(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向し合う第１，第２の端面を有する圧電体と、
前記圧電体内において、圧電体層を介して重なり合うように厚み方向に交互に配置された第１，第２の内部電極とを備え、第１の内部電極が前記圧電体の第１の端面に、第２の内部電極が前記圧電体の第２の端面に引き出されており、
前記第１，第２の端面に設けられた第１，第２の外部電極をさらに備え、
第１，第２の内部電極が重なり合っている部分が活性部であり、活性部と第１，第２の端面との間が、それぞれ第１，第２の不活性部とされており、
前記第１，第２の内部電極間に挟まれた圧電体層が複数存在し、該複数の圧電体層の厚みが等しくされており、前記第１，第２の内部電極間に挟まれた圧電体層の厚みと比べて、前記圧電体の下面と、最下層の内部電極との間の圧電体層の厚みが薄くされており、
かつ前記最下層の内部電極の内側端と、該最下層の内部電極が引き出されていない端面との間の領域において、前記最下層の内部電極の直上の内部電極よりも下方に設けられたダミー電極をさらに備えることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記ダミー電極が、前記最下層の内部電極が設けられている高さ位置に形成されている、請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記ダミー電極が、前記最下層の内部電極が引き出されている端面とは反対側の端面に露出している、請求項１または２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記圧電素子の最上層の内部電極及び最下層の内部電極が第１の端面に引き出されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電素子。
【請求項５】
前記最下層の内部電極と圧電体の下面との間の圧電体層の厚みが２０μｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電素子。
【請求項６】
前記最下層の内部電極以外の内部電極の先端側にも、各内部電極と同じ高さ位置にダミー電極が設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電素子。
【請求項７】
最上層の内部電極と圧電体の上面との間の圧電体層の厚みが、第１，第２の内部電極間に挟まれた圧電体層の厚みよりも薄くされている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電素子において、前記第２の端面側から第１の端面側に延びるように、かつ前記圧電体の上面から下面まで貫通している複数本のスリットが形成されており、第１の端面側が固定部分とされ、隣り合うスリット間の圧電素子部分がそれぞれ１つの圧電アクチュエータ部を構成していることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項９】
圧電グリーンシートと電極材料とを交互に積層し、前記積層体を厚み方向に加圧する工程と、前記積層体を焼成し、マザー焼結体を得る工程と、前記圧電グリーンシートに電気的に接続される第１，第２の外部電極を形成する工程と、前記マザーの焼結体を厚み方向に切断し、個々の圧電素子を得る工程とを備える圧電素子の製造方法であって、
前記積層体を用意するに際し、内部電極間に挟まれた圧電体層が複数存在し、該複数の内部電極の厚みが等しくされており、前記積層体内の複数の内部電極のうち最下層の内部電極と積層体の下面との間の圧電体層の厚みが、内部電極間に挟まれた圧電体層の厚みよりも薄くされており、かつ最下層の内部電極の内側端と該最下層の内部電極が引き出されている端面とは反対側の端面との間の領域において、最下層の内部電極の直上の内部電極よりも下方にダミー電極が設けられている積層体を用意することを特徴とする、圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧電素子の製造方法により前記圧電素子を得た後に、前記圧電素子を前記第１，第２の端面と直交する方向において、但し第１の端面側から第２の端面側に向かって延び、第２の端面には至らないように複数本のスリットを切断により形成する工程をさらに備え、それによって隣り合うスリット間に個々のアクチュエータ部が構成されている構造を得る工程を特徴とする、圧電アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧電アクチュエータを得るのに好適な積層型の圧電素子、該圧電アクチュエータ並びにこれらの圧電素子の製造方法に関し、より詳細には、一方端面側が固定部材に固定される固定部とされており、他方端面側が他の部材を駆動するように用いられる圧電素子及び圧電アクチュエータ、並びに該圧電素子及び圧電アクチュエータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット式プリンターのヘッド部分を駆動するためのアクチュエータとして、積層型の圧電素子が広く用いられている。この種の積層型の圧電素子は、電圧が印加されると伸縮する。この伸縮を利用し、圧電素子に接触もしくは連結された被動部材を駆動し、インクなどの噴射量の制御が行われている。
