(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に設けられる下部電極と、
前記下部電極の上面に設けられる下部接合層と、
圧電材料を含み、前記下部接合層の上面に設けられる圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられる上部電極と、を備え、
前記下部接合層は、前記下部電極の電極材料を含む第一電極材料部および前記圧電材料を含む第一圧電材料部を有し、
前記下部接合層において、前記第一電極材料部および前記第一圧電材料部が互いに入り組んで構成された圧電素子において、
前記下部接合層における前記第一電極材料部と前記第一圧電材料部との割合は、重量比で１２：８８〜５５：４５である、
圧電素子。
【請求項２】
基板と、
前記基板の上方に設けられる下部電極と、
前記下部電極の上面に設けられる下部接合層と、
圧電材料を含み、前記下部接合層の上面に設けられる圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられる上部電極と、を備え、
前記下部接合層は、前記下部電極の電極材料を含む第一電極材料部および前記圧電材料を含む第一圧電材料部を有し、
前記下部接合層において、前記第一電極材料部および前記第一圧電材料部が互いに入り組んで構成された圧電素子において、
前記第一電極材料部および第一圧電材料部は、前記下部接合層の断面において、不均一に分布し、前記第一電極材料部と前記第一圧電材料部とはそれぞれが独立して存在する、
圧電素子。
【請求項３】
基板と、
前記基板の上方に設けられる下部電極と、
前記下部電極の上面に設けられる下部接合層と、
圧電材料を含み、前記下部接合層の上面に設けられる圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられる上部電極と、を備え、
前記下部接合層は、前記下部電極の電極材料を含む第一電極材料部および前記圧電材料を含む第一圧電材料部を有した、
圧電素子において、
前記第一電極材料部は、前記下部電極と結合しているとともに、前記下部電極から前記圧電体層に向かって突出する第一突出部と、前記圧電体層と結合しているとともに、前記圧電体層から前記下部電極に向かって突出する第二突出部とを有し、
前記下部接合層において、前記第一突出部は、前記圧電体層と結合している前記第一圧電材料部で覆われており、前記第二突出部は、前記下部電極と結合した前記第一電極材料部で覆われており、
前記第一突出部の先端側の径が前記第一突出部の根元側の径よりも大きい第一接合部と、前記第二突出部の先端側の径が前記第二突出部の根元側の径よりも大きい第二接合部とを有し、
前記下部接合層は、前記第一突出部と前記第二突出部とが互いに入り組んで構成された部位を含む、
圧電素子。
【請求項４】
基板と、
前記基板の上方に設けられる下部電極と、
前記下部電極の上面に設けられる下部接合層と、
圧電材料を含み、前記下部接合層の上面に設けられる圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられる上部電極と、を備え、
前記下部接合層は、前記下部電極の電極材料を含む第一電極材料部および前記圧電材料を含む第一圧電材料部を有し、
前記下部接合層において、前記第一電極材料部および前記第一圧電材料部が互いに入り組んで構成された圧電素子において、
前記圧電体層の前記下部電極側の周縁部の一部を覆い、かつ前記下部接合層と同じ材料で形成されたカバー部をさらに備える、
圧電素子。
【請求項５】
前記下部接合層において、前記第一電極材料部と前記第一圧電材料部との割合は、重量比で１２：８８〜５５：４５である、
請求項２から４のいずれかひとつに記載の圧電素子。
【請求項６】
前記圧電体層と前記上部電極との間に上部接合層をさらに備え、
前記上部接合層は、前記圧電材料を含む第二圧電材料部および前記上部電極の電極材料を含む第二電極材料部を有し、
前記上部接合層において、前記第二電極材料部および前記第二圧電材料部は入り組んでいる、
請求項１から４のいずれかひとつに記載の圧電素子。
【請求項７】
前記第二電極材料部は、前記上部電極と結合しているとともに、前記上部電極から前記圧電体層に向かって突出する第三突出部を備え、
前記上部接合層において、前記第三突出部は、前記圧電体層と結合している前記第二圧電材料部で覆われている、
請求項６に記載の圧電素子。
【請求項８】
