(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置された一対の第１導電性基板と、
前記一対の第１導電性基板の間に配置され、前記第１導電性基板とは異なる極に接続される第２導電性基板と、
前記第１導電性基板と前記第２導電性基板の間にそれぞれ設けられ、かつ前記第１導電性基板と前記第２導電性基板とにそれぞれ接する２つの圧電体層と、
前記一対の第１導電性基板を電気的に接続するものであって、一方の前記第１導電性基板の側部から他方の前記第１導電性基板の側部に架け渡された第１連結部と、
前記第１連結部の表面に形成された第１絶縁層と、を備えており、
前記第１絶縁層が、前記圧電体層と同じ材料からなることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記一対の第１導電性基板及び前記第１連結部は交互に配置されて一体化された一枚の導電性基板を成しており、前記一対の第１導電性基板は互いに対向するように前記第1連結部で折り返されていることを特徴とする請求項１記載の圧電素子。
【請求項３】
間隔を置いて対向する複数の第１導電性基板と隣り合う該第１導電性基板間を接続する第１連結部とを備え、前記第１導電性基板と前記第１連結部とが交互に配置された一枚の導電性基板を隣り合う前記第１導電性基板が対向するように前記第１連結部で折り返されてなる第１極構造体と、
それぞれ隣り合う前記第１導電性基板間に設けられているとともに互いに間隔を置いて対向する複数の第２導電性基板と隣り合う該第２導電性基板間を接続する第２連結部とを備え、前記第２導電性基板と前記第２連結部とが交互に配置された一枚の導電性基板を隣り合う前記第２導電性基板が対向するように前記第２連結部で折り返されてなる第２極構造体と、
前記第１導電性基板と前記第２導電性基板の間にそれぞれ設けられ、かつ前記第１導電性基板と前記第２導電性基板とにそれぞれ接する２つの圧電体層と、を備えた圧電素子であって、
前記第１連結部の表面に第１絶縁層が設けられ、前記第２連結部の表面に第２絶縁層が設けられており、
前記第２絶縁層が、前記圧電体層と同じ材料からなることを特徴とする圧電素子。
【請求項４】
前記第２連結部は、前記第２連結部が接続された前記第２導電性基板の間に配置された前記第１導電性基板の側部から離隔して形成されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電素子。
【請求項５】
前記第２絶縁層は、前記第２連結部の表面のうち、前記第１導電性基板に対面する内表面に形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の圧電素子。
【請求項６】
前記第２絶縁層は、前記第２連結部の外表面に形成されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の圧電素子。
【請求項７】
前記第２絶縁層の厚みが、前記第２連結部の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項３〜６のうちのいずれか１つに記載の圧電素子。
【請求項８】
前記第２絶縁層は、前記第1導電性基板に対面する内表面に形成されており、前記圧電体層と一体化されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電素子。
【請求項９】
前記第１連結部は、前記第１連結部が接続された前記一対の第１導電性基板の間に配置された前記第２導電性基板の側部から離隔して形成されていることを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載の圧電素子。
【請求項１０】
前記第１絶縁層は、前記第１連結部の表面のうち、前記第２導電性基板に対面する内表面に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれか１つに記載の圧電素子。
【請求項１１】
前記第１絶縁層は、前記第１連結部の外表面に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれか１つに記載の圧電素子。
【請求項１２】
前記第１絶縁層の厚みが、前記第１連結部の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１〜１１のうちのいずれか１つに記載の圧電素子。
【請求項１３】
前記第１絶縁層は、前記第２導電性基板に対面する内表面に形成されており、前記圧電体層と一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
【請求項１４】
平行に配置された一対の第１導電性基板と、
該一対の第１導電性基板の間に配置され、前記第１導電性基板とは異なる極に接続される第２導電性基板と、
前記第１導電性基板と前記第２導電性基板の間にそれぞれ設けられ、かつ前記第１導電性基板と前記第２導電性基板とにそれぞれ接する２つの圧電体層と、
前記一対の第１導電性基板を電気的に接続するものであって、一方の前記第１導電性基板の側部から他方の前記第１導電性基板の側部に架け渡され、前記第１導電性基板よりも厚みが薄い第１連結部と、
を備えており、
前記第１連結部は、両端から中央に向かって漸次厚みが薄くなっていることを特徴とする圧電素子。
【請求項１５】
前記一対の第１導電性基板及び前記第１連結部は一枚の導電性基板からなり、前記一対の第１導電性基板は互いに対向するように前記第１連結部で折り返されていることを特徴とする請求項１４に記載の圧電素子。
【請求項１６】
間隔を置いて対向する複数の第１導電性基板と隣り合う該第１導電性基板間を接続する第１連結部とを備え、前記第１導電性基板と前記第１連結部とが交互に配置された一枚の導電性基板を隣り合う前記第１導電性基板が対向するように前記第１連結部で折り返されてなる第１極構造体と、
