(57)【要約】  大きな変位量を得ることができ、電極間のマイグレーションが生じ難い、圧電素子及び該圧電素子を用いた圧電ポンプを得る。  第１の圧電体層２１を介して第１，第２の励振電極２６，２７が積層型圧電体の中央領域で対向されており、積層型圧電体の周辺部において、第２の圧電体層２２を介して第３，第４の励振電極２８，２９，３０，３１が対向しており、第１，第２の励振電極２６，２７が対向している第１の駆動領域における分極方向及び電界印加方向が、第３の励振電極２８，２９と第４の励振電極３０，３１とが対向している第２の駆動領域における分極方向及び電界印加方向と同じ方向とされており、第２の励振電極２７と第３の励振電極２８，２９とが厚み方向において隔てられている、積層型圧電素子５及び該積層型圧電素子５の中央部の屈曲変位を利用して液体を吐出させる圧電ポンプ１。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の圧電体層と、第２の圧電体層と、第１，第２の圧電体層の間に積層された第３の圧電体層とを有する積層型圧電体と、
前記圧電体の第１の圧電体層を挟んで対向しており、かつ第１の圧電体層を平面視した場合の中央領域に位置している第１，第２の励振電極と、
前記第２の圧電体層を挟んで対向しており、かつ前記第１，第２の励振電極が設けられている領域の周辺の領域に配置された第３，第４の励振電極とを備え、
前記第１，第２の励振電極が第１の圧電体層を介して重なり合っている第１の駆動領域の第１の圧電体層部分が積層型圧電体の厚み方向に分極されており、
前記第３，第４の励振電極が第２の圧電体層を介して重なり合っている第２の駆動領域の第２の圧電体層部分が、前記第１の駆動領域と同じ方向に分極処理されていることを特徴とする、積層型圧電素子。
【請求項２】
前記第１，第２の圧電体層の少なくとも一方の圧電体層の積層方向外側に、第４の圧電体層が積層されている、請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項３】
前記第１，第２の圧電体層の外側に圧電体層を有しておらず、前記第１の圧電体層の外表面に前記第２の励振電極が形成されており、前記第２の圧電体層の外表面に前記第３の励振電極が形成されている、請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項４】
前記圧電体層の全体が厚み方向に一様に分極処理されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型圧電素子。
【請求項５】
前記第１，第２の駆動領域において、第１，第２の圧電体層が厚み方向に分極されており、第１，第２の駆動領域以外の圧電体部分が分極されていない、請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
平面視した際に、前記第１の駆動領域の外側の端縁と、前記第２の駆動領域の第１の駆動領域側の端縁とが接するように第１，第２の駆動領域が配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の積層型圧電素子。
【請求項７】
平面視した際に、前記第１の駆動領域の外側の端縁と、前記第２の駆動領域の前記第１の駆動領域側の端縁とが隔てられており、第１，第２の駆動領域間に緩衝部が配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の積層型圧電素子。
【請求項８】
前記第１の駆動領域の両側に一対の第２の駆動領域が配置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層型圧電素子。
【請求項９】
前記第１，第２の励振電極の平面形状が正方形または矩形であり、前記第３，第４の励振電極の平面形状が矩形である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層型圧電素子。
【請求項１０】
ポンプ室を有するポンプ本体と、ポンプ室を閉成するようにポンプ本体に保持されており、電圧が印加された際に屈曲変位してポンプ室の容積を変化させる圧電素子とを備え、
前記圧電素子の前記ポンプ室を閉成している部分が、中央部と、中央部を囲む周辺部とを有し、印加される駆動電圧により中心部と駆動部が逆方向に屈曲変位される圧電ポンプにおいて、前記圧電素子が、請求項１〜９のいずれか１項に記載の積層型圧電素子を有することを特徴とする、圧電ポンプ。
【請求項１１】
