WO2021132098A1 - 圧電素子 - Google Patents

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WO2021132098A1
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piezoelectric element
piezoelectric
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end surface
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佐々木　誠志
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Tdk株式会社
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    • H10N30/8554—Lead-zirconium titanate [PZT] based

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric element.
  • a piezoelectric element including a piezoelectric element containing a piezoelectric ceramic material and a pair of electrodes arranged on the piezoelectric element is known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • the pair of electrodes are arranged on the piezoelectric element so as to face each other.
  • An electric field is applied to the piezoelectric body through a pair of electrodes.
  • One aspect of the present invention is to provide a piezoelectric element having a large amount of displacement and high reliability.
  • the present inventors have carried out diligent research on a configuration having a large amount of displacement and high reliability. As a result, the present inventors have newly obtained the following findings and have come up with the present invention.
  • an electric field is applied to the piezoelectric element via a pair of electrodes arranged on the piezoelectric element to perform polarization treatment.
  • polarization treatment predetermined ions in the crystal structure contained in the piezoelectric element move, and the directions of polarization in each domain existing in the piezoelectric element are aligned.
  • ion for example, a perovskite-type crystal structure expressed by a general formula ABO X, a B ion.
  • the larger the total amount of B ions that move to a predetermined position the better the piezoelectric element is polarized.
  • the piezoelectric characteristics are high.
  • a piezoelectric element in which B ions move to the above-mentioned predetermined positions in each domain and the polarizations are aligned in a predetermined direction is a suitable polarization state.
  • the ease of movement of the predetermined ions depends on the stress received by the piezoelectric element from the electrodes arranged on the piezoelectric element. For example, when the stress received from one of the pair of electrodes applying an electric field to the piezoelectric element is greater than the stress received from the other electrode, the predetermined ion moves in the direction toward one electrode. It tends to move easily in the direction toward the other electrode. Therefore, a large polarization can be obtained in the piezoelectric element that realizes the following configuration.
  • the stress that the piezoelectric body receives from one electrode is different from the stress that the piezoelectric body receives from the other electrode.
  • the polarization direction is the direction from one electrode to the other electrode. The larger the polarization obtained, the larger the amount of displacement of the piezoelectric element is realized. In the piezoelectric element, the larger the obtained polarization, the more difficult it is for the piezoelectric element to lose its polarization even when it is used in a situation where a voltage is applied in the direction opposite to the polarization direction. That is, the piezoelectric element has high reliability.
  • the piezoelectric element includes a piezoelectric element containing a piezoelectric ceramic material, and a first electrode and a second electrode arranged on the piezoelectric element so as to face each other.
  • the stress received by the piezoelectric body by the first electrode is greater than the stress received by the piezoelectric body by the second electrode.
  • the polarization direction of the piezoelectric element is the direction from the first electrode to the second electrode.
  • the stress received by the piezoelectric element body by the first electrode is larger than the stress received by the piezoelectric element body by the second electrode, and the polarization direction of the piezoelectric element body is from the first electrode to the second electrode. The direction. Therefore, the above-mentioned one aspect realizes a large displacement amount and has high reliability.
  • the coverage of the first electrode may be larger than the coverage of the second electrode.
  • a configuration in which the stress received by the piezoelectric element body by the first electrode is larger than the stress received by the piezoelectric element body by the second electrode is easily and surely realized.
  • the piezoelectric element has a surface in which the first electrode is in contact and includes a sintered surface and a surface in which the second electrode is in contact and includes a sintered surface. You may have. In this case, the shedding of the ceramics from the piezoelectric element is suppressed, and the state of coating of the first electrode and the second electrode in the piezoelectric element is improved.
  • One aspect of the present invention provides a piezoelectric element having a large amount of displacement and high reliability.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a piezoelectric element according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the piezoelectric element according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG. 5A and 5B are diagrams showing the relationship between the electric field and polarization.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a piezoelectric element according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • the piezoelectric element 1 includes a piezoelectric element 3 and a first electrode 10 and a second electrode 20 arranged on the piezoelectric element 3.
  • the first electrode 10 and the second electrode 20 face each other in the first direction Ax1.
  • the first electrode 10 and the second electrode 20 are configured to apply an electric field to the piezoelectric element 3.
  • the piezoelectric element 1 is used in, for example, a hard disk device.
  • the piezoelectric element 1 is used, for example, in a second actuator other than the voice coil motor included in the dual actuator type hard disk device.
  • the piezoelectric element 3 contains a piezoelectric ceramic material.
  • the piezoelectric element 3 is composed of, for example, a sintered body made of a piezoelectric ceramic material.
  • Piezoelectric ceramic materials include PZT [Pb (Zr, Ti) O 3 ], PT (PbTIO 3 ), PLZT [(Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ], or barium titanate (BaTIO 3 ).
  • the piezoelectric ceramic material is an oxide of perovskite crystal structure expressed by a general formula ABO X.
  • the piezoelectric element 3 has a rectangular parallelepiped shape.
  • the piezoelectric body 3 has a first main surface 3a and a second main surface 3b that face each other.
  • the first main surface 3a and the second main surface 3b face each other in the first direction Ax1.
  • the first main surface 3a and the second main surface 3b are a part of the outer surface of the piezoelectric element 3.
  • the piezoelectric body 3 is composed of, for example, a plurality of piezoelectric layer layers laminated.
  • the piezoelectric element 3 is composed of, for example, a sintered body of a ceramic green sheet containing a piezoelectric ceramic material.
  • the direction in which the piezoelectric layers are laminated is the direction along the first direction Ax1.
  • each piezoelectric layer is integrated to the extent that the boundary between the piezoelectric layers cannot be visually recognized.
  • the length of the piezoelectric element 3 along the first direction Ax1 is, for example, about 0.08 mm.
  • the first direction Ax1 is, for example, the thickness direction of the piezoelectric element 3.
  • the rectangular parallelepiped shape includes a rectangular parallelepiped shape in which corners and ridges are chamfered, and a rectangular parallelepiped in which corners and ridges are rounded.
  • the piezoelectric element 3 has a first end surface 3c and a second end surface 3d facing each other.
  • the first end surface 3c and the second end surface 3d face each other in the second direction Ax2 intersecting the first direction Ax1.
  • the first end surface 3c and the second end surface 3d are a part of the outer surface of the piezoelectric element 3.
  • the second direction Ax2 is, for example, the longitudinal direction of the piezoelectric element 3.
  • the length of the piezoelectric element 3 along the second direction Ax2 is, for example, about 1.1 mm.
  • the piezoelectric body 3 has a first side surface 3e and a second side surface 3f facing each other.
  • the first side surface 3e and the second side surface 3f face each other in the third direction Ax3 which intersects the first direction Ax1 and the second direction Ax2.
  • the first side surface 3e and the second side surface 3f are a part of the outer surface of the piezoelectric body 3.
  • the third direction Ax3 is, for example, the lateral direction of the piezoelectric element 3.
  • the length of the piezoelectric element 3 along the third direction Ax3 is, for example, about 0.75 mm.
  • the first main surface 3a and the second main surface 3b extend in the second direction Ax2 so as to connect the first end surface 3c and the second end surface 3d.
  • the first main surface 3a and the second main surface 3b extend in the third direction Ax3 so as to connect the first side surface 3e and the second side surface 3f.
  • the first end surface 3c and the second end surface 3d extend in the first direction Ax1 so as to connect the first main surface 3a and the second main surface 3b.
  • the first end surface 3c and the second end surface 3d extend in the third direction Ax3 so as to connect the first side surface 3e and the second side surface 3f.
  • the first side surface 3e and the second side surface 3f extend in the second direction Ax2 so as to connect the first end surface 3c and the second end surface 3d.
  • the first side surface 3e and the second side surface 3f extend in the first direction Ax1 so as to connect the first main surface 3a and the second main surface 3b.
  • the first electrode 10 is an external electrode arranged on the first main surface 3a.
  • the first electrode 10 extends between the end edge of the first end surface 3c and the end edge of the second end surface 3d on the first main surface 3a, and the end edge of the first side surface 3e and the second side surface 3f. It extends between the edges.
  • the first electrode 10 may be arranged so as to cover the entire first main surface 3a.
  • the first electrode 10 is not arranged on any of the second main surface 3b, the first end surface 3c, the second end surface 3d, the first side surface 3e, and the second side surface 3f.
  • the first electrode 10 has, for example, a laminated Cr layer, a Ni—Cr alloy layer, and an Au layer.
  • the Cr layer is formed on the piezoelectric element 3
  • the Ni—Cr alloy layer is formed on the Cr layer
  • the Au layer is formed on the Ni—Cr alloy layer.
  • the Cr layer is the lower layer
  • the Ni—Cr alloy layer is the intermediate layer
  • the Au layer is the upper layer.
  • the first electrode 10 has a Cr / Ni—Cr / Au laminated structure. In the laminated structure in which the Cr layer is arranged in the lower layer, the stress on the piezoelectric element 3 is larger than that in the laminated structure in which the Cr layer is not arranged in the lower layer.
  • the piezoelectric body 3 has a portion in the vicinity of the first electrode 10 where the stress received from the electrode is relatively large.
  • the Ni—Cr alloy layer of the intermediate layer may be a Ni—Cu layer. If the stress received by the piezoelectric element 3 from the first electrode 10 is greater than the stress received by the piezoelectric element 3 from the second electrode 20, the first electrode 10 may be, for example, a Ni—Cr alloy layer, an Au layer, or the like. It may be a Cr layer or a Ni layer.
  • the first electrode 10 may have a single-layer structure.
  • the thickness of the Cr layer is 50 to 200 nm
  • the thickness of the Ni—Cr alloy layer is 20 to 400 nm.
  • the thickness of the Au layer is, for example, 50 to 200 nm.
  • the thickness of the first electrode 10 is, for example, 120 to 800 nm.
  • the second electrode 20 is an external electrode arranged on the second main surface 3b.
  • the second electrode 20 extends between the end edge of the first end surface 3c and the end edge of the second end surface 3d on the second main surface 3b, and the end edge of the first side surface 3e and the second side surface 3f. It extends between the edges.
  • the second electrode 20 may be arranged so as to cover the entire second main surface 3b.
