(57)【要約】【課題】積層体内部において、クラックの発生を抑制することができる積層型圧電素子を提供することを目的とする。【解決手段】互いに直交する第１軸と第２軸とを含む平面に沿って形成してある圧電体層と、圧電体層に積層してある内部電極層と、を有する積層体と、積層体の第１軸に垂直な側面に形成してある側面電極と、を有する積層型圧電素子である。内部電極層は、積層体の一側面に露出する引出部を有し、引出部で側面電極と電気的に接続している。積層体の内部においては、内部電極層の外周部に位置する圧電体層に存在する外周側空孔の含有率（Ｒｏ）が、積層体の中央部に存在する中央側空孔の含有率（Ｒｃ）よりも高いことを特徴とする。【選択図】図７Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する第１軸と第２軸とを含む平面に沿って形成してある圧電体層と、前記圧電体層に積層してある内部電極層と、を有する積層体と、
前記積層体の前記第１軸に垂直な側面に形成してある側面電極と、を有し、
前記内部電極層は、前記積層体の一側面に露出する引出部を有し、前記引出部で前記側面電極と電気的に接続してあり、
前記積層体の内部において、前記内部電極層の外周部に位置する前記圧電体層に存在する外周側空孔の含有率（Ｒｏ）が、前記積層体の中央部に存在する中央側空孔の含有率（Ｒｃ）よりも高い、積層型圧電素子。
【請求項２】
前記積層体の内部において、前記外周側空孔の含有率（Ｒｏ）と、前記中央側空孔の含有率（Ｒｃ）との差（Ｒｏ−Ｒｃ）が、２％以上、１５％以下である請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項３】
前記積層体の内部において、前記外周側空孔の含有率（Ｒｏ）と、前記中央側空孔の含有率（Ｒｃ）との差（Ｒｏ−Ｒｃ）が、３％以上、８％以下である請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項４】
前記圧電体層の前記平面において、前記内部電極層の前記引出部以外の外周部では、ギャップを介してダミー電極層が形成してある請求項１〜３のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項５】
前記積層体の内部において、
前記内部電極層と前記ダミー電極層との間の前記ギャップに対応する前記圧電体層に、ギャップ間空孔が形成してある請求項４に記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
前記ギャップに対応する前記圧電体層において、前記ギャップ間空孔の含有率が、３％以上、２０％以下である請求項５に記載の積層型圧電素子。
【請求項７】
前記ギャップの幅が０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下である請求項４〜６に記載の積層型圧電素子。
【請求項８】
前記ギャップ間空孔の平均径が、０．０４μｍ以上、０．１８μｍ以下である請求項５〜７に記載の積層型圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型圧電素子は、内部電極と圧電体層とが積層された構造を有し、単位体積当たりの変位量や駆動力を、非積層型の圧電素子に比べて大きくすることが可能である。この積層型圧電素子では、積層体の内部に生じる応力により、内部電極と圧電体層との界面でクラックが生じる場合がある。積層体の内部でクラックが発生すると、圧電素子としての特性（変位量）が低下するため、クラックの発生を抑制する技術が求められる。
【０００３】
たとえば、特許文献１では、内部電極層の外周にダミー電極を形成することで、製造時において圧電体層にクラックが発生することを防止する技術が開示されている。しかしながら、特許文献１で開示されている技術では、圧電体層の厚みが薄い場合や積層数が増えた場合、また素子本体が大判化した場合などには、クラックの発生を十分に抑制することができないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７９４２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような実情を鑑みてなされ、クラックの発生を抑制することができる積層型圧電素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る積層型圧電素子は、
互いに直交する第１軸と第２軸とを含む平面に沿って形成してある圧電体層と、前記圧電体層に積層してある内部電極層と、を有する積層体と、
前記積層体の前記第１軸に垂直な側面に形成してある側面電極と、を有し、
前記内部電極層は、前記積層体の一側面に露出する引出部を有し、前記引出部で前記側面電極と電気的に接続してあり、
前記積層体の内部において、前記内部電極層の外周部に位置する前記圧電体層に存在する外周側空孔の含有率（Ｒｏ）が、前記積層体の中央部に存在する中央側空孔の含有率（Ｒｃ）よりも高くなっている。
【０００７】
本発明に係る積層型圧電素子において、積層体の中央部では、空孔（中央側空孔）が少ない。これに対して、内部電極層の外周部に位置する圧電体層では、空孔（外周側空孔）の含有率が高くなっている。このような構成により、本発明では、外周側空孔が積層体内部の収縮応力を緩和することができる。このため、積層体が薄層化したとしても、または大判化した場合であっても、クラックの発生が抑制され、積層型圧電素子の特性（変位等）を向上することができる。
【０００８】
好ましくは、前記積層体の内部において、前記外周側空孔の含有率（Ｒｏ）と、前記中央側空孔の含有率（Ｒｃ）との差（Ｒｏ−Ｒｃ）が、２％以上、１５％以下である。より好ましくは、前記含有量の差（Ｒｏ−Ｒｃ）が、３％以上、８％以下である。外周側空孔と中央側空孔の含有率の差が上記範囲内にあることで、積層型圧電素子の特性（変位等）をより向上させることができる。
【０００９】
また、好ましくは、前記圧電体層の前記平面において、前記内部電極層の前記引出部以外の外周部では、ギャップを介してダミー電極層が形成してある。そして、好ましくは、前記積層体の内部において、前記内部電極層と前記ダミー電極層との間の前記ギャップに対応する前記圧電体層にギャップ間空孔が形成してある。
【００１０】
本発明に係る積層型圧電素子では、ギャップ間空孔が存在することで、圧電体層の組成が変動することも抑制でき、高い圧電定数が得られる。
【００１１】
好ましくは、前記ギャップに対応する前記圧電体層において、前記ギャップ間空孔の含有率が、３％以上、２０％以下である。
【００１２】
好ましくは、前記ギャップの幅が０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下である。
【００１３】
また、好ましくは、前記ギャップ間空孔の平均径が、０．０４μｍ以上、０．１８μｍ以下である。
【００１４】