【０００３】
上記のような圧電素子の一例が、下記の特許文献１に開示されている。図１５は、特許文献１に開示されている圧電素子の斜視図である。圧電素子２０１は、直方体状の圧電体２０２を有する。圧電体２０２においては、圧電体層を介して重なり合うように、複数の第１の内部電極２０３と、複数の第２の内部電極２０４とが交互に積層されている。複数の内部電極２０３は、圧電体２０２の一方の端面２０２ａに引き出されており、複数の内部電極２０４は、他方端面２０２ｂに引き出されている。内部電極２０３，２０４が重なり合っている部分が電界が印加されることにより閉印される活性部である。この活性部の両側が不活性部分となる。
【０００４】
また、圧電体２０２の上面には、電極２０５が、下面には電極２０６が形成されている。電極２０５，２０６は、内部電極２０４と同電位に接続される電極である。
【０００５】
圧電素子２０１の使用に際しては、圧電素子２０１が、端面２０２ａ側の不活性部において固定部材に固定される。そして、電圧の印加により圧電素子２０１は、端面２０２ａと端面２０２ｂとを結ぶ方向において伸縮する。従って、端面２０２ｂに被動部材を接触もしくは連結することにより被動部材を動かすことができる。
【０００６】
ところで、この種の圧電素子２０１では、電圧を印加して駆動した際に、端面２０２ｂの厚み方向中央において変位が大きく、上方及び下方部分において変位が相対的に小さいという問題があった。そのため、端面２０２ｂよりも小さな面積で被動部材を接触させた場合、被動部材の端面２０２ｂへの接触位置によって被動部材の変位量が変化するという問題があった。
【０００７】
このような問題を解決するために圧電素子２０１の活性部では、外側の圧電体層の厚みが厚み方向中央の圧電体層に比べて薄くされている。すなわち、厚み方向外側の圧電体層の厚みを薄くすることにより、厚み方向外側の圧電体層における変位量を大きくし、端面２０２ｂの厚み方向中央における変位量と上方及び下方部分における変位量の差を低減することが可能とされている。
【特許文献１】特許第３４６７５７９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
圧電素子２０１のような積層型の圧電部品の製造に際しては、量産性を高めるために、大きなマザーの圧電素子を製造した後に、該マザーの圧電素子をダイシングすることにより圧電素子２０１が得られている。この場合、図１６（ａ）及び（ｂ）に正面断面図及び平面図で模式的に示すようにダイサー２２１で切削することにより圧電素子２０１の切り出しが行われる。より具体的には、図１６（ａ）に示すように、ダイサー２２１を図示の矢印Ａ方向に回転させつつ、矢印Ｂ方向に移動し、ダイシングが行われる。この場合、応力が矢印Ｃで示す部分に集中する。すなわち、マザーの圧電素子２２０の上面から下面に向かって切削が行われていき、この場合、矢印Ｃで示す部分では、ダイサー２２１が圧電素子２２０から遠ざかる方向に力が加わる。従って、圧電素子２２０に引っ張り応力が加わる。他方、圧電素子２２０の上面では、ダイサー２２１により逆に圧縮応力が加わる。
【０００９】
セラミックスは、圧縮応力には強いものの、引っ張り応力には弱いという特性を有する。そのため、ダイサー２２１によるダイシングにより、矢印Ｃで示す部分、すなわち圧電素子２０１の下層部分においてチッピンクが生じ易いという問題があった。
【００１０】
また、図１５に示した圧電素子２０１のように、厚み方向外側の層の圧電体層の厚みが薄い場合には、上記引っ張り応力によりチッピングがより一層生じ易かった。
【００１１】
他方、図１５に示した圧電素子２０１をインクジェットプリンターのアクチュエータなどに用いる場合には、通常、端面２０２ｂ側から端面２０２ａ側に向かって但し端面２０２ａには至らないように複数のスリットが形成される。隣り合うスリット間の圧電素子部分において、それぞれ１つの圧電アクチュエータ部を構成するためである。このようなスリットの形成に際しては図１７に略図的断面図で示すように端面２０２ｂ側から端面２０２ａ側に向かって、但し端面２０２ａには至らないようにワイヤーソー２３１を用いて切削が行われる。ワイヤーソー２３１は、長さ方向において往復移動されつつ前進する。
