(57)【要約】【課題】  側面を介して生じるマイグレーションを防止しつつ、焼成時の変形を抑制することができる積層型圧電素子を提供する。【解決手段】  積層型圧電素子１００は、圧電体層５を間に介在させて第１内部電極１と第２内部電極２とが交互に積層され、第１内部電極１同士、及び第２内部電極２同士が、圧電体層５を積層方向に貫通して設けられたスルーホール１１、２１を介して接続された積層型圧電素子であって、第１内部電極１は、周縁部１ａが当該積層型圧電素子１の側面１０３に露出するように設けられ、第２内部電極２は、周縁部２ａが側面１０３よりも内部側に位置するように設けられている。【選択図】  図１
2005210108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層を間に介在させて第１の内部電極と第２の内部電極とが交互に積層され、前記第１の内部電極同士、及び前記第２の内部電極同士が、前記圧電体層を前記積層の方向に貫通して設けられたスルーホールを介して接続された積層型圧電素子であって、
前記第１の内部電極は、
周縁部が当該積層型圧電素子の側面に露出するように設けられ、
前記第２の内部電極は、
周縁部が前記側面よりも内部側に位置するように設けられていること
を特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
圧電体層を間に介在させて第１の内部電極と第２の内部電極とが交互に積層され、前記第１の内部電極同士、及び前記第２の内部電極同士が、前記圧電体層を前記積層の方向に貫通して設けられたスルーホールを介して接続された積層型圧電素子であって、
前記第１の内部電極は、
周縁部が当該積層型圧電素子の側面に露出するように設けられ、
前記第２の内部電極は、
周縁部が前記側面よりも内部側に位置するように設けられており、
前記第２の内部電極の周縁部と前記側面との間には、当該第２の内部電極を囲むように当該第２の内部電極から電気的に絶縁されたスペーサ層が設けられていること
を特徴とする積層型圧電素子。
【請求項３】
前記スペーサ層は、焼成による熱収縮率が前記圧電体層よりも前記第２の内部電極に近い材料で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の積層型圧電素子。
【請求項４】
前記スペーサ層は、前記第２の内部電極と同一の材料で形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の積層型圧電素子。
【請求項５】
前記スペーサ層は、前記第２の内部電極と同一の厚みであることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
圧電体層を間に介在させて第１の内部電極と第２の内部電極とが交互に積層され、前記第１の内部電極同士、及び前記第２の内部電極同士が、前記圧電体層を前記積層の方向に貫通して設けられたスルーホールを介して接続された積層型圧電素子であって、
前記第１の内部電極、及び前記第２の内部電極は、
周縁部が当該積層型圧電素子の側面よりも内部側に位置するように設けられており、
前記第１の内部電極から絶縁され、当該第１の内部電極を囲むように当該第１の内部電極と前記側面との間に設けられた第1のスペーサ層と、
前記第２の内部電極から絶縁され、当該第２の内部電極を囲むように当該第２の内部電極と前記側面との間に設けられた第２のスペーサ層と、を備えること
を特徴とする積層型圧電素子。
【請求項７】
前記第１のスペーサ層は、焼成による熱収縮率が前記圧電体層よりも前記第１の内部電極に近い材料で形成されており、且つ、
前記第２のスペーサ層は、焼成による熱収縮率が前記圧電体層よりも前記第２の内部電極に近い材料で形成されていることを特徴とする請求項６に記載の積層型圧電素子。
【請求項８】
前記第１のスペーサ層は、
前記第１の内部電極と同一の材料で形成され、
前記第２のスペーサ層は、
前記第２の内部電極と同一の材料で形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の積層型圧電素子。
【請求項９】
前記第１のスペーサ層は、
前記第１の内部電極と同一の厚みであり、
前記第２のスペーサ層は、
前記第２の内部電極と同一の厚みであることを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の積層型圧電素子。
【請求項１０】
圧電体層を間に介在させて第１の内部電極と第２の内部電極とが交互に積層された積層型圧電素子であって、
前記第１の内部電極に接触するように当該積層型圧電素子の側面に設けられた導電部を備え、
前記第２の内部電極は、
周縁部が前記側面よりも内部側に位置するように設けられ、
前記第２の内部電極同士は、
前記圧電体層を前記積層の方向に貫通して設けられたスルーホールを介して接続されたこと
を特徴とする積層型圧電素子。
【請求項１１】
前記第２の内部電極は、
マトリックス状に配列された複数の個別電極で構成されること
