WO2021157522A1 - 圧電素子 - Google Patents

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WO2021157522A1
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conductor
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laminate
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宙也 村上
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京セラ株式会社
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    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes

Definitions

  • This disclosure relates to a piezoelectric element.
  • Patent Document 1 An example of the prior art is described in Patent Document 1.
  • the piezoelectric element of the present disclosure includes a laminate in which an internal electrode and a piezoelectric layer are laminated, and a laminate.
  • a surface electrode located on the side surface of the laminate and electrically connected to the internal electrode is provided.
  • the internal electrode is A first electrode that applies a voltage to the piezoelectric layer so as to bend the laminate in a first direction orthogonal to the longitudinal direction of the laminate.
  • the laminate includes a second electrode that applies a voltage to the piezoelectric layer so as to bend the laminate in a second direction orthogonal to the longitudinal direction and the first direction.
  • At least one of the first electrode and the second electrode It comprises a first conductor having a strip extending along the longitudinal direction and a lead portion having one end connected to the strip and the other end exposed to the side surface of the laminate and connected to the surface electrode.
  • a second conductor located between a portion of the side surface opposite to the portion where the other end of the drawer portion is exposed and the drawer portion is provided.
  • the piezoelectric element which is the basic configuration of the piezoelectric element of the present disclosure, is formed by stacking a piezoelectric layer and an internal electrode, and is used as a piezoelectric actuator that bends and displaces by applying a voltage to the internal electrode. Piezoelectric actuators can achieve minute displacements with high accuracy.
  • the piezoelectric actuator described in Patent Document 1 has a tip that extends in length along the Z axis and can move in the XY plane.
  • a plurality of patterns of internal electrodes are provided, and each of them is exposed on the side surface of the laminate and connected to the surface electrode.
  • Each internal electrode has a pull-out portion for exposing its end to a predetermined position on the side surface.
  • the internal electrode shown in FIG. 16 of Patent Document 1 has a small electrode width so that the piezoelectric layer is not expanded or contracted by the extraction portion.
  • FIG. 1A is a plan view showing the appearance of the piezoelectric element
  • FIG. 1B is a side view showing the appearance of the piezoelectric element
  • FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the cutting plane line AA of FIG. 1A
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the cutting plane line BB of FIG. 1A
  • FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the cutting plane line CC of FIG. 1A.
  • the piezoelectric element 100 includes a laminated body 1 in which an internal electrode 3 and a piezoelectric layer 4 are laminated, and a surface electrode 2 located on a side surface of the laminated body 1 and electrically connected to the internal electrode 3.
  • the piezoelectric element 100 of the present embodiment is a piezoelectric actuator that applies a voltage to the internal electrode 3 via the surface electrode 2 to bend and displace the laminated piezoelectric layer 4.
  • the piezoelectric element 100 of the present embodiment has, for example, a rectangular parallelepiped or a quadrangular prism, and the tip on one end side in the longitudinal direction or the axial direction can be moved by bending displacement. be.
  • the surface electrodes 2 are provided on both side surfaces on the other end side opposite to the movable tip.
  • the surface electrode 2 includes a surface electrode 2A provided on both side surfaces on the other end side and a surface electrode 2B provided on both side surfaces on the center side of the surface electrode 2A.
  • the longitudinal direction or the axial direction is defined as the Z-axis direction, orthogonal to this, the direction connecting both side surfaces on which the surface electrodes 2 are provided is defined as the X-axis direction, and the internal electrodes 3 are orthogonal to the Z-axis direction and the X-axis direction.
  • the stacking direction in which the piezoelectric layer 4 is laminated is defined as the Y-axis direction.
  • the laminated body 1 is formed by laminating a plurality of piezoelectric layer 4s, and an internal electrode 3 is located between the laminated piezoelectric layers 4.
  • the internal electrode 3 is exposed on the side surface on the other end side of the laminated body 1 and is electrically connected to the surface electrode 2.
  • the piezoelectric layer 4 is formed of ceramics having piezoelectric properties, and examples of such ceramics include a perovskite-type oxide made of lead zirconate titanate (PbZrO 3- PbTIO 3 ) and lithium niobate (LiNbO 3). ), Lithium tantalate (LiTaO 3 ) and the like can be used.
  • the internal electrode 3 for example, a conductor containing silver or a silver-palladium alloy having low reactivity with ceramics as a main component, or a conductor containing copper, platinum, or the like can be used.
  • the surface electrode 2 for example, the same material as the internal electrode 3 can be used, and an antioxidant plating layer or the like may be further provided on the surface.
