WO2021149386A1 - 圧電部品 - Google Patents

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WO2021149386A1
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resistor
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external electrode
component
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好史 中嶋
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株式会社村田製作所
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    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions

Definitions

  • the present invention relates to piezoelectric components such as ultrasonic elements and piezoelectric actuators.
  • This type of piezoelectric component has a piezoelectric layer made of piezoelectric ceramics and a plurality of external electrodes provided on the piezoelectric layer.
  • This piezoelectric component may be exposed to temperature changes or be subjected to vibration when it is mounted on an electronic device or when it is actually used. As a result, a voltage is generated by the pyroelectric effect in the piezoelectric ceramics. There is a problem that the polarization of the piezoelectric ceramics may be deteriorated by this voltage.
  • Patent Documents 1 and 2 propose a structure that suppresses the deterioration of polarization as described above.
  • the piezoelectric component described in Patent Document 1 has a strip-shaped body including at least one plate-shaped piezoelectric element, and a plurality of conductive layers arranged in the strip-shaped body for applying a voltage to the piezoelectric element. Then, a resistant substance having a resistance value smaller than the resistance value included in the equivalent circuit between the conductive layers is arranged across the conductive layers.
  • Patent Document 2 discloses an angular velocity sensor having a sound piece or a tuning fork vibration system configured by using a piezoelectric element.
  • the resistance value of the resistor of 10 5 ⁇ ⁇ 10 8 ⁇ is arranged between the electrodes of the piezoelectric element.
  • Patent Document 1 shows that the resistance value of the resistant substance is 1/10 or less of the resistance value contained in the equivalent circuit between the conductive layers.
  • the resistance value of the resistor is a 10 5 ⁇ ⁇ 10 8 ⁇ .
  • An object of the present invention is to provide a piezoelectric component capable of suppressing deterioration of polarization due to the pyroelectric effect of piezoelectric ceramics, suppressing an increase in dielectric loss tan ⁇ , and exhibiting good piezoelectric characteristics. ..
  • the piezoelectric component according to the present invention includes a piezoelectric body having a piezoelectric layer made of lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramics, first and second external electrodes provided on the piezoelectric body, and the first and second external electrodes. includes a resistor for connecting an external electrode, the insulation resistance is 10 7 Omega more or less 10 10 Omega.
  • a piezoelectric component capable of suppressing deterioration of polarization due to the pyroelectric effect of piezoelectric ceramics, suppressing an increase in dielectric loss tan ⁇ , and exhibiting good piezoelectric characteristics. ..
  • FIG. 1 (a) and 1 (b) are enlarged front sectional views of the piezoelectric component according to the first embodiment of the present invention and the portion surrounded by the alternate long and short dash line A in FIG. 1 (a). It is a partially enlarged front sectional view shown.
  • FIG. 2 is a diagram showing changes over time in voltage and temperature between the first and second external electrodes of a piezoelectric component having an insulation resistance of 100 G ⁇ exceeding 10 G ⁇ .
  • FIG. 3 is a diagram showing changes over time in voltage and temperature between the first and second external electrodes of a piezoelectric component having an insulation resistance of 10 G ⁇ .
  • FIG. 4 is a diagram showing changes over time in voltage and temperature between the first and second external electrodes of a piezoelectric component having an insulation resistance of 1 G ⁇ .
  • FIG. 5 is a diagram showing changes over time in voltage and temperature between the first and second external electrodes of a piezoelectric component having an insulation resistance of 200 M ⁇ .
  • FIG. 6 is a diagram showing changes over time in voltage and temperature between the first and second external electrodes of a piezoelectric component having an insulation resistance of 10 M ⁇ .
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the insulation resistance IR and the dielectric loss tan ⁇ .
  • 8 (a) and 8 (b) are a plan view and a front sectional view of the piezoelectric component according to the second embodiment.
  • 9 (a) to 9 (c) are a plan view, a front sectional view, and a bottom view of the piezoelectric component according to the third embodiment.
  • 10 (a) and 10 (b) are a plan view and a front sectional view of the piezoelectric component according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the insulation resistance IR and the dielectric loss tan ⁇ .
  • FIG. 1 (a) and 1 (b) are enlarged front sectional views of the piezoelectric component according to the first embodiment of the present invention and the portion surrounded by the alternate long and short dash line A in FIG. 1 (a). It is a partially enlarged front sectional view shown.