を特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の積層型圧電素子。
【請求項１２】
前記積層方向における最上面に設けられた端子電極を更に備え、
前記端子電極を介して駆動電力の供給を受けること
を特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の積層型圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層型圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型圧電素子は、微小変位のための駆動源として例えば内燃機関の燃料噴射装置等に用いられる。従来、図９に断面図を示すような積層型圧電素子５０１が知られている。積層型圧電素子５０１は、圧電体層５０３を介在させて第１の内部電極５０５と第２の内部電極５０７とが交互に積層されて設けられている。積層型圧電素子５０１は、側面５１７を介して生じるマイグレーションを防止するため、第１の内部電極５０５同士、第２の内部電極５０７同士をスルーホールを介して接続する構造をなしており、内部電極が側面５１７に露出しないようになっている。
【０００３】
第１の内部電極５０５同士、及び第２の内部電極５０７同士は、圧電体層５０３を積層方向に貫通して設けられたスルーホール５０９、５１１を介して接続され、それぞれ端子５１３、５１５に接続されている。第１の内部電極５０５及び第２の内部電極５０７は共に、周縁部が側面５１７よりも内部側に位置するように設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２６１０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、積層型圧電素子５０１には、平面視において内部電極が存在する中央の領域５２１と内部電極が存在しない縁部の領域５２３とが存在する。内部電極と圧電体層とでは熱収縮率が異なるので、積層型圧電素子５０１を焼成する際には中央の領域５２１と縁部の領域５２３との間に熱収縮率の格差が生じる。このため、従来の積層型圧電素子５０１には上記のような熱収縮率格差によって焼成時に変形が生じるという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、側面を介して生じるマイグレーションを防止しつつ、焼成時の変形を抑制することができる積層型圧電素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の積層型圧電素子は、圧電体層を間に介在させて第１の内部電極と第２の内部電極とが交互に積層され、第１の内部電極同士、及び第２の内部電極同士が、圧電体層を積層方向に貫通して設けられたスルーホールを介して接続された積層型圧電素子であって、第１の内部電極は、周縁部が当該積層型圧電素子の側面に露出するように設けられ、第２の内部電極は、周縁部が側面よりも内部側に位置するように設けられていることを特徴とする。
【０００７】
上記積層型圧電素子では、第１の内部電極の周縁部が側面に露出する一方、第２の内部電極の周縁部は側面より内側に位置している。このため、側面を介して第１の内部電極と第２の内部電極との間でマイグレーションが生じることを防止することができる。また、上記積層型圧電素子は、平面視における中央領域には第１の内部電極と第２の内部電極との双方が存在しており、平面視における縁部領域には第１の内部電極が存在している。このため、縁部領域に全く内部電極が存在しない場合に比較して中央領域と縁部領域との熱収縮率の格差が小さくなり、焼成時の変形を抑制することができる。尚、積層型圧電素子における内部電極及び圧電体層は、製造過程の焼成により焼成前と比して収縮するが、本発明でいう「熱収縮率」とは、このような焼成により生じる収縮の度合いを意味する。
【０００８】
また、本発明の積層型圧電素子は、圧電体層を間に介在させて第１の内部電極と第２の内部電極とが交互に積層され、第１の内部電極同士、及び第２の内部電極同士が、圧電体層を積層方向に貫通して設けられたスルーホールを介して接続された積層型圧電素子であって、第１の内部電極は、周縁部が当該積層型圧電素子の側面に露出するように設けられ、第２の内部電極は、周縁部が側面よりも内部側に位置するように設けられており、第２の内部電極の周縁部と側面との間には、当該第２の内部電極を囲むように当該第２の内部電極から電気的に絶縁されたスペーサ層が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
上記積層型圧電素子では、第１の内部電極の周縁部が側面に露出する一方、第２の内部電極の周縁部は側面より内側に位置している。このため、側面を介して第１の内部電極と第２の内部電極との間でマイグレーションが生じることを防止することができる。また、上記積層型圧電素子は、平面視における中央領域には第１の内部電極と第２の内部電極との双方が存在しており、平面視における縁部領域には第１の内部電極とスペーサ層とが存在している。このため、縁部領域に内部電極及びスペーサ層のいずれもが存在しない場合に比較して中央領域と縁部領域との熱収縮率の格差が小さくなり、焼成時の変形を抑制することができる。
