(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミック材料を含むと共に、互いに対向している第一及び第二主面を有する圧電素体と、
前記第一主面上に形成されている第一外部電極を含む第一電極と、
前記第一外部電極と対向するように前記圧電素体内に形成されている内部電極と、前記第二主面上に形成されていると共に前記内部電極と電気的に接続されている第二外部電極と、を含む第二電極と、を備え、
前記圧電素体は、前記第一外部電極と前記内部電極との間に活性領域を含むと共に、前記内部電極を挟んで前記活性領域とは反対側であり、かつ、前記第二外部電極と前記内部電極との間に不活性領域を含み、
前記圧電素体が前記第一外部電極により受ける応力は、前記圧電素体が前記内部電極により受ける応力より大きく、
前記活性領域の分極方向は、前記第一外部電極から前記内部電極に向かう方向である、積層圧電素子。
【請求項２】
前記圧電素体に対する前記第一外部電極の被覆率は、前記圧電素体を構成する圧電体層に対する前記内部電極の被覆率より大きい、請求項１に記載の積層圧電素子。
【請求項３】
前記圧電素体は、前記第一及び第二主面が対向している第一方向に交差する第二方向で互いに対向している第一及び第二端面を更に有し、
前記内部電極は、前記第一端面に露出していると共に、前記第二方向で前記第二端面から離間し、
前記第一外部電極は、前記第二方向で前記第一端面から離間しており、
前記内部電極と前記第二端面との前記第二方向での間隔と、前記第一外部電極と前記第一端面との前記第二方向での間隔とは、異なっている、請求項１又は２に記載の積層圧電素子。
【請求項４】
前記第二外部電極は、前記第二方向で前記第二端面から離間しており、
前記第二外部電極と前記第二端面との前記第二方向での間隔は、前記内部電極と前記第二端面との前記第二方向での前記間隔より大きい、請求項３に記載の積層圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電セラミック材料を含む圧電素体と、圧電素体に電界を印加するための一対の電極とを備えた積層圧電素子が知られている（たとえば、特許文献１及び特許文献２参照）。圧電素体は、互いに対向している第一及び第二主面を有している。第一電極は、第一主面上に形成されている外部電極を含んでいる。第二電極は、外部電極と対向するように前記圧電素体内に形成されている内部電極を含んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０７８４８７号
【特許文献２】国際公開第２０１５／０６０１３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一つの態様は、大きな変位量を示すとともに、高い信頼性を有する積層圧電素子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】
【０００５】
本発明者らは、大きな変位量を示すとともに、高い信頼性を有する構成について鋭意研究を行った。その結果、本発明者らは、以下の知見を新たに得て、本発明を想到するに至った。
【０００６】
圧電素体には、分極処理が施される。分極処理では、結晶構造内の所定のイオン（たとえば、ＡＢＯＸで表されるペロブスカイト型結晶構造では、Ｂイオン）が移動し、圧電素体内に存在している各ドメインでの分極の向きが揃えられる。このとき、所定の位置まで移動したＢイオンの総量が多いほど分極の状態が良好となり、圧電特性が高くなる。各ドメインにおいて、Ｂイオンが上記所定の位置に移動し、分極が所定の方向に揃うことにより好適な分極状態が得られる。
所定のイオンの移動しやすさは、圧電素体が当該圧電素体とは異なる部材から受ける応力により異なる。すなわち、圧電素体が、上記部材から受ける応力が異なる部分を有している場合、所定のイオンは、一の上記部材から受ける応力が大きい部分に向けて移動しがたく、他の上記部材から受ける応力が小さい部分に向けて移動しやすい傾向を有する。