  • the piezoelectric component 1 has a piezoelectric body 2.
  • the piezoelectric body 2 includes first to third piezoelectric layers 3 to 5 as a plurality of piezoelectric layers.
  • the first to third piezoelectric layers 3 to 5 are made of piezoelectric ceramics, more specifically lead zirconate titanate.
  • the first to third piezoelectric layers 3 to 5 are polarized in the thickness direction. The polarization direction is indicated by an arrow P.
  • the piezoelectric body 2 has a rectangular parallelepiped shape in the present embodiment. As shown in FIG. 1A, the piezoelectric body 2 has first and second surfaces 2a and 2b facing each other and third and fourth surfaces 2c and 2d facing each other.
  • the piezoelectric body 2 is provided with first and second external electrodes 6 and 7 connected to different potentials.
  • the first external electrode 6 reaches the second surface 2b from the first surface 2a through the third surface 2c.
  • the second external electrode 7 extends from the fourth surface 2d to the second surface 2b.
  • a first internal electrode 8 is provided between the first piezoelectric layer 3 and the second piezoelectric layer 4.
  • the first internal electrode 8 is electrically connected to the second external electrode 7 on the fourth surface 2d.
  • the first internal electrode 8 faces a portion of the first external electrode 6 located on the first surface 2a via the first piezoelectric layer 3.
  • a second internal electrode 9 is provided between the second piezoelectric layer 4 and the third piezoelectric layer 5.
  • the second internal electrode 9 is electrically connected to the first external electrode 6 on the third surface 2c.
  • the second internal electrode 9 faces the first internal electrode 8 via the second piezoelectric layer 4. Further, the second internal electrode 9 faces a portion of the second external electrode 7 that reaches on the second surface 2b via the third piezoelectric layer 5.
  • the portion of the first external electrode 6 that reaches the first surface 2a, the region where the first internal electrode 8 faces, and the first internal electrode 8 and the second internal electrode 9 are formed.
  • the region facing each other via the second piezoelectric layer 4 and the region facing each other on the second surface 2b of the second internal electrode 9 and the second external electrode 7 An active region that exhibits piezoelectric properties when driven.
  • a feature of the piezoelectric component 1 is that a resistor 10 is provided so as to be electrically connected to the first external electrode 6 and the second external electrode 7.
  • the first and second external electrodes 6 and 7 have a structure in which the main electrode layers 6b and 7b are provided on the close contact layers 6a and 7a.
  • the adhesion layers 6a and 7a may not be provided.
  • the adhesion layers 6a and 7a are made of NiCr.
  • the adhesion layers 6a and 7a may be made of another appropriate metal or alloy having better adhesion to piezoelectric ceramics than the main electrode layers 6b and 7b.
  • the main electrode layers 6b and 7b are made of Au.
  • the main electrode layers 6b and 7b may be made of Ag.
  • the main electrode layers 6b and 7b, that is, the first and second external electrodes 6 and 7 may be mainly composed of another metal or alloy. Since it is excellent in conductivity, Au or Ag or an alloy mainly composed of these is preferable.
  • the resistor 10 passes from the upper surface of the first external electrode 6 to the second external electrode 7 via the portion on the first surface 2a of the piezoelectric body 2 between the first and second external electrodes 6 and 7. It has reached. As a result, the first external electrode 6 and the second external electrode 7 are electrically connected by the resistor 10.
  • the resistor 10 is made of a metal thin film. More specifically, it is composed of a NiCr film formed by a sputtering method.
  • the material of the resistor 10 is not limited to NiCr. It may be made of another metal thin film. Further, the resistor 10 may be provided by a resistant material other than metal. Examples of such a material include a conductive paste and a conductive polymer.
  • the specific resistance of the resistor 10 is not particularly limited as long as the insulation resistance value described later can be realized, but is usually 50 ⁇ cm or more and 150 ⁇ cm or less.
  • the piezoelectric component 1 that the resistor 10 is provided, as well as the piezoelectric insulation resistance IR of the component 1 10 7 Omega above, lies in a range of less than 10 10 Omega.
  • the electric charge generated by the pyroelectric effect of the piezoelectric ceramics can be leaked, the deterioration of polarization can be suppressed, and the increase of the dielectric loss tan ⁇ can be suppressed. This will be described with reference to FIGS. 2 to 6 and 7.
