(57)【要約】  圧電素子（１）は、厚み方向を分極方向とする第１および第２圧電体層（２Ａ，２Ｂ）ならびに第１圧電体層（２Ａ）と第２圧電体層（２Ｂ）との間に設けられた弾性体層（８）を有する積層体（１２）と、積層体（１２）の外表面に設けられた第１および第２端子電極（５ａ，５ｂ）と、第１圧電体層（２Ａ）の正の極性面に設けられた第１検出用電極（４ａ）と、第１圧電体層（２Ａ）の負の極性面に設けられた第２検出用電極（４ｂ）と、第２圧電体層（２Ｂ）の正の極性面に設けられた第３検出用電極（４ｃ）と、第２圧電体層（２Ｂ）の負の極性面に設けられた第４検出用電極（４ｄ）とを備える。第１検出用電極（４ａ）と第４検出用電極（４ｄ）とは、第１端子電極（５ａ）に接続され、第２検出用電極（４ｂ）と第３検出用電極（４ｃ）とは、第２端子電極（５ｂ）に接続される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向を分極方向とする第１および第２圧電体層ならびに前記第１圧電体層と前記第２圧電体層との間に設けられた弾性体層を有する積層体と、
前記積層体の外表面に設けられた第１および第２端子電極と、
前記第１圧電体層の正の極性面に設けられた第１検出用電極と、
前記第１圧電体層の負の極性面に設けられた第２検出用電極と、
前記第２圧電体層の正の極性面に設けられた第３検出用電極と、
前記第２圧電体層の負の極性面に設けられた第４検出用電極と、を備え、
前記第１検出用電極と前記第４検出用電極は、前記第１端子電極に接続され、
前記第２検出用電極と前記第３検出用電極は、前記第２端子電極に接続されている、圧電素子。
【請求項２】
前記第１圧電体層と前記第２圧電体層は、分極方向が同じである、請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記弾性体層は、前記第１圧電体層と前記第２圧電体層との間の長さ方向における端面付近に設けられ、
前記第１圧電体層と前記第２圧電体層との間の長さ方向における中央部に接着層が設けられている、請求項１または２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記検出用電極は、前記積層体の端面および側面の一部に露出し、
前記端子電極は、前記積層体の端面および側面の一部に設けられている、請求項１から３のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項５】
前記端子電極は、前記積層体の側面の長さ方向における中央部で前記検出用電極と接続されている、請求項１から４のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の圧電素子が、変形を検出すべき対象物に実装されている、圧電センサ。
【請求項７】
前記第２圧電体層は、前記第１圧電体層よりも前記対象物側に設けられ、
前記弾性体層によって生じる前記第１圧電体層と前記第２圧電体層との伸びの差により、前記対象物の変形を検出する、請求項６に記載の圧電センサ。
【請求項８】
前記圧電素子は、前記対象物に接合部によって接続され、
前記接合部は、前記圧電素子の端面において、前記第１圧電体層に達しない高さに形成されている、請求項６または７に記載の圧電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子およびこれを備えた圧電センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体の変形などを検出するセンサとして、圧電現象を利用した圧電センサが知られている。【０００３】
例えば、特開昭６２−１５６５０３号公報（特許文献１）には、ロボットの指先や人間の関節などの対象物の曲げを検出する圧電センサが記載されている。当該公報に記載の圧電センサは、上層のフィルム状の圧電薄膜と下層のフィルム状の圧電薄膜とを有するバイモルフ構造を有する。具体的には、上層の圧電薄膜が伸び、下層の圧電薄膜が縮むという圧電体の変形によって生じる電荷を、曲げとして検出している。【０００４】