本発明に係る積層型圧電素子は、電気的エネルギーから機械的エネルギーへの変換素子として利用することができる。たとえば、本発明に係る積層型圧電素子は、圧電アクチュエータや、圧電ブザー、圧電サウンダ、超音波モータ、スピーカ等に適用でき、特に圧電アクチュエータとして好適に利用できる。圧電アクチュエータとは、より具体的には、ハプティックデバイス用、レンズ駆動用、ＨＤＤのヘッド駆動用、インクジェットプリンタのヘッド駆動用、燃料噴射弁駆動用等の用途が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る積層型圧電素子を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、図１におけるII−II線に沿って切断した概略断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１におけるIII−III線に沿って切断した概略断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、他の実施形態に係る積層型圧電素子の概略断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図３Ａの積層型圧電素子に含まれる電極パターンを示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図３Ｂの積層型圧電素子に含まれる電極パターンを示す平面図である。
【図５】図５は、図１に示す積層型圧電素子の分解斜視図である。
【図６】図６は、図３Ａおよび図３Ｂに示す領域VIを拡大した概略断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図３Ａに示す領域VIIAを拡大した概略断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図３Ｂに示す領域VIIBを拡大した概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
【００１７】
第１実施形態
図１は、本実施形態に係る振動デバイスの概略斜視図である。図１に示すように、積層型圧電素子２は、接着層３２を介して振動板３０に張り付けられている。そして、積層型圧電素子２は、積層体４と第１外部電極６と第２外部電極８とで構成される。
【００１８】
積層体４は、略直方体形状であり、Ｚ軸方向と略垂直な表面４ａおよび裏面４ｂと、Ｘ軸（第１軸）方向と略垂直な側面４ｃ，４ｄと、Ｙ軸（第２軸）方向と略垂直な側面４ｅ，４ｆとを有する。なお、積層体４の側面４ｃ〜４ｆには、外部電極６，８が形成してある箇所を除いて、絶縁性の保護層（図示省略）が形成してあってもよい。図面においてＸ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに略垂直である。
【００１９】
第１外部電極６は、積層体４の側面４ｄに沿って形成してある第１側面部６ａと、積層体４の表面４ａに沿って形成してある第１表面部６ｂとを有する。第１側面部６ａと第１表面部６ｂとは、ともに略矩形状であって、それらの交差部で互いに接続されている。なお、第１側面部６ａと第１表面部６ｂとは、図面上分けて示しているが、実際には一体として形成してある。
【００２０】
第２外部電極８も、第１外部電極６と同様に構成してある。すなわち、第２外部電極８は、積層体４の側面４ｃに沿って形成してある第２側面部８ａと、積層体４の表面４ａに沿って形成してある第２表面部８ｂとを有し、第２側面部８ａと第２表面部８ｂとが交差部で互いに接続されている。なお、積層体４の表面４ａにおいて、第１表面部６ｂと第２表面部８ｂとは、互いに離れて形成してあり、電気的に絶縁されている。
【００２１】
図２および図３Ａに示すように、積層体４は、圧電体層１０と内部電極層１６とが積層方向（Ｚ軸方向）に沿って交互に積層された内部構造を有する。内部電極層１６は、引出部１６ａが積層体側面４ｃまたは４ｄに交互に露出するように積層してあり、この露出した引出部１６ａで、第１外部電極６もしくは第２外部電極８と電気的に接続している。
【００２２】
本実施形態では、積層体４の中央部における圧電体層１０は、内部電極層１６に挟まれた圧電活性部１２を有する。すなわち、圧電活性部１２とは、図２および図３における点線で囲まれた領域を意味し、互いに極性の異なる第１外部電極６と第２外部電極８とを介して電圧が印加され、機械的な変位を生じる部分となる。
【００２３】
内部電極層１６は、導電材料で構成される。導電材料としては、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ等の貴金属およびこれらの合金（Ａｇ−Ｐｄなど）、あるいはＣｕ、Ｎｉ等の卑金属およびこれらの合金などが例示されるが、特に限定されない。
【００２４】
第１外部電極６および第２外部電極８も導電材料で構成され、内部電極を構成する導電材料と同様の材料を用いることができる。また、第１外部電極６および第２外部電極８は、ＡｇやＣｕなどの導電性金属粉と、ＳｉＯ２等のガラス粉末とを混合し、焼き付け処理することで形成しても良い。なお、第１外部電極６および第２外部電極８の外側には、さらに、上記各種金属を含むメッキ層やスパッタ層が形成してあってもよい。
【００２５】
圧電体層１０の材質は、圧電効果あるいは逆圧電効果を示す材料であれば、特に限定されず、たとえば、ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３（ＰＴＺ）、ＢａＴｉＯ３（ＢＴ）、ＢｉＮａＴｉＯ３（ＢＮＴ）、ＢｉＦｅＯ３（ＢＦＯ）、（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ3ｍ＋1）２−（ＢＬＳＦ）、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３（ＫＮＮ）などが挙げられる。また、特性向上等のために副成分が含有されていてもよく、その含有量は、所望の特性に応じて適宜決定すればよい。
【００２６】
なお、圧電体層１０の厚みは、特に限定されないが、本実施形態では、好ましくは０．５〜１００μｍ程度である。同様に、内部電極層１６の厚みも特に限定されないが、好ましくは、０．５〜２．０μｍ程度である。また、図２および図３Ａに示すように、積層体４の表面４ａおよび裏面４ｂには、圧電体層１０が配置されている。
【００２７】
本実施形態では、振動板３０が、積層型圧電素子２の振動を増幅するために用いられる。振動板３０は、弾性を有する材質で構成すれば良く、特に限定されないが、たとえばＮｉ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、黄銅、ステンレス鋼等の金属材料が例示される。また、振動板３０の厚みおよび大きさは、積層型圧電素子２の使用形態に応じて適宜決定すればよく、特に限定されない。たとえば、振動板３０の厚みは、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすることができ、振動板３０の大きさは、平面視において素子本体の１倍〜３倍程度とすることができる。
