成されるおそれがある。そのため、最外層の薄いセラミック層において破壊が生じるおそれがあった。
　これに対して、本実施形態では、このような高電界領域がセラミック層２ｆ，２ｇにおいて形成されない。そのため、相対的に厚みの薄いセラミック層２ｆ，２ｇを最外層に設け、変位量を拡大したとしても、該セラミック層２ｆ，２ｇにおける破壊が生じ難い。
　図１（ｂ）は、第１の実施形態の変形例に係る積層型圧電アクチュエータ１１を示す正面断面図である。本変形例では、第１，第２の外部電極５，６が、端面部５ａ，６ａのみを有する。すなわち、第１の実施形態における回り込み部５ｂ，５ｃ，６ｂ，６ｃが設けられていない。このような第１，第２の外部電極５，６は、導電ペーストの塗布・焼き付け、蒸着法またはメッキ法もしくはスパッタリング法等の適宜の方法により形成することができる。
　本変形例では、回り込み部５ｂ，５ｃ，６ｂ，６ｃが設けられていないので、セラミック層２ｆ，２ｇにおいて、高電界がより一層印加され難い。すなわち、第１の内部電極３ｄと、該第１の内部電極３ｄと異なる電位に接続される第２の外部電極６とが、積層方向において平面視した際に、セラミック層２ｆを介して重なり得ないため、また第１の内部電極３ｄの先端と、第２の外部電極６との間の距離が第１の実施形態よりも遠いため、セラミック層２ｆに高電界がより一層印加され難い。
　同様に、第２の内部電極４ａの先端と、第１の外部電極５との間の距離も第１の実施形態の場合よりも大きくされており、セラミック層２ｇに高電界がより一層印加され難い。従って、本変形例によれば、絶縁破壊がより一層生じ難い。
　このように、本発明においては、回り込み部５ｂ，５ｃ，６ｂ，６ｃは設けられずともよい。
　図３は、本発明の第２の実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ２１を示す正面断面図である。第２の実施形態では、セラミック焼結体２の下面２ｂにおいて、第１の外部電極５の回り込み部５ｃの面積が第１の実施形態の場合よりも大きくされており、すなわち回り込み部５ｃが、表面電極を構成している。同様に、第２の外部電極６の回り込み部６ｃの面積が第１の実施形態の場合よりも大きくされており、回り込み部６ｃも表面電極を構成している。ここで、表面電極とは、積層型圧電アクチュエータ２１を他の部材、例えば後述の実施例のように振動板に接続する際に接合部分として機能する。このような接合部分として機能する表面電極は、第１の実施形態の回り込み部５ｃ，６ｃに比べ大きな面積を有する必要があり、それによって、接合の信頼性を高めることができる。
　第２の実施形態では、上記表面電極として機能する回り込み部５ｃ，６ｃが形成されている。そのため、最下部の第１の内部電極３ｄの長さが、第１の実施形態の場合よりもより一層短くされている。すなわち、本実施形態の積層型圧電アクチュエータ２１では、第１の内部電極３ｄと、第１の内部電極３ｄと異なる電位に接続される第２の外部電極６の回り込み部６ｃとが、積層方向において平面視した際に、不活性層であるセラミック層２ｆを介して重なり合わないように配置されている。この場合、表面電極として機能する回り込み部６ｃの面積が大きく、第１，第２の端面２ｃ，２ｄを結ぶ方向の長さが長くされているので、その分だけ、第１の内部電極３ｄの長さが短くされている。それによって、セラミック層２ｆに高電界が印加され難くされている。
　このように、本発明では、回り込み部５ｃ，６ｃの面積を大きくして、振動板に接続する際の接合の信頼性を高めてもよく、その場合においても、最下部の第１の内部電極３ｄと、第１の内部電極３ｄと異なる電位に接続される第２の外部電極６の回り込み部６ｃとが、積層方向において平面視した際に、不活性層であるセラミック層２ｆを介して重なり合わないように配置すればよい。
　次に、上記第１の実施形態の積層型圧電アクチュエータ１を振動板に貼り合わせてなる圧電振動装置であり、屈曲モードで変形する屈曲型圧電アクチュエータについての具体的な実施例を比較例と共に説明する。
