(57)【要約】  隣接する圧電フィルム（12）でのショートを防止できる積層圧電素子（10）、および、この積層圧電素子を用いる電気音響変換器の提供を課題とする。圧電体層（20）を２つの薄膜電極（24、30）で挟持した、厚さ方向に分極された圧電フィルムを、複数層、積層してなり、かつ、隣接する圧電フィルムの分極方向が、互いに逆であることにより、課題を解決する。
2020095812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの薄膜電極で圧電体層を挟持した圧電フィルムを、複数層、積層してなり、  前記圧電フィルムは、厚さ方向に分極されたものであり、かつ、隣接する前記圧電フィルムの分極方向が逆であることを特徴とする、積層圧電素子。
【請求項２】
前記圧電フィルムを、複数回、折り返すことにより、前記圧電フィルムを、複数層、積層する、請求項１に記載の積層圧電素子。
【請求項３】
前記圧電フィルムの折り返し部に芯棒を有する、請求項２に記載の積層圧電素子。
【請求項４】
前記圧電フィルムの折り返しによる屈曲部が、長手方向に沿っている、請求項２または３に記載の積層圧電素子。
【請求項５】
前記圧電フィルムの折り返しによる屈曲部が、短手方向に沿っている、請求項２または３に記載の積層圧電素子。
【請求項６】
前記積層される圧電フィルムの少なくとも１層が、前記薄膜電極の少なくとも一方に積層される保護層を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の積層圧電素子。
【請求項７】
隣接する前記圧電フィルムを貼着する貼着層を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の積層圧電素子。
【請求項８】
前記貼着層の厚さが、前記圧電体層の厚さよりも薄い、請求項７に記載の積層圧電素子。
【請求項９】
前記貼着層の厚さが、０．１〜５０μｍである、請求項７または８に記載の積層圧電素子。
【請求項１０】
前記貼着層が接着剤からなる層である、請求項７〜９のいずれか１項に記載の積層圧電素子。
【請求項１１】
前記貼着層のバネ定数が、前記圧電フィルムのバネ定数以下である、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の積層圧電素子。
【請求項１２】
前記貼着層が導電性を有する、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の積層圧電素子。
【請求項１３】
前記圧電フィルムは、動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの損失正接（Ｔａｎδ）の極大値が常温に存在する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の積層圧電素子。
【請求項１４】
前記圧電フィルムは、圧電特性に面内異方性がない、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の積層圧電素子。
【請求項１５】
前記圧電体層が、シアノエチル基を有する高分子材料に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体層である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の積層圧電素子。
【請求項１６】
前記高分子材料が、シアノエチル化ポリビニルアルコールである、請求項１５に記載の積層圧電素子。
【請求項１７】
前記薄膜電極に接続して、外部の装置と接続するための引出配線を有し、  前記引出配線に流れ込む電流値を前記引出配線の幅で割った値が、１Ａ／ｃｍ以下である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の積層圧電素子。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の積層圧電素子と、前記積層圧電素子に接触する振動板とを有する、電気音響変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、エキサイター等に利用される積層圧電素子、および、この積層圧電素子を用いる電気音響変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】  各種の物品に接触して取り付けることで、物品を振動させて音を出す、いわゆるエキサイター（励起子）が、各種の用途に利用されている。  例えば、オフィスであれば、プレゼンテーションおよび電話会議等の際に、会議用テーブル、ホワイトボードおよびスクリーン等にエキサイターを取り付けることで、スピーカーの代わりに音を出すことができる。自動車等の車両であれば、コンソール、Ａピラーおよび天井等にエキサイターを取り付けることで、ガイド音、警告音および音楽等を鳴らすことができる。また、ハイブリット車および電気自動車のように、エンジン音が出ない自動車の場合には、バンパー等にエキサイターを取り付けることで、バンパー等から車両接近通報音を出すことができる。【０００３】  このようなエキサイターにおいて振動を生じる可変素子としては、コイルとマグネットとの組み合わせ、ならびに、偏心モータおよび線形共振モータ等の振動モータ等が知られている。  これらの可変素子は、薄型化が困難である。特に、振動モータは、振動力を増加するためには質量体を大きくする必要がある、振動の程度を調節するための周波数変調が難しく応答速度が遅い等の難点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  このような問題を解決できる可変素子として、圧電体層を電極層で挟持してなる圧電フィルムを用い、圧電フィルムを、複数層、積層した積層圧電素子が考えられる。  圧電フィルム自体は、剛性は低いが、圧電フィルムを積層することで、素子全体の剛性を高めることができる。しかも、圧電フィルムの積層体では、駆動電圧を上げなくても、高い電界強度を確保できるため、非常に好適である。【０００５】  ここで、圧電フィルムを積層した積層圧電素子では、圧電フィルムを接着剤等で貼着することが考えられる。一方で、圧電フィルムを接着した積層圧電素子では、接着層が薄いほど、性能は高くなる。  しかしながら、圧電フィルムを接着した積層圧電素子において、接着層を薄くすると、隣接する圧電フィルム間でショート（短絡）する恐れが非常に高くなるため、高性能な積層圧電素子を得るために、接着層を十分に薄くすることが、困難である。【０００６】  本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、複数の圧電フィルムを積層してなる積層圧電素子において、隣接する圧電フィルム間でのショートを防止することができ、例えば、隣接する圧電フィルム同士を接着する場合でも、接着層を十分に薄膜化して高性能化できる積層圧電素子、および、この積層圧電素子を用いる電気音響変換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  このような目的を達成するために、本発明は、以下の構成を有する。  ［１］  ２つの薄膜電極で圧電体層を挟持した圧電フィルムを、複数層、積層してなり、  圧電フィルムは、厚さ方向に分極されたものであり、かつ、隣接する圧電フィルムの分極方向が逆であることを特徴とする、積層圧電素子。  ［２］  圧電フィルムを、複数回、折り返すことにより、圧電フィルムを、複数層、積層する、［１］に記載の積層圧電素子。  ［３］  圧電フィルムの折り返し部に芯棒を有する、［２］に記載の積層圧電素子。  ［４］  圧電フィルムの折り返しによる屈曲部が、長手方向に沿っている、［２］または［３］に記載の積層圧電素子。  ［５］  圧電フィルムの折り返しによる屈曲部が、短手方向に沿っている、［２］または［３］に記載の積層圧電素子。  ［６］  積層される圧電フィルムの少なくとも1層が、薄膜電極の少なくとも一方に積層される保護層を有する、［１］〜［５］のいずれかに記載の積層圧電素子。  ［７］  隣接する圧電フィルムを貼着する貼着層を有する、［１］〜［６］のいずれかに記載の積層圧電素子。  ［８］  貼着層の厚さが、圧電体層の厚さよりも薄い、［７］に記載の積層圧電素子。  ［９］  貼着層の厚さが、０．１〜５０μｍである、［７］または［８］に記載の積層圧電素子。  ［１０］  貼着層が接着剤からなる層である、［７］〜［９］のいずれかに記載の積層圧電素子。  ［１１］  貼着層のバネ定数が、圧電フィルムのバネ定数以下である、［７］〜［１０］のいずれかに記載の積層圧電素子。  ［１２］  貼着層が導電性を有する、［７］〜［１１］のいずれかに記載の積層圧電素子。  ［１３］  圧電フィルムは、動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの損失正接（Ｔａｎδ）の極大値が常温に存在する、［１］〜［１２］のいずれかに記載の積層圧電素子。  ［１４］  圧電フィルムは、圧電特性に面内異方性がない、［１］〜［１３］のいずれかに記載の積層圧電素子。  ［１５］  圧電体層が、シアノエチル基を有する高分子材料に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体層である、［１］〜［１４］のいずれかに記載の積層圧電素子。  ［１６］  高分子材料が、シアノエチル化ポリビニルアルコールである、［１５］に記載の積層圧電素子。  ［１７］  薄膜電極に接続して、外部の装置と接続するための引出配線を有し、  引出配線に流れ込む電流値を引出配線の幅で割った値が、１Ａ／ｃｍ以下である、［１］〜［１６］のいずれかに記載の積層圧電素子。  ［１８］  ［１］〜［１７］のいずれかに記載の積層圧電素子と、積層圧電素子に接触する振動板とを有する、電気音響変換器。
【発明の効果】
【０００８】  このような本発明によれば、複数の圧電フィルムを積層してなる積層圧電素子において、隣接する圧電フィルム間でのショートを防止することができ、例えば、隣接する圧電素子同士を接着層で接着する場合でも、接着層を十分に薄膜化して高性能化できる積層圧電素子、および、この積層圧電素子を用いる高性能な電気音響変換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の積層圧電素子の一例を概念的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示す積層圧電素子を構成する圧電フィルムの一例を概念的に示す図である。
【図３】図３は、圧電フィルムの作製方法の一例を説明するための概念図である。
【図４】図４は、圧電フィルムの作製方法の一例を説明するための概念図である。
【図５】図５は、圧電フィルムの作製方法の一例を説明するための概念図である。
【図６】図６は、圧電フィルムの作製方法の一例を説明するための概念図である。
【図７】図７は、圧電フィルムの作製方法の一例を説明するための概念図である。
【図８】図８は、本発明の電気音響変換器の一例を概念的に示す図である。
【図９】図９は、本発明の積層圧電素子の別の例を概念的に示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の積層圧電素子の別の例を概念的に示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の積層圧電素子の別の例を概念的に示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の積層圧電素子の引出配線を説明するための概念図である。