【００１２】
従って、ワイヤーソー２３１が下方向に移動している場合には、圧電素子２０１の下層部分において引っ張り応力が加わることになる。そのため、圧電素子２０１の下層、特に上記ダイシング加工時にチッピングが生じたり、チッピングが生じないまでも引っ張り応力により損傷を受けた部分がワイヤーソー２３１から加えられる引っ張り応力により再度損傷を受けがちであった。そのため、より広い範囲にわたりチッピングが生じ、図１７に示されている内部電極２０４Ａが欠落し、内部電極２０４Ａと端面２０２ｂに形成される外部電極との接続不良が生じるおそれがあった。
【００１３】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、最下層の圧電体層の厚みが相対的に薄くされている圧電素子であって、マザーの圧電素子からの切り出しや、複数のアクチュエータ部を構成するためのワイヤーソーなどによる加工が行われたとしても、内部電極と外部電極との電気的接続の信頼性が損なわれ難い圧電素子、該圧電素子を用いて構成された圧電アクチュエータ並びに該圧電素子及び圧電アクチュエータの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願の第１の発明によれば、対向し合う第１，第２の端面を有する圧電体と前記圧電体内において、圧電体層を介して重なり合うように厚み方向に交互に配置された第１，第２の内部電極とを備え、第１の内部電極が前記圧電体の第１の端面に、第２の内部電極が前記圧電体の第２の端面に引き出されており、前記第１，第２の端面に設けられた第１，第２の外部電極をさらに備え、第１，第２の内部電極が重なり合っている部分が活性部であり、活性部と第１，第２の端面との間が、それぞれ第１，第２の不活性部とされており、前記第１，第２の内部電極間に挟まれた圧電体層が複数存在し、該複数の圧電体層の厚みが等しくされており、前記第１，第２の内部電極間に挟まれた圧電体層の厚みと比べて、前記圧電体の下面と、最下層の内部電極との間の圧電体層の厚みが薄くされており、かつ前記最下層の内部電極の内側端と、該最下層の内部電極が引き出されていない端面との間の領域において、前記最下層の内部電極の直上の内部電極よりも下方に設けられたダミー電極をさらに備えることを特徴とする圧電素子が提供される。
【００１５】
第１の発明に係る圧電素子では、好ましくは、ダミー電極が、最下層の内部電極が設けられている高さ位置に形成されている。
【００１６】
また、本発明に係る圧電素子のある特定の局面では、ダミー電極は、最下層の内部電極が引き出されている端面とは反対側の端面に露出している。
【００１７】
本発明に係る圧電素子のさらに他の特定の局面では、前記圧電素子の最上層の内部電極及び最下層の内部電極が第１の端面に引き出されている。
【００１８】
第１の発明に係る圧電素子のさらに別の特定の局面では、前記最下層の内部電極と圧電体の下面との間の圧電体層の厚みが２０μｍ以下である。
【００１９】
第１の発明に係る圧電素子のさらに他の特定の局面では、前記ダミー電極が、前記最下層の内部電極と同じ高さ位置に形成されており、かつ前記最下層の内部電極以外の内部電極の先端側にも、各内部電極と同じ高さ位置にダミー電極が設けられている。
【００２０】
第１の発明に係る圧電素子のさらに別の特定の局面によれば、最上層の内部電極と圧電体の上面との間の圧電体層の厚みが、第１，第２の内部電極間に挟まれた圧電体層の厚みよりも薄くされている。
【００２１】
本発明に係る圧電アクチュエータは、本発明に従って構成された圧電素子において、第２の端面側から第１の端面側に延びるように、かつ圧電体の上面から下面までを貫通している。複数本のスリットが形成されており、第２の端面側が固定部分とされ、隣り合うスリット間の圧電素子部分がそれぞれ１つの圧電アクチュエータ部を構成している。
【００２２】
本発明に係る圧電素子の製造方法は、圧電グリーンシートと電極材料とを交互に積層し、前記積層体を厚み方向に加圧する工程と、前記積層体を焼成し、マザー焼結体を得る工程と、前記圧電グリーンシートに電気的に接続される第１，第２の外部電極を形成する工程と、上記マザーの焼結体を厚み方向に切断し、個々の圧電素子を得る工程とを備える圧電素子の製造方法であって、前記積層体を用意するに際し、内部電極間に挟まれた圧電体層が複数存在し、該複数の内部電極の厚みが等しくされており、前記積層体内の複数の内部電極のうち最下層の内部電極と積層体の下面との間の圧電体層の厚みが、内部電極間に挟まれた圧電体層の厚みよりも薄くされており、かつ最下層の内部電極の内側端と該最下層の内部電極が引き出されている端面とは反対側の端面との間の領域において、最下層の内部電極の直上の内部電極よりも