  • the piezoelectric component 1 of the first embodiment was placed in an oven having a temperature of 160 ° C., heating by the oven was stopped, and at the same time, the voltage between the first external electrode 6 and the second external electrode 7 was measured. ..
  • the resistance between the first external electrode 6 and the second external electrode 7, that is, the insulation resistance IR of the piezoelectric component 1 is 100 G ⁇ (that is, an insulation resistance exceeding 10 G ⁇ ), 10 G ⁇ , 1 G ⁇ , 200 M ⁇ , or 10 M ⁇ . It was confirmed that the voltage of the five types of piezoelectric parts was changed with time. The results are shown in FIGS. 2 to 6. In FIGS.
  • the broken line indicates the time-dependent change in temperature
  • the solid line indicates the time-dependent change in voltage between the first external electrode 6 and the second external electrode 7.
  • the insulation resistance IR is preferably 1 G ⁇ or less, and more preferably 10 M ⁇ or less. In that case, the voltage due to the pyroelectric effect can be reduced to 0 even more quickly.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the insulation resistance IR in the piezoelectric component 1 and the dielectric loss tan ⁇ . As apparent from FIG. 7, may be insulation resistance IR is sufficiently small dielectric loss tan ⁇ equal to or greater than 10 7 Omega.
  • the insulation resistance IR, 10 7 Omega above, by the following 10 10 Omega it is possible to suppress deterioration of the polarization by leaking charges generated by pyroelectric effect, suppress the increase of the dielectric loss tan ⁇ It can be seen that good piezoelectric characteristics can be obtained.
  • 8 (a) and 8 (b) are a plan view and a front sectional view of the piezoelectric component according to the second embodiment of the present invention.
  • the piezoelectric component 21 has a piezoelectric body 22 composed of a single piezoelectric layer.
  • the piezoelectric body 22 has first and second surfaces 22a and 22b facing each other, and third and fourth surfaces 22c and 22d facing each other.
  • the piezoelectric body 22 has a rectangular plate-like shape.
  • the first external electrode 6 is provided on the first surface 22a.
  • the second external electrode 7 is provided on the second surface 22b, passes from the first surface 22a to the fourth surface 22d, and reaches the second surface 22b.
  • the first external electrode 6 and the second external electrode 7 face each other via the piezoelectric body 22.
  • a gap is provided between the first external electrode 6 and the second external electrode 7 on the first surface 22a, and the second external electrode 7 passes through the gap with the first external electrode 6.
  • a resistor 10 is provided in this gap.
  • the resistor 10 is provided so as to reach the upper surface of the second external electrode 7 from the upper surface of the first external electrode 6 through the gap.
  • the resistor 10 is electrically connected to the first external electrode 6 and the second external electrode 7.
  • the piezoelectric component of the present invention may have a single piezoelectric layer.
  • the outer diameter dimension of the piezoelectric body 22 in the piezoelectric component 21 is as follows.
  • the length L refers to the dimension in the direction in which the first external electrode 6 and the second external electrode 7 are connected by the resistor 10.
  • the gap G is the size of the gap, specifically, the facing distance between the first and second external electrodes 6 and 7 in the portion where the resistor 10 is provided.
  • the piezoelectric body 22 is a lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramic, more specifically, a zirconate titanate having a composition of Pb (Ni, Nb) (Ti, Zr) O 3 + Mn 2 O 3. It consists of lead acid-based piezoelectric ceramics.
  • the composition of the lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramics is not limited to this.
  • the first and second external electrodes 6 and 7 and the resistor 10 were made of the same materials as in the first embodiment.
  • the piezoelectric body 2 has the first to third piezoelectric layers 3 to 5, as in the first embodiment.
  • the resistor 10 is also provided on the second surface 2b. The resistor 10 passes from the upper surface of the first external electrode 6 to the second external electrode 7 via the portion on the second surface 2b of the piezoelectric body 2 between the first and second external electrodes 6 and 7. It has reached.
  • the resistor 10 may be provided on both the first surface 2a and the second surface 2b.
  • the dimensions of the piezoelectric body 2 in the piezoelectric component 31 are as follows.
  • the piezoelectric body 2 is a lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramic, more specifically, lead zirconate titanate having a composition of (Pb, Sr) (Zr, Ti) O 3 + Nb 2 O 5. It consists of based piezoelectric ceramics.
  • the resistor 10 and the electrode material were the same as in the first embodiment.
