(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２層の圧電体と、上記圧電体と交互に積層された１層の内部電極と、上記内部電極と連結された一方の外部電極と、上記一方の外部電極とは独立した他方の外部電極とを有してなる積層圧電振動子であって、上記他方の外部電極は積層圧電振動子の少なくとも上面および下面に形成され、上記内部電極は２層の内部電極構成用電極の間に接着層が介在することによって構成され、上記内部電極構成用電極の表面における凹凸差が１．５μｍ以下であり、かつ、接着層の厚みが１μｍ以下で、接着層の樹脂の硬度がショアＤ硬度で８０以上であることを特徴とする積層圧電振動子。
【請求項２】
ｎ層（ただし、ｎは３以上の自然数）の圧電体と、上記圧電体と交互に積層されたｎ−１層の内部電極と、上記内部電極が並列に接続されるように設けられた外部電極群とを有してなる積層圧電振動子であって、上記内部電極は２層の内部電極構成用電極の間に接着層が介在することによって構成され、上記内部電極構成用電極の表面における凹凸差が１．５μｍ以下であり、かつ、接着層の厚みが１μｍ以下で、接着層の樹脂の硬度がショアＤ硬度で８０以上であることを特徴とする積層圧電振動子。
【請求項３】
内部電極構成用電極の厚みが１μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の積層圧電振動子。
【請求項４】
内部電極構成用電極がスパッタ法で形成され、その内部電極構成用電極の厚みが０．０５〜１μｍであり、かつ、その内部電極構成用電極の材料が金であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の積層圧電振動子。
【請求項５】
セラミックスを＃６０００以上の研磨剤でラップする第１工程と、上記第１工程で得られたセラミックスの表面に所定のパターンで内部電極構成用電極を形成する第２工程と、上記内部電極構成用電極を接着剤で接着して２層の内部電極構成用電極の間に接着層が介在する内部電極を構成する第３工程とを経由することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の積層圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層圧電振動子およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、圧電振動子の厚み方向の共振（縦振動の共振）を利用する高周波共振器、送受波器などに用いられ、特に超音波診断機用の超音波探触子に好適に用いられる積層圧電振動子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波探触子は内蔵された圧電振動子によって、送信時の電気信号から超音波への変換と受信時の超音波から電気信号への変換が行われる。現在最も広く用いられている電子走査装置の超音波探触子では、圧電振動子をダイシングマシーンなどによりアレイ（短冊）状に細かく切断し、アレイ状単位で送受信をしているため、１つのアレイ状素子として使用されている。
【０００３】
このような超音波探触子の感度を上げるために要求される圧電振動子の性能は、下記の計算式で求められる圧電定数ｄ33の高い方が電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換するのに好都合である。
【化１】
0004175535.tif 000002
ｋ33: 電気機械結合係数
ε33: 応力一定の時の誘電率
Ｓ33: 電界一定の時の弾性コンプライアンス
【０００４】
また、アレイ状に切断した圧電振動子の場合では、電気機械結合係数ｋ33’（以下、アレイ状での電気機械結合係数を「ｋ33’」で示す）が大きく、かつ誘電率ε33が高いものほど好まれ、さらに、ケーブルや装置浮遊容量による損失が少なく、しかも、送受信回路とのマッチングが取りやすい、誘電率の高い材料で形成されることが好まれる。
【０００５】
上記の理由により、積層圧電振動子は、複数の圧電体が積層された構造をしていることから誘電率の高いものが得られるので非常に有用であり、また、２層、３層、・・と積層数を増やすことにより、１／４、１／９、・・と、より低い共振インピーダンスを得ることができるので、この面でも有用である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような積層圧電振動子を作製するにあたり、圧電体を積層する方法としては、同時焼成による方法が採用されている。しかしながら、この方法では同時焼成を行うための電極材料として、ＰｄやＰｔなどの貴金属を使用する必要があり、そのため、積層数が増すに従ってコスト高となる。さらに、同時焼成によって生じる反りなどの問題で、大きなサイズのものを得ることが難しく、また、切断加工に耐える接合強度に得るには、セラミックスと電極との接合性を良くするために、ガラスフリットを用いる必要があり、そのガラスフリットがセラミックス中に拡散し、上記ｋ33’や誘電率の低下を引き起こす。
【０００７】
すなわち、上記のような同時焼成法では、アレイ状にするための切断加工に耐える接合強度にしようとすると、ｋ33’や誘電率が低くなり、逆にｋ33’や誘電率を向上させようとすると、接合強度が低くなり、アレイ状に切断する切断加工時に電極がセラミックスから剥離してしまう。