【図１３】図１３は、従来の積層圧電素子の一例を概念的に示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例を説明するための概念図である。
【図１５】図１５は、実施例における音圧測定方法を説明するための概念図である。
【図１６】図１６は、本発明の積層圧電素子の別の例を概念的に示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の積層圧電素子の別の例を概念的に示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の積層圧電素子の別の例を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  以下、本発明の積層圧電素子および電気音響変換器について、添付の図面に示される好適実施態様を基に、詳細に説明する。
【００１１】  以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。  なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
【００１２】  図１に、本発明の積層圧電素子の一例を概念的に示す。  図１に示す積層圧電素子１０は、圧電フィルム１２を、３枚、積層して、隣接する圧電フィルム１２を、貼着層１４で貼着した構成を有する。各圧電フィルム１２には、圧電フィルム１２を伸縮させる駆動電圧を印加する電源１６が接続される。  なお、図１に示す積層圧電素子１０は、圧電フィルム１２を、３層、積層したものであるが、本発明は、これに制限はされない。すなわち、本発明の積層圧電素子は、圧電フィルム１２を、複数層、積層したものであれば、圧電フィルム１２の積層数は、２層でもよく、あるいは、４層以上であってもよい。この点に関しては、後述する図９に示す積層圧電素子５６も、同様である。
【００１３】  図２に、圧電フィルム１２を断面図によって概念的に示す。  図２に示すように、圧電フィルム１２は、圧電性を有するシート状物である圧電体層２０と、圧電体層２０の一方の面に積層される下部薄膜電極２４と、下部薄膜電極２４上に積層される下部保護層２８と、圧電体層２０の他方の面に積層される上部薄膜電極２６と、上部薄膜電極２６上に積層される上部保護層３０とを有する。後述するが、圧電フィルム１２は、厚さ方向に分極されている。  なお、図面を簡潔にして、積層圧電素子１０の構成を明確に示すために、図１では、下部保護層２８および上部保護層３０は、省略している。
【００１４】  圧電フィルム１２において、圧電体層２０は、好ましい態様として、図２に概念的に示すように、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス３４中に、圧電体粒子３６を分散してなる高分子複合圧電体からなるものである。なお、本明細書において、「常温」とは、０〜５０℃程度の温度域を指す。
【００１５】  ここで、高分子複合圧電体（圧電体層２０）は、次の用件を具備したものであるのが好ましい。  （ｉ）  可撓性  例えば、携帯用として新聞や雑誌のように書類感覚で緩く撓めた状態で把持する場合、絶えず外部から、数Ｈｚ以下の比較的ゆっくりとした、大きな曲げ変形を受けることになる。この時、高分子複合圧電体が硬いと、その分大きな曲げ応力が発生し、高分子マトリックスと圧電体粒子との界面で亀裂が発生し、やがて破壊に繋がる恐れがある。従って、高分子複合圧電体には適度な柔らかさが求められる。また、歪みエネルギーを熱として外部へ拡散できれば応力を緩和することができる。従って、高分子複合圧電体の損失正接が適度に大きいことが求められる。
【００１６】  以上をまとめると、エキサイターとして用いるフレキシブルな高分子複合圧電体は、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの振動に対しては硬く、数Ｈｚ以下の振動に対しては柔らかく振る舞うことが求められる。また、高分子複合圧電体の損失正接は、２０ｋＨｚ以下の全ての周波数の振動に対して、適度に大きいことが求められる。  さらに、貼り付ける相手材の剛性に合わせて、積層することで、簡便にバネ定数を調節できるのが好ましく、その際、貼着層１８は薄ければ薄いほど、エネルギー効率を高めることができる。貼り付ける相手材としては、例えば、振動板が例示される。また、貼り付ける相手材の剛性とは、例えば、硬さ、コシの強さ、および、バネ定数等である。
【００１７】  一般に、高分子固体は粘弾性緩和機構を有しており、温度上昇あるいは周波数の低下とともに大きなスケールの分子運動が貯蔵弾性率（ヤング率）の低下（緩和）あるいは損失弾性率の極大（吸収）として観測される。その中でも、非晶質領域の分子鎖のミクロブラウン運動によって引き起こされる緩和は、主分散と呼ばれ、非常に大きな緩和現象が見られる。この主分散が起きる温度がガラス転移点（Ｔｇ）であり、最も粘弾性緩和機構が顕著に現れる。  高分子複合圧電体（圧電体層２０）において、ガラス転移点が常温にある高分子材料、言い換えると、常温で粘弾性を有する高分子材料をマトリックスに用いることで、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの振動に対しては硬く、数Ｈｚ以下の遅い振動に対しては柔らかく振舞う高分子複合圧電体が実現する。特に、この振舞いが好適に発現する等の点で、周波数１Ｈｚでのガラス転移点が常温、すなわち、０〜５０℃にある高分子材料を、高分子複合圧電体のマトリックスに用いるのが好ましい。
【００１８】  常温で粘弾性を有する高分子材料としては、公知の各種のものが利用可能である。好ましくは、常温、すなわち０〜５０℃において、動的粘弾性試験による周波数１Ｈｚにおける損失正接Ｔａｎδの極大値が、０．５以上有る高分子材料を用いる。  これにより、高分子複合圧電体が外力によってゆっくりと曲げられた際に、最大曲げモーメント部における高分子マトリックスと圧電体粒子との界面の応力集中が緩和され、高い可撓性が期待できる。
【００１９】  また、常温で粘弾性を有する高分子材料は、動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの貯蔵弾性率（Ｅ’）が、０℃において１００ＭＰａ以上、５０℃において１０ＭＰａ以下、であるのが好ましい。  これにより、高分子複合圧電体が外力によってゆっくりと曲げられた際に発生する曲げモーメントが低減できると同時に、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの音響振動に対しては硬く振る舞うことができる。
【００２０】  また、常温で粘弾性を有する高分子材料は、比誘電率が２５℃において１０以上有ると、より好適である。これにより、高分子複合圧電体に電圧を印加した際に、高分子マトリックス中の圧電体粒子にはより高い電界が掛かるため、大きな変形量が期待できる。  しかしながら、その反面、良好な耐湿性の確保等を考慮すると、高分子材料は、比誘電率が２５℃において１０以下であるのも、好適である。
【００２１】  このような条件を満たす常温で粘弾性を有する高分子材料としては、シアノエチル化ポリビニルアルコール（シアノエチル化ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル、ポリビニリデンクロライドコアクリロニトリル、ポリスチレン−ビニルポリイソプレンブロック共重合体、ポリビニルメチルケトン、および、ポリブチルメタクリレート等が例示される。また、これらの高分子材料としては、ハイブラー５１２７（クラレ社製）などの市販品も、好適に利用可能である。なかでも、高分子材料としては，シアノエチル基を有する材料を用いることが好ましく、シアノエチル化ＰＶＡを用いるのが特に好ましい。  なお、これらの高分子材料は、１種のみを用いてもよく、複数種を併用（混合）して用いてもよい。
【００２２】  このような常温で粘弾性を有する高分子材料を用いる粘弾性マトリックス３４は、必要に応じて、複数の高分子材料を併用してもよい。  すなわち、粘弾性マトリックス３４には、誘電特性や機械特性の調節等を目的として、シアノエチル化ＰＶＡ等の粘弾性材料に加え、必要に応じて、その他の誘電性高分子材料を添加しても良い。
【００２３】  添加可能な誘電性高分子材料としては、一例として、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体およびポリフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ素系高分子、シアン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体、シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシサッカロース、シアノエチルヒドロキシセルロース、シアノエチルヒドロキシプルラン、シアノエチルメタクリレート、シアノエチルアクリレート、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルアミロース、シアノエチルヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルジヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルヒドロキシプロピルアミロース、シアノエチルポリアクリルアミド、シアノエチルポリアクリレート、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリヒドロキシメチレン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルサッカロースおよびシアノエチルソルビトール等のシアノ基またはシアノエチル基を有するポリマー、ならびに、ニトリルゴムやクロロプレンゴム等の合成ゴム等が例示される。  中でも、シアノエチル基を有する高分子材料は、好適に利用される。  また、圧電体層２０の粘弾性マトリックス３４において、シアノエチル化ＰＶＡ等の常温で粘弾性を有する材料に加えて添加される誘電性ポリマーは、１種に限定はされず、複数種を添加してもよい。
【００２４】  また、粘弾性マトリックス３４には、誘電性ポリマー以外にも、ガラス転移点Ｔｇを調節する目的で、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、メタクリル樹脂、ポリブテン、および、イソブチレン等の熱可塑性樹脂、ならびに、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、および、マイカ等の熱硬化性樹脂を添加しても良い。  さらに、粘着性を向上する目的で、ロジンエステル、ロジン、テルペン、テルペンフェノール、および、石油樹脂等の粘着付与剤を添加しても良い。
【００２５】  圧電体層２０の粘弾性マトリックス３４において、シアノエチル化ＰＶＡ等の粘弾性を有する高分子材料以外の材料を添加する際の添加量には、特に限定は無いが、粘弾性マトリックス３４に占める割合で３０質量％以下とするのが好ましい。  これにより、粘弾性マトリックス３４における粘弾性緩和機構を損なうことなく、添加する高分子材料の特性を発現できるため、高誘電率化、耐熱性の向上、圧電体粒子３６および電極層との密着性向上等の点で好ましい結果を得ることができる。