【００２８】
前述したように積層型圧電素子２は、接着層３２を介して振動板３０に張り付けられる。接着層３２は、たとえばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂等の接合材料で構成される。ただし、接着層３２は、導電性のフィラーを含まずに電気絶縁性を有していることが好ましい。接着層３２が電気絶縁性を有することで、振動板３０を金属で構成したとしても、第１外部電極６と第２外部電極８とが短絡することはない。
【００２９】
また、接着層３２の厚みについては、好ましくは１０μｍ〜１０００μｍである。接着層３２の厚みを上記の範囲とすることで、積層型圧電素子２と振動板３０との密着性を確保しつつも、積層型圧電素子２から発生する振動を振動板３０へ有効に伝達することができる。
【００３０】
図４Ａは、積層体４に含まれる電極パターン２４ａの概略平面図である。図４ＡのＺ軸方向の下方には、Ｘ軸とＹ軸とを含む平面に沿って圧電体層１０があり、圧電体層１０は、積層体４の側面４ｃ〜４ｆ（図１参照）に対応する辺４ｃ１〜４ｆ１を有している。そして、圧電体層１０の表面には、内部電極層１６とダミー電極層１８から成る電極パターン２４ａが積層されている。
【００３１】
図４Ａに示す電極パターン２４ａにおいて、内部電極層１６は、辺４ｄ１に露出する引出部１６ａを有している。ダミー電極層１８は、ギャップ２０を介して内部電極層１６の引出部１６ａ以外の端縁を取り囲むように形成されている。そのため、内部電極層１６とダミー電極層１８とは、電気的に絶縁されている。なお、本実施形態において、ギャップ２０の幅Ｗ３は、０．０３ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とすることができ、好ましくは０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。
【００３２】
本実施形態において、ダミー電極層１８の外周縁は、積層体４の側面４ｃ〜４ｆに露出しており、辺４ｅ１に沿う第１側方パターン１８ａと、辺４ｆ１に沿う第２側方パターン１８ｂと、辺４ｃ１に沿う連結パターン１８ｃとを有する。連結パターン１８ｃは、引出部１６ａの反対側に位置しており、２つの側方パターン１８ａおよび１８ｂと互いに接続されている。
【００３３】
また、本実施形態において、第１外部電極６の第１側面部６ａは、内部電極１６のＹ軸方向の幅Ｗ１と同一、もしくは幅Ｗ１よりも小さい幅で形成してあり、ダミー電極層１８と第１側面部６ａとは接続されていない。すなわち、ダミー電極層１８は、内部電極層１６および外部電極６，８と電気的に絶縁されており、圧電特性の発現には寄与していない。このように第１側面部６ａと第２側面部８ａとを形成することで、第１外部電極６と第２外部電極８とは、ダミー電極層１８を介して短絡することが無い。
【００３４】
なお、第１外部電極６と第２外部電極８との電気的絶縁を確保するためには、ダミー電極層１８の側方パターン１８ａ，１８ｂにスリットを形成しても良いし、側方パターン１８ａ，１８ｂの端部が辺４ｄ１に露出しないようにダミー電極層１８を形成しても良い。その場合、第１外部電極６の第１側面部６ａは、圧電体層１０のＹ軸方向の幅Ｗｙと同等の幅とすることができる。
【００３５】
また、本実施形態において、ダミー電極層１８は、ダミー電極層１８と内部電極層１６との熱収縮挙動の差が、内部電極層１６と圧電体層１０との熱収縮挙動の差よりも小さくなるように設計することが好ましい。また、ダミー電極層１８は、導電性金属を含んでいることが好ましく、ダミー電極層１８と内部電極層１８とを、同じ材質で構成しても良いし、異なる材質で構成しても良い。
【００３６】
図５は、本実施形態に係る積層型圧電素子２の分解斜視図である。図５に示すように、圧電体層１０を３層以上積層する場合には、電極パターン２４ａは、一層置きに向きを変えて積層することが好ましい。より具体的には、２層目以降の電極パターン２４ａは、各層置きにＺ軸を軸として１８０度回転して積層される。そのため、内部電極層１６の引出部１６ａは、辺４ｃ１と辺４ｄ１とに交互に露出して、第１側面部６ａまたは第２側面部８ａに接続される。
【００３７】
図５に示すように、圧電体層１０と電極パターン２４ａとを複数積層することで、非積層型の圧電素子よりも、変位量や駆動量を大きくすることが可能である。本実施形態において、圧電体層１０の積層数は、２層以上であればよく、上限は特に限定されないが、好ましくは、３〜２０層程度である。圧電体層１０の積層数は、積層型圧電素子２の用途に応じて適宜決定すればよい。
【００３８】
本実施形態において、積層体４の内部の圧電体層１０では、複数の空孔２２が形成してある。空孔２２は、積層体内部での場所に応じて、その含有率が異なっている。
【００３９】
図６は、図３Ａにおいて積層体４の中央部に相当する領域VIを拡大した概略断面図である。図６に示すように、積層体４の中央部では、ほとんど空孔が存在していない。圧電体層１０と内部電極層１６とが緻密に積層されていると考えられる。ただし、後述する製造過程においてグリーンシートを積層する際に、わずかに気泡が介在することがあり、それに起因して中央側空孔２２ａが形成される。積層体４の中央部は圧電活性部１２に該当するため、中空側空孔２２ａの含有率は少ないことが好ましく、具体的には所定の断面積あたり１０％以下であり、０％であっても良い。
【００４０】
一方、図７Ａは、図３Ａにおいて内部電極層１６の外周部１４に相当する領域VIIAを拡大した概略断面図である。図７Ａに示すように、内部電極層１６の外周部１４では、外周側空孔２２ｂが形成してある。外周側空孔２２ｂは、ダミー電極層１８間に形成されるダミー電極側空孔２２ｂ１と、ギャップ２０間に形成されるギャップ間空孔２２ｂ２とに区別することができる。
【００４１】
本実施形態では、内部電極層１６の外周部１４に位置する外周側空孔２２ｂの含有率Ｒｏが、中央側空孔２２ａの含有率Ｒｃよりも高くなっている。また、内部電極層１６の外周側においては、ギャップ間空孔２２ｂ２の含有率が、ダミー電極側空孔２２ｂ１の含有率よりも高い傾向となる。さらに各空孔２２ａ，２２ｂの平均径は、０．０５μｍ以上、０．２μｍ以下であることが好ましく、０．０４μｍ以上、０．１８μｍ以下であることがより好ましい。
【００４２】
なお、本実施形態において、「含有率Ｒｏが含有率Ｒｃよりも高い」とは、測定誤差の影響を鑑みて、含有率の差（Ｒｏ−Ｒｃ）が２％以上であることを意味する。また、各空孔２２ａ，２２ｂは、ＦＥ−ＳＥＭ等により積層体４の断面を観察することで実測することができる。本実施形態において、各空孔２２ａ，２２ｂの含有率および空孔径は、以下に示す手法により定義する。
【００４３】
まず、空孔の含有率および空孔径を解析する前段階として、ＦＥ−ＳＥＭにより積層体４の断面を観察し、少なくとも１０箇所の解析領域Ａを選択する。中央側空孔２２ａについて解析する場合には、積層体４の略中心位置（すなわち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のいずれにおいても略中央となる位置）において、図６に示すような解析領域Ａ１（Ｙａ１×Ｚａ１）を１０箇所以上選択する。なお、中央側空孔２２ａの解析において、解析する断面は、Ｘ−Ｚ断面（図２）もしくはＹ−Ｚ断面（図３Ａ）のいずれの断面であっても良い。