前記圧電素子が、ダイヤフラムをさらに備え、ダイヤフラムの片面に前記積層型圧電素子が固定されており、ダイヤフラムの積層型圧電素子が固定されている側とは反対側の面が前記ポンプ室を閉成している部分である、請求項１０に記載の圧電ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、圧電ポンプなどに用いられる積層型の圧電素子及び圧電ポンプに関し、より詳細には、中央部と中央部を囲む周辺部とが逆方向に屈曲変位される積層型圧電素子及び該積層型圧電素子を用いた圧電ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子を用いて液体等を吐出する圧電ポンプが知られている。圧電ポンプでは、ポンプ室を有するポンプ本体と、ポンプ室の開口部を閉じるようにポンプ本体に固定された圧電素子とが備えられている。電圧が印加されて圧電素子が屈曲変位すると、該圧電素子の変位により、ポンプ室の容積が変化し、それによって液体がポンプ室に導かれ、またはポンプ室から吐出される。【０００３】
大きな吐出量を得るには、圧電素子の中心部が大きく変位することが求められている。【０００４】
そこで、下記の特許文献１には、図１３に示す圧電素子を用いた圧電ポンプが開示されている。図１３に示すように、圧電素子１００１では、第１，第２の圧電体１００２，１００３が金属板１００４を介して貼り合わされている。圧電体１００２の上面に、中央電極１００５と、周辺電極１００６とが形成されている。圧電体１００３の下面にも、中央電極１００７と周辺電極１００８とが形成されている。【０００５】
交流電源１００９の一端が共通電極としての金属板１００４に電気的に接続されている。交流電源１００９の他端が、制御部１０１０を介して周辺電極１００６，１００８に電気的に接続されており、かつ反転器１０１１を介して中央電極１００５，１００７に電気的に接続されている。【０００６】
第１，第２の圧電体１００２，１００３は、矢印Ｐで示すように、全体が厚み方向において同じ向きに分極されている。【０００７】
ここでは、中央電極１００５，１００７と、周辺電極１００６，１００８とに位相が１８０°異なる電圧が印加される。【０００８】
従って、圧電体１００２，１００３では、中央部に加わる電界Ｅの方向と周辺部に加わる電界Ｅの方向とが逆方向とされている。従って、圧電体１００２の中央部に図示のように伸び変位が発生している場合、圧電体１００３の中央部は縮む方向に変位する。また、第１の圧電体１００２において、周辺部が縮む方向に変位し、第２の圧電体１００３においては、周辺部が伸びる方向に変位する。【０００９】
従って、圧電素子１００１では、中央部において大きな変位を得ることができる。【００１０】
しかしながら、第１の圧電体１００２の外表面に形成された中央電極１００５と周辺電極１００６とに加わる電位が異なるため、これらの間でマイグレーションによる短絡のおそれがあった。同様に、第２の圧電体１００３の下面においても、中央電極１００７と周辺電極１００８との間で短絡のおそれがあった。【００１１】
加えて、図１３に示すように複雑な配線を必要とし、さらに反転器１０１１を必要とし、駆動回路が複雑であった。【００１２】
これに対して、下記の特許文献２には、図１４に示す圧電素子を用いた圧電ポンプが開示されている。図１４に示す圧電素子１１０１では、第１，第２の圧電体層１１０２，１１０３が電極１１０４を介して積層された積層型圧電セラミック体１１０５を有する。【００１３】
積層型圧電セラミック体１１０５の上面には、中央電極１１０６及び周辺電極１１０７が形成されている。積層型圧電セラミック体１１０５の下面には、中央電極１１０８及び周辺電極１１０９が形成されている。ここでは、中央部が矢印Ｐで示すように、積層型圧電セラミック体１１０５の上面から下面に向かう方向に分極されている。これに対して、周辺部は、厚み方向において逆方向に分極されている。すなわち、積層型圧電セラミック体１１０５の下面から上面に向かう方向に分極されている。【００１４】
駆動に際しては、中央電極１１０６及び周辺電極１１０９に第１の電位を、中央電極１１０８及び周辺電極１１０７に第２の電位を与え、電極１１０４に、第１，第２の電位の間の大きさの第３の電位を与える。すなわち、第１の電位＞第３の電位＞第２の電位である。【００１５】
それによって、圧電素子１１０１においても、第１の圧電体層１１０２が伸びる方向に変位した場合、第２の圧電体層１１０３の中央部が縮む方向に変位し、第１，第２の圧電体層において、周辺部は中央部と逆方向に変位する。従って、圧電素子１１０１においても、中央部における変位量の拡大を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平３−５４３８３号公報
【特許文献２】ＷＯ２００８／００７６３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
前述したように、圧電ポンプに用いられる圧電素子では、中央部の変位量を大きくすることが強く求められているが、特許文献１に記載の圧電素子１００１では、このような要求に十分に応えることはできなかった。【００１８】