【００２６】  圧電体粒子３６は、ペロブスカイト型またはウルツ鉱型の結晶構造を有するセラミックス粒子からなるものである。  圧電体粒子３６を構成するセラミックス粒子としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、および、チタン酸バリウムとビスマスフェライト（ＢｉＦｅ3）との固溶体（ＢＦＢＴ）等が例示される。
【００２７】  このような圧電体粒子３６の粒径には制限はなく、圧電フィルム１２のサイズ、および、積層圧電素子１０の用途等に応じて、適宜、選択すれば良い。圧電体粒子３６の粒径は、１〜１０μｍが好ましい。  圧電体粒子３６の粒径をこの範囲とすることにより、圧電フィルム１２が高い圧電特性とフレキシビリティとを両立できる等の点で好ましい結果を得ることができる。
【００２８】  なお、図２においては、圧電体層２０中の圧電体粒子３６は、粘弾性マトリックス３４中に、均一かつ規則性を持って分散されているが、本発明は、これに制限はされない。  すなわち、圧電体層２０中の圧電体粒子３６は、好ましくは均一に分散されていれば、粘弾性マトリックス３４中に不規則に分散されていてもよい。
【００２９】  圧電フィルム１２において、圧電体層２０中における粘弾性マトリックス３４と圧電体粒子３６との量比には、制限はなく、圧電フィルム１２の面方向の大きさおよび厚さ、積層圧電素子１０の用途、ならびに、圧電フィルム１２に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。  圧電体層２０中における圧電体粒子３６の体積分率は、３０〜８０％が好ましく、５０％以上がより好ましく、従って、５０〜８０％とするのが、さらに好ましい。  粘弾性マトリックス３４と圧電体粒子３６との量比を上記範囲とすることにより、高い圧電特性とフレキシビリティとを両立できる等の点で好ましい結果を得ることができる。
【００３０】  以上の圧電フィルム１２は、好ましい態様として、圧電体層２０が、常温で粘弾性を有する高分子材料を含む粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体層である。しかしながら、本発明は、これに制限はされず、圧電フィルムの圧電体層としては、公知の圧電素子に用いられる、公知の各種の圧電体層が利用可能である。  一例として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）およびフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体の上述した誘電性高分子材料からなる圧電体層、ならびに、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、チタン酸バリウム、酸化亜鉛およびＢＦＢＴ等の上述した圧電体からなる圧電体層等が例示される。
【００３１】  圧電フィルム１２において、圧電体層２０の厚さには、特に限定はなく、積層圧電素子１０の用途、積層圧電素子１０における圧電フィルムの積層数、圧電フィルム１２に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。  圧電体層２０が厚いほど、いわゆるシート状物のコシの強さなどの剛性等の点では有利であるが、同じ量だけ圧電フィルム１２を伸縮させるために必要な電圧（電位差）は大きくなる。  圧電体層２０の厚さは、１０〜３００μｍが好ましく、２０〜２００μｍがより好ましく、３０〜１５０μｍがさらに好ましい。  圧電体層２０の厚さを、上記範囲とすることにより、剛性の確保と適度な柔軟性との両立等の点で好ましい結果を得ることができる。
【００３２】  図２に示すように、図示例の圧電フィルム１２は、このような圧電体層２０の一面に、下部薄膜電極２４を有し、その上に下部保護層２８を有し、圧電体層２０の他方の面に、上部薄膜電極２６を有し、その上に上部保護層３０を有してなる構成を有する。ここで、上部薄膜電極２６と下部薄膜電極２４とが電極対を形成する。  なお、圧電フィルム１２は、これらの層に加えて、例えば、上部薄膜電極２６、および、下部薄膜電極２４からの電極の引出しを行う電極引出し部を有し、電極引き出し部が電源１６に接続される。また、圧電フィルム１２は、圧電体層２０が露出する領域を覆って、ショート等を防止する絶縁層等を有していてもよい。
【００３３】  すなわち、圧電フィルム１２は、圧電体層２０の両面を電極対、すなわち、上部薄膜電極２６および下部薄膜電極２４で挟持し、この積層体を、下部保護層２８および上部保護層３０で挟持してなる構成を有する。  このように、圧電フィルム１２において、上部薄膜電極２６および下部薄膜電極２４で挾持された領域は、印加された電圧に応じて伸縮される。  なお、本発明において、下部薄膜電極２４および下部保護層２８、ならびに、上部薄膜電極２６および上部保護層３０における上部および下部とは、圧電フィルム１２を説明するために、便宜的に図面に合わせて名称を付しているものである。従って、圧電フィルム１２における上部および下部には、技術的な意味は無く、また、実際の使用状態とは無関係である。
【００３４】  本発明の積層圧電素子１０において、圧電フィルム１２の下部保護層２８および上部保護層３０は、必須の構成要件ではなく、好ましい態様として設けられるものである。  圧電フィルム１２において、下部保護層２８および上部保護層３０は、上部薄膜電極２６および下部薄膜電極２４を被覆すると共に、圧電体層２０に適度な剛性と機械的強度を付与する役目を担っている。すなわち、圧電フィルム１２において、粘弾性マトリックス３４と圧電体粒子３６とからなる圧電体層２０は、ゆっくりとした曲げ変形に対しては、非常に優れた可撓性を示す一方で、用途によっては、剛性や機械的強度が不足する場合がある。圧電フィルム１２は、それを補うために下部保護層２８および上部保護層３０が設けられる。  なお、図１に示す積層圧電素子１０は、好ましい態様として、全ての圧電フィルム１２が、下部保護層２８および上部保護層３０の両方を有している。しかしながら、本発明は、これに制限はされず、保護層を有する圧電フィルムと、有さない圧電フィルムとが混在してもよい。さらに、圧電フィルムが保護層を有する場合には、圧電フィルムは、下部保護層２８のみを有してもよく、上部保護層３０のみを有してもよい。一例として、図１に示すような３層構成の積層圧電素子１０であれば、図中最上層の圧電フィルムが上部保護層３０のみを有し、真ん中の圧電フィルムが保護層を有さず、最下層の圧電フィルムが下部保護層２８のみを有するような構成でもよい。
【００３５】  下部保護層２８および上部保護層３０には、制限はなく、各種のシート状物が利用可能であり、一例として、各種の樹脂フィルムが好適に例示される。  中でも、優れた機械的特性および耐熱性を有するなどの理由により、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、および、環状オレフィン系樹脂等からなる樹脂フィルムが、好適に利用される。
【００３６】  下部保護層２８および上部保護層３０の厚さにも、制限はない。また、下部保護層２８および上部保護層３０の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。  ここで、下部保護層２８および上部保護層３０の剛性が高過ぎると、圧電体層２０の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれる。そのため、機械的強度やシート状物としての良好なハンドリング性が要求される場合を除けば、下部保護層２８および上部保護層３０は、薄いほど有利である。
【００３７】  圧電フィルム１２においては、下部保護層２８および上部保護層３０の厚さが、圧電体層２０の厚さの２倍以下であれば、剛性の確保と適度な柔軟性との両立等の点で好ましい結果を得ることができる。  例えば、圧電体層２０の厚さが５０μｍで下部保護層２８および上部保護層３０がＰＥＴからなる場合、下部保護層２８および上部保護層３０の厚さは、１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましく、２５μｍ以下がさらに好ましい。
【００３８】  圧電フィルム１２において、圧電体層２０と下部保護層２８との間には下部薄膜電極２４が、圧電体層２０と上部保護層３０との間には上部薄膜電極２６が、それぞれ形成される。以下の説明では、下部薄膜電極２４を下部電極２４、上部薄膜電極２６を上部電極２６、とも言う。  下部電極２４および上部電極２６は、圧電体層２０（圧電フィルム１２）に電圧を印加するために設けられる。
【００３９】  本発明において、下部電極２４および上部電極２６の形成材料には制限はなく、各種の導電体が利用可能である。具体的には、炭素、パラジウム、鉄、錫、アルミニウム、ニッケル、白金、金、銀、銅、チタン、クロムおよびモリブデン等の金属、これらの合金、これらの金属および合金の積層体および複合体、ならびに、酸化インジウムスズ等が例示される。中でも、銅、アルミニウム、金、銀、白金、および、酸化インジウムスズは、下部電極２４および上部電極２６として好適に例示される。
【００４０】  また、下部電極２４および上部電極２６の形成方法にも制限はなく、真空蒸着およびスパッタリング等の気相堆積法（真空成膜法）やめっきによる成膜や、上記材料で形成された箔を貼着する方法等、公知の方法が、各種、利用可能である。
【００４１】  中でも特に、圧電フィルム１２の可撓性が確保できる等の理由で、真空蒸着によって成膜された銅およびアルミニウム等の薄膜は、下部電極２４および上部電極２６として、好適に利用される。その中でも特に、真空蒸着による銅の薄膜は、好適に利用される。  下部電極２４および上部電極２６の厚さには、制限はない。また、下部電極２４および上部電極２６の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。
【００４２】  ここで、前述の下部保護層２８および上部保護層３０と同様に、下部電極２４および上部電極２６の剛性が高過ぎると、圧電体層２０の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれる。そのため、下部電極２４および上部電極２６は、電気抵抗が高くなり過ぎない範囲であれば、薄いほど有利である。
【００４３】  圧電フィルム１２においては、下部電極２４および上部電極２６の厚さと、ヤング率との積が、下部保護層２８および上部保護層３０の厚さとヤング率との積を下回れば、可撓性を大きく損なうことがないため、好適である。  例えば、下部保護層２８および上部保護層３０がＰＥＴ（ヤング率：約６．２ＧＰａ）で、下部電極２４および上部電極２６が銅（ヤング率：約１３０ＧＰａ）からなる組み合わせの場合、下部保護層２８および上部保護層３０の厚さが２５μｍだとすると、下部電極２４および上部電極２６の厚さは、１．２μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以下がより好ましく、中でも０．１μｍ以下とするのが好ましい。