  • the piezoelectric component 41 has the same structure as the piezoelectric component 31 of the third embodiment.
  • the piezoelectric component 41 differs from the piezoelectric component 31 in the outer diameter dimension of the piezoelectric body 2, the composition of the lead zirconate titanate piezoelectric ceramics of the piezoelectric body 2, and the configurations of the external electrodes 6 and 7.
  • the piezoelectric body 2 is made of lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramics having a composition of Pb (Ti, Zr) (Ni, Nb) O 3 + Al 2 O 3.
  • the external electrodes 6 and 7 are made of a Pt film formed by simultaneous firing with the piezoelectric body 2. The thickness of the first and second external electrodes 6 and 7 was set to 2 ⁇ m.
  • the outer diameter dimension of the piezoelectric body 2 in the piezoelectric component 41 is as follows.
  • FIG. 11 shows the relationship between the insulation resistance IR of the piezoelectric parts 21, 31, and 41 and the dielectric loss tan ⁇ .
  • the insulation resistance IR to 10 7 Omega above it is possible to sufficiently reduce the dielectric loss tan [delta. That is, as is clear from the results of the piezoelectric parts 21, 31 and 41, even if the composition of the lead zirconate titanate piezoelectric ceramics, the material of the external electrode, the number of piezoelectric layers and the outer diameter dimension are different, the piezoelectric parts if the insulation resistance IR and more 10 7 Omega, it is possible to suppress an increase in dielectric loss tan [delta. It is considered that this is because the resistor 10 has a large influence on the magnitude of the insulation resistance of the piezoelectric component.
  • the piezoelectric components 21, 31 and 41 if the insulation resistance is 10 10 ⁇ or less, the voltage generated by the pyroelectric effect of the piezoelectric ceramics is quickly reduced to 0 as in the piezoelectric component 1 of the first embodiment. Can be done. Therefore, deterioration of polarization due to the pyroelectric effect can be suppressed.