それぞれ隣り合う前記第１導電性基板間に設けられているとともに互いに間隔を置いて対向する複数の第２導電性基板と隣り合う該第２導電性基板間を接続する第２連結部とを備え、前記第２導電性基板と前記第２連結部とが交互に配置された一枚の導電性基板を隣り合う前記第２導電性基板が対向するように前記第２連結部で折り返されてなる第２極構造体と、
前記第１導電性基板と前記第２導電性基板の間にそれぞれ設けられ、かつ前記第１導電性基板と前記第２導電性基板とにそれぞれ接する２つの圧電体層と、を備えた圧電素子であって、
前記第１連結部の厚さは、前記第１導電性基板の厚さより薄く、前記第２連結部の厚さは、前記第２導電性基板の厚さより薄く、
前記第２連結部は、両端から中央に向かって漸次厚みが薄くなっていることを特徴とする圧電素子。
【請求項１７】
前記第２連結部は、外周及び内周は円弧形状であり、外周の中心角より内周の中心角の方が大きいことを特徴とする請求項１６に記載の圧電素子。
【請求項１８】
前記第２連結部は、前記第２連結部が接続された前記一対の第２導電性基板の間に配置された前記第１導電性基板の側部から離隔して形成されていることを特徴とする請求項１６または１７に記載の圧電素子。
【請求項１９】
前記第２連結部の表面に第２絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１６〜１８のうちのいずれか１つに記載の圧電素子。
【請求項２０】
前記第２絶縁層は、前記第２連結部の表面のうち、前記第１導電性基板に対面する内表面に形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の圧電素子。
【請求項２１】
前記第２絶縁層は、前記第２連結部の外表面に形成されていることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の圧電素子。
【請求項２２】
前記第２絶縁層の厚みが前記第２連結部の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１６〜２１のうちのいずれか１つに記載の圧電素子。
【請求項２３】
前記第２絶縁層が前記圧電体層と同じ材料からなることを特徴とする請求項１６〜２２のうちのいずれか１つに記載の圧電素子。
【請求項２４】
前記第１連結部は、外周及び内周は円弧形状であり、外周の中心角より内周の中心角の方が大きいことを特徴とする請求項１４〜２３のうちのいずれか１つに記載の圧電素子。
【請求項２５】
前記第１連結部は、前記第１連結部が接続された前記第１導電性基板の間に配置された前記第２導電性基板の側部から離隔して形成されていることを特徴とする請求項１４〜２４のうちのいずれか１つに記載の圧電素子。
【請求項２６】
前記第１連結部の表面に第１絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１４〜２５のうちのいずれか１つに記載の圧電素子。
【請求項２７】
前記第１絶縁層は、前記第１連結部の表面のうち、前記第２導電性基板に対面する内表面に形成されていることを特徴とする請求項２６に記載の圧電素子。
【請求項２８】
前記第１絶縁層は、前記第１連結部の外表面に形成されていることを特徴とする請求項２６又は２７に記載の圧電素子。
【請求項２９】
前記第１絶縁層の厚みが、前記第１連結部の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１４〜２８のうちのいずれか１つに記載の圧電素子。
【請求項３０】
前記第１絶縁層が前記圧電体層と同じ材料からなることを特徴とする請求項２６〜２９のうちのいずれか１つに記載の圧電素子。
【請求項３１】
請求項１〜３０のうちのいずれか１つに記載の圧電素子と、この圧電素子が内部に配置されたハウジングとを備えたことを特徴とする圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子及びこれを備えた圧力センサ、並びに圧電素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から圧力センサの圧力検知用の素子として圧電素子が用いられている。例えば特許文献１には、圧電素子を搭載した圧力センサが開示されている。このような圧電素子は、圧力が加えられるとその圧力に応じた電荷が発生する圧電効果を利用したものである。【０００３】
特許文献２には、複数の電極板が１枚のプレートにより形成された圧力センサが開示されている。この圧力センサによれば、各電極間を電気的に接続するための半田付けが不要となり製造工数を軽減できるとされている。【０００４】
【特許文献１】特開平５−１６４６４３号公報
【特許文献２】特開平４−１３２９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、圧電素子の分野においては小型化が要求されるとともにさらなる長期信頼性が求められている。したがって、本発明は、小型化が可能であってかつ長期信頼性に優れた圧電素子及びその製造方法、並びに圧力センサ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】
本発明に係る第１の圧電素子は、平行に配置された一対の第１導電性基板と、前記一対の第１導電性基板の間に配置され、前記第１導電性基板とは異なる極に接続される第２導電性基板と、前記第１導電性基板と前記第２導電性基板の間にそれぞれ設けられ、かつ前記第１導電性基板と前記第２導電性基板とにそれぞれ接する２つの圧電体層と、前記一対の第１導電性基板を電気的に接続するものであって、一方の前記第１導電性基板の側部から他方の前記第１導電性基板の側部に架け渡された第１連結部と、前記第１連結部の表面に形成された第１絶縁層と、を備えており、前記第１絶縁層が、前記圧電体層と同じ材料からなることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係る第２の圧電素子は、間隔を置いて対向する複数の第１導電性基板と隣り合う該第１導電性基板間を接続する第１連結部とを備え、前記第１導電性基板と前記第１連結部とが交互に配置された一枚の導電性基板を隣り合う前記第１導電性基板が対向するように前記第１連結部で折り返されてなる第１極構造体と、