圧電素子１００１では、第１の圧電体１００２の中央部と、第２の圧電体１００３の中央部とは、前述したように、逆方向に変位するが、駆動に際し、いずれかの圧電体において分極方向とは逆方向に電界が印加されることになる。例えば、図１３に示されている状態では、第１の圧電体１００２の中央部において、分極方向Ｐと、電界印加方向Ｅとが逆方向とされている。従って、加えられる電界Ｅの強度を、さほど高めることはできなかった。すなわち、抗電界以上の大きさの駆動電界を印加すると、脱分極が生じるので、駆動電界は抗電界Ｅよりも小さくしなければならなかった。そのため、大きな変位を得ることが困難であった。【００１９】
他方、図１４に示した圧電素子１１０１では、中央電極１１０６と、周辺電極１１０７とが異なる電位に接続されるため、両者の間でマイグレーションが生じるおそれがあった。同様に、中央電極１１０８と、周辺電極１１０９もまた、異なる電位に接続されるため、両者の間でマイグレーションの生じるおそれがあった。【００２０】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、駆動電圧を高めることができ、それによって大きな変位量を得ることができ、さらに電極間のマイグレーションが生じ難い圧電素子及び該圧電素子を用いた圧電ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明によれば、第１の圧電体層と、第２の圧電体層と、第１，第２の圧電体層の間に積層された第３の圧電体層とを有する積層型圧電体と、前記圧電体の第１の圧電体層を挟んで対向しており、かつ第１の圧電体層を平面視した場合の中央領域に位置している第１，第２の励振電極と、第２の圧電体層を挟んで対向しており、かつ前記第１，第２の励振電極が設けられている領域の周辺の領域に配置された第３，第４の励振電極とを備え、前記第１，第２の励振電極が第１の圧電体層を介して重なり合っている第１の駆動領域の第１の圧電体層部分が積層型圧電体の厚み方向に分極されており、前記第３，第４の励振電極が前記第２の圧電体層を介して重なり合っている第２の駆動領域の第２の圧電体層部分が、前記第１の駆動領域と同じ方向に分極処理されていることを特徴とする、積層型圧電素子が提供される。【００２２】
本発明に係る積層型圧電素子のある特定の局面では、前記第１，第２の圧電体層の少なくとも一方の圧電体層の積層方向外側に、第４の圧電体層が積層されている。この場合には、第１，第２の励振電極及び第３，第４の励振電極のうち少なくとも一方が第４の圧電体層により覆われるため、第１，第２の励振電極間の短絡及び／または第３，第４の励振電極間の短絡が生じ難い。また、第１，第２の励振電極及び／または第３，第４の励振電極に液体が接触し難いので、これらの励振電極が腐食し難い。【００２３】
本発明に係る積層型圧電素子の他の特定の局面では、前記第１，第２の圧電体層の外側に圧電体層を有しておらず、前記第１の圧電体層の外表面に前記第２の励振電極が形成されており、前記第２の圧電体層の外表面に前記第３の励振電極が形成されている。このように、第４の圧電体層は設けられずともよい。この場合には、製造工程が容易となり、かつ第４の圧電体層が存在しないため、変位量の拡大を図ることができる。【００２４】
本発明に係る積層型圧電素子の別の特定の局面では、前記圧電体層の全体が厚み方向に一様に分極処理されている。この場合には、分極を容易に行うことができる。【００２５】
もっとも、本発明においては、前記第１，第２の駆動領域において、第１，第２の圧電体層が厚み方向に分極されており、第１，第２の駆動領域以外の圧電体部分が分極されていない構造であってもよい。【００２６】
また、本発明に係る積層型圧電素子のさらに別の特定の局面では、平面視した際に、前記第１の駆動領域の外側の端縁と、前記第２の駆動領域の第１の駆動領域側の端縁とが接するように第１，第２の駆動領域が配置されている。この場合には、積層型圧電素子の小型化を図ることができる。【００２７】
もっとも、本発明においては、平面視した際に、前記第１の駆動領域の外側の端縁と、前記第２の駆動領域の前記第１の駆動領域側の端縁とが隔てられており、第１，第２の駆動領域間に緩衝部が配置されていてもよい。この場合には、緩衝部の存在により、大きな変位量を得ることができる。【００２８】
本発明に係る積層型圧電素子では、第１の駆動領域の両側に一対の第２の駆動領域が配置されていてもよく、また第１の駆動領域を囲むように第２の駆動領域が配置されていてもよい。【００２９】
また、本発明に係る積層型圧電素子のさらに他の特定の局面では、前記第１，第２の励振電極の平面形状が正方形または矩形であり、前記第３，第４の励振電極の平面形状が矩形である。この場合には、正方形または矩形の平面形状の励振電極を、導電ペーストの印刷等により容易にかつ高精度に形成することができる。【００３０】