  • Piezoelectric component 2 ... Piezoelectric bodies 2a, 2b ... First, second surfaces 2c, 2d ... Third, fourth surfaces 3 to 5 ... First to third piezoelectric layers 6, 7 ... First 1, Second external electrodes 6a, 7a ... Adhesive layers 6b, 7b ... Main electrode layers 8, 9 ... First, second internal electrodes 10 ... Piezoelectric parts 21, 31, 41 ... Piezoelectric parts 22 ... Piezoelectric bodies 22a, 22b ... First, second surfaces 22c, 22d ... Third and fourth surfaces

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Abstract

焦電効果による分極の劣化を抑制することができるとともに、誘電損失ｔａｎδの増大を抑制することができ、良好な圧電特性を発現し得る、圧電部品を提供する。　チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなる圧電体層３，４，５を有する圧電体２と、圧電体２に設けられた第１，第２の外部電極６，７と、第１，第２の外部電極６，７を接続する抵抗体１０と、を備え、絶縁抵抗が１０７Ω以上、１０１０Ω以下である、圧電部品１。

Description

圧電部品
　本発明は、超音波素子や圧電アクチュエータなどとしての圧電部品に関する。
　従来、超音波素子や圧電アクチュエータなどの圧電部品が種々提案されている。この種の圧電部品は、圧電セラミックスからなる圧電体層と、圧電体層に設けられた複数の外部電極とを有する。この圧電部品は、電子機器に搭載する際や実使用時に、温度変化に晒されたり、あるいは振動が与えられたりすることがある。その結果、圧電セラミックスにおいて焦電効果による電圧が発生する。この電圧により、圧電セラミックスの分極が劣化するおそれがあるという問題があった。下記の特許文献１及び特許文献２では、上記のような分極の劣化を抑制する構造が提案されている。
　特許文献１に記載の圧電部品は、少なくとも１枚の板状の圧電素子を含む帯状体と、帯状体に配置されており、圧電素子に電圧を印加するための複数の導電層とを有する。そして、導電層間の等価回路に含まれる抵抗値よりも小さい抵抗値を有する抵抗性物質が、導電層間に跨って配置されている。
　他方、特許文献２では、圧電素子を用いて構成された音片または音叉振動系を有する角速度センサが開示されている。特許文献２では、圧電素子の電極間に、抵抗値が１０５Ω～１０８Ωの抵抗体が配置されている。
特開２００１－１６０６３８号公報 特開平４－３６４４６４号公報
　特許文献１では、抵抗性物質の抵抗値は、導電層間の等価回路に含まれる抵抗値の１／１０以下であることが示されている。特許文献２では、抵抗体の抵抗値は１０５Ω～１０８Ωとされている。
　しかしながら、上記抵抗性物質や抵抗体の抵抗値が小さいため、特許文献１では導電層間、特許文献２では電極間が短絡したりし、その結果、誘電損失ｔａｎδが大きくなり、良好な圧電特性が発現しにくいという問題があった。
　本発明の目的は、圧電セラミックスの焦電効果による分極の劣化を抑制することができるとともに、誘電損失ｔａｎδの増加を抑制し、良好な圧電特性を発現し得る、圧電部品を提供することにある。
　本発明に係る圧電部品は、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなる圧電体層を有する圧電体と、前記圧電体に設けられた第１，第２の外部電極と、前記第１，第２の外部電極を接続する抵抗体と、を備え、絶縁抵抗が１０７Ω以上、１０１０Ω以下である。
　本発明によれば、圧電セラミックスの焦電効果による分極の劣化を抑制することができるとともに、誘電損失ｔａｎδの増加を抑制でき、良好な圧電特性を発現し得る、圧電部品を提供することができる。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電部品の正面断面図及び図１（ａ）中の二点鎖線Ａで囲まれた部分を拡大して示す部分拡大正面断面図である。 図２は、絶縁抵抗が１０ＧΩを超える１００ＧΩである圧電部品の第１，第２の外部電極間の電圧及び温度の経時変化を示す図である。 図３は、絶縁抵抗が１０ＧΩである圧電部品の第１，第２の外部電極間の電圧及び温度の経時変化を示す図である。 図４は、絶縁抵抗が１ＧΩである圧電部品の第１，第２の外部電極間の電圧及び温度の経時変化を示す図である。 図５は、絶縁抵抗が２００ＭΩである圧電部品の第１，第２の外部電極間の電圧及び温度の経時変化を示す図である。 図６は、絶縁抵抗が１０ＭΩである圧電部品の第１，第２の外部電極間の電圧及び温度の経時変化を示す図である。 図７は、絶縁抵抗ＩＲと、誘電損失ｔａｎδとの関係を示す図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第２の実施形態に係る圧電部品の平面図及び正面断面図である。 図９（ａ）～図９（ｃ）は、第３の実施形態に係る圧電部品の平面図、正面断面図及び底面図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第４の実施形態に係る圧電部品の平面図及び正面断面図である。 図１１は、絶縁抵抗ＩＲと、誘電損失ｔａｎδとの関係を示す図である。