【０００８】
圧電体の積層方法としては、上記同時焼成法以外にも、圧電体に形成した電極を熱融着して積層する方法や圧電体を接着用樹脂で接着して積層する方法があるが、上記電極を熱融着して積層する方法では、セラミックスと電極との接合強度を高くするため、ガラスフリットを多く入れる必要があるが、ガラスフリットを多く入れた場合には、前記のように、そのガラスフリットがセラミックス中に拡散して、ｋ33’や誘電率の低下を引き起こす。特にセラミックス層の厚みが薄いほど特性へのダメージが大きい。
【０００９】
これに対して、樹脂接着法では、ガラスフリットの拡散が無いため誘電率は低下しないが、従来の樹脂接着法では、ｋ33’のバラツキが大きく、ｋ33’が６５％より低いものしか得られない。
【００１０】
そのため、アレイ状に加工後のｋ33’が安定して６５％以上の特性を有する積層圧電振動子は、実用化に至っていないのが現状である。
【００１１】
したがって、本発明は、上記のような従来技術における問題点を解決し、アレイ状に加工後のｋ33’が安定して６５％以上の特性を有する積層圧電振動子を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２層の圧電体と、上記圧電体と交互に積層された１層の内部電極と、上記内部電極と連結された一方の外部電極と、上記一方の外部電極とは独立した他方の外部電極とを有してなる積層圧電振動子において、上記他方の外部電極を積層圧電振動子の少なくとも上面および下面に形成し、上記内部電極を２層の内部電極構成用電極の間に接着層を介在させることによって構成し、上記内部電極構成用電極の表面における凹凸差を１．５μｍ以下にし、かつ、接着層の厚みを１μｍ以下にし、接着層の樹脂として硬度がショアＤ硬度で８０以上のものを用いて積層圧電振動子を構成することによって、上記課題を解決したものである。
【００１３】
また、本発明は、ｎ層（ただし、ｎは３以上の自然数）の圧電体と、上記圧電体と交互に積層されたｎ−１層の内部電極と、上記内部電極が並列に接続されるように設けられた外部電極群とを有してなる積層圧電振動子において、上記内部電極を２層の内部電極構成用電極の間に接着層を介在させることによって構成し、上記内部電極構成用電極の表面における凹凸差を１．５μｍ以下にし、かつ、接着層の厚みを１μｍ以下にし、接着層の樹脂として硬度がショアＤ硬度で８０以上のものを用いて積層圧電振動子を構成することによって、上記課題を解決したものである。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、上記のような２層積層圧電振動子やｎ層積層圧電振動子において、内部電極構成用電極の表面の凹凸差を１．５μｍ以下にし、接着層の厚みを１μｍ以下にし、接着層の樹脂として硬度がショアＤ硬度で８０以上のものを用いることによって、アレイ状であっても、ｋ33’が安定して６５％以上の積層圧電振動子を提供することができる。
【００１５】
また、本発明においては、上記内部電極構成用電極の厚みが１μｍ以下であることが好ましく、さらに、内部電極構成用電極がスパッタ法で形成され、その内部電極構成用電極の厚みが０．０５〜１μｍで、その材料が金（Ａｕ）であることを好ましい態様としている。
【００１６】
そして、本発明のもう一つの要旨は、上記積層圧電振動子の製造方法であり、セラミックスを＃６０００以上の研磨剤でラップする第１工程と、上記第１工程で得られたセラミックスの表面に所定のパターンで内部電極構成用電極を形成する第２工程と、上記内部電極構成用電極を接着剤で接着して２層の内部電極構成用電極の間に接着層が介在する内部電極を構成する第３工程とを経由することによって、積層圧電振動子を製造する方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の積層圧電振動子を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明において圧電体を２層積層した２層積層型の積層圧電振動子を模式的に示す図であり、図２は本発明においてｎ＝３の圧電体を３層積層した３層積層型の積層圧電振動子を模式的に示す図である。また、図３は本発明においてｎ＝４の圧電体を４層積層した４層積層型の積層圧電振動子を模式的に示す図であり、図４は本発明においてｎ＝５以上の圧電体をｎ層積層したｎ層積層型の積層圧電振動子を模式的に示す図である。そして、図５は本発明の積層圧電振動子における内部電極およびその近傍部材を模式的に拡大して示す図である。
【００１８】
まず、図１に示す２層積層型の積層圧電振動子について説明すると、この図１に示す積層圧電振動子は、２層の圧電体１と、上記圧電体１と交互に積層された１層の内部電極２と、上記内部電極２と連結した一方の外部電極３と、上記内部電極２と連結していない他方の外部電極４（この他方の外部電極４は前記一方の外部電極３とも連結しておらず、前記一方の外部電極３とは独立している。以下同様）とを有している。そして、他方の外部電極４は少なくとも積層圧電振動子の上面および下面に形成されていて、もとより、その上面における部分と下面における部分とは連結している。
【００１９】