  • the second electrode 20 is not arranged on any of the first main surface 3a, the first end surface 3c, the second end surface 3d, the first side surface 3e, and the second side surface 3f.
  • the second electrode 20 has, for example, a laminated Ni—Cr alloy layer and an Au layer.
  • the Ni—Cr alloy layer is formed on the piezoelectric element 3, and the Au layer is formed on the Ni—Cr alloy layer.
  • the Ni—Cr alloy layer is the lower layer and the Au layer is the upper layer.
  • the second electrode 20 has a Ni—Cr / Au laminated structure. In this laminated structure, the stress on the piezoelectric element 3 is smaller than that in the Cr / Ni—Cr / Au laminated structure in which the Cr layer is arranged in the lower layer.
  • the piezoelectric body 3 has a portion in the vicinity of the second electrode 20 where the stress received from the electrode is relatively small.
  • the lower Ni—Cr alloy layer may be a Ni—Cu layer. If the stress received by the piezoelectric element 3 from the second electrode 20 is smaller than the stress received by the piezoelectric element 3 from the first electrode 10, the second electrode 20 may be, for example, a Ni—Cr alloy layer, an Au layer, or the like. It may be a Cr layer or a Ni layer. The second electrode 20 may have a single-layer structure.
  • the thickness of the Ni—Cr alloy layer is 20 to 400 nm, and the thickness of the Au layer is 50 to 200 nm.
  • the thickness of the second electrode 20 is, for example, 70 to 600 nm.
  • the piezoelectric body 3 is sandwiched between the first electrode 10 and the second electrode 20. The configuration in which the first electrode 10 and the second electrode 20 sandwich the piezoelectric body 3 suppresses the deformation of the piezoelectric body 3, for example.
  • the first electrode 10 is made of a material having a relatively high hardness.
  • the second electrode 20 is made of a material having a relatively low hardness. Therefore, the stress received by the piezoelectric body 3 from the first electrode 10 is larger than the stress received by the piezoelectric body 3 from the second electrode 20. As a result, the stress received by the piezoelectric body 3 from the electrodes differs depending on the difference in hardness of the electrodes arranged on the piezoelectric body 3.
  • the first electrode 10 and the second electrode 20 may be formed by, for example, a plating method.
  • the plating method includes a sputtering method, a vapor deposition method, an electrolytic plating method, or a baking method.
  • the first electrode 10 and the second electrode 20 are plating layers, respectively.
  • the piezoelectric body 3 has a surface in which the first electrode 10 is in contact and includes a sintered surface, and a surface in which the second electrode 20 is in contact and includes a sintered surface. You may.
  • the sintered surface forms the surface of the sintered body of the piezoelectric ceramic material, and has the same surface composition as the natural surface.
  • the natural surface is a surface composed of the surfaces of crystal grains grown by firing, and the natural surface has irregularities.
  • the first main surface 3a is in contact with the first electrode 10 and constitutes a surface including the sintered surface
  • the second main surface 3b is in contact with the second electrode 20.
  • a surface including a sintered surface may be formed.
  • the piezoelectric body 3 includes a sintered surface
  • the bleeding of the ceramics from the piezoelectric body 3 is suppressed, and the state of coating of the first electrode 10 and the second electrode 20 in the piezoelectric body 3 is good. It becomes.
  • the coverage of the first electrode 10 is larger than the coverage of the second electrode 20.
  • the coverage of the first electrode 10 is 95 to 100, and the coverage of the second electrode 20 is 65 to 95.
  • a configuration in which the stress received by the piezoelectric element 3 by the first electrode 10 is larger than the stress received by the piezoelectric element 3 by the second electrode 20 is easily and surely realized.
  • the first electrode 10 may have a thickness larger than that of the second electrode 20.
  • the thickness of the first electrode 10 is 120 to 800 nm
  • the thickness of the second electrode 20 is The electrode is 70 to 600 nm.
  • the thickness of the first electrode 10 is 5 to 12 ⁇ m
  • the thickness of the second electrode 20 is 2 to 7 ⁇ m. .. In these cases, a configuration in which the stress received by the piezoelectric element 3 by the first electrode 10 is larger than the stress received by the piezoelectric element 3 by the second electrode 20 is easily and surely realized.
  • the first electrode 10 and the second electrode 20 are configured to apply an electric field to the piezoelectric body 3. Therefore, the piezoelectric element 1 includes a first electrode 10 and a second electrode 20 which are a pair of electrodes for applying an electric field to the piezoelectric element 3.
  • the piezoelectric element 3 has an active region EA1 between the first electrode 10 and the second electrode 20. The active region EA1 is displaced according to the electric field applied to the piezoelectric element 1.
  • the stress received by the piezoelectric element 3 by the second electrode 20 is relatively small, it is suppressed that the second electrode 20 inhibits the displacement of the piezoelectric element 3.
  • the displacement amount of the active region EA1 in the vicinity of the second electrode 20 tends to be large.
  • the stress received by the piezoelectric element 3 by the first electrode 10 is relatively large, the first electrode 10 tends to hinder the displacement of the piezoelectric element 3.
  • the displacement amount of the active region EA1 in the vicinity of the first electrode 10 tends to be small.
  • the stress received by the piezoelectric element 3 by the first electrode 10 is larger than the stress received by the piezoelectric element 3 by the second electrode 20.
  • a predetermined ion that moves in the crystal structure due to the polarization treatment is more likely to move from the first electrode 10 to the second electrode 20 than to move from the second electrode 20 to the first electrode 10. Therefore, in the manufacturing process of the piezoelectric element 1, an electric field is applied to the piezoelectric element 3 so that the polarization direction of the active region EA1 is in the direction from the first electrode 10 to the second electrode 20.
  • a perovskite oxide represented by the general formula ABO X a positive ion of B site.
  • the polarization treatment is performed at room temperature, for example.
  • the polarization treatment may be performed not only at room temperature but also in a temperature environment of, for example, about 80 ° C. to 150 ° C. That is, the piezoelectric element 3 may be heated.
  • the temperature of the piezoelectric element 3 may be room temperature when the polarization electric field is changed from the applied state to the non-applied state. In this case, the deterioration of polarization is suppressed.
  • the deterioration of polarization is caused by, for example, aging or driving of the piezoelectric element 1.
  • an electric field is applied to the piezoelectric element 1 (piezoelectric element 3) with the first electrode 10 as the positive electrode and the second electrode 20 as the negative electrode.
  • the piezoelectric element 3 has two portions between the first electrode 10 and the second electrode 20 in which the stress received from the electrodes is different from each other.
  • one part is a part that receives stress from the first electrode 10
  • the other part is a part that receives stress from the second electrode 20.
  • the stress that one part receives from the first electrode 10 is greater than the stress that the other part receives from the second electrode 20.
  • the polarization direction of the piezoelectric body 3 is the direction from the first electrode 10 to the second electrode 20. Therefore, in the present embodiment, a configuration is realized in which the polarization direction is from one portion that receives stress from the first electrode 10 to another portion that receives stress from the second electrode 20. ..
  • the piezoelectric element 1 realizes a large amount of displacement and has high reliability.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the piezoelectric element according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG.
  • the piezoelectric element 1p includes a piezoelectric element 5 and a first electrode 30 and a second electrode 40 arranged on the piezoelectric element 5.
  • the first electrode 30 and the second electrode 40 are configured to apply an electric field to the piezoelectric element 5.
  • the piezoelectric body 5 contains a piezoelectric ceramic material as in the first embodiment.
  • the piezoelectric element 5 is configured as, for example, a sintered body of a ceramic material.
  • the piezoelectric element 1p is a laminated piezoelectric element.
  • the piezoelectric element 5 has a rectangular parallelepiped shape as in the first embodiment.
  • the piezoelectric element 5 has a first main surface 5a and a second main surface 5b, a first end surface 5c and a second end surface 5d, and a first side surface 5e and a second side surface 5f. These surfaces are the outer surfaces of the piezoelectric element 5.
  • the first main surface 5a and the second main surface 5b face each other in the first direction Bx1.
  • the piezoelectric element 5 is configured by laminating a plurality of piezoelectric layers as in the first embodiment.
  • the length of the piezoelectric element 5 along the first direction Bx1 is, for example, about 0.1 mm.
  • the first end surface 5c and the second end surface 5d face each other in the second direction Bx2 intersecting the first direction Bx1.
  • the second direction Bx2 is, for example, the longitudinal direction of the piezoelectric element 5.
  • the length of the piezoelectric element 5 along the second direction Bx2 is, for example, about 1.1 mm.
  • the first side surface 5e and the second side surface 5f face each other in the third direction Bx3 intersecting the first direction Bx1 and the second direction Bx2.
  • the third direction Bx3 is, for example, the lateral direction of the piezoelectric element 5.
  • the length of the piezoelectric element 5 along the third direction Bx3 is, for example, about 0.75 mm.
  • the first electrode 30 is an external electrode arranged on the outer surface of the piezoelectric element 5.
  • the first electrode 30 may have the same layer structure and thickness as the first electrode 10 of the first embodiment, or may be formed by the same manufacturing method.
  • the first electrode 30 has a first electrode portion 31, a second electrode portion 32, and a third electrode portion 33.
  • the first electrode portion 31 is arranged on the first main surface 5a.
  • the second electrode portion 32 is arranged on the second end surface 5d.
  • the third electrode portion 33 is arranged on the second main surface 5b.
  • the first electrode portion 31 and the third electrode portion 33 face each other in the first direction Bx1.
  • the first electrode portion 31, the second electrode portion 32, and the third electrode portion 33 are integrally formed on the outer surface of the piezoelectric body 5.
  • the first electrode portion 31 and the second electrode portion 32 are connected to each other at the ridge portion 6a formed by the first main surface 5a and the second end surface 5d.
  • the second electrode portion 32 and the third electrode portion 33 are connected to each other at the ridge portion 6b formed by the second end surface 5d and the second main surface 5b.
  • the first electrode portion 31 extends between the edge of the first side surface 5e and the edge of the second side surface 5f on the first main surface 5a.
  • the first electrode portion 31 extends between the end edge of the second end surface 5d and the end edge of the first end surface 5c on the first main surface 5a, and is separated from the end edge of the first end surface 5c. There is.