　実施例１として、図４に示す屈曲型圧電アクチュエータ３１を作製した。屈曲型圧電アクチュエータ３１では、振動板３２上に接着剤層３３を介して、前述した第１の実施形態の積層型圧電アクチュエータ１と同様の構造を有する積層型圧電アクチュエータ３４が接合されている。振動板３２は、積層型圧電アクチュエータ３４の変位を受けて受動的に変位する。その結果、屈曲型圧電アクチュエータ３１全体が屈曲モードで変位する。
　実施例１では、振動板３２として、厚み０.８ｍｍのガラスエポキシ板を用いた。また、上記接着剤層３３として、エポキシ系接着剤を用いた。
　振動板３２を用いて屈曲型圧電アクチュエータ３１を形成するに際し、上記振動板３２の材料は、上記ガラスエポキシ板に限定されるものではない。すなわち、振動板３２は、合成樹脂や金属などの適宜の材料により構成することができる。もっとも、振動板３２の熱膨張係数及びヤング率は、セラミック焼結体２の熱膨張係数及びヤング率と近いものが望ましい。従って、圧電セラミックスの熱膨張係数及びヤング率を考慮すると、振動板３２は、４２ニッケルや低膨張ガラスエポキシからなることが望ましい。
　セラミック焼結体２の製造に際しては、周知のセラミックス一体焼成技術を用いた。すなわち、圧電セラミック材料を主体とするセラミックグリーンシートを用意し、該セラミックグリーンシートの上面にＡｇＰｄペーストをマザーの内部電極パターンを形成するように印刷した。なお、上記内部電極パターンの印刷に際しては、前述した最上部の第２の内部電極４ａ及び最下部の内部電極３ｄが形成される部分においては、最終的に内部電極の長さが短くなるように、マザーの内部電極パターンを印刷した。このようにして、マザーの内部電極パターンのペーストが印刷されたマザーの複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、さらに上下に他のセラミックグリーンシートよりも薄いセラミックグリーンシートを積層し、積層方向に圧着し、マザーのセラミック成形体を得た。
　なお、上記実施例１では、活性層を構成するセラミックグリーンシートに比べて、不活性層を構成するセラミックグリーンシートの厚みを薄くしていた。他の方法として、活性層を構成するセラミックグリーンシートの枚数を不活性層を構成するセラミックグリーンシートの枚数よりも多くしてもよい。
　上記のようにして得たマザーのセラミック成形体を個々の積層型圧電アクチュエータ単位のセラミック成形体に切断した。個片化されたセラミック成形体を焼成し、セラミック焼結体２を得た。このセラミック焼結体２の第１，第２の端面２ｃ，２ｄに第１，第２の外部電極５，６をスパッタリング法により作製した。しかる後、第１，第２の外部電極５，６間に直流電圧を印加し、積層方向において、隣り合う活性層を積層方向において逆方向に分極軸が揃うように分極処理した。
　上記のようにして積層型圧電アクチュエータ３４を得、該積層型圧電アクチュエータ３４を前述した振動板３２に接着剤層３３を介して貼り合わせた。このようにして、実施例１の屈曲型圧電アクチュエータ３１を得た。
　比較のために、図５に示した比較例１の屈曲型圧電アクチュエータ１０５１を用意した。屈曲型圧電アクチュエータ１０５１は、上記実施例１の屈曲型圧電アクチュエータ３１における積層型圧電アクチュエータ３４に代えて、積層型圧電アクチュエータ１０５２を用いたことを除いては、上記実施例１と同様である。この積層型圧電アクチュエータ１０５２は、セラミック焼結体１０５３を有する。セラミック焼結体１０５３は、上面と、下面と、第１の端面１０５３ｃと、第２の端面１０５３ｄとを有する。セラミック焼結体１０５３内では、上面及び下面と平行に、複数の第１の内部電極１０５４ａ～１０５４ｄと、複数の第２の内部電極１０５５ａ～１０５５ｄとが配置されている。複数の第１の内部電極１０５４ａ～１０５４ｄは、セラミック焼結体１０５３の第１の端面１０５３ｃに引き出されている。複数の第２の内部電極１０５５ａ～１０５５ｄは、セラミック焼結体１０５３の第１の端面１０５３ｃと対向している第２の端面１０５３ｄに引き出されている。セラミック焼結体１０５３では、積層方向において、第１の内部電極１０５４ａ～１０５４ｄと、第２の内部電極１０５５ａ～１０５５ｄとが交互に配置されている。また、隣り合うセラミック層は積層方向において逆方向に分極処理されている。
