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JP2018006679A - Piezoelectric element - Google Patents

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JP2018006679A JP2016135277A JP2016135277A JP2018006679A JP 2018006679 A JP2018006679 A JP 2018006679A JP 2016135277 A JP2016135277 A JP 2016135277A JP 2016135277 A JP2016135277 A JP 2016135277A JP 2018006679 A JP2018006679 A JP 2018006679A
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

【課題】接続信頼性の向上が図られた圧電素子を提供する。【解決手段】 圧電素子10は、一対の電極層30と、該一対の電極層30の間に介在する圧電体層36と、圧電体層36に貫設されたスルーホール導体40とを含む積層部分として非活性部Saを有する積層体20を備えている。そして、非活性部Saには、スルーホール導体40に近接する空隙48がある。圧電素子10では、非活性部Saにおいて、スルーホール導体40に近接する空隙48が、スルーホール導体40周辺の応力や歪みを緩和する。それにより、上記非活性部Saにおいて電極層30やスルーホール導体40の導通不良や断線が生じる事態が抑制される。【選択図】図3A piezoelectric element with improved connection reliability is provided. A piezoelectric element includes a pair of electrode layers, a piezoelectric layer interposed between the pair of electrode layers, and a through-hole conductor that penetrates the piezoelectric layer. The laminated body 20 which has the inactive part Sa as a part is provided. In the inactive portion Sa, there is a gap 48 close to the through-hole conductor 40. In the piezoelectric element 10, the gap 48 that is close to the through-hole conductor 40 in the inactive portion Sa relieves stress and distortion around the through-hole conductor 40. As a result, the occurrence of poor conduction or disconnection of the electrode layer 30 or the through-hole conductor 40 in the inactive portion Sa is suppressed. [Selection] Figure 3

Description

本発明は、圧電素子に関する。   The present invention relates to a piezoelectric element.

従来より、圧電素子として、薄型の積層型圧電素子が知られている。このような圧電素子においては、表面電極や内部電極といった電極層の間は、側面電極または圧電体層に貫設されたスルーホール導体を介して導通が図られる。   Conventionally, a thin laminated piezoelectric element is known as a piezoelectric element. In such a piezoelectric element, conduction between the electrode layers such as the surface electrode and the internal electrode is achieved through a through-hole conductor penetrating the side electrode or the piezoelectric layer.

上記の側面電極は、素体の側面に焼き付けやスパッタ、蒸着等によって設けられることが一般的であるが、このような側面電極は、外部に露出しているため外的要因により破損したり劣化したりしやすい。一方、上記のスルーホール導体は、素体の内部に位置するため、外的要因に対して高い耐性を有する。下記引用文献1には、スルーホール導体を介して電極間の導通が図られたアクチュエータが開示されている。   The side electrode is generally provided on the side surface of the element body by baking, sputtering, vapor deposition, etc., but such a side electrode is exposed to the outside and is therefore damaged or deteriorated due to external factors. Easy to do. On the other hand, since the above-mentioned through-hole conductor is located inside the element body, it has high resistance against external factors. The following cited document 1 discloses an actuator in which conduction between electrodes is achieved through a through-hole conductor.

特開2004−207340号公報JP 2004-207340 A

上述した積層型圧電素子は、電極層と圧電体層とが交互に重なる積層体を有し、積層体は、電極材料と圧電材料とを重ねたものを焼成して得られるが、その焼成時の収縮に起因する残留応力が積層体内部に生じやすい。特に、内部電極と圧電体層とは構成材料や物性が異なるため、その界面や界面周辺に応力が集中する傾向がある。   The laminated piezoelectric element described above has a laminate in which electrode layers and piezoelectric layers are alternately stacked, and the laminate is obtained by firing a laminate of electrode material and piezoelectric material. Residual stress due to the shrinkage of the film tends to occur inside the laminate. In particular, since the internal electrode and the piezoelectric layer have different constituent materials and physical properties, stress tends to concentrate on the interface and the periphery of the interface.

そして、焼成時等において生じる応力は、内部電極やスルーホール導体における導通不良や断線の原因となり、圧電素子の接続信頼性を低下させる。   And the stress which arises at the time of baking etc. causes the conduction defect and disconnection in an internal electrode or a through-hole conductor, and reduces the connection reliability of a piezoelectric element.

そこで、本開示では、接続信頼性の向上が図られた圧電素子を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present disclosure is to provide a piezoelectric element that is improved in connection reliability.

本開示に係る圧電素子は、一対の電極層と、該一対の電極層の間に介在する圧電体層と、該圧電体層に貫設されたスルーホール導体とを含む積層部分を有する積層体を備え、積層部分には、スルーホール導体に近接する空隙がある。   A piezoelectric element according to an embodiment of the present disclosure includes a laminated body including a pair of electrode layers, a piezoelectric layer interposed between the pair of electrode layers, and a through-hole conductor penetrating the piezoelectric layer. The laminated portion has a gap close to the through-hole conductor.

上記圧電素子では、積層部分において、スルーホール導体に近接する空隙が、スルーホール導体周辺の応力や歪みを緩和する。それにより、上記積層部分において電極層やスルーホール導体の導通不良や断線が生じる事態が抑制される。   In the piezoelectric element, the gap close to the through-hole conductor in the laminated portion relieves stress and strain around the through-hole conductor. As a result, the occurrence of poor conduction or disconnection of the electrode layer or the through-hole conductor in the laminated portion is suppressed.

また、電圧を印加したときに圧電体層に電界が生じて変形する活性部と、電圧を印加したときに圧電体層に電界が生じない非活性部とを有し、積層部分は非活性部に位置している態様であってもよい。活性部は分極時や駆動時に変形するため、その変形に伴う応力や歪みの影響を極力避けるために、スルーホール導体を含む積層部分は非活性部に位置する。   In addition, there is an active part that deforms due to an electric field generated in the piezoelectric layer when a voltage is applied, and an inactive part that does not generate an electric field in the piezoelectric layer when a voltage is applied. The aspect located in may be sufficient. Since the active portion is deformed at the time of polarization or driving, the laminated portion including the through-hole conductor is located at the inactive portion in order to avoid the influence of stress and strain accompanying the deformation as much as possible.

また、スルーホール導体の端面の面積が、積層体の積層方向におけるスルーホール導体の中心位置における断面の面積よりも小さい態様であってもよい。このような寸法形状のスルーホール導体によれば、積層部分に付加される応力や歪が緩和される。   Moreover, the aspect of the end surface area of a through-hole conductor may be a mode smaller than the area of the cross section in the center position of the through-hole conductor in the lamination direction of a laminated body. According to the through-hole conductor having such a dimension and shape, stress and strain applied to the laminated portion are alleviated.

本開示によれば、接続信頼性の向上が図られた圧電素子が提供される。   According to the present disclosure, a piezoelectric element with improved connection reliability is provided.

第1実施形態に係る圧電素子の斜視図である。1 is a perspective view of a piezoelectric element according to a first embodiment. 図1に示す圧電素子のII−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of the piezoelectric element shown in FIG. 図1に示す圧電素子の非活性部の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the inactive part of the piezoelectric element shown in FIG. 従来技術に係る圧電素子の非活性部の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the inactive part of the piezoelectric element which concerns on a prior art. 第2実施形態に係る圧電素子の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the piezoelectric element which concerns on 2nd Embodiment. 図5に示す圧電素子の2層目、4層目、6層目、8層目の圧電体層の平面図である。FIG. 6 is a plan view of second, fourth, sixth, and eighth piezoelectric layers of the piezoelectric element shown in FIG. 5. 図5に示す圧電素子の3層目、5層目、7層目の圧電体層の平面図である。FIG. 6 is a plan view of third, fifth, and seventh piezoelectric layers of the piezoelectric element shown in FIG. 5. 図5に示す圧電素子の最上層の圧電体層の平面図である。FIG. 6 is a plan view of the uppermost piezoelectric layer of the piezoelectric element shown in FIG. 5. 図5に示す圧電素子のIX−IX線断面図である。It is the IX-IX sectional view taken on the line of the piezoelectric element shown in FIG. 図5に示す圧電素子の非活性部の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the inactive part of the piezoelectric element shown in FIG.