  • the first electrode portion 31 has an electrode end portion 31c located closer to the first end surface 5c.
  • the electrode end portion 31c is separated from the first end surface 5c.
  • the distance S31 between the electrode end portion 31c and the first end surface 5c in the second direction Bx2 is, for example, 10 to 100 ⁇ m.
  • the second electrode portion 32 is arranged so as to cover the entire second end surface 5d.
  • the third electrode portion 33 extends between the edge of the first side surface 5e and the edge of the second side surface 5f on the second main surface 5b.
  • the third electrode portion 33 extends between the end edge of the second end surface 5d and the end edge of the first end surface 5c on the second main surface 5b, and is separated from the first end surface 5c.
  • the third electrode portion 33 has an electrode end portion 33c located closer to the first end surface 5c.
  • the electrode end portion 33c is separated from the first end surface 5c.
  • the distance S33 between the electrode end portion 33c and the first end surface 5c in the second direction Bx2 is, for example, 10 to 100 ⁇ m.
  • the first electrode 30 is not arranged on the first end surface 5c, on the first side surface 5e, or on the second side surface 5f.
  • the piezoelectric element 5 may have a surface including a sintered surface as well as being in contact with the first electrode 30.
  • the piezoelectric element 5 has a surface in which the first electrode 30 is in contact and includes a sintered surface and a surface in which the second electrode 40 is in contact and includes a sintered surface.
  • the first main surface 5a may form a surface in which the first electrode 30 is in contact and includes a sintered surface.
  • the second main surface 5b may form a surface in which the second electrode 40 is in contact and includes a sintered surface.
  • the first electrode portion 31 of the first electrode 30 may be in contact with the first main surface 5a, which is a sintered surface.
  • the third electrode portion 33 may be in contact with the second main surface 5b, which is a sintered surface.
  • the second electrode 40 has an internal electrode 41.
  • the piezoelectric element 1p has only the internal electrode 41 as an internal electrode arranged in the piezoelectric element 5.
  • the internal electrode 41 is formed in the piezoelectric element 5 so as to face the first electrode portion 31 and the third electrode portion 33 of the first electrode 30 in the first direction Bx1.
  • the internal electrode 41 and the first electrode portion 31 are separated from each other.
  • the distance between the internal electrode 41 and the first electrode portion 31 in the first direction Bx1 is, for example, 20 to 100 ⁇ m.
  • the internal electrode 41 and the third electrode portion 33 are separated from each other.
  • the distance between the internal electrode 41 and the third electrode portion 33 in the first direction Bx1 is, for example, 20 to 100 ⁇ m.
  • the internal electrode 41 has, for example, a substantially rectangular shape when viewed from the first direction Bx1.
  • the internal electrode 41 is configured to extend in the piezoelectric element 5 between the first end surface 5c and the second end surface 5d in the second direction Bx2.
  • the internal electrode 41 is exposed on the first end surface 5c and is separated from the second end surface 5d in the second direction Bx2.
  • the internal electrode 41 has a pair of electrode end faces 41c and electrode end faces 41d that face each other in the second direction Bx2.
  • the electrode end surface 41c is exposed on the first end surface 5c of the piezoelectric element 5.
  • the electrode end surface 41d is not exposed on the second end surface 5d of the piezoelectric element 5.
  • the electrode end face 41d is separated from the second end face 5d.
  • the distance S41 between the electrode end surface 41d and the second end surface 5d in the second direction Bx2 is, for example, 10 to 100 ⁇ m. Since the electrode end surface 41d and the second end surface 5d are separated from each other at the interval S41, a short circuit between the internal electrode 41 and the first electrode 30 is prevented, and the strain generated during the polarization process in the piezoelectric element 1p and during driving are prevented. The resulting displacement is well balanced.
  • the internal electrode 41 extends in the piezoelectric element 5 in the third direction Bx3.
  • the internal electrode 41 has a pair of electrode side surfaces 41e and electrode side surfaces 41f facing each other.
  • the electrode side surface 41e is exposed on the first side surface 5e of the piezoelectric body 5.
  • the electrode side surface 41f is exposed on the second side surface 5f of the piezoelectric body 5.
  • the internal electrode 41 may be formed, for example, by simultaneous firing with the piezoelectric element 5.
  • the internal electrode 41 is made of, for example, an Ag—Pd alloy.
  • the material of the internal electrode 41 may be, for example, Pt, Ag, Pd, Au, Cu, Ni, or an alloy thereof, in addition to the Ag—Pd alloy.
  • the internal electrode 41 may be configured as a sintered body of a conductive paste containing these conductive materials.
  • the thickness of the internal electrode 41 is, for example, 0.2 to 3 ⁇ m.
  • the piezoelectric element 5 may have a surface including a sintered surface as well as being in contact with the internal electrode 41.
  • the internal electrode 41 may be formed, for example, by simultaneous firing with the piezoelectric element 5.
  • the surface of the piezoelectric element 5 in contact with the internal electrode 41 may be a sintered surface.
  • the second electrode 40 has an external electrode 42.
  • the external electrode 42 is arranged so as to cover the entire first end surface 5c, which is the outer surface of the piezoelectric body 5.
  • the external electrode 42 is arranged so as to cover all the electrode end surfaces 41c of the internal electrode 41 exposed on the first end surface 5c.
  • the internal electrode 41 is connected to the external electrode 42 on the first end surface 5c.
  • the internal electrode 41 is electrically connected to the external electrode 42.
  • the external electrode 42 faces the second electrode portion 32 of the first electrode 30 in the second direction Bx2.
  • the external electrodes 42 are not arranged on the first main surface 5a, the second main surface 5b, the second end surface 5d, the first side surface 5e, and the second side surface 5f.
  • the external electrode 42 has, for example, a laminated Ni—Cr alloy layer and an Au layer.
  • the Ni—Cr alloy layer is formed on the piezoelectric element 5, and the Au layer is formed on the Ni—Cr alloy layer.
  • the Ni—Cr alloy layer is the lower layer and the Au layer is the upper layer.
  • the external electrode 42 has a Ni—Cr / Au laminated structure.
  • the external electrode 42 may be, for example, a Ni—Cr alloy layer, an Au layer, a Cr layer, or a Ni layer.
  • the external electrode 42 may have a single-layer structure.
  • a method for forming the external electrode 42 for example, a plating method is used.
  • the plating method includes a sputtering method, a vapor deposition method, or an electrolytic plating method.
  • the external electrode 42 is a plating layer.
  • the thickness of the Ni—Cr alloy layer is, for example, 20 to 400 nm, and the thickness of the Au layer is 50 to 200 nm.
  • the thickness of the external electrode 42 is, for example, 70 to 600 nm.
  • the piezoelectric body 5 is sandwiched between the first electrode 30 and the external electrode 42. The configuration in which the first electrode 30 and the external electrode 42 sandwich the piezoelectric body 5 suppresses the deformation of the piezoelectric body 5, for example.
  • the first electrode 30 and the internal electrode 41 of the second electrode 40 are configured to apply an electric field to the piezoelectric element 5. Therefore, the piezoelectric element 1p includes a first electrode 30 and an internal electrode 41, which are a pair of electrodes for applying an electric field to the piezoelectric element 5.
  • the piezoelectric element 5 has an active region between the first electrode 30 and the internal electrode 41.
  • the active region is displaced according to the electric field applied to the piezoelectric element 1p.
  • the piezoelectric element 5 includes an active region EB1 and an active region EB2.
  • the active region EB1 is located between the first electrode portion 31 of the first electrode 30 and the internal electrode 41.
  • the active region EB2 is located between the third electrode portion 33 of the first electrode 30 and the internal electrode 41.
  • the active region EB1 and the active region EB2 are located on both sides of the internal electrode 41 in the first direction Bx1.
  • the internal electrode 41 is made of, for example, an Ag—Pd alloy, the hardness of the internal electrode 41 is low. Since the internal electrode 41 is fired at the same time as the piezoelectric body 5, for example, the stress received by the piezoelectric body 5 by the internal electrode 41 tends to be small. Since the piezoelectric element 5 has a portion in the vicinity of the internal electrode 41 where the stress received from the electrode is small, it is possible to prevent the internal electrode 41 from inhibiting the displacement of the piezoelectric element 5. As a result, the displacement amount of the active region EB1 in the vicinity of the internal electrode 41 tends to be large.
  • the first electrode 30 is composed of, for example, a Ni—Cr / Au laminated structure, and the hardness of the first electrode 30 is high.
  • the first electrode 30 is obtained by forming a metal layer by a plating method after firing, and the stress received by the piezoelectric element 5 by the first electrode 30 tends to be large. Since the piezoelectric element 5 has a portion in the vicinity of the first electrode 30 where the stress received from the electrode is large, the first electrode 30 tends to hinder the displacement of the piezoelectric element 5. As a result, the displacement amount of the active region EB1 in the vicinity of the first electrode 30 tends to be small.
  • the stress received by the piezoelectric element 5 by the first electrode 30 is larger than the stress received by the piezoelectric element 5 by the internal electrode 41.
  • the internal electrode 41 is a sintered metal layer.
  • a predetermined ion that moves in the crystal structure due to the polarization treatment moves from the first electrode portion 31 of the first electrode 30 rather than moving from the internal electrode 41 toward the first electrode portion 31 of the first electrode 30. Easy to move toward the internal electrode 41. Therefore, in the manufacturing process of the piezoelectric element 1p, an electric field is applied so that the polarization direction of the active region EB1 is in the direction from the first electrode portion 31 of the first electrode 30 toward the internal electrode 41.
  • a predetermined ion that moves in the crystal structure due to the polarization treatment moves from the third electrode portion 33 of the first electrode 30 rather than moving from the internal electrode 41 toward the third electrode portion 33 of the first electrode 30. It is easy to move in the direction toward the internal electrode 41.
  • an electric field is applied so that the polarization direction of the active region EB2 is in the direction from the third electrode portion 33 of the first electrode 30 toward the internal electrode 41.
  • a perovskite oxide represented by the general formula ABO X a positive ion of B site.
  • the polarization treatment is performed at room temperature, for example.