上記内部電極２は、図５に示すように、２層の内部電極構成用電極２ａの間に接着層２ｂが介在することによって構成されていて、本発明においては、この内部電極構成用電極２ａの表面における凹凸差（図５において、Ｔで示されている）が１．５μｍ以下であり、かつ、接着層２ｂの厚みが１μｍ以下であり、接着層２ｂの樹脂の硬度がショアＤ硬度で８０以上であることを特徴としている。
【００２０】
そして、この図１において、圧電体１の分極方向は圧電体１中に太い矢印で示されていて、この図１に示す積層圧電振動子では、２層の圧電体１の分極方向は互いに逆向きになっているが、目的によっては分極方向が同じ向きになる場合もある。また、この図１では、内部電極２や外部電極３、４などの電極を形成した部分の境界線は電極の種類にかかわらず太線で示し、圧電体１の電極が形成されていない部分の稜線は細線で示している。そして、電極が形成されている面にはドットを付している。なお、この太線、細線、ドット、太い矢印などによる図示の内容は、積層構造のいかんにかかわらず、圧電振動子を示す他の図でも同じである。
【００２１】
つぎに、図２に示すｎ＝３の３層積層型の積層圧電振動子について説明する。この図２に示す積層圧電振動子は、圧電体を３層積層した３層積層型の積層圧電振動子であって、３層の圧電体１と、上記圧電体１と交互に積層された２層の内部電極２と、上記２層の内部電極のうち積層圧電振動子の上面から数えて１層目の内部電極２と連結した一方の外部電極３と、上記２層の内部電極のうち積層圧電振動子の上面から数えて２層目の内部電極２と連結した他方の外部電極４とを有し、上記一方の外部電極３と他方の外部電極４とは上記２層の内部電極２が並列に連結されるように設けられていて、その内部電極２の構成は前記図１に示す２層積層型の積層圧電振動子の場合と同様である。
【００２２】
つぎに、図３に示すｎ＝４の４層積層型の積層圧電振動子について説明する。この図３に示す積層圧電振動子は、圧電体１を４層積層した４層積層型の積層圧電振動子であって、４層の圧電体１と、上記圧電体１と交互に積層された３層の内部電極２と、上記３層の内部電極２のうち積層圧電振動子の上面から数えて１層目と３層目の内部電極２と連結した一方の外部電極３と、上記３層の内部電極２のうち積層圧電振動子の上面から数えて２層目の内部電極２と連結した他方の外部電極４とを有し、上記一方の外部電極３と他方の外部電極４とは上記３層の内部電極２が並列に連結されるように設けられていて、その内部電極２の構成は前記図１に示す２層積層型の積層圧電振動子の場合と同様である。
【００２３】
つぎに、図４に示すｎ＝５以上のｎ層積層型の積層圧電振動子について説明する。この図４に示す積層圧電振動子は、圧電体１をｎ層（ただし、ｎは５以上の整数）積層したｎ層積層型の積層圧電振動子であって、ｎ層の圧電体１と、上記圧電体１と交互に積層されたｎ−１層の内部電極２と、上記ｎ−１層の内部電極２のうち積層圧電振動子の上面から数えて奇数位の内部電極２と連結した一方の外部電極３と、上記ｎ−１層の内部電極２のうち積層圧電振動子の上面から数えて偶数位の内部電極２と連結した他方の外部電極４とを有し、上記一方の外部電極３と他方の外部電極４とは上記ｎ−１層の内部電極２が並列に連結されるように設けられていて、その内部電極２の構成は前記図１に示す２層積層型の積層圧電振動子の場合と同様である。なお、ｎ＝３以上のｎ層積層型の積層圧電振動子において、内部電極と外部電極との連結は、ｎ−１層の内部電極が並列に接続されるようであれば、上記例示のとおりでなくてもよい。
【００２４】
本明細書の請求項２などにおいて、「外部電極群」という表現をしているが、これは一方の外部電極と他方の外部電極とで構成され、その一方の外部電極と他方の外部電極とは互いに独立していてｎ−１層の内部電極を並列に接続することができる態様で設けられているものをいう。
【００２５】
本発明において圧電体とは、セラミックス、単結晶、セラミックスまたは単結晶と高分子とのコンポジットに分極処理を施したものを言い、内部電極とは、図５に示すように、２層の内部電極構成用電極２ａの間に接着層２ｂが介在して構成されるものであり、この内部電極２は隣り合う２層の圧電体１の間に配置している。
【００２６】
本発明において、上記内部電極は、一方の圧電体に内部電極構成用の電極を形成し、他方の圧電体にも内部電極構成用の電極を形成し、それらの内部電極構成用電極を接着剤で接着することによって２層の内部電極構成用電極の間に接着層が介在する態様に構成され、それらｎ−１層の内部電極は、それらの内部電極間が並列に接続されるように外部電極に連結されている。
【００２７】
本発明において、上記内部電極構成用電極の表面における凹凸差が１．５μｍ以下というのは、図５に示すＴ、すなわち、圧電体１に形成された内部電極構成用電極２ａの表面の凹部の底と凸部の頂点との垂直方向の距離が１．５μｍ以下であることを意味し、本発明において、この内部電極構成用電極の表面における凹凸差を１．５以下にするのは、上記凹凸差が１．５μｍより大きくなると、ｋ33’のバラツキが大きくなり、ｋ33’が６５％より低くなることが起こるからである。
【００２８】
また、本発明においては、上記内部電極構成用電極の厚みを１μｍ以下にすることを好ましいとしているが、これは、上記内部電極構成用電極の厚みが１μｍより厚くなると、ｋ33’が６５％より低くなるおそれがあるからである。
【００２９】