  • the internal electrode 3 bends the laminate 1 in the first direction (X-axis direction) orthogonal to the longitudinal direction (Z-axis direction) of the laminate 1 so that the piezoelectric layer 4 is bent.
  • a voltage is applied to the piezoelectric layer 4 so as to bend the first electrode 31 for applying a voltage to the piezoelectric layer 1 and the laminate 1 in a second direction (Y-axis direction) orthogonal to the longitudinal direction and the first direction.
  • Y-axis direction orthogonal to the longitudinal direction and the first direction.
  • the laminated body 1 is divided into approximately three regions in the laminated direction (Y-axis direction).
  • the central region 1M is a region for bending and displacing the piezoelectric element 100 in the X-axis direction (left-right direction), and the first electrode 31 is located in the central region 1M.
  • the upper region 1U and the lower region 1L are regions for bending and displacing the piezoelectric element 100 in the Y-axis direction (vertical direction), and the second electrode 32 is contained in these regions 1U and 1L. Is located.
  • the voltage is applied to the left. If a voltage is applied to the first electrode 31 so as to bend and the right side portion contracts, and a voltage is applied so that the left side portion expands, the electrode bends to the right.
  • the voltage is applied downward. If a voltage is applied to the second electrode 32 so as to bend and the upper region 1U contracts, and a voltage is applied to the second electrode 32 so that the lower region 1L expands, the voltage is bent upward.
  • FIGS. 3A to 3F show an example of the pattern shape of the internal electrode 3 of the present embodiment. These show an example of each pattern shape of the second electrode 32 of the upper region 1U, the first electrode 31 of the central region 1M, and the second electrode 32 of the lower region 1L.
  • the pattern shown in FIGS. 3A and 3B constitutes the second electrode 32 of the upper region 1U.
  • the patterns shown in FIGS. 3C and 3D constitute the first electrode 31 in the central region 1M.
  • the pattern shown in FIGS. 3E and 3F constitutes the second electrode 32 of the lower region 1L.
  • each region has two types of internal electrodes 3 having a pattern shape, and the two types of internal electrodes 3 are alternately arranged in the Y-axis direction with the piezoelectric layer 4 sandwiched between them.
  • a voltage is applied from the outside through the surface electrode 2 so that a potential difference is generated between the two types of internal electrodes 3, and the piezoelectric element 100 is bent and displaced in the X-axis direction and the Y-axis direction as described above. Can be done. Further, by changing the voltage applied to the surface electrode 2, the displacement amount of the bending displacement, the bending direction, and the like can be controlled.
  • the second electrode 32 in the upper region 1U is of two types, the second electrode 32a shown in FIG. 3A and the second electrode 32b shown in FIG. 3B.
  • the second electrode 32 of the lower region 1L is of two types, the second electrode 32c shown in FIG. 3E and the second electrode 32d shown in FIG. 3F.
  • the second electrode 32b shown in FIG. 3B has a strip-shaped portion 321a extending in the longitudinal direction, one end connected to the strip-shaped portion 321a, and the other end exposed to the side surface of the laminated body 1 to connect with the surface electrode 2A. Includes a first conductor 321 with 321b.
  • the second electrode 32d also includes the first conductor 321.
  • one end of the drawer portion 321b is connected to the central portion of the strip-shaped portion 321a, extends linearly in the Z-axis direction, and the other end is bent at a right angle toward the side surface of the laminated body 1 and exposed on the side surface of the laminated body 1. It has a substantially L-shape.
  • the substantially L-shaped drawer portion 321b includes a wiring portion 321b1 having a width smaller than that of the strip-shaped portion 321a and a rectangular portion 321b2 connected to the wiring portion 321b1.
  • the piezoelectric element 100 includes a second conductor 5 located between a portion of the side surface of the laminated body 1 opposite to the portion where the other end of the drawer portion 321b is exposed and the drawer portion 321b. ing.
  • the second conductor 5 of the present embodiment has a rectangular shape, and the length along the Z-axis direction is the same as the rectangular portion 321b2 of the drawer portion 321b.
  • the second conductor 5 since the second conductor 5 is not provided between the side surface of the laminated body 1 and the drawer portion 321b, the drawer portion is provided on the other end side of the laminate 1.
  • the thickness of the side on which the 321b is provided is thicker than the thickness of the side opposite to the X-axis direction, resulting in non-uniformity of the thickness, and the accuracy of the bending displacement of the piezoelectric element 100 is lowered.
  • the second conductor 5 can reduce the non-uniformity of the thickness of the laminated body 1 and suppress the decrease in the accuracy of the bending displacement of the piezoelectric element 100.