以上のことから、圧電素体が、圧電素体とは異なる部材から受ける応力が異なる部分を有する構成を実現させた上で、分極方向が、上記一の部材から受ける応力が大きい部分から上記他の部材から受ける応力が小さい部分に向かう方向とされることにより、大きな分極が得られている積層圧電素子が実現され得る。得られている分極が大きいほど、積層圧電素子は、大きな変位量を示す。積層圧電素子では、得られている分極が大きいほど、分極方向とは逆方向に電圧が印加される状況下で使用される場合でも、分極が失われがたく、積層圧電素子は、高い信頼性を有する。
【０００７】
圧電素体に配置される電極の構成や製造過程の違いにより、電極から圧電素体が受ける応力が異なることがある。電極が、たとえば、焼結金属層として構成される場合、この電極は、一般に、圧電素体と同時焼成により得られる。電極が、たとえば、めっき層として構成される場合、この電極は、一般に、圧電素体にめっき法によって金属層を形成することにより得られる。めっき法は、たとえば、スパッタリング法、蒸着法、又は電解めっき法を含む。
焼結金属層として構成される電極は、金属材料が焼結する過程で、金属材料同士が互いに引き合ために、複数の孔が形成される傾向にある。これに対し、めっき層として構成される電極は、緻密であるために、孔などが形成されがたい傾向にある。これらの傾向の違いにより、焼結金属層として構成される電極から圧電素体が受ける応力は、めっき層として構成される電極から圧電素体が受ける応力より小さい。
以上のことから、圧電素体が、圧電素体とは異なる部材から受ける応力が異なる部分を有する構成は、内部電極と外部電極とが圧電素子に形成されることにより実現され得る。
【０００８】
一つの態様に係る積層圧電素子は、圧電セラミック材料を含むと共に、互いに対向している第一及び第二主面を有する圧電素体と、第一主面上に形成されている外部電極を含む第一電極と、外部電極と対向するように圧電素体内に形成されている内部電極を含む第二電極と、を備えている。圧電素体は、外部電極と内部電極との間に活性領域を含むと共に、内部電極を挟んで活性領域とは反対側に不活性領域を含んでいる。圧電素体が外部電極により受ける応力は、圧電素体が内部電極により受ける応力より大きい。活性領域の分極方向は、外部電極から内部電極に向かう方向である。
【０００９】
上記一つの態様では、圧電素体が内部電極により受ける応力が、圧電素体が外部電極により受ける応力より小さいので、外部電極と内部電極との間の活性領域は、内部電極から応力を受ける部分と、外部電極から応力を受ける部分とを有し、これらの部分が受ける応力は、上述したように異なる。更に、活性領域の分極方向が、外部電極から内部電極に向かう方向である。
以上のことから、上記一つの態様は、圧電素体（活性領域）では、圧電素体とは異なる部材から受ける応力が異なる部分を有する構成を実現した上で、分極方向が、一の上記部材から受ける応力が大きい部分から他の上記部材から受ける応力が小さい部分に向かう方向とされている構成が実現されている。したがって、上記一つの態様は、大きな変位量を示すとともに、高い信頼性を有する。
【００１０】
上記一つの態様では、外部電極の被覆率は、内部電極の被覆率より大きくてもよい。この場合、圧電素体が外部電極により受ける応力は、圧電素体が内部電極により受ける応力より大きい構成が、簡易かつ確実に実現される。
【００１１】
上記一つの態様では、圧電素体は、第一及び第二主面前が対向している第一方向に交差する第二方向で互いに対向している第一及び第二端面を更に有し、内部電極は、第一端面に露出していると共に、第二方向で第二端面から離間し、外部電極は、第二方向で第一端面から離間しており、内部電極と第二端面との第二方向での間隔と、外部電極と第一端面との第二方向での間隔とは、異なっていてもよい。これにより、分極処理時の積層圧電素子（圧電素体）の歪と、駆動時の積層圧電素子（圧電素体）の変位とのバランスが良好となる。
【００１２】