それぞれ隣り合う前記第１導電性基板間に設けられているとともに互いに間隔を置いて対向する複数の第２導電性基板と隣り合う該第２導電性基板間を接続する第２連結部とを備え、前記第２導電性基板と前記第２連結部とが交互に配置された一枚の導電性基板を隣り合う前記第２導電性基板が対向するように前記第２連結部で折り返されてなる第２極構造体と、
前記第１導電性基板と前記第２導電性基板の間にそれぞれ設けられ、かつ前記第１導電性基板と前記第２導電性基板とにそれぞれ接する２つの圧電体層と、を備えた圧電素子であって、
前記第１連結部の表面に第１絶縁層が設けられ、前記第２連結部の表面に第２絶縁層が設けられており、前記第２絶縁層が、前記圧電体層と同じ材料からなることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る第３の圧電素子は、平行に配置された一対の第１導電性基板と、該一対の第１導電性基板の間に配置され、前記第１導電性基板とは異なる極に接続される第２導電性基板と、前記第１導電性基板と前記第２導電性基板の間にそれぞれ設けられ、かつ前記第１導電性基板と前記第２導電性基板とにそれぞれ接する２つの圧電体層と、前記一対の第１導電性基板を電気的に接続するものであって、一方の前記第１導電性基板の側部から他方の前記第１導電性基板の側部に架け渡され、前記第１導電性基板よりも厚みが薄い第１連結部と、を備えており、前記第１連結部は、両端から中央に向かって漸次厚みが薄くなっていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る第４の圧電素子は、間隔を置いて対向する複数の第１導電性基板と隣り合う該第１導電性基板間を接続する第１連結部とを備え、前記第１導電性基板と前記第１連結部とが交互に配置された一枚の導電性基板を隣り合う前記第１導電性基板が対向するように前記第１連結部で折り返されてなる第１極構造体と、
それぞれ隣り合う前記第１導電性基板間に設けられているとともに互いに間隔を置いて対向する複数の第２導電性基板と隣り合う該第２導電性基板間を接続する第２連結部とを備え、前記第２導電性基板と前記第２連結部とが交互に配置された一枚の導電性基板を隣り合う前記第２導電性基板が対向するように前記第２連結部で折り返されてなる第２極構造体と、
前記第１導電性基板と前記第２導電性基板の間にそれぞれ設けられ、かつ前記第１導電性基板と前記第２導電性基板とにそれぞれ接する２つの圧電体層と、を備えた圧電素子であって、
前記第１連結部の厚さは、前記第１導電性基板の厚さより薄く、前記第２連結部の厚さは、前記第２導電性基板の厚さより薄く、前記第２連結部は、両端から中央に向かって漸次厚みが薄くなっていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の圧力センサは、前記第１〜第４の圧電素子のうちのいずれか１つの圧電素子と、この圧電素子が内部に配置されたハウジングとを備えている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る第１又は第２の圧電素子によれば、第１連結部および第２連結部の表面に第１絶縁層および第２絶縁層が形成されているので、圧電素子を小型化して異なる基板同士が近接する場合であっても第１連結部および第２連結部において高い絶縁性を維持することができる。これにより、圧電素子の感度が低下するのを長期にわたり抑制できるので、圧電素子の耐久性を向上させることができる。【００１４】
また、本発明に係る第３又は第４の圧電素子によれば、第１連結部および第２連結部の厚みが第１導電性基板および第２導電性基板よりも薄いので、圧電素子を小型化して連結部の曲率半径が小さい場合であっても第１連結部および第２連結部にクラックが生じるなどの不具合が発生するのを抑制することができる。これにより、圧電素子の感度が低下するのを長期にわたり抑制できるので、圧電素子の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係る圧電素子を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ線における断面図である。
【図２Ａ】第１の実施形態に係る圧電素子を構成する第１の部材を示す平面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＢ−Ｂ線における断面図である。
【図２Ｃ】第１の実施形態に係る圧電素子を構成する第２の部材を示す平面図である。
【図２Ｄ】図２ＣのＣ−Ｃ線における断面図である。
【図３Ａ】第１の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第１工程図である。
【図３Ｂ】第１の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第２工程図である。
【図３Ｃ】第１の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第３工程図である。
【図３Ｄ】第１の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第４工程図である。
【図４Ａ】本発明の第２の実施形態に係る圧電素子を示す断面図である。
【図４Ｂ】本発明の第３の実施形態に係る圧電素子を示す断面図である。
【図５Ａ】本発明の第４の実施形態に係る圧電素子を示す平面図である。
【図５Ｂ】第４の実施形態に係る圧電素子を示す正面図である。
【図５Ｃ】図５ＡのＤ−Ｄ線における断面図である。
【図５Ｄ】図５ＡのＥ−Ｅ線における断面図である。
【図６Ａ】第４の実施形態に係る圧電素子を構成する第１の部材を示す平面図である。