前記圧電体層の前記下部電極側の周縁部の一部を覆い、かつ前記下部接合層と同じ材料で形成されたカバー部をさらに備える、
請求項２または３に記載の圧電素子。
【請求項９】
基板の上方に、下部電極を形成するために下部電極材料ペーストを塗布し、
塗布した前記下部電極材料ペーストの上面に下部接合層を形成するために、圧電体層を形成する圧電材料ペーストと前記下部電極材料ペーストとを混練した下部接合材料ペーストを塗布し、
塗布した前記下部接合材料ペーストの上面に、圧電体層を形成するために前記圧電材料ペーストを塗布し、
塗布した前記圧電材料ペーストの上方に、上部電極を形成するために上部電極材料ペーストを塗布し、
前記下部電極材料ペースト、前記下部接合材料ペースト、前記圧電材料ペーストおよび前記上部電極材料ペーストが塗布された前記基板を焼成する、
圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
前記下部接合材料ペーストは、前記下部電極材料ペーストと前記圧電材料ペーストとを重量比で１２：８８〜５５：４５の割合で混練することにより作製される、
請求項９に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１１】
カバー層を形成するために、前記塗布された前記圧電材料ペーストの前記下部電極材料ペースト側の周縁部を覆うように前記下部接合材料ペーストをさらに塗布する、
請求項９に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１２】
カバー層を形成するために、前記塗布された前記圧電材料ペーストの前記下部電極材料ペースト側の周縁部を覆うように前記下部電極材料ペーストをさらに塗布する、
請求項９に記載の圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、圧電素子および圧電素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は、振動や圧力などの機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する圧電効果を有する。例えば、圧電素子に歪みを加えることにより、圧電素子は、加えられる歪みの大きさに応じた電力を発生させる。そのため、圧電素子は、発電装置などに利用される。また、圧電素子は、電気的なエネルギーを機械的なエネルギーに変換する逆圧電効果も有する。例えば、圧電素子に電圧を印加すると、圧電素子は変形する。そのため、圧電素子は、センサやインクジェットヘッドなどに用いられる。
【０００３】
従来の圧電素子は、基板と、下部電極と、圧電体層と、上部電極とを備える。下部電極は、基板上に形成される。圧電膜は、下部電極と上部電極との間に形成される。圧電膜としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などが用いられる。また、下部電極は、導電性金属層、導電性金属と導電性酸化物との混合層、及び、導電性酸化物層を備える。このように、導電性金属層と導電性酸化物層との間に混合層を設けることにより、下部電極において導電性金属層と導電性酸化物層と間に生じる剥離を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０００７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の圧電素子において、圧電体層の熱膨張係数は、電極の熱膨張係数と大きく異なる。そのため、従来の圧電素子は、圧電体層と下部電極との間で剥離が生じやすいという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の圧電素子は、基板と、基板の上方に設けられる下部電極と、下部電極の上面に設けられる下部接合層と、圧電材料を含み、下部接合層の上面に設けられる圧電体層と、圧電体層の上方に設けられる上部電極と、を備え、下部接合層は、下部電極の電極材料を含む第一電極材料部および圧電材料を含む第一圧電材料部を有し、下部接合層において、
第一電極材料部および第一圧電材料部は互いに入り組んでいる。さらに、下部接合層における前記第一電極材料部と前記第一圧電材料部との割合は、重量比で１２：８８〜５５：４５である。
【０００７】