上記一つの態様では、第二電極は、第二主面上に形成されていると共に内部電極と電気的に接続されている外部電極を更に含み、第二電極が含んでいる外部電極は、第二方向で第二端面から離間しており、第二電極が含んでいる外部電極と第二端面との第二方向での間隔は、内部電極と第二端面との第二方向での間隔より大きくてもよい。これにより、分極処理時の積層圧電素子（圧電素体）の歪と、駆動時の積層圧電素子（圧電素体）の変位とのバランスが良好となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一つの態様によれば、大きな変位量を示すとともに、高い信頼性を有する積層圧電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る積層圧電素子を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】電界と分極との関係を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
初めに、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る積層圧電素子１の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る積層圧電素子を示す斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【００１７】
積層圧電素子１は、圧電素体３と、圧電素体３に配置された第一電極１０及び第二電極２０とを備えている。第一電極１０及び第二電極２０は、圧電素体３に電界を印加するための電極である。積層圧電素子１は、たとえば、ハードディスク装置といった装置に用いられる。具体的には、積層圧電素子１は、たとえば、デュアル・アクチュエータ方式のハードディスク装置において、ボイスコイルモータ以外の第二のアクチュエータとして用いられる。
【００１８】
圧電素体３は、圧電セラミック材料を含み、具体的には、たとえば、圧電セラミック材料の焼結体からなる。圧電セラミック材料としては、ＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３］、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ３）、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３］、又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）といったペロブスカイト型酸化物（一般式：ＡＢＯＸ）などが挙げられる。
【００１９】
圧電素体３は、略直方体形状を有し、互いに対向している第一主面３ａ及び第二主面３ｂを有する。第一主面３ａ及び第二主面３ｂは、第一方向Ａｘ１に沿って対向しており、圧電素体３の外表面の一部を成している。圧電素体３は、たとえば、複数の圧電体層が積層されて構成されており、たとえば、圧電セラミック材料を含むセラミックグリーンシートの焼結体から構成される。各圧電体層が積層される方向は、第一方向Ａｘ１に沿うことができる。各圧電体層が互いに重なり合っている層の境界は、たとえば、視認できない程度に一体化されている。圧電素体３は、第一方向Ａｘ１に沿って、たとえば、長さ０．０５ｍｍ程度を有する。
【００２０】
圧電素体３は、互いに対向している第一端面３ｃ及び第二端面３ｄを更に有する。第一端面３ｃと第二端面３ｄとは、第一方向Ａｘ１に交差する第二方向Ａｘ２に沿って対向しており、圧電素体３の外表面の一部を成している。第二方向Ａｘ２は、略直方体形状の圧電素体３において、たとえば、その長手方向である。圧電素体３は、第二方向Ａｘ２に沿って、たとえば、長さ０．６５ｍｍ程度を有する。
圧電素体３は、互いに対向している第一側面３ｅ及び第二側面３ｆを更に有する。第一側面３ｅと第二側面３ｆとは、第一方向Ａｘ１及び第二方向Ａｘ２に交差する第三方向Ａｘ３に沿って対向しており、圧電素体３の外表面の一部を成している。第三方向Ａｘ３は、略直方体形状の圧電素体３において、たとえば、その短手方向である。圧電素体３は、第三方向Ａｘ３に沿って、たとえば、長さ０．２５ｍｍ程度を有する。