【００４４】
また、外周側空孔２２ｂについて解析する場合には、Ｙ−Ｚ断面を採り、内部電極層１６の外周部１４で、かつＸ軸方向およびＺ軸方向の略中央部において、図７Ａに示すような解析領域Ａ２ｉ（Ｙａ２ｉ×Ｚａ２）を１０箇所以上選択する。さらに、ギャップ間空孔２２ｂ２について、特にギャップ２０間での含有率を解析する場合には、ギャップ２０間のＹ軸方向の略中央位置で、かつＺ軸方向の略中央位置において、解析領域Ａ２ii（Ｙａ２ii×Ｚａ２）を１０箇所以上選択する。なお、各解析領域Ａ１，Ａ２ｉ，Ａ２iiの大きさは、観測の簡便さと正確性を考慮して適宜決定すればよい。
【００４５】
空孔の含有率および空孔径は、上記において撮影した各解析領域Ａ１，Ａ２ｉ，Ａ２iiの断面写真を、画像解析用のソフトウェアに読み込み、空孔２２を所定の条件で判別することで算出する。その際に、空孔の含有率は、解析領域Ａの面積Ｓａに対する空孔面積総和Ｓｈの比率（Ｓｈ／Ｓａ）として算出する。また、空孔径は、空孔２２の面積を円相当径に換算することで得られる。本実施形態において、空孔の含有率および空孔径は、少なくとも１０箇所の解析領域Ａの平均値として表記する。
【００４６】
次に、本実施形態に係る積層型圧電素子２の製造方法について説明する。製造方法は、特に限定されないが、たとえば以下に示すような方法で製造することができる。
【００４７】
まず、積層体４の製造工程について、説明する。積層体４の製造工程では、焼成後に圧電体層１０となるセラミックグリーンシートと、焼成後に内部電極層１６およびダミー電極層１８となる導電性ペーストとを準備する。
【００４８】
セラミックグリーンシートは、たとえば以下のような方法で製造される。まず、圧電体層１０を構成する材料の原料を湿式混合等の手段によって均一に混合した後、乾燥させる。次に、適切に選定された焼成条件で仮焼成し、仮焼粉を湿式粉砕する。そして、粉砕された仮焼粉末にバインダを加えてスラリー化する。次に、そのスラリーをドクターブレード法またはスクリーン印刷法等の手段によってシート化し、その後乾燥させることで、セラミックグリーンシートを得る。なお、圧電体層１０を構成する材料の原料には、不可避不純物が含まれていてもよい。
【００４９】
次に、導電材を含む電極用ペーストを、印刷法等の手段により、セラミックグリーンシートの上に塗布する。これにより、所定のパターンの内部電極ペースト膜とダミー電極ペースト膜とが形成されたグリーンシートが得られる。
【００５０】
次に、準備したグリーンシートを所定の順番で積層する。すなわち、図５に示すように、電極パターン２４ａの向きを変えて積層する。また、焼成後に積層体４の表面４ａと構成するＺ軸の最上層では、セラミックグリーンシートのみを積層する。
【００５１】
さらに、積層後に圧力を加えて圧着し、乾燥工程や脱バインダ工程等の必要な工程を経た後、積層体４を得るために焼成を行う。内部電極層をＡｇ−Ｐｄ合金等の貴金属で構成する場合、焼成は、炉内温度８００〜１２００℃の大気圧条件下で行うことが好ましい。また、内部電極層をＣｕ，Ｎｉ等の卑金属で構成する場合、焼成は、酸素分圧が１×１０−７〜１×１０−９ＭＰａ、炉内温度が８００〜１２００℃の雰囲気下で行うことが好ましい。
【００５２】
ダミー電極側空孔２２ｂ１とギャップ間空孔２２ｂ２とは、その大半が焼成工程で生成されると考えられる。特にギャップ間空孔２２ｂ２は、主として、焼成工程において内部電極層１６とダミー電極層１８とが体積収縮する過程で、各電極層１６，１８が圧電体層１０を相互に引き合うことで形成されると考えられる。したがって、空孔の含有率および空孔径は、焼成条件により制御できる。特に、中央側空孔２２ａに対して外周側空孔２２ｂの含有率を高くするためには、焼成時の昇温速度、保持時間、保持温度を制御すれば良い。
【００５３】
焼成工程において、保持温度を高くし、積層体４に与える熱量を増やすと、焼結が過度となり、圧電体層１０に含まれるＰｂ，Ｂｉ，Ｋ，Ｎａ等の成分が多く揮発する。そのため、積層体４の内部で空孔２２が多く形成される。しかし、焼結が過度となると、積層体４の外周部１４のみならず中央部においても、揮発成分が抜けていき、圧電特性が悪くなる傾向となる。本実施形態では、特に昇温速度を遅くすることで、中央側空孔２２ａの発生を抑えつつも、外周側空孔２２ｂの含有率（Ｒｏ）を高くしている。
【００５４】
具体的には、焼成時の昇温速度は、３００℃／ｈ〜１５００℃／ｈ程度とすることが一般的であるが、本実施形態では、２００℃／ｈ以下としている。通常よりも昇温速度を遅くすることで、外周側空孔２２ｂが発生し易くなり、含有率（Ｒｏ）が高くなる傾向となる。その一方で、積層体４の中央部では、空孔が少なく密度を高くすることができる。また、焼成時の保持時間は、好ましくは１５ｍｉｎ〜２４０ｍｉｎである。
【００５５】
焼結工程を経て得られた積層体４については、スパッタ法や蒸着法、メッキ、もしくはディップコーティングといった手法により、第１外部電極６および第２外部電極８を形成する。積層体４の表面４ａから側面４ｄにかけては、第１外部電極６が形成され、積層体４の表面４ａから側面４ｃにかけては、第２外部電極８が形成される。なお、外部電極６，８が形成されない積層体４の側面４ｄ〜４ｆには、絶縁性樹脂が塗布され、絶縁層が形成されても良い。
【００５６】
次に、外部電極６，８を形成した積層型圧電素子２を、振動板３０に張り付ける。当該工程では、まず振動板３０の表面に、接着層３２を構成する接着材料を塗布し、薄く引き伸ばす。その後、プレス等の手段により、積層型圧電素子２を振動板に押し付けて密着させる。その際、素子本体を押し付ける力は、積層体４の中央部にかかるようにすることが好ましい。
【００５７】
振動板を張り付ける前、またはその後において、圧電体層１０に圧電活性を持たせるために、分極処理が施される。分極は、８０度〜１２０度程度の絶縁油の中で、第１外部電極６および第２外部電極８に１〜１０ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加することで行う。なお、印加する直流電界は、圧電体層１０を構成する材質に依存する。このような過程を経て、図１に示す積層型圧電素子２が得られる。
【００５８】
なお、上記において、１個の積層型圧電素子を得るための手順を示したが、一枚のシートに多数の電極パターン２４ａが形成されたグリーンシートが用いられてもよい。このようなシートを用いて形成された集合積層体は、焼成前もしくは焼成後に適宜切断されることによって、最終的に図１に示すような素子の形状となる。
【００５９】