【００４４】  上述したように、圧電フィルム１２は、常温で粘弾性を有する高分子材料を含む粘弾性マトリックス３４に圧電体粒子３６を分散してなる圧電体層２０を、下部電極２４および上部電極２６で挟持し、さらに、この積層体を、下部保護層２８および上部保護層３０を挟持してなる構成を有する。  このような圧電フィルム１２は、動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの損失正接（Ｔａｎδ）の極大値が常温に存在するのが好ましく、０．１以上となる極大値が常温に存在するのがより好ましい。  これにより、圧電フィルム１２が外部から数Ｈｚ以下の比較的ゆっくりとした、大きな曲げ変形を受けたとしても、歪みエネルギーを効果的に熱として外部へ拡散できるため、高分子マトリックスと圧電体粒子との界面で亀裂が発生するのを防ぐことができる。
【００４５】  圧電フィルム１２は、動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの貯蔵弾性率（Ｅ’）が、０℃において１０〜３０ＧＰａ、５０℃において１〜１０ＧＰａであるのが好ましい。  これにより、常温で圧電フィルム１２が貯蔵弾性率（Ｅ’）に大きな周波数分散を有することができる。すなわち、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの振動に対しては硬く、数Ｈｚ以下の振動に対しては柔らかく振る舞うことができる。
【００４６】  また、圧電フィルム１２は、厚さと動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの貯蔵弾性率（Ｅ’）との積が、０℃において１．０×１０6〜２．０×１０6Ｎ／ｍ、５０℃において１．０×１０5〜１．０×１０6Ｎ／ｍであるのが好ましい。  これにより、圧電フィルム１２が可撓性および音響特性を損なわない範囲で、適度な剛性と機械的強度を備えることができる。
【００４７】  さらに、圧電フィルム１２は、動的粘弾性測定から得られたマスターカーブにおいて、２５℃、周波数１ｋＨｚにおける損失正接（Ｔａｎδ）が、０．０５以上であるのが好ましい。  これにより、圧電フィルム１２を用いたスピーカの周波数特性が平滑になり、スピーカの曲率の変化に伴い最低共振周波数ｆ０が変化した際の音質の変化量も小さくできる。
【００４８】  以下、図３〜図７を参照して、圧電フィルム１２の製造方法の一例を説明する。
【００４９】  まず、図３に示すように、下部保護層２８の上に下部電極２４が形成されたシート状物１２ａを準備する。このシート状物１２ａは、下部保護層２８の表面に、真空蒸着、スパッタリング、および、めっき等によって、下部電極２４として銅薄膜等を形成して作製すればよい。  下部保護層２８が非常に薄く、ハンドリング性が悪い時などは、必要に応じて、セパレータ（仮支持体）付きの下部保護層２８を用いても良い。なお、セパレータとしては、厚さ２５〜１００μｍのＰＥＴ等を用いることができる。セパレータは、上部電極２６および上部保護層３０を熱圧着した後、下部保護層２８に何らかの部材を積層する前に、取り除けばよい。
【００５０】  一方で、有機溶媒に、シアノエチル化ＰＶＡ等の常温で粘弾性を有する高分子材料を溶解し、さらに、ＰＺＴ粒子等の圧電体粒子３６を添加し、攪拌して分散してなる塗料を調製する。以下の説明では、シアノエチル化ＰＶＡ等の常温で粘弾性を有する高分子材料を、『粘弾性材料』とも言う。  有機溶媒には制限はなく、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等の各種の有機溶媒が利用可能である。  シート状物１２ａを準備し、かつ、塗料を調製したら、この塗料をシート状物１２ａにキャスティング（塗布）して、有機溶媒を蒸発して乾燥する。これにより、図４に示すように、下部保護層２８の上に下部電極２４を有し、下部電極２４の上に圧電体層２０を形成してなる積層体１２ｂを作製する。なお、下部電極２４とは、圧電体層２０を塗布する際の基材側の電極を差し、積層体における上下の位置関係を示すものではない。
【００５１】  この塗料のキャスティング方法には、特に、限定はなく、スライドコータおよびドクターナイフ等の公知の塗布方法（塗布装置）が、全て、利用可能である。  なお、粘弾性材料がシアノエチル化ＰＶＡのように加熱溶融可能な物であれば、粘弾性材料を加熱溶融して、これに圧電体粒子３６を添加／分散してなる溶融物を作製し、押し出し成形等によって、図３に示すシート状物１２ａの上にシート状に押し出し、冷却することにより、図４に示すような、下部保護層２８の上に下部電極２４を有し、下部電極２４の上に圧電体層２０を形成してなる積層体１２ｂを作製してもよい。
【００５２】  上述したように、圧電フィルム１２において、粘弾性マトリックス３４には、シアノエチル化ＰＶＡ等の粘弾性材料以外にも、ＰＶＤＦ等の高分子圧電材料を添加しても良い。  粘弾性マトリックス３４に、これらの高分子圧電材料を添加する際には、上述した塗料に添加する高分子圧電材料を溶解すればよい。または、上述した加熱溶融した粘弾性材料に、添加する高分子圧電材料を添加して加熱溶融すればよい。  下部保護層２８の上に下部電極２４を有し、下部電極２４の上に圧電体層２０を形成してなる積層体１２ｂを作製したら、圧電体層２０の分極処理（ポーリング）を行う。
【００５３】  圧電体層２０の分極処理の方法には、制限はなく、公知の方法が利用可能である。好ましい分極処理の方法として、図５および図６に示す方法が例示される。
【００５４】  この方法では、図５および図６に示すように、積層体１２ｂの圧電体層２０の上面２０ａの上に、間隔ｇを例えば１ｍｍ開けて、この上面２０ａに沿って移動可能な棒状あるいはワイヤー状のコロナ電極４０を設ける。そして、このコロナ電極４０と下部電極２４とを直流電源４２に接続する。  さらに、積層体１２ｂを加熱保持する加熱手段、例えば、ホットプレートを用意する。
【００５５】  その上で、圧電体層２０を、加熱手段によって、例えば、温度１００℃に加熱保持した状態で、直流電源４２から下部電極２４とコロナ電極４０との間に、数ｋＶ、例えば、６ｋＶの直流電圧を印加してコロナ放電を生じさせる。さらに、間隔ｇを維持した状態で、圧電体層２０の上面２０ａに沿って、コロナ電極４０を移動（走査）して、圧電体層２０の分極処理を行う。  これにより、圧電体層２０は厚さ方向に分極される。
【００５６】  このようなコロナ放電を利用する分極処理において、コロナ電極４０の移動は、公知の棒状物の移動手段を用いればよい。以下の説明では、便宜的に、コロナ放電を利用する分極処理をコロナポーリング処理とも言う。  また、コロナポーリング処理では、コロナ電極４０を移動する方法にも、制限ない。すなわち、コロナ電極４０を固定し、積層体１２ｂを移動させる移動機構を設け、この積層体１２ｂを移動させて分極処理をしてもよい。この積層体１２ｂの移動も、公知のシート状物の移動手段を用いればよい。  さらに、コロナ電極４０の数は、１本に限定はされず、複数本のコロナ電極４０を用いて、コロナポーリング処理を行ってもよい。  また、分極処理は、コロナポーリング処理に制限はされず、分極処理を行う対象に、直接、直流電界を印加する、通常の電界ポーリングも利用可能である。ただし、この通常の電界ポーリングを行う場合には、分極処理の前に、上部電極２６を形成する必要が有る。  なお、この分極処理の前に、圧電体層２０の表面を加熱ローラ等を用いて平滑化する、カレンダー処理を施してもよい。このカレンダー処理を施すことで、後述する熱圧着工程がスムーズに行える。
【００５７】  このようにして積層体１２ｂの圧電体層２０の分極処理を行う一方で、上部保護層３０の上に上部電極２６が形成されたシート状物１２ｃを、準備する。このシート状物１２ｃは、上部保護層３０の表面に、真空蒸着、スパッタリング、めっき等によって上部電極２６として銅薄膜等を形成して、作製すればよい。  次いで、図７に示すように、上部電極２６を圧電体層２０に向けて、シート状物１２ｃを、圧電体層２０の分極処理を終了した積層体１２ｂに積層する。  さらに、この積層体１２ｂとシート状物１２ｃとの積層体を、上部保護層３０と下部保護層２８とを挟持するようにして、加熱プレス装置や加熱ローラ対等で熱圧着して、圧電フィルム１２を作製する。
【００５８】  後述するが、本発明の積層圧電素子１０は、このような圧電フィルム１２を積層して、好ましい態様として貼着層１４で貼着した構成を有する。ここで、本発明の積層圧電素子１０は、図１に圧電体層２０に付した矢印で示すように、隣接する圧電フィルム１２における分極方向が互いに逆である。
【００５９】  圧電セラミックスを積層した一般的な積層セラミック圧電素子は、圧電セラミックスの積層体を作製した後に分極処理を行う。各圧電層の界面には共通電極しか存在せず、そのため、各圧電層の分極方向は積層方向で交互になる。
【００６０】  これに対して、本発明の積層圧電素子１０を構成する圧電フィルム１２は、積層前の圧電フィルム１２の状態で分極処理を行うことができる。本発明の積層圧電素子１０を構成する圧電フィルム１２は、好ましくは、図５および図６に示すように、上部電極２６および上部保護層３０を積層する前に、コロナポーリング処理によって圧電体層２０の分極処理を行う。  従って、本発明の積層圧電素子１０は、分極処理済の圧電フィルム１２を積層して作製できる。好ましくは、分極処理を施した長尺な圧電フィルム（大面積の圧電フィルム）を作製し、切断して個々の圧電フィルム１２とした後に、圧電フィルム１２を積層して本発明の積層圧電素子１０とする。  そのため、本発明の積層圧電素子１０は、隣接する圧電フィルム１２における分極方向を、積層方向で揃えることもできるし、図１に示すように交互にもできる。
【００６１】  図１に示すように、本発明の積層圧電素子１０は、隣接する圧電フィルム１２の分極方向を互いに逆にして、複数層（図示例は３層）の圧電フィルム１２を積層し、隣接する圧電フィルム１２を貼着層１４で貼着した構成を有する。
【００６２】  本発明において、貼着層１４は、隣接する圧電フィルム１２を貼着可能であれば、公知のものが、各種、利用可能である。  従って、貼着層１４は、貼り合わせる際には流動性を有し、その後、固体になる、接着剤からなる層でも、貼り合わせる際にゲル状（ゴム状）の柔らかい固体で、その後もゲル状の状態が変化しない、粘着剤からなる層でも、接着剤と粘着剤との両方の特徴を持った材料からなる層でもよい。  ここで、本発明の積層圧電素子１０は、積層した複数枚の圧電フィルム１２を伸縮させることで、例えば、後述するように振動板５０を振動させて、音を発生させる。従って、本発明の積層圧電素子１０は、各圧電フィルム１２の伸縮が、直接的に伝達されるのが好ましい。圧電フィルム１２の間に、振動を緩和するような粘性を有する物質が存在すると、圧電フィルム１２の伸縮のエネルギの伝達効率が低くなってしまい、積層圧電素子１０の駆動効率が低下してしまう。  この点を考慮すると、貼着層１４は、粘着剤からなる粘着剤層よりも、固体で硬い貼着層１４が得られる、接着剤からなる接着剤層であるのが好ましい。より好ましい貼着層１４としては、具体的には、ポリエステル系接着剤およびスチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）系接着剤等の熱可塑タイプの接着剤からなる貼着層が好適に例示される。  接着は、粘着とは異なり、高い接着温度を求める際に有用である。また、熱可塑タイプの接着剤は『比較的低温、短時間、および、強接着』を兼ね備えており、好適である。