　第１の内部電極１０５４ａ～１０５４ｄと、第２の内部電極１０５５ａ～１０５５ｄとで挟まれているセラミック層すなわち活性層の厚みは全て等しくされている。さらに、第１の端面１０５３ｃには、第１の外部電極１０５６が形成されている。第２の端面１０５３ｄには、第２の外部電極１０５７が形成されている。ここでは、第１の外部電極１０５６は、第１の端面１０５３ｃに位置している端面部１０５６ａと、端面部１０５６ａに連なっており、セラミック焼結体１０５３の上面に至っているとともに、積層方向において平面視した際に、最上部の第２の内部電極１０５５ａと重なり合うように設けられた回り込み部１０５６ｂと、端面部１０５６ａに連なっており、セラミック焼結体１０５３の下面に至っている回り込み部１０５６ｃとを有する。従って、最上層のセラミック層は、活性層として作用する。同様に、第２の外部電極１０５７は、第２の端面１０５３ｄに位置している端面部１０５７ａと、端面部１０５７ａに連なっており、セラミック焼結体１０５３の上面に至っている回り込み部１０５７ｂと、端面部１０５７ａに連なっており、セラミック焼結体１０５３の下面に至っている回り込み部１０５７ｃとを有する。回り込み部１０５７ｃが、第１の端面１０５３ｃ側に延ばされており、積層方向において平面視した際に、最下部の第１の内部電極１０５４ｄとセラミック層を介して重なり合っている。よって、最下層のセラミック層も活性層として機能する。
　積層型圧電アクチュエータ１０５２では、上記最外層のセラミック層が、活性層として機能しており、最外層のセラミック層は他のセラミック層と同じ厚みとされている。
　上記実施例１及び比較例１の屈曲型圧電アクチュエータ３１，１０５１を、６０℃の温度及び相対湿度９３％の雰囲気中で±１２Ｖの電圧を印加し、駆動し、故障するまでの時間Ｂ１０を測定した。結果を下記の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１から明らかなように、比較例１に比べて、実施例１によれば、故障に至るまでの時間Ｂ１０を約４倍程度と長くし得ることがわかる。比較例１で比較的短い時間で故障が発生しているのは、高温高湿下において、空気中の水分が内部の活性層に到達し、内部電極におけるＡｇのマイグレーションが生じたことによると考えられる。実施例１では、上記第１の実施形態の積層型圧電アクチュエータ１と同様の構造を有する積層型圧電アクチュエータ３４を有し、最外層のセラミック層が不活性層である。そのため、積層型圧電アクチュエータ内部の活性層に空気中の水分が到達し難く、活性層であるセラミック層においてはクラックが生じ難い。従って、積層型圧電アクチュエータ３４の寿命が長くなったとものと考えられる。
　次に、上記実施例１の屈曲型圧電アクチュエータ３１と、図６に示す比較例２の屈曲型圧電アクチュエータ１０６１とを用意した。比較例２の屈曲型圧電アクチュエータ１０６１では、上記実施例１の屈曲型圧電アクチュエータ３１における積層型圧電アクチュエータ３４に代えて、積層型圧電アクチュエータ１０６２を用いたことを除いては、上記実施例１と同様である。そして、積層型圧電アクチュエータ１０６２は、比較例１の積層型圧電アクチュエータ１０５２と同様に、セラミック焼結体１０５３と、複数の第１の内部電極１０５４ａ～１０５４ｄと、複数の第２の内部電極１０５５ａ～１０５５ｄと、第１の外部電極１０５６と、第２の外部電極１０５７とを有する。積層型圧電アクチュエータ１０６２は、前述した特許文献１に記載の圧電ブザーに用いられている積層型圧電体と同様の構造を有する。
　比較例１では、セラミック焼結体１０５３の上面及び下面において、第１の外部電極１０５６の回り込み部１０５６ｂ及び第２の外部電極１０５７の回り込み部１０５７ｃが、積層方向において平面視した際に、異なる電位に接続される第２の内部電極１０５５ａまたは第１の内部電極１０５４ｄに重なるように形成されている。従って、最外層のセラミック層が活性層とされている。