以下、添付図面を参照して、本開示の実施形態について詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.

まず、第1実施形態に係る圧電素子10の構成について、図1および図2を参照しつつ説明する。   First, the configuration of the piezoelectric element 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図1に示すように、圧電素子10は、一方向に延びる直方体の外形を有する積層体20を備えている。積層体20の寸法は、一例として、長手方向長さ2.0mm、短手方向長さ0.5mm、厚さ0.15mmである。積層体20は、図2に示すように、複数の電極層30と複数の圧電体層36、38とを含み、電極層30と圧電体層36、38とが交互に積層されて構成されている。本実施形態では、積層体20は、電極層30を3層以上含み、圧電体層36、38を2層以上含む。図1、2では、積層体20は、電極層30と圧電体層36、38とをそれぞれ7層ずつ含んでいる。   As shown in FIG. 1, the piezoelectric element 10 includes a stacked body 20 having a rectangular parallelepiped shape extending in one direction. The dimensions of the laminate 20 are, for example, a longitudinal length of 2.0 mm, a lateral length of 0.5 mm, and a thickness of 0.15 mm. As shown in FIG. 2, the stacked body 20 includes a plurality of electrode layers 30 and a plurality of piezoelectric layers 36 and 38, and the electrode layers 30 and the piezoelectric layers 36 and 38 are alternately stacked. Yes. In the present embodiment, the laminate 20 includes three or more electrode layers 30 and two or more piezoelectric layers 36 and 38. 1 and 2, the laminate 20 includes seven electrode layers 30 and seven piezoelectric layers 36 and 38, respectively.

複数の電極層30は、Ptで構成されており、Pt以外の導電材料(Ag−Pd合金、Au−Pd合金、Cu、Ni、Ag等)で構成することもできる。複数の電極層30は、スクリーン印刷等によりパターン形成されている。複数の電極層30は、電極パターンの異なる第1の電極層31、第2の電極層32および第3の電極層33で構成されている。複数の電極層30は、図2に示すように、上から順に、第1の電極層31と第2の電極層32とが交互に並んでおり、最も下の層が第3の電極層33となっている。   The plurality of electrode layers 30 are made of Pt, and can be made of a conductive material other than Pt (Ag—Pd alloy, Au—Pd alloy, Cu, Ni, Ag, etc.). The plurality of electrode layers 30 are patterned by screen printing or the like. The plurality of electrode layers 30 includes a first electrode layer 31, a second electrode layer 32, and a third electrode layer 33 having different electrode patterns. As shown in FIG. 2, in the plurality of electrode layers 30, the first electrode layers 31 and the second electrode layers 32 are alternately arranged in order from the top, and the lowest layer is the third electrode layer 33. It has become.

第1の電極層31の電極パターンは、積層体20の一端部20a付近に形成された短パターン31aと、短パターン31aから所定のギャップを介して積層体20の他端部20bまでの延びる長パターン31bとを含む。第2の電極層32の電極パターンは、第1の電極層31とは対称的なパターンであり、積層体20の他端部20b付近に形成された短パターン32aと、短パターン32aから所定のギャップを介して積層体20の一端部20aまでの延びる長パターン32bとを含む。第3の電極層33は、全域に形成されたパターン(いわゆるベタパターン)である。   The electrode pattern of the first electrode layer 31 includes a short pattern 31a formed near one end 20a of the stacked body 20, and a length extending from the short pattern 31a to the other end 20b of the stacked body 20 through a predetermined gap. Pattern 31b. The electrode pattern of the second electrode layer 32 is a symmetrical pattern with respect to the first electrode layer 31, and a short pattern 32a formed in the vicinity of the other end 20b of the stacked body 20 and a predetermined pattern from the short pattern 32a. And a long pattern 32b extending to one end 20a of the stacked body 20 through a gap. The third electrode layer 33 is a pattern (so-called solid pattern) formed over the entire area.

複数の圧電体層36、38は、いずれも長方形平板状であり、一例として、長手方向長さ2.0mm、短手方向長さ0.5mm、厚さ20μmである。各圧電体層36、38は、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス材料で構成されており、Zn、Nb等の添加物を含んでいる。複数の圧電体層36、38は、上下に電極層30が位置する圧電体層36と、上にのみ電極層30が位置する最下層の圧電体層38とを含む。   Each of the plurality of piezoelectric layers 36 and 38 has a rectangular flat plate shape. As an example, the longitudinal length is 2.0 mm, the lateral length is 0.5 mm, and the thickness is 20 μm. Each of the piezoelectric layers 36 and 38 is made of, for example, a piezoelectric ceramic material mainly composed of lead zirconate titanate, and includes additives such as Zn and Nb. The plurality of piezoelectric layers 36, 38 include a piezoelectric layer 36 in which the electrode layer 30 is located above and below, and a lowermost piezoelectric layer 38 in which the electrode layer 30 is located only above.

圧電体層36には、所定箇所にスルーホール36aが貫設されており、各スルーホール36aが形成された領域には、圧電体層36の上下に位置する電極層30同士を接続するスルーホール導体40が形成されている。すなわち、スルーホール導体40は、圧電体層36に設けられたスルーホール36aに電極材料を充填して構成されている。   Through holes 36 a are provided in predetermined positions in the piezoelectric layer 36, and through holes for connecting the electrode layers 30 positioned above and below the piezoelectric layer 36 are formed in the regions where the through holes 36 a are formed. A conductor 40 is formed. That is, the through-hole conductor 40 is configured by filling a through-hole 36 a provided in the piezoelectric layer 36 with an electrode material.

スルーホール導体40は、積層体20の一端部20aにおいて、スルーホール導体42として、第1の電極層31の短パターン31aと第2の電極層32の長パターン32bとを接続している。そのため、第1の電極層31の短パターン31aおよび第2の電極層32の長パターン32bはいずれも、積層体20表面の第1の電極層31の短パターン31aに接続された外部接続端子T2と電気的に接続されて、同じ極性を有する。   The through-hole conductor 40 connects the short pattern 31 a of the first electrode layer 31 and the long pattern 32 b of the second electrode layer 32 as the through-hole conductor 42 at one end 20 a of the multilayer body 20. Therefore, the short pattern 31a of the first electrode layer 31 and the long pattern 32b of the second electrode layer 32 are both external connection terminals T2 connected to the short pattern 31a of the first electrode layer 31 on the surface of the stacked body 20. And have the same polarity.