【００１０】
また、上記積層型圧電素子は、スペーサ層が、焼成による熱収縮率が圧電体層よりも第２の内部電極に近い材料で形成されているようにしてもよい。このようにスペーサ層の熱収縮率を第２の内部電極に近くすることで、中央領域と縁部領域との熱収縮率の格差が更に小さくなり、焼成時の変形を更に抑制することができる。
【００１１】
また、上記積層型圧電素子は、スペーサ層が、第２の内部電極と同一の材料で形成されていることを特徴としてもよい。このようにすれば、スペーサ層の熱収縮率が第２の内部電極と等しくなるため、中央領域と縁部領域との熱収縮率の格差が更に小さくなり、焼成時の変形を更に抑制することができる。
【００１２】
また、上記積層型圧電素子は、スペーサ層が、第２の内部電極と同一の厚みであることを特徴としてもよい。このようにすれば、スペーサ層の熱収縮量が第２の内部電極の熱収縮量と近くなるため、中央領域と縁部領域との熱収縮量の格差が更に小さくなり、焼成時の変形を更に抑制することができる。また、スペーサ層が第２の内部電極と同一の材料かつ同一の厚みとすれば、スペーサ層の熱収縮量が第２の内部電極の熱収縮量と等しくなるため、中央領域と縁部領域との熱収縮量の格差が更に小さくなる。また、スペーサ層が第２の内部電極と同一の材料かつ同一の厚みとすれば、第２の内部電極と同時にパターン形成することができる。
【００１３】
また、本発明の積層型圧電素子は、圧電体層を間に介在させて第１の内部電極と第２の内部電極とが交互に積層され、第１の内部電極同士、及び第２の内部電極同士が、圧電体層を積層方向に貫通して設けられたスルーホールを介して接続された積層型圧電素子であって、第１の内部電極、及び第２の内部電極は、周縁部が当該積層型圧電素子の側面よりも内部側に位置するように設けられており、第１の内部電極から絶縁され、当該第１の内部電極を囲むように当該第１の内部電極と側面との間に設けられた第1のスペーサ層と、第２の内部電極から絶縁され、当該第２の内部電極を囲むように当該第２の内部電極と側面との間に設けられた第２のスペーサ層と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記積層型圧電素子では、第１の内部電極の周縁部及び第２の内部電極の周縁部は、積層型圧電素子の側面より内側に位置している。このため、側面を介して第１の内部電極と第２の内部電極との間でマイグレーションが生じることを防止することができる。また、上記積層型圧電素子は、平面視における中央領域には第１の内部電極と第２の内部電極との双方が存在しており、平面視における縁部領域には第１のスペーサ層と第２のスペーサ層とが存在している。このため、縁部領域に内部電極及びスペーサ層のいずれもが存在しない場合に比較して中央領域と縁部領域との熱収縮率の格差が小さくなり、焼成時の変形を抑制することができる。
【００１５】
また、上記積層型圧電素子は、第１のスペーサ層は、焼成による熱収縮率が圧電体層よりも第１の内部電極に近い材料で形成されており、且つ、第２のスペーサ層は、焼成による熱収縮率が圧電体層よりも第２の内部電極に近い材料で形成されているようにしてもよい。このように第１、第２のスペーサ層の熱収縮率をそれぞれ第１、第２の内部電極に近くすることで、中央領域と縁部領域との熱収縮率の格差が更に小さくなり、焼成時の変形を更に抑制することができる。
【００１６】
また、上記積層型圧電素子は、第１のスペーサ層が、第１の内部電極と同一の材料で形成され、第２のスペーサ層が、第２の内部電極と同一の材料で形成されていることを特徴としてもよい。このようにすれば、第１、第２のスペーサ層の熱収縮率がそれぞれ第１、第２の内部電極と等しくなるため、中央領域と縁部領域との熱収縮率の格差が更に小さくなり、焼成時の変形を更に抑制することができる。
【００１７】
また、上記積層型圧電素子は、第１のスペーサ層が、第１の内部電極と同一の厚みであり、第２のスペーサ層が、第２の内部電極と同一の厚みであることを特徴としてもよい。このようにすれば、第１、第２のスペーサ層の熱収縮量がそれぞれ第１、第２の内部電極と近くなるため、中央領域と縁部領域との熱収縮量の格差が更に小さくなり、焼成時の変形を更に抑制することができる。また、第１、第２のスペーサ層がそれぞれ第１、第２の内部電極と同一の材料かつ同一の厚みとすれば、中央領域と縁部領域との熱収縮量の格差が更に小さくなり、焼成時の変形を更に抑制することができる。また、第１、第２のスペーサ層がそれぞれ第１、第２の内部電極と同一の材料かつ同一の厚みとすれば、第１、第２のスペーサ層は、それぞれ第１、第２の内部電極と同時にパターン形成することができる。
【００１８】
また、本発明の積層型圧電素子は、圧電体層を間に介在させて第１の内部電極と第２の内部電極とが交互に積層された積層型圧電素子であって、第１の内部電極に接触するように当該積層型圧電素子の側面に設けられた導電部を備え、第２の内部電極は、周縁部が側面よりも内部側に位置するように設けられ、第２の内部電極同士は、圧電体層を第１の内部電極及び前記第２の内部電極の積層方向に貫通して設けられたスルーホールを介して接続されたことを特徴とする。