  • the piezoelectric element 5 has two portions between the first electrode 30 and the second electrode 40, in which the stress received from the electrodes is different from each other.
  • one part is a region that receives stress from the first electrode 30, and the other part is a region that receives stress from the internal electrode 41 of the second electrode 40.
  • the stress received by one portion from the first electrode 30 is greater than the stress received by the other portion from the internal electrode 41.
  • the polarization direction of the piezoelectric body 5 is a direction from the first electrode 30 toward the internal electrode 41 of the second electrode 40. Therefore, a configuration is realized in which the polarization direction is from one portion that receives stress from the first electrode 30 to another portion that receives stress from the internal electrode 41.
  • the piezoelectric element 1p realizes a large amount of displacement and has high reliability.
  • the internal electrode 41 of the second electrode 40 is formed by, for example, simultaneous firing with the piezoelectric element 5, a sintering reaction also occurs in the internal electrode 41.
  • the internal electrode 41 formed as a sintered metal layer by a sintering reaction a plurality of holes tend to be formed in the internal electrode 41 because the metal materials attract each other in the process of sintering the metal material. Therefore, in the piezoelectric body 5, a portion not covered by the internal electrode 41 is randomly generated, and the coverage of the internal electrode 41 tends to be low.
  • the first electrode 30 is formed by a plating method after firing, it is dense and tends to be difficult to form holes in the first electrode 30. As a result, the portion not covered by the first electrode 30 is less likely to occur in the piezoelectric body 5, and the coverage of the first electrode 30 tends to increase.
  • the coverage of the first electrode 30 is larger than the coverage of the internal electrode 41 of the second electrode 40.
  • the coverage of the first electrode 30 is 95 to 100, and the coverage of the internal electrode 41 is 60 to 95. Therefore, in a configuration in which the coverage of the first electrode 30 is larger than the coverage of the internal electrode 41 of the second electrode 40, the stress received by the piezoelectric element 5 by the first electrode 30 is received by the piezoelectric element 5 by the internal electrode 41.
  • a configuration larger than the stress is easily and surely realized.
  • the stress received by the piezoelectric element 5 from the electrode differs depending on the material and the forming method of the first electrode 30 and the internal electrode 41 of the second electrode 40.
  • the stress received by the piezoelectric body 5 from the first electrode 30 formed as the plating layer is larger than the stress received by the piezoelectric body 5 from the internal electrode 41 formed as the sintered metal layer.
  • the piezoelectric element 5 has a surface in which the first electrode 30 is in contact and includes a sintered surface, and a surface in which the second electrode 40 is in contact and includes a sintered surface. There is. In this case, the shedding of the ceramics from the piezoelectric element 5 is suppressed, and the state of coating of the first electrode 30 and the second electrode 40 in the piezoelectric element 5 becomes good.
  • Example 1 Manufacturing of piezoelectric element
  • the manufacturing process of the piezoelectric element according to the first embodiment is as follows. First, a green sheet containing the piezoelectric ceramic material is created. Piezoelectric ceramic materials include PZT. Subsequently, the green sheet is fired to produce a piezoelectric substrate. The thickness of the piezoelectric substrate is 0.08 mm.
  • a laminated electrode film constituting a Ni—Cr / Au laminated structure is formed on one surface of the piezoelectric substrate.
  • the laminated electrode film is formed by a sputtering method.
  • the lower layer electrode film made of a Ni—Cr alloy is formed, and the upper layer electrode film made of Au is formed on the lower layer electrode film.
  • the thickness of the electrode film for the lower layer is about 300 nm.
  • the thickness of the upper electrode film is about 100 nm.
  • the laminated electrode film formed on one surface of the piezoelectric substrate is a laminated electrode film constituting the second electrode.
  • a laminated electrode film forming a Cr / Ni—Cr / Au laminated structure is formed on the other surface of the piezoelectric substrate.
  • the laminated electrode film is formed by a sputtering method.
  • the lower layer electrode film made of Cr is formed, and the intermediate layer electrode film made of Ni—Cr alloy is formed on the lower layer electrode film.
  • an upper electrode film made of Au is formed on the intermediate layer electrode film.
  • the thickness of the electrode film for the lower layer is about 100 nm.
  • the thickness of the electrode film for the intermediate layer is about 300 nm.
  • the thickness of the upper electrode film is about 100 nm.
  • the laminated electrode film formed on the other surface of the piezoelectric substrate is a laminated electrode film constituting the first electrode.
  • the piezoelectric substrate is polarized.
  • the laminated electrode film constituting the first electrode is used as the positive electrode
  • the laminated electrode film forming the second electrode is used as the negative electrode, and an electric field is applied to the piezoelectric substrate.
  • the polarization treatment is performed at room temperature.
  • the piezoelectric substrate is cut to form individual piezoelectric elements.
  • the size of the piezoelectric element is approximately 1.1 mm ⁇ 0.75 mm ⁇ 0.08 mm.
  • one surface of the piezoelectric substrate is a surface forming the second main surface 3b
  • the other surface of the piezoelectric substrate is a surface forming the first main surface 3a.
  • the evaluation of the device characteristics was carried out in the following process.
  • the magnitude of polarization (P [ ⁇ C / cm 2 ]) in the piezoelectric element obtained through the above-mentioned fabrication process is measured.
  • an AC electric field (V [kV / mm]) is applied to the piezoelectric element.
  • An AC electric field is applied to the piezoelectric element at room temperature with the first electrode being the positive electrode and the second electrode being the negative electrode.
  • FIG. 5A is a diagram (hysteresis loop) showing the relationship between the electric field and polarization according to the first embodiment, and is the result of polarization measurement.
  • Example 1 a large polarization was obtained and the hysteresis loop was almost the same in all the measured piezoelectric elements.
  • the reliability evaluation was carried out in the following process.
  • a drive test is performed on 10 piezoelectric elements obtained through the above-mentioned manufacturing process.
  • a rectangular wave voltage (alternating voltage) having a frequency of 500 Hz is applied to the piezoelectric element in an environment of 150 ° C.
  • the peak value of the applied voltage is ⁇ 30V.
  • the above-mentioned voltage is applied to the piezoelectric element in a state where the first electrode is a positive electrode and the second electrode is a negative electrode.
  • the piezoelectric characteristics are measured before and after the drive test for 500 hours, and changes in the piezoelectric characteristics before and after the drive test are confirmed. As a result of the confirmation, the change in the piezoelectric characteristics of each of the 10 piezoelectric elements before and after the drive test was about 2% to 3%.
  • Comparative Example 1 Manufacturing of piezoelectric element
  • the manufacturing process of the piezoelectric element according to Comparative Example 1 is as follows.
  • the piezoelectric element is manufactured through the same process as in Example 1 except for the condition of forming the laminated electrode film constituting the first electrode.
  • the laminated electrode film constituting the first electrode has the same material, layer structure, and thickness as the laminated electrode film constituting the second electrode.
  • the laminated electrode film constituting the second electrode is an electrode film having a Ni—Cr / Au laminated structure.
  • the evaluation of the device characteristics was carried out in the following process. Similar to the evaluation of the element characteristics in Example 1, the magnitude of polarization (P [ ⁇ C / cm 2 ]) in the piezoelectric element obtained through the above-mentioned manufacturing process is measured. Also in this case, an AC electric field (V [kV / mm]) is applied to the piezoelectric element. An AC electric field is applied to the piezoelectric element with the first electrode being the positive electrode and the second electrode being the negative electrode. The measurement is performed at room temperature.
  • FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the electric field and polarization according to Comparative Example 1, and is the result of polarization measurement.
  • Comparative Example 1 about 3% of all the piezoelectric elements have the piezoelectric characteristics as shown in FIG. 5 (b).
  • the magnitude of polarization obtained by the piezoelectric element of about 3% was smaller than the magnitude of polarization obtained by the piezoelectric element of Example 1.
  • the same results as those of Example 1 were obtained as shown in FIG. 5 (a).
  • the reliability evaluation was carried out in the following process. Similar to the evaluation of reliability in Example 1, a drive test is performed on 10 piezoelectric elements obtained through the above-mentioned manufacturing process. In the drive test, the above-mentioned voltage is applied to the piezoelectric element with the first electrode being the positive electrode and the second electrode being the negative electrode. The piezoelectric characteristics are measured before and after the drive test for 500 hours, and changes in the piezoelectric characteristics after the drive test are confirmed. As a result of the confirmation, the piezoelectric characteristics of each of the 10 piezoelectric elements after the drive test were reduced by 10% to 15% as compared with the piezoelectric characteristics of each of the 10 piezoelectric elements before the drive test.
  • the present invention can be used for piezoelectric elements.