　これに対して、比較例２の屈曲型圧電アクチュエータ１０６１では、回り込み部１０５６ｂ及び回り込み部１０５７ｃは、回り込み部１０５６ｃ，１０５７ｂと同様に、端面部１０５６ａ，１０５７ａに連なっており、セラミック焼結体１０５３の上面または下面に至っているように形成されている。従って、最外層のセラミック層はほぼ不活性層とされている。その他の点については、比較例１と同様である。
　なお、実施例１では、不活性層である最外層のセラミック層の厚さは、活性層のセラミック層の厚さの１／２とされている。不活性層である最外層のセラミック層と活性層のセラミック層を同一厚みのセラミック層を用いて積層型圧電アクチュエータを製造する場合、活性層を２層のセラミック層とし不活性層を１層のセラミック層とするＬ＝（１／２）Ｈとしたときが、活性層を３層のセラミック層とし不活性層を２層のセラミック層とするなど別の条件に比べて積層工程の数が最小となるため、製造が容易となり好ましい。さらに、セラミック層の厚みと材料を同一にすれば、セラミック層を同一の工程準備できるため、さらに製造が容易となりより好ましい。
　上記実施例１及び比較例２の屈曲型圧電アクチュエータ３１，１０６１の変位量を、±１２Ｖの電圧を印加して、第１，第２の端面を結ぶ方向を長さ方向としたときに、屈曲型圧電アクチュエータ３１，１０６１の長さ方向中央における変位量を求めた。その結果、比較例２では、変位量は７９μｍであった。これに対して、実施例１では、変位量は８７μｍであった。従って、不活性層の厚みが薄くされることにより、実施例１によれば、変位量を拡大し得ることがわかる。
　なお、比較例２では、回り込み部１０５６ｂと、最上部の第２の内部電極１０５５ａとが、積層方向において平面視した際に、最上層のセラミック層の一部を介して重なり合っている部分が存在する。同様に、回り込み部１０５７ｃと、最下部の第１の内部電極１０５４ｄとが、積層方向において平面視した際に、最下層のセラミック層の一部を介して重なり合っている部分が存在する。従って、最外層は不活性層であるが、不活性層の一部が活性部となる。
よって、前述したように、この活性部となる部分に高い電界が印加されると、最外層のセラミック層において圧電効果により印加される電界に応じて発生する応力及び圧電アクチュエータの変位による応力によって、セラミックス層に破壊が生じるおそれがある。特に、内部電極に挟まれる活性層より厚みが薄く、破壊耐力が小さくなる最外層のセラミックス層に活性部と非活性部とが混在すれば、高電界が印加される活性部と非活性部との境界で発生する応力差と圧電アクチュエータの変位による応力とが重なり合うため、相対的に厚みが薄い最外層のセラミックス層に破壊が生じやすい。
　次に、上記実施例１の屈曲型圧電アクチュエータ３１と、図７に示す比較例３の屈曲型圧電アクチュエータ１０７１とを用意した。比較例３の屈曲型圧電アクチュエータ１０７１では、上記実施例１の屈曲型圧電アクチュエータ３１における積層型圧電アクチュエータ３４に代えて、積層型圧電アクチュエータ１０７２を用いたことを除いては、上記実施例１と同様である。積層型圧電アクチュエータ１０７２は、最外層のセラミック層の厚みが他のセラミック層の厚みの１／２とされていることを除いては、比較例２の屈曲型圧電アクチュエータ１０６１の積層型圧電アクチュエータ１０６２と同様の構造を有する。この構造は、前述した特許文献２に記載の積層型圧電アクチュエータと同様の構造である。
　上記実施例１の屈曲型圧電アクチュエータ３１及び比較例３の屈曲型圧電アクチュエータ１０７１に、抗電界の２倍の直流電圧を印加し、セラミック焼結体を分極した。すなわち、第１，第２の外部電極間に抗電界の２倍の電圧を印加し、活性層として機能するセラミック層を積層方向に分極した。その結果、比較例３の屈曲型圧電アクチュエータ１０７１に用いた積層型圧電アクチュエータ１０７２では、１０個のサンプルにおいて、１０個とも故障し、実施例１の屈曲型圧電アクチュエータ３１に用いた積層型圧電アクチュエータ３４では、１０個のサンプル中故障した数は０であった。なお、故障とは、分極処理に際し、隣り合う電極間に短絡が生じた数をいうものとする。