本発明に係る圧電ポンプは、ポンプ室を有するポンプ本体と、ポンプ室を閉成するようにポンプ本体に保持されており、電圧が印加された際に屈曲変位してポンプ室の容積を変化させる圧電素子とを備え、前記圧電素子の前記ポンプ室を閉成している部分が、中央部と、中央部を囲む周辺部とを有し、印加される駆動電圧により中心部と駆動部が逆方向に屈曲変位される圧電ポンプにおいて、前記圧電素子が、本発明に従って構成された積層型圧電素子を有する。【００３１】
上記圧電ポンプでは、積層型圧電素子は様々な形態で固定・保持され得るが、周辺部において固定されたとしても、中央部において大きな変位量を得ることができる。ある特定の局面では、上記積層型圧電素子がダイヤフラムの片面に固定されており、ダイヤフラムの積層型圧電素子の固定されている面とは反対側の面がポンプ室を閉成するように配置されている。すなわち、ユニモルフ型の圧電振動子が、積層型圧電素子及びダイヤフラムにより構成され、それによって、より一層大きな変位量を得ることができる。この場合、圧電素子は、ダイヤフラム及び積層型圧電素子を有し、ダイヤフラムの周縁部で固定されてもよく、あるいはダイヤフラム及び積層型圧電素子の双方の周縁部で固定されていてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る積層型圧電素子では、電圧が印加された際に圧電効果により駆動される部分が上記第１の駆動領域と第２の駆動領域とであり、第１の駆動領域が中央部に、第２の駆動領域が周辺部に位置されており、第１，第２の駆動領域がそれぞれ第１，第２の圧電体層に配置されており、各駆動領域における分極方向及び電界印加方向が同じ方向とされているため、第１，第２の駆動領域の双方に、抗電界以上の駆動電圧を印加することができる。従って、積層型圧電素子を周辺部で固定したとしても、中央領域において大きな変位量を得ることができる。【００３３】
また、積層型圧電体内の同じ高さ位置の平面内に、異なる電位に接続される励振電極が存在しないため、電極間のマイグレーションも生じ難い。【００３４】
よって、本発明に係る積層型圧電素子を用いることにより、例えば圧電ポンプでは吐出量を大きくすることができるとともに、電極間のマイグレーションによる故障が生じ難いため、信頼性も高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る積層型圧電素子を説明するための斜視図、正面断面図及び変位状態を示す模式的正面断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る積層型圧電素子の分解斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る圧電ポンプの模式的平面図である。
【図４】図４は、図３のＸ−Ｘ線に沿う部分を示す断面図である。
【図５】図５は、図３のＹ−Ｙ線に沿う部分を示す断面図である。
【図６】図６は、第１の実施形態の積層型圧電素子を駆動した際の駆動電圧と変位量との関係を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態に係る積層型圧電素子を示す正面断面図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施形態に係る積層型圧電素子を示す正面断面図である。
【図９】図９は、本発明の第４の実施形態に係る積層型圧電素子を示す正面断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第５の実施形態に係る積層型圧電素子を示す正面断面図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態の積層型圧電素子を得るためのマザーの積層体を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の圧電素子の変形例を説明するための分解斜視図である。
【図１３】図１３は、従来の圧電ポンプに用いられる圧電素子の一例を示す模式図である。
【図１４】図１４は、従来の圧電ポンプの他の例に用いられている圧電素子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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。
【００３７】
図３は、本発明の一実施形態に係る圧電ポンプの模式的平面図であり、図４は図３のＸ−Ｘ線に沿う断面図であり、図５はＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【００３８】
圧電ポンプ１は、ポンプ本体２を有する。ポンプ本体２は、本実施形態では、上面に凹部が形成されたプレート状部材である。ポンプ本体２は、金属または合成樹脂などの高い剛性を有する材料からなる。