【図６Ｂ】第４の実施形態に係る圧電素子を構成する第１の部材を示す側面図である。
【図６Ｃ】第４の実施形態に係る圧電素子を構成する第２の部材を示す平面図である。
【図６Ｄ】第４の実施形態に係る圧電素子を構成する第２の部材を示す側面図である。
【図７Ａ】第４の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第１工程図である。
【図７Ｂ】第４の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第２工程図である。
【図７Ｃ】第４の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第３工程図である。
【図７Ｄ】第４の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第４工程図である。
【図８Ａ】本発明の第５の実施形態に係る圧電素子を示す平面図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＦ−Ｆ線における断面図である。
【図９Ａ】第５の実施形態に係る圧電素子を構成する第１の部材を示す平面図である。
【図９Ｂ】図９ＡのＧ−Ｇ線における断面図である。
【図９Ｃ】第５の実施形態に係る圧電素子を構成する第２の部材を示す平面図である。
【図９Ｄ】図９ＣのＨ−Ｈ線における断面図である。
【図１０Ａ】第５の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第１工程図である。
【図１０Ｂ】第５の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第２工程図である。
【図１０Ｃ】第５の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第３工程図である。
【図１０Ｄ】第５の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第４工程図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態に係る圧電素子を示す断面図である。
【図１２Ａ】本発明の第７の実施形態に係る圧電素子を示す平面図である。
【図１２Ｂ】第７の実施形態に係る圧電素子を示す正面図である。
【図１２Ｃ】図１２ＡのＩ−Ｉ線における断面図である。
【図１２Ｄ】図１２ＡのＪ−Ｊ線における断面図である。
【図１３Ａ】第７の実施形態に係る圧電素子を構成する第１の部材を示す平面図である。
【図１３Ｂ】第７の実施形態に係る圧電素子を構成する第１の部材を示す側面図である。
【図１３Ｃ】第７の実施形態に係る圧電素子を構成する第２の部材を示す平面図である。
【図１３Ｄ】第７の実施形態に係る圧電素子を構成する第２の部材を示す側面図である。
【図１４Ａ】第７の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第１工程図である。
【図１４Ｂ】第７の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第２工程図である。
【図１４Ｃ】第７の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第３工程図である。
【図１４Ｄ】第７の実施形態に係る圧電素子の製造方法における第４工程図である。
【図１５Ａ】本発明の第８の実施形態に係る圧電素子における第１の部材の一部を示す側面図である。
【図１５Ｂ】本発明の第９の実施形態に係る圧電素子における第１の部材の一部を示す側面図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る圧力センサを示す断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１，３１，２０１，３０１，５０１，６０１，７０１  圧電素子
１３  第１導電性基板
１３ａ，１３ｂ  第１導電性基板の側部
１５  第２導電性基板
１５ａ，１５ｂ  第２導電性基板の側部
１７，２７，３５，３７  圧電体層
１９，２９，１９０，２９０  第１絶縁層
４３，４９，４３０，４９０  第２絶縁層
２１，５１，５３，２１０  第１導電性基板の第１連結部
３３，３３０  第２導電性基板の第２連結部
２５，４５  第１の部材
３９，４７  第２の部材
１０１  ハウジング
１０３  受圧面
１０５  圧力伝達部材
１０７  固定螺子
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態にかかる圧電素子について図面を参照し詳細に説明する。なお、以下に示す各実施の形態は、本発明を例示するものであって、本発明はこれらに限定されるものではない。また、各図において、共通する部分、部材については同一の符号を付し重複した説明を省略する。【００１８】
（第１の実施形態）
本発明の一実施形態にかかる圧電素子について図面を参照して詳細に説明する。図１Ａは、本実施形態にかかる圧電素子１を示す平面図であり、図１ＢはそのＡ−Ａ線における断面図である。これらの図に示すように、本実施形態にかかる圧電素子１は、平行に配置された一対の第１導電性基板１３，１３と、その一対の第１導電性基板１３，１３の間に配置され、第１導電性基板１３とは異なる極に接続される第２導電性基板１５と、を備えている。第１導電性基板１３と第２導電性基板１５の間には圧電体層１７が配置されている。第２導電性基板１５を介して積層方向の両側に隣り合う２つの第１導電性基板１３のそれぞれの側部１３ａ，１３ｂは、第１連結部２１により電気的に接続されている。第１連結部２１は一方の側部１３ａから他方の側部１３ｂに架け渡されたアーチ状のものである。【００１９】