【００１９】
上記積層型圧電素子では、第１の内部電極の周縁部が側面に露出する一方、第２の内部電極の周縁部は側面より内側に位置している。このため、側面を介して第１の内部電極と第２の内部電極との間でマイグレーションが生じることを防止することができる。また、上記積層型圧電素子は、平面視における中央領域には第１の内部電極と第２の内部電極との双方が存在しており、平面視における縁部領域には第１の内部電極が存在している。このため、縁部領域に全く内部電極が存在しない場合に比較して中央領域と縁部領域との熱収縮率の格差が小さくなり、焼成時の変形を抑制することができる。また、上記積層型圧電素子では、第１の内部電極同士を、側面に露出した周縁部を介して導電部によって接続している。よって、第１の内部電極の接続のためのスルーホールを形成する工程が不要となる。
【００２０】
また、本発明の積層型圧電素子は、第２の内部電極が、マトリックス状に配列された複数の個別電極で構成されることを特徴としてもよい。このようにすれば、積層型圧電素子は、個別電極のそれぞれに独立して電圧を印加することが可能なので、一つの素子内に複数の変位部位を構成することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の積層型圧電素子は、積層方向における最上面に設けられた端子電極を更に備え、端子電極を介して駆動電力の供給を受けることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、側面を介して生じるマイグレーションを防止しつつ、焼成時の変形を抑制することができる積層型圧電素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態に係る積層型圧電素子１００を示す分解斜視図である。積層型圧電素子１００は、複数の第１内部電極１、複数の第２内部電極２、複数のスペーサ層４及び複数の圧電体層５を備えている。第１内部電極１と第２内部電極２とは、圧電体層５を間に介在させながら交互に積層されている。積層型圧電素子１００の平面視形状は例えば１０ｍｍ×１５ｍｍの長方形状である。積層型圧電素子１００では例えば第１内部電極１及び第２内部電極２がそれぞれ５層ずつ積層される。以下、第１内部電極１、第２内部電極２、圧電体層５が積層される方向を「積層方向」と称する。
【００２５】
圧電体層５は、チタン酸ジルコン酸鉛等のセラミックスを主成分とし、例えば１０ｍｍ×１５ｍｍ，厚さ５０μｍの長方形薄板状に形成されている。圧電体層５には、第１スルーホール１１及び第２スルーホール２１が積層方向に貫通している。第１スルーホール１１は積層型圧電素子１００を積層方向のほぼ全体に亘って貫通して設けられており、第１スルーホール１１の内部には導電部材１７が充填されている。第２スルーホール２１は積層型圧電素子１００を積層方向のほぼ全体に亘って貫通して設けられており、第２スルーホール２１の内部には導電部材２７が充填されている。第２スルーホール２１は第２内部電極２の個別電極２２（後述する）のそれぞれに対応して設けられており、それぞれ積層方向において対応する個別電極２２同士が導電部材２７によって電気的に接続されている。
【００２６】
図２は、第１内部電極１を示す平面図である。第１内部電極１は、例えば銀及びパラジウムを主成分とする材料からなり、スクリーン印刷により圧電体層５の上にパターン形成されたものである。第１内部電極１は、平面視において全体に亘ってベタ状に形成され、周縁部１ａが４辺ともに積層型圧電素子１００の側面１０３に露出するように形成されている。第１内部電極１同士は第１スルーホール１１内部に充填された導電部材１７によって互いに電気的に接続されている。第１内部電極１の第２スルーホール２１に対応する位置には絶縁ギャップ１３が形成されている。第２スルーホール２１は、第１内部電極１と接触しないように絶縁ギャップ１３の部分を貫通しているので、第１内部電極１と第２スルーホール２１との電気的絶縁が図られている。
【００２７】
図３は、第２内部電極２及びスペーサ層４を示す平面図である。第２内部電極２は、第１内部電極１と同様に、銀及びパラジウムを主成分とする材料からなり、スクリーン印刷により圧電体層５の上にパターン形成されたものである。第２内部電極２は、マトリックス状に配列された複数の個別電極２２により構成されている。本実施形態においては１６枚の個別電極２２が２列・８行に配列されている。第２内部電極２の周縁部２ａは積層型圧電素子１００の側面１０３よりも内部側に位置し、周縁部２ａが側面１０３に露出しないように形成されている。ここでは、個別電極２２が配列された矩形の領域の縁部を第２内部電極２の周縁部２ａとする。各個別電極２２は、長方形状に形成されてその長手方向が圧電体層５の長手方向と直交するよう配置されている。互いに隣り合う個別電極２２同士は、所定の間隙をおいて配列されているので、互いに電気的絶縁が図られるとともに、互いの振動による影響が防止されている。各個別電極２２の長手方向における外方側の端部を第２スルーホール２１が貫通している。各個別電極２２は、それぞれに貫通する第２スルーホール２１の内部に充填された導電部材２７に電気的に接続されており、積層方向に積層されて対応する個別電極２２同士は導電部材２７によって互いに電気的に接続されている。