【００３９】
ポンプ本体２の凹部を閉成するように圧電素子３が配置されている。圧電素子３は、金属板からなるダイヤフラム４の上面に積層型圧電素子５を固定したユニモルフ構造を有する。この積層型圧電素子５の詳細は後ほど説明することとする。
【００４０】
上記圧電素子３により、ポンプ本体２の凹部が閉成され、ポンプ室２ａが形成されている。
【００４１】
ダイヤフラム４の周縁部がポンプ本体２の上面と押さえ板１２に挟まれて、固定されている。従って、ユニモルフ型の圧電素子３は、周縁部において機械的に保持されている。
【００４２】
上記圧電素子３の中央部、より具体的には積層型圧電素子５の中央部が屈曲変位した場合、ポンプ室２ａの体積が変化することとなる。例えば、積層型圧電素子５の中央部が下方に向かって突出するように変位した場合、ポンプ室２ａの容積が小さくなる。
【００４３】
他方、ポンプ室２ａには、接続流路６を介して流入側弁室７が接続されている。流入側弁室７には、流入側逆止め弁８が配置されている。流入側逆止め弁８は、流入側弁室７の上方に設けられた開口７ａを閉成するように取り付けられている。液体を吸引する場合には、流入側逆止め弁８が開き、液体が流入側弁室７に導かれるが、流入側逆止め弁８は、流入側弁室７内の液体の開口７ａ側への流出を防止する。
【００４４】
他方、ポンプ室２ａには、接続流路９を介して流出側弁室１０が接続されている。流出側弁室１０では、開口１０ａの下方に流出側逆止め弁１１が配置されている。流出側逆止め弁１１は、ダイヤフラム４に設けられた開口４ａを閉成するように、ダイヤフラム４の上面に固定されている。流出側逆止め弁１１は、液体をダイヤフラム４の上方に移動させることを許容するが、逆に開口４ａを経て接続流路９側に液体が移動することを防止する。
【００４５】
なお、本実施形態では、ポンプ室２ａの平面形状は矩形であるが、円形等の他の形状であってもよい。
【００４６】
圧電ポンプ１では、圧電素子３が屈曲変位した場合、ポンプ室２ａの容積が変化し、これによって液体の流入及び吐出が行われる。例えば、積層型圧電素子５の中央部が下方に突出するように変位した場合、ポンプ室２ａの容積が小さくなる。その状態から図４及び図５に示す初期状態に復帰すると、ポンプ室２ａの容積が大きくなるため、ポンプ室２ａ内の圧力が低下し、液体が流入側弁室７内に導かれ、ひいては接続流路６を介してポンプ室２ａに導かれる。
【００４７】
再度、積層型圧電素子５の中央部が下方に突出するように屈曲変位すると、ポンプ室２ａの容積が小さくなり、ポンプ室２ａ内の液体が流出側弁室１０に向かって移動し、開口１０ａから吐出される。
【００４８】
上記圧電ポンプ１における液体吐出量を大きくするには、積層型圧電素子５の変位量を大きくすることが強く求められる。
【００４９】
図１（ａ）〜（ｃ）及び図２を参照して、本発明の第１の実施形態に係る積層型圧電素子を説明する。
【００５０】
図１（ａ）に示すように、積層型圧電素子５は、セラミックス−内部電極一体焼成技術により得られたモノリシックな積層型圧電体を用いて形成されている。予め焼成された圧電体を貼り合わせたものではないため、積層型圧電素子５では、薄型化及び小型化を図ることができる。
【００５１】
この積層型圧電体では、第１の圧電体層２１と、第２の圧電体層２２とが第３の圧電体層２３を介して積層されている。第１の圧電体層２１の下方に第４の圧電体層２４が積層されている。第２の圧電体層２２の上面にも第４の圧電体層２５が積層されている。
【００５２】
図２に分解斜視図で示されているように、第１の圧電体層２１の下面すなわち第４の圧電体層２４の上面には、正方形状の第１の励振電極２６が形成されている。第１の圧電体層２１を介して第１の励振電極２６と対向するように、同じく正方形状の第２の励振電極２７が形成されている。なお、第１，第２の励振電極２６，２７は、矩形形状を有していてもよく、また円形や三角形等の他の形状を有していてもよい。
【００５３】
第１，第２の励振電極２６，２７は、積層型圧電素子５を平面視した際に、中央領域に位置している。なお、中央領域とは、平面視した場合の中央を含む領域であって、後述する周辺部よりも内側に位置している領域をいうものとする。
【００５４】
他方、第３の圧電体層２３の上面、すなわち第２の圧電体層２２の下面には、第３の励振電極２８，２９が形成されている。第３の励振電極２８，２９は、積層型圧電素子５を平面視した際の周辺部に配置されている。すなわち、第３の励振電極２８，２９は、第１，第２の励振電極２６，２７と厚み方向において重なり合わないように形成されている。
【００５５】
第３の励振電極２８，２９と第２の圧電体層２２を介して重なり合うように、第４の励振電極３０，３１が形成されている。
【００５６】
