(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と、
前記圧電体に設けられる第１の電極層と、
第１の方向において前記第１の電極層との間に前記圧電体の第１の領域を挟んで前記圧電体に埋め込まれる第２の電極層と、
前記第１の方向において前記圧電体の第１の外表面に設けられ、少なくとも一部が前記第１の電極層または前記第２の電極層との間に前記圧電体の第２の領域を挟んで前記圧電体に設けられ、前記第１の電極層および前記第２の電極層には前記圧電体を介して接続され、導電性を有する導電層と、
前記圧電体内に形成される孔に設けられ、前記第１の電極層または前記第２の電極層に電気的に接続される接続部と、を含み、
前記圧電体のうち、前記第１の領域および前記第２の領域は、分極され、
前記接続部は、前記第１の電極層に電気的に接続され、前記第２の電極層に電気的に接続されない第１の接続部と、前記第２の電極層に電気的に接続され、前記第１の電極層に電気的に接続されない第２の接続部と、を含み、
前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第１の接続部に接続される第１の外部電極層と、
前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第２の接続部に接続される第２の外部電極層と、をさらに含み、
前記導電層は、前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層と同じ材料によって形成される、圧電素子。
【請求項２】
圧電体と、
前記圧電体に設けられる第１の電極層と、
第１の方向において前記第１の電極層との間に前記圧電体の第１の領域を挟んで前記圧電体に埋め込まれる第２の電極層と、
前記第１の方向において前記圧電体の第１の外表面に設けられ、少なくとも一部が前記第１の電極層または前記第２の電極層との間に前記圧電体の第２の領域を挟んで前記圧電体に設けられ、前記第１の電極層および前記第２の電極層には前記圧電体を介して接続され、導電性を有する導電層と、
前記圧電体内に形成される孔に設けられ、前記第１の電極層または前記第２の電極層に電気的に接続される接続部と、を含み、
前記導電層の厚さが、１μｍ〜１００μｍの範囲に選ばれ、
前記接続部は、前記第１の電極層に電気的に接続され、前記第２の電極層に電気的に接続されない第１の接続部と、前記第２の電極層に電気的に接続され、前記第１の電極層に電気的に接続されない第２の接続部と、を含み、
前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第１の接続部に接続される第１の外部電極層と、
前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第２の接続部に接続される第２の外部電極層と、をさらに含み、
前記導電層は、前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層と同じ材料によって形成される、圧電素子。
【請求項３】
圧電体と、
前記圧電体に設けられる第１の電極層と、
第１の方向において前記第１の電極層との間に前記圧電体の第１の領域を挟んで前記圧電体に埋め込まれる第２の電極層と、
前記第１の方向において前記圧電体の第１の外表面に設けられ、少なくとも一部が前記第１の電極層または前記第２の電極層との間に前記圧電体の第２の領域を挟んで前記圧電体に設けられ、前記第１の電極層および前記第２の電極層には前記圧電体を介して接続され、導電性を有する導電層と、
前記圧電体内に形成される孔に設けられ、前記第１の電極層または前記第２の電極層に電気的に接続される接続部と、を含み、
前記圧電体のうち、前記第１の領域および前記第２の領域は、分極され、
前記接続部は、前記第１の電極層に電気的に接続され、前記第２の電極層に電気的に接続されない第１の接続部と、前記第２の電極層に電気的に接続され、前記第１の電極層に電気的に接続されない第２の接続部と、を含み、
前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第１の接続部に接続される第１の外部電極層と、
前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第２の接続部に接続される第２の外部電極層と、をさらに含み、
前記導電層の厚さは、前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層の厚さと実質的に等しい、圧電素子。
【請求項４】
圧電体と、
前記圧電体に設けられる第１の電極層と、
第１の方向において前記第１の電極層との間に前記圧電体の第１の領域を挟んで前記圧電体に埋め込まれる第２の電極層と、
前記第１の方向において前記圧電体の第１の外表面に設けられ、少なくとも一部が前記第１の電極層または前記第２の電極層との間に前記圧電体の第２の領域を挟んで前記圧電体に設けられ、前記第１の電極層および前記第２の電極層には前記圧電体を介して接続され、導電性を有する導電層と、
前記圧電体内に形成される孔に設けられ、前記第１の電極層または前記第２の電極層に電気的に接続される接続部と、を含み、