【００２８】
スペーサ層４は、方形環状に形成され、第２内部電極２を囲むように設けられている。スペーサ層４の周縁部４ａは側面１０３に露出している。スペーサ層４は各個別電極２２との間に所定の間隙をおいて設けられ、第２内部電極２との電気的絶縁が図られている。スペーサ層４の周縁部４ａは４辺とも側面１０３に露出するように形成されているが、側面１０３の内部側に周縁部４ａが位置するように形成してもよい。スペーサ層４の、第１スルーホール１１に対応する位置には絶縁ギャップ４３が形成されている。第１スルーホール１１は、スペーサ層４と接触しないように絶縁ギャップ４３の部分を貫通しているので、スペーサ層４と第１スルーホール１１との電気的絶縁が図られている。なお、絶縁ギャップ４３を設けず、スペーサ層４と第１内部電極１とを電気的に接続させてもよい。この場合は、第１内部電極１側の電気抵抗を低下させることができる。スペーサ層４は第２内部電極２と同一の材料である銀及びパラジウムを主成分とする材料からなる。すなわち、スペーサ層４は、焼成による熱収縮率が、圧電体層５よりも大きく、圧電体層５よりも第２の内部電極２に近い材料（本実施形態では、第２の内部電極と同じ材料）で形成されている。また、スペーサ層４は、第２内部電極２と同じ厚みに形成されている。従って、スペーサ層４は、第２内部電極２と同時にスクリーン印刷により圧電体層５の上にパターン形成されてもよい。
【００２９】
再び図１を参照する。積層型圧電素子１００は積層方向における最上面１０５に設けられた第１端子電極１５及び第２端子電極２５を有している。積層型圧電素子１００は第１端子電極１５及び第２端子電極２５を介して外部から駆動電力の供給を受けて駆動する。第１端子電極１５は、第１スルーホール１１の内部に充填された導電部材１７と電気的に接続されており、導電部材１７を介して第１内部電極１に電気的に接続されている。それぞれの第２端子電極２５は、それぞれの第２スルーホール２１の内部に充填された導電部材２７と電気的に接続されており、導電部材２７を介して第２内部電極２のそれぞれの個別電極２２に電気的に接続されている。積層型圧電素子１００の駆動時においては、外部の電源供給手段（図示せず）によって、第１端子電極１５とそれぞれの第２端子電極２５との間に電位差が発生し、第１内部電極１と第２内部電極２との間に電界が生じ、両電極に挟まれた圧電体層５に変位が生じる。第２端子電極２５のそれぞれについて独立に第１端子電極１５との間に電界を発生させることが可能であるので、それぞれの第２端子電極２５に対応する圧電体層５の部位について変位を生じさせることも可能である。
【００３０】
次に、積層型圧電素子１００の作製手順について説明する。まず、チタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする圧電セラミックス材料に有機バインダ・有機溶剤等を混合して基体ペーストを作製し、この基体ペーストを用いて圧電体層５となるグリーンシートを成形する。グリーンシートの厚みは５０マイクロメートルとする。また、所定比率の銀とパラジウムとからなる金属材料に有機バインダ・有機溶剤等を混合して導電ペーストを作製する。
【００３１】
続いて、圧電体層５となるグリーンシートの所定の位置にレーザ光を照射して第１スルーホール１１及び第２スルーホール２１を形成する。このとき用いるレーザはＹＡＧの３次高長波レーザであり、スルーホールの穴径は４０〜５０マイクロメートルとする。そして、第１スルーホール１１、第２スルーホール２１内部に対して、導電ペーストを用いて充填スクリーン印刷を行い、それぞれ導電部材１７、２７を形成する。用いる導電ペーストはＡｇ：Ｐｄ＝７：３の金属材粉体に有機バインダ・有機材料等を混合したものである。
【００３２】
その後、圧電体層５となるグリーンシートに対して、導電ペーストを用いて第１内部電極１のパターンでスクリーン印刷を行い、第１内部電極１を形成する。また、同様にグリーンシートに対して、第２内部電極２及びスペーサ層４とを両方含んだパターンでスクリーン印刷を行い、第２内部電極２及びスペーサ層４を同時に形成する。すなわち、ここでは第１内部電極１のパターンが印刷されたグリーンシートと、第２内部電極２及びスペーサ層４のパターンが同時に印刷されたグリーンシートと、の２種類のグリーンシートが作製される。また、最上面１０５の圧電体層５となるグリーンシートに対しては、導電ペーストを用いてスクリーン印刷を行い、第１端子電極１５、第２端子電極２５を形成する。ここで用いる導電ペーストは、上記の充填スクリーン印刷で用いたものと同じである。
【００３３】