また、スルーホール導体40は、積層体20の他端部20bにおいて、スルーホール導体44として、第2の電極層32の短パターン32aと第1の電極層31の長パターン31bとを接続している。また、スルーホール導体40は、積層体20の他端部20bにおいて、スルーホール導体44として、第2の電極層32の短パターン32aと第3の電極層33とを接続している。そのため、第2の電極層32の短パターン32aと第1の電極層31の長パターン31bと第3の電極層33とはいずれも、積層体20表面の第1の電極層31の長パターン31bに接続された外部接続端子T1と電気的に接続されて、同じ極性を有する。   The through-hole conductor 40 connects the short pattern 32 a of the second electrode layer 32 and the long pattern 31 b of the first electrode layer 31 as the through-hole conductor 44 at the other end 20 b of the multilayer body 20. Yes. The through-hole conductor 40 connects the short pattern 32 a of the second electrode layer 32 and the third electrode layer 33 as the through-hole conductor 44 at the other end 20 b of the multilayer body 20. Therefore, the short pattern 32a of the second electrode layer 32, the long pattern 31b of the first electrode layer 31, and the third electrode layer 33 are all long patterns 31b of the first electrode layer 31 on the surface of the stacked body 20. Are electrically connected to the external connection terminal T1 connected to each other and have the same polarity.

圧電素子10においては、積層体20の表面に一対の外部接続端子T1、T2が設けられており、片面に両極性の端子が露出しているため、片面側から導通を取ることができる。   In the piezoelectric element 10, a pair of external connection terminals T 1 and T 2 are provided on the surface of the multilayer body 20, and since bipolar terminals are exposed on one side, conduction can be obtained from one side.

一対の外部接続端子T1、T2の間に電圧が印加されると、積層体20の一端部20a側で接続された電極群(すなわち、第1の電極層31の短パターン31aおよび第2の電極層32の長パターン32b)と、他端部20b側で接続された電極群(すなわち、第1の電極層31の長パターン31b、第2の電極層32の短パターン32aおよび第3の電極層33)とが異なる極性を有する。このとき、積層体20の両端部20a、20bに挟まれた部分、たとえば中央付近において重なり合う第1の電極層31の長パターン31bと第2の電極層32の長パターン32bとの間に電界が生じ、これらの間に位置する圧電体層36の部分が分極方向に応じて変形(伸長または収縮)する。そのため、積層体20の両端部20a、20bに挟まれた部分は、一対の外部接続端子T1、T2の間に電圧が印加された際に変形する活性部Sbとなっている。   When a voltage is applied between the pair of external connection terminals T1 and T2, a group of electrodes connected to the one end portion 20a side of the stacked body 20 (that is, the short pattern 31a and the second electrode of the first electrode layer 31). The long pattern 32b) of the layer 32 and the electrode group connected on the other end 20b side (that is, the long pattern 31b of the first electrode layer 31, the short pattern 32a of the second electrode layer 32, and the third electrode layer). 33) has a different polarity. At this time, an electric field is generated between the long pattern 31b of the first electrode layer 31 and the long pattern 32b of the second electrode layer 32 that overlap each other between the both ends 20a and 20b of the stacked body 20, for example, near the center. As a result, the portion of the piezoelectric layer 36 located between them is deformed (elongated or contracted) in accordance with the polarization direction. Therefore, the portion sandwiched between both end portions 20a and 20b of the laminate 20 is an active portion Sb that is deformed when a voltage is applied between the pair of external connection terminals T1 and T2.

積層体20の一端部20a付近は、同じ極性の電極層部分31a、32bが重なり合う積層部分であるため、一対の外部接続端子T1、T2の間に電圧が印加されても変形はほとんど生じない。そのため、積層体20の一端部20a付近は、電圧が印加されても変形しない非活性部Saとなっている。非活性部Saは、大きな変位が生じない点から、上述したスルーホール導体40の設置に適している。積層体20の他端部20b付近も、同じ極性の電極層部分31b、32aが重なり合う積層部分であるため、一端部20a付近と同様に、電圧が印加されても変形しない非活性部Saとなっている。このように圧電素子10では、積層体20の長手方向に沿って非活性部Saと活性部Sbとが並んでいる。   The vicinity of one end 20a of the stacked body 20 is a stacked portion in which the electrode layer portions 31a and 32b having the same polarity are overlapped. Therefore, even if a voltage is applied between the pair of external connection terminals T1 and T2, deformation hardly occurs. Therefore, the vicinity of one end 20a of the stacked body 20 is an inactive portion Sa that does not deform even when a voltage is applied. The inactive portion Sa is suitable for installation of the above-described through-hole conductor 40 because a large displacement does not occur. The vicinity of the other end portion 20b of the stacked body 20 is also a stacked portion in which the electrode layer portions 31b and 32a having the same polarity are overlapped. ing. As described above, in the piezoelectric element 10, the inactive portion Sa and the active portion Sb are arranged along the longitudinal direction of the stacked body 20.

圧電体層38は、上にのみ第3の電極層33が位置するため、積層体20の両端部20a、20b同様、一対の外部接続端子T1、T2の間に電圧が印加されても変形はほとんど生じない。圧電体層38には、スルーホール導体46が貫設されている。スルーホール導体46は、圧電体層38に設けられたスルーホールに電極材料を充填して構成することができる。スルーホール導体46は、電極層30の導通を目的としないダミーのスルーホール導体であり、たとえば部品の表裏や極性を識別するために用いられ得る。   Since the third electrode layer 33 is positioned only on the piezoelectric layer 38, the deformation is not caused even when a voltage is applied between the pair of external connection terminals T1 and T2, like both ends 20a and 20b of the multilayer body 20. Almost does not occur. A through-hole conductor 46 is provided through the piezoelectric layer 38. The through-hole conductor 46 can be configured by filling a through-hole provided in the piezoelectric layer 38 with an electrode material. The through-hole conductor 46 is a dummy through-hole conductor that is not intended to conduct the electrode layer 30 and can be used, for example, to identify the front and back of the component and the polarity.

積層体20では、一対の外部接続端子T1、T2の間に電圧が印加されても変形が実質的に生じない部分(すなわち、両端部20a、20bおよび最下層の圧電体層38)にのみ、スルーホール導体42、44、46が設けられている。   In the stacked body 20, only a portion where the deformation does not substantially occur even when a voltage is applied between the pair of external connection terminals T <b> 1 and T <b> 2 (that is, both end portions 20 a and 20 b and the lowermost piezoelectric layer 38), Through-hole conductors 42, 44, and 46 are provided.

続いて、非活性部Saにおける電極層30および圧電体層36の構成について、図3を参照しつつ説明する。図3は、積層体20の他端部20b側の非活性部Saの断面を示している。   Next, the configuration of the electrode layer 30 and the piezoelectric layer 36 in the inactive portion Sa will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a cross section of the inactive portion Sa on the other end 20 b side of the stacked body 20.

図3に示すように、非活性部Saでは、同じ極性を有する電極層30(より詳しくは、電極層31b、32a)が、圧電体層36を介して重なっている。なお、説明の便宜上、重なり合う電極層30を上側から順に、第1層30A、第2層30B、第3層30C、第4層30Dとも称す。また、第1層30Aと第2層30Bとの間に介在する圧電体層36を特に第1の圧電体層36Aと称し、第2層30Bと第3層30Cとの間に介在する圧電体層36を特に第2の圧電体層36Bと称し、第3層30Cと第4層30Dとの間に介在する圧電体層36を特に第3の圧電体層36Cと称す。   As shown in FIG. 3, in the inactive portion Sa, electrode layers 30 (more specifically, electrode layers 31 b and 32 a) having the same polarity overlap with each other via the piezoelectric layer 36. For convenience of explanation, the overlapping electrode layers 30 are also referred to as a first layer 30A, a second layer 30B, a third layer 30C, and a fourth layer 30D in order from the upper side. In addition, the piezoelectric layer 36 interposed between the first layer 30A and the second layer 30B is particularly referred to as a first piezoelectric layer 36A, and the piezoelectric body interposed between the second layer 30B and the third layer 30C. The layer 36 is specifically referred to as a second piezoelectric layer 36B, and the piezoelectric layer 36 interposed between the third layer 30C and the fourth layer 30D is specifically referred to as a third piezoelectric layer 36C.

