(57)【要約】      （修正有）【課題】内部電極の隅部に発生するクラックやそれによるショートを防止できる圧電素子を提供する。【解決手段】矩形体に形成され、電圧の印加により伸縮する積層型の圧電素子１００であって、電圧が印加される内部電極１１５と、内部電極１１５と交互に積層された圧電層と、を備え、内部電極１１５は、外部電極に接続する取り出し部１１５ａ以外は、積層方向に平行な側面１１２に露出せず、隅部１１５ｂの角が取れた略矩形状に形成され、側面１１２同士側面同士により形成される柱角部１１３は、面取りされている。これにより、応力を均等にし、内部電極１１５の隅部１１５ｂに発生する引っ張り応力でクラックが入る故障を低減することができる。そして、絶縁性が低下して生じる放電でショートするのを防止できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形体に形成され、電圧の印加により伸縮する積層型の圧電素子であって、
電圧が印加される内部電極と、
前記内部電極と交互に積層された圧電層と、を備え、
前記内部電極は、外部電極に接続する取り出し部以外は、積層方向に平行な側面に露出せず、隅部の角が取れた略矩形状に形成され、
前記側面同士により形成される柱角部は、面取りされていることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記取り出し部以外の前記内部電極の形状と、前記積層方向に垂直な断面の形状とが、概略相似していることを特徴とする請求項１記載の圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、矩形体に形成され、電圧の印加により伸縮する積層型の圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型の圧電素子は、圧電層と内部電極とが交互に積層して形成されている（特許文献１参照）。図４（ａ）、（ｂ）は、いずれも従来の圧電素子５００を示す側面図である。図４（ａ）は、電圧を印加しない状態を示し、図４（ｂ）は、電圧の印加により圧電素子５００が積層方向に伸びた状態を示している。なお、破線は内部電極の位置を示している。
【０００３】
圧電素子５００は、電圧印加により積層方向（分極方向）へ伸びるが、面方向へは縮む。圧電素子５００が圧電素子の側面に内部電極が露出しない電極隠し構造を有する場合には、内部電極の周囲の不活性領域は変形せず、駆動により積層方向に沿って内部電極に重なる活性領域のみ伸縮する。このような応力を緩和するために内部電極層間の内部電極が重ならない不活性領域に空隙等を設けている圧電素子が研究されている（特許文献２、３参照）。
【０００４】
一方、このような圧電素子やその内部電極について、様々な形状が提案されている。特許文献１には、ｎ個の角のうち１個以上かつｎ−１個以下の角が，その他の残りの角とは異なる形状になるように面取りされた積層型圧電素子ユニットが開示されている。特許文献２には、内部電極の角部が直線で面取り、または曲線で丸められている圧電素子が開示されている。また、特許文献３には、内部電極の形状が多角形や円形でもよいことや、圧電素子の形状が多角柱や円柱でもよいことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２７４０３０号公報
【特許文献２】特開平８−２７４３８１号公報
【特許文献３】特許３８９４８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５（ａ）、（ｂ）は、いずれも従来の圧電素子５００を示す平断面図である。図５（ａ）、（ｂ）は、交互に印刷され積層されているそれぞれの内部電極のパターンを示している。圧電素子５００が、このような電極隠し構造を有する場合には、不活性領域５１６は変形せず、活性領域５１５のみ伸縮し、矢印で示す応力が発生する。その際には、活性領域の辺の中央部に比べて４つの隅部５１５ｂの距離の方が長くて拘束力が強く、隅部５１５ｂに応力が集中する。このような原因により、過負荷な駆動や繰返しの駆動で応力集中部にクラックが入り、短絡故障が発生している。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、内部電極の隅部に発生するクラックやそれによるショートを防止できる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】