　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。
　なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
　図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電部品の正面断面図及び図１（ａ）中の二点鎖線Ａで囲まれた部分を拡大して示す部分拡大正面断面図である。
　圧電部品１は、圧電体２を有する。圧電体２は、複数の圧電体層として、第１～第３の圧電体層３～５を含む。第１～第３の圧電体層３～５は、圧電セラミックス、より具体的にはチタン酸ジルコン酸鉛からなる。第１～第３の圧電体層３～５は、厚み方向に分極されている。分極方向を矢印Ｐで示す。
　圧電体２は、本実施形態では、直方体状の形状を有する。図１（ａ）に示すように、圧電体２は、対向し合う第１，第２の面２ａ，２ｂと、対向し合う第３，第４の面２ｃ，２ｄとを有する。
　圧電体２には、異なる電位に接続される第１，第２の外部電極６，７が設けられている。第１の外部電極６は、第１の面２ａ上から第３の面２ｃ上を経て、第２の面２ｂ上に至っている。
　第２の外部電極７は、第４の面２ｄ上から第２の面２ｂ上に至っている。
　第１の圧電体層３と第２の圧電体層４との間に、第１の内部電極８が設けられている。第１の内部電極８は、第４の面２ｄで第２の外部電極７に電気的に接続されている。第１の内部電極８は、第１の圧電体層３を介して第１の外部電極６の第１の面２ａ上に位置している部分に対向している。
　第２の圧電体層４と第３の圧電体層５との間に、第２の内部電極９が設けられている。第２の内部電極９は、第３の面２ｃで第１の外部電極６に電気的に接続されている。第２の内部電極９は、第２の圧電体層４を介して第１の内部電極８と対向している。また、第２の内部電極９は、第３の圧電体層５を介して、第２の外部電極７の第２の面２ｂ上に至っている部分に対向している。
　上記第１の外部電極６の第１の面２ａ上に至っている部分と、第１の内部電極８とが対向している領域と、第１の内部電極８と第２の内部電極９とが第２の圧電体層４を介して対向している領域と、第２の内部電極９と第２の外部電極７の第２の面２ｂ上に至っている部分とが対向している領域とが、駆動された際に圧電特性を発現する活性領域である。
　第１の外部電極６と第２の外部電極７との間に電圧を印加することにより、活性領域に電圧が印加される。それによって、圧電部品１が駆動される。圧電部品１の特徴は、上記第１の外部電極６と第２の外部電極７とに電気的に接続されるように、抵抗体１０が設けられていることにある。
　図１（ｂ）に示すように、本実施形態では、第１，第２の外部電極６，７は、密着層６ａ，７ａ上に、主電極層６ｂ，７ｂが設けられた構造を有する。なお、密着層６ａ，７ａは設けられずともよい。密着層６ａ，７ａは、ＮｉＣｒからなる。密着層６ａ，７ａは、主電極層６ｂ，７ｂよりも圧電セラミックスに対する密着性が優れた他の適宜の金属もしくは合金により構成されてもよい。
　主電極層６ｂ，７ｂは、Ａｕからなる。なお、主電極層６ｂ，７ｂは、Ａｇからなるものであってもよい。また、本発明において、主電極層６ｂ，７ｂ、すなわち第１，第２の外部電極６，７は他の金属もしくは合金を主体とするものであってもよい。導電性に優れているため、ＡｕもしくはＡｇまたはこれらを主体とする合金が好ましい。
　抵抗体１０は、第１の外部電極６の上面から、第１，第２の外部電極６，７間の圧電体２の第１の面２ａ上の部分を経て、第２の外部電極７に至っている。それによって、第１の外部電極６と第２の外部電極７とが、抵抗体１０により電気的に接続されている。抵抗体１０は、本実施形態では、金属薄膜からなる。より具体的には、スパッタリング法により形成されたＮｉＣｒ膜からなる。この抵抗体１０の材料はＮｉＣｒに限定されない。他の金属薄膜からなるものであってもよい。また、金属以外の抵抗性材料により抵抗体１０が設けられてもよい。このような材料としては、例えば導電性ペーストや導電性高分子などを挙げることができる。
　抵抗体１０の比抵抗は、後述の絶縁抵抗値を実現し得る限り特に限定されないが、通常、５０μΩｃｍ以上、１５０μΩｃｍ以下である。
　圧電部品１の特徴は、上記抵抗体１０が設けられていること、並びに圧電部品１の絶縁抵抗ＩＲが１０７Ω以上、１０１０Ω以下の範囲にあることにある。それによって、圧電セラミックスにおける焦電効果によって発生した電荷を漏洩させ、分極の劣化を抑制することができるとともに、誘電損失ｔａｎδの増加を抑制することができる。これを、図２～図６及び図７を参照して説明する。
　第１の実施形態の圧電部品１を１６０℃の温度のオーブン中に配置し、オーブンによる加熱を停止すると同時に、第１の外部電極６と第２の外部電極７との間の電圧を測定した。ここで、上記第１の外部電極６と第２の外部電極７との間の抵抗、すなわち圧電部品１の絶縁抵抗ＩＲが、１００ＧΩ（すなわち１０ＧΩ超えの絶縁抵抗）、１０ＧΩ、１ＧΩ、２００ＭΩまたは１０ＭΩの５種類の圧電部品について電圧の経時変化を確認した。結果を図２～図６に示す。なお、図２～図６において破線が温度の経時変化を示し、実線が第１の外部電極６と第２の外部電極７との間の電圧の経時変化を示す。図２に示すように、絶縁抵抗ＩＲが１０ＧΩを超える１００ＧΩの場合、焦電効果により発生した－１０Ｖ程度の電圧が、２００秒後においても－９Ｖ程度と大きいことがわかる。