　上記のように、比較例３の屈曲型圧電アクチュエータ１０７１に用いた積層型圧電アクチュエータ１０７２において、故障が生じたのは、以下の理由によると考えられる。すなわち、最外層のセラミック層の厚みが薄くされているため、回り込み部１０５６ｂと最上部の第２の内部電極１０５５ａとが積層方向において平面視した際に最上層のセラミック層の一部を介して重なり合っている部分Ｂ及び回り込み部１０５７ｃと最下部の第１の内部電極１０５４ｄとが積層方向において平面視した際に最下層のセラミック層の一部を介して重なり合っている部分Ｄにおいて高電界が印加される。従って、短絡が生じたと考えられる。
　これに対して、実施例１では、上記のように、最上部の第２の内部電極４ａと、回り込み部５ｂとが、積層方向において平面視した際に、最上層のセラミック層を介して重なり合っておらず、かつ最下部の第１の内部電極３ｄと、回り込み部６ｃとが、積層方向において平面視した際に、最下層のセラミック層を介して重なり合っていない。従って、高電界が最外層のセラミック層すなわち不活性層に加わらない。よって、分極に際しての故障が生じていないと考えられる。
　次に、上記実施例１の屈曲型圧電アクチュエータ３１と図８に示す比較例４の屈曲型圧電アクチュエータ１０８１とを用意し、変位量を対比した。比較例４の屈曲型圧電アクチュエータ１０８１では、上記実施例１の屈曲型圧電アクチュエータ３１における積層型圧電アクチュエータ３４とは異なる構造の積層型圧電アクチュエータを用いたことを除いては、上記実施例１と同様である。比較例４の屈曲型圧電アクチュエータ１０８１の積層型圧電アクチュエータは、セラミック焼結体１０８２を有する。セラミック焼結体１０８２は、上面と、下面と、第１の端面１０８２ｃと、第２の端面１０８２ｄとを有する。セラミック焼結体１０８２内において、上面及び下面と平行に、複数の第１の内部電極１０８３ａ～１０８３ｃと、複数の第２の内部電極１０８４ａ～１０８４ｃとが配置されている。複数の第１の内部電極１０８３ａ～１０８３ｃは、セラミック焼結体１０８２の第１の端面１０８２ｃに引き出されている。複数の第２の内部電極１０８４ａ～１０８４ｃは、セラミック焼結体１０８２の第１の端面１０８２ｃと対向している第２の端面１０８２ｄに引き出されている。セラミック焼結体１０８２では、積層方向において、第１の内部電極１０８３ａ～１０８３ｃと、第２の内部電極１０８４ａ～１０８４ｃとが交互に配置されているとともに、積層方向において平面視した際に、セラミック層を介して重なり合っている。また、隣り合うセラミック層は積層方向において逆方向に分極処理されている。さらに、第１，第２の内部電極１０８３ａ～１０８３ｃ，１０８４ａ～１０８４ｃが積層されている部分の上方において、第１，第２のダミー電極１０８５，１０８６が配置されている。第１，第２のダミー電極１０８５，１０８６は、それぞれ、第１の端面１０８２ｃ及び第２の端面１０８２ｄに引き出されている。
　第１，第２のダミー電極１０８５，１０８６は、セラミック焼結体１０８２の長さ方向中央において対向されている。同様に、第１，第２の内部電極１０８３ａ～１０８３ｃ，１０８４ａ～１０８４ｃが積層されている部分の下方においても、第１，第２のダミー電極１０８７，１０８８が第１，第２のダミー電極１０８５，１０８６と同様に構成されている。
　ここでは、第１の内部電極１０８３ａ～１０８３ｃ及び第２の内部電極１０８４ａ～１０８４ｃが積層方向において平面視した際にセラミック層を介して重なり合っている部分が活性部である。そして、第２のダミー電極１０８６と、最上部の第１の内部電極１０８３ａとが積層方向において平面視した際にセラミック層を介して積層方向において平面視した際に重なり合っている部分も活性層として機能する。同様に、第１のダミー電極１０８７と、最下部の第２の内部電極１０８４ｃとが積層方向において平面視した際に重なり合っている部分も活性層として機能する。なお、第１，第２の外部電極１０８９，１０９０は、実施例１の第１，第２の外部電極５，６と同様に構成されている。