前述したように、本実施形態に係る積層型圧電素子２では、内部電極層１６の外周部１４に存在する外周側空孔２２ｂの含有率（Ｒｏ）が、積層体４の中央部に存在する中央側空孔２２ａの含有率（Ｒｃ）よりも高くなっている。このような構成により、積層体４の外周部１４では、圧電体層１０に弾力性や伸縮性が具備される。すなわち、積層型圧電素子２の製造時または使用時において、外周側空孔２２ｂが、圧電活性部１２と不活性部との間で、内部応力や伸縮差を緩和する働きを示すと考えられる。したがって、本実施形態の積層型圧電素子２では、積層体４の内部におけるクラックの発生を抑制でき、積層型圧電素子２の特性が低下することがない。
【００６０】
したがって、本実施形態では、圧電体層１０の厚みが薄い場合や、圧電体層１０の積層数が多い場合、また積層体４の積層面積が広く大判化した場合などでも、積層体４の内部でクラックが発生することを抑制できる。また、クラックを抑制できることにより、本実施形態の積層型圧電素子２では、特性（変位等）が低下することがない。
【００６１】
また、本実施形態では、大きい変位を得るために、積層型圧電素子２に振動板３０を張り付けている。このような使用態様においては、素子本体が大判化するほど、積層型圧電素子２と振動板３０との密着性が悪化する傾向となる。特に、積層型圧電素子２と振動板３０との間の接着層３２において、気泡や余剰な接着成分が介在していると、積層型圧電素子２から振動板３０への振動の伝達が阻害され、十分な変位を得ることが困難となる。
【００６２】
本実施形態の積層型圧電素子２では、積層体４の中央部では空孔が少なくなっているのに対して、外周部１４では外周側空孔２２ｂが多くなっている。そのため、積層型圧電素子２と振動板３０とを張り合わせる際に、接着層３２に介在する気泡や余剰な接着剤が、積層体４の中央側から外周側に向かって移動し、接着層３２間から排出され易くなっている。したがって、本発明に係る積層型圧電素子２においては、積層型圧電素子２と振動板との密着性が高くなり、より高い変位を得ることができる。
【００６３】
なお、外周側空孔２２ｂの含有率（Ｒｏ）と、中央側空孔２２ａの含有率（Ｒｃ）との差（Ｒｏ−Ｒｃ）は、好ましくは２％以上、１５％以下である。より好ましくは、上記含有量の差（Ｒｏ−Ｒｃ）が、３％以上、８％以下である。外周側空孔２２ｂと中央側空孔２２ａの含有率の差が上記範囲内にあることで、クラックの発生を抑制しつつも、積層型圧電素子２の特性（変位等）をより向上させることができる。
【００６４】
さらに、本実施形態の積層型圧電素子２では、ギャップ間空孔２２ｂ２により、圧電体層１０の組成が変動することを抑制できる。その理由としては、以下に示す事由が考えられる。
【００６５】
ダミー電極層１８が積層されている積層体４の外周縁近傍では、圧電体層１０に含まれるＰｂ，Ｂｉ，Ｋ，Ｎａといった揮発成分が、焼成工程で揮発し外部に放出される。ダミー電極側空孔２２ｂ１は、主として、この揮発過程で生成すると考えられ、ダミー電極層１８間では、圧電体層１０の組成が若干変動する。ただし、積層体４の外周部１４では、圧電特性の発現に寄与しないため、多少の組成変動が起きても問題はない。
【００６６】
本実施形態では、ギャップ間空孔２２ｂ２が、揮発成分を積層体４の内部に留める働きを成し、圧電活性部１２からは揮発成分が流出し難くなっていると考えられる。したがって、圧電活性部１２においては、圧電体層１０の組成が変動し難く、高い圧電定数を有する積層型圧電素子２が得られる。
【００６７】
なお、本実施形態では、ギャップ間空孔２２ｂ２の含有率が、３％以上、２０％以下であることが好ましい。ギャップ２０間での空孔の含有率が上記範囲内にあることで、クラックの抑制と良好な圧電特性の確保とを、より適正に両立することができる。
【００６８】
また、前述したように、ギャップ間空孔２２ｂ２の平均径は、０．０４μｍ以上、０．１８μｍ以下であることがより好ましい。空孔径が上記範囲内にあることで、クラックの抑制と良好な圧電特性の確保とを、より適正に両立することができる。
【００６９】
さらに、本実施形態において、ギャップ２０の幅Ｗ３は、０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。ギャップ２０の幅Ｗ３が上記範囲内にあることで、ギャップ間空孔２２ｂ２が介在する領域が適正な範囲となり、クラックの発生をさらに低減することができる。
【００７０】
本実施形態において、圧電体層１０の厚みや積層数、および積層体４の大きさは、特に限定されないが、以下に示すような場合に、より効果的に適用できる。圧電体層１０の厚みについては、圧電体層１０の厚みが薄くなると積層体が変形し易く、クラックも発生し易い。しかし、本実施形態では、圧電体層１０の厚みが１〜５０μｍの場合であっても、上述した効果により、クラックの発生を抑制できる。同様に、圧電体層１０の積層数については、３〜２０層と、積層数が多い場合でも、上述した効果により、クラックの発生を抑制できる。
【００７１】
また、圧電体層１０の面積については、大判化するほど振動板３０に張り付ける際に、気泡や余剰な接着材料が介在し易くなる。しかし、本実施形態では、圧電体層１０の面積が１００（Ｗｘ）ｍｍ×１００（Ｗｙ）ｍｍ以上と広い場合にも、上述した効果により、積層型圧電素子２と振動板３０との密着性が確保でき、高い変位が得られる。また同様に、クラックの発生も抑制できる。
【００７２】
第２実施形態
以下、図３Ｂ、図４Ｂおよび図７Ｂに基づいて、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態における第１実施形態と共通の構成に関しては、説明を省略し、同じ符号を使用する。
【００７３】
図３Ｂは、第２実施形態に係る積層型圧電素子３のＹ−Ｚ断面の概略図である。また、図４Ｂは、積層型圧電素子３の電極パターン２４ｂを示す平面図である。図３Ｂ，図４Ｂに示すように、積層型圧電素子３では、第１実施形態と異なり、内部電極層１６の外周にダミー電極層が形成されていない。そのため内部電極層１６の外周部１４では、圧電体層１０のみが積層されている。
【００７４】
このような積層構造において、内部電極層１６の大きさ（Ｗ１×Ｗ２）は、圧電体層の大きさ（Ｗｘ×Ｗｙ）に対して、０．９０倍〜０．９８倍程度であることが好ましい。上記範囲内とすることで、外周側空孔が発生する領域を確保できると共に、圧電活性部１２の領域を十分に確保することができる。
【００７５】
第２実施形態の積層型圧電素子３においても、積層体４の内部に複数の空孔２２が形成してある。積層体４の中央部に存在する中央側空孔２２ａについては、その形成過程と含有率（Ｒｃ）とが、第１実施形態と共通しており、図６に示す様態で観測される。
【００７６】
一方、内部電極層１６の外周部１４では、図７Ｂに示すように、外周側空孔２２ｃが形成してある。外周側空孔２２ｃは、第１実施形態の外周側空孔２２ｂ１と形成過程が共通しており、焼成時において圧電体層１０に含まれるＰｂ，Ｂｉ，Ｋ，Ｎａ等の揮発成分が、積層体４の外部に放出されることで形成されると考えられる。そのため、積層体４の外表面に近いほど外周側空孔２２ｃが多く存在し、内部電極層１６側に近づくに連れて少なくなる。なお、第２実施形態においても、空孔の含有率Ｒｃ，Ｒｏは、第１実施形態と同様に特定される。
【００７７】