下方にダミー電極が設けられている積層体とを用意することを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、上記圧電素子の製造方法により圧電素子を得た後に、前記圧電素子を前記第１，第２の端面と直交する方向において、但し第１の端面側から第２の端面側に向かって延び、第２の端面には至らないように複数本のスリットを切断により形成する工程をさらに備え、それによって隣り合うスリット間に個々のアクチュエータ部が構成されている構造を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る圧電素子では、第１，第２の内部電極間に挟まれた圧電体層の厚みと比べて、圧電体の下面と、最下層の内部電極との間の圧電体層の厚みが薄くされているが、最下層の内部電極の内側端と、最下層の内部電極が引き出されていない端面との間の領域において最下層の内部電極の直上の内部電極よりも下方に設けられたダミー電極がさらに備えられている。
【００２５】
マザーの圧電素子から本発明の圧電素子をダイシング等により切り出すためにダイシングを行った場合、引っ張り応力がダミー電極の設けられている部分に加えられることになる。しかしながら、該引っ張り応力が加えられてチッピングが生じたとしても、チッピングはダミー電極の存在する部分までに留まり、ダミー電極より上の内部電極には至らない。
【００２６】
加えて、本発明に係る圧電素子において、圧電アクチュエータ部を構成するために、ワイヤーソーによってスリットを形成するに際し、第２の端面側からスリットを形成した場合、引っ張り応力がダミー電極が設けられた部分に加えられる。しかしながら、チッピングが生じたとしても、チッピングは、ダミー電極が設けられている部分までに留まることになる。
【００２７】
すなわち、チッピングは、引っ張り応力が加わった場合にセラミックスが部分的に欠落する現象であるが、このチッピングは、異種材料間の界面である、セラミックスと内部電極との界面で生じ易い。従って、ダミー電極が設けられている場合には、ダミー電極とセラミックスとの界面においてチッピングが生じることになる。よって、たとえチッピングが生じたとしても、チッピングは上記ダミー電極の下面からダミー電極が設けられている部分までの範囲で起こることになり、ダミー電極の上方に配置されている内部電極までチッピングは至らない。従って、本発明では、ダミー電極の上方に配置されている内部電極と外部電極との電気的接続が損なわれ難い。
【００２８】
よって、本発明に係る圧電素子では、上記ダミー電極を設けたことにより、最下層の内部電極の直上の内部電極と、該内部電極と外部電極との電気的接続が損なわれ難いため、圧電体の厚み方向外側の圧電体層の厚みを相対的に薄くし、端面における変位量の部分的なばらつきを抑制した構造において、さらに電気的接続の信頼性を効果的に高めることが可能となる。
【００２９】
ダミー電極が、最下層の内部電極が設けられている高さ位置に形成されている場合には、ダミー電極と最下層の内部電極とを、同一圧電グリーンシート上に内部電極材料を用いて容易に形成することができる。従って、圧電素子の生産性を高めることができる。
【００３０】
ダミー電極が、最下層の内部電極が引き出されている端面とは反対側の端面に露出している場合には、ダミー電極とダミー電極が露出している端面に形成された外部電極とが電気的に接合されることになり、ダミー電極が設けられている部分の機械的強度が高められる。従って、ダミー電極よりも上方にチッピングが一層及び難い。
【００３１】
最上層の内部電極と最下層の内部電極とが第１の端面に引き出されている構造では、最上層の内部電極及び最下層の内部電極が第１の外部電極に電気的に接続され、第１の端面側を固定部分として用いた圧電アクチュエータとして利用することができる。この場合には、第２の端面側においてダミー電極が配置されることになるため、被動部材を駆動するための駆動側部材における第２の内部電極と第２の外部電極との電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００３２】
最下層の内部電極と圧電体の下面との圧電体層の厚みが２０μｍ以下と非常に薄い場合であっても、本発明によれば、チッピングによる内部電極と外部電極との接続不良を効果的に防止することができる。
【００３３】
各内部電極と同じ高さ位置にそれぞれダミー電極が設けられている場合には、内部電極パターンが印刷された圧電グリーンシートの種類を少なくすることができ、圧電素子の生産コストを低減することができる。
【００３４】
最上層の内部電極と圧電体の上面との間の圧電体層の厚みが、第１，第２の内部電極間に挟まれた圧電体層の厚みより薄くされている場合には、圧電体の上方部分での変位量を圧電体の厚み方向中央と同等とすることができ、かつ圧電体の上方部分及び下方部分の変位の対称性を高めることができる。