また、本発明においては、上記内部電極構成用電極を薄くするために、上記電極をスパッタ法でＡｕ（金）電極として形成することが好ましく、その内部電極構成用電極の厚みとしては０．０５μｍ〜１μｍが好ましい。上記内部電極構成用電極の厚みが１μｍより厚くなるとコスト高になってしまう。また、上記内部電極構成用の電極の厚みが０．０５μｍより薄くなると、アレイ状に切断した時に、内部電極と外部電極との導通が得られないものが生じるため、上記内部電極構成用電極の厚みとしては前記のように０．０５〜１μｍが好ましい。
【００３０】
本発明において、外部電極や内部電極構成用電極などの電極材料としては、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどの導電性を有する金属が用いられ、それぞれ、圧電体の種類や電極形成方法により使い分けることが好ましい。電極の形成方法は、常法で良く、スパッタ法やメッキ法などが採用される。
【００３１】
本発明において、内部電極を構成するために用いる接着剤としては、その構成樹脂が硬いものほど好ましく、具体的には、ショアＤ硬度で８０以上のものを用いることが必要であり、それによって、アレイ状に加工後のｋ33’が６５％以上のものが得られるようになる。接着層の樹脂の硬度がショアＤ硬度で８０未満の場合は、柔らかすぎるために、前記内部電極構成用電極の表面の凹凸が前記範囲内であっても、圧電体の縦振動が接着層によって低減され、ｋ33’が６５％より低くなり、また、場合によっては、アレイ状に切断加工する時に剥離を生じるようになる。本発明において、接着層の樹脂の硬度を示すショアＤ硬度は、ＪＩＳ−Ｋ−７２１５に規定される方法に準じて測定される。
【００３２】
上記接着剤としては、例えば、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤などのいずれであってもよいが、特にエポキシ系接着剤やポリイミド系接着剤が超音波探触子を作製する際に要求される耐熱性を有することから好ましい。
【００３３】
本発明において、接着層の厚みとは、内部電極構成用電極を接着して内部電極を構成する前の状態で、図６に示すように、内部電極構成用電極を形成した圧電体の５箇所（この５箇所は、接着層の厚みの平均値をできるかぎり正確に求めることができるように、図６に示すように、上記圧電体１０のほぼ中央部１箇所と４隅近傍の４箇所の計５箇所を測定位置１１として選ぶのが好ましい）の厚みをマイクロメーターで測定し、単層で厚みのバラツキが最大±０．００１μｍ以下のものを使用し、接着剤で接着した後に前記と同様に、図６に示すように、５箇所の厚みをマイクロメーターで測定し、その厚みから前記圧電体の厚みを引いて得られた値を、接着層数で割ることにより算出される。本発明において、この接着層の厚みを１μｍ以下にするのは、そうすることによって、ｋ33’が６５％以上のものが安定して得られるからであり、接着層の厚みが１μｍより厚くなるとｋ33’が６５％より低くなってしまう。
【００３４】
本明細書に添付した図面では、いずれも平面形状が四角形状の積層圧電振動子を図示しているが、本発明の積層圧電振動子は、平面体であればよく、その平面形状は四角形状のみならず、円形状、六角形状、多角形状、台形状など、他の形状であってもよいし、また、その上面と下面とが同一形状で同一寸法のものばかりでなく、例えば、台形状など、上面と下面との寸法が異なるものであってもよい。
【００３５】
本発明において、圧電体としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系、チタン酸バリウム（ＢＴ）系、チタン酸鉛（ＰＴ）系、チタン酸ビスマス（ＢＩＴ）系などのセラミックスや、ニオブ酸亜鉛酸チタン酸鉛（ＰＺＮＴ）系やニオブ酸マグネシウム酸チタン酸鉛（ＰＭＮＴ）系などの単結晶、さらには、それらセラミックスまたは単結晶と高分子とのコンポジットを材料として構成されたものなどを用いることができる。
【００３６】
本発明の積層圧電振動子は、例えば、セラミックスを＃６０００以上の細かい研磨剤でラップする第１工程と、第１工程で得られたセラミックスの表面に所定のパターンで内部電極構成用電極を形成する第２工程と、上記内部電極構成用電極を接着剤で接着して２層の内部電極構成用電極の間に接着層が介在する内部電極を構成とする第３工程とを経由することを特徴とする方法によって製造され、必要に応じて、種々の工程が付加される。
【００３７】
【実施例】
つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は実施例に例示のもののみに限定されることはない。
【００３８】
実施例１
ＰＺＴ系圧電体構成用粉体とバインダー、可塑剤、溶剤および分散剤とを混合・混練し、押し出し成形機にて成形して、厚さ０．５ｍｍのグリーンシートを得た。このグリーンシートを所定の大きさにカットしてセラミックス構成用成形体とし、このセラミックス構成用成形体を脱脂した後、１２００℃で２時間焼成して、ＰＺＴ系セラミックスを得た。このセラミックスの表面を両面研磨機にて砥粒＃６０００ＷＡの砥粒でラップした後、ダイシングマシーンにて所定のサイズに切断した。
【００３９】
上記のように所定サイズに切断したＰＺＴ系セラミックスの両面に所望の電極パターンが形成できるようにマスキングした後、Ａｕ（金）を厚みが０．２μｍになるようにスパッタリングして、内部電極構成用電極としてのＡｕ電極と外部電極となるＡｕ電極を形成した。
