(57)【要約】【課題】  端子電極と内部電極との電気的な接続の確実性を維持しつつ、変位層の変位を大きくすることができる圧電装置を提供する。【解決手段】  圧電装置１では、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）２５及び流体収容部２１が固定された変位層３の他端面３ｂに、個別電極５と電気的に接続された端子電極１６が形成され、ＦＰＣ２５のリード線２６が端子電極１６と電気的に接続されている。同様に、変位層３の他端面３ｂに、コモン電極７，９と電気的に接続された端子電極が形成され、ＦＰＣ２５の他のリード線がその端子電極と電気的に接続されている。従って、変位層３の変位を大きくするために、変位層３の一端面３ａに積層された変位拘束層４を厚くしても、それが原因となって、端子電極１６と個別電極５との電気的な接続等が不確実になることはない。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と、前記圧電体を挟んで対向する内部電極とを有する変位層と、
前記内部電極が対向する方向における前記変位層の一端面に積層された変位拘束層と、
前記内部電極が対向する方向における前記変位層の他端面に形成され、前記内部電極と電気的に接続された端子電極と、
前記変位層の他端面側に配置され、流体収容室が設けられた流体収容部と、
前記変位層の他端面と前記流体収容部との間に配置され、前記端子電極と電気的に接続されたリード線を有するフレキシブルプリント基板と、を備えることを特徴とする圧電装置。
【請求項２】
対向する前記内部電極は個別電極及びコモン電極であり、前記個別電極は略同一平面上に複数形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電装置。
【請求項３】
前記流体収容室は、前記内部電極が対向する方向において前記個別電極と対向するように複数設けられていることを特徴とする請求項２記載の圧電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に流体の制御に用いられる圧電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電素子として、次のようなものが知られている。すなわち、圧電体と、その圧電体を挟んで対向する内部電極とを有する変位層の変位伝達面とは反対側の端面に、変位層の変位を拘束するための変位拘束層が積層され、その変位拘束層の外側端面に、変位層の内部電極と電気的に接続された端子電極が形成されてなる圧電素子である。
【０００３】
このような圧電素子が流体制御用の圧電装置に用いられる場合には、変位層の変位伝達面に、流体収容室が設けられた流体収容部が取り付けられ、変位拘束層の外側端面に形成された端子電極に、駆動電源と接続するためのリード線が電気的に接続される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３６５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したような圧電装置においては、変位拘束層を厚くすることで、変位層の変位を大きくすることができる。しかしながら、変位拘束層の外側端面に端子電極が形成されているため、変位拘束層が厚くなると、端子電極と内部電極との距離が長くなり、それらの間の電気的な接続が不確実になるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、端子電極と内部電極との電気的な接続の確実性を維持しつつ、変位層の変位を大きくすることができる圧電装置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、本発明に係る圧電装置は、圧電体と、圧電体を挟んで対向する内部電極とを有する変位層と、内部電極が対向する方向における変位層の一端面に積層された変位拘束層と、内部電極が対向する方向における変位層の他端面に形成され、内部電極と電気的に接続された端子電極と、変位層の他端面側に配置され、流体収容室が設けられた流体収容部と、変位層の他端面と流体収容部との間に配置され、端子電極と電気的に接続されたリード線を有するフレキシブルプリント基板と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この圧電装置においては、圧電体を挟んで対向する内部電極間にフレキシブルプリント基板のリード線及び端子電極を介して電圧が印加されると、圧電体が変位することにより変位層の他端面が変位伝達面として変位し、流体収容部の流体収容室内に収容された流体に圧力が作用することになる。ここで、この圧電装置では、フレキシブルプリント基板及び流体収容部が配置された変位層の他端面に、変位層の内部電極と電気的に接続された端子電極が形成され、フレキシブルプリント基板のリード線が端子電極と電気的に接続されている。従って、変位層の変位を大きくするために、変位層の一端面に積層された変位拘束層を厚くしても、それが原因となって、端子電極と内部電極との電気的な接続が不確実になることはない。よって、この圧電装置によれば、端子電極と内部電極との電気的な接続の確実性を維持しつつ、変位層の変位を大きくすることが可能になる。