第２実施形態においても、外周側空孔２２ｃの含有率Ｒｏが、中央側空孔２２ａの含有率Ｒｃよりも高くなっており、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。ただし、第２実施形態では、ダミー電極層１８が存在しないため、第１実施形態の積層型圧電素子２のほうが本実施形態の積層型圧電素子３よりも圧電特性が高い傾向となる。第２実施形態の圧電活性部１２では、第１実施形態の積層型圧電素子２と比べて揮発成分が、積層体４の外部に流出し易いためであると考えられる。
【００７８】
以上、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲内で種々に改変することができる。たとえば、上述した実施形態において、積層型圧電素子２，３は、略矩形の平面視形状を有しているが、これに限定されるものではなく、円形や楕円形、多角形等の平面視形状であっても良い。振動板３０についても同様であり、振動板３０の平面視形状は、円形や楕円形、多角形等の形状であっても良い。また、図４Ａに示す電極パターン２４ａと、図４Ｂに示すダミー電極層１８を有しない電極パターン２４ｂとを、交互に積層しても良い。
【００７９】
また、前述したように内部電極層１６とダミー電極層１８とは、異なる材質で構成しても良く、ダミー電極層１８を構成する材質の熱収縮開始温度を、内部電極層１６よりも高くすることができる。このように内部電極層１６とダミー電極層１８とを構成することで、ギャップ間空孔２２ｂ２は形成され易くなる。また、内部電極層１６とダミー電極層１８とを異質材で構成する場合には、ギャップ２０の幅Ｗ３の最適範囲が、同質材で構成する場合よりも広くなり、０．０３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下とすることができ、より好ましくは、０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とすることができる。
【００８０】
また、本発明に係る積層型圧電素子は、電気的エネルギーから機械的エネルギーへの変換素子として利用することができる。たとえば、本発明に係る積層型圧電素子は、圧電アクチュエータや、圧電ブザー、圧電サウンダ、超音波モータ、スピーカ等に適用でき、特に圧電アクチュエータとして好適に利用できる。圧電アクチュエータとは、より具体的には、ハプティックデバイス用、レンズ駆動用、ＨＤＤのヘッド駆動用、インクジェットプリンタのヘッド駆動用、燃料噴射弁駆動用等の用途が挙げられる。
【実施例】
【００８１】
以下、本発明をさらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
【００８２】
（実験１）
まず、圧電体層がＰＺＴ系セラミックスで構成されるように、化学的に純粋な主成分原料と副成分原料とを所定量秤量し、ボールミルにより湿式混合した。混合後、８００℃〜９００℃で仮焼成し、再度ボールミルにて粉砕処理を行った。こうして得られた仮焼粉末に、バインダを加えてスラリー化した。さらに、そのスラリーをスクリーン印刷法によりシート状とし、その後乾燥させてセラミックグリーンシートを得た。
【００８３】
次に、印刷法により、Ａｇ−Ｐｄ合金を主成分として含む導電性ペーストを、セラミックグリーンシートの上に塗布した。なお、実施例１および２については、ダミー電極層は形成せずに、図４Ｂに示す電極パターン２４ｂを印刷した。
【００８４】
こうして得られたグリーンシートを、所定の順番で９層以上積層した後、これに圧力を加えて圧着し、乾燥処理および脱バインダ処理を施した。そして、この焼成前積層体を、大気圧雰囲気下、昇温速度２００℃／ｈ以下の条件で焼成した。各実施例の詳細な焼成条件を、表１に示す。実施例１，２では、昇温速度を従来よりも遅くし、長時間かけて焼成することで、内部電極層の外周部に空孔を形成している。
【００８５】
なお、本実験例１における焼成後の積層体は、幅（Ｗｘ）３０ｍｍ×奥行（Ｗｙ）３０ｍｍ×厚み０．１ｍｍの略直方体形状であった。また、圧電体層の厚みは、平均で１０μｍであり、内部電極層の厚みは、平均で１μｍであった。このようにして作成した積層体について、一対の外部電極を形成し分極処理を施すことで、積層型圧電素子の試料を作製した。各実施例については、それぞれ１０００個の試料を作成し、後述する評価を行った。
【００８６】
（実施例３〜１４）
実施例３〜１４では、内部電極層の外周にギャップを介してダミー電極層を形成した。ダミー電極層は、内部電極層と同じ組成のＡｇ−Ｐｄ合金とした。なお、ギャップ幅Ｗ３については、実施例３〜１０では、平均０．２ｍｍとし、実施例１１〜１４では、水準を振って積層体試料を作製した。
【００８７】
また、各実施例３〜１０では、焼成条件の水準を振って積層体試料を作製した。特に、実施例３〜５については、昇温速度を２００℃／ｈ、保持温度を１０００℃に統一したうえで、実施例毎に保持時間を変更した。また、実施例６〜８については、昇温速度を実施例３〜５よりも遅くし、１００℃／ｈとしたうえで、実施例毎に保持時間を変更した。さらに実施例９，１０については、保持温度を変更した。各実施例の詳細な焼成条件を、表１に示す。
【００８８】
なお、実施例３〜１４の上記以外の構成は、実施例１，２と共通しており、同様の評価を行った。
【００８９】
（比較例１）
比較例１では、実施例１と同様にダミー電極層を形成していないが、焼成時の条件を変更した。具体的には、実施例１よりも昇温速度を早くするとともに（１５００℃／ｈ）、保持時間を短くして（１５ｍｉｎ）、積層体試料を作製した。比較例１の上記以外の構成は、実施例１と共通しており、同様の評価を行った。
【００９０】
（比較例２）
比較例２では、実施例３と同様にダミー電極層を形成しているが、焼成時の昇温速度を実施例３よりも早く（１５００℃／ｈ）し、積層体試料を作製した。比較２の上記以外の構成は、実施例３と共通しており、同様の評価を行った。
【００９１】
（比較例３）
比較例３では、比較例１と同様にして積層体試料を作製しており、積層体の内部では、ほとんど空孔が形成されていない。ただし、比較例３では、外部電極形成時に、外部電極原料中に焼失粒子を含有させ、外部電極内に空孔を形成した。なお、外部電極内での空孔の含有率は、８％であり、空孔の平均径は、１３３ｎｍであった。
【００９２】
（評価）
空孔の評価
前述したように、ＦＥ−ＳＥＭにより図６〜図７Ｂに示す解析領域Ａ１〜Ａ３に対応する断面写真を撮影した。各領域での空孔の含有率と空孔径とは、上記断面写真を画像解析式粒度分布測定ソフトウェア（Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ）により解析することで測定した。
【００９３】
クラックの評価
クラックの評価は、製造後の積層体試料について、ＦＥ−ＳＥＭにて断面を観察することで行った。具体的には、以下の手順でクラック発生率を算出した。まず、１０００個の積層体試料から無作為に１００個の試料を抽出し、これを樹脂に固定して任意の断面を鏡面研磨することで、ＳＥＭ観察用の試料を得た。そして、各試料について断面を観察した際に、圧電体層での割れや圧電体層と電極層との間での剥がれ等があった試料をカウントし、クラック発生率を算出した。クラック発生率については、１０％以下を良好な範囲と判断する。