【００４０】
このＡｕ電極を形成したセラミックスの内部電極構成用Ａｕ電極の表面の３カ所を０．１５ｍｍ角の視野で超深度形状測定顕微鏡（ＫＥＹＥＮＣＥ社製  ＶＫ−８５００）を用いて観察した結果、上記内部電極構成用Ａｕ電極の表面における凹凸差の最大値は１．２μｍであった。また、図６に示すように、セラミックスに内部電極構成用電極を設けた状態で５ヶ所の厚みをマイクロメーターで測定した。厚みの最小値は０．３２９ｍｍ、最大値は０．３３１ｍｍ、平均厚みが０．３３０ｍｍであり、厚みのバラツキは最大±０．００１ｍｍ以内であった。
【００４１】
上記Ａｕ電極を形成したセラミックスを、図１に構造になるように、その内部電極構成用のＡｕ電極面に常温硬化型のエポキシ系接着剤を塗布した状態で、２層積層し、プレス硬化することによって、内部電極構成用のＡｕ電極面を上記エポキシ系接着剤で接着することによって、２層の内部電極構成用Ａｕ電極の間に接着層が介在する内部電極を構成した。この内部電極構成用Ａｕ電極の接着にあたって使用したエポキシ系接着剤の構成樹脂の硬度はショアＤ硬度で８８であった。そして、上記のようにして得られた内部電極の面積は１０ｍｍ×３１ｍｍであった。
【００４２】
上記のようにして得られた２層積層セラミックスの厚みをマイクロメーターにより図６に示すように５箇所で測定したところ、最小値が０．６５９ｍｍ、最大値が０．６６１ｍｍで、平均厚みが０．６６０ｍｍであった。用いたＰＺＴセラミックスのそれぞれの平均厚みが０．３３０ｍｍであるから、接着層の厚みは計算上０μｍになった。このように、接着層の計算上の厚みが０μｍになるのは、内部電極構成用電極の表面に凹凸差があるにもかかわらず、マイクロメーターでは凸部から反対面の凸部までの間の厚みを測定しているため、接着層部分では、それぞれの内部電極構成用電極の凹凸部が重なり合い接着層の厚みが０以下になる場合が生じることによるものである。ただし、接着層が１μｍ以下の厚さで存在していることには疑いがない。
【００４３】
上記のようにして得られた積層セラミックスを常温にて１層の圧電体の厚みに対して１ｋＶ／ｍｍで分極処理をし、図１に示す構造で、面積が１０ｍｍ×３１ｍｍの内部電極２が２層の圧電体１の間に介在する２層積層型の積層圧電振動子を得た。なお、２層積層型とか、後記の３層積層型、４層積層型の２層とか、３層、４層の数字は圧電体の層数を示している。
【００４４】
この２層積層型の積層圧電振動子は、縦×横×厚みのサイズが１１ｍｍ×３２ｍｍ×６６０ｍｍの四角形状で扁平な長方体状をしていて、その各層の圧電体の平均厚みは０．３３０ｍｍであった。
【００４５】
また、上記２層積層型の積層圧電振動子をＣＷ／ＥＴ（切断幅／積層圧電振動子の厚み）が０．５になるように、サイズが１１ｍｍ×０．３３０ｍｍ×０．６６０ｍｍのアレイ状に切断し、そのアレイ状の２層積層型の積層圧電振動子の１０本について、ＨＰ（ヒューレットパッカード）社製のインピーダンスアナライザー４１９４Ａを用いて、周波数ーインピーダンス特性を測定し、基本波の厚み方向の共振周波数（ｆｒ）と反共振周波数（ｆａ）および共振インピーダンス（Ｚｒ）を求めた。そして、上記共振周波数（ｆｒ）と反共振周波数（ｆａ）から、厚み方向の電気機械結合係数（ｋ33’）を日本電子材料工業界の圧電セラミックス振動子の試験方法に準じて算出した。また、ＬＣＲメーターにより静電容量（Ｃ）を測定し、その平均値を求めた。この実施例１の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表１に示し、その特性を後記の表２に示す。また、ｋ33’に関しては、その最大値、最小値についても表２に示す。
【００４６】
実施例２
実施例１と同様に所定のＡｕ電極を形成したセラミックスを、その内部電極構成用Ａｕ電極の表面に実施例１と同様のエポキシ系接着剤を塗布した状態で、図２に示す構造になるように３層積層し、プレス硬化することによって、内部電極構成用Ａｕ電極を接着剤で接着して面積が１０ｍｍ×３１ｍｍで２層の内部電極構成用Ａｕ電極の間に接着層が介在する内部電極を構成し、所定の分極処理を行って、図２に示す構造で、３層の圧電体１と２層の内部電極２とが交互に積層した３層積層型の積層圧電振動子を得た。
【００４７】
得られた３層積層型の積層圧電振動子は、縦×横×厚みのサイズが１１ｍｍ×３２ｍｍ×０．９９２ｍｍの扁平な長方体状をしていて、その各層の圧電体の平均厚みは０．３３０ｍｍであった。
【００４８】
この実施例２の３層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この実施例２の３層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表１に示し、その特性を後記の表２に示す。
【００４９】
実施例３
実施例１と同様に所定のＡｕ電極を形成したセラミックスを、その内部電極構成用Ａｕ電極に実施例１と同様のエポキシ系接着剤を塗布した状態で、図３に示す構造になるように、４層積層し、プレス硬化することによって、内部電極構成用Ａｕ電極を接着剤で接着して面積が１０ｍｍ×３１ｍｍで２層の内部電極構成用Ａｕ電極の間に接着層が介在する内部電極を構成し、所定の分極処理を行って、図３に示す構造で、４層の圧電体１と３層の内部電極とが交互に積層した４層積層型の積層圧電体振動子を得た。