前記導電層の厚さが、１μｍ〜１００μｍの範囲に選ばれ、
前記接続部は、前記第１の電極層に電気的に接続され、前記第２の電極層に電気的に接続されない第１の接続部と、前記第２の電極層に電気的に接続され、前記第１の電極層に電気的に接続されない第２の接続部と、を含み、
前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第１の接続部に接続される第１の外部電極層と、
前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第２の接続部に接続される第２の外部電極層と、をさらに含み、
前記導電層の厚さは、前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層の厚さと実質的に等しい、圧電素子。
【請求項５】
前記導電層は、前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層と同じ材料によって形成される、請求項３または４に記載の圧電素子。
【請求項６】
複数の前記第１の電極層と、
複数の前記第２の電極層とを含み、
前記複数の第１の電極層は、前記圧電体に埋め込まれ、
前記第１の電極層および前記第２の電極層は、前記第１の方向に間隔をあけて交互に配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項７】
前記接続部は、前記第１の方向に延び、複数の前記第１の電極層を電気的に接続する、請求項６に記載の圧電素子。
【請求項８】
前記接続部は、前記第１の方向に延び、複数の前記第２の電極層を電気的に接続する、請求項６または７に記載の圧電素子。
【請求項９】
圧電体と、
前記圧電体に設けられる第１の電極層と、
第１の方向において前記第１の電極層との間に前記圧電体の第１の領域を挟んで前記圧電体に埋め込まれる第２の電極層と、
前記第１の方向において前記圧電体の第１の外表面に設けられ、少なくとも一部が前記第１の電極層または前記第２の電極層との間に前記圧電体の第２の領域を挟んで前記圧電体に設けられ、前記第１の電極層および前記第２の電極層には前記圧電体を介して接続され、導電性を有する導電層と、を含み、
前記圧電体のうち、前記第１の領域および前記第２の領域は、分極され、
前記導電層は、自転車の一部または自転車部品の一部に取り付けることができるように構成され、
前記圧電体内に形成される孔に設けられ、前記第１の電極層または前記第２の電極層に電気的に接続される接続部をさらに含み、
前記接続部は、前記第１の電極層に電気的に接続され、前記第２の電極層に電気的に接続されない第１の接続部と、前記第２の電極層に電気的に接続され、前記第１の電極層に電気的に接続されない第２の接続部と、を含み、
前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第１の接続部に接続される第１の外部電極層と、
前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第２の接続部に接続される第２の外部電極層と、をさらに含み、
前記導電層は、前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層と同じ材料によって形成される、圧電素子。
【請求項１０】
圧電体と、
前記圧電体に設けられる第１の電極層と、
第１の方向において前記第１の電極層との間に前記圧電体の第１の領域を挟んで前記圧電体に埋め込まれる第２の電極層と、
前記第１の方向において前記圧電体の第１の外表面に設けられ、少なくとも一部が前記第１の電極層または前記第２の電極層との間に前記圧電体の第２の領域を挟んで前記圧電体に設けられ、前記第１の電極層および前記第２の電極層には前記圧電体を介して接続され、導電性を有する導電層と、を含み、
前記圧電体のうち、前記第１の領域および前記第２の領域は、分極され、
前記導電層は、自転車の一部または自転車部品の一部に取り付けることができるように構成され、
前記圧電体内に形成される孔に設けられ、前記第１の電極層または前記第２の電極層に電気的に接続される接続部をさらに含み、
前記接続部は、前記第１の電極層に電気的に接続され、前記第２の電極層に電気的に接続されない第１の接続部と、前記第２の電極層に電気的に接続され、前記第１の電極層に電気的に接続されない第２の接続部と、を含み、
前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第１の接続部に接続される第１の外部電極層と、
前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第２の接続部に接続される第２の外部電極層と、をさらに含み、
前記導電層の厚さは、前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層の厚さと実質的に等しい、圧電素子。
【請求項１１】
前記導電層は、前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層と同じ材料によって形成される、請求項１０に記載の圧電素子。