また、本開示の圧電素子の製造方法は、基板の上方に下部電極を形成するために下部電極材料ペーストを塗布し、塗布した下部電極材料ペーストの上面に下部接合層を形成するために圧電体層を形成する圧電材料ペーストと下部電極材料ペーストとを混練した下部接合材料ペーストを塗布し、塗布した下部接合材料ペーストの上面に圧電体層を形成するために圧電材料ペーストを塗布し、塗布した圧電材料ペーストの上方に、上部電極を形成するために上部電極材料ペーストを塗布し、下部電極材料ペースト、下部接合材料ペースト、圧電材料ペーストおよび上部電極材料ペーストが塗布された基板を焼成する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係る圧電素子および圧電素子の製造方法は、圧電体層と下部電極との間に生じる剥離を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態における圧電素子を模式的に示す上面図
【図２】実施の形態における圧電素子を模式的に示す断面図
【図３】実施の形態における下部接合層の一部を模式的に示す拡大断面図
【図４Ａ】実施の形態における圧電素子の製造方法を説明する断面図
【図４Ｂ】実施の形態における圧電素子の製造方法を説明する断面図
【図４Ｃ】実施の形態における圧電素子の製造方法を説明する断面図
【図４Ｄ】実施の形態における圧電素子の製造方法を説明する断面図
【図５】実施の形態における圧電素子の別の例を模式的に示す断面図
【図６】実施の形態における圧電素子の変形例を模式的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下では、本開示の実施の形態に係る圧電素子及び圧電素子の製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１１】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化している。
（実施の形態）
図１は、本実施の形態における圧電素子１０を模式的に示す上面図である。図２は、図１における圧電素子１０の２−２断面を模式的に示す断面図である。
【００１２】
圧電素子１０は、振動や圧力などの機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換することができる。
【００１３】
圧電素子１０は、基板１と、下部電極３と、下部接合層４と、圧電体層５と、上部電極６とを備える。基板１と、下部電極３と、下部接合層４と、圧電体層５と、上部電極６とは、この順に積層されている。
【００１４】
基板１は、圧電素子１０の土台である。基板１は、ステンレス等の金属板や、セラミクスなどが用いられる。
【００１５】
下部電極３は、圧電体層５に生じる電荷を取り出すための一方の電極である。下部電極３は、導電性の金属等を含む電極材料により形成される。下部電極３は、基板１の上方に設けられる。電極材料は、例えば、銀とパラジウムの合金である。下部電極３の厚みは、圧電素子１０の大きさや、流れる電流の大きさに応じて決定される。下部電極３の厚みは、例えば、５μｍである。
【００１６】
下部接合層４は、下部電極３と圧電体層５との密着強度を向上させることができる。下部接合層４を設けることにより、下部電極３と圧電体層５との間に生じる剥離を抑制することができる。
【００１７】
図３は、下部接合層４の一部の領域７を模式的に示した拡大断面図である。
【００１８】
下部接合層４は、下部電極３の上面に設けられる。言い換えると、下部電極３と圧電体
層５との間に設けられる。下部接合層４は、下部電極３の電極材料を含む電極材料部４Ａと圧電体層５の圧電材料を含む圧電材料部４Ｂとを有する。下部接合層において、電極材料部４Ａと圧電材料部４Ｂとの割合は、例えば、重量比で１２：８８〜５５：４５である。
【００１９】
電極材料部４Ａの電極材料は、下部電極３の電極材料と同じ組成を有する。圧電材料部４Ｂの圧電材料は、圧電体層５の圧電材料と同じ組成を有する。
【００２０】
なお、第一電極材料部は、下部接合層４の電極材料部４Ａを意味する。また、第一圧電材料部は、下部接合層４の圧電材料部４Ｂを意味する。
【００２１】
下部接合層４において、電極材料部４Ａおよび圧電材料部４Ｂは、入り組んでいる。また、電極材料部４Ａおよび圧電材料部４Ｂは、不均一に分布している。ここで、電極材料部４Ａと圧電材料部４Ｂとが不均一に分布している状態とは、断面図において、電極材料部４Ａと圧電材料部４Ｂとはそれぞれが独立して存在している状態をいう。そのため、電極材料部４Ａと圧電材料部４Ｂとは、区別することができる。つまり、下部接合層４において、電極材料部４Ａを構成する電極材料および圧電材料部４Ｂを構成する圧電材料は、拡散層を形成していない。また、電極材料と圧電材料とは、下部電極３から圧電体層５に向かって組成的に一様な傾斜を持たない。電極材料と圧電材料とは、ランダムに分布している。なお、電極材料の一部は、圧電材料部４Ｂの内部に分布していてもよい。また、圧電材料の一部は、電極材料部４Ａの内部に分布していてもよい。