　これに対して、図３～図６に示すように、絶縁抵抗ＩＲが１０ＧΩ、１ＧΩ、２００ＭΩまたは１０ＭΩの場合には、焦電効果により生じた電圧が、５０秒以内にほぼ０Ｖとなっていることがわかる。これは、抵抗体１０により第１の外部電極６と第２の外部電極７とが電気的に接続されているため、焦電効果により生じた電荷が漏洩し、焦電効果により生じた電圧が低下しているものと考えられる。従って、圧電部品１の絶縁抵抗ＩＲが１０ＧΩ以下であれば、焦電効果による分極の劣化を抑制し得ることがわかる。
　好ましくは、絶縁抵抗ＩＲは、１ＧΩ以下であり、より好ましくは、１０ＭΩ以下である。その場合には、焦電効果による電圧をより一層速やかに０とすることができる。
　図７は、圧電部品１における絶縁抵抗ＩＲと、誘電損失ｔａｎδとの関係を示す図である。図７から明らかなように、絶縁抵抗ＩＲが１０７Ω以上であれば誘電損失ｔａｎδを十分に小さくすることができる。
　従って、絶縁抵抗ＩＲを、１０７Ω以上、１０１０Ω以下とすることにより、焦電効果によって発生した電荷を漏洩させて分極の劣化を抑制することができるとともに、誘電損失ｔａｎδの増加を抑制でき、良好な圧電特性が得られることがわかる。
　図８（ａ）及び図８（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る圧電部品の平面図及び正面断面図である。
　圧電部品２１は、単一の圧電体層からなる圧電体２２を有する。圧電体２２は、対向し合う第１，第２の面２２ａ，２２ｂと、対向し合う第３，第４の面２２ｃ，２２ｄとを有する。圧電体２２は、矩形板状の形状を有している。そして、第１の外部電極６は、第１の面２２ａ上に設けられている。第２の外部電極７は、第２の面２２ｂ上に設けられており、第１の面２２ａ上から第４の面２２ｄ上を経て、第２の面２２ｂ上に至っている。第１の外部電極６と第２の外部電極７とは、圧電体２２を介して対向している。第１の面２２ａ上において、第１の外部電極６と第２の外部電極７の間にギャップが設けられており、第２の外部電極７は、第１の外部電極６とこのギャップを介して隔てられている。このギャップに、抵抗体１０が設けられている。抵抗体１０は、第１の外部電極６の上面から上記ギャップを経て第２の外部電極７の上面に至るように設けられている。抵抗体１０は、第１の外部電極６と第２の外部電極７とに電気的に接続されている。圧電部品２１のように、本発明の圧電部品は、単一の圧電体層を有するものであってもよい。
　圧電部品２１における圧電体２２の外径寸法は以下の通りとした。
　長さＬ＝５．２ｍｍ、幅Ｗ＝６．５ｍｍ、厚さＴ＝０．２ｍｍ、ギャップＧ＝０．４ｍｍ。なお、長さＬとは、第１の外部電極６と第２の外部電極７とが抵抗体１０により接続されている方向の寸法をいうものとする。また、ギャップＧは、上記のギャップの大きさ、具体的には、抵抗体１０が設けられる部分における第１，第２の外部電極６，７間の対向距離である。
　第２の実施形態では、圧電体２２は、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス、より具体的にはＰｂ（Ｎｉ，Ｎｂ）（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３＋Ｍｎ２Ｏ３の組成を有するチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなる。もっとも、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスの組成はこれに限定されるものではない。
　第１，第２の外部電極６，７及び抵抗体１０は第１の実施形態と同様の材料により構成した。
　図９（ａ）～図９（ｃ）は、第３の実施形態に係る圧電部品の平面図、正面断面図及び底面図である。圧電部品３１では、第１の実施形態と同様に、圧電体２が第１～第３の圧電体層３～５を有する。圧電部品３１では、第２の面２ｂ上にも、抵抗体１０が設けられている。抵抗体１０は、第１の外部電極６の上面から、第１，第２の外部電極６，７間の圧電体２の第２の面２ｂ上の部分を経て、第２の外部電極７に至っている。
　このように、第１の面２ａ及び第２の面２ｂの双方において、抵抗体１０が設けられてもよい。
　圧電部品３１における圧電体２の寸法は以下の通りとした。
　長さＬ＝１．１ｍｍ、幅Ｗ＝０．２ｍｍ、厚さＴ＝０．１ｍｍ、ギャップＧ＝０．１ｍｍ。
　圧電部品３１では、圧電体２は、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス、より具体的には、（Ｐｂ，Ｓｒ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ５の組成を有するチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなる。抵抗体１０及び電極材料は第１の実施形態と同様とした。