また、図１（ａ）に示すように、積層型圧電素子５では、一方の側面５ａに、第１の端子電極３２が形成されており、他方の側面５ｂに第２の端子電極３３が形成されている。前述した第２の励振電極２７及び第４の励振電極３０，３１は、側面５ａに引き出されており、第１の端子電極３２に電気的に接続されている。他方、第１の励振電極２６及び第３の励振電極２８，２９は側面５ｂに引き出されており、第２の端子電極３３に電気的に接続されている。
【００５７】
また、図１（ｂ）に矢印Ｐで示すように、本実施形態では、第１，第２の励振電極２６，２７で挟まれている第１の駆動領域が厚み方向に分極されている。また、第３，第４の励振電極２８，２９，３０，３１で挟まれている第２の駆動領域も厚み方向に分極されており、第１，第２の駆動領域の分極方向は同じ方向であり、積層型圧電素子５の厚み方向において下方から上方に向かう方向とされている。
【００５８】
なお、第１，第２の駆動領域以外の圧電体部分は分極されていない。従って、分極に際しては、上記第１，第２の励振電極２６，２７間に、また第３の励振電極２８，２９と、第４の励振電極３０，３１との間に分極電圧を印加して分極が行われる。
【００５９】
積層型圧電体を得るにあたっては、適宜の圧電セラミック粉末を主体とするセラミックグリーンシート上に、導電ペーストを塗布し、第１、第２、第３または第４の励振電極が上面に形成されたセラミックグリーンシートを得る。これらのセラミックグリーンシートを積層し、さらに最上部に第４の圧電体層２５を形成するための無地のセラミックグリーンシートを積層し、厚み方向に圧着する。しかる後、得られた積層体を焼成した後に、あるいは焼成前に、第１，第２の端子電極３２，３３を形成する。
【００６０】
上記セラミックグリーンシートは、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような適宜の圧電セラミック粉末を主体とするセラミックグリーンペーストをシート成形することにより得ることができる。また、上記励振電極２６〜３１は、ＡｇやＡｇ−Ｐｄペーストなどの導電ペーストをセラミックグリーンシート上に印刷し、焼成に際し焼き付けることにより形成される。
【００６１】
また、端子電極３２，３３は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄなどの適宜の金属により形成することができる。端子電極３２，３３の形成は、導電ペーストの塗布・焼き付け法の他、蒸着、メッキもしくはスパッタリングなどの薄膜形成法により形成されてもよい。
【００６２】
なお、上記圧電セラミックス、電極を構成する金属材料については特に限定されるものではない。
【００６３】
本実施形態の積層型圧電素子５の特徴は、図１（ｃ）にＣで示す領域で固定された場合、中央部において、大きな屈曲変位が得られることにある。
【００６４】
すなわち、図１（ｂ）に示すように、第１の駆動領域及び第２の駆動領域の分極方向は同じ方向である。そして、第１の端子電極３２と第２の端子電極３３との間に直流電圧を印加した場合、例えば図１（ｂ）に矢印Ｅで示すように電界を印加した場合、図１（ｃ）に示すように変位する。図１（ｃ）における変位の記号は図１３の下方に示した変位記号と同じ内容を意味する。
【００６５】
従って、図１（ｃ）に示すように、第１，第２の駆動領域では、分極方向Ｐと電界印加方向Ｅとが同一方向であるため、横方向に縮むように変位が生じる。そのため、第１の圧電体層２１においては、第１の駆動領域すなわち中央領域が縮む方向に変位し、その両側の周辺部は伸びる方向に変位する。
【００６６】
逆に、第２の圧電体層２２においては、第２の駆動領域すなわち周辺部が縮む方向に変位し、第２の駆動領域間に挟まれた中央領域は伸びる方向に変位することとなる。よって、周辺部と中央部とが、第１，第２の圧電体層２１，２２のいずれにおいても逆方向に変位するため、Ｃで示す周辺部で固定された場合、中央部において大きな屈曲変位を得ることができる。
【００６７】
また、本実施形態の積層型圧電素子５では、分極方向Ｐと電界印加方向Ｅとが同一方向であるため、抗電界以上の電圧を印加して駆動することができ、それによって大きな変位量を得ることができる。
【００６８】
よって、図３及び図５において、上記ダイヤフラム４の周縁部が押さえ板１２とポンプ本体２とで挟まれて固定されて圧電素子３が固定されているため、結果的に積層型圧電素子５もダイヤフラム４を介して周縁側が固定されていることになる。すなわち、積層型圧電素子５の中央部分はポンプ室２ａ上に位置し、ダイヤフラム４とともに屈曲変位可能とされている。図３の破線Ｄはポンプ室２ａの平面形状に対応しているが、積層型圧電素子５の第１の駆動領域の平面形状がポンプ室２ａに略一致されている。このように、ポンプ室２ａに臨む部分を第１の駆動領域とすることにより、ポンプ室２ａの容積を大きく変化させることができる。
【００６９】