隣り合う第1層30A、第2層30B、第3層30C、第4層30Dの層間は、圧電体層36に貫設されたスルーホール導体40により接続されている。たとえば、第1の圧電体層36Aに貫設された第1のスルーホール導体40Aは、上下に位置する第1層30Aと第2層30Bとを接続する。第2の圧電体層36Bに貫設された第2のスルーホール導体40Bは、上下に位置する第2層30Bと第3層30Cとを接続する。第3の圧電体層36Cに貫設された第3のスルーホール導体40Cは、上下に位置する第3層30Cと第4層30Dとを接続する。   Adjacent layers of the first layer 30A, the second layer 30B, the third layer 30C, and the fourth layer 30D are connected by a through-hole conductor 40 penetrating the piezoelectric layer 36. For example, the first through-hole conductor 40A penetrating through the first piezoelectric layer 36A connects the first layer 30A and the second layer 30B positioned above and below. The second through-hole conductor 40B penetrating through the second piezoelectric layer 36B connects the second layer 30B and the third layer 30C positioned above and below. The third through-hole conductor 40C penetrating through the third piezoelectric layer 36C connects the third layer 30C and the fourth layer 30D positioned above and below.

ただし、上下に隣り合うスルーホール導体40同士は、厚さ方向(積層体20の積層方向)から見て重なっておらず、隣接している。具体的には、第1の圧電体層36Aの第1のスルーホール導体40Aと、第2の圧電体層36Bの第2のスルーホール導体40Bとは、厚さ方向から見て重なっておらず、積層体20の長手方向(図の左右方向)にズレて配置されている。また、第2のスルーホール導体40Bと、第3の圧電体層36Cの第3のスルーホール導体40Cとも、厚さ方向から見て重なっておらず、図の左右方向にズレて配置されている。第3の圧電体層36Cの第3のスルーホール導体40Cは、第1の圧電体層36Aの第1のスルーホール導体40Aと、厚さ方向から見て重なっている。スルーホール導体40のズレ量は、たとえば、スルーホール導体40の最大半径以上であることが好ましく、スルーホール導体40の最大直径以上であることがより好ましい。   However, the through-hole conductors 40 adjacent to each other in the vertical direction do not overlap with each other when viewed from the thickness direction (the stacking direction of the multilayer body 20). Specifically, the first through-hole conductor 40A of the first piezoelectric layer 36A and the second through-hole conductor 40B of the second piezoelectric layer 36B do not overlap when viewed from the thickness direction. The laminated body 20 is arranged so as to be shifted in the longitudinal direction (left-right direction in the figure). Also, the second through-hole conductor 40B and the third through-hole conductor 40C of the third piezoelectric layer 36C do not overlap when viewed from the thickness direction, and are displaced in the left-right direction in the figure. . The third through-hole conductor 40C of the third piezoelectric layer 36C overlaps the first through-hole conductor 40A of the first piezoelectric layer 36A when viewed from the thickness direction. The amount of deviation of the through-hole conductor 40 is preferably, for example, not less than the maximum radius of the through-hole conductor 40, and more preferably not less than the maximum diameter of the through-hole conductor 40.

次に、上述した圧電素子10を作製する手順について説明する。   Next, a procedure for manufacturing the above-described piezoelectric element 10 will be described.

まず、圧電体層36の形成に用いる圧電セラミック粉に、バインダおよび有機溶剤などを加えてペーストにする。そして、得られたペーストを、たとえばドクターブレード法を用いて所定寸法のグリーンシートを複数枚作製する。このとき、バインダに対する可塑剤の割合を調整し、充分に変形するようにする。   First, a binder and an organic solvent are added to the piezoelectric ceramic powder used for forming the piezoelectric layer 36 to obtain a paste. Then, a plurality of green sheets having a predetermined size are produced from the obtained paste using, for example, a doctor blade method. At this time, the ratio of the plasticizer to the binder is adjusted so as to be sufficiently deformed.

各グリーンシートには、スルーホール導体40を形成する箇所に、YAGレーザを用いてスルーホールを形成しておく。   In each green sheet, a through hole is formed at a position where the through hole conductor 40 is formed using a YAG laser.

各グリーンシート上に、電極層30となる電極ペースト(たとえば、Pd−Ag合金(Pd:Ag=3:7))を、上述したパターンとなるようにスクリーン印刷法を用いて塗布形成する。電極ペーストが塗布されると、グリーンシートに形成されたスルーホールに電極ペーストが充填されるが、電極ペーストの粘度や乾燥までの時間に応じて電極ペーストのスルーホールへの充填率が調整される。   On each green sheet, an electrode paste (for example, Pd—Ag alloy (Pd: Ag = 3: 7)) to be the electrode layer 30 is applied and formed using the screen printing method so as to have the above-described pattern. When the electrode paste is applied, the electrode paste is filled into the through holes formed in the green sheet, but the filling rate of the electrode paste into the through holes is adjusted according to the viscosity of the electrode paste and the time until drying. .

続いて、電極ペーストがそれぞれに印刷された複数のグリーンシートを重ね合わせ、さらに温間等方圧プレス(WIP)等のプレス処理をおこない、積層体グリーンを得る。温間等方圧プレスでは、たとえば約80℃の温度下で約50MPaで加圧する。このとき、スルーホール部近傍の電極層となるべき部分を高温等圧下で湾曲させる。   Subsequently, a plurality of green sheets each having an electrode paste printed thereon are superposed and further subjected to a pressing process such as warm isostatic pressing (WIP) to obtain a laminate green. In the warm isostatic press, for example, pressurization is performed at about 50 MPa at a temperature of about 80 ° C. At this time, the portion to be the electrode layer in the vicinity of the through-hole portion is bent under high temperature and constant pressure.

そして、得られた積層体グリーンを焼成する。具体的には、積層体グリーンを安定化ジルコニアで構成されたセッターに載せて、脱バインダ処理をおこない、さらに、積層体グリーンを載せたセッターを安定化ジルコニア質の匣鉢に入れて、約1100℃で焼成する。   And the obtained laminated body green is baked. Specifically, the laminate green is placed on a setter composed of stabilized zirconia and subjected to binder removal treatment. Further, the setter on which the laminate green is placed is placed in a stabilized zirconia mortar and about 1100. Bake at ℃.

焼成後、所定の分極処理を施して、圧電素子10が完成する。分極処理では、たとえば、100℃の温度下で電界強度2kV/mmの電圧を3分間印加する。   After firing, a predetermined polarization process is performed to complete the piezoelectric element 10. In the polarization treatment, for example, a voltage with an electric field strength of 2 kV / mm is applied at a temperature of 100 ° C. for 3 minutes.

上述した手順により得られた圧電素子10においては、図3に示すように、各スルーホール導体40の積層体20の積層方向に関する両端部に窪み40aが形成される。たとえば、第1の圧電体層36Aに貫設された第1のスルーホール導体40Aは、上面に第1のスルーホール導体40Aの側(図3における下側)に窪んだ窪み40aを有し、かつ、下面(第2の圧電体層36B側の端面)に第1のスルーホール導体40Aの側(図3における上側)に窪んだ窪み40aを有する。同様に、第2のスルーホール導体40Bおよび第3のスルーホール導体40Cも、上下面それぞれに窪み40aを有する。   In the piezoelectric element 10 obtained by the above-described procedure, as shown in FIG. 3, depressions 40 a are formed at both end portions in the stacking direction of the stacked body 20 of each through-hole conductor 40. For example, the first through-hole conductor 40A penetrating the first piezoelectric layer 36A has a depression 40a that is recessed on the upper surface side (lower side in FIG. 3) of the first through-hole conductor 40A. In addition, the lower surface (the end surface on the second piezoelectric layer 36B side) has a recess 40a that is recessed on the first through-hole conductor 40A side (the upper side in FIG. 3). Similarly, the second through-hole conductor 40B and the third through-hole conductor 40C also have a recess 40a on each of the upper and lower surfaces.