  • the dimensions of the piezoelectric element 100 are not limited, but for example, the length in the X direction can be set to 1 to 3 mm, the length in the Y direction can be set to 1 to 2 mm, and the length in the Z direction can be set to 20 to 50 mm. Further, the thickness of the internal electrode 3 can be 0.1 to 5 ⁇ m, and the thickness of the piezoelectric layer 4 can be 0.01 to 0.1 mm.
  • the dimensions of the second conductor 5 can be, for example, a width (length in the X direction) of 1 to 2.5 mm and a length (length in the Z direction) of 1 to 3 mm.
  • the first electrode 31 in the central region 1M is of two types, the first electrode 31a shown in FIG. 3C and the first electrode 31b shown in FIG. 3D.
  • the first electrode 31b has a pattern shape symmetrical with respect to the pattern shape of the second electrode 32b in the Z-axis direction. That is, in the present embodiment, the first electrode 31b in FIG. 3D includes the first conductor 321 of the second electrode 32b in FIG. 3B and the first conductor 321'symmetrical with respect to the Z axis, and includes the upper region 1U.
  • the second conductor 5 is also provided in the central region 1M.
  • the second electrode 32d in FIG. 3F includes the same first conductor 321 as the second electrode 32b in FIG. 3B, and the second electrode 32d is also in the lower region 1L as in the upper region 1U. It includes a conductor 5.
  • the second electrode 32a shown in FIG. 3A and the second electrode 32c shown in FIG. 3E include a first conductor 321 and a first conductor 321'having a shape similar to that of the first conductor 321 and the first conductor 321'.
  • the upper region 1U and the lower region 1L further include a second conductor 5.
  • the second conductor 5 is provided in any of the upper region 1U, the central region 1M, and the lower region 1L, but it is not necessary to provide the second conductor 5 in all the regions, and the second conductor 5 is 1. If one or more are provided, it is possible to reduce the non-uniformity of the thickness of the laminated body 1 as compared with the piezoelectric element having the configuration which is the basis of the piezoelectric element of the present disclosure which is not provided.
  • the second conductor 5 is exposed on the side surface of the laminated body 1 and is connected to the surface electrodes 2A and 2B.
  • the number of conductors exposed on the side surface of the laminated body 1 can be increased to improve the wettability of the surface electrode 2 on the side surface of the laminated body 1, so that the mechanical strength is improved.
  • the effect of the second conductor 5 is to reduce the non-uniformity of the thickness of the laminated body 1, so that it does not necessarily have to be electrically connected to the surface electrode 2.
  • the second conductor 5 may not be exposed on the side surface of the laminated body 1 and may be entirely embedded between the layers of the piezoelectric layer 4.
  • the first conductor 321 and the second conductor 5 can obtain the effect of reducing the non-uniformity of the thickness of the laminated body 1 without making the electrical characteristics the same. Therefore, for example, the first conductor 321 and the second conductor 321
  • the material of the second conductor 5 may be the same material or different materials. By using the same material for the first conductor 321 and the second conductor 5, the difference in thickness between the two conductors can be made smaller, and the non-uniformity of the thickness of the laminated body 1 can be further reduced. Can be done.
  • FIG. 4 shows the second conductor and the first conductor having other shapes. Illustrations and explanations of other configurations will be omitted.
  • the second conductor 5A of the present embodiment has a rectangular shape, and the corner portion of the first conductor 321 close to the drawer portion 321b has an R shape. When the corner portion of the second conductor 5 is not R-shaped but sharp as in the above-described embodiment, a discharge or the like may occur between the second conductor 5 and the drawer portion 321b, resulting in a short circuit.
  • a gap is provided between the first conductor 321 and the drawer portion 321b.
  • the area where the second conductor 5 is provided becomes smaller by the amount of this gap.
  • the operation of the piezoelectric element 100 will be briefly described. First, the electrical connection between the surface electrode 2 and the internal electrode 3 will be described.
  • One of the surface electrodes 2A is electrically connected to the second electrode 32b in the upper region 1U and the second electrode 32d in the lower region 1L.
  • the other side of the surface electrode 2A is electrically connected to the first electrode 31b in the central region 1M.
  • One of the surface electrodes 2B is electrically connected to the second electrode 32a in the upper region 1U and the first electrode 31a (one side) in the central region 1M.
  • the other side of the surface electrode 2B is electrically connected to the first electrode 31a (the other side) in the central region 1M and the second electrode 32c in the lower region 1L.
  • one side of the upper region 1U and the central region 1M is the first direction
  • the other side of the lower region 1L and the central region 1M is the second direction opposite to the first direction.