第１連結部２１の表面のうち、圧電素子１の側面に面した内表面には第１絶縁層１９が形成されている。このように第１連結部２１の内表面に第１絶縁層１９が形成されているので、第１導電性基板１３と第２導電性基板１５が短絡するのを抑制できる。その結果、圧電素子１の感度が低下するのを長期にわたり抑制できるので、耐久性が向上する。また、図１Ｂに示すように、第１連結部２１の内表面が第１絶縁層１９と空間２３を介して第２導電性基板１５の側部から離隔していることが好ましく、この空間２３により第１導電性基板１３と第２導電性基板１５の短絡抑制効果をさらに向上させることができる。同様の理由で、第２連結部３３（図５Ｄ）についても、第２連結部３３が接続された第２導電性基板１５の間に配置された第１導電性基板１３の側部から離隔して形成されていることが好ましい。【００２０】
また、第１絶縁層１９の厚みは第１連結部２１の厚みよりも薄いことが好ましく、このようにすると、図１Ｂに示すように第１連結部２１が折り返されても、第１絶縁層１９にクラックが生じるのを抑制できる。この効果は、第１絶縁層１９が特にセラミックスからなるときに顕著となる。同様の理由で、第２絶縁層４９（図５Ｄ）の厚みは第２連結部３３の厚みよりも薄いことが好ましい。また、第１絶縁層１９は圧電体層１７と同じ圧電性セラミックスからなるのが好ましい。これにより、圧電体層１７と同じ工程で第１絶縁層１９を形成できるので、後述する製造工程が簡略化でき、コストダウンを図ることが可能になる。同様の理由で、第２絶縁層４９は圧電体層３７と同じ圧電性セラミックスからなるのが好ましい。【００２１】
図３Ａ〜図３Ｄは圧電素子１の製造方法の一例を示す工程図である。図３Ａに示すように、この製造方法では、まず、２つの第１導電性基板１３，１３が第１連結部２１を介して接続された第１の部材２５と、第２導電性基板１５からなる第２の部材３９とを作製する。【００２２】
ついで、図３Ｂに示すように、第１導電性基板１３の表面に圧電体層１７を形成し、第１連結部２１の表面に第１絶縁層１９を形成する。圧電体層１７を第１導電性基板１３の表面に形成する方法、第１絶縁層１９を第１連結部２１の表面に形成する方法としては、例えば蒸着法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、スクリーン印刷法などの公知の手段を用いて、所要の被膜を形成し、しかるのち、焼成等を行なって形成するができる。【００２３】
次に、第１の部材２５を第１連結部２１において折り返して(図３Ｃ)、２つの第１導電性基板１３，１３をほぼ平行に配置して互いに対向するようにし、これらの第１導電性基板１３，１３の間に第２導電性基板１５を配置して、第１導電性基板１３と第２導電性基板１５とを交互に積層する(図３Ｄ)。圧電体層１７をゾルゲル法やスクリーン印刷法で形成した場合は、その後に焼成工程を施すことがある。圧電体層１７が多結晶体である場合にはその焼成工程の後に第１導電性基板１３と第２導電性基板１５との間に所定の電圧を印加して圧電体層１７を分極する工程を施すことがある。【００２４】
第１導電性基板１３及び第２導電性基板１５としては、導電性を有するものであればよく、例えば、銀、銅、ニッケル、鉄などの金属又はこれらの少なくとも一種を含む合金などを用いることができる。合金としては、例えば、真鍮、ステンレス鋼、銀−パラジウム合金、Ｎｉ，Ｆｅを主成分とする合金などを用いることができる。Ｎｉ，Ｆｅを主成分とする合金としては、圧電体層の熱膨張係数に近い５２Ｆｅ−３１Ｎｉ−１７Ｃｏ（コバール（登録商標））、５８Ｆｅ−４２Ｎｉ（４２アロイ）等の合金を用いるのがより好ましい。第１導電性基板１３及び第２導電性基板１５の厚みは、特に限定されるものではないが、好ましくは０．０２〜１．０ｍｍ程度であるのがよい。第１導電性基板１３及び第２導電性基板１５の厚みが０．０２ｍｍ以上であることで、基板の剛性が高まり、圧電体層１７の形成工程、その後の積層工程などにおけるハンドリングが容易となる。第１導電性基板１３及び第２導電性基板１５の厚みが１．０ｍｍ以下であることで、両者を積層一体化した時の密着性が高まり、圧力に対する出力の直線性が向上する。【００２５】
圧電体層１７は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、窒化アルミニウム、ニオブ酸リチウムなどを主成分とする圧電セラミック材料などの周知の圧電材料により構成されている。第１絶縁層１９としては、例えば、絶縁性を有する種々のセラミックスを用いることができ、中でも上記した圧電体層１７と同じ材料を用いるのが好ましい。圧電体層１７の厚み及び第１絶縁層１９の厚みは、特に限定されるものではないが、好ましくは０．００１〜０．１ｍｍ程度であるのがよい。圧電体層１７の厚み及び第１絶縁層１９の厚みが０．００１ｍｍ以上であることで、絶縁抵抗が向上し漏洩電荷が減少して感度特性が向上する。また、圧電体層１７の厚みが０．１ｍｍ以下であることで、第１導電性基板１３との密着性が高まり、圧力に対する出力の直線性が向上する。第１絶縁層１９の厚みが０．１ｍｍ以下であることで、第１絶縁層１９の柔軟性が高まり、第１連結部２１の変形に対して第１絶縁層１９にクラックが生じたり破断するのを抑制することができる。【００２６】
（第２の実施形態）
図４Ａに示すように、本発明に係る第２の実施形態に係る圧電素子２０１は、第１連結部２１と第２導電性基板１５との間の形状の点で本第１の実施形態に係る圧電素子１と異なる。すなわち、本実施の形態に係る圧電素子２０１では、第２導電性基板１５の側面に面する第１連結部２１の内表面が第２導電性基板１５の側面から離隔しておらず、第１絶縁層１９を介して第２導電性基板１５の側面に接している。この形態の場合、第１連結部２１の余分な動きを抑制でき、第１連結部２１が変形しにくくなるので、第１連結部２１の耐久性が向上する。【００２７】
（第３の実施形態）