もっとも、積層型圧電素子５の第１の駆動領域とポンプ室２ａの平面形状を一致させる必要は必ずしもない。ポンプ室２ａの方が、第１の駆動領域よりも大きな平面形状を有していてもよく、逆に、ポンプ室２ａが、第１の駆動領域の平面形状よりも小さくともよい。
【００７０】
さらに、本実施形態では、ダイヤフラム４の周縁部を押さえ板１２とポンプ本体２とで挟み込むことによりダイヤフラム４の周縁部が固定されていたが、積層型圧電素子５の周縁部も押さえ板１２などによりさらに固定された構造であってもよい。
【００７１】
しかも、積層型圧電素子５では、同じ高さ位置の複数の電極は異なる電位に接続されない。例えば、第３の励振電極２８，２９は同電位に接続され、第４の励振電極３０，３１は同電位に接続される。従って、同じ高さ位置に形成されている複数の電極間におけるマイグレーションが生じ難い。また、第１，第２の励振電極２６，２７は、第３，第４の励振電極２８〜３１と異なる高さ位置に形成されているため、第１，第２の励振電極２６，２７と、第３，第４の励振電極２８〜３１との間でもマイグレーションは生じ難い。
【００７２】
すなわち、第１の圧電体層２１と第２の圧電体層２２との間に第３の圧電体層２３が配置されているため、第２の励振電極２７と第３の励振電極２８，２９とが積層型圧電素子５の積層方向すなわち厚み方向に隔てられている。従って、第３の励振電極２８，２９と第２の励振電極２７との間のマイグレーションも生じ難い。
【００７３】
さらに、第４の圧電体層２４，２５により、第４の励振電極３０，３１及び第１の励振電極２６が覆われているため、液体の接触による短絡が生じ難く、またこれらの励振電極の腐食も生じ難い。
【００７４】
図６は、本実施形態の積層型圧電素子５において、駆動電圧を変化させた場合の圧力素子の変位量の変化を示す図である。図６から明らかなように、駆動電圧を２０Ｖから１００Ｖに高めていった場合、同電圧の上昇に伴って、変位量が増加することがわかる。
【００７５】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る積層型圧電素子を説明するための模式的正面断面図である。
【００７６】
第２の実施形態の積層型圧電素子４１は、積層型圧電体全体が矢印Ｐで示すように下方から上方に向かって分極処理されていることを除いては、第１の実施形態の積層型圧電素子５と同様である。第１の実施形態の積層型圧電素子５では、第１，第２の駆動領域においてのみ圧電体部分が分極処理されていた。従って、分極に際しては、第１，第２の励振電極２６，２７間及び第３の励振電極２８，２９と第４の励振電極３０，３１との間に分極電圧を印加し、分極が行われる。これに対して、第２の実施形態では、積層型圧電体の全体が一様に分極処理されている。従って、分極に際しては、積層型圧電体を得た後に、上面と下面に分極用電極を形成し、分極用電極間に電圧を印加し分極処理すればよい。この場合には、分極処理後に、上面及び下面の分極用電極が除去される。もっとも、分極用電極を除去せずともよい。
【００７７】
第２の実施形態では、分極用電極を別途形成しなければならないが、マザーの積層型圧電体を得た段階で、全体を一様に分極すればよいため、容易に分極をすることができる。
【００７８】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る積層型圧電素子５１を示す正面断面図である。第３の実施形態の積層型圧電素子５１では、第４の圧電体層２５が設けられておらず、第４の励振電極３０，３１が積層型圧電素子５１の上面に露出していることを除いては、第１の実施形態の積層型圧電素子５と同様である。このように、第４の圧電体層２５は形成されずともよい。この場合には、第４の圧電体層２５による拘束力が働かないため、変位量の拡大を図ることができると考えられる。
【００７９】
しかしながら、第４の励振電極３０，３１を、積層型圧電素子５１の上面に形成するに際し、印刷法等が用いられるが、印刷法では、下方の励振電極２８，２９と正確に重なり合うように第４の励振電極３０，３１を形成することは困難である。印刷位置がずれると、第２の駆動領域における変位量が小さくなり、それによって逆に変位量は小さくなるおそれがある。
【００８０】
これに対して、第１，第２の実施形態では、導電ペーストが印刷された複数枚のセラミックグリーンシートを積層する段階で、第１，第２の励振電極間及び第３，第４の励振電極が正確に対向するように積層されればよい。印刷位置の精度を高めるよりも、積層の精度を高める方が容易である。従って、本実施形態では、変位量のばらつきをより一層小さくすることができ、かつ変位量の低下を抑制することができる。
【００８１】
図９は、第４の実施形態に係る積層型圧電素子を示す正面断面図である。この積層型圧電素子６１では、上方及び下方の第４の圧電体層２４，２５の双方が設けられていないことを除いては、第１の実施形態の積層型圧電素子５と同様である。上下の第４の圧電体層２４，２５が設けられていないため、第４の圧電体層２４，２５による拘束力は作用しない。しかしながら、第１の励振電極２６もまた外表面に露出しているため、第３の実施形態の積層型圧電素子５１に比べて、さらに、電極形成位置のずれによって、変位量が低下するおそれはある。