【０００８】
また、対向する内部電極は個別電極及びコモン電極であり、個別電極は略同一平面上に複数形成されていることが好ましい。これにより、圧電体において各個別電極に対応する部分を活性部（圧電効果により歪みが生じる部分）として選択的に変位させることができる。しかも、端子電極と内部電極との電気的な接続の確実性を維持しつつ、変位拘束層を厚くすることができるので、隣り合う活性部間における変位の干渉を抑制することが可能になる。
【０００９】
また、流体収容室は、内部電極が対向する方向において個別電極と対向するように複数設けられていることが好ましい。これにより、各流体収容室内に収容された流体に対して別個に圧力を作用させることができ、流体収容室毎に独立した制御を行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、端子電極と内部電極との電気的な接続の確実性を維持しつつ、変位層の変位を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る圧電装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に示されるように、圧電装置１には、直方体状の積層型圧電素子２が用いられている。この圧電素子２は、図２に示されるように、圧電効果により積層方向に変位する変位層３と、変位層３の変位を拘束する変位拘束層４とを備えている。変位拘束層４は、積層方向における変位層３の一端面３ａに積層されている。
【００１３】
変位層３は、個別電極５が一端面に形成された圧電体６と、コモン電極７が一端面に形成された圧電体８とが交互に積層され、更に、コモン電極９が一端面に形成された圧電体１１が変位拘束層４側の最外層に積層されることで構成されている。これにより、変位層３は、圧電体６，８と、各圧電体６，８を挟んで対向する個別電極５及びコモン電極７とを有することになる。また、変位拘束層４は、個別電極５及びコモン電極７が対向する方向における変位層３の一端面３ａに積層されることになる。
【００１４】
なお、変位拘束層４は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミック材料により厚さ６０μｍ程度に形成されており、圧電体６，８，１１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミック材料により厚さ３０μｍ程度に形成されている。また、個別電極５及びコモン電極７，９は、例えば、銀及びパラジウムを主成分とする導電性材料により形成されている。
【００１５】
圧電体６の一端面には、図３に示されるように、長方形状の個別電極５が互いに所定の間隔をとって複数形成されており、圧電体６において各個別電極５の端部５ａに対応する部分には、例えば、銀及びパラジウムを主成分とする導電性材料が充填されたスルーホール１２が形成されている。更に、圧電体６の一端面には、中継電極１３が形成されており、圧電体６において中継電極１３に対応する部分には、例えば、銀及びパラジウムを主成分とする導電性材料が充填されたスルーホール１４が形成されている。
【００１６】
圧電体８の一端面には、図４に示されるように、積層方向において各個別電極５の端部５ａと対向するように中継電極１５が形成されており、圧電体８において各中継電極１５に対応する部分には、スルーホール１２が形成されている。更に、圧電体８の一端面には、積層方向から見て、個別電極５における端部５ａ以外の部分の全てを含むようにコモン電極７が形成されており、圧電体８において圧電体６の一端面上の中継電極１３と対向する部分には、スルーホール１４が形成されている。
【００１７】
圧電体１１の一端面には、図５に示されるように、その略全面を覆うようにコモン電極９が形成されており、圧電体１１において圧電体６の一端面上の中継電極１３と対向する部分には、スルーホール１４が形成されている。
【００１８】
そして、図６に示されるように、積層方向における変位層３の他端面３ｂ（すなわち、変位拘束層４側とは反対側の最外層に積層された圧電体８の他端面）には、積層方向において各中継電極１５と対向するように端子電極１６が形成されている。更に、変位層３の他端面３ｂには、積層方向において中継電極１３と対向するように端子電極１７が形成されている。なお、端子電極１６，１７は、例えば、金により形成されている。