【００９４】
圧電定数ｄ３３の測定
各比較例および各実施例の圧電定数ｄ３３（圧電出力定数）は、ｄ３３メータを用いて、ベルリンコート法により測定した。圧電定数ｄ３３は、圧電素子に振動を加えた際に、素子本体に発生する電荷を計測することで算出される。なお、圧電体層がＰＺＴを主成分とする場合には、圧電定数ｄ３３が４００×１０−１２Ｃ／Ｎ以上であれば良好と判断する。
【００９５】
変位の評価
まず、変位の評価を行う前段階として、協立化学産業社製のワールドロック８３０を接着剤として用い、Ｎｉ-Ｆｅ合金からなる振動板の表面に、各実施例の積層型圧電素子試料を張り付けた。振動板のサイズは、８０ｍｍ×６０ｍｍとし、接着剤の塗布量は、全ての実施例および比較例を通じて一定となるように制御した。こうして得た振動デバイスの試料をニコン社製のデジマイクロに設置し、１２Ｖ印加した時の変位量を測定した。なお、変位量の測定は、各実施例および比較例につき、１０個の試料について行い、その平均値を表１に示す。振動デバイスとしての変位量については、圧電体層がＰＺＴを主成分とする場合、３０μｍ以上を良好と判断する。
【００９６】
【表１】
2020167226.tif 000003
【００９７】
表１に示すように、比較例１〜３については、従来通り、昇温速度が速く保持時間が短い条件で焼成しているため、積層体内部でほとんど空孔が形成されておらず、中央側空孔と外周側空孔とで含有率にほとんど差がない。その結果、比較例１および２では、クラック発生率が高く、圧電定数ｄ３３と変位量ともに基準値を満足できていない。比較例３については、外部電極に空孔が形成してあるため、ある程度クラックの発生を抑制できるが、圧電定数ｄ３３や変位量の基準値を満足できていない。
【００９８】
これに対して、本発明の実施例１〜１４では、積層体内部における空孔の含有率が、各比較例に対して高くなっている。また、全ての実施例で、外周側空孔の含有率Ｒｏが、中央側空孔の含有率Ｒｃよりも高くなっている。その結果、実施例１〜１４では、クラック発生率が１０％以下に抑制されると共に、変位量が３０μｍ以上と高くなっている。この結果から、積層体内部に空孔を形成する（特に外周側空孔）ことの優位性が確認できた。
【００９９】
次に、各実施例について比較すると、ダミー電極層を形成した実施例３〜１４では、実施例１および２よりも圧電定数ｄ３３の値が高くなっており、基準値を満たしている。この結果から、ギャップ間に空孔を形成することで、揮発成分の流出が抑制でき、高い圧電定数ｄ３３が得られることが確認できた。なお、比較例２については、ダミー電極層が形成してあるものの、ギャップ間に空孔が形成されていないため、揮発成分の流出を防止できず、圧電定数ｄ３３の値が低くなっている。
【０１００】
また、実施例１〜１４において、外周側空孔の含有率Ｒｏと中央側空孔の含有率Ｒｃとの差（Ｒｏ−Ｒｃ）が、３％〜８％の範囲内にある実施例３〜７，１０〜１４では、変位量が３９μｍ以上と高くなっている。この結果から、含有率の差（Ｒｏ−Ｒｃ）を上記範囲内とすることで、変位特性の向上に特に寄与することが確認できた。
【０１０１】
次に、焼成条件と空孔の含有率との関係性について考察する。中央側空孔および外周側空孔の含有率については、実施例３〜５と実施例６〜８とを比較すると、昇温速度を遅くすることで、含有率が高くなる傾向が確認できる。保持時間についても同様の傾向が確認でき、保持時間を長くすると、それに伴って空孔の含有率が高くなる。さらに、実施例４，９，１０を比較すると、保持温度を高くするほど、空孔の含有率が高くなる傾向が確認できる。以上の結果から、積層体内部に所望の空孔を形成するためには、昇温速度を２００℃／ｈ以下としたうえで、各焼成条件を制御すれば良いことがわかる。
【０１０２】
なお、ギャップ間空孔についても、上記と同様の傾向が確認でき、昇温速度を遅くする、保持時間を長くする、もしくは保持温度を高くすると、それに伴って含有率が高くなると共に、空孔径も大きくなる傾向が確認できる。また、ギャップ間空孔の含有率と各特性との関係性について考察すると、ギャップ間空孔の含有率が３％〜２０％の範囲内にある場合には、クラックの抑制と良好な圧電特性の確保とが両立できていることが確認できる。同様に、ギャップ間空孔の平均径と各特性との関係性についても、空孔径が４０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下である場合には、クラックの抑制と良好な圧電特性とが両立できている。
【０１０３】
一方、実施例１１については、ギャップ間空孔の含有率と空孔径とが上記範囲の下限値を下回っているため、他の実施例と比較してクラック発生率が高くなっている。また、実施例８については、ギャップ間空孔の含有率と空孔径とが上記範囲の上限値を超えているため、揮発成分の流出量が多く、他の実施例と比較して圧電定数ｄ３３の値が低い。この結果から、ギャップ間空孔の含有率および空孔径は、所定の範囲内に制御することが効果的であることが確認できた。
【０１０４】
さらに、実施例４，１１〜１４において、ギャップ幅Ｗ３と各特性との関係性について考察すると、ギャップ幅Ｗ３が０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である場合には、クラック発生率が５％以下に抑制できていることが確認できる。一方、ギャップ幅Ｗ３が狭い実施例１１では、他の実施例と比較してクラック発生率が高くなっている。この理由として、ギャップ幅Ｗ３が狭いと、空孔が介在する領域が狭くなり、空孔によるクラック抑制効果が弱まることが考えられる。
【０１０５】
また、ギャップ幅Ｗ３が広い実施例１４においても、ギャップ幅Ｗ３の拡張に伴ってクラック発生率が高くなる傾向が確認できる。ギャップ幅が広いと、圧電体層に空孔が形成され難くなると考えられる。
【０１０６】
（実験２）
実験２では、圧電体層もしくはダミー電極層の組成を変えて、積層型圧電素子の試料を作製した。
【０１０７】
実施例２１および２２では、圧電体層を構成する材質を変更しており、実施例２１でＢＦＯ−ＢＴ（鉄酸ビスマス−チタン酸バリウム）、実施例２２でＫＮＮ（ニオブ酸カリウムナトリウム）を使用した。実施例２１および２２の製造条件は、実験１の実施例４と共通しているが、圧電体層の材質を変更したことに伴い焼成時の保持温度を変更している。また、実験２においても、実験１と同様の評価を実施したが、ＢＦＯ−ＢＴを使用した場合、圧電定数ｄ３３の基準値は２００×１０−１２Ｃ／Ｎ以上とし、変位量の基準値は２０μｍ以上とする。同様に、ＫＮＮを使用した場合、圧電定数ｄ３３の基準値は２５０×１０−１２Ｃ／Ｎ以上とし、変位量の基準値は２０μｍ以上とする。
【０１０８】
実施例２４では、ダミー電極層を、内部電極層とは組成の異なるＡｇ−Ｐｄ合金で構成した。具体的には、内部電極層の組成がＡｇ９０−Ｐｄ１０であるのに対し、ダミー電極層ではＰｄ比率を上げてＡｇ８０−Ｐｄ２０とした。なお実施例２３は、実施例２４と対比するための実施例であり、内部電極層とダミー電極層とを同じ組成で構成した。実験２の各実施例について、その特性等を評価した結果を表２に示す。