Landscapes

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Abstract

圧電素子（１）は、圧電セラミック材料を含む圧電素体（３）と、互いに対向するように圧電素体（３）に配置されている第一電極（１０）及び第二電極（２０）と、を備えている。圧電素体（３）が第一電極（１０）により受ける応力は、圧電素体（３）が第二電極（２０）により受ける応力より大きくなっている。圧電素体（３）の分極方向は、第一電極（１０）から第二電極（２０）に向かう方向である。

Description

圧電素子
　本発明は、圧電素子に関する。
　圧電セラミック材料を含む圧電素体と、圧電素体に配置された一対の電極とを備えた圧電素子が知られている（たとえば、特許文献１及び特許文献２参照）。一対の電極は、互いに対向して圧電素体に配置されている。圧電素体には、一対の電極を通して電界が印加される。
国際公開第２００８／０７８４８７号 国際公開第２０１５／０６０１３２号
　本発明の一つの態様は、大きな変位量を実現するとともに、高い信頼性を有する圧電素子を提供することを目的とする。
　本発明者らは、大きな変位量を実現するとともに、高い信頼性を有する構成について鋭意研究を行った。この結果、本発明者らは、以下の知見を新たに得て、本発明を想到するに至った。
　圧電素体には、たとえば、圧電素体に配置される一対の電極を介して電界が印加されて分極処理が施される。分極処理により、圧電素体に含まれる結晶構造内の所定のイオンが移動し、圧電素体内に存在している各ドメインでの分極の向きが揃う。所定のイオンは、たとえば、一般式ＡＢＯＸで表されるペロブスカイト型結晶構造では、Ｂイオンである。この場合、所定の位置まで移動するＢイオンの総量が多いほど、圧電素体は良好に分極される。圧電素体が良好に分極されている構成では、圧電特性が高い。Ｂイオンが各ドメインにおいて上記所定の位置に移動して、分極が所定の方向に揃っている圧電素体は、好適な分極状態である。
　上記所定のイオンの移動しやすさは、圧電素体が当該圧電素体に配置される電極から受ける応力により異なる。たとえば、圧電素体に電界を印加する一対の電極のうち一方の電極から受ける応力が、他方の電極から受ける応力より大きい場合、上記所定のイオンは、一方の電極に向かう方向には移動しがたく、他方の電極に向かう方向には移動しやすい傾向を有する。
　したがって、以下の構成を実現する圧電素子に大きな分極が得られる。圧電素体が、一方の電極から受ける応力と、圧電素体が他方の電極から受ける応力とが異なっている。分極方向は、一方の電極から他方の電極に向かう方向とされる。得られている分極が大きいほど、圧電素子は、大きな変位量を実現する。圧電素子では、得られている分極が大きいほど、分極方向とは逆方向に電圧が印加される状況下で使用される場合でも、圧電素子は、分極を失いがたい。すなわち、圧電素子は、高い信頼性を有する。
　一つの態様に係る圧電素子は、圧電セラミック材料を含む圧電素体と、互いに対向するように圧電素体に配置されている第一電極及び第二電極と、を備えている。圧電素体が第一電極により受ける応力は、圧電素体が第二電極により受ける応力より大きい。圧電素体の分極方向は、第一電極から第二電極に向かう方向である。
　上記一つの態様では、圧電素体が第一電極により受ける応力は、圧電素体が第二電極により受ける応力より大きく、かつ、圧電素体の分極方向は、第一電極から第二電極に向かう方向である。したがって、上記一つの態様は、大きな変位量を実現するとともに、高い信頼性を有する。
　上記一つの態様では、第一電極の被覆率は、第二電極の被覆率より大きくてもよい。この場合、圧電素体が第一電極により受ける応力が、圧電素体が第二電極により受ける応力より大きい構成が、簡易かつ確実に実現される。
　上記一つの態様では、圧電素体は、第一電極が接していると共に、焼結面を含んでいる面と、第二電極が接していると共に、焼結面を含んでいる面と、を有していてもよい。この場合、圧電素体からのセラミックスの脱粒が抑制されると共に、圧電素体における第一電極及び第二電極の被覆の状態が良好となる。
　本発明の一つの態様は、大きな変位量を実現するとともに、高い信頼性を有する圧電素子を提供する。
図１は、第一実施形態に係る圧電素子を示す斜視図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 図３は、第二実施形態に係る圧電素子を示す斜視図である。 図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。 図５の（ａ）及び図５の（ｂ）は、電界と分極との関係を示す線図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
　（第一実施形態）
　図１及び図２を参照して、第一実施形態に係る圧電素子１の構成を説明する。図１は、第一実施形態に係る圧電素子を示す斜視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。
　圧電素子１は、圧電素体３と、圧電素体３に配置されている第一電極１０及び第二電極２０とを備えている。第一電極１０及び第二電極２０は、第一方向Ａｘ１で互いに対向している。第一電極１０及び第二電極２０は、圧電素体３に電界を印加するように構成されている。圧電素子１は、たとえば、ハードディスク装置に用いられる。圧電素子１は、たとえば、デュアル・アクチュエータ方式のハードディスク装置が備える、ボイスコイルモータ以外の第二のアクチュエータに用いられる。
　圧電素体３は、圧電セラミック材料を含んでいる。圧電素体３は、たとえば、圧電セラミック材料の焼結体から構成される。圧電セラミック材料は、ＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３］、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ３）、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３］、又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を含む。これらの圧電セラミック材料は、一般式ＡＢＯＸで表されるペロブスカイト型結晶構造の酸化物である。
　圧電素体３は、直方体形状を呈している。圧電素体３は、互いに対向している第一主面３ａ及び第二主面３ｂを有している。第一主面３ａ及び第二主面３ｂは、第一方向Ａｘ１で対向している。第一主面３ａ及び第二主面３ｂは、圧電素体３の外表面の一部である。圧電素体３は、たとえば、複数の圧電体層が積層されて構成されている。圧電素体３は、たとえば、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。各圧電体層が積層される方向は、第一方向Ａｘ１に沿う方向である。実際の圧電素体３では、各圧電体層は、各圧電体層の間の境界が視認できない程度に一体化されている。圧電素体３の、第一方向Ａｘ１に沿う長さは、たとえば、０．０８ｍｍ程度である。第一方向Ａｘ１は、たとえば、圧電素体３の厚さ方向である。本明細書では、直方体形状は、角部及び稜線部が面取りされている直方体の形状、及び、角部及び稜線部が丸められている直方体の形状を含む。
　圧電素体３は、互いに対向している第一端面３ｃ及び第二端面３ｄを有している。第一端面３ｃと第二端面３ｄとは、第一方向Ａｘ１に交差する第二方向Ａｘ２で対向している。第一端面３ｃと第二端面３ｄとは、圧電素体３の外表面の一部である。第二方向Ａｘ２は、たとえば、圧電素体３の長手方向である。圧電素体３の、第二方向Ａｘ２に沿う長さは、たとえば、１．１ｍｍ程度である。
　圧電素体３は、互いに対向している第一側面３ｅ及び第二側面３ｆを有している。第一側面３ｅと第二側面３ｆとは、第一方向Ａｘ１及び第二方向Ａｘ２に交差する第三方向Ａｘ３で対向している。第一側面３ｅと第二側面３ｆとは、圧電素体３の外表面の一部である。第三方向Ａｘ３は、たとえば、圧電素体３の短手方向である。圧電素体３の、第三方向Ａｘ３に沿う長さは、たとえば、０．７５ｍｍ程度である。
　第一主面３ａ及び第二主面３ｂは、第一端面３ｃと第二端面３ｄとを連結するように、第二方向Ａｘ２に延在している。第一主面３ａ及び第二主面３ｂは、第一側面３ｅと第二側面３ｆとを連結するように、第三方向Ａｘ３に延在している。
　第一端面３ｃ及び第二端面３ｄは、第一主面３ａと第二主面３ｂとを連結するように、第一方向Ａｘ１に延在している。第一端面３ｃ及び第二端面３ｄは、第一側面３ｅと第二側面３ｆとを連結するように、第三方向Ａｘ３に延在している。
　第一側面３ｅ及び第二側面３ｆは、第一端面３ｃと第二端面３ｄとを連結するように、第二方向Ａｘ２に延在している。第一側面３ｅ及び第二側面３ｆは、第一主面３ａと第二主面３ｂとを連結するように、第一方向Ａｘ１に延在している。
　本実施形態では、第一電極１０は、第一主面３ａ上に配置された外部電極である。第一電極１０は、第一主面３ａ上において、第一端面３ｃの端縁と第二端面３ｄの端縁との間を延在し、第一側面３ｅの端縁と第二側面３ｆの端縁との間を延在している。第一電極１０は、第一主面３ａの全体を覆うように配置されていてもよい。第一電極１０は、第二主面３ｂ上、第一端面３ｃ上、第二端面３ｄ上、第一側面３ｅ上、及び第二側面３ｆ上のいずれにも配置されていない。
　第一電極１０は、たとえば、積層されているＣｒ層とＮｉ－Ｃｒ合金層とＡｕ層とを有している。この場合、Ｃｒ層は、圧電素体３上に形成されており、Ｎｉ－Ｃｒ合金層は、Ｃｒ層上に形成されおり、Ａｕ層は、Ｎｉ－Ｃｒ合金層上に形成されている。Ｃｒ層が下層であり、Ｎｉ－Ｃｒ合金層が中間層であり、Ａｕ層が上層である。第一電極１０は、Ｃｒ／Ｎｉ－Ｃｒ／Ａｕ積層構造を有している。下層にＣｒ層を配置している積層構造では、下層にＣｒ層を配置していない積層構造に比べて、圧電素体３への応力が大きい。圧電素体３は、第一電極１０の近傍において、電極から受ける応力が比較的大きい部分を有している。本実施形態では、中間層のＮｉ－Ｃｒ合金層は、Ｎｉ－Ｃｕ層であってもよい。圧電素体３が第一電極１０から受ける応力が、圧電素体３が第二電極２０から受ける応力より大きくなるのであれば、第一電極１０は、たとえば、Ｎｉ－Ｃｒ合金層、Ａｕ層、Ｃｒ層、又はＮｉ層であってもよい。第一電極１０は、単層構造を有していてもよい。