【０００８】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の圧電素子は、矩形体に形成され、電圧の印加により伸縮する積層型の圧電素子であって、電圧が印加される内部電極と、前記内部電極と交互に積層された圧電層と、を備え、前記内部電極は、外部電極に接続する取り出し部以外は、積層方向に平行な側面に露出せず、隅部の角が取れた略矩形状に形成され、前記側面同士により形成される柱角部は、面取りされていることを特徴としている。
【０００９】
これにより、内部電極から素子外面までの距離を四辺中央付近と隅部とにおいてなるべく同じにし、それぞれの位置で生じる応力を均等にすることができる。その結果、内部電極の隅部に発生する引っ張り応力でクラックが入る故障を低減することができる。そして、絶縁性が低下して放電でショートするのを防止できる。
【００１０】
（２）また、本発明の圧電素子は、前記取り出し部以外の前記内部電極の形状と、前記積層方向に垂直な断面の形状とが、概略相似していることを特徴としている。これにより、内部電極と素子外形との距離の位置による相違をさらに小さくし、応力を低減できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、応力を均等にし、内部電極の隅部に発生する引っ張り応力でクラックが入る故障を低減することができる。そして、絶縁性が低下して放電でショートするのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の圧電素子の斜視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）いずれも本発明の圧電素子の平断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）いずれも本発明の圧電素子の平断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）いずれも従来の圧電素子を示す側面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）いずれも従来の圧電素子を示す平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
（圧電アクチュエータの構成）
図１は、圧電素子１００の斜視図である。圧電素子１００は、矩形体に形成され、電圧の印加により伸縮する積層型の圧電素子である。また、図２（ａ）、（ｂ）は、いずれも圧電素子１００を示す平断面図であり、内部電極１１５が設けられている断面を示した図である。圧電素子１００は、矩形体として形成されており、素子本体１１０に外部電極１２０が設けられている。
【００１５】
素子本体１１０は、圧電層１１１と内部電極１１５とが積層方向Ｚについて交互に積層され、圧電層１１１は厚み方向の互い違いの向きに分極されている。なお、図１の破線は内部電極１１５の位置を示している。柱角部１１３は、圧電素子１００の積層方向に平行な側面同士により形成され、面取りされている。なお、柱角部１１３は、言い換えると圧電素子１００の積層方向Ｚに平行な側面４角部である。
【００１６】
圧電層１１１は、たとえばＰＺＴのような圧電材料で構成される。内部電極１１５は、対向する側面１１２上で外部電極１２０に取り出されており、隣り合う内部電極１１５に異なる電圧を印加できるように形成されている。内部電極１１５へ電圧を印加することで各圧電層１１１が伸縮し、圧電素子全体が伸縮する。
【００１７】
圧電素子１００は、加工代として積層方向Ｚの両端部に設けられた保護層１１８と電圧の印加により駆動する活性層１１９とに区分できる。さらに、活性層１１９は、内部電極１１５の積層方向Ｚへの投影が重なり合う中央の活性領域と内部電極１１５が外部とショートしないように設けられた周囲の不活性領域１１６とに区分できる。活性領域は、圧電素子１００において実際に駆動する領域である。活性領域は電圧により駆動するが、その周囲の不活性領域１１６は、電圧の印加により変形せず応力が生じる。
【００１８】
内部電極１１５は、外部電極１２０が設けられた側面１１２の取り出し部１１５ａ以外の側面には露出せず、隅部１１５ｂの角が取れた略矩形状に形成されている。これにより、内部電極１１５から素子外面までの距離を、圧電素子１００の四辺中央付近と隅部１１５ｂとにおいてなるべく同じにし、それぞれの位置で生じる応力を均等にすることができる。その結果、隅部１１５ｂに発生する引っ張り応力でクラックが入る故障を低減することができる。そして、絶縁性が低下して生じる放電でショートするのを防止できる。