【００２１】
第一主面３ａ及び第二主面３ｂは、第一端面３ｃと第二端面３ｄとを接続するように、第二方向Ａｘ２に沿って延びている。また、第一主面３ａ及び第二主面３ｂは、第一側面３ｅと第二側面３ｆとを接続するように、第三方向Ａｘ３に沿って延びている。
第一端面３ｃ及び第二端面３ｄは、第一主面３ａと第二主面３ｂとを接続するように、第一方向Ａｘ１に沿って延びている。また、第一端面３ｃ及び第二端面３ｄは、第一側面３ｅと第二側面３ｆとを接続するように、第三方向Ａｘ３に沿って延びている。
第一側面３ｅ及び第二側面３ｆは、第一端面３ｃと第二端面３ｄとを接続するように、第二方向Ａｘ２に沿って延びている。また、第一側面３ｅ及び第二側面３ｆは、第一主面３ａと第二主面３ｂとを接続するように、第一方向Ａｘ１に沿って延びている。
【００２２】
第一電極１０は、外部電極（第一外部電極１１）を有し、第一外部電極１１は、圧電素体３の外表面上に形成されている。第一外部電極１１は、第一電極部分１２と、第二電極部分１３とを有する。第一電極部分１２は、第一主面３ａ上に配置され、第二電極部分１３は、第二端面３ｄ上に配置されている。第一電極部分１２と第二電極部分１３とは、圧電素体３の外表面上において一体的に形成されており、第一主面３ａと第二端面３ｄとが成す稜部４ａにおいて、互いに連結されている。第一電極部分１２は、第一主面３ａ上において、第一側面３ｅから第二側面３ｆに達するまで延在している。第一電極部分１２は、第一主面３ａ上において、第二端面３ｄから第一端面３ｃに向かって延在し、第一端面３ｃとは離間している。第一電極部分１２は、第一端面３ｃ側に電極端部１２ｃを有し、電極端部１２ｃは、第一端面３ｃとの間に間隔Ｓ１２を成している。間隔Ｓ１２は、たとえば、９０〜２５０ｎｍである。
【００２３】
第二電極部分１３は、第二端面３ｄの全体を覆うように配置されている。第一電極１０は、第一側面３ｅ上及び第二側面３ｆ上のいずれにも配置されていない。
【００２４】
第二電極２０は、内部電極２１を有する。本実施形態では、積層圧電素子１は、圧電素体３内に配置される内部電極として、内部電極２１のみを有する。内部電極２１は、第一方向Ａｘ１において、第一外部電極１１の第一電極部分１２と対向するように、圧電素体３内に形成されている。内部電極２１と第一電極部分１２との距離は、第一方向Ａｘ１に沿って、たとえば、５〜１００μｍである。内部電極２１の形状は、第一方向Ａｘ１に沿った方向から見て、たとえば、略矩形である。
【００２５】
内部電極２１は、第二方向Ａｘ２に沿って、第一端面３ｃから第二端面３ｄに向かって圧電素体３内で延在する。内部電極２１は、第一端面３ｃに露出していると共に、第二方向Ａｘ２において、第二端面３ｄから離間している。内部電極２１は、第二方向Ａｘ２において互いに対向する一対の電極端面２１ｃ及び電極端面２１ｄを有し、電極端面２１ｃは、圧電素体３の第一端面３ｃに露出する一方で、電極端面２１ｄは、圧電素体３の第二端面３ｄに露出していない。
【００２６】
間隔Ｓ２１は、電極端面２１ｄと第二端面３ｄとの間隔であり、たとえば、１０〜８０ｎｍである。積層圧電素子１は、間隔Ｓ２１を有することにより、内部電極２１と第一電極１０との短絡を防ぐことができる。
本実施形態では、内部電極２１と第二端面３ｄとの第二方向Ａｘ２での間隔Ｓ２１と、第一外部電極１１と第一端面３ｃとの第二方向Ａｘ２での間隔Ｓ１２とは、互いに異なっている。間隔Ｓ２１と間隔Ｓ１２とが互いに異なることにより、分極処理時に圧電素体３が持つ応力を低減することができる。そして、分極処理時の積層圧電素子１（圧電素体３）の歪と、駆動時の積層圧電素子１（圧電素体３）の変位とのバランスが良好となる。
【００２７】
内部電極２１は、第三方向Ａｘ３に沿って、圧電素体３内で延在し、互いに対向する一対の電極側面２１ｅ及び電極側面２１ｆを有する。本実施形態では、電極側面２１ｅは、圧電素体３の第一側面３ｅに露出し、電極側面２１ｆは、圧電素体３の第二側面３ｆに露出している。