【００５０】
得られた４層積層型の積層圧電振動子は、縦×横×厚みのサイズが１１ｍｍ×３２ｍｍ×１．３２０ｍｍの扁平な長方体状をしていて、その各層の圧電体の平均厚みは０．３３０ｍｍであった。
【００５１】
この実施例３の４層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この実施例３の４層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表１に示し、その特性を後記の表２に示す。
【００５２】
実施例４
ＰＺＴ系圧電体構成用粉体とバインダー、可塑剤、溶剤および分散剤とを混合・混練し、押し出し成形機にて成形して、厚さ０．５ｍｍのグリーンシートを得た。得られたグリーンシートを所定の大きさにカットして、セラミックス構成用成形体とし、そのセラミックス構成用成形体を脱脂した後、１２００℃で２時間焼成して、ＰＺＴ系セラミックスを得た。得られたＰＺＴ系セラミックスの表面を両面研磨機にて＃６０００ＷＡでラップした後、ダイシングマシーンにて所定のサイズに切断した。
【００５３】
得られた所定サイズのＰＺＴ系セラミックスの両面に所望の電極パターンが形成できるようにマスキングした後、Ａｕ（金）を厚みが０．２μｍになるようにスパッタリングして、内部電極構成用電極としてのＡｕ電極と外部電極となるＡｕ電極を形成した。
【００５４】
このＡｕ電極を形成したセラミックスの内部電極構成用Ａｕ電極の表面の３カ所を実施例１と同様に０．１５ｍｍ角の視野で超深度形状測定顕微鏡を用いて観察した結果、上記内部電極構成用Ａｕ電極の表面における凹凸差の最大値は１．３μｍであった。以後、このＡｕ電極を形成したセラミックスを用いた以外は、実施例１と同様にして、図１に示す構造で、面積が１０ｍｍ×３１ｍｍの内部電極を有する２層積層型の積層圧電振動子を得た。
【００５５】
得られた２層積層型の積層圧電振動子は、縦×横×厚みのサイズが１１ｍｍ×３２ｍｍ×０．４６１ｍｍの扁平な長方体状をしていて、その各層の圧電体の平均厚みは０．２３０ｍｍであった。
【００５６】
この実施例４の２層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この実施例４の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表１に示し、その特性を後記の表２に示す。
【００５７】
比較例１
実施例４と同様に得たＰＺＴ系セラミックスの表面を♯２０００ＷＡの砥粒でラップした以外は、実施例４と同様に２層積層型の積層圧電振動子を製造した。
【００５８】
この比較例１の２層積層型の積層圧電振動子の製造時において測定した内部電極構成用Ａｕ電極の表面における凹凸差の最大値は２．３μｍであった。また、この比較例１の２層積層型の積層圧電振動子についても実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この比較例１の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表１に示し、その特性を後記の表２に示す。
【００５９】
比較例２
実施例４と同様に得たＰＺＴ系セラミックスの表面を♯８００ＷＡの砥粒でラップした以外は、実施例４と同様に２層積層型の積層圧電振動子を製造した。
【００６０】
この比較例２の２層積層型の積層圧電振動子の製造時において測定した内部電極構成用Ａｕ電極の表面における凹凸差の最大値は４．３μｍであった。また、この比較例２の２層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この比較例２の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表１に示し、その特性を後記の表２に示す。
【００６１】
前記のように、表１に実施例１〜４および比較例１〜２の積層圧電振動子の主要構成、すなわち、圧電体の積層数、内部電極構成用電極の表面における凹凸差、接着層の樹脂の硬度（ショアＤ硬度）、内部電極中の接着層の厚み、内部電極構成用電極の種類（構成材料の金属種で示す）および内部電極構成用電極の厚みを示すが、表１には、スペース上の関係で「圧電体の積層数」を「積層数」、「内部電極構成用電極の表面における凹凸差」を「表面凹凸差」、「接着層の樹脂の硬度」を「接着層の樹脂硬度」、「内部電極中の接着層の厚み」を「接着層の厚み」、「内部電極構成用電極の種類」を、「電極の種類」、「内部電極構成用電極の厚み」を「電極厚み」と簡略化して示す。このような積層圧電振動子の主要構成に関する簡略表示は、以後の積層圧電振動子の主要構成を示す表においても同様である。
【００６２】
また、表２に実施例１〜４および比較例１〜２の積層圧電振動子の特性、すなわち、厚み方向の電気機械結合係数（平均値、最大値、最小値）、基本波の厚み方向の共振周波数、反共振周波数、共振インピーダンスおよび静電容量を示すが、表２には、スペース上の関係で前記「電気機械結合係数」を「ｋ33’」、「共振周波数」を「ｆｒ」、「反共振周波数」を「ｆａ」、「共振インピーダンス」を「Ｚｒ」、「静電容量」を「Ｃ」と簡略化して示す。このような積層圧電振動子の特性に関する簡略表示は以後の積層圧電振動子の特性を示す表においても同様である。
【００６３】
【表１】