続いて、電極パターンが形成された上記２種類のグリーンシートを交互に積層し、６０℃の熱を加えながら１００ＭＰａの圧力で積層方向にプレスを行って積層体グリーンを作製する。作製した積層体グリーンを１０ｍｍ×１５ｍｍに切断する。この積層体グリーンを４００℃前後で脱脂し、密閉匣鉢中において１１００℃で、２時間焼成し焼結体を得る。
【００３４】
次に、圧電体層５となる焼結シート上の端子電極１５、２５に対して銀の焼付電極を施し、リード接続用の端子を形成する。その後、温度１２０℃で、電界強度３ｋＶ／ｍｍになるように３分間の分極処理を行って積層型圧電素子１００を得る。なお、端子電極１５、２５の材料としては、銀に替えて金や銅を用いてもよい。また、端子電極１５、２５の形成方法としては、焼き付けに替えてスパッタリングや蒸着、無電界メッキ法等を採用してもよい。
【００３５】
積層型圧電素子１００では、第１内部電極１の周縁部１ａが側面１０３に露出する一方、第２内部電極２の周縁部２ａは側面１０３より内側に位置している。また、スペーサ層４は周縁部４ａが側面１０３に露出しているが、第２内部電極２とは電気的絶縁が図られている。このため、側面１０３を介して第１内部電極１と第２内部電極２との間でマイグレーションが生じることを防止することができる。また、積層型圧電素子１００は、平面視において第２内部電極２の周縁部２ａよりも内部側の中央領域１１１（図１参照）には第１内部電極１と第２内部電極２との双方が存在しており、平面視において第２内部電極２の周縁部２ａよりも外側の縁部領域１１３（図１参照）には第１内部電極１とスペーサ層４とが存在している。このため、縁部領域１１３に内部電極及びスペーサのいずれもが存在しない場合に比較して中央領域１１１と縁部領域１１３との熱収縮率の格差が小さくなり、焼成時の変形、歪み、クラック発生を抑制することができる。
【００３６】
また、積層型圧電素子１００は、スペーサ層４が、第２内部電極２と同一の材料で形成されている。このため、スペーサ層４の熱収縮率が第２内部電極と等しくなり、中央領域１１１と縁部領域１１３との熱収縮率の格差が更に小さくなり、焼成時の変形、歪み、クラック発生を更に抑制することができる。なお、このような焼成による変形を抑制するという観点からは、スペーサ層４を第２内部電極２と同一の材料で形成し、互いの熱収縮率を等しくすることが好適であるが、この形態に限られるものではない。すなわち、スペーサ層４を、熱収縮率が圧電体層５よりも第２内部電極２に近い材料で形成すれば、焼成による変形を抑制する効果が得られる。
【００３７】
また、積層型圧電素子１００は、スペーサ層４が、第２内部電極２と同一の厚みに設けられている。このため、スペーサ層４の熱収縮量が第２内部電極２の熱収縮量と等しくなり、中央領域１１１と縁部領域１１３との熱収縮量の格差が更に小さくなり、焼成時の変形、歪み、クラック発生を更に抑制することができる。また、スペーサ層４は第２内部電極２と材料及び厚みが同一であるので、第２の内部電極と同時にスクリーン印刷によりパターン形成することができる。
【００３８】
積層型圧電素子１００は、第１スルーホール１１を介して第１内部電極１同士の電気的接続を図り、第２スルーホール２１を介して第２内部電極２同士の電気的接続を図っている。このため、側面１０３を介してこれら両電極の接続を図る必要がなく、側面１０３に露出した互いの電極を絶縁する絶縁処理工程が不要である。また、側面１０３を介して両電極を接続する必要がないので、焼成後の両電極の側面１０３への露出を完全にするために側面１０３を研磨する工程（バレル研磨工程）も不要となる。
【００３９】
また、積層型圧電素子１００は、第２内部電極２が、マトリックス状に配列された複数の個別電極２２で構成される。このため、積層型圧電素子１００では、個別電極２２のそれぞれに独立して電圧を印加することにより、より微小な変位を生じることが可能である。
【００４０】
上述した実施形態に係る積層型圧電素子１００においては第２内部電極２を囲むようにスペーサ層４を設けることが中央領域１１１と縁部領域１１３との熱収縮率の格差を更に小さくするので好ましいが、スペーサ層４を設けない構成にしてもよい。そのような構成の積層型圧電素子における第２内部電極２を図４に示す。スペーサ層４を設けない場合においても、積層型圧電素子１００は、平面視における中央領域１１１には第１内部電極１と第２内部電極２との双方が存在しており、平面視における縁部領域１１３には第１内部電極１が存在している。このため、縁部領域１１３に全く電極が存在しない場合に比較して中央領域１１１と縁部領域１１３との熱収縮率の格差が小さくなり、焼成時の変形、歪み、クラック発生を抑制することができる。
【００４１】
続いて、図５を参照し、本発明の第２実施形態に係る積層型圧電素子２００について説明する。積層型圧電素子２００において、積層型圧電素子１００との相違点は第１内部電極２０１の構成にある。その他の構成は積層型圧電素子１００と同様であるので説明を省略する。
【００４２】
図５は、積層型圧電素子２００の第１内部電極２０１を示す平面図である。積層型圧電素子２００では、第１内部電極２０１の周縁部２０１ａは側面１０３よりも内部側に位置し、周縁部２０１ａが側面１０３に露出しないように形成されている。