  • the surface electrode 2A as the ground potential
  • ⁇ 64V is applied to one of the surface electrodes 2B
  • + 64V is applied to the other to polarize the piezoelectric layer 4 as described above.
  • the same voltage is applied to one and the other of the surface electrodes 2B during operation.
  • + 11V is applied to one of the surface electrodes 2B
  • + 61V is applied to the other.
  • bending displacement is made to one (upward) in the Y-axis direction
  • 0V to one of the surface electrodes 2A and + 36V to the other
  • Y Bend displacement in the other (downward) axial direction. That is, the amount of bending displacement in the Y-axis direction can be adjusted by applying a constant voltage of + 36V to the other side of the surface electrode 2A and applying a voltage of 0 to + 72V to one side of the surface electrode 2A.
  • the piezoelectric element of the present disclosure includes a laminate in which an internal electrode and a piezoelectric layer are laminated, and a laminate.
  • a surface electrode located on the side surface of the laminate and electrically connected to the internal electrode is provided.
  • the internal electrode is A first electrode that applies a voltage to the piezoelectric layer so as to bend the laminate in a first direction orthogonal to the longitudinal direction of the laminate.
  • the laminate includes a second electrode that applies a voltage to the piezoelectric layer so as to bend the laminate in a second direction orthogonal to the longitudinal direction and the first direction.
  • At least one of the first electrode and the second electrode It comprises a first conductor having a strip extending along the longitudinal direction and a lead portion having one end connected to the strip and the other end exposed to the side surface of the laminate and connected to the surface electrode.
  • a second conductor located between a portion of the side surface opposite to the portion where the other end of the drawer portion is exposed and the drawer portion is provided.
  • the piezoelectric element of the present disclosure by providing the second conductor, it is possible to reduce the non-uniformity of the thickness of the laminated body and suppress the decrease in the accuracy of the bending displacement.