【００３５】
本発明に係る圧電アクチュエータでは、本発明に従って構成された圧電素子において、第２の端面から第１の端面側に延びるようにかつ圧電体の上面から下面まで貫通している複数本のスリットが形成されている。従って、第１の端面側を固定部分として用いることにより、隣り合うスリット間の圧電素子部分が１つの圧電アクチュエータ部を構成している圧電アクチュエータを提供することができる。各圧電アクチュエータ部を形成するに際し、ワイヤーソーなどにより切削加工を施したとしても、ダミー電極の存在により内部電極と外部電極との電気的接続不良が生じ難い。従って、信頼性に優れた圧電アクチュエータを提供することができる。
【００３６】
本発明に係る圧電素子の製造方法では、マザーの焼結体を得た後に、マザーの焼結体を切削加工することにより、個々の圧電素子用の焼結体が得られる。この場合、ダミー電極が形成されているため、最下層の内部電極の直上の内部電極と外部電極との電気的接続の信頼性が損なわれ難い。従って信頼性に優れた圧電素子を提供することができる。
【００３７】
また、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法では、複数本のスリットを形成することにより、隣り合う個々のアクチュエータ部が構成されるので、該スリットの形成に際してもダミー電極の存在により内部電極と外部電極との電気的接続の信頼性が損なわれ難い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００３９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電素子を示す斜視図である。圧電素子１は、直方体状の圧電体２を有する。圧電体２は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスやチタン酸鉛系セラミックスなどの圧電セラミックスを用いて構成されている。
【００４０】
圧電体２は、対向し合う第１の端面２ａと第２の端面２ｂと、上面２ｃと、２下面２ｄとを有する。
【００４１】
圧電体２内には、第１の内部電極３ａ〜３ｄと、第２の内部電極４ａ〜４ｃとが形成されている。第１の内部電極３ａ〜３ｄと、第２の内部電極４ａ〜４ｃとは、圧電体２内において厚み方向において交互に配置されている。
【００４２】
内部電極３ａ〜３ｄは第１の端面２ａに引き出されている。第２の内部電極４ａ〜４ｃは、第２の端面２ｂに引き出されている。
【００４３】
圧電体２においては、第１の内部電極３ａ〜３ｄと、第２の内部電極４ａ〜４ｃとが圧電体層を介して重なり合っている。端面２ａと端面２ｂとを結ぶ方向において中央部分が活性部である。活性部とは、電圧の印加により変位する部分である。活性部と第１の端面２ａとの間が第１の不活性部となり、活性部と第２の端面２ｂとの間が第２の不活性部とされている。
【００４４】
圧電素子２では、端面２ａを覆うように第１の外部電極５が形成されている。また、端面２ｂを覆うように第２の外部電極６が形成されている。第１の外部電極５は、端面２ａから上面２ｃの一部に至るように形成されている。他方、第２の外部電極６は、端面２ｂから上面２ｃに至っており、上面２ｃ上において第１の内部電極３ａと圧電体層を介して重なり合うように端面２ａ側に延ばされている。
【００４５】
なお、第１，第２の外部電極５，６は、圧電体２の下面２ｄには至っていない。すなわち、下面２ｄ上には外部電極は存在しない。
【００４６】
また、圧電体２内には、上記活性部において圧電体層を介して第１の内部電極３ａ〜３ｄと、第２の内部電極４ａ〜４ｃとが重なり合っているが、最下層の内部電極３ｄよりも下方の圧電体層２ｅは、第１，第２の内部電極間に挟まれていない。すなわち、圧電体層２ｅは不活性層である。
【００４７】
圧電体層２ｅの厚みは、第１，第２の内部電極間に挟まれた圧電体層の厚みに比べて薄くされている。圧電素子１では、外部電極５，６間に交流電圧を印加し駆動した場合、活性部が圧電効果により変位し、圧電体２は全体として端面２ａ，２ｂとを結ぶ方向において伸縮するように変位するが、端面２ｂの高さ方向中央部分の変位量と、下方部分の変位量とがほぼ等しくされている。
【００４８】
本実施形態の圧電素子１の特徴は、図２に平面断面図で示すように上記最下層の内部電極３ｄと同じ高さ位置にダミー電極７が設けられていることにある。なお、本実施形態では、ダミー電極７が最下層の内部電極３ｄと同じ高さ位置に設けられているが、他の内部電極３ａ〜３ｃ，４ａ〜４ｃの内側端の前方にもダミー電極８が形成されている。
【００４９】