【００２８】
積層圧電素子１では、内部電極２１は、たとえば、圧電素体３との同時焼成によって作製され、たとえば、Ｐｔからなり、Ｐｔからなる粒子を含む導電性ペーストの焼結体として構成される。内部電極２１の材料としては、Ｐｔのほか、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、及び、それらの合金といった導電性材料が挙げられる。内部電極２１は、これらの導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されてもよい。内部電極２１の厚みは、たとえば、０．２〜３μｍである。
【００２９】
第二電極２０は、外部電極（第二外部電極２２）を更に有する。第二外部電極２２は、圧電素体３の外表面上に形成されている。第二外部電極２２は、第三電極部分２３と、第四電極部分２４と、第五電極部分２５とを有する。第三電極部分２３は、第一主面３ａ上に配置され、第四電極部分２４は、第二端面３ｄ上に配置されている。第五電極部分２５は、第二主面３ｂ上に配置されている。第三電極部分２３、第四電極部分２４、及び第五電極部分２５は、外表面上において一体的に形成されている。
【００３０】
第三電極部分２３と第四電極部分２４とは、第一主面３ａと第一端面３ｃとが成す稜部４ｂにおいて、互いに連結されており、第四電極部分２４と第五電極部分２５とは、第一端面３ｃと第二主面３ｂとが成す稜部４ｃにおいて、互いに連結されている。第三電極部分２３は、第一主面３ａ上において、第一側面３ｅから第二側面３ｆに達するまで延在している。第三電極部分２３は、第一主面３ａ上において、電極端部２３ｃを有し、この電極端部２３ｃは、第一外部電極１１における第一電極部分１２の電極端部１２ｃとの間に間隔Ｓ２３を成している。間隔Ｓ２３は、たとえば、５０〜２００ｎｍである。間隔Ｓ２３がこの範囲にあるとき、第一外部電極１１と第二外部電極２２との短絡を防ぐことができ、また、圧電素体３からのセラミックスの脱粒を効果的に抑制することができる。
【００３１】
第四電極部分２４は、第一端面３ｃの全体を覆うように配置されており、第五電極部分２５は、第二主面３ｂ上において、第一側面３ｅから第二側面３ｆに達するまで延在している。第五電極部分２５は、第二主面３ｂ上において、第二方向Ａｘ２に沿って、第一端面３ｃから第二端面３ｄに向かって延在すると共に、第二端面３ｄから離間している。第五電極部分２５は、電極端部２５ｄを有し、電極端部２５ｄは第二端面３ｄとの間に間隔Ｓ２５を有する。間隔Ｓ２５は、たとえば、９０〜２００ｎｍである。間隔Ｓ２５がこの範囲にあるとき、第一外部電極１１と第二外部電極２２との短絡を防ぐことができ、また、圧電素体３からのセラミックスの脱粒を効果的に抑制することができる。
【００３２】
本実施形態では、第二外部電極２２と第二端面３ｄとの第二方向Ａｘ２での間隔Ｓ２５は、内部電極２１と第二端面３ｄとの第二方向Ａｘ２での間隔Ｓ２１より大きくなっている。間隔Ｓ２５が間隔Ｓ２１より大きいことにより、圧電素体３に内在する応力のバランスを整えることができる。そして、分極処理時の積層圧電素子１（圧電素体３）の歪と、駆動時の積層圧電素子１（圧電素体３）の変位とのバランスが良好となる。
【００３３】
内部電極２１の電極端面２１ｄの位置と比較すると、第五電極部分２５の電極端部２５ｄは、第二方向Ａｘ２に沿って、内部電極２１の電極端面２１ｄとの間に距離Ｄ２１を有している。距離Ｄ２１は、たとえば、１０〜１９０ｎｍである。
【００３４】
第四電極部分２４は、第一端面３ｃに露出する内部電極２１の電極端面２１ｃをすべて覆うように配置されている。内部電極２１は、第一端面３ｃにおいて、第四電極部分２４に連結され、内部電極２１は、第二外部電極２２に電気的に接続される。第五電極部分２５は、第一方向Ａｘ１に沿って、内部電極２１に対向している。第二外部電極２２の第五電極部分２５と、内部電極２１との距離は、第一方向Ａｘ１に沿って、たとえば、５〜１００μｍである。第二電極２０は、第一側面３ｅ上及び第二側面３ｆ上のいずれにも配置されていない。