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

圧電素子は、内部電極および圧電体層が積層された積層体と、積層体の側面に位置し、内部電極に電気的に接続する表面電極と、を備える。図３Ｂに示す第２の電極は、長手方向に沿って延びる帯状部と、一端が帯状部に連なり、他端が積層体の側面に露出して表面電極と接続する引出部とを有する第１導体を含む。圧電素子は、積層体の側面の、引出部の他端が露出した部分とは反対側の部分と、引出部との間に位置する第２導体を備えている。

Description

圧電素子
　本開示は、圧電素子に関する。
　従来技術の一例は、特許文献１に記載されている。
特許第４２４９４７２号公報
　本開示の圧電素子は、内部電極および圧電体層が積層された積層体と、
　前記積層体の側面に位置し、前記内部電極に電気的に接続する表面電極と、を備え、
　前記内部電極は、
　　前記積層体を、前記積層体の長手方向に直交する第１の方向に屈曲させるように前記圧電体層に電圧を印加する第１の電極と、
　　前記積層体を、前記長手方向および前記第１の方向に直交する第２の方向に屈曲させるように前記圧電体層に電圧を印加する第２の電極と、を含み、
　　前記第１の電極および前記第２の電極の少なくとも一方は、
　　　前記長手方向に沿って延びる帯状部と、一端が前記帯状部に連なり、他端が前記積層体の前記側面に露出して前記表面電極と接続する引出部とを有する第１導体を含み、
　前記側面の、前記引出部の前記他端が露出した部分とは反対側の部分と、前記引出部との間に位置する第２導体を備える。
　本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
圧電素子の外観を示す平面図である。 圧電素子の外観を示す側面図である。 図１Ａの切断面線Ａ－Ａにおける断面図である。 図１Ａの切断面線Ｂ－Ｂにおける断面図である。 図１Ａの切断面線Ｃ－Ｃにおける断面図である。 内部電極のパターン形状を示す図である。 内部電極のパターン形状を示す図である。 内部電極のパターン形状を示す図である。 内部電極のパターン形状を示す図である。 内部電極のパターン形状を示す図である。 内部電極のパターン形状を示す図である。 第２導体の他の形状を示す図である。
　本開示の圧電素子の基礎となる構成である圧電素子は、圧電体層と内部電極を積層してなり、内部電極に電圧を印加することで屈曲変位する圧電アクチュエータとして用いられる。圧電アクチュエータは、高精度に微小な変位を実現することができる。
　特許文献１に記載の圧電アクチュエータは、Ｚ軸に沿って長さを伸長し、ＸＹ平面内で移動可能な先端を有している。
　圧電アクチュエータの先端をＸＹ平面内で移動可能とするためには、複数パターンの内部電極を設け、それぞれを積層体の側面に露出させて表面電極と接続する。各内部電極は、その端部を側面の所定の位置に露出させるための引き出し部分を有している。特許文献１の図１６に示す内部電極は、引き出し部分によって圧電体層を伸縮させないように、電極幅を小さくしている。これにより、積層体においては、内部電極の引き出し部分が設けられている領域の厚さと、設けられていない領域の厚さの違いによる不均一化が生じて屈曲変位の精度が低下する。
　図１Ａは、圧電素子の外観を示す平面図であり、図１Ｂは、圧電素子の外観を示す側面図である。図２Ａは、図１Ａの切断面線Ａ－Ａにおける断面図である。図２Ｂは、図１Ａの切断面線Ｂ－Ｂにおける断面図である。図２Ｃは、図１Ａの切断面線Ｃ－Ｃにおける断面図である。圧電素子１００は、内部電極３および圧電体層４が積層された積層体１と、積層体１の側面に位置し、内部電極３に電気的に接続する表面電極２と、を備える。本実施形態の圧電素子１００は、表面電極２を介して内部電極３に電圧を印加し、積層された圧電体層４を屈曲変位させる圧電アクチュエータである。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、本実施形態の圧電素子１００は、その形状が、例えば、直方体または四角柱であり、屈曲変位によって長手方向または軸線方向の一方端側の先端が移動可能である。表面電極２は、移動可能な先端と反対側の他方端側の両側面に設けられている。表面電極２は、他方端側の両側面に設けられる表面電極２Ａと、表面電極２Ａより中央側の両側面に設けられる表面電極２Ｂとを含む。以下では、長手方向または軸線方向をＺ軸方向とし、これに直交し、表面電極２が設けられる両側面を結ぶ方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向およびＸ軸方向に直交し、内部電極３および圧電体層４が積層される積層方向をＹ軸方向とする。