そして、窪み40aにより、スルーホール導体40が部分的に薄く(すなわち、積層方向長さが短く)なる。図3に示すように、各スルーホール導体40A、40B、40Cの窪み40a部分における厚さは、圧電体層36の厚さよりも薄くなっている。   The through-hole conductor 40 is partially thinned (ie, the length in the stacking direction is short) by the recess 40a. As shown in FIG. 3, the thickness of each through-hole conductor 40 </ b> A, 40 </ b> B, 40 </ b> C in the recess 40 a is thinner than the thickness of the piezoelectric layer 36.

また、各スルーホール導体40に形成された窪み40aに、圧電体層36の突部36bがそれぞれ入り込んでいる。たとえば、第1のスルーホール導体40Aの下面の窪み40aに、第2の圧電体層36Bの上向きの突部36bが入り込んでいる。また、第2のスルーホール導体40Bの上面の窪み40aに、第1の圧電体層36Aの下向きの突部36bが入り込んでいる。   Further, the protrusions 36 b of the piezoelectric layer 36 enter the recesses 40 a formed in the respective through-hole conductors 40. For example, the upward protrusion 36b of the second piezoelectric layer 36B enters the recess 40a on the lower surface of the first through-hole conductor 40A. Further, the downward protruding portion 36b of the first piezoelectric layer 36A enters the recess 40a on the upper surface of the second through-hole conductor 40B.

このようなスルーホール導体40の形状、電極層30の形状および圧電体層36の形状は、圧電素子10の作製時に、スルーホール近傍の電極層を高温等圧下で湾曲させたことで得られると考えられる。   The shape of the through-hole conductor 40, the shape of the electrode layer 30, and the shape of the piezoelectric layer 36 can be obtained by bending the electrode layer in the vicinity of the through-hole under high temperature and constant pressure when the piezoelectric element 10 is manufactured. Conceivable.

また、上述した手順により得られた圧電素子10においては、各スルーホール導体40に近接した複数の空隙48が形成される。より詳しくは、複数の空隙48はそれぞれ、積層体20の積層方向に関して各スルーホール導体40の端部に近接しており、各スルーホール導体40の窪み40aに入り込むように位置している。さらに詳しくは、空隙48は、スルーホール導体40の窪み40aに入り込んだ圧電体層36の突部36bに位置している。各空隙48は、図3に示すように、電極層30の延在方向に沿って一方向に延びる断面を有している。また、各空隙48の内部は不活性ガスで充たされている。   In the piezoelectric element 10 obtained by the above-described procedure, a plurality of gaps 48 close to each through-hole conductor 40 are formed. More specifically, each of the plurality of gaps 48 is close to the end of each through-hole conductor 40 in the stacking direction of the multilayer body 20 and is positioned so as to enter the recess 40 a of each through-hole conductor 40. More specifically, the air gap 48 is located at the protrusion 36 b of the piezoelectric layer 36 that has entered the recess 40 a of the through-hole conductor 40. As shown in FIG. 3, each gap 48 has a cross section extending in one direction along the extending direction of the electrode layer 30. The interior of each gap 48 is filled with an inert gas.

さらに、上述した手順により得られた圧電素子10においては、スルーホール導体40が、厚さ方向における中心位置が膨らんだ形状となる。スルーホール導体40においては、スルーホール導体40の両端部の端面の面積Sが、スルーホール導体40の厚さ方向における中心位置の断面の面積Sよりも小さくなっている。 Furthermore, in the piezoelectric element 10 obtained by the above-described procedure, the through-hole conductor 40 has a shape in which the center position in the thickness direction swells. In the through-hole conductors 40, the area S 1 of the end face of the end portions of the through-hole conductors 40 is smaller than the area S 2 of a cross section of the center position in the thickness direction of the through-hole conductors 40.

以上において説明したとおり、圧電素子10は、一対の電極層30(たとえば、図3の第1層30Aと第2層30B)と、該一対の電極層30の間に介在する圧電体層36と、圧電体層36に貫設されたスルーホール導体40(たとえば、図3の第1のスルーホール導体40A)とを含む積層部分として非活性部Saを有する積層体20を備えている。そして、非活性部Saには、スルーホール導体40に近接する空隙48がある。   As described above, the piezoelectric element 10 includes the pair of electrode layers 30 (for example, the first layer 30A and the second layer 30B in FIG. 3) and the piezoelectric layer 36 interposed between the pair of electrode layers 30. The multilayer body 20 having the inactive portion Sa as a multilayer portion including the through-hole conductor 40 (for example, the first through-hole conductor 40A in FIG. 3) penetrating the piezoelectric layer 36 is provided. In the inactive portion Sa, there is a gap 48 close to the through-hole conductor 40.

上記圧電素子10では、非活性部Saにおいて、スルーホール導体40に近接する空隙48が、スルーホール導体40周辺の応力や歪みを緩和する。それにより、上記非活性部Saにおいて電極層30やスルーホール導体40の導通不良や断線が生じる事態が抑制される。特に、上述した実施形態においては、非活性部Saには複数の空隙48があり、複数のスルーホール導体40のそれぞれに空隙48が近接している。そのため、複数のスルーホール導体40それぞれにおいて応力や歪みが緩和され、非活性部Saにおける導通不良や断線が生じる事態がさらに抑制される。   In the piezoelectric element 10, the gap 48 close to the through-hole conductor 40 in the inactive portion Sa relieves stress and distortion around the through-hole conductor 40. As a result, the occurrence of poor conduction or disconnection of the electrode layer 30 or the through-hole conductor 40 in the inactive portion Sa is suppressed. In particular, in the above-described embodiment, the inactive portion Sa has a plurality of gaps 48, and the gaps 48 are close to each of the plurality of through-hole conductors 40. Therefore, stress and distortion are alleviated in each of the plurality of through-hole conductors 40, and the occurrence of poor conduction and disconnection in the inactive portion Sa is further suppressed.

図4に、従来技術に係る圧電素子の非活性部の要部拡大断面図を示す。図4おいて、符号52、54、56はそれぞれ、電極層、圧電体層、スルーホール導体を示す。図4に示すように、従来技術に係る圧電素子の非活性部においては、スルーホール導体56周辺に生じる応力や歪みを緩和する空隙が存在しない。そのため、従来技術係る圧電素子では、スルーホール導体56における応力や歪みが緩和されず、非活性部において電極層52やスルーホール導体56の導通不良や断線が生じる虞がある。   FIG. 4 shows an enlarged cross-sectional view of the main part of the inactive part of the piezoelectric element according to the prior art. In FIG. 4, reference numerals 52, 54, and 56 denote an electrode layer, a piezoelectric layer, and a through-hole conductor, respectively. As shown in FIG. 4, in the inactive portion of the piezoelectric element according to the related art, there is no gap that relaxes the stress and strain generated around the through-hole conductor 56. Therefore, in the piezoelectric element according to the related art, the stress and distortion in the through-hole conductor 56 are not relieved, and there is a possibility that the electrode layer 52 and the through-hole conductor 56 may be poorly connected or disconnected in the inactive portion.