【請求項１２】
前記複数の第２の電極層のうちの１つは、前記複数の第１の電極層よりも前記圧電体の前記第２の外表面に近い位置に配置され、
前記第１の外部電極層の少なくとも一部は、前記第１の方向において前記第２の電極層との間に前記圧電体の第３の領域を挟む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項１３】
前記第１の外部電極層は、前記第２の外部電極層よりも面積が大きい、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項１４】
前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層は、同じ材料によって形成される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項１５】
前記導電層、前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層は、銀を含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項１６】
前記第１の電極層、前記第２の電極層、前記第１の接続部および前記第２の接続部は、同じ材料によって形成される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項１７】
前記第１の電極層、前記第２の電極層、前記第１の接続部および前記第２の接続部は、銀およびパラジウムを含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項１８】
前記導電層は、前記第１の外表面の半分以上を覆う、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項１９】
圧電体と、
前記圧電体に設けられる第１の電極層と、
第１の方向において前記第１の電極層との間に前記圧電体の第１の領域を挟んで、前記圧電体に埋め込まれる第２の電極層とを含む圧電素子の製造方法であって、
前記圧電体に第１の孔および第２の孔を形成し、前記第１の孔に第１の接続部を設け、前記第２の孔に第２の接続部を設ける工程と、
前記第１の接続部に電気的に接続され、前記第２の接続部に電気的に接続されない前記第１の電極層と、前記第２の接続部に電気的に接続され、前記第１の接続部に電気的に接続されない前記第２の電極層とを設ける工程と、
前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第１の接続部に接続される第１の外部電極層と、前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第２の接続部に接続される第２の外部電極層とを設ける工程と、
前記第１の方向において前記圧電体の第１の外表面に設けられ、少なくとも一部が前記第１の電極層または前記第２の電極層と前記圧電体の第２の領域を挟んで前記圧電体に設けられ、前記第１の電極層および前記第２の電極層には前記圧電体を介して接続され、前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層と同じ材料によって形成され、導電性を有する導電層を形成する工程と、
前記第１の領域および前記第２の領域に直流電圧を印加する工程とを含む
圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
特許文献１の圧電素子は、圧電体と、圧電体に埋め込まれる複数の電極とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１９１４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記圧電素子において、複数の電極に電圧を印加して分極処理を行うと、圧電体のうち電極に挟まれている領域のみが分極されることによって、圧電素子に反りが生じるおそれがある。このため、圧電素子を装置等に設置すると、不具合が生じるおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、反りが抑制された圧電素子およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に従う圧電素子の一形態は、圧電体と、前記圧電体に設けられる第１の電極層と、第１の方向において前記第１の電極層との間に前記圧電体の第１の領域を挟んで前記圧電体に埋め込まれる第２の電極層と、前記第１の方向において前記圧電体の第１の外表面に設けられ、少なくとも一部が前記第１の電極層または前記第２の電極層との間に前記圧電体の第２の領域を挟んで前記圧電体に設けられ、前記第１の電極層および前記第２の電極層には前記圧電体を介して接続され、導電性を有する導電層と、を含み、前記圧電体のうち、前記第１の領域および前記第２の領域は、分極されている。
【０００７】