【００６３】  本発明の積層圧電素子１０において、貼着層１４の厚さには制限はなく、貼着層１４の形成材料に応じて、十分な貼着力（接着力、粘着力）を発現できる厚さを、適宜、設定すればよい。  ここで、本発明の積層圧電素子１０は、貼着層１４が薄い方が、圧電体層２０の伸縮エネルギ（振動エネルギ）の伝達効果を高くして、エネルギ効率を高くできる。また、貼着層１４が厚く剛性が高いと、圧電フィルム１２の伸縮を拘束する可能性もある。さらに、後述するが、本発明の積層圧電素子１０は、隣接する圧電フィルム１２同士がショートする恐れが無いので、貼着層１４を薄くできる。  この点を考慮すると、貼着層１４は、圧電体層２０よりも薄いのが好ましい。すなわち、本発明の積層圧電素子１０において、貼着層１４は、硬く、薄いのが好ましい。  具体的には、貼着層１４の厚さは、貼着後の厚さで０．１〜５０μｍが好ましく、０．１〜３０μｍがより好ましく、０．１〜１０μｍがさらに好ましい。
【００６４】  本発明の積層圧電素子１０においては、貼着層１４のバネ定数が高いと、圧電フィルム１２の伸縮を拘束する可能性がある。従って、貼着層１４のバネ定数は圧電フィルム１２のバネ定数と同等か、それ以下であるのが好ましい。なお、バネ定数は、『厚さ×ヤング率』である。  具体的には、貼着層１４の厚さと、動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの貯蔵弾性率（Ｅ’）との積が、０℃において２．０×１０6Ｎ／ｍ以下、５０℃において１．０×１０6Ｎ／ｍ以下であるのが好ましい。  また、貼着層の動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの内部損失が、粘着剤からなる貼着層１４の場合には２５℃において１．０以下、接着剤からなる貼着層１４の場合には２５℃において０．１以下であるのが好ましい。
【００６５】  なお、本発明の積層圧電素子において、貼着層１４は、好ましい態様として設けられるものであり、必須の構成要素ではない。  従って、本発明の積層圧電素子は、貼着層１４を有さず、公知の圧着手段、締結手段、および、固定手段等を用いて、積層圧電素子を構成する圧電フィルム１２を積層して、密着させて、積層圧電素子を構成してもよい。例えば、圧電フィルム１２が矩形である場合には、四隅をボルトナットのような部材で締結して積層圧電素子を構成してもよく、さらに中心部を同様に締結して積層圧電素子を構成してもよい。あるいは、圧電フィルム１２を積層した後、周辺部（端面）に粘着テープを貼着することで、積層した圧電フィルム１２を固定して、積層圧電素子を構成してもよい。  しかしながら、この場合には、電源１６から駆動電圧を印加した際に、個々の圧電フィルム１２が独立して伸縮してしまい、場合によっては、各圧電フィルム１２各層が逆方向に撓んで空隙ができてしまう。このように、個々の圧電フィルム１２が独立して伸縮した場合には、積層圧電素子としての駆動効率が低下してしまい、積層圧電素子全体としての伸縮が小さくなって、当接した振動板等を十分に振動させられなくなってしまう可能性がある。特に、各圧電フィルム１２各層が逆方向に撓んで空隙ができてしまった場合には、積層圧電素子としての駆動効率の低下は大きい。  この点を考慮すると、本発明の積層圧電素子は、図示例の積層圧電素子１０のように、隣接する圧電フィルム１２同士を貼着する貼着層１４を有するのが好ましい。
【００６６】  図１に示すように、各圧電フィルム１２の下部電極２４および上部電極２６には、圧電フィルム１２を伸縮させる駆動電圧を印加する電源１６が接続される。  電源１６には、制限はなく、直流電源でも交流電源でもよい。また、駆動電圧も、各圧電フィルム１２の圧電体層２０の厚さおよび形成材料等に応じて、各圧電フィルム１２を適正に駆動できる駆動電圧を、適宜、設定すればよい。  後述するが、本発明の積層圧電素子１０は、隣接する圧電フィルム１２の分極方向が逆である。そのため、隣接する圧電フィルム１２では、下部電極２４同士および上部電極２６同士が対面する。従って、電源１６は、交流電源でも直流電源でも、対面する電極には、常に同じ極性の電力を供給する。例えば、図１に示す積層圧電素子１０では、図中最下層の圧電フィルム１２の上部電極２６と、２層目（真ん中の層）の圧電フィルム１２の上部電極２６とには、常に同じ極性の電力が供給され、２層目の圧電フィルム１２の下部電極２４と、図中最上層の圧電フィルム１２の下部電極２４とには、常に同じ極性の電力が供給される。
【００６７】  下部電極２４および上部電極２６から電極の引き出し方法には、制限はなく、公知の各種の方法が利用可能である。  一例として、下部電極２４および上部電極２６に銅箔等の導電体を接続して外部に電極を引き出す方法、および、レーザ等によって下部保護層２８および上部保護層３０に貫通孔を形成して、この貫通孔に導電性材料を充填して外部に電極を引き出す方法、等が例示される。  好適な電極の引き出し方法として、特開２０１４−２０９７２４号公報に記載される方法、および、特開２０１６−０１５３５４号公報に記載される方法等が例示される。
【００６８】  上述したように、本発明の積層圧電素子１０は、複数層の圧電フィルム１２を積層して、隣接する圧電フィルム１２同士を貼着層１４で貼着した構成を有する。  また、本発明の積層圧電素子１０は、隣接する圧電フィルム１２の分極方向が、互いに逆である。具体的には、本発明の積層圧電素子１０は、隣接する圧電フィルム１２の圧電体層２０の分極方向が、互いに逆である。  すなわち、本発明の積層圧電素子１０は、圧電フィルム１２の積層方向に向かって、分極方向が交互になるように、圧電フィルム１２が積層される。圧電フィルム１２の積層方向とは、すなわち、各層の厚さ方向である。
【００６９】  このような本発明の積層圧電素子１０は、一例として、図８に概念的に示すように、貼着層５２によって振動板５０に接着されて、振動板５０から音を発生するための、エキサイターとして用いられる。すなわち、図８には、本発明の電気音響変換器の一例が示される。  なお、図８においても、図面を簡潔にするために、下部保護層２８および上部保護層３０は省略している。
【００７０】  上述したように、本発明の積層圧電素子１０において、複数層が積層される圧電フィルム１２を構成する圧電体層２０は、粘弾性マトリックス３４に圧電体粒子３６を分散してなるものである。また、圧電体層２０を厚さ方向で挟むように、下部電極２４および上部電極２６が設けられる。
【００７１】  このような圧電体層２０を有する圧電フィルム１２の下部電極２４および上部電極２６に電圧を印加すると、印加した電圧に応じて圧電体粒子３６が分極方向に伸縮する。その結果、圧電フィルム１２（圧電体層２０）が厚さ方向に収縮する。同時に、ポアゾン比の関係で、圧電フィルム１２は、面方向にも伸縮する。  この伸縮は、０．０１〜０．１％程度である。  上述したように、圧電体層２０の厚さは、好ましくは１０〜３００μｍ程度である。従って、厚さ方向の伸縮は、最大でも０．３μｍ程度と非常に小さい。  これに対して、圧電フィルム１２すなわち圧電体層２０は、面方向には、厚さよりもはるかに大きなサイズを有する。従って、例えば、圧電フィルム１２の長さが２０ｃｍであれば、電圧の印加によって、最大で０．２ｍｍ程度、圧電フィルム１２は伸縮する。
【００７２】  上述したように、振動板５０は、貼着層５２によって積層圧電素子１０に貼着されている。従って、圧電フィルム１２の伸縮によって、振動板５０は撓み、その結果、振動板５０は、厚さ方向に振動する。  この厚さ方向の振動によって、振動板５０は、音を発する。すなわち、振動板５０は、圧電フィルム１２に印加した電圧（駆動電圧）の大きさに応じて振動して、圧電フィルム１２に印加した駆動電圧に応じた音を発生する。  ここで、ＰＶＤＦ等の高分子材料からなる一般的な圧電フィルムは、分極処理後に一軸方向に延伸処理することで、延伸方向に対して分子鎖が配向し、結果として延伸方向に大きな圧電特性が得られることが知られている。そのため、一般的な圧電フィルムは、圧電特性に面内異方性を有し、電圧を印加された場合の面方向の伸縮量に異方性がある。  これに対して、本発明の積層圧電素子１０において、粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体からなる圧電フィルム１２は、分極処理後に延伸処理をせずとも大きな圧電特性が得られる。そのため、この圧電フィルム１２は、圧電特性に面内異方性がなく、面方向では全方向に等方的に伸縮する。すなわち、本発明の積層圧電素子１０において、圧電フィルム１２は、等方的に二次元的に伸縮する。このような等方的に二次元的に伸縮する圧電フィルム１２を積層した本発明の積層圧電素子１０によれば、一方向にしか大きく伸縮しないＰＶＤＦ等の一般的な圧電フィルムを積層した場合に比べ、大きな力で振動板５０を振動することができ、より大きく、かつ、美しい音を発生できる。
【００７３】  上述したように、本発明の積層圧電素子は、このような圧電フィルム１２を、複数枚、積層したものである。図示例の積層圧電素子１０は、好ましい態様として、さらに、隣接する圧電フィルム１２同士を、貼着層１４で貼着している。  そのため、１枚毎の圧電フィルム１２の剛性が低く、伸縮力は小さくても、圧電フィルム１２を積層することにより、剛性が高くなり、積層圧電素子１０としての伸縮力は大きくなる。その結果、本発明の積層圧電素子１０は、振動板５０がある程度の剛性を有するものであっても、大きな力で振動板５０を十分に撓ませて、厚さ方向に振動板５０を十分に振動させて、振動板５０に音を発生させることができる。  また、圧電体層２０が厚い方が、圧電フィルム１２の伸縮力は大きくなるが、その分、同じ量、伸縮させるのに必要な駆動電圧は大きくなる。ここで、上述したように、本発明の積層圧電素子１０において、好ましい圧電体層２０の厚さは、最大でも３００μｍ程度であるので、個々の圧電フィルム１２に印加する電圧が小さくても、十分に、圧電フィルム１２を伸縮させることが可能である。
【００７４】  ここで、本発明の積層圧電素子１０は、上述したように、隣接する圧電フィルム１２の圧電体層２０の分極方向が、互いに逆である。  圧電フィルム１２において、圧電体層２０に印加する電圧の極性は、分極方向に応じたものとなる。従って、印加する電圧の極性は、図１および図８に矢印で示す分極方向において、矢印が向かう方向側すなわち矢印の下流側の電極の極性と、逆側すなわち矢印の上流側の電極の極性とは、全ての圧電フィルム１２で一致させる。  図示例においては、分極方向を示す矢印が向かう方向側の電極を下部電極２４、逆側の電極を上部電極２６として、全ての圧電フィルム１２において、上部電極２６と下部電極２４との極性を同極性にする。  従って、隣接する圧電フィルム１２の圧電体層２０の分極方向が、互いに逆である本発明の積層圧電素子１０においては、隣接する圧電フィルム１２では、一方の面で上部電極２６同士が対面し、他方の面で下部電極同士が対面する。そのため、本発明の積層圧電素子１０では、隣接する圧電フィルム１２の電極同士が接触しても、ショート（短絡）する恐れがない。