　上記実施例１の屈曲型圧電アクチュエータ３１及び比較例４の屈曲型圧電アクチュエータ１０８１に、±１２Ｖの電圧を印加した際の変位量を求めたところ、比較例４では、８１μｍであったのに対し、実施例１によれば、前述した比較例２との対比の場合と同様に８７μｍであった。
　従って、比較例４では、変位量が小さいのに対し、実施例１によれば、変位量を効果的に高め得ることがわかる。これは、比較例４では、ダミー電極１０８５の下方部分のセラミック層及びダミー電極１０８８の上方部分のセラミック層も不活性層として機能し、それによって変位が拘束されるためと考えられる。
　〔第２の実施形態〕
　図９は、本発明の第２の実施形態に係る屈曲型圧電アクチュエータ５１を示す正面断面図である。第２の実施形態に係る屈曲型圧電アクチュエータ５１では、振動板５２上に、積層型圧電アクチュエータ５３が接着剤層５４を介して接合されている。振動板５２は、絶縁性基板５２ａの表面に電極膜５２ｂ，５２ｃが形成されている構造を有する。この電極膜５２ｂ，５２ｃ上に、接着剤層５４を介して、積層型圧電アクチュエータ５３が接合されている。
　ここでは、図１（ｂ）に示した積層型圧電アクチュエータ１１と同様に、第１，第２の外部電極５，６の回り込み部５ｃ，６ｃが、回り込み部５ｂ，６ｂに比べて大きな面積を有し、表面電極として機能するように形成されている。この回り込み部５ｃ，６ｃが、それぞれ、電極膜５２ｂ，５２ｃに接合されている。その他の構造は、第２の実施形態に係る屈曲型圧電アクチュエータ５１は実施例１の屈曲型圧電アクチュエータ３１と同様である。ここでは、回り込み部５ｃ，６ｃが大きな面積を有するため、電極膜５２ｂ，５２ｃに対して確実に接合することができる。
　本実施形態においても、その他の構造は実施例１と同様であるため、大きな変位量を得ることができ、かつＡｇ等のマイグレーションを効果的に抑制することができる。
　〔第３の実施形態〕
　図１０は、本発明の第３の実施形態に係る屈曲型圧電アクチュエータ６１を示す正面断面図である。
　屈曲型圧電アクチュエータ６１は、第２の実施形態とは逆に、セラミック焼結体２の上面側における回り込み部５ｂ，６ｂの面積が相対的に大きくされて、表面電極として機能するように構成されている。他方、下面側の回り込み部５ｃ，６ｃは、その面積が相対的に小さく、通常の回り込み部とされている。その他の点については、実施例１の屈曲型圧電アクチュエータ３１と同様である。第３の実施形態では、セラミック焼結体２の上面側において、比較的大きな面積を有し、表面電極として機能する回り込み部５ｂ，６ｂが設けられているので、セラミック焼結体２の上面側において外部との電気的接続を容易に行うことができる。
　この場合においても、回り込み部５ｂと、互いに電気的に絶縁され異なる電位に接続される最上部の第２の内部電極４ａとは、積層方向において平面視した際に、最上層のセラミック層を介して重なり合っていない。従って、上記実施例１と同様に、大きな変位量を得ることができ、かつ不活性層のセラミック層の破壊も生じ難い。
　〔変形例〕
　図１１は、本発明の圧電アクチュエータのさらに他の変形例を説明するための正面断面図であり、図１２は、その内部構造を模式的に示す斜視図である。
　本変形例の圧電アクチュエータ７１は、振動板７２上に接着剤層７５を介して接合されている積層型圧電アクチュエータを有する。該積層型圧電アクチュエータは、セラミック焼結体２Ａを有する。セラミック焼結体２Ａ内に、第１の内部電極３ａ，３ｂと第２の内部電極４ａ，４ｂとがセラミック層を介して交互に積層されている。図１２に示すように、第１の内部電極３ａ，３ｂは、セラミック焼結体２Ａの長さ方向一端側の端面に延ばされた電極引き出し部を有する。電極引き出し部は、第１の内部電極３ａ，３ｂの他の部分よりも幅が狭くされている。また、第２の内部電極４ａ，４ｂも、セラミック焼結体２Ａの長さ方向一端側の端面に延ばされた電極引き出し部を有する。