（２）本発明に従う圧電素子の一形態は、圧電体と、前記圧電体に設けられる第１の電極層と、第１の方向において前記第１の電極層との間に前記圧電体の第１の領域を挟んで前記圧電体に埋め込まれる第２の電極層と、前記第１の方向において前記圧電体の第１の外表面に設けられ、少なくとも一部が前記第１の電極層または前記第２の電極層との間に前記圧電体の第２の領域を挟んで前記圧電体に設けられ、前記第１の電極層および前記第２の電極層には前記圧電体を介して接続され、導電性を有する導電層と、を含み、前記導電層の厚さが、１μｍ〜１００μｍの範囲に選ばれる。
【０００８】
（３）前記圧電素子の一例では、複数の前記第１の電極層と、複数の前記第２の電極層とを含み、前記複数の第１の電極層は、前記圧電体に埋め込まれ、前記第１の電極層および前記第２の電極層は、前記第１の方向に間隔をあけて交互に配置されている。
【０００９】
（４）前記圧電素子の一例では、第１の方向に延びて前記複数の第１の電極層を電気的に接続する第１の接続部と、第１の方向に延びて前記複数の第２の電極層を電気的に接続する第２の接続部とをさらに含む。
【００１０】
（５）前記圧電素子の一例では、前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第１の接続部に接続される第１の外部電極層と、前記第１の方向において前記圧電体の第２の外表面に設けられ、前記第２の接続部に接続される第２の外部電極層とをさらに含む。
【００１１】
（６）前記圧電素子の一例では、前記複数の第２の電極層のうちの１つは、前記複数の第１の電極層よりも前記圧電体の前記第２の外表面に近い位置に配置され、前記第１の外部電極層の少なくとも一部は、前記第１の方向において前記第２の電極層との間に前記圧電体の第３の領域を挟む。
【００１２】
（７）前記圧電素子の一例では、前記第１の外部電極層は、前記第２の外部電極層よりも面積が大きい。
（８）前記圧電素子の一例では、前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層は、同じ材料によって形成される。
【００１３】
（９）前記圧電素子の一例では、前記導電層は、前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層と同じ材料によって形成される。
（１０）前記圧電素子の一例では、前記導電層、前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層は、銀を含む。
【００１４】
（１１）前記圧電素子の一例では、前記導電層の厚さは、前記第１の外部電極層および前記第２の外部電極層の厚さと実質的に等しい。
（１２）前記圧電素子の一例では、前記第１の電極層、前記第２の電極層、前記第１の接続部および前記第２の接続部は、同じ材料によって形成される。
【００１５】
（１３）前記圧電素子の一例では、前記第１の電極層、前記第２の電極層、前記第１の接続部および前記第２の接続部は、銀およびパラジウムを含む。
（１４）前記圧電素子の一例では、前記導電層は、前記第１の外表面の半分以上を覆う。
【００１６】
（１５）本発明に従う圧電素子の製造方法の一形態は、圧電体と、前記圧電体に設けられる第１の電極層と、第１の方向において前記第１の電極層との間に前記圧電体の第１の領域を挟んで、前記圧電体に埋め込まれる第２の電極層とを含む圧電素子の製造方法であって、前記第１の方向において前記圧電体の第１の外表面に設けられ、少なくとも一部が前記第１の電極層または前記第２の電極層と前記圧電体の第２の領域を挟んで前記圧電体に設けられ、前記第１の電極層および前記第２の電極層には前記圧電体を介して接続され、導電性を有する導電層を形成する工程と、前記第１の領域および前記第２の領域に直流電圧を印加する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の圧電素子および圧電素子の製造方法は、圧電素子の反りを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態の圧電素子を含む歪センサの模式図。
【図２】図１の圧電素子の平面図。
【図３】図１の圧電素子の底面図。
【図４】図２の４−４線の断面図。
【図５】図１の圧電素子の製造方法を示すフローチャート。
【図６】圧電素子の製造方法の接続部を形成する工程を示す断面図。
【図７】圧電素子の製造方法の第１の電極層を形成する工程を示す断面図。
【図８】圧電素子の製造方法の第２の電極層を形成する工程を示す断面図。
【図９】圧電素子の製造方法の圧電層を積層する工程を示す断面図。
【図１０】圧電素子の製造方法の圧電層の焼成の工程を示す断面図。
【図１１】圧電素子の製造方法の第２の工程を示す断面図。
【図１２】変形例の圧電素子の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１〜図４を参照して、実施形態の圧電素子２０を含む歪センサ１０について説明する。
図１に示されるとおり、歪センサ１０は、回路部１２および圧電素子２０を含む。歪センサ１０は、圧電素子２０が取り付けられる検出体Ｘの歪を検出する。検出体Ｘは、自転車の一部または自転車部品の一部であり、例えば自転車のペダル軸、クランク軸、クランクアーム、および、フレーム等である（いずれも図示略）。
【００２０】