空隙48の位置は、スルーホール導体40に対して積層体20の積層方向に近接した位置(すなわち、縦並びの位置)に限らず、積層方向に直交する方向に近接した位置(すなわち、横並びの位置)であってもよい。   The position of the air gap 48 is not limited to the position close to the through-hole conductor 40 in the stacking direction of the multilayer body 20 (that is, the vertically aligned position), but the position close to the direction perpendicular to the stacking direction (that is, the horizontally aligned position). Position).

なお、方向や大きさが多様な応力や歪みを緩和するために、複数の空隙48それぞれの位置(スルーホール導体40に対する相対位置)や寸法は一様でなく、不均一および不規則にすることができる。スルーホール導体40に対して積層体20の積層方向に近接した位置(すなわち、縦並びの位置)に限らず、積層方向に直交する方向に近接した位置(すなわち、横並びの位置)であってもよい。   In addition, in order to relieve stresses and strains with various directions and sizes, the positions (relative positions with respect to the through-hole conductors) and dimensions of the plurality of air gaps 48 are not uniform, and are not uniform and irregular. Can do. Not only the position close to the through-hole conductor 40 in the stacking direction of the multilayer body 20 (that is, the vertically aligned position) but also the position close to the direction orthogonal to the stacking direction (that is, the horizontally aligned position). Good.

ただし、スルーホール導体40の窪み40aに入り込むように位置する上述した空隙48は、応力や歪みを効果的に緩和できるため、複数の空隙48のうちの少なくとも一部は上記位置に存在させることができる。   However, since the above-described air gap 48 positioned so as to enter the recess 40a of the through-hole conductor 40 can effectively relieve stress and strain, at least a part of the plurality of air gaps 48 may be present at the above position. it can.

また、圧電素子10が、電圧を印加したときに圧電体層36に電界が生じて変形する活性部Sbと、電圧を印加したときに圧電体層36に電界が生じない非活性部Saとを有しており、圧電素子10においては、上述した積層部分は非活性部Saに位置している。上述したとおり、活性部Sbは分極時や駆動時に変形して内部応力や歪が生じるため、その変形に伴う応力や歪みの影響を極力避けるために、スルーホール導体40を含む積層部分は非活性部Saに位置している。   In addition, the piezoelectric element 10 includes an active portion Sb that deforms due to an electric field generated in the piezoelectric layer 36 when a voltage is applied, and an inactive portion Sa that does not generate an electric field in the piezoelectric layer 36 when a voltage is applied. In the piezoelectric element 10, the above-described laminated portion is located in the inactive portion Sa. As described above, the active portion Sb is deformed at the time of polarization or driving to generate internal stress or strain. Therefore, in order to avoid the influence of stress or strain accompanying the deformation as much as possible, the laminated portion including the through-hole conductor 40 is inactive. Located in the part Sa.

圧電素子10では、圧電素子10を作製する際の焼成のときに非活性部Saに生じる内部応力(すなわち、焼成時の収縮による残留応力)や外部から非活性部Saに付加された応力は、第1のスルーホール導体40A下面の窪み40aと第2のスルーホール導体40B上面の窪み40aとによって緩和される。それにより、たとえばスルーホール導体40の変形や断裂等が抑制され、非活性部Saにおける電極層30やスルーホール導体40の導通不良や断線が生じる事態が抑制される。   In the piezoelectric element 10, internal stress generated in the inactive portion Sa during firing (ie, residual stress due to shrinkage during firing) and stress applied to the inactive portion Sa from the outside are as follows. It is alleviated by the depression 40a on the lower surface of the first through-hole conductor 40A and the depression 40a on the upper surface of the second through-hole conductor 40B. Thereby, for example, deformation or breakage of the through-hole conductor 40 is suppressed, and a situation in which the electrode layer 30 or the through-hole conductor 40 in the inactive portion Sa is poor or disconnected is suppressed.

さらに、非活性部Saでは、スルーホール導体40の窪み40aに圧電体層36の突部36bが入り込んでいるため、スルーホール導体40に対する圧電体層36の保持力が増している。そのため、スルーホール導体56の端面(上下面)が平坦であり圧電体層54が入り込んでいない構成(図4参照)に比べ、スルーホール導体40の窪み40aに圧電体層36の突部36bが入り込んでいる構成では、スルーホール導体40の変位や変形が抑制または阻害される。その結果、非活性部Saにおける導通不良や断線が生じる事態が抑制される。   Further, in the inactive portion Sa, the protrusion 36 b of the piezoelectric layer 36 enters the recess 40 a of the through-hole conductor 40, so that the holding force of the piezoelectric layer 36 with respect to the through-hole conductor 40 is increased. Therefore, compared to a configuration (see FIG. 4) in which the end surface (upper and lower surfaces) of the through-hole conductor 56 is flat and the piezoelectric layer 54 does not enter (see FIG. 4), the protrusion 36b of the piezoelectric layer 36 is formed in the recess 40a of the through-hole conductor 40. In the structure which has penetrated, the displacement and deformation | transformation of the through-hole conductor 40 are suppressed or inhibited. As a result, a situation in which poor conduction or disconnection occurs in the inactive portion Sa is suppressed.

また、上述した圧電素子10では、スルーホール導体40が、厚さ方向における中心位置が膨らんだ形状となっており、スルーホール導体40の両端部の端面の面積Sが、スルーホール導体40の厚さ方向における中心位置の断面の面積Sよりも小さくなっている。このような形状のスルーホール導体40によれば、非活性部Saに付加される応力や歪が緩和される。また、スルーホール導体40の厚さ方向から見て断線しやすいスルーホール中心部への電界集中が避けられるため、電界集中による断線を抑制することができる。さらに、スルーホール導体40の厚さ方向における中心位置の断面の面積Sがスルーホール導体40の両端部の端面の面積Sより大きいため、圧電体層36内でのアンカー効果が大きいスルーホール構造となり、スルーホール導体40の不要な変形が抑制されて端面の歪みが緩和される。 Further, in the piezoelectric element 10 described above, the through-hole conductor 40 has a shape in which the center position in the thickness direction swells, and the area S 1 of the end faces of both end portions of the through-hole conductor 40 is equal to that of the through-hole conductor 40. It is smaller than the area S 2 of a cross section of the center position in the thickness direction. According to the through-hole conductor 40 having such a shape, stress and strain applied to the inactive portion Sa are alleviated. In addition, since electric field concentration at the center of the through hole that can be easily disconnected when viewed from the thickness direction of the through hole conductor 40 is avoided, disconnection due to electric field concentration can be suppressed. Furthermore, since larger area S 1 of the end face of the end portions of the cross section of the area S 2 is through-hole conductors 40 at the center position in the thickness direction of the through-hole conductors 40, through anchor effect in the piezoelectric layer within 36 large holes As a result, unnecessary deformation of the through-hole conductor 40 is suppressed and distortion of the end face is alleviated.

なお、圧電素子10では、積層体20の一端部20a側の非活性部Saが、上述した他端部20b側の非活性部Saと同様の電極層30、圧電体層36およびスルーホール導体40の構成を有しているため、一端部20a側の非活性部Saでも上記と同様の効果が得られる。   In the piezoelectric element 10, the inactive portion Sa on the one end 20 a side of the multilayer body 20 has the same electrode layer 30, piezoelectric layer 36, and through-hole conductor 40 as the inactive portion Sa on the other end 20 b side described above. Therefore, the same effect as described above can be obtained even in the inactive portion Sa on the one end portion 20a side.

次に、第2実施形態に係る圧電素子100の構成について、図5〜8を参照しつつ説明する。   Next, the configuration of the piezoelectric element 100 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.