　図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第４の実施形態に係る圧電部品の平面図及び正面断面図である。圧電部品４１は、第３の実施形態の圧電部品３１と同様の構造を有する。圧電部品４１は、圧電体２の外径寸法、圧電体２のチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスの組成、外部電極６，７の構成が圧電部品３１と異なる。圧電部品４１では、圧電体２は、Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）（Ｎｉ，Ｎｂ）Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３の組成を有するチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなる。圧電部品４１では、外部電極６，７が、圧電体２と同時焼成で形成されたＰｔ膜からなる。なお、第１，第２の外部電極６，７の厚みは２μｍとした。
　圧電部品４１における圧電体２の外径寸法は以下の通りとした。
　長さＬ＝０．８ｍｍ、幅Ｗ＝０．２ｍｍ、厚さＴ＝０．０５ｍｍ、ギャップＧ＝０．０７ｍｍ。
　上記圧電部品２１，３１，４１の絶縁抵抗ＩＲと誘電損失ｔａｎδとの関係を図１１に示す。図１１から明らかなように、圧電部品２１，３１，４１においても、絶縁抵抗ＩＲを１０７Ω以上とすることにより、誘電損失ｔａｎδを十分に小さくすることができる。すなわち、圧電部品２１，３１，４１の結果から明らかなように、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスの組成、外部電極の材料、圧電体層の数や外径寸法が異なっていても、圧電部品の絶縁抵抗ＩＲを１０７Ω以上とすれば、誘電損失ｔａｎδの増加を抑制することができる。これは、圧電部品の絶縁抵抗の大きさについては抵抗体１０による影響が大きいことによると考えられる。
　圧電部品２１，３１，４１においても、絶縁抵抗を１０１０Ω以下とすれば、第１の実施形態の圧電部品１と同様に、圧電セラミックスにおける焦電効果により生じる電圧を速やかに０にすることができる。従って、焦電効果による分極の劣化を抑制することができる。
１…圧電部品
２…圧電体
２ａ，２ｂ…第１，第２の面
２ｃ，２ｄ…第３，第４の面
３～５…第１～第３の圧電体層
６，７…第１，第２の外部電極
６ａ，７ａ…密着層
６ｂ，７ｂ…主電極層
８，９…第１，第２の内部電極
１０…抵抗体
２１，３１，４１…圧電部品
２２…圧電体
２２ａ，２２ｂ…第１，第２の面
２２ｃ，２２ｄ…第３，第４の面

Claims (7)

  1. 　チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなる圧電体層を有する圧電体と、
    　前記圧電体に設けられた第１，第２の外部電極と、
    　前記第１，第２の外部電極を接続する抵抗体と、
    　を備え、
    　絶縁抵抗が１０７Ω以上、１０１０Ω以下である、圧電部品。
  2. 　前記抵抗体が、金属膜からなる、請求項１に記載の圧電部品。
  3. 　前記第１，第２の外部電極が、ＡｕもしくはＡｇまたはこれらを主体とする合金からなる、請求項１または２に記載の圧電部品。
  4. 　前記抵抗体の比抵抗が５０μΩｃｍ以上、１５０μΩｃｍ以下の範囲にある、請求項１～３のいずれか１項に記載の圧電部品。
  5. 　前記圧電体が、１つの前記圧電体層からなる、請求項１～４のいずれか１項に記載の圧電部品。
  6. 　前記圧電体が、複数の前記圧電体層と、前記第１の外部電極に接続されている内部電極と、前記第２の外部電極に接続されている内部電極とを有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の圧電部品。
  7. 　前記圧電体が、対向し合う第１及び第２の面を有し、前記抵抗体が前記第１の面及び前記第２の面の少なくとも一方に設けられている、請求項１～６のいずれか１項に記載の圧電部品。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001160638A (ja) * 1999-12-01 2001-06-12 Wac Data Service Kk 帯状圧電板
WO2007052599A1 (ja) * 2005-11-02 2007-05-10 Murata Manufacturing Co., Ltd. 圧電素子
JP2011049493A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Tamura Seisakusho Co Ltd 圧電体モジュール

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001160638A (ja) * 1999-12-01 2001-06-12 Wac Data Service Kk 帯状圧電板
WO2007052599A1 (ja) * 2005-11-02 2007-05-10 Murata Manufacturing Co., Ltd. 圧電素子
JP2011049493A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Tamura Seisakusho Co Ltd 圧電体モジュール

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