【００７５】  上述したように、積層圧電素子１０を良好なエネルギ効率で伸縮するためには、貼着層１４が圧電体層２０の伸縮を妨害しないように、貼着層１４を薄くするのが好ましい。  また、上述したように、圧電セラミックスを積層した一般的な積層セラミック圧電素子は、圧電セラミックスの積層体を作製した後に分極処理を行う。各圧電層の界面には共通電極しか存在せず、そのため、各圧電層の分極方向は積層方向で交互になる。  図１３に示すように、積層する圧電フィルム１００の分極方向が、全て同方向である積層圧電素子では、隣接する圧電フィルム１００同士では、下部電極１０４と上部電極１０６とが対面する。そのため、接着層１０８を十分に厚くしないと、接着層１０８の面方向の外側の端部において、隣接する圧電フィルム１００の下部電極１０４と上部電極１０６とが接触して、ショートしてしまう恐れがある。すなわち、図１３に示すように、積層する圧電フィルム１００の圧電体層１０２の分極方向が、全て同方向である従来の積層圧電素子では、接着層１０８を薄くすることができず、積層圧電素子を良好なエネルギ効率で伸縮させることができない。  これに対して、隣接する圧電フィルム１２の電極同士が接触しても、ショートする恐れが無い本発明の積層圧電素子では、貼着層１４が無くてもよい。また、本発明の積層圧電素子は、ショートする恐れが無いので、好ましい態様として貼着層１４を有する場合でも、必要な貼着力が得られれば、貼着層１４を極めて薄くできる。  そのため、本発明によれば、高いエネルギ効率で積層圧電素子１０を伸縮させることができる。
【００７６】  なお、上述したように、圧電フィルム１２においては、厚さ方向の圧電体層２０の伸縮の絶対量は非常に小さく、圧電フィルム１２の伸縮は、実質的に、面方向のみとなる。  従って、積層される圧電フィルム１２の分極方向が逆であっても、下部電極２４および上部電極２６に印加する電圧の極性さえ正しければ、全ての圧電フィルム１２は同じ方向に伸縮する。
【００７７】  なお、本発明の積層圧電素子１０において、圧電フィルム１２の分極方向は、ｄ３３メーター等で検出すれば良い。  または、上述した際のコロナポーリング処理の処理条件から、圧電体層２０の分極方向を知見してもよい。
【００７８】  本発明の積層圧電素子を用いる本発明の電気音響変換器において、積層圧電素子１０と振動板５０とを貼着する貼着層には、制限はなく、公知の各種の粘着剤および接着剤が利用可能である。一例として、上述した貼着層１４と同様のものが例示される。
【００７９】  本発明の積層圧電素子を用いる本発明の電気音響変換器において、振動板５０にも、制限はなく、各種の物品が利用可能である。  振動板５０としては、一例として、樹脂製の板およびガラス板等の板材、看板などの広告・告知媒体、テーブル、ホワイトボードおよび投映用スクリーン等のオフィス機器および家具、有機エレクトロルミネセンス（ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイおよび液晶ディスプレイ等の表示デバイス、コンソール、Ａピラー、天井およびバンパー等自動車などの車両の部材、ならびに、住宅の壁などの建材等が例示される。
【００８０】  図示例の積層圧電素子１０においては、好ましくは、上述したように、長尺（大面積）の圧電フィルムを作製し、長尺な圧電フィルムを切断して、個々の圧電フィルム１２とする。従って、この場合は、積層圧電素子１０を構成する複数枚の圧電フィルム１２は、全て同じものである。  しかしながら、本発明は、これに制限はされない。すなわち、本発明の積層圧電素子は、例えば、下部保護層２８および上部保護層３０を有する圧電フィルムと有さない圧電フィルムなど、異なる層構成の圧電フィルムを積層した構成、および、圧電体層２０の厚さが異なる圧電フィルムを積層した構成等、各種の構成が利用可能である。
【００８１】  図１等に示す積層圧電素子１０は、複数枚の圧電フィルム１２を、隣接する圧電フィルム同士で分極方向を逆にして積層して、好ましい態様として、隣接する圧電フィルム１２を貼着層１４で貼着したものである。  本発明は、これに制限はされず、圧電フィルムを、複数層、積層し、かつ、隣接する圧電フィルムの分極方向が互いに逆であれば、各種の構成が利用可能である。
【００８２】  図９に、その一例を示す。なお、図９に示す積層圧電素子５６は、上述した積層圧電素子１０を同じ部材を、複数、用いるので、同じ部材には同じ符号を付し、説明は、異なる部位を主に行う。  図９に示す積層圧電素子５６は、本発明の積層圧電素子のより好ましい態様であり、圧電フィルム１２Ｌを、複数回、折り返すことにより、圧電フィルム１２Ｌを複数層、積層したものである。また、上述した図１等に示す積層圧電素子１０と同様、図９に示される積層圧電素子５６も、好ましい態様として、折り返しによって積層された圧電フィルム１２Ｌを、貼着層１４によって貼着している。  厚さ方向に分極された１枚の圧電フィルム１２Ｌを、折り返して積層することで、積層方向に隣接（対面）する圧電フィルム１２Ｌの分極方向は、逆方向になる。
【００８３】  図９に示す積層圧電素子５６によれば、一枚の圧電フィルム１２Ｌのみで積層圧電素子５６を構成できる。また、図９に示す積層圧電素子５６によれば、駆動電圧を印加するための電源１６が１個で済み、さらに、圧電フィルム１２Ｌからの電極の引き出しも、１か所でよい。  そのため、図９に示す積層圧電素子５６によれば、部品点数を低減し、かつ、構成を簡略化して、圧電素子（モジュール）としての信頼性を向上し、さらに、コストダウンを図ることができる。
【００８４】  図９に示す積層圧電素子５６のように、圧電フィルム１２Ｌを折り返した積層圧電素子５６では、圧電フィルム１２Ｌの折り返し部に、圧電フィルム１２Ｌに当接して芯棒５８を挿入するのが好ましい。  上述したように、圧電フィルム１２Ｌの下部電極２４および上部電極２６は、金属の蒸着膜等で形成される。金属の蒸着膜は、鋭角で折り曲げられると、ヒビ（クラック）等が入りやすく、電極が断線してしまう可能性がある。すなわち、図９に示す積層圧電素子５６では、屈曲部の内側において、電極にヒビ等が入り易い。  これに対して、１枚の圧電フィルム１２Ｌを折り返した積層圧電素子５６において、圧電フィルム１２Ｌの折り返し部に芯棒５８を挿入することにより、下部電極２４および上部電極２６が折り曲げられることを防止して、断線が生じることを好適に防止できる。
【００８５】  芯棒５８の形状には、制限はなく、円柱状および多角柱状等の各種の棒状物が利用可能である。芯棒５８は、圧電フィルム１２Ｌを無理なく折り返せる等の点で、円柱状（円筒状）であるのが好ましい。  芯棒５８のサイズ、例えば円柱状の芯棒５８であれば、直径にも制限はなく、積層圧電素子５６の大きさ、圧電フィルム１２Ｌの厚さ、および、圧電フィルム１２Ｌの剛性等に応じて、適宜、設定すればよい。円柱状の芯棒５８の場合には、直径が０．１〜５０μｍであるのが好ましく、０．１〜５μｍであるのがより好ましい。芯棒５８のサイズは、貼着後の貼着層１４の厚さと等しいのが好ましい。  芯棒５８の形成材料には、制限はなく、十分な強度を有するものであれば、各種の材料が利用可能である。
【００８６】  ここで、本発明の積層圧電素子は、導電性を有する貼着層１４を用いてもよい。特に、図９に示すような、１枚の圧電フィルム１２Ｌを、折り返して積層した積層圧電素子５６では、導電性を有する貼着層１４は、好ましく利用される。  本発明の積層圧電素子においては、積層される圧電フィルム１２において、対面する電極には、同じ極性の電力が供給される。従って、対面する電極間で短絡が生じることは無い。  一方で、上述したように、圧電フィルム１２Ｌを、折り返して積層した積層圧電素子５６は、鋭角的に折り返される屈曲部の内側において、電極の断線が生じやすい。  従って、導電性を有する貼着層１４によって、積層した圧電フィルム１２Ｌを貼着することにより、屈曲部の内側において電極の断線が生じても、貼着層１４によって導通を確保できるので、断線を防止して、積層圧電素子５６の信頼性を大幅に向上できる。
【００８７】  ここで、本発明の積層圧電素子を構成する圧電フィルム１２Ｌは、好ましくは、図２に示すように、下部電極２４および上部電極２６に対面して積層体を挟持するように、下部保護層２８および上部保護層３０を有する。  この場合には、導電性を有する貼着層１４を用いても、導電性を確保できない。そのため、圧電フィルム１２Ｌが保護層を有する場合には、積層される圧電フィルム１２Ｌの下部電極２４同士および上部電極２６同士が対面する領域において、下部保護層２８および上部保護層３０に貫通孔を設けて、下部電極２４および上部電極２６と、導電性を有する貼着層１４とを接触させる。  この際において、下部保護層２８および上部保護層３０の貫通孔は、レーザ加工、ならびに、溶剤エッチングおよび機械研磨などによる保護層の除去等によって形成すればよい。また、製法上、可能であれば、予め貫通孔を形成した下部保護層２８および上部保護層３０を用いて、圧電フィルム１２Ｌを作製してもよい。
【００８８】  下部保護層２８および上部保護層３０の貫通孔は、積層される圧電フィルム１２Ｌの下部電極２４同士および上部電極２６同士が対面する領域に１か所でもよく、複数個所でもよい。または、下部保護層２８および上部保護層３０の貫通孔は、下部保護層２８および上部保護層３０の全面に、規則的または、不規則に形成してもよい。  好ましくは、下部保護層２８および上部保護層３０に形成した貫通孔を銀ペーストまたは導電性の貼着剤で塞ぎ、その上で、導電性テープ等の導電性を有する貼着層１４で隣接する圧電フィルム１２Ｌを貼着する。  導電性を有する貼着層１４を用いる場合において、下部保護層２８および上部保護層３０の貫通孔は、屈曲部を除く積層される圧電フィルム１２Ｌの下部電極２４同士および上部電極２６同士が対面する領域に１か所以上あれば、好ましくは、積層される圧電フィルム１２Ｌの中央部を含んで１か所以上有れば、積層圧電素子５６の信頼性を大幅に向上できる。
【００８９】  なお、導電性を有する貼着層１４には、制限はなく、公知のものが、各種、利用可能である。  従って、導電性を有する貼着層１４は、貼着層１４を構成する接着剤および粘着剤等自身が導電性を有するものであってもよい。あるいは、導電性を有する貼着層１４は、導電性を有さない接着剤および粘着剤等に、金属粒子、導電性のフィラーおよび金属繊維等を分散させて導電性にした、貼着層１４であってもよい。また、例えば藤倉化成社製のドータイトなど、乾燥することで硬化する銀ペースト等も利用可能である。
【００９０】  ここで、図９に示すように、１枚の圧電フィルムを折り返すことで、複数の圧電フィルムを積層した積層圧電素子は、２つの構成が考えられる。以下の説明では、１枚の圧電フィルムを折り返すことで、複数の圧電フィルムを積層した積層圧電素子を、便宜的に『圧電フィルムを折り返して積層した積層圧電素子』とも言う。  １つ目の構成は、圧電フィルムの折り返しによる屈曲部が、積層圧電素子の長手方向に沿う構成である。すなわち、１つ目の構成は、圧電フィルムの折り返しによる屈曲部が、積層圧電素子の長手方向に一致する構成である。  ２つ目の構成は、圧電フィルムの折り返しによる屈曲部が、積層圧電素子の短手方向に沿う構成である。すなわち、２つ目の構成は、圧電フィルムの折り返しによる屈曲部が、積層圧電素子の短手方向に一致する構成である。  言い換えれば、圧電フィルムを折り返して積層した積層圧電素子は、圧電フィルムの折り返しによって形成される稜線が、積層圧電素子の長手方向に一致する構成と、積層圧電素子の短手方向に一致する構成とが考えられる。
【００９１】  具体的には、１枚の圧電フィルムを折り返すことで、５層の圧電フィルムを積層して、２０×５ｃｍの積層圧電素子を作製する場合には、以下の２つの構成が考えられる。  １つ目の構成は、図１０に概念的に示すように、２０×２５ｃｍの矩形の圧電フィルム１２Ｌａを、２５ｃｍの方向に、５ｃｍずつ４回、折り返すことにより、５層の圧電フィルム１２Ｌａを積層した積層圧電素子５６Ａである。この積層圧電素子５６Ａでは、圧電フィルム１２Ｌａの折り返しによる屈曲部は、積層圧電素子５６Ａの長手方向である２０ｃｍの方向に沿う。すなわち、この積層圧電素子５６Ａでは、圧電フィルム１２Ｌａを折り返すことによって形成される稜線が、積層圧電素子５６Ａの長手方向に一致する。  ２つ目の構成は、図１１に概念的に示すように、１００×５ｃｍの矩形の圧電フィルム１２Ｌｂを、１００ｃｍの方向に、２０ｃｍずつ４回、折り返すことにより、５層の圧電フィルム１２Ｌｂを積層した積層圧電素子５６Ｂである。この積層圧電素子５６Ｂでは、圧電フィルム１２Ｌｂの折り返しによる屈曲部は、積層圧電素子５６Ｂの短手方向である５ｃｍの方向に沿う。すなわち、この積層圧電素子５６Ｂでは、圧電フィルム１２Ｌｂを折り返すことによって形成される稜線が、積層圧電素子５６Ｂの短手方向に一致する。