【００４３】
積層型圧電素子２００は、スペーサ層４（第２のスペーサ層；図３参照）の他、別のスペーサ層３（第１のスペーサ層）を備えている。スペーサ層３は、第１内部電極２０１と側面１０３とに挟まれた領域に設けられ、第１内部電極２０１を囲むように設けられている。スペーサ層３は、第１内部電極２０１との間に所定の間隙をおいて設けられ、第１内部電極２０１との電気的絶縁が図られている。スペーサ層３の周縁部３ａは４辺とも側面１０３に露出するように形成されているが、側面１０３の内側に周縁部３ａが位置するように形成してもよい。スペーサ層３は第１内部電極２０１と同一の材料である銀及びパラジウムを主成分とする材料からなり、第１内部電極２０１と同じ厚みに形成されている。従って、スペーサ層３は、第１内部電極２０１と同時にスクリーン印刷により圧電体層５の上にパターン形成されてもよい。
【００４４】
積層型圧電素子２００では、第１内部電極２０１の周縁部２０１ａ及び第２内部電極２の周縁部２ａは側面１０３より内側に位置している。また、スペーサ層３は周縁部３ａが側面１０３に露出しているが、第１内部電極２０１とは電気的絶縁が図られている。また、スペーサ層４は周縁部４ａが側面１０３に露出しているが、第２内部電極２とは電気的絶縁が図られている。このため、側面１０３を介して第１内部電極２０１と第２内部電極２との間でマイグレーションが生じることを防止することができる。また、積層型圧電素子２００は、平面視における中央領域１１１（図１参照）には第１内部電極２０１と第２内部電極２との双方が存在しており、平面視における縁部領域１１３（図１参照）にはスペーサ層３とスペーサ層４とが存在している。このため、縁部領域１１３に内部電極及びスペーサ層のいずれもが存在しない場合に比較して中央領域１１１と縁部領域１１３との熱収縮率の格差が小さくなり、焼成時の変形、歪み、クラック発生を抑制することができる。
【００４５】
また、積層型圧電素子２００は、スペーサ層３が第１内部電極２０１と同一の材料で形成され、スペーサ層４が第２内部電極２と同一の材料で形成されている。このため、スペーサ層３、４の熱収縮率がそれぞれ第１内部電極２０１、第２内部電極２と等しくなるので、中央領域１１１と縁部領域１１３との熱収縮率の格差が更に小さくなり、焼成時の変形、歪み、クラック発生を更に抑制することができる。なお、焼成による変形を抑制するという観点からは、本実施形態のようにスペーサ層３を第１内部電極２０１と同一の材料で形成すると共に、スペーサ層４を第２内部電極２と同一の材料で形成し、互いの熱収縮率を等しくすることが好適であるが、この形態に限られるものではない。すなわち、スペーサ層３を、熱収縮率が圧電体層５よりも第１内部電極２０１に近い材料で形成し、スペーサ層４を、熱収縮率が圧電体層５よりも第２内部電極２に近い材料で形成することにより、焼成による変形を抑制する効果が得られる。
【００４６】
また、積層型圧電素子２００は、スペーサ層３、４が、それぞれ第１内部電極２０１、第２内部電極２と同一の厚みに設けられている。このため、スペーサ層３、４の熱収縮量がそれぞれ第１内部電極２０１、第２内部電極２の熱収縮量と等しくなり、中央領域１１１と縁部領域１１３との熱収縮量の格差が更に小さくなるので、焼成時の変形、歪み、クラック発生を更に抑制することができる。また、第１スペーサ層３及び第２スペーサ層４は、それぞれ第１内部電極２０１及び第２内部電極２と材料及び厚みが同一であるので、第１内部電極２０１及び第２の内部電極２とそれぞれ同時にスクリーン印刷によりパターン形成することができる。
【００４７】
積層型圧電素子２００は、第１スルーホール１１を介して第１内部電極２０１同士の電気的接続を図り、第２スルーホール２１を介して第２内部電極２同士の電気的接続を図っている。このため、側面１０３を介してこれら両電極の接続を図る必要がなく、側面１０３に露出した互いの電極を絶縁する絶縁処理工程が不要である。また、側面１０３を介して両電極を接続する必要がないので、焼成後の両電極の側面１０３への露出を完全にするために側面１０３を研磨する工程（バレル研磨工程）も不要となる。
【００４８】
続いて、図６及び図７を参照し、本発明の第３実施形態に係る積層型圧電素子３００について説明する。積層型圧電素子３００において、積層型圧電素子１００との相違点は第１内部電極３０１同士の電気的接続にある。
【００４９】
図６は、積層型圧電素子３００における側面１０３付近の縦断面図である。また、図７（ａ）は第１内部電極３０１の平面図、図７（ｂ）は第２内部電極２の平面図を示している。側面１０３には第１内部電極３０１の周縁部３０１ａが露出している。側面１０３上には導電材料からなる導電部１０９が形成されている。導電部１０９は露出した周縁部３０１ａと接触しつつ側面１０３に被さるように形成されている。導電部１０９は、各々の周縁部３０１ａと接触していれば、側面１０３全面に被さる必要はなく、例えば積層方向に帯状に連なって側面１０３の一部に被さるように形成されてもよい。第１内部電極３０１同士は周縁部３０１ａに接触した導電部１０９を介して互いに電気的に接続されている。その他の構成は積層型圧電素子１００と同様であるので説明を省略する。