【００３５】
第一外部電極１１及び第二外部電極２２は、共に、たとえば、圧電素体３側から順に、Ｎｉ−Ｃｒ合金層及びＡｕ層が積層された構造、すなわち、Ｎｉ−Ｃｒ合金層を下層とし、Ａｕ層を上層としたＮｉ−Ｃｒ／Ａｕ積層構造を有する。第一外部電極１１及び第二外部電極２２は、共に、たとえば、Ｎｉ−Ｃｒ合金層、Ａｕ層、又はＣｒ層、Ｎｉ層といった同様の金属からなる単層構造を有してもよい。第一外部電極１１及び第二外部電極２２のいずれか一方が、Ｎｉ−Ｃｒ／Ａｕ積層構造を有し、第一外部電極１１及び第二外部電極２２のいずれか他方が、同様の金属からなる単層構造を有してもよい。第一外部電極１１及び第二外部電極２２の形成方法としては、たとえば、めっき法が用いられる。めっき法は、スパッタリング法、蒸着法、又は電解めっき法を含む。本実施形態では、第一外部電極１１及び第二外部電極２２は、めっき層である。
【００３６】
第一外部電極１１及び第二外部電極２２が積層構造を有する場合、たとえば、Ｎｉ−Ｃｒ合金層の厚みは、２０〜４００ｎｍであり、Ａｕ層の厚みは、５０〜２００ｎｍである。第一外部電極１１及び第二外部電極２２が単層構造を有する場合、たとえば、第一外部電極１１及び第二外部電極２２の厚みは、７０〜６００ｎｍである。本実施形態では、圧電素体３が第一外部電極１１と第二外部電極２２とによって挟まれた構造を有しているので、たとえば、圧電素体３の変形を抑制することができる。
【００３７】
第一外部電極１１と、第二電極２０の内部電極２１との組み合わせは、圧電素体３に電界を印加するための電極として機能する。一方、第二電極２０の第二外部電極２２と、第二電極２０の内部電極２１との組み合わせは、圧電素体３に電界を印加するための電極としては機能しない。従って、積層圧電素子１は、圧電素体３に電界を印加するための一対の電極、すなわち、第一外部電極１１と内部電極２１を備えている。
【００３８】
積層圧電素子１では、圧電素体３は、第一外部電極１１と内部電極２１との間に活性領域ＥＡ１を有し、活性領域ＥＡ１は、積層圧電素子１に印加された電界に応じて変位する。本実施形態では、特に、第一外部電極１１の第一電極部分１２と内部電極２１と間に活性領域ＥＡ１が含まれる。圧電素体３は、内部電極２１を挟んで活性領域ＥＡ１とは反対側に不活性領域ＥＮ１を含む。具体的には、特に、内部電極２１と第二外部電極２２との間に不活性領域ＥＮ１が含まれる。活性領域ＥＡ１と不活性領域ＥＮ１とは、一つの内部電極２１の両側に位置している。
【００３９】
第二電極２０では、内部電極２１は、たとえば、上述のようにＰｔなどにより構成されるので、その硬度は低く、また、内部電極２１は、圧電素体３と同時焼成されるので、圧電素体３が内部電極２１により受ける応力は比較的小さい。このため、内部電極２１が圧電素体３の変位を阻害することが抑制されて、内部電極２１近傍での活性領域ＥＡ１の変位量は比較的大きい。一方、第一電極１０では、第一外部電極１１は、Ｎｉ−Ｃｒ合金層によって構成されるので、その硬度は高く、また、第一外部電極１１は、焼成後のめっき法などで形成されるので、圧電素体３が第一外部電極１１により受ける応力は比較的大きい。このため、第一外部電極１１は、圧電素体３の変位を阻害し易く、第一外部電極１１近傍での活性領域ＥＡ１の変位量は小さくなる傾向がある。本実施形態では、圧電素体３が第一外部電極１１により受ける応力は、圧電素体３が内部電極２１により受ける応力より大きい。本実施形態では、内部電極２１は、焼結金属層である。
【００４０】
積層圧電素子１の作製に際しては、活性領域ＥＡ１の分極方向が、第一外部電極１１から内部電極２１に向かう方向になるように電界が印加される。この方向に電界が印加されるのは、圧電素体３において、たとえば、それに含まれる材料のイオン、たとえば、ペロブスカイト型酸化物（一般式：ＡＢＯＸ）では、Ｂサイトのプラスイオンは、内部電極２１から第一外部電極１１に向かうよりも、第一外部電極１１から内部電極２１に向かう方が動きやすいからである。