図４Ｂに示すように、本発明に係る第３の実施形態に係る圧電素子３０１は、圧電体層２７を第１導電性基板１３の表面にも形成した点で本第１の実施形態に係る圧電素子１と異なる。また、本実施の形態に係る圧電素子３０１では、第１連結部２１の内表面に第１絶縁層１９が形成されているとともに、第１連結部２１の外表面にも第１絶縁層２９が形成されている。また、好ましくは、第１絶縁層１９は圧電体層１７と一体化されている。これにより、第１導電性基板１３における外表面側の他部材との絶縁性を高めることができるとともに、腐食、他部材からの衝撃などに対する第１連結部２１の耐久性が向上する。さらに、圧電素子３０１はその表裏面に圧電体層１７，２７がそれぞれ形成されているので、上記と同様に衝撃や腐食に対する耐久性が向上する。また、同様の理由で、第２絶縁層４９（図５Ｄ）についても、第２連結部３３の表面のうち、第１導電性基板１３に対面する内表面に形成されていることが好ましく、さらに、第２連結部３３の外表面に形成されていることが好ましい。また、第２絶縁層４９は第１導電性基板１３に対面する内表面に形成されており、圧電体層３７と一体化されていることが好ましい。【００２８】
（第４の実施形態）
図５Ａ〜図５Ｄと図６Ａ〜図６Ｄに示すように、第４の実施形態に係る圧電素子４０１は、第１導電性基板１３及び第２導電性基板１５が交互に複数回折り重ねられて形成されている。すなわち、一対の第１導電性基板１３，１３及び第１連結部２１は交互に配置されて一体化された一枚の導電性基板を成しており、一対の第１導電性基板１３，１３は互いに対向するように第１連結部２１で折り返されている。本第４の実施形態に係る圧電素子４０１は、積層の回数の点で、本第１の実施形態に係る圧電素子１と異なる。本第４の実施形態では、第１導電性基板１３を７層、第２導電性基板１５を６層用い、交互に積層している。【００２９】
図５Ａ〜図５Ｄ及び図６Ａ〜図６Ｄに示すように、本第４の実施形態に係る圧電素子４０１は、７つの第１導電性基板１３と、これらの第１導電性基板１３と交互に配置され、第１導電性基板１３とは異なる極に接続される６つの第２導電性基板１５と、を備えている。第１導電性基板１３と第２導電性基板１５の間には圧電体層１７，２７，３５，３７が配置されている。【００３０】
第２導電性基板１５を介して積層方向に隣り合う２つの第１導電性基板１３，１３は、それぞれの側部１３ａ，１３ｂを電気的に接続する第１連結部２１により連結されている（図５Ｂ）。同様に、第１導電性基板１３を介して積層方向に隣り合う２つの第２導電性基板１５，１５は、それぞれの側部１５ａ，１５ｂを電気的に接続する第２連結部３３により連結されている（図５Ｄ）。【００３１】
以上のように、第４の実施形態に係る圧電素子４０１は、以下の（１）〜（４）に示す構成部材を有している。
（１）間隔を置いて対向する複数の第１導電性基板１３と隣り合う第１導電性基板１３間を接続する第１連結部２１とを備えた第１極構造体。
この第１極構造体は、第１導電性基板１３と第１連結部２１とが交互に配置された一枚の導電性基板（第１の部材）４５（図６Ａ，図６Ｂ）を隣り合う第１導電性基板１３が対向するように第１連結部２１で折り返してなる。
（２）それぞれ隣り合う第１導電性基板間に設けられているとともに互いに間隔を置いて対向する複数の第２導電性基板１５と隣り合う第２導電性基板１５間を接続する第２連結部３３とを備えた第２極構造体。
この第２極構造体は、第２導電性基板１５と第２連結部３３とが交互に配置された一枚の導電性基板（第２の部材）４７（図６Ｃ，図６Ｄ）を隣り合う第２導電性基板１５が対向するように第２連結部３３で折り返してなる。これにより、第１極構造体の互いに対向する第１導電性基板１３の間に、第２極構造体の第２導電性基板１５の一つが入るように順次配置されている。
また、これらの第１極構造体と第２極構造体とは、第１導電性基板１３と第２導電性基板１５が交互に配置されるように組み合わされる。
（３）第１導電性基板１３と第２導電性基板１５の間に重ねて設けられた２つの圧電体層。
これらの２つの圧電体層のうちの一方の圧電体層１７，２７は第１導電性基板１３に接し、他方の圧電体層３５，３７は第２導電性基板１５に接している。
（４）第１連結部２１の表面に設けられた第１絶縁層１９，２９と、第２連結部３３の表面に設けられた第２絶縁層４３，４９。
具体的には、第１連結部２１の内表面には第１絶縁層１９又は第１絶縁層２９が形成されており、第１連結部２１の外表面には第１絶縁層２９又は第１絶縁層１９が形成されている。第２連結部３３の内表面には第２絶縁層４３又は第２絶縁層４９が形成されており、第２連結部３３の外表面には第２絶縁層４９又は第２絶縁層４３が形成されている。
ここで、第１絶縁層１９又は第１絶縁層２９は、第１連結部２１の内表面または外表面のいずれか一方に形成されていればよく、第２絶縁層４３又は第２絶縁層４９は第２連結部３３の内表面又は外表面のいずれか一方に形成されていればよい。【００３２】
図７Ａ〜図７Ｄは、圧電素子４０１の製造方法の一例を示す工程図である。図７Ａに示すように、この製造方法では、まず、７つの第１導電性基板１３が第１連結部２１を介して直列に接続された第１の部材４５を作製する。ついで、６つの第２導電性基板１５が第２連結部３３を介して直列に接続された第２の部材４７を作製する。【００３３】
次に、図７Ｂに示すように、第１導電性基板１３の両主面に圧電体層１７及び圧電体層２７をそれぞれ形成する。また、第１連結部２１の表裏面にも第１絶縁層１９及び第１絶縁層２９をそれぞれ形成する。同様に第２導電性基板１５の両主面に圧電体層３５及び圧電体層３７をそれぞれ形成する。また、第２連結部３３の表裏面にも第２絶縁層４３及び第２絶縁層４９を形成する。【００３４】
ついで、図７Ｃに示すように、第１の部材４５を複数の第１連結部２１においてそれぞれ折り返して複数の第１導電性基板１３をほぼ平行に重なるように配列するとともに、第２の部材４７を第２連結部３３においてそれぞれ折り返して複数の第２導電性基板１５をほぼ平行に重なるように配列する。これらの第１の部材４５と第２の部材４７を、図７Ｃに示すように、組み合わせることで第１導電性基板１３と第２導電性基板１５とを圧電体層１７、２７、３５，３７を介して交互に積層する。【００３５】
（第５の実施形態）