回路部１２は、圧電素子２０と接続される。回路部１２は、圧電素子２０からの電流を増幅する増幅回路（図示略）、および、増幅回路によって増幅された信号を外部の装置に出力する通信部（図示略）等を含む。回路部１２は、圧電素子２０に生じる歪を圧電素子２０から入力される電流に基づいて演算する演算部（図示略）をさらに含んでもよい。回路部１２が演算部を含む場合、通信部は演算部によって演算された結果を外部の装置に出力する。通信部は、有線通信を行ってもよく、無線通信を行ってもよい。
【００２１】
圧電素子２０は、圧電体２２、第１の電極層２４（図４参照）、第２の電極層２６（図４参照）、および、導電層２８を含む。一例では、圧電素子２０は、第１の接続部３０（図４参照）、第２の接続部３２（図４参照）、第１の外部電極層３４、および、第２の外部電極層３６をさらに含む。圧電素子２０は、検出体Ｘの平らな面に貼り付けられることが好ましいが、検出体Ｘが円柱形状または円筒形状の軸等の曲面を有する形状の場合には曲面に張り付けられてもよい。圧電素子２０は、略直方体形状を有する。圧電素子２０は、いわゆる積層型圧電素子である。
【００２２】
図２に示されるとおり、圧電素子２０の頂面２０Ｂ側には、圧電体２２の第２の外表面２２Ｂの一部、第１の外部電極層３４、および、第２の外部電極層３６が露出する。図３に示されるとおり、圧電素子２０の底面２０Ａ側には、圧電体２２の第１の外表面２２Ａの一部、および、導電層２８が露出する。圧電素子２０の４つの側面２０Ｃ側には、圧電体２２が露出する。
【００２３】
図４に示されるとおり、第１の電極層２４は、複数設けられる。第１の電極層２４は、圧電体２２に設けられる。第１の電極層２４は、圧電体２２に埋め込まれる。第１の電極層２４は、シート状に形成される。第１の電極層２４は、圧電体２２の第１の方向Ａに交差する方向に延びており、好ましくは第１の方向Ａに直交する第２の方向Ｂに延びている。第１の方向Ａは、第１の電極層２４および第２の電極層２６の積層方向であり、圧電素子２０の頂面２０Ｂから底面２０Ａに向かう方向に平行する。第２の方向Ｂは、直方体形状の一辺に沿う方向である。
【００２４】
第２の電極層２６は、複数設けられる。第２の電極層２６は、圧電体２２に設けられる。第２の電極層２６は、第１の方向Ａにおいて第１の電極層２４との間に圧電体２２の第１の領域Ｒ１を挟んで圧電体２２に埋め込まれる。第２の電極層２６は、シート状に形成される。第２の電極層２６は、圧電体２２の第１の方向Ａに交差する方向に延びており、好ましくは第１の方向Ａに直交する第２の方向Ｂに延びている。第１の電極層２４および第２の電極層２６は、第１の方向Ａに間隔をあけて交互に配置されている。複数の第２の電極層２６のうちの１つである第２の電極層２６Ｘは、複数の第１の電極層２４よりも圧電体の第２の外表面２２Ｂに近い位置に配置される。第１の電極層２４および第２の電極層２６は、合計で３〜２０個が設けられることが好ましい。この場合第１の電極層２４および第２の電極層２６に挟まれる圧電体２２の領域Ｒ１は、２〜１９個が存在する。
【００２５】
第１の電極層２４の大きさおよび第２の電極層２６の大きさは実質的に等しい。第１の電極層２４は、第１の方向Ａと直交する第２の方向Ｂにおいて、第２の電極層２６よりも圧電体２２の第１の側面２２Ｃ側まで延びている。第２の電極層２６は、第２の方向Ｂにおいて、第１の電極層２４よりも圧電体２２の第２の側面２２Ｄ側まで延びている。
【００２６】
導電層２８は、第１の方向Ａにおいて圧電体２２の第１の外表面２２Ａに設けられる。導電層２８は、第１の外表面２２Ａの半分以上を覆う。導電層２８は、少なくとも一部が第２の電極層２６との間に圧電体２２の第２の領域Ｒ２を挟んで圧電体２２に設けられる。導電層２８は、導電性を有する。導電層２８は、第１の電極層２４および第２の電極層２６に圧電体２２を介して接続される。導電層２８は、第１の電極層２４、第２の電極層２６、第１の接続部３０、および、第２の接続部３２とは直接的に接触しない。導電層２８の圧電体２２とは反対側の表面は、検出体Ｘ（図１参照）に接触した状態で検出体Ｘに張り付けられる。導電層２８の圧電体２２とは反対側の表面は、接着剤を介して検出体Ｘに張り付けられてもよい。第１の方向Ａの一方Ａ１側の圧電体２２の表面を第２の外表面２２Ｂとし、第１の方向Ａの他方Ａ２側の圧電体２２の表面を第１の外表面２２Ａとする。
【００２７】
第１の接続部３０は、第１の方向Ａに延びて複数の第１の電極層２４を電気的に接続する。第１の接続部３０は、圧電体２２に形成される孔２７Ａに設けられる。第１の接続部３０は、複数の第１の電極層２４とともに圧電素子２０の正電極および負電極の一方を構成する。第２の接続部３２は、第１の方向Ａに延びて複数の第２の電極層２６を電気的に接続する。第２の接続部３２は、圧電体２２に形成される孔２７Ｂに設けられる。第２の接続部３２は、複数の第２の電極層２６とともに正電極および負電極の他方を構成する。
【００２８】
第１の外部電極層３４は、第１の方向Ａにおいて圧電体２２の第２の外表面２２Ｂに設けられる。第１の外部電極層３４は、第１の接続部３０に接続される。第１の外部電極層３４の少なくとも一部は、第１の方向Ａにおいて第２の電極層２６との間に圧電体２２の第３の領域Ｒ３を挟む。図１に示されるとおり、第１の外部電極層３４には第１の電線Ｃ１が接続される。