ダミー電極７は、本実施形態では、圧電体２内において、上記内部電極３ｄと同じ高さ位置において内部電極３ａの内側端と所定のギャップを隔てて配置されている。また、ダミー電極７は、端面２ｂに引き出されており、第２の外部電極６に電気的に接続されている。
【００５０】
圧電素子１では、上記ダミー電極７は、最下層の内部電極３ｄの直上の内部電極４ｃよりも下に配置されている。従って、圧電素子１を得るために、大きなマザーの圧電素子をダイシング加工した場合、引っ張り応力が圧電体２の下面２ｄ側において加わりチッピングが生じたとしても該チッピングは、ダミー電極７が設けられている部分ではダミー電極７が設けられている部分までに留まる。言い換えれば、チッピングが生じたとしても圧電体２の下面２ｄ近傍の部分とダミー電極７との界面でのチッピングに留まり、ダミー電極７の上方の圧電体の部分が欠落することはない。そのため、内部電極４ｃの一部が欠落し難く、内部電極４ｃと外部電極６との電気的接続の信頼性が損なわれ難い。
【００５１】
図３及び図４を参照して示す製造方法を説明することによりこれをより具体的に説明する。
【００５２】
圧電素子１の製造に際しては図３（ａ）に示すマザーの第１の圧電グリーンシート１１と、図３（ｂ）に示されているマザーの第２の圧電グリーンシート１２とが交互に積層される。圧電グリーンシート１１，１２上にはそれぞれ、導電ペーストの印刷により内部電極パターン１３，１４が形成されている。第１の圧電グリーンシート１１と、第２の圧電グリーンシート１２とを交互に積層し最上部に無地の圧電グリーンシートを積層することにより、マザーの積層体が得られる。
【００５３】
このマザーの積層体を厚み方向に加圧した後、焼成することにより図４（ａ）及び（ｂ）に模式的平面図及び正面断面図で示すマザーの焼結体１５が得られる。このマザーの焼結体１５をダイシングソーを用いて切断することにより、図１に示した圧電体２が得られる。なお、図４においては、一点鎖線により切断される部分を示す。ダイシングソーにより切断が行われる場合、ダイシングソーは図４に示す一点鎖線に沿って移動されるが、この場合、ダイシングソーが直進するにつれて、前述したように圧電体２の下面側に引っ張り応力が加わる。また、本実施形態では、最下層の圧電体２ｅの厚みが薄くされており、チッピングが生じ易くなっている。
【００５４】
しかしながら、ダミー電極７の存在により、内部電極４ｃが形成されている部分まではチッピングは至らない。従って、内部電極４ｃの欠落が生じ難い。
【００５５】
上記のようにして得られた圧電体２に、上述した第１，第２の外部電極５，６を蒸着等の薄膜形成法により形成する。このようにして、図１に示した圧電素子１が得られる。
【００５６】
なお、外部電極の形成は、蒸着以外のスパッタリングなどの他の薄膜形成法により行われてもよく、あるいはペーストの塗布・硬化や焼成により形成されてもよい。
【００５７】
本発明において上記内部電極３ａ〜３ｄ、４ａ〜４ｃ及び外部電極５，６を形成するための導電性材料は特に限定されず、Ａｇ、Ｃｕなどの適宜の金属もしくは合金を用いることができる。
【００５８】
本発明の圧電素子１では、最下層の圧電体層２ｅは不活性層であり、拘束層として作用する。しかしながら、この駆動に際しての拘束層となる圧電体層２ｅの厚みが薄いため、大きな変位量を得ることができる。なお、圧電体２の厚みＴと、活性部の長さ、すなわち、活性部の第１，第２の端面を結ぶ方向の寸法である活性長Ｌ３（図１参照）とが等しければ、不活性層である圧電体層２ｅの有無に関わらず、厚み方向に積分した平均変位量はほぼ同等となる。しかしながら、活性層である圧電体層の数が同じである場合であっても圧電体層の厚みが厚いほど容量は低くなる。従って、不活性層である圧電体層２ｅを薄くした構造では、低容量でかつ大きな変位量を得ることができる。
【００５９】
加えて、ダミー電極７が設けられているため、ダイシングソーによりマザーの焼結体を切断し、個々の圧電体２を得るに際し、チッピングによる内部電極４ｃの欠落が生じ難い。
【００６０】
さらに、本実施形態では、上記のように全ての内部電極３ａ〜３ｄ及び４ａ〜４ｃの内側端の前方にダミー電極７，８が形成されているため、使用する圧電グリーンシートの種類を少なくすることができる。すなわち内部電極が印刷されている圧電グリーンシートとして、図３（ａ）及び（ｂ）に示した第１，第２の圧電グリーンシート１１，１２を用意すればよいだけであるため、生産性を高めることができる。
【００６１】
次に、本実施形態の圧電素子を用いて構成された圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータ装置につき説明する。
【００６２】
図５は、上記圧電素子１を用いて構成された圧電アクチュエータが備えられた圧電アクチュエータ装置の部分切欠平面図であり、図６はその正面断面図である。