本発明に係る第５の実施形態の圧電素子５０１は、連結部の構造が第１の実施形態の圧電素子１と異なっている他は、第１の実施形態の圧電素子１と同様に構成されている。以下の説明で参照する図面において、第１の実施形態の圧電素子１と同様の部材については同様の符号を付して示しており、特に説明しない限りは第１の実施形態の部材と同様の構成である。
すなわち、図８Ａ、図８Ｂに示すように、第５の実施形態の圧電素子５０１は、第１の実施形態の第１連結部２１、第１絶縁層１９及び空間２３に代えて、それらと形状がそれぞれ異なる第１連結部２１０、第１絶縁層１９０及び空間２３０を備えている。
そして、第１導電性基板１３のそれぞれの側部１３ａ，１３ｂは、第１連結部２１０により電気的に接続され、その第１連結部２１０は、一方の側部１３ａから他方の側部１３ｂに架け渡されたアーチ状のものであるが、その形状が第１連結部２１と異なっている。【００３６】
具体的には、この第５の実施形態において、第１連結部２１０の外周及び内周は円弧形状であり、さらにその外周円弧に対する中心角より内周円弧に対する中心角の方が大きくなっている。換言すると、外周円弧の曲率半径が内周円弧の曲率半径よりも大きくなっている。このように構成することで、第１連結部２１０の厚さを第１導電性基板１３の厚さより薄くでき、さらに第１連結部２１０は、第１連結部２１０の両端から中央に向かって漸次厚みが薄くなるようにできる。また、第２連結部３３０についても、その外周及び内周は円弧形状であり、さらにその外周円弧に対する中心角より内周円弧に対する中心角の方が大きくなっているようにすることができ、それによって両端から中央に向かって漸次厚みが薄くなるようにできる。【００３７】
また、第１連結部２１０の表面のうち、第２導電性基板１５の側面に面した内表面には第１絶縁層１９０が形成されている。このように第１連結部２１０の内表面に第１絶縁層１９０が形成されているので、第１導電性基板１３と第２導電性基板１５が短絡するのを抑制できる。その結果、圧電素子５０１の感度が低下するのを長期にわたり抑制できるので、耐久性が向上する。また、第１連結部２１０の内表面が第１絶縁層１９０と空間２３０を介して圧電素子５０１の側面から離隔しているので、第１導電性基板１３と第２導電性基板１５の短絡抑制効果をさらに向上させることができる。【００３８】
また、上述したように、図８Ｂ及び図９Ｂに示すように、第１連結部２１０は、その厚みが第１導電性基板１３の厚みよりも薄くなっている。具体的には、第１連結部２１０を折り返したときに圧電素子５０１の側面に面する側の内表面は、その断面が円弧状であり、中央付近の厚みが最も薄く、両端部（第１導電性基板１３との境界付近）の厚みが最も大きく第１導電性基板１３の厚みとほぼ同程度である。このように第１連結部２１０の厚みが両端側から中央側に向かって漸次薄くなることで、局部的に応力が集中するのを抑制できる。【００３９】
また、第１連結部２１０の内表面側の厚みを薄くすることで、図８Ｂに示すように第１連結部２１０が折り返されたときに内側となって圧縮応力がかかりやすい部位において応力を低減することができる。その結果、この内表面に第１絶縁層１９０が形成されている場合であっても第１絶縁層１９０にクラックが発生するなどの不具合を抑制することができる。この効果は、第１絶縁層１９０が特にセラミックスからなるときに顕著となる。第１絶縁層１９０は圧電体層１７と同じ圧電性セラミックスからなるのが好ましい。これにより、圧電体層１７と同じ工程で第１絶縁層１９０を形成することができるので、後述する製造工程が簡略化でき、コストダウンを図ることが可能になる。【００４０】
また、第１絶縁層１９０の厚みが第１連結部２１０の厚みよりも薄いことが好ましく、これにより、図８Ｂに示すように第１連結部２１０が折り返されても、第１絶縁層１９０にクラックが生じるのを抑制できる。この効果は、第１絶縁層１９０が特にセラミックスからなるときに顕著となる。第１絶縁層１９０は圧電体層１７と同じ圧電性セラミックスからなるのが好ましい。これにより、圧電体層１７と同じ工程で第１絶縁層１９０を形成できるので、後述する製造工程が簡略化でき、コストダウンを図ることが可能になる。【００４１】
図１０Ａ〜図１０Ｄは圧電素子５０１の製造方法の一例を示す工程図である。図１０Ａに示すように、この製造方法では、まず、２つの第１導電性基板１３が第１連結部２１０を介して接続された第１の部材２５０と、第２導電性基板１５からなる第２の部材３９とを作製する。
次に、第１の部材２５０における第１連結部２１０に、断面が円弧状の凹みを形成する。
第１の部材２５０における第１連結部２１０に、断面が円弧状の凹みを形成するには、エッチング、研削加工、プレス加工、鍛造などの方法を用いればよい。【００４２】
ついで、図１０Ｂに示すように、第１導電性基板１３の表面に圧電体層１７を形成し、第１連結部２１０の表面に第１絶縁層１９０を形成する。圧電体層１７を第１導電性基板１３の表面に形成する方法、第１絶縁層１９０を第１連結部２１０の表面に形成する方法としては、例えば蒸着法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、スクリーン印刷法などの公知の手段を用いて、所要の被膜を形成し、しかるのち、焼成等の処理を行って形成することができる。【００４３】
次に、第１の部材２５０を第１連結部２１０において折り返して、２つの第１導電性基板１３，１３をほぼ平行に配置し、これらの第１導電性基板１３，１３の間に第２導電性基板１５を配置して(図１０Ｃ)、第１導電性基板１３と第２導電性基板１５とを交互に積層する(図１０Ｄ)。圧電体層１７をゾルゲル法やスクリーン印刷法で形成した場合は、その後に焼成工程を施すことがある。圧電体層１７が多結晶体である場合にはその後に第１導電性基板１３と第２導電性基板１５との間に所定の電圧を印加して圧電体層１７を分極する工程を施すことがある。【００４４】
（第６の実施形態）