【００１９】
以上により、圧電素子２においては、各端子電極１６に対して、複数の個別電極５が中継電極１５を介在させて積層方向に整列し、整列した各電極５，１５，１６がスルーホール１２を介して電気的に接続されることになる。更に、圧電素子２においては、端子電極１７に対して、複数のコモン電極７，９が中継電極１３を介在させて積層方向に整列し、整列した各電極７，９，１３，１７がスルーホール１４を介して電気的に接続されることになる。
【００２０】
また、図２に示されるように、圧電素子２の変位層３の他端面３ｂには、フレキシブルプリント基板（以下、「ＦＰＣ」という）２５が絶縁性接着剤により固定されており、このＦＰＣ２５の圧電素子２とは反対側の端面には、流体収容部２１が接着剤により固定されている。つまり、変位層３の他端面３ｂと流体収容部２１との間にＦＰＣ２５が配置されている（図１参照）。
【００２１】
ＦＰＣ２５は、図７及び図８に示されるように、積層方向において各端子電極１６と対向するようにＦＰＣ２５に設置された電極板２８のそれぞれと接続されたリード線２６と、積層方向において端子電極１７と対向するようにＦＰＣ２５に設置された電極板２９と接続されたリード線２７とを有している。各電極板２８は、対向する端子電極１６と導電性接着剤を介して接合されており、電極板２９は、対向する端子電極１７と導電性接着剤を介して接合されている。これにより、リード線２６は、端子電極１６と電気的に接続されることになり、リード線２７は、端子電極１７と電気的に接続されることになる。
【００２２】
流体収容部２１は、積層方向において、個別電極５における端部５ａ以外の部分のそれぞれと対向するように設けられた流体収容室２２と、流体収容室２２内に収容された流体（例えば、液体）を噴射するためのノズル２３と、流体収容室２２に流体を送るための流体流入口及び流体流路（図示せず）とを有している。流体収容室２２は、変位層３の他端面３ｂ側に開口している。なお、流体収容部２１は、例えば、ステンレス合金により形成されている。
【００２３】
以上のように構成された圧電装置１においては、ＦＰＣ２５の所定のリード線２６とリード線２７との間に電圧が印加されると、その所定のリード線２６と電気的に接続された端子電極１６に対して積層方向に整列する個別電極５とコモン電極７，９との間に電圧が印加されることになる。そうすると、圧電体６，８，１１において電圧が印加された個別電極５とコモン電極７，９とで挟まれた部分が活性部として変位することになる。これにより、変位伝達面である変位層３の他端面３ｂ及びＦＰＣ２５を介して、電圧が印加された個別電極５と積層方向において対向する流体収容室２２内に収容された流体に圧力が作用し、その流体収容室２２内の流体がノズル２３から噴射されることになる。
【００２４】
そして、この圧電装置１では、ＦＰＣ２５及び流体収容部２１が固定された変位層３の他端面３ｂに、個別電極５と電気的に接続された端子電極１６が形成され、ＦＰＣ２５のリード線２６が端子電極１６と電気的に接続されている。同様に、ＦＰＣ２５及び流体収容部２１が固定された変位層３の他端面３ｂに、コモン電極７，９と電気的に接続された端子電極１７が形成され、ＦＰＣ２５のリード線２７が端子電極１７と電気的に接続されている。従って、変位層３の変位を大きくするために、変位層３の一端面３ａに積層された変位拘束層４を厚くしても、それが原因となって、端子電極１６と個別電極５との電気的な接続、及び端子電極１７とコモン電極７，９との電気的な接続が不確実になることはない。よって、この圧電装置１によれば、端子電極１６と個別電極５との電気的な接続、及び端子電極１７とコモン電極７，９との電気的な接続の確実性を維持しつつ、変位層３の変位を大きくすることが可能になる。
【００２５】
また、圧電体６の一端面上に個別電極５が複数形成されているため、圧電体６，８，１１において各個別電極５に対応する部分を活性部として選択的に変位させることができる。しかも、端子電極１６と個別電極５との電気的な接続、及び端子電極１７とコモン電極７，９との電気的な接続の確実性を維持しつつ、変位拘束層４を厚くすることができるので、隣り合う活性部間における変位の干渉を抑制することが可能になる。
【００２６】
また、積層方向において個別電極５と対向するように流体収容室２２が複数設けられているため、各流体収容室２２内に収容された流体に対して別個に圧力を作用させることができ、流体収容室２２毎に独立した制御を行うことが可能になる。
【００２７】