【００４１】
分極処理は、たとえば、常温下で行なわれる。分極処理は、常温のほか、たとえば、８０℃から１５０℃程度に加熱して行なわれてもよい。加熱して分極処理を行う場合には、分極電界を印加状態からゼロにするときに、圧電素体の温度が常温の状態になっていることが好ましい。エージングによる分極の劣化、積層圧電素子１の駆動による分極の劣化をより効果的に抑制するためである。積層圧電素子１の駆動に際しては、第一外部電極１１を含む第一電極１０を正極とし、内部電極２１を含む第二電極２０を負極として電界が印加される。
【００４２】
本実施形態では、圧電素体３が内部電極２１により受ける応力が、圧電素体３が第一外部電極１１により受ける応力より小さいので、第一外部電極１１と内部電極２１との間の活性領域ＥＡ１は、内部電極２１から応力を受ける部分と、第一外部電極１１から応力を受ける部分とを有し、これらの部分が受ける応力は、上述したように異なる。更に、活性領域ＥＡ１の分極方向が、第一外部電極１１から内部電極２１に向かう方向である。以上のことから、本実施形態は、圧電素体３（活性領域ＥＡ１）では、圧電素体３とは異なる部材から受ける応力が異なる部分を有する構成を実現した上で、分極方向が、一の上記部材（第一外部電極１１）から受ける応力が大きい部分から他の上記部材（内部電極２１）から受ける応力が小さい部分に向かう方向とされている構成が実現されている。したがって、本実施形態は、大きな変位量を示すとともに、高い信頼性を有する。
【００４３】
第二電極２０の内部電極２１は、たとえば、圧電素体３との同時焼成によって作製されるので、内部電極２１にも焼結反応が起こる。従って、圧電素体３において、内部電極２１によって被覆されていない部分がランダムに発生し、内部電極２１の被覆率が低くなる傾向がある。一方、第一電極１０の第一外部電極１１は、焼成後のめっき法などで形成されるので、圧電素体３の第一外部電極１１が設置される領域によって被覆されていない部分は生じ難く、第一外部電極１１の被覆率が高くなる傾向がある。本実施形態では、第一外部電極１１の被覆率は、内部電極２１の被覆率より大きい。具体的には、第一外部電極１１の被覆率は、９５〜１００であり、内部電極２１の被覆率は、６０〜９５である。本実施形態では、圧電素体３が第一外部電極１１により受ける応力は、圧電素体３が内部電極２１により受ける応力より大きい構成が、簡易かつ確実に実現される。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の実施例及び比較例により、積層圧電素子１について更に説明する。本発明は、下記例に制限されない。
【００４５】
（実施例１）
（積層圧電素子の作製）
実施例１に係る積層圧電素子の作製においては、初めに、圧電セラミック材料として、ＰＺＴを用いてグリーンシートを作製した。続いて、グリーンシートにおいて、Ｐｔを含む導電性ペーストにより内部電極のための電極パターンを形成し、これを電極パターンが形成されていないグリーンシートと重ね合わせ、積層体グリーンとした。積層体グリーンを焼成し、圧電基板を作製した。圧電基板は、上記電極パターンから形成された内部電極のための電極膜を含む。圧電基板の厚さは、０．０５ｍｍであり、内部電極のための電極膜の厚さは、１μｍ程度であった。
【００４６】
続いて、圧電基板を短冊状に切断し、短冊状の圧電基板の各端面に対して、スパッタリング法により、Ｎｉ−Ｃｒ／Ａｕ積層構造のための積層電極膜を形成した。具体的には、Ｎｉ−Ｃｒ合金からなる下層用電極膜を形成し、この電極膜の上に、Ａｕからなる上層用電極膜を形成した。下層用電極膜の厚さは、１００ｎｍ程度であり、上層用電極膜の厚さは、１００ｎｍ程度であった。積層電極膜は、第一外部電極及び第二外部電極のための電極膜であり、第二外部電極のための積層電極膜は、内部電極のための電極膜に接続されている。
【００４７】
積層電極膜の形成後、分極処理を行った。分極処理においては、第一外部電極のための積層電極膜を正極とし、第二外部電極のための積層電極膜を負極として電界を印加した。分極処理は、常温で行った。