【００２９】
図４に示されるとおり、第２の外部電極層３６は、第１の方向Ａにおいて圧電体２２の第２の外表面２２Ｂに設けられる。第１の外部電極層３４と第２の外部電極層３６とは、圧電体２２の第２の外表面２２Ｂにおいて互いに接触しないように第２の外表面２２Ｂに設けられる。図２に示されるとおり、第１の外部電極層３４と第２の外部電極層３６とは、第２の方向Ｂに並んで、第２の方向Ｂに間隔をあけて配置される。第２の方向Ｂにおいて、第２の外部電極層３６は、第１の外部電極層３４よりも圧電体２２の第２の側面２２Ｄに設けられる。第２の外部電極層３６は、第２の接続部３２に接続される。第１の外部電極層３４は、第２の外部電極層３６よりも面積が大きい。具体的には、第１の外部電極層３４が圧電体２２の第２の外表面２２Ｂに接触している面積が、第２の外部電極層３６が圧電体２２の第２の外表面２２Ｂに接触している面積よりも大きい。第１の外部電極層３４は、第２の外部電極層３６の２倍以上の面積を有するのが好ましい。図１に示されるとおり、第２の外部電極層３６には第２の電線Ｃ２が接続される。図４に示す圧電体２２のうち、第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２は、分極されている。圧電体２２のうち、第３の領域Ｒ３は分極されている。
【００３０】
圧電素子２０の各部材の厚さについて説明する。
第１の電極層２４の厚さＤ１は、０．２μｍ〜２μｍの範囲に選ばれる。第２の電極層２６の厚さＤ２は、０．２μｍ〜２μｍの範囲に選ばれる。第１の電極層２４の厚さＤ１および第２の電極層２６の厚さＤ２は、実質的に等しいことが好ましい。第１の電極層２４の厚さＤ１および第２の電極層２６の厚さＤ２の平均厚さは、例えば１．５μｍである。
【００３１】
導電層２８の厚さＤ３は、１μｍ〜１００μｍの範囲に選ばれる。一例では、導電層２８の厚さＤ３は、５μｍ〜２０μｍの範囲に選ばれる。第１の外部電極層３４の厚さＤ４は、１μｍ〜１００μｍの範囲に選ばれる。一例では、第１の外部電極層３４の厚さＤ４は、５μｍ〜２０μｍの範囲に選ばれる。第２の外部電極層３６の厚さＤ５は、１μｍ〜１００μｍの範囲に選ばれる。一例では、第２の外部電極層３６の厚さＤ５は、５μｍ〜２０μｍの範囲に選ばれる。導電層２８の厚さＤ３は、第１の外部電極層３４の厚さＤ４および第２の外部電極層３６の厚さＤ５と実質的に等しいことが好ましい。
【００３２】
第１の領域Ｒ１の厚さＤ６は、例えば１０μｍ〜５０μｍの範囲に選ばれる。一例では、第１の領域Ｒ１の厚さＤ６は、３０μｍである。第２の領域Ｒ２の厚さＤ７は、例えば１０μｍ〜５０μｍの範囲に選ばれる。一例では、第２の領域Ｒ２の厚さＤ７は、３０μｍである。第３の領域Ｒ３の厚さＤ８は、例えば１０μｍ〜５０μｍの範囲に選ばれる。一例では、第３の領域Ｒ３の厚さＤ８は、３０μｍである。第１の領域Ｒ１の厚さＤ６、第２の領域Ｒ２の厚さＤ７、および、第３の領域Ｒ３の厚さＤ８は実質的に等しいことが好ましい。
【００３３】
圧電素子２０の各部材の材料について説明する。
圧電体２２は、圧電特性を有する材料を含む。一例では、圧電体２２は、チタン酸ジルコン酸鉛を含む。他の例では、圧電体２２は、チタン酸バリウムまたはチタン酸鉛を含む。圧電体２２は、圧電特性を有する材料に添加剤を加えて焼成されている。
【００３４】
第１の電極層２４、第２の電極層２６、第１の接続部３０および第２の接続部３２は、同じ材料によって形成される。第１の電極層２４、第２の電極層２６、第１の接続部３０および第２の接続部３２は、導電性の高い金属材料によって形成される。第１の電極層２４、第２の電極層２６、第１の接続部３０および第２の接続部３２は、銀およびパラジウムを含む。一例では、銀とパラジウムとの金属合成比の一例は、銀：パラジウムが９０：１０、または、８０：２０である。
【００３５】
第１の外部電極層３４および第２の外部電極層３６は、同じ材料によって形成される。導電層２８は、第１の外部電極層３４および第２の外部電極層３６と同じ材料によって形成される。第１の外部電極層３４、第２の外部電極層３６、および、導電層２８は、導電性の高い金属材料によって形成される。導電層２８、第１の外部電極層３４および第２の外部電極層３６は、銀を含む。
【００３６】
図５〜図１０を参照して、圧電素子２０の製造方法について説明する。
圧電素子２０の製造方法は、導電層２８を形成する工程と、第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２に直流電圧を印加する（以下、「分極する」という）工程とを含む。一例では、圧電素子２０の製造方法は、圧電層２２Ｘを形成する第１の工程、接続部３０，３２を形成する第２の工程、第１および第２の電極層２４，２６を形成する第３の工程、圧電層２２Ｘを積層する第４の工程、圧電層２２Ｘを焼成する第５の工程、および、外部電極層３４，３６を形成する第６の工程をさらに含む。導電層２８を形成する工程（以下、「第７の工程」）および分極する工程（以下、「第８の工程」）は、第６の工程の後に行われる。
【００３７】