【００６３】
圧電素子１を用いて、例えばインクジェット方式のプリンターのヘッドを駆動する圧電アクチュエータ装置を構成する場合、図５に示すように圧電素子１に複数本のスリット９が形成される。スリット９は、圧電体２の第２の端面２ｂから第１の端面２ａ側に向かって延ばされており、かつ圧電体２の上面から下面を貫通している。スリット９は、上記スリット９の両側に配置されている外部電極６を分断するように延ばされている。従って、隣り合うスリット９間の圧電体部分が１つの圧電アクチュエータ部を構成している。よって、図５に示す構造では、複数本のスリット９の形成により複数の圧電アクチュエータ部が構成されている。
【００６４】
上記スリット９の形成に際しては、前述したワイヤーソーによるカッティング等が行われる。この場合においても圧電体２の下面側において引っ張り応力が加わるが、チッピングが生じたとしても、チッピングは最下層のダミー電極７が設けられている部分までに留まる。従って、各圧電アクチュエータ部における最下層の第２の内部電極４ｃと第２の外部電極６との電気的接続部分の幅方向寸法は圧電素子１の場合に比べてかなり短いものの、内部電極４ｃの欠落が生じ難いため、内部電極４ｃと外部電極６との電気的接続の信頼性が確実に高められる。
【００６５】
また、図８に示す従来の圧電素子２５１では、圧電体２５２内に複数の内部電極２５３，２５４が形成されており、内部電極２５３ａ〜２５３ｃ，２５４ａ〜２５４ｃの内側端の前方にダミー電極２５５が形成されている。この場合、マザーの圧電素子から圧電素子２５１をダイシングソーにより切り出した場合、圧電体層２５２ｅにおいてチッピングが生じるおそれがある。圧電素子２５１の段階では、内部電極２５３ａ〜２５３ｃ，２５４ａ〜２５４ｃは、外部電極２５６，２５７に対し、第１，第２の端面２５２ａ，２５２ｂ上において十分な長さにわたって接続されている。従って、部分的に圧電体のチッピングが生じたとしても、内部電極と外部電極との電気的接続の信頼性は確保されるかもしれない。
【００６６】
しかしながら、前述した圧電アクチュエータのように、複数本のスリットを端面２５２ｂ側から端面２５２ａ側に延びるように圧電素子２５１にさらに形成し、多数の圧電アクチュエータ部を構成した場合には、各内部電極と外部電極との電気的接続部分の長さが限られることになる。この場合、一点鎖線Ｄで示すようにワイヤーソーにより応力が加わるが、駆動部材側に位置する第２の内部電極２５４ｃと、外部電極２５７との電気的接続部分の寸法が短くなるため、上記チッピングが生じると、内部電極２５４ｃと外部電極２５７との電気的接続の信頼性が大きく損なわれる。
【００６７】
これに対して、上記実施形態では、ダミー電極７の存在により圧電アクチュエータの駆動部側に位置する第２の内部電極４ｃと外部電極６との電気的接続の信頼性が確実に高められる。
【００６８】
また、図９に示す圧電素子２７１は、圧電素子２０１と同様の構造を有するものであり、最下層の圧電体層２７２ｅの厚みが他の圧電体層よりも薄くされている。この場合には、一点鎖線Ｄで示す方向にワイヤーソーによる応力が加わった場合、チッピングが生じ易く、従って第２の内部電極２５４ｃと外部電極２５７との電気的接続の信頼性が大きく損なわれることになる。
【００６９】
なお、使用に際しては、図６に示されているように、圧電アクチュエータ３１は、圧電体２の第１の端面２ａ側の第１の不活性部において、圧電体２の下面が固定部材３２に固定される。端面２ｂ側が被動部材を駆動するための駆動部として用いられる。
【００７０】
上記固定部材３２への圧電アクチュエータ３１の固定は、図６に示す接着剤３３を用いて行われる。接着剤３３としては、エポキシ樹脂などの樹脂系接着剤の他、金属による接合剤を用いてもよい。
【００７１】
図７は、上記実施形態の圧電素子の変形例を示す正面断面図である。上記圧電素子１では、ダミー電極７だけでなく、全ての内部電極の内側端の前方にもダミー電極８が形成されていたが、図７に示すように、内部電極４ｃの下方にのみ、ダミー電極７が形成されていてもよい。
【００７２】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る圧電素子を示す正面断面図である。本実施形態の圧電素子４１では、ダミー電極及び内部電極の寸法が異なることを除いては、第１の実施形態の圧電素子１と同様に構成されている。すなわち、本実施形態では、端面２ａから第１の内部電極３ａ〜３ｄの内側端までの寸法と、端面２ｂから第２の内部電極４ａ〜４ｃの内側端までの寸法とが等しくされている。また、各内部電極３ａ〜３ｄ，４ａ〜４ｃの前方に位置するダミー電極７，８の寸法も等しくされている。
【００７３】