上記公報において言及されているように、圧電体は、温度変化によって電荷が発生する焦電性を有する。そのため、圧電センサは、温度が変化する環境下で使用すると、圧電体の変形により発生する電荷だけでなく、温度変化による熱勾配により発生する電荷をも検出してしまう。熱勾配により発生する電荷は、曲げ検出の際にノイズとなる。そのため、上記公報の圧電センサでは、圧電体の分極方向や、引き出し電極の極性などを工夫することで、熱勾配により発生する電荷を上層の圧電体と下層の圧電体とで打ち消し、圧電体の変形により発生する電荷のみの検出を行なうことを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１５６５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、対象物がたわむ時のような、上層の圧電体と下層の圧電体とが共に対象物に引っ張られて伸びる（あるいは縮む）という変形を生じる場合には、上記公報に記載の圧電センサを用いることはできない。なぜなら、上記公報に記載の圧電センサは、上層の圧電体が伸び下層の圧電体が縮むという変形において用いられるため、これとは圧電センサの変形が異なるので、正電荷と負電荷との生じ方が異なってしまうためである。【０００７】
したがって、熱勾配により発生する電荷を打ち消し合う設計とした上記公報に記載されている圧電センサを、対象物のたわみ検出のために使用すると、焦電の問題は解決できたとしても、たわみによる電荷もまた上層の圧電体と下層の圧電体とで打ち消されてしまい、たわみ検出が難しくなるという問題に直面する。また、たわみ検出としての機能を優先させ、上層の圧電体と下層の圧電体との電荷が打ち消し合わないような電極設計にすると、熱勾配による電荷を打ち消し合うことができなくなり、ノイズが発生してしまう。このように、従来の圧電センサでは、熱勾配により発生する電荷を打ち消すことと、たわみにより発生する電荷を高感度に検出することとの両立は困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、上記課題を解決するために、本発明の圧電素子は、厚み方向を分極方向とする第１および第２圧電体層と、第１圧電体層と第２圧電体層との間に設けられた弾性体層と、を有する積層体と、積層体の外表面に設けられた第１および第２端子電極と、第１圧電体層の正の極性面に設けられた第１検出用電極と、第１圧電体層の負の極性面に設けられた第２検出用電極と、第２圧電体層の正の極性面に設けられた第３検出用電極と、第２圧電体層の負の極性面に設けられた第４検出用電極と、を備えている。第１検出用電極と第４検出用電極とは、第１端子電極に接続されており、第２検出用電極と第３検出用電極とは、第２端子電極に接続されている。【０００９】
また、本発明の圧電センサは、圧電素子が対象物に実装されることにより、弾性体層によって生じる第１圧電体層と第２圧電体層との伸びの差によって、対象物のたわみを検出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱勾配により発生する電荷を打ち消しつつ、たわみにより発生する電荷を高感度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電素子の斜視図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿う部分に相当する、本発明の第１実施形態に係る圧電素子の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る圧電センサの等価回路図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る圧電素子を用いた圧電センサの断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る圧電素子の断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る圧電素子の斜視図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る圧電素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下において、本発明の実施形態に係る圧電素子および圧電センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電素子１の斜視図である。図１を参照して、Ｘ軸方向を長さ方向と定義し、Ｙ軸方向を厚み方向と定義し、Ｚ軸方向を幅方向と定義する。