【００２２】
電極材料部４Ａは、下部電極３と結合しているとともに、下部電極３から圧電体層５に向かって突出する突出部４１Ａを有する。突出部４１Ａは、下部電極３の電極材料と同じ材料で構成されている。そのため、突出部４１Ａは、下部電極３と一体となって結合している。ここで、第一突出部は、電極材料部４Ａの突出部４１Ａを意味する。
【００２３】
突出部４１Ａは、圧電体層５と結合している圧電材料部４Ｂで覆われている。複数の突出部４１Ａの間には、圧電材料が充填されている。つまり、突出部４１Ａは、圧電材料部４Ｂに埋設されている。圧電材料部４Ｂは、圧電体層５の圧電材料と同じ材料で構成されている。そのため、圧電材料部４Ｂは、圧電体層５と一体となって結合している。
【００２４】
また、一部の突出部４１１Ａにおいて、先端側の径ｄ２は、根元側の径ｄ１よりも大きい。ここで、突出部４１１Ａにおいて、径ｄ２を有する位置は、径ｄ１を有する位置よりも圧電体層５側である。
【００２５】
同じように、圧電材料部４Ｂは、圧電体層５と結合しているとともに、圧電体層５から下部電極３に向かって突出する突出部４１Ｂを有する。突出部４１Ｂは、圧電体層５の圧電材料と同じ材料で構成されている。そのため、突出部４１Ｂは、圧電体層５と一体となって結合している。
【００２６】
突出部４１Ｂは、下部電極３と結合している電極材料部４Ａで覆われている。複数の突出部４１Ｂの間には、電極材料が充填されている。つまり、突出部４１Ｂは、電極材料部４Ａに埋設されている。電極材料部４Ａは、下部電極３の電極材料と同じ材料で構成されている。そのため、電極材料部４Ａは、下部電極３と一体となって結合している。
【００２７】
また、一部の突出部４１１Ｂにおいて、先端側の径ｒ２は、根元側の径ｒ１よりも大きい。ここで、突出部４１１Ｂにおいて、径ｒ２を有する位置は、径ｒ１を有する位置よりも下部電極３側である。
【００２８】
このように、圧電素子１０は、圧電素子１０の厚み方向において、圧電材料部４Ｂに挟まれた電極材料部４Ａを有する。したがって、下部接合層４において、圧電材料部４Ｂは、電極材料部４Ａに対して引っかかりを持つ構造を有する。つまり、電極材料部４Ａは、圧電材料部４Ｂに対して嵌合するように形成される。
【００２９】
このような構成とすることにより、下部電極３と圧電体層５との密着性を向上させることができる。
【００３０】
圧電体層５は、圧電素子１０に加えられる力を電圧に変換することができる。
【００３１】
圧電材料を含む圧電体層５は、下部接合層４の上面に設けられる。圧電体層５は、上部電極６側の上面と下部電極３側の下面を有する。圧電体層５の断面は、略台形である。圧電体層５の断面において、下面側の長さは上面側の長さより大きい。また、圧電体層５の側面は、圧電体層５の下面に対して鋭角に形成されている。
【００３２】
圧電体層５は、セラミクス材料又は単結晶材料等を含む層である。圧電体層５は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛、窒化アルミニウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは水晶等により形成される。なお、圧電体層５は、組成式（１）に示す圧電材料により形成されることが好ましい。
【００３３】
Ｐｂ１．０１５Ｚｒ０．４４Ｔｉ０．４６（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）０．１０Ｏ３．０１５    （１）
組成式（１）で示す圧電材料は、優れた圧電特性を示す。組成式（１）で示す圧電材料は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のＢサイトをＰｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３で１０モル％置換している。Ｐｂサイト比は１．０１５であり、ストイキオメトリーよりも過剰である。
【００３４】
また、圧電体層５には、圧縮応力が予め付与されていてもよい。圧縮応力は、製造過程における基板１の熱膨張を利用することにより、圧電体層５に圧縮応力を付与することができる。そのため、基板１の材料は、熱膨張係数の大きい材料であることが好ましい。例えば、基板１は、ステンレス等の金属板であることが好ましい。