従って、本実施形態では、圧電グリーンシート上に外部電極及びダミー電極を形成するための内部電極パターンが印刷されたシートを１種類のみ用意し、この１種類の圧電グリーンシートをダミー電極７，８の位置が交互に逆方向となるように配置し、最上部に無地の圧電グリーンシートを積層するだけで、マザーの積層体を得ることができる。従って、第１の実施形態に比べて用意する内部電極パターンの種類を低減することができ、圧電素子のコストを低減することができる。
【００７４】
図１１に示す変形例の圧電素子５１では、ダミー電極は、最下層の内部電極３ｄの前方に設けられたダミー電極７と、第１の端面２ａ側に配置されたダミー電極８ａ〜８ｃのみが設けられている。すなわち、駆動部側である第２の端面２ｂ側においては、ダミー電極７のみが設けられている。ダミー電極８ａ〜８ｃと、ダミー電極７との寸法を等しくした場合には、２種類の内部電極パターンのみを用意するだけでよい。すなわち、内部電極及びダミー電極が形成されている電極パターンと、内部電極３ａ，３ｂ，３ｃを形成するための電極パターンとのみを用意すればよい。
【００７５】
図１２に示すさらに他の変形例に係る圧電素子６１では、ダミー電極７は、最下層の内部電極３ｄと同じ高さ位置にはなく、最下層の内部電極３ｄよりも下方に配置されている。このように、本発明において最下層の内部電極３ｄの直上の内部電極である駆動部側の最下層の内部電極４ｃのチッピングを防止するためのダミー電極は、最下層の内部電極３ｄと同じ高さ位置に形成される必要は必ずしもなく、最下層の内部電極３ｄよりも下方に配置されていてもよい。
【００７６】
同様に、図１３に示すようにダミー電極７は、最下層の内部電極３ｄの上方に配置されていてもよい。図１３ではダミー電極７は、最下層の内部電極３ｄの直上の内部電極４ｃよりは下方に配置されているが、最下層の内部電極３ｄの上方に位置している。
【００７７】
図１２及び図１３に示した構造においても、ダミー電極７の存在により第２の内部電極４ｃのチッピングによる欠落を確実に抑制することができる。
【００７８】
図１４に示すように、ダミー電極７は、端面２ｂに必ずしも露出していなくてもよい。もっとも、好ましくは、前述した実施形態のように、ダミー電極７は第２の端面２ｂに露出していることが望ましく、それによってチッピングをより確実に防止することができるとともに、ダミー電極７と外部電極６との接触により機械的強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電素子の斜視図。
【図２】図１に示した圧電素子においてダミー電極が形成されている部分の平面断面図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、図１に示した圧電素子を得るのに用いられる電極パターンを説明するための各模式的平面図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、図１に示した圧電素子を得るのに用意されたマザーの焼結体を示す平面図及び正面断面図。
【図５】図１に示した圧電素子を用いて構成された圧電アクチュエータ装置の部分切欠平面図。
【図６】図１に示した圧電素子を用いて構成された圧電アクチュエータ装置の部分切欠正面断面図
【図７】図１に示した圧電素子の変形例を説明するための正面断面図。
【図８】従来の圧電アクチュエータの一例の正面断面図。
【図９】比較のために用意した従来の圧電アクチュエータの他の例を示す正面断面図。
【図１０】本実施形態の圧電素子の変形例の圧電素子を示す正面断面図。
【図１１】本実施形態の圧電素子の他の変形例の圧電素子を示す正面断面図。
【図１２】本実施形態の圧電素子のさらに他の変形例の圧電素子を示す正面断面図。
【図１３】本実施形態の圧電素子のさらに別の変形例の圧電素子を示す正面断面図。
【図１４】本実施形態の圧電素子のさらに他の変形例の圧電素子を示す正面断面図。
【図１５】従来の圧電素子の一例を示す斜視図。
【図１６】（ａ）及び（ｂ）は、従来の圧電素子の製造に際しチッピングが生じる理由を説明するための模式的正面断面図及び平面図。
【図１７】従来の圧電素子から圧電アクチュエータを形成する際のスリットの形成に際してチッピングが生じることを説明するための模式的正面断面図。
【符号の説明】
【００８０】
１…圧電素子
２…圧電体
２ａ…第１の端面
２ｂ…第２の端面
２ｃ…上面
２ｄ…下面
２ｅ…最下層の圧電体
３ａ〜３ｄ…第１の内部電極
４ａ〜４ｃ…第２の内部電極
５，６…第１，第２の外部電極
７…ダミー電極
８，８ａ〜８ｃ…ダミー電極
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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