【００１４】
図１に示すように、圧電素子１は、直方体状をなしており、厚み方向の両端に位置する第１主面１ａおよび第２主面１ｂと、長さ方向の両端に位置する第１端面１ｃおよび第２端面１ｄと、幅方向の両端に位置する第１側面１ｅおよび第２側面１ｆとを有している。圧電素子１は、第１外装体３ａ、第１圧電体層２Ａ、弾性体層８、第２圧電体層２Ｂおよび第２外装体３ｂを厚み方向に積層した積層体１２を備えている。なお、本第１実施形態においては、積層体１２の長さ方向における寸法が、積層体１２の幅方向における寸法よりも大きい。
【００１５】
また、積層体１２の第１端面１ｃには、第１端子電極５ａが設けられており、積層体１２の第２端面１ｄには、第２端子電極５ｂが設けられている。なお、第１端子電極５ａおよび第２端子電極５ｂは、それぞれ積層体１２の第１主面１ａの一部、第２主面１ｂの一部、第１側面１ｅの一部および第２側面１ｆの一部にも回り込むように形成されている。
【００１６】
図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿う部分に相当する、圧電素子１の断面図である。
図２に示すように、第１圧電体層２Ａは、第１主表面２Ａａおよび第２主表面２Ａｂを有しており、第２圧電体層２Ｂは、第１主表面２Ｂａおよび第２主表面２Ｂｂを有している。第１圧電体層２Ａおよび第２圧電体層２Ｂは、いずれもチタン酸ジルコン鉛酸などの圧電セラミックスからなる。
【００１７】
第１圧電体層２Ａおよび第２圧電体層２Ｂには、いずれも分極処理がなされており、それぞれその厚み方向を分極方向としている。より具体的には、第１圧電体層２Ａの分極方向と第２圧電体層２Ｂの分極方向とは、共にそれぞれの第２主表面２Ａｂ，２Ｂｂから第１主表面２Ａａ，２Ｂａに向かう方向を向いている。ここで、分極方向を矢印で表わした場合に、始点に位置する主表面を負の極性面、終点に位置する主表面を正の極性面とする。
【００１８】
本第１実施形態では、第１圧電体層２Ａの第１主表面２Ａａと第２圧電体層２Ｂの第１主表面２Ｂａとが正の極性面であり、第１圧電体層２Ａの第２主表面２Ａｂと第２圧電体層２Ｂの第２主表面２Ｂｂとが負の極性面である。ここで、第１圧電体層２Ａの分極方向と第２圧電体層２Ｂの分極方向とは、同じ方向を向いていることが好ましい。
【００１９】
なお、分極方向は、第１主表面２Ａａ，２Ｂａから第２主表面２Ａｂ，２Ｂｂに向かう方向であってもよい。この場合、同様に、第１圧電体層２Ａの第２主表面２Ａｂと第２圧電体層２Ｂの第２主表面２Ｂｂとが正の極性面となり、第１圧電体層２Ａの第１主表面２Ａａと第２圧電体層２Ｂの第１主表面２Ｂａとが負の極性面となる。
【００２０】
第１圧電体層２Ａと第２圧電体層２Ｂとの間には、弾性体層８が設けられている。より具体的には、第１圧電体層２Ａの第２主表面２Ａｂと第２圧電体層２Ｂの第１主表面２Ｂａとには、接着剤７を介して板状の弾性体層８が接合されている。
【００２１】
弾性体層８は、ウレタン樹脂やシリコーン樹脂など弾性材料からなる。なお、弾性体層８には、ウレタン樹脂やシリコーン樹脂の代わりとして、ゴムなどを用いることも可能である。弾性体層８は、第１圧電体層２Ａおよび第２圧電体層２Ｂのいずれよりもヤング率が低いことが好ましい。また、弾性体層８は、接着剤７よりもヤング率が低いことが好ましい。さらに、弾性体層８は、接着剤７を使用せずに、直接的に第１圧電体層２Ａの第２主表面２Ａｂと第２圧電体層２Ｂの第１主表面２Ｂａとに接合されていても良い。
【００２２】