0004175535.tif 000003
【００６４】
【表２】
0004175535.tif 000004
【００６５】
表２に示す結果から明らかなように、実施例１〜４の積層圧電振動子は、縦方向のアレイ状の電気機械結合係数を示すｋ33’が６５％以上であって、比較例１〜２の積層圧電振動子に比べて、ｋ33’が大きく、しかも、そのバラツキが小さかった。
【００６６】
実施例５
接着層の厚みが０．５μｍになるようにした以外は、実施例１と同様に、図１に示す構造の２層積層型の積層圧電振動子を製造した。
【００６７】
この実施例５の２層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この実施例５の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表３に示し、その特性を後記の表４に示す。
【００６８】
実施例６
接着層の厚みが１μｍになるようにした以外は、実施例５と同様に、図１に示す構造の２層積層型の積層圧電振動子を作製した。
【００６９】
この実施例６の２層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この実施例６の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表３に示し、その特性を後記の表４に示す。
【００７０】
比較例３
接着層の厚みが２μｍになるようにした以外は、実施例５と同様に、図１に示す構造の２層積層型の積層圧電振動子を作製した。
【００７１】
この比較例３の２層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この比較例３の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表３に示し、その特性を後記の表４に示す。
【００７２】
比較例４
接着層の厚みが３μｍになるようにした以外は、実施例５と同様に、図１に示す構造の２層積層型の積層圧電振動子を製造した。
【００７３】
この比較例４の２層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この比較例４の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を表３に示し、その特性を表４に示す。
【００７４】
【表３】
0004175535.tif 000005
【００７５】
【表４】
0004175535.tif 000006
【００７６】
表４に示す結果から明らかなように、実施例５〜６の積層圧電振動子は、アレイ状の電気機械結合係数を示すｋ33’が６５％以上であって、比較例３〜４の積層圧電振動子に比べて、ｋ33’が大きく、しかも、そのバラツキが小さかった。
【００７７】
実施例７
ＰＺＴ系圧電体構成用粉体とバインダー、可塑剤、溶剤および分散剤とを混合・混練し、押し出し成形機にて成形して、厚さ０．５ｍｍのグリーンシートを得た。得られたグリーンシートを所定の大きさにカットしてセラミックス構成用成形体を得た。このセラミックス構成用成形体を脱脂した後、１２００℃で２時間焼成して、ＰＺＴ系セラミックスを得た。得られたＰＺＴ系セラミックスの表面を両面研磨機にて＃２０００ＷＡの砥粒でラップした後、ダイシングマシンにて所定のサイズに切断した。
【００７８】
得られた所定サイズのセラミックスの両面に所定形状のメッキレジスト材をスクリーン印刷機にて印刷し、レジストを硬化させた後、Ｃｕの無電解メッキにてＣｕ層を形成し、その後、該レジスト材を除去して、Ｃｕの厚みが２．０μｍで所定の形状を有する電極が形成されたＰＺＴ系セラミックスを得た。
【００７９】
このＣｕ電極が形成されたＰＺＴ系セラミックスを両面研磨機にて表面を鏡面研磨してＣｕの厚みを１μｍにし、得られたセラミックスの内部電極構成用Ｃｕ電極の表面の３カ所を実施例１と同様に０．１５ｍｍ角の視野で超深度形状測定顕微鏡を用いて観察したところ、内部電極構成用Ｃｕ電極の表面における凹凸差の最大値は１．０μｍであった。
【００８０】
また、図６に示すように、セラミックスの研磨面の５カ所の厚みをマイクロメーターで測定したところ、厚みの最小値は０．３３０ｍｍで、最大値は０．３３２ｍｍであり、平均厚みは０．３３１ｍｍで、厚みのバラツキは最大±０．００１ｍｍであった。
【００８１】
上記セラミックスを用い、かつ内部電極構成用Ｃｕ電極を接着するための接着剤として樹脂の硬度がショアＤ硬度で８５のエポキシ系接着剤を用いた以外は、実施例１と同様に２層積層セラミックスを作製した。
【００８２】
得られた２層積層セラミックスの厚みを図６に示すように５カ所マイクロメーターで測定したところ、厚みの最小値は０．６６１ｍｍで、最大値は０．６６３ｍｍであり、平均厚みは０．６６２ｍｍであった。用いたＰＺＴセラミックスのそれぞれの平均厚みが０．３３１ｍｍであったことから、接着層の厚みは計算上０μｍであった。
【００８３】
上記のようにして得られた２層積層セラミックスを常温にて１層の圧電体の厚みに対して１ｋＶ／ｍｍで分極処理し、図２に示す構造で、面積が１０ｍｍ×３１ｍｍの内部電極を有する２層積層型の積層圧電振動子を得た。
【００８４】
得られた２層積層型の積層圧電振動子は、縦×横×厚みのサイズが１１ｍｍ×３２ｍｍ×０．６６２ｍｍの扁平な長方体状をしていて、その各層の圧電体の平均厚みは０．３３１ｍｍであった。