【００５０】
積層型圧電素子３００では、第１内部電極３０１の周縁部３０１ａが側面１０３に露出する一方、第２内部電極２の周縁部２ａは側面１０３より内側に位置している。このため、側面１０３を介して第１内部電極３０１と第２内部電極２との間でマイグレーションが生じることを防止することができる。また、積層型圧電素子３００は、平面視における中央領域１１１（図１参照）には第１内部電極３０１と第２内部電極２との双方が存在しており、平面視における縁部領域１１３（図１参照）には第１内部電極３０１及びスペーサ層４が存在している。このため、縁部領域１１３に内部電極及びスペーサ層のいずれもが存在しない場合に比較して中央領域１１１と縁部領域１１３との熱収縮率の格差が小さくなり、焼成時の変形、歪み、クラック発生を抑制することができる。また、積層型圧電素子３００では、第１内部電極３０１同士を、側面１０３に露出した周縁部３０１ａを介して導電部１０９によって接続している。よって、第１内部電極３０１の接続のためのスルーホールを形成する工程が不要となる。このように、一般的に精度が要求されるスルーホール形成の工程が不要となるので積層型圧電素子３００の歩留まりを高くすることができる。
【００５１】
また、積層型圧電素子３００においては第２内部電極２を囲むようにスペーサ層４を設けることが中央領域１１１と縁部領域１１３との熱収縮率の格差を更に小さくするので好ましいが、本発明においてはスペーサ層４を設けることは必須ではない。スペーサ層４を設けない場合においても、積層型圧電素子３００は、平面視における中央領域１１１には第１内部電極３０１と第２内部電極２との双方が存在しており、平面視における縁部領域１１３には第１内部電極１が存在している。このため、縁部領域１１３に全く電極が存在しない場合に比較して中央領域１１１と縁部領域１１３との熱収縮率の格差が小さくなり、焼成時の変形、歪み、クラック発生を抑制することができる。なお、第１内部電極３０１の周縁部３０１ａ及びスペーサ層４の周縁部は、必ずしも側面１０３と同一面上にある必要は無く、例えば、側面１０３から数ミクロン内側に位置してもよい。これは、例えば、内部電極及びスペーサ層の熱収縮率と、圧電体層の熱収縮率との間に僅かな相違が生じることに基づくものである。このような構成の場合にも、本実施形態の効果は得られる。
【００５２】
なお、上記第１、第２、第３実施形態は、第２内部電極２が複数の個別電極２２からなる積層型圧電素子に本発明を適用しているが、これに限られず、ベタ状に設けられた第２内部電極を備えた積層型圧電素子４００に適用することも可能である。図８（ａ）は積層型圧電素子４００の第１内部電極４０１の平面図を示し、図８（ｂ）は第２内部電極４０２の平面図を示す。第1内部電極４０１の周縁部４０１ａは側面１０３に露出しており、第２内部電極４０２の周縁部４０２ａは側面１０３よりも内部側に位置している。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１実施形態に係る積層型圧電素子を示す分解斜視図である。
【図２】第１内部電極を示す平面図である。
【図３】第２内部電極及びスペーサ層を示す平面図である。
【図４】変形例に係る積層型圧電素子の第２内部電極を示す平面図である。
【図５】第２実施形態に係る積層型圧電素子の第１内部電極を示す平面図である。
【図６】第３実施形態に係る積層型圧電素子の側面付近の縦断面図である。
【図７】（ａ）は第３実施形態に係る積層型圧電素子の第１内部電極の平面図、（ｂ）は第２内部電極の平面図である。
【図８】（ａ）は変形例に係る積層型圧電素子の第１内部電極の平面図、（ｂ）は第２内部電極の平面図である。
【図９】従来の積層型圧電素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…第１内部電極、１ａ…周縁部、２…第２内部電極、２ａ…周縁部、３…スペーサ層、３ａ…周縁部、４…スペーサ層、４ａ…周縁部、５…圧電体層、１１…第１スルーホール、１３…絶縁キャップ、１５…第１端子電極、１７…導電部材、２１…第２スルーホール、２２…個別電極、２５…第２端子電極、２７…導電部材、４３…絶縁キャップ、１００…積層型圧電素子、１０３…側面、１０５…最上面、１０９…導電部、２００…積層型圧電素子、２０１ａ…周縁部、２０１…第１内部電極、３００…積層型圧電素子、３０１…第１内部電極、３０１ａ…周縁部、４００…積層型圧電素子、４０１…第１内部電極、４０１ａ…周縁部、４０２…第２内部電極、４０２ａ…周縁部。
【図１】
2005210108.tif 000003
【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】
2005210108.tif 000009
【図８】
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【図９】
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