本第１実施形態に係る圧電素子１の第１圧電体層２Ａの第１主表面２Ａａには、第１外装体３ａが接合されており、第２圧電体層２Ｂの第２主表面２Ｂｂには、第２外装体３ｂが接合されている。なお、第１外装体３ａおよび第２外装体３ｂは、これらの双方または一方が設けられていなくても良い。ただし、第１圧電体層２Ａおよび第２圧電体層２Ｂの損傷を防ぐことができるため、圧電素子１には、第１外装体３ａおよび第２外装体３ｂが設けられていることが好ましい。
【００２３】
第１検出用電極４ａは、第１圧電体層２Ａの正の極性面に設けられており、第２検出用電極４ｂは、第１圧電体層２Ａの負の正極面に設けられている。また、第３検出用電極４ｃは、第２圧電体層２Ｂの正の極性面に設けられており、第４検出用電極４ｄは、第２圧電体層２Ｂの負の極性面に設けられている。
【００２４】
ここで重要となるのが、第１圧電体層２Ａの正の極性面に設けられた第１検出用電極４ａと、第２圧電体層２Ｂの負の極性面に設けられた第４検出用電極４ｄとが、第１端子電極５ａに電気的に接続されているということである。また、第１圧電体層２Ａの負の極性面に設けられた第２検出用電極４ｂと、第２圧電体層２Ｂの正の極性面に設けられた第３検出用電極４ｃとが、第２端子電極５ｂに電気的に接続されているということも同様に重要である。
【００２５】
図３は、本発明の第１実施形態に係る圧電センサの等価回路図である。
図３に示す等価回路は、圧電素子１において、第１圧電体層２Ａと第２圧電体層２Ｂとが、互いの分極方向が逆となるように並列接続されていることを示す。したがって、圧電素子１において、熱勾配により発生する電荷を打ち消すことが可能となる。
【００２６】
ここで、第２検出用電極４ｂと第３検出用電極４ｃとは、共に第２端子電極５ｂに接続されている。第２検出用電極４ｂと第３検出用電極４ｃとは、弾性体層８を挟んでおり、互いに近接して設けられているが、共に第２端子電極５ｂに接続されているため、弾性体層８を挟んで電界が発生することは無い。
【００２７】
図４は、本発明の第１実施形態に係る圧電素子１を用いた圧電センサ１１の断面図である。
【００２８】
図４に示すように、圧電センサ１１は、接合部９によって圧電素子１を対象物６である基板に実装したものである。第２圧電体層２Ｂは、第１圧電体層２Ａよりも対象物６側に設けられている。
【００２９】
図４中において矢印Ｅで示すように、対象物６が平面方向において伸張すると、矢印Ｅとそれぞれ同じ方向を持った引っ張り応力が、接合部９によって圧電素子１に付与される。これより、対象物６側に設けられた第２圧電体層２Ｂが、伸張する。
【００３０】
このとき、弾性体層８は、付与された引っ張り応力を吸収する機能を持つ。そのため、弾性体層８を介して対象物６とは反対側に設けられた第１圧電体層２Ａには、引っ張り応力が付与されにくくなり、第１圧電体層２Ａの変形は、第２圧電体層２Ｂの変形と比較して小さくなる。言い換えると、対象物６が伸びたとき、弾性体層８によって第１圧電体層２Ａと第２圧電体層２Ｂとには伸びの差が生じる。
【００３１】
圧電センサ１１は、この弾性体層８によって生じる第１圧電体層２Ａと第２圧電体層２Ｂとの変形による伸びの差によって、対象物６のたわみを検出する。上述の通り、圧電センサ１１は、熱勾配によって第１圧電体層２Ａと第２圧電体層２Ｂとに発生する電荷を打ち消し合うように設計されているため、熱勾配により発生する電荷の影響を受けずに、第１圧電体層２Ａおよび第２圧電体層２Ｂの変形により発生する電荷を検出することが可能となる。
【００３２】
仮に、圧電素子１に弾性体層８を設けていない場合は、第１圧電体層２Ａおよび第２圧電体層２Ｂの変形が同程度となり、伸びの差が小さくなってしまう。そのため、第１圧電体層２Ａおよび第２圧電体層２Ｂからそれぞれ発生する電荷の多くが打ち消されてしまい、圧電センサが対象物６のたわみを高感度に検出することが困難となってしまう。したがって、弾性体層８の存在が、対象物６のたわみを高感度に検出することを可能としている。
【００３３】