　第一電極１０が積層構造を有している場合、たとえば、Ｃｒ層の厚さは、５０～２００ｎｍであり、Ｎｉ－Ｃｒ合金層の厚さは、２０～４００ｎｍである。Ａｕ層の厚さは、たとえば、５０～２００ｎｍである。第一電極１０が単層構造を有している場合、第一電極１０の厚さは、たとえば、１２０～８００ｎｍである。
　本実施形態では、第二電極２０は、第二主面３ｂ上に配置された外部電極である。第二電極２０は、第二主面３ｂ上において、第一端面３ｃの端縁と第二端面３ｄの端縁との間を延在し、第一側面３ｅの端縁と第二側面３ｆの端縁との間を延在している。第二電極２０は、第二主面３ｂの全体を覆うように配置されていてもよい。第二電極２０は、第一主面３ａ、第一端面３ｃ上、第二端面３ｄ上、第一側面３ｅ上、及び第二側面３ｆ上のいずれにも配置されていない。
　第二電極２０は、たとえば、積層されているＮｉ－Ｃｒ合金層とＡｕ層とを有している。この場合、Ｎｉ－Ｃｒ合金層は、圧電素体３上に形成されており、Ａｕ層は、Ｎｉ－Ｃｒ合金層上に形成されている。Ｎｉ－Ｃｒ合金層が下層であり、Ａｕ層が上層である。第二電極２０は、Ｎｉ－Ｃｒ／Ａｕ積層構造を有している。この積層構造では、下層にＣｒ層が配置されているＣｒ／Ｎｉ－Ｃｒ／Ａｕ積層構造に比べて、圧電素体３への応力が小さい。圧電素体３は、第二電極２０の近傍において、電極から受ける応力が比較的小さい部分を有している。本実施形態では、下層のＮｉ－Ｃｒ合金層は、Ｎｉ－Ｃｕ層であってもよい。圧電素体３が第二電極２０から受ける応力が、圧電素体３が第一電極１０から受ける応力より小さくなるのであれば、第二電極２０は、たとえば、Ｎｉ－Ｃｒ合金層、Ａｕ層、Ｃｒ層、又はＮｉ層であってもよい。第二電極２０は、単層構造を有していてもよい。
　第二電極２０が積層構造を有している場合、たとえば、Ｎｉ－Ｃｒ合金層の厚さは、２０～４００ｎｍであり、Ａｕ層の厚さは、５０～２００ｎｍである。第二電極２０が単層構造を有している場合、第二電極２０の厚さは、たとえば、７０～６００ｎｍである。本実施形態では、圧電素体３が第一電極１０と第二電極２０とによって挟まれている。第一電極１０と第二電極２０とが圧電素体３を挟んでいる構成は、たとえば、圧電素体３の変形を抑制する。
　圧電素子１においては、第一電極１０及び第二電極２０のうち、第一電極１０が、比較的硬度の高い材料によって構成されている。第二電極２０は、比較的硬度の低い材料によって構成されている。したがって、圧電素体３が第一電極１０から受ける応力は、圧電素体３が第二電極２０から受ける応力より大きい。この結果、圧電素体３に配置される電極の硬度の違いによって、圧電素体３が電極から受ける応力が異なっている。
　第一電極１０及び第二電極２０は、たとえば、めっき法によって形成されていてもよい。めっき法は、スパッタリング法、蒸着法、電解めっき法、又は焼き付け法を含む。本実施形態では、第一電極１０及び第二電極２０は、それぞれめっき層である。
　圧電素体３は、第一電極１０が接していると共に、焼結面を含んでいる面と、第二電極２０が接していると共に、焼結面を含んでいる面と、を有していてもよい。焼結面は、圧電セラミック材料の焼結体の表面を形成し、自然面と同じ表面構成を有している。自然面とは、焼成により成長した結晶粒の表面により構成される面であり、自然面には凹凸が存在している。本実施形態では、第一主面３ａは、第一電極１０が接していると共に、焼結面を含んでいる面を構成し、第二主面３ｂは、第二電極２０が接していると共に、焼結面を含んでいる面を構成していてもよい。圧電素体３が焼結面を含んでいる構成では、圧電素体３からのセラミックスの脱粒が抑制されると共に、圧電素体３における第一電極１０及び第二電極２０の被覆の状態が良好となる。
　本実施形態では、第一電極１０の被覆率は、第二電極２０の被覆率より大きい。たとえば、第一電極１０の被覆率は、９５～１００であり、第二電極２０の被覆率は、６５～９５である。この場合、圧電素体３が第一電極１０により受ける応力が、圧電素体３が第二電極２０により受ける応力より大きい構成が、簡易かつ確実に実現される。
　第一電極１０及び第二電極２０が、同じ材料によって構成される場合には、第一電極１０は、第二電極２０よりも大きな厚さを有していてもよい。たとえば、第一電極１０及び第二電極２０が、スパッタリング法、蒸着法、又は電解めっき法によって形成された場合、第一電極１０の厚さは、１２０～８００ｎｍであり、第二電極２０の厚さは、７０～６００ｎｍである。たとえば、第一電極１０及び第二電極２０が、焼き付け法によって形成された場合、第一電極１０の厚さは、５～１２μｍであり、第二電極２０の厚さは、２～７μｍである。これらの場合、圧電素体３が第一電極１０により受ける応力が、圧電素体３が第二電極２０により受ける応力より大きい構成が、簡易かつ確実に実現される。
　第一電極１０と第二電極２０とは、圧電素体３に電界を印加するように構成されている。したがって、圧電素子１は、圧電素体３に電界を印加する一対の電極である第一電極１０と第二電極２０とを備えている。圧電素子１では、圧電素体３は、第一電極１０と第二電極２０との間に活性領域ＥＡ１を有している。活性領域ＥＡ１は、圧電素子１に印加された電界に応じて変位する。
　圧電素体３が第二電極２０により受ける応力は比較的小さいので、第二電極２０が圧電素体３の変位を阻害することが抑制される。この結果、第二電極２０近傍での活性領域ＥＡ１の変位量は大きくなる傾向がある。圧電素体３が第一電極１０により受ける応力は比較的大きいので、第一電極１０は、圧電素体３の変位を阻害し易い。この結果、第一電極１０近傍での活性領域ＥＡ１の変位量は小さくなる傾向がある。本実施形態では、圧電素体３が第一電極１０により受ける応力は、圧電素体３が第二電極２０により受ける応力より大きい。
　分極処理に起因して結晶構造内を移動する所定のイオンは、第二電極２０から第一電極１０に向かって移動するよりも、第一電極１０から第二電極２０に向かって移動しやすい。したがって、圧電素子１の製造過程において、活性領域ＥＡ１の分極方向が、第一電極１０から第二電極２０に向かう方向になるように、圧電素体３に電界が印加される。所定のイオンは、たとえば、一般式ＡＢＯＸで表されるペロブスカイト型酸化物では、Ｂサイトのプラスイオンである。
　分極処理は、たとえば、常温下で行なわれる。分極処理は、常温下のほか、たとえば、８０℃から１５０℃程度の温度環境下で行なわれてもよい。すなわち、圧電素体３が加熱されてもよい。圧電素体３が加熱されている状態で分極処理が行われる場合、分極電界を印加状態から無印加状態に変化させる際に、圧電素体３の温度が常温になっていてもよい。この場合、分極の劣化が抑制される。分極の劣化は、たとえば、エージング、又は、圧電素子１の駆動に起因する。圧電素子１が駆動される場合、第一電極１０が正極とされると共に、第二電極２０が負極とされる状態で、電界が圧電素子１（圧電素体３）に印加される。
　以上説明したように、本実施形態では、圧電素体３は、第一電極１０と第二電極２０との間で、電極から受ける応力が互いに異なる二つの部分を有している。二つの部分のうち、一の部分は、第一電極１０から応力を受ける部分であり、別の一の部分は、第二電極２０から応力を受ける部分である。一の部分が第一電極１０から受ける応力は、別の一の部分が第二電極２０から受ける応力より大きい。
　圧電素体３の分極方向は、第一電極１０から第二電極２０に向かう方向である。したがって、本実施形態は、分極方向が、第一電極１０から応力を受ける一の部分から、第二電極２０から応力を受ける別の一の部分に向かう方向とされている構成が実現されている。これらの結果、圧電素子１は、大きな変位量を実現するとともに、高い信頼性を有している。
　（第二実施形態）
　図３及び図４を参照して、第二実施形態に係る圧電素子１ｐの構成を説明する。図３は、第二実施形態に係る圧電素子を示す斜視図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。
　圧電素子１ｐは、圧電素体５と、圧電素体５に配置されている第一電極３０及び第二電極４０とを備えている。第一電極３０及び第二電極４０は、圧電素体５に電界を印加するように構成されている。圧電素体５は、第一実施形態と同様に、圧電セラミック材料を含んでいる。圧電素体５は、たとえば、セラミック材料の焼結体として構成される。圧電素子１ｐは、積層圧電素子である。
　圧電素体５は、第一実施形態と同様に、直方体形状を呈している。圧電素体５は、第一主面５ａ及び第二主面５ｂと、第一端面５ｃ及び第二端面５ｄと、第一側面５ｅ及び第二側面５ｆとを有している。これらの面は、圧電素体５の外表面である。
　第一主面５ａ及び第二主面５ｂは、第一方向Ｂｘ１で互いに対向している。圧電素体５は、たとえば、第一実施形態と同様に複数の圧電体層が積層されて構成されている。圧電素体５の、第一方向Ｂｘ１に沿う長さは、たとえば、０．１ｍｍ程度である。
　第一端面５ｃと第二端面５ｄとは、第一方向Ｂｘ１に交差する第二方向Ｂｘ２で互いに対向している。第二方向Ｂｘ２は、たとえば、圧電素体５の長手方向である。圧電素体５の、第二方向Ｂｘ２に沿う長さは、たとえば、１．１ｍｍ程度である。
　第一側面５ｅと第二側面５ｆとは、第一方向Ｂｘ１及び第二方向Ｂｘ２に交差する第三方向Ｂｘ３で互いに対向している。第三方向Ｂｘ３は、たとえば、圧電素体５の短手方向である。圧電素体５の、第三方向Ｂｘ３に沿う長さは、たとえば、０．７５ｍｍ程度である。