【００３５】
圧縮応力が付与された圧電体層５は、大きな変形に対しても壊れにくくなる。そのため、圧縮応力を付与した圧電体層５を備える圧電素子１０は、大きな変形により、大きな電気エネルギーを生じさせることができる。
【００３６】
上部電極６は、圧電体層５に生じる電荷を取り出すための他方の電極である。上部電極６は、導電性の金属等を含む電極材料により形成される。上部電極６は、圧電体層５の上方に設けられる。電極材料は、例えば、金や銅などである。また、下部電極３の電極材料と同じ材料である銀とパラジウムの合金を上部電極６の電極材料として用いてもよい。上部電極６の厚みは、圧電素子１０の大きさや、流れる電流の大きさに応じて決定される。上部電極６の厚みは、例えば、２μｍである。上部電極６は、下部電極３と同じ厚みでもよい。
【００３７】
次に、圧電素子１０の製造方法を説明する。
【００３８】
図４は、圧電素子１０の製造方法を説明する断面図である。
【００３９】
基板１の上面に、下部電極３を形成するために、下部電極材料ペーストをスクリーン印刷により塗布する。これにより、基板１の上面に下部電極材料層２３を形成する。基板１
は、アルミニウムを少量含むＳＵＳ４３０等の耐熱性ステンレス板である。基板１は、例えば、幅１２．５ｍｍ、長さ１８ｍｍ、厚さ０．１ｍｍである。基板１の大きさは、圧電素子１０の用途に応じて決定される。
【００４０】
下部電極材料ペーストは、例えば、銀９０％とパラジウム１０％とからなる銀−パラジウム合金粒子を含むペーストである。銀パラジウム合金粒子の粒径は、例えば、０．９μｍ程度とすることが好ましい。
下部電極材料層２３は、例えば、幅１２ｍｍ、長さ１２ｍｍ、厚さ５μｍである。
【００４１】
次に、塗布した下部電極材料ペーストの上面に、下部接合層４を形成するために、下部接合材料ペーストをスクリーン印刷により塗布する。これにより、下部電極材料層２３の上面に、下部接合材料層２４を形成する。
【００４２】
下部接合材料ペーストは、圧電体層５を形成する圧電材料ペーストと下部電極材料ペーストを混練したペーストである。
【００４３】
下部接合材料ペーストにおいて、圧電材料と銀−パラジウム合金との混合比は、重量比で１２：８８〜５５：４５であることが好ましい。圧電材料ペーストと下部電極材料ペーストとは、３本ロールミル等を用いて混合される。下部接合材料層２４は、例えば、幅１１．９ｍｍ、長さ１１．９ｍｍ、厚さ３μｍである。
【００４４】
次に、塗布した下部接合ペーストの上面に、圧電体層５を形成するために、圧電材料ペーストをスクリーン印刷により塗布する。これにより、下部接合材料層２４の上面に、圧電材料層２５を形成する。
【００４５】
圧電材料ペーストは、例えば、圧電特性を有する圧電材料を含む。圧電材料層２５は、例えば、幅１１．８ｍｍ、長さ１１．８ｍｍ、厚さ３５μｍである。
【００４６】
以下、組成式（１）で示した圧電材料を含む圧電体層５の形成に用いられる圧電材料ペーストについて説明する。
【００４７】
圧電材料ペーストは、圧電材料および有機ビヒクルを、適量のリン酸エステル系分散剤と共に混練することにより作製される。圧電材料は、圧電材料組成粉末を、固相法を用いて処理することにより得られる。圧電材料は、粉末である。
【００４８】
圧電材料組成粉末は、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）および酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の粉末を、組成式（１）に示すモル比となるように調整することにより得られる。なお、金属酸化物の粉末の純度は９９．９％以上であることが好ましい。これにより、圧電材料組成粉末のモル比を容易に調整することができる。また、金属酸化物の粉末の粒径は０．５μｍ未満であることが好ましい。これにより、圧電体層５の焼結温度を９００℃未満とすることができる。
【００４９】
有機ビヒクルは、有機バインダと溶剤とを配合することにより作製される。
【００５０】
有機バインダとしては、例えば、エチルセルロース樹脂、アクリル樹脂及びブチラール樹脂等のうちの少なくとも１つを用いることができる。溶剤としては、例えば、α−ターピネオール、ジヒドロターピニルアセテート又はブチルカルビトール等を用いることができる。有機バインダと溶剤との配合比は、例えば、２：８である。