図４では、接合部９が、圧電素子１の第１端面１ｃおよび第２端面１ｄに対応する部分において、第２圧電体層２Ｂが設けられている高さ位置にまで形成されている。ここで、接合部９は、第１圧電体層２Ａに達しない高さに形成されていることが好ましい。また、接合部９は、弾性体層８に達しない高さに形成されていることがより好ましい。これは、上述のように対象物６のたわみによって生じる引っ張り応力は、接合部９を介して圧電素子１に付与されるためである。
【００３４】
また、図４に示すように、圧電センサ１１においては、対象物６と圧電素子１との間に接合部９の実装分の隙間が形成されていることが好ましい。この隙間は、圧電素子１が対象物６に直に接していないことで、外部から伝わる衝撃や振動などのノイズを検出しにくくする機能を果たす。なお、接合部９は、はんだや接着剤などからなる。
【００３５】
次に、本発明の第１実施形態に係る圧電素子１およびそれを用いた圧電センサ１１の製造方法について説明する。
【００３６】
まず、圧電セラミックスなどからなる第１圧電体層２Ａに第１検出用電極４ａおよび第２検出用電極４ｂをスクリーン印刷によって形成し、これを焼成した後、これに分極方向が厚み方向となるように分極処理を施す。また、同様に、圧電セラミックスなどからなる第２圧電体層２Ｂに第３検出用電極４ｃおよび第４検出用電極４ｄをスクリーン印刷によって形成し、これを焼成した後、これに分極方向が厚み方向となるように分極処理を施す。
【００３７】
その後、焼成された第１圧電体層２Ａおよび第２圧電体層２Ｂの主表面にエポキシ樹脂などの接着剤７を塗り、第１外装体３ａと、第１圧電体層２Ａと、弾性体層８、第２圧電体層２Ｂと、第２外装体３ｂとを積層して一体に接合し、積層体１２を製造する。
【００３８】
また、圧電体層が集合したマザー基板の状態で検出用電極を形成し、分極処理を施し、弾性体層と外装体と接合した後にこれを個片に切断することで、複数の積層体を一括して製造してもよい。
【００３９】
次に、積層体１２の両端面に、スパッタリング法などにより、例えばＡｇなどの薄膜を形成し、その薄膜上に金属めっきを施すなどして、第１端子電極５ａおよび第２端子電極５ｂを形成する。これによって、圧電素子１が製造される。
【００４０】
最後に、圧電素子１を対象物６である基板に接合部９によって実装することで圧電センサ１１を完成させる。
【００４１】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る圧電素子２１の断面図である。
【００４２】
図５に示すように、圧電素子２１においては、第１圧電体層２２Ａと第２圧電体層２２Ｂとの間の長さ方向における端面付近に一対の弾性体層２８（一方が第１弾性体層に該当し、他方が第２弾性体層に該当する）が設けられている。また、圧電素子２１においては、第１圧電体層２Ａと第２圧電体層２Ｂとの間の長さ方向における中央部に接着層２０が設けられている。
【００４３】
上述した第１実施形態に係る圧電素子１では、弾性体層８の両面に接着剤７が設けられることにより、第１圧電体層２Ａと第２圧電体層２Ｂとの間の全面において弾性体層８が設けられている。しかしながら、このように構成した場合には、弾性体層８と第１圧電体層２Ａとの間および弾性体層８と第２圧電体層２Ｂとの間において剥離が生じてしまう可能性がある。
【００４４】
そのため、図５に示すように、本第２実施形態では、第１圧電体層２２Ａと第２圧電体層２２Ｂとの間であってかつ一対の弾性体層２８の間に、これら第１圧電体層２２Ａおよび第２圧電体層２２Ｂを接着するように接着層２０を設けている。これにより、第１圧電体層２２Ａと弾性体層２８との間で剥離が発生すること、ならびに第２圧電体層２２Ｂと弾性体層２８との間で剥離が発生することが防止でき、密着強度を強くすることができる。
【００４５】
圧電素子２１を圧電センサとして使用した際の圧電素子２１にかかる引っ張り応力は、左右の応力が均等にかかる圧電素子２１の中央部では小さくなる。そのため、圧電素子２１の長さ方向における中央部が弾性体層２８から接着層２０に置き換わったとしても、端面付近の一対の弾性体層２８が、第１圧電体層２２Ａと第２圧電体層２２Ｂとの伸びの差を生じさせる効果をもたらす。したがって、第１圧電体層２２Ａと第２圧電体層２２Ｂとの間の長さ方向における端面付近に一対の弾性体層２８を設け、かつ、第１圧電体層２２Ａと第２圧電体層２２Ｂとの間の長さ方向における中央部に接着層２０を設けることが好ましい。