　第一電極３０は、圧電素体５の外表面上に配置される外部電極である。第一電極３０は、第一実施形態の第一電極１０と同じ層構造と厚さを有してもよく、同じ製法により形成されていてもよい。第一電極３０は、第一電極部分３１と、第二電極部分３２と、第三電極部分３３とを有している。第一電極部分３１は、第一主面５ａ上に配置されている。第二電極部分３２は、第二端面５ｄ上に配置されている。第三電極部分３３は、第二主面５ｂ上に配置されている。第一電極部分３１及び第三電極部分３３は、第一方向Ｂｘ１で互いに対向している。第一電極部分３１、第二電極部分３２及び第三電極部分３３は、圧電素体５の外表面上において一体的に形成されている。第一電極部分３１と第二電極部分３２とは、第一主面５ａと第二端面５ｄとが成す稜部６ａにおいて、互いに連結されている。第二電極部分３２と第三電極部分３３とは、第二端面５ｄと第二主面５ｂとが成す稜部６ｂにおいて、互いに連結されている。
　第一電極部分３１は、第一主面５ａ上において、第一側面５ｅの端縁と第二側面５ｆの端縁との間を延在している。第一電極部分３１は、第一主面５ａ上において、第二端面５ｄの端縁と第一端面５ｃの端縁との間を延在し、第一端面５ｃの端縁とは離間している。第一電極部分３１は、第一端面５ｃ寄りに位置している電極端部３１ｃを有している。電極端部３１ｃは、第一端面５ｃから離間している。第二方向Ｂｘ２での、電極端部３１ｃと第一端面５ｃとの間隔Ｓ３１は、たとえば、１０～１００μｍである。間隔Ｓ３１がこの範囲にある場合、第一電極３０と第二電極４０との短絡が防止されると共に、圧電素体５からのセラミックスの脱粒が効果的に抑制される。第二電極部分３２は、第二端面５ｄの全体を覆うように配置されている。
　第三電極部分３３は、第二主面５ｂ上において、第一側面５ｅの端縁と第二側面５ｆの端縁との間を延在している。第三電極部分３３は、第二主面５ｂ上において、第二端面５ｄの端縁と第一端面５ｃの端縁との間を延在し、第一端面５ｃとは離間している。第三電極部分３３は、第一端面５ｃ寄りに位置している電極端部３３ｃを有している。電極端部３３ｃは、第一端面５ｃから離間している。第二方向Ｂｘ２での、電極端部３３ｃと第一端面５ｃとの間隔Ｓ３３は、たとえば、１０～１００μｍである。間隔Ｓ３３がこの範囲にある場合、第一電極３０と第二電極４０との短絡が防止されると共に、圧電素体５からのセラミックスの脱粒が効果的に抑制される。第一電極３０は、第一端面５ｃ上、第一側面５ｅ上及び第二側面５ｆ上のいずれにも配置されていない。
　圧電素体５は、第一電極３０が接していると共に、焼結面を含んでいる面を有していてもよい。本実施形態では、圧電素体５は、第一電極３０が接していると共に、焼結面を含んでいる面と、第二電極４０が接していると共に、焼結面を含んでいる面と、を有していてもよい。第一主面５ａは、第一電極３０が接していると共に、焼結面を含んでいる面を構成してもよい。第二主面５ｂは、第二電極４０が接していると共に、焼結面を含んでいる面を構成してもよい。第一電極３０の第一電極部分３１は、焼結面である第一主面５ａに接していてもよい。第三電極部分３３は、焼結面である第二主面５ｂに接していてもよい。
　第二電極４０は、内部電極４１を有している。本実施形態では、圧電素子１ｐは、圧電素体５内に配置される内部電極として、内部電極４１のみを有している。内部電極４１は、第一方向Ｂｘ１で、第一電極３０の第一電極部分３１及び第三電極部分３３と対向するように、圧電素体５内に形成されている。内部電極４１と第一電極部分３１とは互いに離間している。第一方向Ｂｘ１での、内部電極４１と第一電極部分３１との距離は、たとえば、２０～１００μｍである。内部電極４１と第三電極部分３３とは互いに離間している。第一方向Ｂｘ１での、内部電極４１と第三電極部分３３との距離は、たとえば、２０～１００μｍである。内部電極４１は、第一方向Ｂｘ１から見て、たとえば、略矩形を呈している。
　内部電極４１は、第二方向Ｂｘ２で、第一端面５ｃと第二端面５ｄとの間を圧電素体５内で延在するように構成されている。内部電極４１は、第一端面５ｃに露出していると共に、第二方向Ｂｘ２で、第二端面５ｄから離間している。内部電極４１は、第二方向Ｂｘ２で互いに対向する一対の電極端面４１ｃ及び電極端面４１ｄを有している。電極端面４１ｃは、圧電素体５の第一端面５ｃに露出している。電極端面４１ｄは、圧電素体５の第二端面５ｄに露出していない。
　電極端面４１ｄは、第二端面５ｄから離間している。第二方向Ｂｘ２での、電極端面４１ｄと第二端面５ｄとの間隔Ｓ４１は、たとえば、１０～１００μｍである。電極端面４１ｄと第二端面５ｄとが間隔Ｓ４１で互いに離間していることにより、内部電極４１と第一電極３０との短絡が防止されると共に、圧電素子１ｐにおける分極処理時に生じる歪と駆動時に生じる変位とが良好にバランスされる。
　内部電極４１は、第三方向Ｂｘ３で、圧電素体５内を延在している。内部電極４１は、互いに対向する一対の電極側面４１ｅ及び電極側面４１ｆを有している。本実施形態では、電極側面４１ｅは、圧電素体５の第一側面５ｅに露出している。電極側面４１ｆは、圧電素体５の第二側面５ｆに露出している。
　圧電素子１ｐでは、内部電極４１は、たとえば、圧電素体５との同時焼成によって形成されてもよい。内部電極４１は、たとえば、Ａｇ－Ｐｄ合金からなる。内部電極４１は、Ａｇ及びＰｄからなる粒子を含む導電性ペーストの焼結体として構成される。このＡｇ－Ｐｄ合金電極において、Ａｇ及びＰｄの割合は、例えば、Ａｇ：Ｐｄ＝７：３である。内部電極４１の材料は、Ａｇ－Ｐｄ合金のほか、たとえば、Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、及びこれらの合金であってもよい。内部電極４１は、これらの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ていてもよい。内部電極４１の厚さは、たとえば、０．２～３μｍである。
　圧電素体５は、内部電極４１が接していると共に、焼結面を含んでいる面を有していてもよい。内部電極４１は、たとえば、圧電素体５との同時焼成によって形成されてもよい。内部電極４１と接している圧電素体５の面は、焼結面であってもよい。
　第二電極４０は、外部電極４２を有している。外部電極４２は、圧電素体５の外表面である第一端面５ｃの全体を覆うように配置されている。外部電極４２は、第一端面５ｃに露出する内部電極４１の電極端面４１ｃをすべて覆うように配置されている。内部電極４１は、第一端面５ｃにおいて、外部電極４２に連結されている。内部電極４１は、外部電極４２に電気的に接続される。外部電極４２は、第二方向Ｂｘ２で、第一電極３０の第二電極部分３２に対向している。外部電極４２は、第一主面５ａ上、第二主面５ｂ上、第二端面５ｄ上、第一側面５ｅ上、及び第二側面５ｆ上のいずれにも配置されていない。
　外部電極４２は、たとえば、積層されているＮｉ－Ｃｒ合金層とＡｕ層とを有している。この場合、Ｎｉ－Ｃｒ合金層は、圧電素体５上に形成されており、Ａｕ層は、Ｎｉ－Ｃｒ合金層上に形成されている。Ｎｉ－Ｃｒ合金層が下層であり、Ａｕ層が上層である。外部電極４２は、Ｎｉ－Ｃｒ／Ａｕ積層構造を有している。外部電極４２は、たとえば、Ｎｉ－Ｃｒ合金層、Ａｕ層、Ｃｒ層、又はＮｉ層であってもよい。外部電極４２は、単層構造を有してもよい。外部電極４２の形成方法としては、たとえば、めっき法が用いられる。めっき法は、スパッタリング法、蒸着法、又は電解めっき法を含む。本実施形態では、外部電極４２は、めっき層である。
　外部電極４２が積層構造を有している場合、Ｎｉ－Ｃｒ合金層の厚さは、たとえば、２０～４００ｎｍであり、Ａｕ層の厚さは、５０～２００ｎｍである。外部電極４２が単層構造を有している場合、外部電極４２の厚さは、たとえば、７０～６００ｎｍである。本実施形態では、圧電素体５が第一電極３０と外部電極４２とによって挟まれている。第一電極３０と外部電極４２とが圧電素体５を挟んでいる構成は、たとえば、圧電素体５の変形を抑制する。
　第一電極３０と第二電極４０の内部電極４１とは、圧電素体５に電界を印加するように構成される。したがって、圧電素子１ｐは、圧電素体５に電界を印加する一対の電極である第一電極３０と内部電極４１とを備えている。
　圧電素子１ｐでは、圧電素体５は、第一電極３０と内部電極４１との間に活性領域を有している。活性領域は、圧電素子１ｐに印加された電界に応じて変位する。本実施形態では、特に、圧電素体５は、活性領域ＥＢ１と活性領域ＥＢ２とを含んでいる。活性領域ＥＢ１は、第一電極３０の第一電極部分３１と内部電極４１と間に位置している。活性領域ＥＢ２は、第一電極３０の第三電極部分３３と内部電極４１と間に位置している。活性領域ＥＢ１と活性領域ＥＢ２とは、第一方向Ｂｘ１で、内部電極４１の両側に位置している。
　第二電極４０において、内部電極４１は、たとえば、Ａｇ－Ｐｄ合金により構成されているので、内部電極４１の硬度は低い。内部電極４１は、たとえば、圧電素体５と同時焼成されるので、圧電素体５が内部電極４１により受ける応力は小さくなる傾向がある。圧電素体５は、内部電極４１の近傍において、電極から受ける応力が小さい部分を有しているので、内部電極４１が圧電素体５の変位を阻害することが抑制される。この結果、内部電極４１近傍での活性領域ＥＢ１の変位量は大きくなる傾向がある。第一電極３０は、たとえば、Ｎｉ－Ｃｒ／Ａｕ積層構造によって構成され、第一電極３０の硬度は高い。第一電極３０は、焼成後のめっき法などによって金属層を形成することにより得られ、圧電素体５が第一電極３０により受ける応力は大きくなる傾向がある。圧電素体５は、第一電極３０の近傍において、電極から受ける応力が大きい部分を有しているので、第一電極３０は、圧電素体５の変位を阻害し易くなる。この結果、第一電極３０近傍での活性領域ＥＢ１の変位量は小さくなる傾向がある。本実施形態では、圧電素体５が第一電極３０により受ける応力は、圧電素体５が内部電極４１により受ける応力より大きい。本実施形態では、内部電極４１は、焼結金属層である。