図5に示されるように、圧電素子100は、個別電極102が形成された複数の圧電体層103と、コモン電極104が形成された複数の圧電体層105とが交互に積層され、更に、端子電極117、118が形成された圧電体層107が最上層に積層されることで構成されている。   As shown in FIG. 5, the piezoelectric element 100 includes a plurality of piezoelectric layers 103 in which individual electrodes 102 are formed and a plurality of piezoelectric layers 105 in which common electrodes 104 are formed. The piezoelectric layer 107 on which the terminal electrodes 117 and 118 are formed is configured by being laminated on the uppermost layer.

圧電素子100は、一方向に延びる直方体の外形を有する積層体101を備えている。積層体101の寸法は、一例として、長手方向長さ30.0mm、短手方向長さ15.0mm、厚さ0.30mmである。   The piezoelectric element 100 includes a laminated body 101 having a rectangular parallelepiped shape extending in one direction. The dimensions of the laminate 101 are, for example, a length in the longitudinal direction of 30.0 mm, a length in the short direction of 15.0 mm, and a thickness of 0.30 mm.

複数の圧電体層103、107は、いずれも長方形平板状であり、一例として、長手方向長さ30.0mm、短手方向長さ15.0mm、厚さ30μmである。各圧電体層36は、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス材料で構成されており、Nb、Sr等の添加物を含んでいる。   Each of the plurality of piezoelectric layers 103 and 107 has a rectangular flat plate shape. As an example, the length in the longitudinal direction is 30.0 mm, the length in the lateral direction is 15.0 mm, and the thickness is 30 μm. Each piezoelectric layer 36 is made of, for example, a piezoelectric ceramic material mainly composed of lead zirconate titanate, and includes additives such as Nb and Sr.

各圧電体層103、105、107は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス材料からなり、例えば「15mm×30mm、厚さ30μm」の長方形薄板状に形成されている。また、個別電極102、コモン電極104および端子電極117、118は、Ag−Pd合金(Ag70wt%、Pd30wt%)で構成されており、Ag−Pd合金以外の導電材料(Ag−Pt合金、Au−Pd合金、Cu、Ni等)で構成することもできる。スクリーン印刷によりパターン形成されたものである。   Each of the piezoelectric layers 103, 105, 107 is made of a piezoelectric ceramic material mainly composed of lead zirconate titanate, and is formed in a rectangular thin plate shape of, for example, “15 mm × 30 mm, thickness 30 μm”. The individual electrode 102, the common electrode 104, and the terminal electrodes 117 and 118 are made of an Ag—Pd alloy (Ag 70 wt%, Pd 30 wt%), and a conductive material other than the Ag—Pd alloy (Ag—Pt alloy, Au— (Pd alloy, Cu, Ni, etc.). The pattern is formed by screen printing.

最上層の圧電体層107から数えて2層目、4層目、6層目、8層目の圧電体層103の上面には、図7に示されるように、複数の長方形状の個別電極102が千鳥配置されている。各個別電極102は、その長手方向が圧電体層103の長手方向と直交するように配置されており、隣り合う個別電極102、102は、所定の間隔をとることによって電気的な独立が達成され、且つ互いの振動による影響が防止されている。   On the upper surface of the second, fourth, sixth, and eighth piezoelectric layers 103 counted from the uppermost piezoelectric layer 107, a plurality of rectangular individual electrodes are formed as shown in FIG. 102 are staggered. Each individual electrode 102 is arranged so that the longitudinal direction thereof is orthogonal to the longitudinal direction of the piezoelectric layer 103, and electrical independence is achieved between adjacent individual electrodes 102, 102 by taking a predetermined interval. And the influence by mutual vibration is prevented.

ここで、圧電体層3の長手方向を列方向、当該長手方向と直交する方向を行方向とすると、個別電極102は、例えば4行に並べて千鳥状に配置される。複数の個別電極102を千鳥配置にすることで、圧電体層103に対して効率の良い配置が可能となるため、圧電体層103において変形に寄与する活性部の面積を維持しつつ、圧電素子100の小型化或いは個別電極102の高集積化を図ることができる。   Here, assuming that the longitudinal direction of the piezoelectric layer 3 is the column direction and the direction orthogonal to the longitudinal direction is the row direction, the individual electrodes 102 are arranged in, for example, four rows in a staggered manner. By arranging the plurality of individual electrodes 102 in a staggered arrangement, it is possible to arrange the individual electrodes 102 efficiently with respect to the piezoelectric layer 103. Therefore, while maintaining the area of the active portion contributing to deformation in the piezoelectric layer 103, the piezoelectric element 100 can be downsized or the individual electrode 102 can be highly integrated.

各個別電極102は、近接する個別電極との間で対向する端部を接続端部102aとし、その接続端部102aの直下において、図9に示すように、圧電体層103に貫設されたスルーホール導体114に接続されている。スルーホール導体114は、圧電体層103に設けられたスルーホール136aに電極材料を充填して構成されている。   Each of the individual electrodes 102 has an end facing the adjacent individual electrode as a connection end 102a, and directly penetrates the piezoelectric layer 103 as shown in FIG. 9 immediately below the connection end 102a. The through-hole conductor 114 is connected. The through-hole conductor 114 is configured by filling a through-hole 136 a provided in the piezoelectric layer 103 with an electrode material.

さらに、圧電体層103の上面の縁部には、上下に位置する圧電体層105のコモン電極104同士を電気的に接続するための中継電極106が形成されている。この中継電極106は、その直下において圧電体層103に貫設されたスルーホール導体114に接続されている。   Further, a relay electrode 106 for electrically connecting the common electrodes 104 of the piezoelectric layer 105 positioned above and below is formed on the edge of the upper surface of the piezoelectric layer 103. The relay electrode 106 is connected to a through-hole conductor 114 that penetrates the piezoelectric layer 103 immediately below the relay electrode 106.

なお、最下層の圧電体層103の上面にも、上述した2層目、4層目、6層目、8層目の圧電体層103と同様に個別電極102が千鳥配置されている。ただし、最下層の圧電体層103は、中継電極106及びスルーホール導体114が形成されていない点で、2層目、4層目、6層目、8層目の圧電体層103と異なっている。   The individual electrodes 102 are also arranged in a staggered manner on the upper surface of the lowermost piezoelectric layer 103 as in the second, fourth, sixth, and eighth piezoelectric layers 103 described above. However, the lowermost piezoelectric layer 103 is different from the second, fourth, sixth, and eighth piezoelectric layers 103 in that the relay electrode 106 and the through-hole conductor 114 are not formed. Yes.

また、最上層の圧電体層107から数えて3層目、5層目、7層目、9層目の圧電体層105の上面には、図7に示されるように、積層体101の積層方向(すなわち、積層型圧電素子100の厚さ方向)において圧電体層103の各接続端部102aに対向するように中継電極116が形成されている。各中継電極116は、その直下において、図9に示すように、圧電体層105に貫設されたスルーホール導体114に接続されている。スルーホール導体114は、圧電体層105に設けられたスルーホール136aに電極材料を充填して構成されている。   Further, as shown in FIG. 7, the laminated body 101 is laminated on the upper surface of the third, fifth, seventh, and ninth piezoelectric layers 105 counted from the uppermost piezoelectric layer 107. A relay electrode 116 is formed to face each connection end 102a of the piezoelectric layer 103 in the direction (that is, the thickness direction of the multilayer piezoelectric element 100). As shown in FIG. 9, each relay electrode 116 is connected to a through-hole conductor 114 penetrating through the piezoelectric layer 105 as shown in FIG. The through-hole conductor 114 is configured by filling a through-hole 136 a provided in the piezoelectric layer 105 with an electrode material.