第１の工程は、圧電体２２の材料を混合して攪拌しスラリー状にする工程、スラリー状の材料をシート体に成形する工程、成形したシート体を乾燥させる工程、および、乾燥したシート体を所定の大きさに切断して圧電層２２Ｘに成形する工程を含む。圧電体２２の材料は、チタン酸ジルコン酸鉛の粉体、有機溶剤、および、樹脂バインダーを含む。圧電層２２Ｘを形成する工程においては、例えばリップコータが用いられる。圧電層２２Ｘの厚さＤ９（図６参照）は、圧電層２２Ｘを焼成する工程によって小さくなるため、焼成後の所望の厚さの約１２０％にすることが好ましい。焼成後の第１〜３の領域の厚さＤ４〜Ｄ６（図４参照）が３０μｍである場合、圧電層２２Ｘの厚さＤ９は、３６μｍに設定される。
【００３８】
図６に示す接続部３０，３２を形成する第２の工程は、圧電層２２Ｘに貫通孔２２Ｙを形成する工程、および、貫通孔２２Ｙを接続部３０，３２の材料で埋める工程を含む。貫通孔２２Ｙが形成された圧電層２２Ｘを、圧電層２２Ｘ１とし、貫通孔２２Ｙが形成されていない圧電層２２Ｘを、圧電層２２Ｘ２（図９参照）とする。図６では１つの圧電素子２０に対する部分の圧電層２２Ｘのみを示しているが、実際には図６に示す単位の圧電層２２Ｘが複数マトリクス状に連なっている。
【００３９】
図７および図８に示す電極層２４，２６を形成する第３の工程は、圧電層２２Ｘ１の厚み方向の一方の表面に第１の電極層２４および第２の電極層２６の一方のみを印刷する工程を含む。図７に示す第１の電極層２４は、第１の接続部３０と接触し、かつ、第２の接続部３２と接触しないように圧電層２２Ｘ１の表面に印刷される。図８に示す第２の電極層２６は、第２の接続部３２と接触し、かつ、第１の接続部３０と接触しないように圧電層２２Ｘ１の表面に印刷される。印刷方法としては、たとえばスクリーン印刷が用いられる。第１の電極層２４が印刷された圧電層２２Ｘ１を、第１の電極層付き圧電層２３Ｘとする。第２の電極層２６が印刷された圧電層２２Ｘ１を、第２の電極層付き圧電層２３Ｙとする。
【００４０】
図９に示す圧電層２２Ｘを積層する第４の工程は、複数の圧電層２２Ｘを積層する工程、積層した圧電層２２Ｘを圧着する工程、および、圧着した圧電層２２Ｘを所定の寸法に切断する工程を含む。複数の圧電層２２Ｘを積層する工程では、第１の電極層付き圧電層２３Ｘと、第２の電極層付き圧電層２３Ｙとが交互に積み重ねられる。図９では、各第１の電極層２４および第２の電極層２６が第１の方向Ａの他方Ａ２に向くように、第１の電極層付き圧電層２３Ｘと、第２の電極層付き圧電層２３Ｙとが積層されている。また、第１の方向Ａから見て、各第１の接続部３０および各第２の接続部３２がそれぞれ重なるように第１の電極層付き圧電層２３Ｘと、第２の電極層付き圧電層２３Ｙとが積み重ねられる。第１の方向Ａの他方Ａ２の端に配置される圧電層２３Ｙには、第１の方向Ａの他方Ａ２に圧電層２２Ｘ２が積層される。第４の工程によって第１の電極層付き圧電層２３Ｘ、第２の電極層付き圧電層２３Ｙ、および、圧電層２２Ｘが積み重ねられた積層体２５が形成される。第４工程において積層される圧電層２２Ｘの数は、少なくとも複数であり、例えば４〜１２に選ばれ、図９に示す例では６個に選ばれている。
【００４１】
圧電層２２Ｘを焼成する第５の工程では、第４の工程によって形成された積層体２５が焼成される。焼成温度は、電極層２４，２６および接続部３０，３２の融点よりも高くなるように設定される。電極層２４，２６および接続部３０，３２が、銀およびパラジウムを含む場合、焼成温度は一例では９５０℃〜１０３０℃に設定される。各圧電層２２Ｘは、焼成によって図１０に示すように一体化して圧電体２２を形成し、第１の電極層２４、第２の電極層２６、第１の接続部３０、および、第２の接続部３２が圧電体２２の内部に埋め込まれた状態になる。図１０において第２の方向Ｂの一方側の複数の貫通孔２２Ｙは１つの孔２７Ａを形成し、孔２７Ａに設けられる各圧電層２２Ｘの第１の接続部３０が連続する。図１０において第２の方向Ｂの他方側の複数の貫通孔２２Ｙは１つの孔２７Ｂを形成し、孔２７Ｂに設けられる各圧電層２２Ｘの第２の接続部３２が連続する。圧電体２２の第１の外表面２２Ａには、第１の電極層２４、第２の電極層２６、第１の接続部３０、および、第２の接続部３２のいずれも露出しない。
【００４２】
図１１に示す外部電極層３４，３６を形成する第６の工程は、圧電体２２の第２の外表面２２Ｂに第１の外部電極層３４および第２の外部電極層３６を印刷して焼き付ける工程を含む。第１の外部電極層３４は、第１の接続部３０と接触し、かつ、第２の接続部３２と接触しないように第２の外表面２２Ｂに形成される。第２の外部電極層３６は、第２の接続部３２と接触し、かつ、第１の接続部３０と接触しないように第２の外表面２２Ｂに形成さる。外部電極層３４，３６を第１の外表面２２Ａに焼き付ける温度は、外部電極層３４，３６の材料の融点以上の温度である。外部電極層３４，３６が銀を含む場合、焼き付け温度は一例では５５０度に設定される。
【００４３】