【００９２】  本発明において、圧電フィルムを折り返して積層した積層圧電素子は、圧電フィルムの折り返しによる屈曲部が、積層圧電素子の長手方向に沿う構成、および、積層圧電素子の短手方向に沿う構成の、いずれも好適に利用可能である。  すなわち、圧電フィルムの折り返しによる屈曲部が、積層圧電素子の長手方向に沿う構成と、短手方向に沿う構成とは、それぞれに利点が有る。従って、いずれの構成を利用するかは、積層圧電素子の用途等に応じて、適宜、設定すればよい。
【００９３】  例えば、積層圧電素子５６Ａのように、圧電フィルム１２Ｌａの折り返しによる屈曲部が長手方向に沿う構成では、下部電極２４および上部電極２６の断線を好適に防止して、信頼性の高い積層圧電素子を得られる。  上述したように、圧電フィルム１２Ｌａの下部電極２４および上部電極２６は、金属の蒸着膜等で形成される。金属の蒸着膜は、曲げられると、ヒビ（クラック）等が入りやすい。電極（電極層）にヒビが入ると、ヒビが入った場所の抵抗が上がる。そのため、此処に電流が流れると、抵抗によって発熱してしまい、断線等の故障の原因となる。  このような不都合は、電流密度を下げることで改善できる。  これに対して、圧電フィルムを折り返して積層した積層圧電素子において、屈曲部が長手方向に沿っていることにより、電流の流れに対して屈曲部の幅を広くして、屈曲部を流れる電流の電流密度を下げられる。その結果、電極にヒビが入ったことに起因する発熱を抑制して、断線を防止できる。そのため、積層圧電素子５６Ａのように、圧電フィルム１２Ｌａの折り返しによる屈曲部が長手方向に沿う構成では、信頼性の高い積層圧電素子を得られる。
【００９４】  また、積層圧電素子には、電源装置などの外部装置と接続するために、下部電極２４および上部電極２６に接続して、積層圧電素子の外部に至る、引出配線を設けてもよい。なお、引出配線は、必ずしも物理的に外部に突出している必要はなく、電極から電気的に引出すものであることを意味する  引出配線は、上述した方法を利用して形成可能である。例えば、引出配線は、圧電フィルムの端部、もしくは外部に突出した領域において、圧電体層２０を設けずに、下部電極２４および上部電極２６をむき出しにして、此処に接続して設けられる。別の例として、引出配線は、圧電フィルムの端部、もしくは外部に突出した領域において、保護フィルムおよび電極層を剥離して、圧電体層２０と電極層との間に銅箔テープ等を挿入するようにして、設けられる。さらに別の例として、引出配線は、圧電フィルムの端部、もしくは外部に突出した領域において、圧電フィルムの保護層に貫通孔を設け、貫通孔に銀ペーストなどの導電性ペーストを用いて導通部材を形成し、この導通部材に銅箔テープ等を接続して、設けられる。
【００９５】  圧電フィルムを折り返して積層した積層圧電素子において、引出配線は、通常、図１２に積層圧電素子５６Ａを例示して概念的に示すように、圧電フィルム１２Ｌａの折り返し方向の端部に設けられる。  すなわち、図１０に示す積層圧電素子５６Ａの場合には、引出配線は、長手側である圧電フィルム１２Ｌａの２０ｃｍ幅の端部に設けられる。他方、図１１に示す積層圧電素子５６Ｂの場合には、引出配線は、短手側である圧電フィルム１２Ｌｂの５ｃｍ幅の端部に設けられる。  また、図１２に示すように、引出配線は、下部電極２４に接続する引出配線６２と、上部電極２６に接続する引出配線６４とが設けられる。
【００９６】  ここで、引出配線の設け方は各種あるが、圧電フィルムの端部、もしくは外部に突出した領域において、圧電体層２０を設けずに、下部電極２４および上部電極２６をむき出しにすることで、下部電極２４および上部電極２６が、そのまま外部に突出して引出配線として機能する形態においては特に、引出配線と、圧電フィルムの下部電極２４および上部電極２６との接続部は、電流密度が急激に上昇する部位であり、発熱しやすい。そのため、引出配線は、幅が広い方が好ましい。すなわち、積層圧電素子５６Ａであれば、図１２に示す引出配線６２および引出配線６４の幅ａは、広い方が好ましい。  なお、圧電フィルムを折り返して積層した積層圧電素子において、幅（幅方向）とは、引出配線が存在する辺の方向の長さを示す。すなわち、図１０に示す積層圧電素子５６Ａおよび圧電フィルム１２Ｌａであれば、幅は２０ｃｍである。また、図１１に示す積層圧電素子５６Ｂおよび圧電フィルム１２Ｌｂであれば、幅は５ｃｍである。
【００９７】  また、圧電フィルムの圧電体層２０は、好ましい厚さが１０〜３００μｍで、非常に薄い。そのため、ショートを防止するためには、引出配線は、圧電フィルムの面方向に異なる位置に設けるのが好ましい。すなわち、引出配線は、圧電フィルムの面方向にオフセットして設けるのが好ましい。  加えて、圧電フィルムを折り返して積層した積層圧電素子において、発熱部となる引出配線同士は、幅方向に、できるだけ離間しているのが好ましい。すなわち、積層圧電素子５６Ａであれば、図１２に示す引出配線６２と引出配線６４との幅方向の間隔ｂが広い方が好ましい。
【００９８】  これに対して、圧電フィルムを折り返して積層した積層圧電素子では、屈曲部が長手方向に沿っていることにより、引出配線の接続部における圧電フィルムの幅を広くできる。  そのため、屈曲部が長手方向に沿う積層圧電素子は、引出配線を圧電フィルムの面方向に重ねることなく、かつ、引出配線の幅を広く、また、引出配線同士の幅方向の間隙を広くできる。従って、圧電フィルムを折り返して積層した積層圧電素子において、屈曲部が長手方向に沿う積層圧電素子は、ショートを好適に防止できると共に、発熱も好適に抑制できる。
【００９９】  圧電フィルムを折り返して積層した積層圧電素子において、引出配線の幅には、制限はないが、上述のように、広い方が好ましい。  ここで、圧電フィルムを折り返して積層した積層圧電素子では、引出配線での発熱を抑制するために、引出配線の電流線密度を１Ａ／ｃｍ以下とするのが好ましい。引出配線の電流線密度とは、引出配線に流れ込む電流の電流値［Ａ］を、引出配線の幅［ｃｍ］で割った値である。  圧電フィルムを折り返して積層した積層圧電素子において、引出配線の幅（引出配線が存在する辺の方向の長さ）は、圧電フィルムの幅の１０％以上（１／１０以上）が好ましく、２０％以上がより好ましく３０％以上がさらに好ましい。すなわち、図１０および図１２に示す、屈曲部が長手方向に沿う積層圧電素子５６Ａであれば、圧電フィルム１２Ｌａの幅が２０ｃｍであるので、引出配線６２および引出配線６４の幅ａを２ｃｍ以上とするのが好ましい。  圧電フィルムの幅が広くなるほど、圧電フィルムの静電容量が大きくなる（インピーダンスが小さくなる）ため、同じ印加電圧に対する圧電フィルムに流れる電流量は多くなる。しかしながら、引出配線の幅を圧電フィルムの幅の１０％以上とすることにより、引出配線の電流線密度を、安定的に１Ａ／ｃｍ以下にできる。  また、電極層の厚さを０．１μｍ以上にすることで、引出配線に流れる電流量を引出配線の断面積で割った電流密度を１×１０5Ａ／ｃｍ2以下にできるので好ましい。
【０１００】  圧電フィルムを折り返して積層した積層圧電素子において、引出配線の幅方向の間隔にも、制限はないが、上述のように、広い方が好ましい。  引出配線の幅方向の間隔は、圧電フィルムの幅の２５％以上（１／４以上）が好ましく、３０％以上がより好ましく、４０％以上がさらに好ましい。  すなわち、図１０および図１２に示す、屈曲部が長手方向に沿う積層圧電素子５６Ａであれば、圧電フィルム１２Ｌａの幅が２０ｃｍであるので、引出配線６２と引出配線６４との幅方向の間隔ｂを５ｃｍ以上とするのが好ましい。
【０１０１】  なお、上述した引出配線の電流線密度、引出配線の幅および間隔に関しては、屈曲部が長手方向に沿う積層圧電素子５６Ａのみならず、屈曲部が短手方向に沿う積層圧電素子５６Ｂも同様である。
【０１０２】  一方、圧電フィルムを折り返して積層した積層圧電素子において、図１１に示す積層圧電素子５６Ｂのように、圧電フィルム１２Ｌｂの折り返しによる屈曲部が、短手方向に沿う積層圧電素子は、振動効率を最大化する上で好ましい。  すなわち、折り返しによる屈曲部自体も厳密には伸縮するため、積層圧電素子の伸縮モードとは異なる振動モードを生じさせる。このため、屈曲部が短手方向に沿う積層圧電素子は、屈曲部が長手方向に沿う積層圧電素子に比べ、不要な振動モードにエネルギーを消費しなくて済む。
【０１０３】  なお、本発明の圧電積層素子において、引出配線６２および引出配線６４の形成方法は、図１２に示す構成以外にも、各種の構成が利用可能である。  例えば、圧電フィルム１２Ｌａの折り返しによる屈曲部が、長手方向に沿う積層圧電素子５６Ａであれば、図１６に概念的に示すように、折り返し方向の一方の端部に出島状の突出部を設け、此処に、引出配線６２および引出配線６４を接続してもよい。  また、圧電フィルム１２Ｌｂの折り返しによる屈曲部が、短手方向に沿う積層圧電素子５６Ｂであれば、図１７に概念的に示すように、折り返し方向の一方の端部を延長して、延長した端部に、引出配線６２および引出配線６４を接続してもよい。  さらに、圧電フィルム１２Ｌｂの折り返しによる屈曲部が、短手方向に沿う積層圧電素子５６Ｂであれば、図１８に概念的に示すように、折り返し方向と直交する方向の端部、すなわち、圧電フィルム１２Ｌｂの長手方向の端部に、出島状の突出部を設け、此処に、引出配線６２および引出配線６４を接続してもよい。
【０１０４】  以上、本発明の積層圧電素子および電気音響変換器について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
【実施例】