【００４６】
以上より、上述した第１実施形態と比較して、本第２実施形態では、圧電センサとして使用した際に、弾性体層２８と第１圧電体層２２Ａとの密着強度および弾性体層２８と第２圧電体層２２Ｂとの密着強度が強く、剥離しにくい圧電素子２１を作成することが可能となる。
【００４７】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る圧電素子３１の斜視図である。
【００４８】
図６に示すように、圧電素子３１においては、第１端子電極３５ａが、図には現われていない第１検出用電極３４ａおよび第４検出用電極３４ｄを引き出すための第１引き出し電極３５ｃを備えており、第２端子電極３５ｂが、第２検出用電極３４ｂおよび第３検出用電極３４ｃ引き出すための第２引き出し電極３５ｄを備えている。
【００４９】
第２検出用電極３４ｂおよび第３検出用電極３４ｃは、第２引き出し電極３５ｄにより、弾性体層３８の長さ方向における中央部を覆うように第１側面３１ｅに引き出され、さらに第１主面３１ａに引き出されて第２端子電極３５ｂに接続している。同様に、一部については図には現われていないが、第１検出用電極３４ａおよび第４検出用電極３４ｄは、第１引き出し電極３５ｃにより、弾性体層３８の長さ方向における中央部を覆うように第２側面３１ｆに引き出され、さらに第１主面３１ａに引き出されて第１端子電極３５ａに接続している。
【００５０】
弾性体層３８は、引っ張り応力を吸収することで、圧電センサの感度を向上させる一方、変形しやすく、また熱膨張も起こりやすい。そのため、弾性体層３８上に設けられた第１検出用電極３４ａおよび第４検出用電極３４ｄと第１端子電極３５ａとの間に断線が生じやすくなってしまう。また、同様に、第２検出用電極３４ｂおよび第３検出用電極３４ｃと第２端子電極３５ｂとの間に断線が生じやすくなってしまう。
【００５１】
そこで、本第３実施形態では、第１引き出し電極３５ｃにより、第１検出用電極３４ａおよび第４検出用電極３４ｄと第１端子電極３５ａとを接続し、また、第２引き出し電極３５ｄにより、第２検出用電極３４ｂおよび第３検出用電極３４ｃと第２端子電極３５ｂとを接続することで、断線によって発生する不良を軽減することを可能としている。換言すれば、端面側において断線が生じたとしても、側面において端子電極と検出用電極の電気的接続が確保できることになる。
【００５２】
また、上述した第２実施形態に係る圧電素子２１のように、第１圧電体層２２Ａと第２圧電体層２２Ｂとの間の長さ方向における中央部に接着層２０を有している場合においても、接着層２０を覆うように第１引き出し電極３５ｃおよび第２引き出し電極３５ｄを設けることが好ましい。接着層２０は、弾性体層３８と比較すると変形しにくく、熱膨張も起こりにくいため、この場合、断線によって発生する不良を更に軽減することが可能となる。
【００５３】
したがって、本第３実施形態にかかる圧電素子３１は、上述した第１および第２実施形態に係る圧電素子１，２１と比較して、圧電センサとして使用した際に、検出用電極と端子電極との間での剥離に起因した断線によって発生する不良を軽減することができる。
【００５４】
（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態に係る圧電素子４１の断面図である。
【００５５】
図７に示すように、圧電素子４１においても、第１圧電体層４２Ａおよび第２圧電体層４２Ｂに分極処理がなされており、それぞれその厚み方向を分極方向としている。より具体的には、第１圧電体層４２Ａの分極方向は、第１圧電体層４２Ａの第２主表面４２Ａｂから第１圧電体層の第１主表面４２Ａａに向かう方向とされており、第２圧電体層４２Ｂの分極方向は、第２圧電体層４２Ｂの第１主表面４２Ｂａから第２圧電体層４２Ｂの第２主表面４２Ｂｂに向かう方向とされている。この場合、第１圧電体層４２Ａの第１主表面４２Ａａと第２圧電体層４２Ｂの第２主表面４２Ｂｂとが正の極性面となり、第１圧電体層４２Ａの第２主表面４２Ａｂと第２圧電体層の第１主表面４２Ｂａとが負の極性面となる。