【００５１】
有機ビヒクルと圧電材料とを、適量のリン酸エステル系分散剤と共に混練することによ
り圧電材料ペーストが得られる。有機ビヒクルと圧電材料との混合比は重量比率にて例えば２０：８０である。これらの材料は、３本ロールミル等を用いて混練される。
【００５２】
その後、塗布した圧電材料ペーストの上面に、上部電極６を形成するために、上部電極材料ペーストをスクリーン印刷により塗布する。これにより、圧電材料層２５の上面に、上部電極材料層２６を形成する。上部電極材料ペーストの材料は、圧電素子１０の大きさや用途に合わせて適宜決定される。なお、上部電極材料ペーストの材料は、下部電極材料ペーストと同じであってもよい。上部電極材料層２６は、例えば、幅１１．１ｍｍ、長さ１１．１ｍｍ、厚さ２μｍである。
【００５３】
以上の製造過程により、未焼結素子２０が作成される。
【００５４】
次に、未焼結素子２０を８５０℃で２時間焼成する。焼成過程では、未焼結素子２０は焼成さやの中に配置されている。焼結することにより、下部電極材料層２３、下部接合材料層２４、圧電材料層２５および上部電極材料層２６は焼結緻密化される。これにより、基板１と一体となった焼結素子が作成される。焼結素子は、下部電極３、下部接合層４、圧電体層５および上部電極６を有する。
【００５５】
焼結素子において、下部電極３および上部電極６の厚さは、例えば、５μｍである。また、下部接合層４の厚さは、１μｍ以上、１０μｍ未満である。圧電体層５の厚さは、例えば、３５μｍである。なお、各要素の厚みは、圧電素子１０の用途に合わせて適宜決められる値である。
【００５６】
その後、焼結素子は、下部電極３と上部電極６との間に、１００Ｖの電圧を、１２０℃の環境下で３０分間印加される。このように、高温下で電圧を印加することにより、焼成素子の圧電体層５を分極する。これにより、圧電素子１０が作成される。
【００５７】
なお、それぞれのペーストを塗布する方法は、スクリーン印刷に限られない。例えば、凸版印刷、凹版印刷、インクジェットまたは描写等を用いて、それぞれのペーストを塗布してもよい。
【００５８】
図５は、圧電素子１０の別の例を示す断面図である。
【００５９】
圧電素子１０は、圧電体層５と上部電極６との間に設けられる上部接合層８を有する。
【００６０】
上部接合層８は、圧電体層５と上部電極６との密着強度を向上させることができる。下部接合層４を設けることにより、下部電極３と圧電体層５との間に生じる剥離を抑制することができる。
【００６１】
上部接合層８は、圧電体層５の上面に設けられる。上部接合層８は、上部電極６の電極材料を含む電極材料部８Ａと圧電体層５の圧電材料を含む圧電材料部８Ｂとを有する。電極材料部８Ａの電極材料は、上部電極６の電極材料と同じ組成を有する。圧電材料部８Ｂの圧電材料は、圧電体層５の圧電材料と同じ組成を有する。なお、第二電極材料部は、上部接合層８の電極材料部８Ａを意味する。また、第二圧電材料部は、上部接合層８の圧電材料部８Ｂを意味する。
【００６２】
上部接合層８は、電極材料部８Ａの電極材料以外は、下部接合層４と同様の構成である。つまり、上部接合層８の電極材料部８Ａは、下部接合層４の電極材料部４Ａに相当する。また、上部接合層８の圧電材料部８Ｂは、下部接合層４の圧電材料部４Ｂに相当する。
【００６３】
上部接合層８は、上記製造方法において、塗布した圧電材料ペーストの上面に、圧電材料ペーストと上部電極６を形成する上部電極ペーストとを混練した上部接合材料ペーストを、スクリーン印刷を用いて塗布することにより形成される。
【００６４】
さらに、圧電素子１０は、基板１と下部電極３との間に設けられる中間層９を有する。
【００６５】
中間層９は、基板１と下部電極３との密着強度を向上させることができる。中間層９を設けることにより、基板１と下部電極３との間に生じる剥離を抑制することができる。
【００６６】
中間層９は、例えば、γ−アルミナを中間層材料で形成される層である。中間層９の厚みは、例えば、０．５μｍである。
【００６７】
中間層９は、上記製造方法において、基板１の上面に、中間層材料ペーストを、スクリーン印刷を用いて塗布することにより形成される。
【００６８】
なお、圧電素子１０において、基板１と下部電極３とが強固に接合される場合は、下部電極３の剥離は生じにくい。そのため、中間層９は設けなくてもよい。
（実施の形態の変形例）
以下、本実施の形態の変形例における圧電素子３０について説明する。
【００６９】