【０１０５】  以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明についてより詳細に説明する。【０１０６】  ［圧電フィルムの作製］  上述した図３〜図７に示す方法によって、図２に示すような圧電フィルムを作製した。  まず、下記の組成比で、シアノエチル化ＰＶＡ（ＣＲ−Ｖ  信越化学工業社製）をメチルエチルケトン（ＭＥＫ）に溶解した。その後、この溶液に、ＰＺＴ粒子を下記の組成比で添加して、プロペラミキサー（回転数２０００ｒｐｍ）で分散させて、圧電体層を形成するための塗料を調製した。・ＰＺＴ粒子・・・・・・・・・・・１０００質量部・シアノエチル化ＰＶＡ・・・・・・・１００質量部・ＭＥＫ・・・・・・・・・・・・・・６００質量部  なお、ＰＺＴ粒子は、市販のＰＺＴ原料粉を１０００〜１２００℃で焼結した後、これを平均粒径３．５μｍになるように解砕および分級処理したものを用いた。【０１０７】  一方、幅が２３ｃｍ、厚さ４μｍの長尺なＰＥＴフィルムに、厚さ０．１μｍの銅薄膜を真空蒸着してなる、図３に示すようなシート状物を用意した。すなわち、本例においては、上部電極および下部電極は、厚さ０．１ｍの銅蒸着薄膜であり、上部保護層および下部保護層は厚さ４μｍのＰＥＴフィルムとなる。  なお、プロセス中、良好なハンドリングを得るために、ＰＥＴフィルムには厚さ５０μｍのセパレータ（仮支持体ＰＥＴ）付きのものを用い、薄膜電極および保護層の熱圧着後に、各保護層のセパレータを取り除いた。【０１０８】  このシート状物の下部電極の上に、スライドコータを用いて、先に調製した圧電体層を形成するための塗料を塗布した。塗料は、乾燥後の塗膜の膜厚が４０μｍになるように、塗布した。上述のように、下部電極は、銅蒸着薄膜である。  なお、塗料の塗布は、長尺なＰＥＴフィルムの幅方向（短手方向）の両端部において、１ｃｍ幅の未塗布部を設けるように行った。すなわち、幅方向の両端の１ｃｍの未塗布部は、下部電極（銅薄膜）がむき出しになっている（図１４参照）。  次いで、シート状物の上に塗料を塗布した物を、１２０℃のオーブンで加熱乾燥することでＭＥＫを蒸発させた。これにより、図４に示すような、ＰＥＴ製の下部保護層の上に銅製の下部電極を有し、その上に、厚さが４０μｍの圧電体層を形成してなる積層体を作製した。【０１０９】  この積層体の圧電体層を、上述した図５および図６に示すコロナポーリングによって、厚さ方向に分極処理した。なお、分極処理は、圧電体層の温度を１００℃として、下部電極とコロナ電極との間に６ｋＶの直流電圧を印加してコロナ放電を生じさせて行った。【０１１０】  分極処理を行った積層体の上に、図７に示すように、ＰＥＴフィルムに銅薄膜を真空蒸着してなる同じシート状物を積層した。このシート状物の積層も、幅方向の両端部において、幅１ｃｍ、上部電極が圧電体層から突出するように行った（図１４参照）。  次いで、積層体とシート状物との積層体を、ラミネータ装置を用いて１２０℃で熱圧着することで、圧電体層と上部電極および下部電極とを接着して、圧電体層を上部電極と下部電極とで挟持し、この積層体を、上部保護層と下部保護層とで挟持した、図２に示すような圧電フィルムを作製した。【０１１１】  ［実施例１］  作製した圧��フィルムを５×８ｃｍの長方形に切断した。切り出した圧電フィルムの長手方向の一方の端部は、上述した１ｃｍの上部電極および下部電極がむき出しになる領域となるようにした。  すなわち、切断した圧電フィルムは、長手方向の一方の端部において、５×１ｃｍの上部電極および下部電極がむき出しの領域を有する。従って、本例において、圧電体層は、厚さが４０μｍで、面方向のサイズが５×７ｃｍである。【０１１２】  切断した圧電フィルムを、３枚、隣接する圧電フィルムの分極方向が逆になるように積層して、貼着層で貼着して、図１に示すような積層圧電素子を作製した。  貼着層には、接着剤（トーヨーケム社製、ＴＳＵ００４１ＳＩ）を用いた。貼着層の厚さは、２５μｍとした。  作製した積層圧電素子に、図１に示すように交流電源を接続した。なお、交流電源は、全ての圧電フィルムにおいて、上部電極には同じ極性の電力を供給し、下部電極には上部電極とは逆極性の電力を供給するように、接続した。従って、本例においては、積層された圧電フィルムの対面する電極には、同じ極性の電力が供給される。なお、下部電極とは、圧電層を塗布する際の基材側の電極であり、積層体における上下の位置関係を示すものではないのは、上述のとおりである。【０１１３】  交流電源に接続するための、各圧電フィルムにおける電極の引き出しは、図１４に概念的に示すように行った。  まず、圧電フィルムの電極がむき出しになっている側において、下部電極に厚さ１２μｍの銅箔テープＴ１を貼着した。次いで、上部電極側の端部を２〜３ｍｍ程度剥離して、剥離部に挿入し、かつ、銅箔テープＴ１を覆うように、厚さ２０μｍの絶縁性両面テープＺを貼着した。  さらに、上部電極側に厚さ１２μｍの銅箔テープＴ２を貼着したのち、銅箔テープＴ２と絶縁性両面テープＺとを接触させた。  銅箔テープＴ１および銅箔テープＴ２に、半田Ｓによって引き出し線Ｌを接続して、この引き出し線Ｌを、交流電源に接続した。【０１１４】  ［実施例２］  貼着層に用いる接着剤を、日東電工社製のＦＢ−ＭＬ４−５０Ｓに変更し、貼着層の厚さを５０μｍに変更した以外は、実施例１と同様に積層圧電素子を作製し、電源を接続した。【０１１５】  ［実施例３］  貼着層を、厚さ３０μｍの両面テープ（日東電工社製、Ｎｏ．５６０３）、すなわち、粘着剤層に変更した以外は、実施例１と同様に積層圧電素子を作製し、電源を接続した。  ［実施例４］  貼着層を、厚さ５０μｍの両面テープ（日東電工社製、Ｎｏ．５９１９ＭＬ）、すなわち、粘着剤層に変更した以外は、実施例１と同様に積層圧電素子を作製し、電源を接続した。  ［実施例５］  貼着層を設けず、積層した圧電フィルムの電極引き出し部以外の端面をテープで止めることで、３枚の圧電フィルムを固定した以外は、実施例１と同様に積層圧電素子を作製し、電源を接続した。【０１１６】  ［実施例６］  作製した長尺な圧電フィルムを幅方向に切断して、５×２３ｃｍのシートとした。  次いで、切り出した圧電フィルムの長手方向の一方の端部において、上部電極および下部電極がむき出しになっている部分を切断した。従って、本例において、圧電フィルムは、５×２２ｃｍで、圧電体層は厚さ４０μｍで面方向のサイズは５×２１ｃｍである。  圧電体層の長さが７ｃｍに３等分されるように、圧電フィルムを長手方向に折り返して、圧電フィルムが積層された領域において、隣接する圧電フィルムを貼着層で貼着することにより、図９に示すような３層の圧電フィルムを積層した積層圧電素子を作製した。なお、本例においては、折り返し部に芯棒は設けていない。  なお、貼着層には、接着剤（トーヨーケム社製、ＴＳＵ００４１ＳＩ）を用いた。貼着層の厚さは、２５μｍとした。  この積層圧電素子に、先と同様にして、図９に示すように交流電源を接続した。従って、本例においては、電源の接続は１か所である。【０１１７】  ［比較例１］  図１３に示すように、圧電フィルムの分極方向を、全て、一致させた以外は、実施例１と同様にして、積層圧電素子を作製し、電源を接続した。従って、本例において、貼着層は、厚さ２５μｍの接着剤層である。  本例においては、積層される圧電フィルム同士で、極性の異なる電力を供給される上部電極と下部電極とが対面している。  ［比較例２］  貼着層の厚さを７０μｍとした以外は、比較例１と同様に、積層圧電素子を作製し、電源を接続した。【０１１８】  ［評価］  振動板Ｂとして、厚さが３００μｍで、３０×７０ｃｍのＰＥＴフィルムを用意した。長手方向と短手方向とを一致させて、この振動板Ｂの中央に、作製した積層圧電素子を固定した（図１５参照）。  図１５に概念的に示すように、３０×７０ｃｍの振動板Ｂの長手方向の両端辺を支持して、振動板Ｂを立設した。ＰＥＴフィルム（振動板）側において、積層圧電素子の中心から法線方向（ＰＥＴフィルムに垂直な方向）に１ｍの位置に、マイクロホンＭを設置し、積層圧電素子を駆動して、音圧を測定した。  積層圧電素子への入力信号は、１ｋＨｚのサイン波（８０Ｖｐ−ｐ）とした。  結果を下記の表に示す。【０１１９】
【表１】
2020095812.tif 000003
【０１２０】  上記表に示されるように、隣接する圧電フィルムの分極方向が逆である本発明の積層圧電素子は、対面する電極に同極性の電力を供給できる。そのため、貼着層の厚さを５０μｍ以下にしても、隣接する圧電フィルム間で短絡（ショート）を生じることなく、好適に振動板（ＰＥＴフィルム）を振動させて、高い音圧の音を鳴らすことが可能である。  これに対して、隣接する圧電フィルムの分極方向が同方向である比較例１の積層圧電素子は、対面する電極に逆極性の電力を供給するために、隣接する圧電フィルム同士で短絡を生じてしまい、音圧の測定は不可能であった。また、比較例２に示すように、貼着層の厚さを７０μｍとすることにより、短絡を防止できるが、表１に示すように、得られる音圧は、貼着層を有さない実施例５よりも低い。【０１２１】  また、実施例１および実施例２と、実施例３および実施例４とに示されるように、本発明においては、貼着層として、硬度の高い接着剤層を用いることにより、より好適に振動板を振動させて、より高い音圧を得ることができる。また、実施例１および実施例３と、実施例２および実施例４とに示されるように、本発明においては、貼着層を薄くすることで、より好適に振動板を振動させて、より高い音圧を得ることができる。  ３枚の圧電フィルムと積層した実施例１と、長尺な圧電フィルムを折り返すことで３層の圧電フィルムを積層した実施例６は、貼着層が同じ（２５μｍ厚の接着剤層）で、音圧レベルも等しい。しかしながら、３枚の圧電フィルムと積層した実施例１では、駆動するのに３個の電源を接続する必要があるのに対し、長尺な圧電フィルムを折り返した実施例６は、１個の電源を接続で駆動することが可能である。【０１２２】  ［実施例７および実施例８］  上述のように作製した圧電フィルムを、２０×２５ｃｍに切り出した。この圧電フィルムを、２５ｃｍの方向に、５ｃｍ間隔で、４回、折り返した。これにより、図１０に示すような、５層の圧電フィルムを積層した、５×２０ｃｍの積層圧電素子を作製した（実施例７）。本例では、圧電フィルムの折り返しによる屈曲部は、積層圧電素子の長手方向に沿っている。  他方、上述のように作製した圧電フィルムを、５×１００ｃｍに切り出した。この圧電フィルムを、１００ｃｍの方向に、２０ｃｍ間隔で、４回、折り返した。これにより、図１１に示すような、５層の圧電フィルムを積層した、５×２０ｃｍの積層圧電素子を作製した（実施例８）。本例では、圧電フィルムの折り返しによる屈曲部は、積層圧電素子の短手方向に沿っている。  なお、作製した積層圧電素子において、隣接する圧電フィルムは、実施例６と同様に貼着した。【０１２３】  作製した圧電フィルムの折り返し方向の一方の端部において、保護層および電極層を剥離して、駆動電力を供給するための電極を挿入して、元に戻した。その上で、ピンクノイズ信号（pink noise信号）を、３０Ｖｒｍｓで、６時間、供給して、積層圧電素子を駆動した。  ６時間後、積層圧電素子の温度を測定して、最も高温となった部分の温度を比較した。その結果、実施例７は３５℃、実施例８は５０℃であった。  すなわち、１枚の圧電フィルムを折り返して、複数の圧電フィルムを積層した積層圧電素子では、発��の抑制という点では、圧電フィルムの折り返しによる屈曲部が長手方向に沿った構成の方が、有利である。  以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】  各種の部材に当接して音を発生させるエキサイター等として、好適に利用可能である。
【符号の説明】
【０１２５】  １０，５６，５６Ａ，５６Ｂ  積層圧電素子  １２，１２Ｌ，１２Ｌａ，１２Ｌｂ  圧電フィルム  １２ａ、１２ｃ  シート状物  １２ｂ  積層体  １４，５２  貼着層  １６，１１０  電源  ２０，１０２  圧電体層  ２４  下部（薄膜）電極  ２６  上部（薄膜）電極  ２８  下部保護層  ３０  上部保護層  ３４  粘弾性マトリックス  ３６  圧電体粒子  ４０  コロナ電極  ４２  直流電源  ５０  振動板  ５８  芯棒  ６２，６４  引出配線  １００  単位可変素子  １０４  下部電極  １０６  上部電極  １０８  接着層
【図１】
2020095812.tif 000004
【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】
2020095812.tif 000013
【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】
2020095812.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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