この電極引き出し部も、第２の内部電極４ａ，４ｂの他の部分よりも幅が狭くされている。そして、図１２に示すように、セラミック焼結体２Ａの上記一端側の端面に、第１の端面電極７３及び第２の端面電極７４が形成されている。第１の端面電極７３は、第１の内部電極３ａ，３ｂの電極引き出し部に電気的に接続されるように設けられている。同様に、第２の端面電極７４は、第２の内部電極４ａ，４ｂの電極引き出し部に電気的に接続されるように設けられている。本変形例では、上記のように、第１の内部電極３ａ，３ｂ及び第２の内部電極４ａ，４ｂがセラミック焼結体２Ａの長さ方向一端側の端面に引き出されている。そして、該端面において、第１の内部電極３ａ，３ｂが第１の端面電極７３に、第２の内部電極４ａ，４ｂが第２の端面電極７４に電気的に接続されている。よって、セラミック焼結体２Ａの長さ方向一端側において外部との電気的接続を図ることができる。
　本変形例においても、セラミック焼結体２Ａの不活性層である最外層のセラミック層を活性層である他のセラミック層よりも薄くし、かつ第１，第２の内部電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂのうち、最上部に位置している第２の内部電極４ａの長さ、及び最下部に位置している第１の内部電極３ｂの長さが、他の内部電極よりも短くすることで、第１の端面電極７３の回り込み部が積層方向において平面視した際に最上層のセラミック層を介して第２の内部電極４ａと重なり合わないように設けられ、第２の端面電極７４の回り込み部が積層方向において平面視した際に最下層のセラミック層を介して第１の内部電極３ｂと重なり合わないように設けられていることにより、実施例１～３と同様の効果を得ることができる。
　図１３は、本発明の圧電アクチュエータのさらに他の変形例を示す正面断面図である。本変形例の圧電アクチュエータ８１は、振動板８２上に、接着剤層８３を介して接合されている。積層型圧電アクチュエータを有する。本変形例では、圧電アクチュエータ７１と同様に、セラミック焼結体２Ａ内に、第１の内部電極３ａ，３ｂ及び第２の内部電極４ａ，４ｂとがセラミック層を介して交互に積層されている。セラミック焼結体２Ａ内に、第１の内部電極３ａ，３ｂと第２の内部電極４ａ，４ｂとがセラミック層を介して交互に積層されている。積層方向において平面視した際に、内部電極同士がセラミック層を介して重なり合っている部分が活性層を構成している。また、本変形例では、セラミック焼結体２Ａの最下層のセラミック層である不活性層２ｈの厚みが他のセラミック層の厚みよりも薄くさている。また、不活性層２ｈと隣接している最下部の第１の内部電極３ｂの長さが、第１の内部電極３ａよりも短くされていることで、第２の端面電極６の回り込み部が積層方向において平面視した際に不活性層２ｈを介して第１の内部電極３ｂと重なり合わないように設けられており、最上層のセラミック層と隣接している最上部の第２の内部電極４ａの長さが、第２の内部電極４ｂよりも短くされていることで、第１の端面電極５の回り込み部が積層方向において平面視した際に最上層のセラミック層を介して第２の内部電極４ａと重なり合わないように設けられている。従って、本実施形態においても、実施例１～３と同様の効果を得ることができる。もっとも、前述した第１の実施形態のように、上下に厚みの薄い不活性層が設けられることが望ましい。
　図１３では、セラミック焼結体２Ａの最下層に、不活性層２ｈが設けられていたが、図１４に示す変形例の圧電アクチュエータ９１のように、最上層に厚みが相対的に薄い不活性層２ｉが設けられてもよい。
　１…圧電アクチュエータ
　２，２Ａ…セラミック焼結体
　２ａ…上面
　２ｂ…下面
　２ｃ…第１の端面
　２ｄ…第２の端面
　２ｅ…セラミック層
　２ｆ…セラミック層
　２ｇ…セラミック層
　２ｈ…不活性層
　２ｉ…不活性層
　３ａ～３ｄ…第１の内部電極
　４ａ～４ｄ…第２の内部電極
　５…第１の外部電極
　５ａ…端面部
　５ｂ，５ｃ…回り込み部
　６…第２の外部電極
　６ａ…端面部
　６ｂ，６ｃ…回り込み部
　１１…積層型圧電アクチュエータ