上記実施の形態では、下部接合層４を備える圧電素子１０の構成について説明した。圧電素子３０は、圧電体層５の下面側の周縁部を覆うカバー部３１をさらに備える点で、上記実施の形態と異なる。
【００７０】
図６は、圧電素子３０を模式的に表す断面図である。
【００７１】
圧電素子３０は、基板１、下部電極３、下部接合層４、圧電体層５、上部接合層８、上部電極６、中間層９およびカバー部３１を備える。
【００７２】
カバー部３１は、圧電体層５の下部電極３側の周縁部３２の一部を覆うように設けられる。そのため、カバー部３１は、圧電体層５の下部電極３側の周縁部３２の剥離を抑制することができる。
【００７３】
例えば、圧電体層５が多角形である場合、カバー部３１は、圧電体層５の辺の一部または頂点に設けることができる。また、カバー部３１は、圧電体層５の下部電極側の周縁部３２を全周にわたって覆うように設けられてもよい。カバー部３１を周縁部３２の全周にわたって設けることにより、圧電素子３０は、圧電体層５の周縁部３２の剥離の発生をさらに抑制することができる。
【００７４】
カバー部３１は、下部接合層４と同じ材料で形成されることが好ましい。この場合、上記実施の形態の未焼結素子２０に対して、さらに、下部接合材料ペーストを圧電材料ペースト層の下部電極３側の周縁部３２を覆うように設ける。その後、未焼成素子を焼成する。これにより、カバー部３１は形成される。
【００７５】
カバー部３１として、下部接合層４と同じ材料を用いることにより、カバー部３１に含まれる圧電材料は、下部接合層４の圧電材料および圧電体層５の圧電材料と一体となるように結合する。また、カバー部３１に含まれる電極材料は、下部接合層４の電極圧電と一体となるように結合する。そのため、カバー部３１は、下部接合層４および圧電体層５と強固に結合する。
【００７６】
なお、カバー部３１は、下部電極３と同じ材料により形成されてもよい。この場合は、下部接合材料ペーストの代わりに、下部電極材料ペーストを用いることができる。
【００７７】
カバー部３１として、下部電極３と同じ電極材料を用いることにより、カバー部３１に含まれる電極材料は、下部接合層４の電極材料と一体となるように結合する。そのため、カバー部３１は、下部接合層４とより強固に結合する。
【００７８】
これらの構成とすることにより、圧電体層５の下部電極３側の周縁部３２は、カバー部３１と下部接合層４との間に挟まれる構造となる。そのため、圧電素子３０において、圧電体層５の周縁部３２は、下部接合層４からさらに剥離し難くなる。
【００７９】
なお、カバー部３１は、上部電極６と離間して設けられている。したがって、カバー部３１は、上部電極６と電気的に接続しない。これにより、下部電極３と上部電極６とが電気的に接続することを抑制することができる。
【００８０】
従来の圧電素子は、製造過程における焼成工程、または、高温高湿環境下における使用時等において、下部電極と圧電体層との間の剥離がより生じやすいという課題があった。
【００８１】
それに対して、本実施の形態の圧電素子１０および変形例の圧電素子３０は、製造過程における焼成工程、または、高温高湿環境下における使用時等において、圧電体層の剥離を顕著に抑制できるという大きな効果を奏する。特に、基板１として、熱膨張係数の大きいステンレス板などの金属板等を用いる場合、上記の圧電体層５の剥離を抑制する効果が大きい。
【００８２】
また、下部電極３と圧電体層５とを強固に接合することにより、圧電素子１０、３０において、圧電素子に加わる振動は圧電体層５に効率よく伝達される。そのため、振動を効率よく電気エネルギーに変換することができる。
【００８３】
以上、一つまたは複数の態様に係る圧電素子および圧電素子の製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本開示に係る圧電素子は、振動発電等に用いられる環境発電装置において有効である。
【符号の説明】
【００８５】
１  基板
３  下部電極
４  下部接合層
４Ａ、８Ａ  電極材料部
４Ｂ、８Ｂ  圧電材料部
４１Ａ、４１Ｂ、４１１Ａ、４１１Ｂ  突出部
５  圧電体層
６  上部電極
７  領域
８  上部接合層
９  中間層
１０、３０  圧電素子
２０  未焼結素子
２３  下部電極材料層
２４  下部接合材料層
２５  圧電材料層
２６  上部電極材料層
３１  カバー部
３２  周縁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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