【０１０９】
（比較例２１，２２）
比較例２１および２２は、実施例２１および２２に対応する比較例であり、ＢＦＯ−ＢＴまたはＫＮＮを用いて圧電体層を形成した。ただし、比較例２１および２２では、ダミー電極層を形成しておらず、また焼成についても、従来通り、昇温速度が速く保持時間が短い条件で実施した。比較例２１および２２における上記以外の構成は、実施例２１および２２と共通している。評価結果を、表２に示す。
【０１１０】
【表２】
2020167226.tif 000004
【０１１１】
表２に示すように、比較例２１および２２については、積層体内部でほとんど空孔が形成されておらず、中央側空孔と外周側空孔とで含有率にほとんど差がない。その結果、クラック発生率が高く、圧電定数ｄ３３と変位量ともに基準値を満足できていない。
【０１１２】
これに対して、実施例２１および２２では、積層体内部における空孔の含有率が、比較例２１および２２と比較して高くなっている。また、外周側空孔の含有率Ｒｏが、中央側空孔の含有率Ｒｃよりも高くなっている。その結果、実施例２１および２２では、クラック発生率が１０％以下に抑制されると共に、圧電定数ｄ３３と変位量ともに基準値を満たしている。この結果から、圧電体層の組成を変えた場合であっても、クラックの発生を抑制でき、圧電特性が優れる積層型圧電素子が得られることが確認できた。
【０１１３】
また、実施例２３と２４とを比較すると、ダミー電極層の組成を変えた実施例２４では、実施例２３よりもギャップ間空孔の含有率が高く、空孔径も大きくなっていることが確認できる。この理由として、内部電極層とダミー電極層とで組成を変えることにより、各電極層が圧電体層を引き寄せる力に差が生じ、ギャップ間に空孔が形成され易くなったと考えられる。なお、実施例２３および２４のいずれも、クラックの発生を十分に抑制できており、圧電定数ｄ３３と変位量ともに基準値を満たしている。したがって、ダミー電極層を異種材質で構成した場合でも、同質材で構成する場合と同等の作用効果を奏することが確認できた。
【符号の説明】
【０１１４】
２，３  …  積層型圧電素子
４  …  積層体  
４ａ  …  積層体表面
４ｂ  …  積層体裏面
４ｃ〜４ｆ  …  積層体側面
６  …  第１外部電極
６ａ  …  第１側面部
６ｂ  …  第１表面部
８  …  第２外部電極
８ａ  …  第２側面部
８ｂ  …  第２表面部
１０  …  圧電体層
１２  …  圧電活性部    
１４  …  外周部
１６  …  内部電極層
１６ａ…  引出部
１８  …  ダミー電極層
１８ａ，１８ｂ  …  側方パターン
１８ｃ  …  連結パターン
２０  …  ギャップ
２２ａ，２２ｂ，２２ｂ１，２２ｂ２，２２ｃ  …  空孔
２４，２４ａ〜２４ｅ  …  電極パターン
４ｃ１〜４ｆ１…  辺
３０  …  振動板
３２  …  接着層
【図１】
2020167226.tif 000005
【図２】
2020167226.tif 000006
【図３Ａ】
2020167226.tif 000007
【図３Ｂ】
2020167226.tif 000008
【図４Ａ】
2020167226.tif 000009
【図４Ｂ】
2020167226.tif 000010
【図５】
2020167226.tif 000011
【図６】
2020167226.tif 000012
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月26日(2020.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
圧電体層１０の材質は、圧電効果あるいは逆圧電効果を示す材料であれば、特に限定されず、たとえば、ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３（ＰＺＴ）、ＢａＴｉＯ３（ＢＴ）、ＢｉＮａＴｉＯ３（ＢＮＴ）、ＢｉＦｅＯ３（ＢＦＯ）、（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ3ｍ＋1）２−（ＢＬＳＦ）、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３（ＫＮＮ）などが挙げられる。また、特性向上等のために副成分が含有されていてもよく、その含有量は、所望の特性に応じて適宜決定すればよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
本実施形態では、振動板３０が、積層型圧電素子２の振動を増幅するために用いられる。振動板３０は、弾性を有する材質で構成すれば良く、特に限定されないが、たとえばＮｉ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、黄銅、ステンレス鋼等の金属材料が例示される。また、振動板３０の厚みおよび大きさは、積層型圧電素子２の使用形態に応じて適宜決定すればよく、特に限定されない。たとえば、振動板３０の厚みは、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすることができ、振動板３０の大きさは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の幅を、平面視において素子本体の１倍〜３倍程度とすることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
本実施形態では、内部電極層１６の外周部１４に位置する外周側空孔２２ｂの含有率Ｒｏが、中央側空孔２２ａの含有率Ｒｃよりも高くなっている。また、内部電極層１６の外周側においては、ギャップ間空孔２２ｂ２の含有率が、ダミー電極側空孔２２ｂ１の含有率よりも高い傾向となる。さらに各空孔２２ａ，２２ｂの平均径は、０．０４μｍ以上、０．２μｍ以下であることが好ましく、０．０４μｍ以上、０．１８μｍ以下であることがより好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３Ｂ】
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【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４Ａ】
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【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４Ｂ】
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【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
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