【００８２】
また、第１の励振電極２６及び第４の励振電極３０，３１が外部に露出しているため、液体の付着による短絡や腐食のおそれがある。
【００８３】
これに対して、上記第１，第２の実施形態では、このような短絡や腐食が生じ難い。従って、第１，第２の実施形態の積層型圧電素子１，４１が好ましい。
【００８４】
図１０は、本発明の第５の実施形態に係る積層型圧電素子を示す正面断面図である。
【００８５】
第１の実施形態の積層型圧電素子５では、第１の駆動領域と第２の駆動領域との間に緩衝部３４，３５が配置されていた。言い換えれば、第１，第２の励振電極２６，２７と、第３，第４の励振電極２８，３０とが図１（ｂ）において横方向において隣り合っている部分において、第１，第２の励振電極２６，２７の端縁と、第３，第４の励振電極２８，３０の対向する端縁との間の距離Ｒがある程度の大きさを有し、それによって、第１，第２の駆動領域間に緩衝部３４が設けられている。同様に、第１，第２の励振電極２６，２７と第３，第４の励振電極２９，３１との間にも、緩衝部３５が設けられている。
【００８６】
従って、緩衝部３４，３５の存在により、中央領域において、より大きな屈曲変位を得ることができる。
【００８７】
もっとも、図１０に示す第５の実施形態のように、緩衝部を設けずともよい。ここでは、第１，第２の励振電極２６，２７と、第３，第４の励振電極２８，３０との間に緩衝部は設けられておらず、第１，第２の励振電極２６，２７の外側の端縁と、該外側の端縁と対向し合っている第３，第４の励振電極２８，３０の内側の端縁とが、平面視した場合に、同じ位置に位置している。同様に、第１，第２の励振電極２６，２７の外側の端縁と、該外側の端縁に対向している第３，第４の励振電極２９，３１の内側の端縁も、平面視した際に、同じ位置に配置されている。従って、図１（ｂ）に示した緩衝部３４，３５は設けられていない。この場合には、中央における変位量は若干小さくなるものの、横方向寸法を小さくし、積層型圧電素子７１が、小型化を図ることができる。
【００８８】
なお、本発明の積層型圧電素子を得るにあたっては、図１１に示すように、マザーの積層型圧電体８１を得た後に、縦方向及び横方向に分割することにより、個々の積層型圧電素子を高い生産性で得ることができる。
【００８９】
この場合、端子電極３２，３３の一部を構成する電極９１を予め形成しておき、分割後に、積層型圧電体の側面に、電極９１に連なるように残りの電極部分を形成し、端子電極３２，３３を形成すればよい。
【００９０】
上述した実施形態では、正方形の第１，第２の励振電極２６，２７の外側に平面形状が矩形の第３，第４の励振電極が配置されていたが、図１２に分解斜視図で示す変形例のように、円形の第１，第２の励振電極１０１，１０２と、円環状の周辺電極１０３，１０４とを用いてもよい。すなわち、中央に配置される第１，第２の励振電極の平面形状は特に限定されない。また、周辺電極に相当する第３，第４の励振電極についても、矩形、正方形、円環状などの様々な形状とすることができる。また、円環状や角環状の一部を切り欠いた形状としてもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１…圧電ポンプ
２…ポンプ本体
２ａ…ポンプ室
３…圧電素子
４…ダイヤフラム
４ａ…開口
５…積層型圧電素子
５ａ…側面
５ｂ…側面
６…接続流路
７…流入側弁室
７ａ…開口
８…流入側逆止め弁
９…接続流路
１０…流出側弁室
１０ａ…開口
１１…流出側逆止め弁
１２…押さえ板
２１…第１の圧電体層
２２…第２の圧電体層
２３…第３の圧電体層
２４…第４の圧電体層
２５…第４の圧電体層
２６〜３１…励振電極
３２…第１の端子電極
３３…第２の端子電極
３４，３５…緩衝部
４１…積層型圧電素子
５１…積層型圧電素子
６１…積層型圧電素子
７１…積層型圧電素子
８１…積層型圧電体
９１…電極
１０１，１０２…第２の励振電極
１０３，１０４…周辺電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009128245.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2009128245.tif 000014
【図１３】
2009128245.tif 000015
【図１４】
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【国際調査報告】
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