　図２Ａなどの断面図に示すように、積層体１は、圧電体層４を複数積層してなり、積層した圧電体層４間に内部電極３が位置している。内部電極３は、積層体１の他方端側の側面に露出しており、表面電極２と電気的に接続している。圧電体層４は、圧電特性を有するセラミックスで形成されたもので、このようなセラミックスとして、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３－ＰｂＴｉＯ３）からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３ ）などを用いることができる。内部電極３は、例えば、セラミックスとの反応性が低い銀または銀－パラジウム合金を主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができる。表面電極２は、例えば、内部電極３と同様の材料を用いることができ、さらに表面に酸化防止用のめっき層などを設けてもよい。
　詳細については、後述するが、内部電極３は、積層体１を、積層体１の長手方向（Ｚ軸方向）に直交する第１の方向（Ｘ軸方向）に屈曲させるように圧電体層４に電圧を印加する第１の電極３１と、積層体１を、長手方向および第１の方向に直交する第２の方向（Ｙ軸方向）に屈曲させるように圧電体層４に電圧を印加する第２の電極３２と、を含む。例えば、積層体１は、積層方向（Ｙ軸方向）におよそ３つの領域に分かれている。３つの領域のうち中央領域１Ｍは、圧電素子１００をＸ軸方向（左右方向）に屈曲変位させるための領域であり、この中央領域１Ｍ内に第１の電極３１が位置している。また、３つの領域のうち上部領域１Ｕと下部領域１Ｌは、圧電素子１００をＹ軸方向（上下方向）に屈曲変位させるための領域であり、これらの領域１Ｕ、１Ｌ内に第２の電極３２が位置している。
　例えば、Ｘ軸方向に屈曲変位させる場合、中央領域１Ｍにおいて、右側部分が伸びるように第１の電極３１に電圧印加し、左側部分が縮むように第１の電極３１に電圧印加すれば、左向きに屈曲し、右側部分が縮むように第１の電極３１に電圧印加し、左側部分が伸びるように電圧印加すれば、右向きに屈曲する。同様に、例えば、Ｙ軸方向に屈曲変位させる場合、上部領域１Ｕが伸びるように第２の電極３２に電圧印加し、下部領域１Ｌが縮むように第２の電極３２に電圧印加すれば、下向きに屈曲し、上部領域１Ｕが縮むように第２の電極３２に電圧印加し、下部領域１Ｌが伸びるように第２の電極３２に電圧印加すれば、上向きに屈曲する。
　図３Ａ～図３Ｆに、本実施形態の内部電極３のパターン形状の一例を示す。これらは、上部領域１Ｕの第２の電極３２、中央領域１Ｍの第１の電極３１および下部領域１Ｌの第２の電極３２の各パターン形状の一例を示している。図３Ａおよび図３Ｂに示すパターンが、上部領域１Ｕの第２の電極３２を構成する。図３Ｃおよび図３Ｄに示すパターンが、中央領域１Ｍの第１の電極３１を構成する。図３Ｅおよび図３Ｆに示すパターンが、下部領域１Ｌの第２の電極３２を構成する。このように、いずれの領域も、それぞれ２種類のパターン形状の内部電極３を有しており、間に圧電体層４を挟んで２種類の内部電極３をＹ軸方向に交互に配置している。圧電素子１００の動作時には、２種類の内部電極３間に電位差が生じるように、表面電極２を介して外部から電圧を印加し、前述のようにＸ軸方向およびＹ軸方向に屈曲変位させることができる。また、表面電極２に印加する電圧を変化させることで屈曲変位の変位量および屈曲方向などを制御することができる。
　上部領域１Ｕの第２の電極３２は、図３Ａに示す第２の電極３２ａおよび図３Ｂに示す第２の電極３２ｂの２種類である。下部領域１Ｌの第２の電極３２は、図３Ｅに示す第２の電極３２ｃおよび図３Ｆに示す第２の電極３２ｄの２種類である。図３Ｂに示す第２の電極３２ｂは、長手方向に沿って延びる帯状部３２１ａと、一端が帯状部３２１ａに連なり、他端が積層体１の側面に露出して表面電極２Ａと接続する引出部３２１ｂとを有する第１導体３２１を含む。図３Ｂに示す第２の電極３２ｂと図３Ｆに示す第２の電極３２ｄとは、同じパターン形状を有しており、第２の電極３２ｄも同様に第１導体３２１を含む。引出部３２１ｂは、例えば、一端が帯状部３２１ａの中央部に連なり、Ｚ軸方向に直線状に延び、他端が積層体１の側面に向かって直角に屈曲して積層体１の側面に露出する略Ｌ字状を有している。略Ｌ字状の引出部３２１ｂは、帯状部３２１ａより幅が小さい配線部分３２１ｂ１と、配線部分３２１ｂ１に連なる矩形状部分３２１ｂ２を含んでいる。積層体１の他方端側において、引出部３２１ｂが露出する側面側は、引出部３２１ｂがＹ軸方向に複数積層されている。本実施形態では、圧電素子１００が、積層体１の側面の、引出部３２１ｂの他端が露出した部分とは反対側の部分と、引出部３２１ｂとの間に位置する第２導体５を備えている。本実施形態の第２導体５は、矩形状であり、Ｚ軸方向に沿った長さを、引出部３２１ｂの矩形状部分３２１ｂ２と同じ長さとしている。
　本開示の圧電素子の基礎となる構成では、積層体１の側面と引出部３２１ｂとの間には、第２導体５が備えられていないために、積層体１の他端側では、引出部３２１ｂが設けられている側の厚さが、Ｘ軸方向反対側の厚さより厚く、厚さの不均一化が生じて圧電素子１００の屈曲変位の精度が低下してしまう。本実施形態では、第２導体５によって積層体１の厚さの不均一化を低減し、圧電素子１００の屈曲変位の精度低下を抑制することができる。