図１１に示すように、第６の実施形態に係る圧電素子は、圧電体層の形成位置の点で本第５の実施形態に係る圧電素子５０１と異なる。すなわち、本実施の形態に係る圧電素子６０１では、第１連結部２１０の内表面に第１絶縁層１９０が形成されているとともに、第１連結部２１０の外表面にも第１絶縁層２９０が形成されている。これにより、第１導電性基板１３における外表面側の他部材との絶縁性を高めることができるとともに、腐食、他部材からの衝撃などに対する第１連結部２１０の耐久性が向上する。圧電素子６０１はその表裏面に圧電体層２７がそれぞれ形成されているので、上記と同様に衝撃や腐食に対する耐久性が向上する。【００４５】
（第７の実施形態）
本発明に係る第７の実施形態の圧電素子７０１は、連結部の構造が第４の実施形態の圧電素子４０１と異なっている他は、第４の実施形態の圧電素子４０１と同様に構成されている。以下の説明で参照する図面において、第１の実施形態の圧電素子１と同様の部材については同様の符号を付して示しており、特に説明しない限りは第４の実施形態の部材と同様の構成である。
すなわち、図１２Ａ〜図１２Ｄに示すように、第７の実施形態の圧電素子７０１は、第４の実施形態の第１連結部２１、第１絶縁層１９及び空間２３に代えて、それらと形状がそれぞれ異なる第１連結部２１０、第１絶縁層１９０及び空間２３０を備え、第４の実施形態の第２連結部３３、第２絶縁層４３，４９に代えて、それらと形状がそれぞれ異なる第２連結部３３０、第２絶縁層４３０，４９０を備えている。
ここで、第７の実施形態の圧電素子７０１において、第１連結部２１０、第１絶縁層１９０及び空間２３０は第５の実施形態と同様に構成されている。
また、第２連結部３３０、第２絶縁層４３０，４９０も第５の実施形態の第１連結部２１０、第１絶縁層１９０と同様に構成されている。【００４６】
以上のように構成された第７の実施形態の圧電素子７０１は、図１２Ａ〜図１２Ｄ及び図１３Ａ〜図１３Ｄに示すように、７つの第１導電性基板１３と、これらの第１導電性基板１３と交互に配置され、第１導電性基板１３とは異なる極に接続される６つの第２導電性基板１５と、を備えている。第１導電性基板１３と第２導電性基板１５の間には圧電体層１７，２７，３５，３７が配置されている。【００４７】
また、第２導電性基板１５を介して積層方向に隣り合う２つの第１導電性基板１３，１３は、それぞれの側部１３ａ，１３ｂを電気的に接続する第１連結部２１０より連結されている。同様に、第１導電性基板１３を介して積層方向に隣り合う２つの第２導電性基板１５，１５は、それぞれの側部１５ａ，１５ｂを電気的に接続する第２連結部３３０により連結されている。【００４８】
第１連結部２１０の内表面には第１絶縁層１９０が形成されており、連結部１９の外表面には第１絶縁層２９０が形成されている。第２連結部３３０の内表面には第２絶縁層４３０が形成されており、第２連結部３３０の外表面には第２絶縁層４９０が形成されている。【００４９】
図１４Ａ〜図１４Ｄは、圧電素子７０１の製造方法の一例を示す工程図である。図１４Ａに示すように、この製造方法では、まず、７つの第１導電性基板１３が第１連結部２１０を介して直列に接続された第１の部材４５０を作製する。ついで、６つの第２導電性基板１５が第２連結部３３０を介して直列に接続された第２の部材４７０を作製する。【００５０】
次に、図１４Ｂに示すように、第１導電性基板１３の両主面に圧電体層１７及び圧電体層２７をそれぞれ形成する。また、第１連結部２１０の表裏面にも第１絶縁層１９０及び第１絶縁層２９０をそれぞれ形成する。同様に第２導電性基板１５の両主面に圧電体層３５及び圧電体層３７をそれぞれ形成する。また、第２連結部３３０の表裏面にも第２絶縁層４３０及び第２絶縁層４９０を形成する。【００５１】
ついで、第１の部材４５０を複数の第１連結部２１０においてそれぞれ折り返して複数の第１導電性基板１３をほぼ平行に配列するとともに、第２の部材４７０を第２連結部３３０においてそれぞれ折り返して複数の第２導電性基板１５をほぼ平行に配列する。これらの第１の部材４５０と第２の部材４７０を組み合わせることで第１導電性基板１３と第２導電性基板１５とを交互に積層する。【００５２】
（第８の実施形態）
図１５Ａに示すように、この第８の実施形態に係る圧電素子では、第１連結部５１の両方の主面にそれぞれ凹みが形成されており、第１連結部５１の断面は両方の主面が円弧状になっている。これにより、第１連結部５１において折り返したときの応力緩和効果をより高めることができる。【００５３】
（第９の実施形態）
図１５Ｂに示すように第１連結部５３の厚みをほぼ一定にしつつ、第１導電性基板１３の厚みよりも薄くしてもよい。この場合には加工が容易であるという利点がある。【００５４】
（圧力センサ）
図１６に示すように、この圧力センサは、金属などからなるハウジング１０１内に圧電素子７０１が搭載されている。ハウジング１０１の先端（図中の下端）にはダイヤフラム状の受圧面１０３が設けられている。この受圧面１０３は例えば内燃機関のシリンダ内に配置される。受圧面１０３で受圧した圧力はハウジング１０１内の圧力伝達部材１０５を経由して圧電素子７０１に伝達される。圧電素子７０１に加わる圧力に応じて発生する電荷を公知の手段で検出することにより圧力を検知できる。圧力伝達部材１０５の一端は受圧面１０３に接しており、他端は圧電素子７０１に接している。圧電素子７０１の上面を押圧する固定螺子１０７によって圧電素子７０１及び圧力伝達部材１０５が受圧面１０３に押さえつけられている。【００５５】
以上の圧力センサでは、本発明に係る第７の実施形態の圧電素子７０１を用いたが、例えば、本発明に係る第４の実施形態の圧電素子４０１などの本発明に係る他の実施形態の圧電素子を用いて構成してもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
0005527545.tif 000035
【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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