【００８５】
上記２層積層型の積層圧電振動子を、ＣＷ／ＥＴ（切断幅／素体厚み）が０．５になるように、１１ｍｍ×０．３３１ｍｍ×０．６６２ｍｍのアレイ状に切断した。このアレイ状の２層積層型の積層圧電振動子の１０本について、ＨＰ製のインピーダンスアナライザー４１９４Ａを用いて、周波数ーインピーダンス特性を測定し、基本波の厚み方向の共振周波数（ｆｒ）と反共振周波数（ｆａ）および共振インピーダンス（Ｚｒ）を求めた。また、上記共振周波数（ｆｒ）と反共振周波数（ｆａ）から、厚み方向の電気機械結合係数ｋ33’を日本電子材料工業界の圧電セラミックス振動子の試験方法に準じて算出した。さらに、ＬＣＲメーターにより静電容量（Ｃ）を測定した。この実施例７の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を表５に示し、その特性を表６に示す。
【００８６】
比較例５
構成樹脂の硬度がショアＤ硬度で７８の常温硬化型エポキシ系接着剤を用いた以外は、実施例７と同様に２層積層型の積層圧電振動子を製造した。
【００８７】
この比較例５の２層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に、圧電特性および電気特性を測定した。この比較例５の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を表５に示し、その特性を表６に示す。
【００８８】
【表５】
0004175535.tif 000007
【００８９】
【表６】
0004175535.tif 000008
【００９０】
表６に示す結果から明らかなように、実施例７の積層圧電振動子は、アレイ状の電気機械結合係数を示すｋ33’が６５％以上であって、比較例５の積層圧電振動子に比べて、ｋ33’が大きく、しかも、そのバラツキが小さかった。
【００９１】
実施例８
ＰＺＴ系圧電体構成用粉体とバインダー、可塑剤、溶剤および分散剤とを混合・混練し、押し出し成形機にて成形して、厚さ０．５ｍｍのグリーンシートを得た。得られたグリーンシートを所定の大きさにカットして、セラミックス構成用成形体とした後、このセラミックス構成用成形体を脱脂し、１２００℃で２時間焼成して、ＰＺＴ系セラミックスを得た。得られたＰＺＴ系セラミックスの表面を両面研磨機にて＃６０００ＷＡの砥粒でラップした後、ダイシングマシーンで所定のサイズに切断した。
【００９２】
得られた所定サイズのセラミックスの両面に所定形状のメッキレジスト材をスクリーン印刷機にて、印刷し、レジストを硬化させた後、Ｎｉの無電解メッキにてＮｉ層を形成し、その後、上記レジスト材を除去して、Ｎｉの厚みが１．０μｍで所定の形状を有する内部電極構成用電極が形成されたＰＺＴ系セラミックスを得た。
【００９３】
この内部電極構成用Ｎｉ極の表面における凹凸差を実施例１と同様に測定し、かつセラミックスの厚みを測定した。
【００９４】
そして、このＮｉ電極が形成されたＰＺＴ系セラミックスを用いた以外は、実施例１と同様に内部電極の接着層の厚みを求め、かつ２層積層型の積層圧電振動子を製造し、圧電特性および電気特性を測定した。この実施例８の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を表７に示し、その特性を表８に示す。
【００９５】
【表７】
0004175535.tif 000009
【００９６】
【表８】
0004175535.tif 000010
【００９７】
表８に示す結果から明らかなように、実施例８の積層圧電振動子は、アレイ状の電気機械結合係数を示すｋ33’が６５％以上と大きく、しかも、そのバラツキが小さかった。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、アレイ状でも、電気機械結合係数が安定して６５％以上の積層圧電振動子を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２層積層型の積層圧電振動子の一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明においてｎ＝３の場合のｎ層（３層）積層型の積層圧電振動子の一例を模式的に示す図である。
【図３】本発明においてｎ＝４の場合のｎ層（４層）積層型の積層圧電振動子の一例を模式的に示す図である。
【図４】本発明においてｎ＝５以上の場合のｎ層積層型の積層圧電振動子  の一例を模式的に示す図である。
【図５】本発明の積層圧電振動子の内部電極およびその近傍の一例を模式的に拡大して示す図である。
【図６】本発明においてセラミックスの厚みの測定位置の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１    圧電体
２    内部電極
２ａ  内部電極構成用電極
２ｂ  接着層
３    一方の外部電極
４    他方の外部電極
【図１】
0004175535.tif 000011
【図２】
0004175535.tif 000012
【図３】
0004175535.tif 000013
【図４】
0004175535.tif 000014
【図５】
0004175535.tif 000015
【図６】
0004175535.tif 000016