　なお、圧電素子１００の寸法は限定されないが、例えばＸ方向長さを１～３ｍｍに、Ｙ方向長さを１～２ｍｍに、Ｚ方向長さを２０～５０ｍｍにすることができる。また、内部電極３の厚さは０．１～５μｍに、圧電体層４の厚さは０．０１～０．１ｍｍにすることができる。第２導体５の寸法は、例えば幅（Ｘ方向長さ）を１～２．５ｍｍに、長さ（Ｚ方向長さ）を１～３ｍｍにすることができる。
　中央領域１Ｍの第１の電極３１は、図３Ｃに示す第１の電極３１ａおよび図３Ｄに示す第１の電極３１ｂの２種類である。第１の電極３１ｂは、第２の電極３２ｂのパターン形状とＺ軸方向に関して対称のパターン形状を有している。すなわち、本実施形態では、図３Ｄの第１の電極３１ｂが、図３Ｂの第２の電極３２ｂの第１導体３２１とＺ軸に関して対称の第１導体３２１’を含んでおり、上部領域１Ｕと同様に、中央領域１Ｍにおいても第２導体５を備えている。また、本実施形態では、図３Ｆの第２の電極３２ｄが、図３Ｂの第２の電極３２ｂと同じ第１導体３２１を含んでおり、上部領域１Ｕと同様に、下部領域１Ｌにおいても第２導体５を備えている。
　さらに、図３Ａに示す第２の電極３２ａおよび図３Ｅに示す第２の電極３２ｃは、第１導体３２１および第１導体３２１’と類似の形状の第１導体３２１および第１導体３２１’を含んでおり、上部領域１Ｕおよび下部領域１Ｌは、さらに第２導体５を備えている。
　上記のように、本実施形態では、上部領域１Ｕ、中央領域１Ｍ、下部領域１Ｌのいずれにも第２導体５を設けているが、全ての領域に設けなくてよく、第２導体５が１つ以上設けられていれば、設けられていない本開示の圧電素子の基礎となる構成の圧電素子に比べて積層体１の厚さの不均一化を低減することが可能である。
　また本実施形態では、第２導体５は、積層体１の側面に露出し、表面電極２Ａ、２Ｂに接続されている。これにより、積層体１の側面に露出する導体を多くして、積層体１の側面における表面電極２の濡れ性を高めることができるので、機械的強度が向上する。上記の通り第２導体５の効果は、積層体１の厚さの不均一化を低減することであるので、必ずしも表面電極２に電気的に接続される必要はない。例えば、第２導体５は積層体１の側面に露出せず、全体が圧電体層４の層間に埋設されていてもよい。
　第１導体３２１と第２導体５とは、電気的特性などを同じにしなくとも、積層体１の厚さの不均一化を低減する効果を得ることができるので、例えば、第１導体３２１と第２導体５の材料は、同一の材料であっても異なる材料であってもよい。第１導体３２１と第２導体５の材料を同一の材料とすることで、両導体の厚さの違いをより小さくすることができ、積層体１の厚さの不均一化をさらに低減することができる。
　次に他の実施形態について説明する。本実施形態は、第２導体の形状が異なるだけで、それ以外の構成は前述の実施形態と同じであるので、図４には、他の形状の第２導体および第１導体を示し、それ以外の構成については、図示と説明を省略する。本実施形態の第２導体５Ａは、矩形状であり、第１導体３２１の引出部３２１ｂに近接する角部がＲ状である。前述の実施形態のように、第２導体５の角部がＲ状ではなく、尖状である場合、第２導体５と引出部３２１ｂとの間で放電などが生じ、短絡する恐れがある。これを防ぐために、第１導体３２１の引出部３２１ｂとの間にギャップを設ける。このギャップの分だけ第２導体５を設ける領域が小さくなってしまう。第２導体５Ａの角部をＲ状とすることにより、第２導体５Ａと引出部３２１ｂとの距離を狭めることができる。これにより、第２導体５Ａを大きくして、ギャップを小さくし、積層体１の厚さの不均一化をさらに低減することができる。
　圧電素子１００の動作について簡単に説明する。まず、表面電極２と内部電極３との電気的接続について説明する。表面電極２Ａの一方は、上部領域１Ｕの第２の電極３２ｂと下部領域１Ｌの第２の電極３２ｄと電気的に接続される。表面電極２Ａの他方は、中央領域１Ｍの第１の電極３１ｂと電気的に接続される。表面電極２Ｂの一方は、上部領域１Ｕの第２の電極３２ａと、中央領域１Ｍの第１の電極３１ａ（一方側）と電気的に接続される。表面電極２Ｂの他方は、中央領域１Ｍの第１の電極３１ａ（他方側）と、下部領域１Ｌの第２の電極３２ｃと電気的に接続される。圧電体層４の分極方向は、上部領域１Ｕと中央領域１Ｍの一方側とが第１方向であり、下部領域１Ｌと中央領域１Ｍの他方側とが第１方向と逆向きの第２方向である。例えば、表面電極２Ａを接地電位とし、表面電極２Ｂの一方に－６４Ｖを印加し、他方に＋６４Ｖを印加して、圧電体層４を上記のように分極させる。