【００４８】
分極処理の後、短冊状の圧電基板を切断し、積層圧電素子を形成した。積層圧電素子は、概ね０．６５ｍｍ×０．２５ｍｍ×０．０５ｍｍのサイズを有した。
【００４９】
（素子特性の評価）
本実施例で作製した２０個の積層圧電素子に対して、交流電界（Ｖ［ｋＶ／ｍｍ］）を印加し、分極（Ｐ［μＣ／ｃｍ２］）の大きさを測定した。分極測定では、第一外部電極を正極とし、第二外部電極を負極として電界を印加した。室温下で測定した。
測定結果を図３に示す。図３は、電界と分極との関係を示す線図であり、分極測定を行った結果である。本実施例では、後述の比較例１に比べて、大きな分極が得られることが分かった。本実施例では、さらに、インピーダンスアナライザを用いて、２０個の積層圧電素子に対して、素子の圧電特性を計測した。圧電特性の素子間の差は、約５％以内であった。
【００５０】
（信頼性の評価）
本実施例で作製した１０個の積層圧電素子に対して、信頼性評価として６０℃の環境下において、５００Ｈｚの矩形波によって電圧±２０Ｖを印加する駆動試験を行った。駆動試験では、第一外部電極を正極とし、第二外部電極を負極として電界を印加した。駆動試験を５００時間行った後に圧電特性の変化を調べた結果、本実施例の全素子において、それらの圧電特性の変化は、２％以内であった。
【００５１】
（比較例１）
（積層圧電素子の作製）
比較例１では、分極処理の条件を除いて、実施例１と同様の条件で積層圧電素子を作製した。分極処理においては、第一外部電極のための積層電極膜を負極とし、第二外部電極のための積層電極膜を正極として電界を印加した。分極処理は、常温で行った。
【００５２】
（素子特性の評価）
本比較例で作製した積層圧電素子に対して、実施例１と同様に、交流電界（Ｖ［ｋＶ／ｍｍ］）を印加し、分極（Ｐ［μＣ／ｃｍ２］）を測定した。測定では、第一外部電極を正極とし、第二外部電極を負極として電界を印加した。室温下で測定した。図３に示されるように、本比較例では、実施例１に比べて、測定される分極が小さいことが分かった。本比較例でも、インピーダンスアナライザを用いて、２０個の積層圧電素子を用いて、素子の圧電特性を計測した。圧電特性の素子間の差は、約１５％であった。
【００５３】
（信頼性の評価）
本比較例で作製した１０個の積層圧電素子に対して、実施例１と同様に、信頼性評価のための試験を行った。本比較例でも、第一外部電極を正極とし、第二外部電極を負極として電界を印加した。駆動試験を５００時間行った後、本比較例の全素子において、それらの圧電特性が駆動試験前に比べて１５％〜２０％低下することが分かった。
【符号の説明】
【００５４】
１…積層圧電素子、３…圧電素体、３ａ…第一主面、３ｂ…第二主面、３ｃ…第一端面、３ｄ…第二端面、１０…第一電極、１１…第一外部電極（外部電極）、２０…第二電極、２１…内部電極、２２…第二外部電極、Ａｘ１…第一方向、Ａｘ２…第二方向、ＥＡ１…活性領域、ＥＮ１…不活性領域。
【要約】
【課題】大きな変位量を示すとともに、高い信頼性を有する積層圧電素子を提供する。
【解決手段】積層圧電素子１は、圧電セラミック材料を含むと共に、互いに対向している第一及び第二主面３ａ，３ｂを有する圧電素体３と、第一主面３ａ上に形成されている外部電極１１を含む第一電極１０と、外部電極１１と対向するように圧電素体３内に形成されている内部電極２１を含む第二電極２０と、を備えている。圧電素体３は、外部電極１１と内部電極２１との間に活性領域ＥＡ１を含むと共に、内部電極２１を挟んで活性領域ＥＡ１とは反対側に不活性領域ＥＮ１を含んでいる。圧電素体３が外部電極１１により受ける応力は、圧電素体３が内部電極２１により受ける応力より大きい。活性領域ＥＡ１の分極方向は、外部電極１１から内部電極２１に向かう方向である。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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