【００５６】
なお、第１圧電体層４２Ａの分極方向が、第１圧電体層４２Ａの第１主表面４２Ａａから第１圧電体層４２Ａの第２主表面４２Ａｂに向かう方向とされるとともに、第２圧電体層４２Ｂの分極方向が、第２圧電体層４２Ｂの第２主表面４２Ｂｂから第２圧電体層４２Ｂの第１主表面４２Ｂａに向かう方向とされていてもよい。この場合、第１圧電体層４２Ａの第２主表面４２Ａｂと第２圧電体層４２Ｂの第１主表面４２Ｂａとが正の極性面となり、第１圧電体層４２Ａの第１主表面４２Ａａと第２圧電体層４２Ｂの第２主表面４２Ｂｂとが負の極性面となる。
【００５７】
圧電素子４１においては、第１検出用電極４４ａが、第１圧電体層４２Ａの正の極性面に設けられており、第２検出用電極４４ｂが、第１圧電体層４２Ａの負の正極面に設けられている。また、圧電素子４１においては、第３検出用電極４４ｃが、第２圧電体層４２Ｂの正の極性面に設けられており、第４検出用電極４４ｄが、第２圧電体４２Ｂの負の極性面に設けられている。
【００５８】
さらに、圧電素子４１においては、第１検出用電極４４ａと第４検出用電極４４ｄとが、第１端子電極４５ａに電気的に接続されており、第２検出用電極４４ｂと第３検出用電極４４ｃとが、第２端子電極４５ｂに電気的に接続されている。
【００５９】
ここで、本第４実施形態に係る圧電素子４１にあっても、上述した第１実施形態における図６と同じ等価回路を形成しているため、熱により発生する電荷を打ち消すことが可能となる。
【００６０】
なお、本第４実施形態においては、第２検出用電極４４ｂと第４検出用電極４４ｄとが近接する。そのため、弾性体層４８は、絶縁性を有する材料から構成されていることが好ましい。
【００６１】
上述した第１ないし第４実施形態に係る圧電素子およびこれを備えた圧電センサの特徴的な構成を要約すると、以下のとおりとなる。
【００６２】
圧電素子は、厚み方向に沿って積層された第１圧電体層、第２圧電体層および弾性体層を含む積層体と、上記積層体の外表面に設けられた第１端子電極および第２端子電極とを備えている。上記弾性体層は、上記第１圧電体層と上記第２圧電体層との間に位置しており、上記第１圧電体層および第２圧電体層は、いずれも厚み方向を分極方向としている。上記積層体は、上記第１圧電体層の正の極性面に設けられた第１検出用電極と、上記第１圧電体層の負の極性面に設けられた第２検出用電極と、上記第２圧電体層の正の極性面に設けられた第３検出用電極と、上記第２圧電体層の負の極性面に設けられた第４検出用電極とをさらに含んでいる。上記第１検出用電極および上記第４検出用電極は、上記第１端子電極に接続されており、上記第２検出用電極および上記第３検出用電極は、上記第２端子電極に接続されている。
【００６３】
また、上記圧電素子にあっては、上記第１圧電体層の分極方向と、上記第２圧電体層の分極方向とが、同じ方向を向いていることが好ましい。
【００６４】
また、上記圧電素子にあっては、上記積層体が、上記厚み方向において相対して位置する第１主面および第２主面と、上記厚み方向と直交する長さ方向において相対して位置する第１端面および第２端面と、上記厚み方向および上記長さ方向の双方に直交する幅方向において相対して位置する第１側面および第２側面とを有していてもよく、その場合には、上記積層体の上記長さ方向における寸法が、上記積層体の上記幅方向における寸法よりも大きいことが好ましい。
【００６５】
また、上記圧電素子にあっては、上記弾性体層が、上記第１端面の近傍に設けられた第１弾性体層と、上記第２端面の近傍に設けられた第２弾性体層とを含んでいることが好ましく、その場合には、上記第１弾性体層と上記第２弾性体層との間に接着層が設けられていることが好ましい。
【００６６】
また、上記圧電素子にあっては、上記第１検出用電極および上記第４検出用電極が、それぞれ上記第１端面および上記第１側面の各々に達しているとともに、上記第２検出用電極および上記第３検出用電極が、それぞれ上記第２端面および上記第２側面の各々に達していてもよく、その場合には、上記第１端子電極が、上記第１側面のうちの上記第１検出用電極および上記第４検出用電極が位置する部分と、上記第１端面とに設けられているとともに、上記第２端子電極が、上記第２側面のうちの上記第２検出用電極および上記第３検出用電極が位置する部分と、上記第２端面とに設けられていることが好ましい。