　分極処理に起因して結晶構造内を移動する所定のイオンは、内部電極４１から第一電極３０の第一電極部分３１に向かって移動するよりも、第一電極３０の第一電極部分３１から内部電極４１に向かって移動しやすい。したがって、圧電素子１ｐの製造過程において、活性領域ＥＢ１の分極方向が、第一電極３０の第一電極部分３１から内部電極４１に向かう方向になるように電界が印加される。分極処理に起因して結晶構造内を移動する所定のイオンは、内部電極４１から第一電極３０の第三電極部分３３に向かって移動するよりも、第一電極３０の第三電極部分３３から内部電極４１に向かう方向に向かって移動しやすい。したがって、圧電素子１ｐの製造過程において、活性領域ＥＢ２の分極方向が、第一電極３０の第三電極部分３３から内部電極４１に向かう方向になるように電界が印加される。所定のイオンは、たとえば、一般式ＡＢＯＸで表されるペロブスカイト型酸化物では、Ｂサイトのプラスイオンである。分極処理は、たとえば、常温下で行なわれる。
　以上説明したように、本実施形態では、圧電素体５は、第一電極３０と第二電極４０との間で、電極から受ける応力が互いに異なる二つの部分を有している。二つの部分のうち、一の部分は、第一電極３０から応力を受ける領域であり、別の一の部分は、第二電極４０の内部電極４１から応力を受ける領域である。一の部分が第一電極３０から受ける応力は、別の一の部分が内部電極４１から受ける応力より大きい。
　圧電素体５の分極方向は、第一電極３０から第二電極４０の内部電極４１に向かう方向である。したがって、分極方向が、第一電極３０から応力を受ける一の部分から、内部電極４１から応力を受ける別の一の部分に向かう方向とされている構成が実現されている。これらの結果、圧電素子１ｐは、大きな変位量を実現するとともに、高い信頼性を有している。
　圧電素子１ｐでは、第二電極４０の内部電極４１は、たとえば、圧電素体５との同時焼成によって形成されるので、内部電極４１にも焼結反応が起こる。焼結反応による焼結金属層として構成される内部電極４１は、金属材料が焼結する過程で、金属材料同士が互いに引き合うために、内部電極４１に複数の孔が形成される傾向にある。したがって、圧電素体５において、内部電極４１によって被覆されていない部分がランダムに発生し、内部電極４１の被覆率が低くなる傾向がある。第一電極３０は、焼成後のめっき法などで形成されるので、緻密であり、第一電極３０に孔が形成されがたい傾向にある。この結果、第一電極３０によって被覆されていない部分が圧電素体５に生じ難く、第一電極３０の被覆率が高くなる傾向がある。
　本実施形態では、第一電極３０の被覆率は、第二電極４０の内部電極４１の被覆率より大きい。たとえば、第一電極３０の被覆率は、９５～１００であり、内部電極４１の被覆率は、６０～９５である。したがって、第一電極３０の被覆率が第二電極４０の内部電極４１の被覆率より大きい構成は、圧電素体５が第一電極３０により受ける応力が、圧電素体５が内部電極４１により受ける応力より大きい構成を簡易かつ確実に実現する。圧電素子１ｐにおいては、第一電極３０と、第二電極４０の内部電極４１との材質及び形成法の違いにより、圧電素体５が電極から受ける応力が異なっている。本実施形態では、めっき層として構成される第一電極３０から圧電素体５が受ける応力は、焼結金属層として構成される内部電極４１から圧電素体が受ける応力より大きい。
　圧電素体５は、第一電極３０が接していると共に、焼結面を含んでいる面と、第二電極４０が接していると共に、焼結面を含んでいる面と、を有している。この場合、圧電素体５からのセラミックスの脱粒が抑制されると共に、圧電素体５における第一電極３０及び第二電極４０の被覆の状態が良好となる。
　次に、本発明の実施例を説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。
　（実施例１）
　（圧電素子の作製）
　実施例１に係る圧電素子の作製過程は、以下の通りである。
　まず、圧電セラミック材料を含むグリーンシートが作成される。圧電セラミック材料は、ＰＺＴを含む。
　続いて、グリーンシートが焼成されて、圧電基板が作製される。圧電基板の厚さは、０．０８ｍｍである。
　続いて、圧電基板の一の面にＮｉ－Ｃｒ／Ａｕ積層構造を構成する積層電極膜が形成される。積層電極膜の形成は、スパッタリング法により行われる。実施例１において、積層電極膜の形成では、Ｎｉ－Ｃｒ合金からなる下層用電極膜が形成され、下層用電極膜の上に、Ａｕからなる上層用電極膜が形成される。下層用電極膜の厚さは、３００ｎｍ程度である。上層用電極膜の厚さは、１００ｎｍ程度である。圧電基板の一の面上に形成された積層電極膜は、第二電極を構成する積層電極膜である。
　続いて、圧電基板の他の面に対して、Ｃｒ／Ｎｉ－Ｃｒ／Ａｕ積層構造を構成する積層電極膜が形成される。積層電極膜の形成は、スパッタリング法により行われる。実施例１において、積層電極膜の形成では、Ｃｒからなる下層用電極膜が形成され、下層用電極膜の上に、Ｎｉ－Ｃｒ合金からなる中間層用電極膜が形成される。次に、中間層用電極膜の上に、Ａｕからなる上層用電極膜が形成される。下層用電極膜の厚さは、１００ｎｍ程度である。中間層用電極膜の厚さは、３００ｎｍ程度である。上層用電極膜の厚さは、１００ｎｍ程度である。圧電基板の他の面上に形成された積層電極膜は、第一電極を構成する積層電極膜である。
　積層電極膜の形成後、圧電基板が分極処理される。分極処理では、第一電極を構成する積層電極膜が正極とされると共に第二電極を構成する積層電極膜が負極とされて、電界が圧電基板に印加される。分極処理は、常温下で行われる。分極処理の後、圧電基板が切断され、個々の圧電素子が形成される。圧電素子のサイズは、概ね１．１ｍｍ×０．７５ｍｍ×０．０８ｍｍである。実施例１では、圧電基板の一の面が、第二主面３ｂを構成する面であり、圧電基板の他の面が、第一主面３ａを構成する面である。
　（素子特性の評価）
　素子特性の評価は、以下の過程で行われた。
　上述した作製過程を経て得られた圧電素子での、分極（Ｐ［μＣ／ｃｍ２］）の大きさが測定される。この場合、交流電界（Ｖ［ｋＶ／ｍｍ］）が圧電素子に印加される。第一電極が正極されると共に第二電極が負極とされる状態で、常温下で交流電界が圧電素子に印加される。
　測定結果を図５の（ａ）に示す。図５の（ａ）は、実施例１に係る電界と分極との関係を示す線図（ヒステリシスループ）であり、分極測定を行った結果である。実施例１では、大きな分極が得られると共に、ヒステリシスループは、測定した全ての圧電素子においてほぼ同一であった。
　（信頼性の評価）
　信頼性の評価は、以下の過程で行われた。
　上述した作製過程を経て得られた１０個の圧電素子に、駆動試験が行われる。駆動試験では、１５０℃の環境下において、周波数が５００Ｈｚの矩形波の電圧（交番電圧）が、圧電素子に印加される。印加される電圧の、ピーク値は、±３０Ｖである。第一電極が正極されると共に第二電極が負極とされる状態で、上述した電圧が圧電素子に印加される。５００時間の駆動試験前後での、圧電特性が測定され、駆動試験前後での圧電特性の変化が確認される。
　確認の結果、駆動試験前後での、１０個の圧電素子それぞれでの圧電特性の変化は、２％～３％程度であった。
　（比較例１）
　（圧電素子の作製）
　比較例１に係る圧電素子の作製過程は、以下の通りである。
　比較例１では、第一電極を構成する積層電極膜を形成する条件を除いて、実施例１と同じ過程を経て、圧電素子が作製される。比較例１では、第一電極を構成する積層電極膜は、第二電極を構成する積層電極膜と同じ材料、層構造及び厚さを有している。第二電極を構成する積層電極膜は、Ｎｉ－Ｃｒ／Ａｕ積層構造の電極膜である。
　（素子特性の評価）
　素子特性の評価は、以下の過程で行われた。
　実施例１での素子特性の評価と同様に、上述した製作過程を経て得られた圧電素子での、分極（Ｐ［μＣ／ｃｍ２］）の大きさが測定される。この場合も、交流電界（Ｖ［ｋＶ／ｍｍ］）が圧電素子に印加される。第一電極が正極されると共に第二電極が負極とされる状態で、交流電界が圧電素子に印加される。測定は、常温下で行われる。
　測定結果を図５の（ｂ）に示す。図５の（ｂ）は、比較例１に係る電界と分極との関係を示す線図であり、分極測定を行った結果である。比較例１では、全ての圧電素子の約３％の素子が、図５の（ｂ）に示されるような圧電特性を有している。この約３％の圧電素子で得られる分極の大きさは、実施例１の圧電素子で得られる分極の大きさに比べて小さかった。比較例１の残り約９７％の圧電素子においては、図５の（ａ）に示されるように、実施例１の結果と同様の結果が得られている。
　（信頼性の評価）
　信頼性の評価は、以下の過程で行われた。
　実施例１での信頼性の評価と同様に、上述した作製過程を経て得られた１０個の圧電素子に、駆動試験が行われる。駆動試験では、第一電極が正極されると共に第二電極が負極とされる状態で、上述した電圧が圧電素子に印加される。５００時間の駆動試験前後での、圧電特性が測定され、駆動試験後での圧電特性の変化が確認される。
　確認の結果、駆動試験後での、１０個の圧電素子それぞれの圧電特性は、駆動試験前での、１０個の圧電素子それぞれの圧電特性に比して、１０％～１５％低下した。
　本発明は、圧電素子に利用することができる。
　１…圧電素子、１ｐ…圧電素子、３…圧電素体、５…圧電素体、１０…第一電極、２０…第二電極、３０…第一電極、４０…第二電極。

Claims (3)

  1. 　圧電素子であって、
    　圧電セラミック材料を含む圧電素体と、
    　互いに対向するように前記圧電素体に配置されている第一電極及び第二電極と、
    を備え、
    　前記圧電素体が前記第一電極により受ける応力は、前記圧電素体が前記第二電極により受ける応力より大きく、
    　前記圧電素体の分極方向は、前記第一電極から前記第二電極に向かう方向である。
  2. 　請求項１に記載の圧電素子であって、
    　前記第一電極の被覆率は、前記第二電極の被覆率より大きい。
  3. 　請求項１又は２に記載の圧電素子であって、
    　前記圧電素体は、
    　　前記第一電極が接していると共に、焼結面を含んでいる面と、
    　　前記第二電極が接していると共に、焼結面を含んでいる面と、を有している。
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