　表面電極２Ｂの一方および他方には、それぞれ動作中同じ電圧が印加される。印加電圧の一例として、表面電極２Ｂの一方には、＋１１Ｖが印加され、他方には、＋６１Ｖが印加される。表面電極２Ａの一方および他方にそれぞれ０～＋７２Ｖの電圧を印加することで、所望の方向に圧電素子１００を屈曲変位させることができる。例えば、表面電極２Ａの一方に＋７２Ｖ、他方に＋３６Ｖ印加することで、Ｙ軸方向一方（上方）に屈曲変位（最大）させ、表面電極２Ａの一方に０Ｖ、他方に＋３６Ｖ印加することで、Ｙ軸方向他方（下方）に屈曲変位（最大）させる。すなわち、表面電極２Ａの他方に＋３６Ｖの一定電圧を印加し、表面電極２Ａの一方に０～＋７２Ｖの電圧を印加することで、Ｙ軸方向の屈曲変位量を調節することができる。例えば、表面電極２Ａの一方に＋３６Ｖ、他方に＋７２Ｖ印加することで、Ｘ軸方向一方（右方）に屈曲変位（最大）させ、表面電極２Ａの一方に＋３６Ｖ、他方に０Ｖ印加することで、Ｘ軸方向他方（左方）に屈曲変位（最大）させる。すなわち、表面電極２Ａの一方に＋３６Ｖの一定電圧を印加し、表面電極２Ａの他方に０～＋７２Ｖの電圧を印加することで、Ｘ軸方向の屈曲変位量を調節することができる。表面電極２Ａの一方および他方のいずれも０～＋７２Ｖの範囲で変化させることで、斜め方向に屈曲変位させることが可能である。
　本開示は次の実施の形態が可能である。
　本開示の圧電素子は、内部電極および圧電体層が積層された積層体と、
　前記積層体の側面に位置し、前記内部電極に電気的に接続する表面電極と、を備え、
　前記内部電極は、
　　前記積層体を、前記積層体の長手方向に直交する第１の方向に屈曲させるように前記圧電体層に電圧を印加する第１の電極と、
　　前記積層体を、前記長手方向および前記第１の方向に直交する第２の方向に屈曲させるように前記圧電体層に電圧を印加する第２の電極と、を含み、
　　前記第１の電極および前記第２の電極の少なくとも一方は、
　　　前記長手方向に沿って延びる帯状部と、一端が前記帯状部に連なり、他端が前記積層体の前記側面に露出して前記表面電極と接続する引出部とを有する第１導体を含み、
　前記側面の、前記引出部の前記他端が露出した部分とは反対側の部分と、前記引出部との間に位置する第２導体を備える。
　本開示の圧電素子によれば、第２導体を備えることで、積層体の厚さの不均一化を低減し、屈曲変位の精度低下を抑制することができる。
　以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、また、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。上記各実施形態をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
　１　　　積層体
　１Ｌ　　下部領域
　１Ｍ　　中央領域
　１Ｕ　　上部領域
　２，２Ａ，２Ｂ　　　表面電極
　３　　　内部電極
　４　　　圧電体層
　５，５Ａ　　　第２導体
　３１，３１ａ，３１ｂ　　第１の電極
　３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ　　第２の電極
　１００　圧電素子
　３２１，３２１’　第１導体
　３２１ａ　帯状部
　３２１ｂ　引出部
　３２１ｂ１　配線部分
　３２１ｂ２　矩形状部分

Claims (6)

  1. 　内部電極および圧電体層が積層された積層体と、
    　前記積層体の側面に位置し、前記内部電極に電気的に接続する表面電極と、を備え、
    　前記内部電極は、
    　　前記積層体を、前記積層体の長手方向に直交する第１の方向に屈曲させるように前記圧電体層に電圧を印加する第１の電極と、
    　　前記積層体を、前記長手方向および前記第１の方向に直交する第２の方向に屈曲させるように前記圧電体層に電圧を印加する第２の電極と、を含み、
    　　前記第１の電極および前記第２の電極の少なくとも一方は、
    　　　前記長手方向に沿って延びる帯状部と、一端が前記帯状部に連なり、他端が前記積層体の前記側面に露出して前記表面電極と接続する引出部とを有する第１導体を含み、
    　前記側面の、前記引出部の前記他端が露出した部分とは反対側の部分と、前記引出部との間に位置する第２導体を備える圧電素子。
  2. 　前記第１導体と前記第２導体とは、同一の材料で構成される、請求項１記載の圧電素子。
  3. 　前記第２導体は、前記側面の、前記反対側の部分に露出している、請求項１または２記載の圧電素子。
  4. 　前記第２導体は、矩形状であり、前記引出部に近接する角部がＲ状である、請求項１～３のいずれか１つに記載の圧電素子。
  5. 　前記第１の電極および前記第２の電極は、それぞれ前記第１導体を含み、
    　平面視において、前記第１の電極に含まれる前記第１導体の前記引出部が露出する前記側面の部分は、前記第２の電極に含まれる前記第１導体の前記引出部が露出する前記側面の部分の反対側に位置する、請求項１～４のいずれか１つに記載の圧電素子。
  6. 　前記引出部は、前記一端を含み、前記帯状部より幅が小さい配線部分と、前記他端を含み、前記配線部分に連なる矩形状部分と、を含む、請求項１～５のいずれか１つに記載の圧電素子。
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