【００６７】
また、上記圧電素子にあっては、上記第１検出用電極および上記第４検出用電極が、上記第１側面の上記長さ方向における中央部において上記第１端子電極に接続されているとともに、上記第２検出用電極および上記第３検出用電極が、上記第２側面の上記長さ方向における中央部において上記第２端子電極に接続されていることが好ましい。
【００６８】
圧電センサは、変形を検出すべき対象物と、上記圧電素子のいずれかとを備えており、上記圧電素子が、上記対象物に実装されてなるものである。
【００６９】
また、上記圧電センサにあっては、上記第２圧電体層が、上記第１圧電体層よりも上記対象物側に位置していてもよく、その場合には、上記積層体に上記弾性体層が含まれることによって生じる上記第１圧電体層と上記第２圧電体層との伸びの差に基づき、上記対象物の変形が検出されることになる。
【００７０】
また、上記圧電センサは、上記対象物と上記圧電素子とを接続する接合部をさらに備えていてもよく、その場合には、上記接合部が、上記積層体の上記第１端面および上記第２端面に対応する部分において、上記第１圧電体層に達しない高さで形成されていることが好ましい。
【００７１】
本発明は、上述した第１ないし第４実施形態の記載に限定されるものではない。例えば、変形例として、第１圧電体層および第２圧電体層の材料として圧電単結晶を用いてもよい。また、圧電体層を３つ以上備えていてもよく、第１圧電体層および第２圧電体層に加えて、第３圧電体層、さらには第４圧電体層を備えていてもよい。また、弾性体層と第１圧電体層との間や弾性体層と第２圧電体層との間に、別途新たな層が設けられていてもよい。
【００７２】
このように、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって画定され、また請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００７３】
１，２１，３１，４１  圧電素子、１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ  第１主面、１ｂ，２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ  第２主面、１ｃ，２１ｃ，４１ｃ  第１端面、１ｄ，２１ｄ，４１ｄ  第２端面、１ｅ，３１ｅ  第１側面、１ｆ，３１ｆ  第２側面、２Ａ，２２Ａ，３２Ａ，４２Ａ  第１圧電体層、２Ｂ，２２Ｂ，３２Ｂ，４２Ｂ  第２圧電体層、２Ａａ，２２Ａａ，４２Ａａ  第１主表面、２Ａｂ，２２Ａｂ，４２Ａｂ  第２主表面、２Ｂａ，２２Ｂａ，４２Ｂａ  第１主表面、２Ｂｂ，２２Ｂｂ，４２Ｂｂ  第２主表面、３ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ  第１外装体、３ｂ，２３ｂ，３３ｂ，４３ｂ  第２外装体、４ａ，２４ａ，３４ａ，４４ａ  第１検出用電極、４ｂ，２４ｂ，３４ｂ，４４ｂ  第２検出用電極、４ｃ，２４ｃ，３４ｃ，４４ｃ  第３検出用電極、４ｄ，２４ｄ，３４ｄ，４４ｄ  第４検出用電極、５ａ，２５ａ，３５ａ，４５ａ  第１端子電極、５ｂ，２５ｂ，３５ｂ，４５ｂ  第２端子電極、３５ｃ  第１引き出し電極、３５ｄ  第２引き出し電極、６  対象物、７，２７，３７，４７  接着剤、８，２８，３８，４８  弾性体層、９  接合部、１１  圧電センサ、１２  積層体、２０  接着層。
【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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【国際調査報告】
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