【００１９】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、取り出し部１１５ａ以外の内部電極１１５の形状と、素子本体１１０の積層方向に垂直な断面の形状とは、概略相似している。これにより、内部電極１１５と素子外面との距離の位置による相違を小さくし、応力を低減できる。なお、辺中央部における内部電極１１５と素子外面との距離ｄ０を基準としたとき、最大となる内部電極１１５と素子外面との距離ｄから基準距離ｄ０を引いた値が、基準距離ｄ０の２０％以下であることが好ましい。この範囲内となるように圧電素子１００が形成されることで、十分に隅部１１５ｂにおける応力を低減できる。
【００２０】
（圧電素子の製造方法）
次に、上記のように構成された圧電素子１００の製造方法について説明する。まず、圧電体を含むスラリーを用い、引き上げ成形、ドクターブレード成形、押出成形等の方法によってグリーンシートを形成する。
【００２１】
このような圧電体のグリーンシートを準備し、グリーンシートには内部電極１１５用のパターンをスクリーン印刷等により塗布する。内部電極１１５用として電極ペースト（Ａｇ−Ｐｄ合金等）を塗布し、その後、乾燥させて焼成前電極膜を形成する。このとき、スクリーンは内部電極１１５となる領域に角のとれた矩形を印刷できるように設計しておく。
【００２２】
次に、電極膜が形成された複数のグリーンシートを積層し、プレス成形した後、加熱して、グリーンシート、電極ペーストおよび非焼結材料ペースト中の有機成分を脱脂する。有機成分は加熱によって分解され気体となってグリーンシートやペースト膜から抜ける。
【００２３】
このようにして脱脂された積層体を焼成し、得られた素子本体１１０を適宜加工し、外部電極１２０を印刷、焼き付けする。加工の際には、隣り合う側面により形成される素子本体１１０の柱角部１１３を面取りし、断面の角が取れた形状に整える。内部電極１１５の柱角部１１３が辺に対して４５°の直線で角を取っているに場合には、素子本体１１０の隅部１１５ｂも側面に対して４５°の平面で角を取る。すなわち、各断面形状が互いに概略相似していることが好ましい。
【００２４】
ポジショナ用アクチュエータを作製する場合には、作製した複数の圧電素子１００を積層方向に直列に連結し、いわゆる多連化を行なう。多連化された圧電素子は分極処理を行ない、キャップを被せることでポジショナ用アクチュエータを作製できる。
【００２５】
このように、内部電極１１５の四つの隅部１１５ｂを角の取れた形状とし、かつ素子本体１１０の外形の側面が形成する柱角部１１３を面取りした圧電素子１００を製造することができる。その結果、内部電極１１５と素子表面の距離を周囲にわたって概略同一にすることができ、素子変形時に内部電極１１５の隅部１１５ｂに発生する応力を低減させることでクラックによる故障を軽減する。
【００２６】
［第２の実施形態］
上記の実施形態では、素子本体１１０の面取りとして、柱角部の角を側面１１２に対して４５°の面に研削しているが、丸面取りで加工してもよい。図３（ａ）、（ｂ）は、素子本体２１０および内部電極２１５の隅部２１５ｂがいずれも丸く形成された圧電素子２００を示す平断面図である。図１に示す圧電素子２００は、基本的には圧電素子１００と同様の構造を有している。素子本体２１０は、矩形体であり、側面が接する柱角部２１３は丸く形成されている。
【００２７】
内部電極２１５は、外部電極に接続される取り出し部２１５ａ以外は概略矩形に形成されており、隅部２１５ｂは丸くなっている。また、内部電極２１５の周囲には、不活性領域２１６が設けられている。取り出し部２１５ａ以外の内部電極２１５の形状と、素子本体の積層方向に垂直な断面の形状とは、概略相似していることが好ましい。
【符号の説明】
【００２８】
１００  圧電素子
１１０  素子本体
１１１  圧電層
１１２  側面
１１３  柱角部
１１５  内部電極
１１５ａ  取り出し部
１１５ｂ  内部電極の隅部
１１６  不活性領域
１１８  保護層
１１９  活性層
１２０  外部電極
２００  圧電素子
２１３  柱角部
２１５  内部電極
２１５ａ  取り出し部
２１５ｂ  内部電極の隅部
２１６  不活性領域
【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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