導電層２８を形成する第７の工程は、圧電体２２の第１の外表面２２Ａに導電層２８を印刷して焼き付ける工程を含む。導電層２８を第１の外表面２２Ａに焼き付ける温度は、外部電極層３４，３６の材料の融点以上の温度である。導電層２８が銀を含む場合、焼き付け温度は一例では５５０度に設定される。導電層２８は、第１の電極層２４および第２の電極層２６には圧電体２２を介して接続される。なお、外部電極層３４，３６を形成する工程および導電層２８を形成する工程の順序を入れ替えることもできる。また、各材料の融点および各工程に用いられる温度について、「焼成温度＞導電層２８および外部電極層３４，３６の材料の融点＞電極層２４，２６および接続部３０，３２の材料の融点＞導電層２８および外部電極層３４，３６の焼き付け温度」または「導電層２８および外部電極層３４，３６の材料の融点＞焼成温度＞電極層２４，２６および接続部３０，３２の材料の融点＞導電層２８および外部電極層３４，３６の焼き付け温度」の関係が成立することが好ましい。
【００４４】
分極を行う第８の工程は、導電性を有する導電板Ｐと導電層２８とが接触するように導電板Ｐ上に圧電体２２を配置する工程と、第１の外部電極層３４および導電板Ｐに第１の電線Ｃ１を接続し、第２の外部電極層３６に第２の電線Ｃ２を接続する工程と、第１の電線Ｃ１および第２の電線Ｃ２に直流電圧を印加する工程を含む。第１の電線Ｃ１および第２の電線Ｃ２の一方は電源ＢＴの負極に接続され、第１の電線Ｃ１および第２の電線Ｃ２の他方は電源ＢＴの正極に接続される。
【００４５】
直流電圧の印加によって第１の電極層２４と第２の電極層２６との間に挟まれる第１の領域Ｒ１、第２の電極層２６と導電層２８との間に挟まれる第２の領域Ｒ２、および、第１の外部電極層３４と第２の電極層２６との間に挟まれる第３の領域Ｒ３が分極される。
【００４６】
導電層２８が設けられていない圧電素子では、圧電体２２のうちの最も第１の方向Ａの他方Ａ２側の第２の電極層２６よりも他方Ａ２側の領域には直流電圧が印加されないため、分極されない。直流電圧の印加によって圧電体２２のうちの分極される第１の領域Ｒ１には残留変位が生じる。このため、分極されない領域と残留変位を有する第１の領域Ｒ１との間に発生する内部応力が、反りやたわみの原因となるおそれがある。圧電素子２０では、第２の電極層２６と第１の外表面２２Ａとの間に形成される第２の領域Ｒ２にも第１の領域Ｒ１と同様に均一な電圧が印加されて分極される。このため、直流電圧の印加による圧電体２２の第２の方向Ｂの変位が均一になり、反りおよびたわみの発生を抑制することができる。
【００４７】
圧電素子２０では、第１の接続部３０および第２の接続部３２が圧電素子２０の側面２０Ｃに露出しないので、第１の接続部３０および第２の接続部３２が検出体Ｘ等との間で電気的な接続が生じ難い。このため、歪センサ１０の出力に誤検出が生じ難い。
【００４８】
第１の外部電極層３４の少なくとも一部は、第１の方向Ａにおいて第２の電極層２６との間に圧電体２２の第３の領域Ｒ３を挟む。このため、第３の領域Ｒ３も分極されるため、圧電体２２の反りおよびたわみがより生じ難い。
【００４９】
導電層２８は、第１の外部電極層３４および第２の外部電極層３６と同じ材料によって形成される。このため、圧電体２２を分極する工程において、第２の領域Ｒ２に適切に直流電圧を印加することができる。
【００５０】
（変形例）
上記各実施の形態に関する説明は、本発明に従う圧電素子および圧電素子の製造方法が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う圧電素子および圧電素子の製造方法は、例えば以下に示される上記各実施形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。
【００５１】
・第１の接続部３０および第２の接続部３２を図１２に示す第１の接続部３８および第２の接続部４０に変更してもよい。図１２の第１の接続部３８および第２の接続部４０は、それぞれ圧電体２２の第１の側面２２Ｃおよび第２の側面２２Ｄに設けられる。第１の電極層２４は、第１の側面２２Ｃに露出する。第１の接続部３８は、第１の側面２２Ｃに露出した第１の電極層２４、および、第１の外部電極層３４と接触する。第２の電極層２６は、第２の側面２２Ｄに露出する。第２の接続部４０は、第２の側面２２Ｄに露出した第２の電極層２６、および、第２の外部電極層３６と接触する。この場合、第１の接続部３８および第２の接続部４０の材料は、第１の外部電極層３４および第２の外部電極層３６の材料と等しいことが好ましい。
【００５２】
・第１の電極層２４を第２の外表面２２Ｂ上に配置することもできる。この場合、第１の電極層２４が第１の外部電極層として機能する。
・第１の電極層２４と第２の電極層２６とを入れ替えることもできる。この場合、導電層２８は最も第１の外表面２２Ａに近い第１の電極層２４との間に圧電体２２の第２の領域Ｒ２を挟んで圧電体２２に設けられる。
【符号の説明】
【００５３】
Ａ…第１の方向、２０…圧電素子、２２…圧電体、２２Ａ…第１の外表面、２２Ｂ…第２の外表面、Ｒ１…第１の領域、Ｒ２…第２の領域、Ｒ３…第３の領域、２４…第１の電極層、２６…第２の電極層、２８…導電層、３０…第１の接続部、３２…第２の接続部、３４…第１の外部電極層、３６…第２の外部電極層。
【図１】
0006659450.tif 000002
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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