　２１…積層型圧電アクチュエータ
　３１…屈曲型圧電アクチュエータ
　３２…振動板
　３３…接着剤層
　３４…積層型圧電アクチュエータ
　５１…屈曲型圧電アクチュエータ
　５２…振動板
　５２ａ…絶縁性基板
　５２ｂ，５２ｃ…電極膜
　５３…積層型圧電アクチュエータ
　５４…接着剤層
　６１…屈曲型圧電アクチュエータ
　７１…圧電アクチュエータ
　７３…第１の端面電極
　７４…第２の端面電極
　８１…圧電アクチュエータ
　８２…振動板
　９１…圧電アクチュエータ

Claims (7)

  1. 　圧電セラミックスからなり、上面、下面及び対向し合う第１，第２の端面を有するセラミック焼結体と、
    　前記セラミック焼結体内に形成されており、前記第１の端面に引き出された複数の第１の内部電極と、
    　前記セラミック焼結体内に形成されており、前記第２の端面に引き出された複数の第２の内部電極と、
    　前記セラミック焼結体内に形成されており、前記第１の内部電極及び前記第２の内部電極とともに積層されている、複数のセラミック層と、
    　前記セラミック焼結体の第１の端面に形成された第１の外部電極と、
    　前記セラミック焼結体の第２の端面に形成された第２の外部電極とを備え、
    　前記第１の内部電極と前記第２の内部電極とがセラミック焼結体内において前記セラミック層を介して対向しており、前記第１の内部電極と第２の内部電極との間に挟まれているセラミック層が活性層とされており、複数の活性層を有し、前記セラミック焼結体内において、前記複数の第１，第２の内部電極の内、最上部に位置する内部電極とセラミック焼結体の上面との間のセラミック層が第１の不活性層、前記複数の第１，第２の内部電極の内、最下部に位置する内部電極とセラミック焼結体の下面との間のセラミック層が第２の不活性層とされており、
    　前記不活性層であるセラミック層の厚みが、前記活性層であるセラミック層の厚みよりも薄くされており、かつ第１または第２の内部電極の長さを当該第１または第２の内部電極の引き出されている第１または第２の端面から当該第１または第２の内部電極の先端までの距離とした場合、前記最上部に位置する内部電極及び最下部に位置する内部電極の長さの少なくとも一方が、他の内部電極の長さよりも短くされており、
    　前記セラミック焼結体の積層方向において平面視した際に、前記第１，第２の外部電極が、不活性層を介して、最上部及び最下部の前記内部電極のうち異なる電位に接続される内部電極と重なり合わないように形成されている、積層型圧電アクチュエータ。
  2. 　前記第１，第２の外部電極が、前記セラミック焼結体の第１，第２の端面上に形成されており、前記セラミック焼結体の上面及び下面に至らないように設けられている、請求項１に記載の積層型圧電アクチュエータ。
  3. 　前記第１，第２の外部電極が、前記セラミック焼結体の第１，第２の端面に位置している端面部と、端面部に連なっており、かつ前記セラミック焼結体の上面及び下面の少なくとも一方に至っている回り込み部とを有し、回り込み部が、前記セラミック焼結体の積層方向において平面視した際に、該回り込み部と最上部及び最下部の前記内部電極のうち異なる電位に接続される内部電極とが前記不活性層を介して重なり合わないように配置されている、請求項１に記載の積層型圧電アクチュエータ。
  4. 　前記回り込み部が、他の部材と接合するための表面電極である、請求項３に記載の積層型圧電アクチュエータ。
  5. 　前記活性層を構成しているセラミック層の厚みが等しい、請求項１～４のいずれか１項に記載の積層型圧電アクチュエータ。
  6. 　前記不活性層の厚みをＬ、前記活性層の厚みをＨとしたとき、０＜Ｌ≦（１／２）Ｈである、請求項１～５のいずれか１項に記載の積層型圧電アクチュエータ。
  7. 　振動板を備え、該振動板に請求項１～６のいずれか１項に記載の積層型圧電アクチュエータが接合されている、圧電振動装置。
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