更に、流体収容室２２が変位層３の他端面３ｂ側に開口しているものの、変位層３の他端面３ｂと流体収容部２１との間にＦＰＣ２５が配置されていることから、流体収容室２２内に収容された流体が、変位層３の他端面３ｂに直接接触することはない。そのため、流体収容室２２内に収容された流体が変位層３の圧電体８に浸透するのを防止することができる。
【００２８】
次に、上述した圧電装置１の作製手順について説明する。まず、チタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする圧電セラミックス材料に有機バインダ・有機溶剤等を混合して基体ペーストを作製し、この基体ペーストを用いて各圧電体６，８，１１となるグリーンシートを成形する。また、所定比率の銀とパラジウムとからなる金属材料に有機バインダ・有機溶剤等を混合して導電ペーストを作製する。
【００２９】
続いて、各圧電体６，８，１１となるグリーンシートの所定の位置にレーザ光を照射してスルーホール１２，１４を形成する。そして、スルーホール１２，１４内に対して、導電ペーストを用いて充填スクリーン印刷を行う。その後、圧電体６となるグリーンシートに対して、導電ペーストを用いてスクリーン印刷を行い、電極５，１３を形成する。同様に、圧電体８となるグリーンシートに電極７，１５を形成し、圧電体１１となるグリーンシートに電極９を形成する。
【００３０】
続いて、電極が形成されたグリーンシートを上述の順序で積層し、積層方向にプレスを行って積層体グリーンを作製する。この積層体グリーンを脱脂・焼成した後、変位層３の他端面３ｂに相当する面に対して、金によりスパッタリングを行い、端子電極１６，１７を形成する。
【００３１】
続いて、変位層３の他端面３ｂに相当する面に対して、流体収容部２１にＦＰＣ２５を接着剤により貼り付けたものを圧着する。具体的には、変位層３の他端面３ｂに相当する面に、絶縁性接着剤によりＦＰＣ２５を固定すると共に、端子電極１６と電極板２８とを導電性接着剤により接合し、端子電極１７と電極板２９とを導電性接着剤により接合する。その後、ＦＰＣ２５のリード線２６，２７を介して分極処理を行って圧電装置１を完成させる。
【００３２】
このように、圧電装置１を作製するに際しては、変位層３の他端面３ｂに相当する面に対して、流体収容部２１にＦＰＣ２５を接着剤により貼り付けたものを１回圧着するだけであるため、例えば、圧電素子の一端面に対してＦＰＣを圧着し、圧電素子の他端面に対して流体収容部を圧着する場合（すなわち、２回圧着する場合）に比べ、圧電装置１の作製において不良の発生を抑制することができる。
【００３３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、圧電素子が積層型であり、その変位層が複数の圧電体を有していたが、変位層は、１枚の圧電体を有するものであってもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、圧電体と同じ材料（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミック材料）で変位拘束層が形成されていたが、変位拘束層は、圧電体と異なる材料で形成されたものであってもよい。このとき、変位拘束層は、圧電体より硬度が高くなることが好ましい。変位層の変位をより大きくすることができるからである。
【００３５】
また、ＦＰＣのリード線が接続された電極板と端子電極との接合は、導電性接着剤によるものに限定されず、半田付けによるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る圧電装置の一実施形態の斜視図である。
【図２】図１に示されたII―II線に沿っての部分断面図である。
【図３】個別電極が一端面に形成された圧電体の平面図である。
【図４】コモン電極が一端面に形成された圧電体の平面図である。
【図５】コモン電極が一端面に形成された圧電体の平面図である。
【図６】圧電素子の底面図である。
【図７】流体収容部の平面図である。
【図８】図１に示されたVIII―VIII線に沿っての部分断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…圧電装置、３…変位層、３ａ…一端面、３ｂ…他端面、４…変位拘束層、５…個別電極、６，８，１１…圧電体、７，９…コモン電極、１６，１７…端子電極、２１…流体収容部、２２…流体収容室、２５…フレキシブルプリント基板、２６，２７…リード線。
【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】
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【図８】
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