さらに、圧電体層105の上面にはコモン電極104が形成されている。このコモン電極104は、1行目及び2行目の中継電極116の集合と、3行目及び4行目の中継電極116の集合とのそれぞれを所定の間隔をとって包囲すると共に、積層方向から見て、各個別電極102の接続端部102aを除く部分と重なっている。これにより、圧電体層103、105において各個別電極102の接続端部102aを除く部分に対向する部分の全体を、変形に寄与する活性部(図9の活性部Sb)として有効に用いることができる。また、コモン電極104は、圧電体層105の外周部から所定の間隔をとって形成され、積層方向において圧電体層103の中継電極106に対向するように圧電体層105に貫設されたスルーホール導体114に接続されている。   Further, a common electrode 104 is formed on the upper surface of the piezoelectric layer 105. The common electrode 104 surrounds the set of the relay electrodes 116 in the first row and the second row and the set of the relay electrodes 116 in the third row and the fourth row with a predetermined interval, and in the stacking direction. As seen from the figure, the individual electrodes 102 overlap the portions excluding the connection end 102a. Accordingly, the entire portion of the piezoelectric layers 103 and 105 facing the portion excluding the connection end portion 102a of each individual electrode 102 is effectively used as the active portion (active portion Sb in FIG. 9) contributing to deformation. it can. In addition, the common electrode 104 is formed at a predetermined interval from the outer periphery of the piezoelectric layer 105, and is a through-hole that penetrates the piezoelectric layer 105 so as to face the relay electrode 106 of the piezoelectric layer 103 in the stacking direction. The hole conductor 114 is connected.

なお、9層目の圧電体層105の上面にも、上述した3層目、5層目、7層目の圧電体層105と同様に中継電極116及びコモン電極104が形成されている。ただし、9層目の圧電体層105は、積層方向において圧電体層103の中継電極106に対向するスルーホール導体114が形成されていない点で、3層目、5層目、7層目の圧電体層105と異なっている。   Note that the relay electrode 116 and the common electrode 104 are also formed on the upper surface of the ninth piezoelectric layer 105 in the same manner as the third, fifth, and seventh piezoelectric layers 105 described above. However, the ninth piezoelectric layer 105 has a third layer, a fifth layer, and a seventh layer in that the through-hole conductor 114 facing the relay electrode 106 of the piezoelectric layer 103 is not formed in the stacking direction. Different from the piezoelectric layer 105.

また、最上層の圧電体層107の上面には、図8に示されるように、積層方向において圧電体層103の各個別電極102の接続端部102aに対向するように端子電極117が形成され、積層方向において圧電体層103の中継電極106に対向するように端子電極118が形成されている。各端子電極117、118は、その直下において圧電体層107に貫設されたスルーホール導体114に接続されている。   Further, as shown in FIG. 8, a terminal electrode 117 is formed on the upper surface of the uppermost piezoelectric layer 107 so as to face the connection end portion 102a of each individual electrode 102 of the piezoelectric layer 103 in the stacking direction. A terminal electrode 118 is formed so as to face the relay electrode 106 of the piezoelectric layer 103 in the stacking direction. Each of the terminal electrodes 117 and 118 is connected to a through-hole conductor 114 that penetrates the piezoelectric layer 107 immediately below.

これらの端子電極117、118には、駆動電源に接続するためにFPC(flexible printed circuit board)等のリード線が半田付けされる。そのため、リード線を半田付けするに際して半田を載せ易くすべく、端子電極117、118においては、Ag及びPdにより構成された導電材料からなる下地電極層上に、半田ぬれ性を良好にするためにAgにより構成された導電材料からなる表面電極層が形成されている。   These terminal electrodes 117 and 118 are soldered with lead wires such as an FPC (flexible printed circuit board) for connection to a driving power source. Therefore, in order to make it easy to put solder when soldering the lead wires, in the terminal electrodes 117 and 118, in order to improve solder wettability on the base electrode layer made of a conductive material composed of Ag and Pd. A surface electrode layer made of a conductive material made of Ag is formed.

最上層の圧電体層107に形成された端子電極117、118の厚さは、他の電極層102、104、116の厚さよりも厚く、約1〜2μmである。端子電極117、118の厚さは、他の電極層102、104、116の厚さに対して、好ましくは5〜50%、より好ましくは10〜30%厚い。   The terminal electrodes 117 and 118 formed on the uppermost piezoelectric layer 107 are approximately 1 to 2 μm thicker than the other electrode layers 102, 104 and 116. The thicknesses of the terminal electrodes 117 and 118 are preferably 5 to 50%, more preferably 10 to 30% thicker than the thicknesses of the other electrode layers 102, 104 and 116.

なお、最上層の圧電体層107の上面の周縁部にはダミー電極パターンを配置してもよい。周縁部にダミー電極パターンを配置することにより、プレス時の圧力の偏りが少なくなり、プレス後のグリーン密度のばらつきを低減できるという効果が得られる。   A dummy electrode pattern may be disposed on the peripheral edge of the upper surface of the uppermost piezoelectric layer 107. By disposing the dummy electrode pattern at the peripheral edge, there is an effect that the uneven pressure in pressing is reduced, and variation in green density after pressing can be reduced.

以上のように電極パターンが形成された圧電体層103、105、107の積層によって、最上層の端子電極118に対しては、積層方向において4つのコモン電極104が中継電極106を介在させて整列し、整列した各電極層104、106は、スルーホール導体114により電気的に接続されることになる。   By stacking the piezoelectric layers 103, 105, and 107 on which the electrode pattern is formed as described above, four common electrodes 104 are aligned with the relay electrode 106 in the stacking direction with respect to the uppermost terminal electrode 118. The aligned electrode layers 104 and 106 are electrically connected by the through-hole conductor 114.

また、最上層の各端子電極117に対しては、積層方向において5つの個別電極102が中継電極116を介在させて整列し、整列した各電極層102、116は、図9に示されるように、スルーホール導体114により電気的に接続されることになる。   Further, with respect to each terminal electrode 117 of the uppermost layer, five individual electrodes 102 are aligned with the relay electrode 116 interposed in the stacking direction, and the aligned electrode layers 102 and 116 are arranged as shown in FIG. The through-hole conductor 114 is electrically connected.

なお、積層体101の積層方向から見て隣り合うスルーホール導体114は、図9に示すように、それぞれの中心軸が重ならないように設計されており、積層方向から見て所定の間隔を空けて個別電極102の延在方向に沿って隣接するように、各圧電体層103、105に形成されている。隣り合うスルーホール導体114をこのように配置することで、スルーホール導体114による電気的な接続が確実化されている。   As shown in FIG. 9, the through-hole conductors 114 adjacent to each other when viewed from the stacking direction of the multilayer body 101 are designed so that their central axes do not overlap each other, and have a predetermined interval when viewed from the stacking direction. The piezoelectric layers 103 and 105 are formed so as to be adjacent to each other along the extending direction of the individual electrodes 102. By arranging the adjacent through-hole conductors 114 in this way, electrical connection by the through-hole conductors 114 is ensured.

積層型圧電素子100は、上述したとおりの電気的接続となっているため、所定の端子電極117と端子電極118との間に電圧を印加すると、個別電極102とコモン電極104との間に電圧が印加されて、個別電極102とコモン電極104とで圧電体層103、105が挟まれた部分である活性部Sbが変位する。したがって、電圧を印加する端子電極117を選択することで、マトリックス状に配置された各個別電極102に対応する活性部Sbのうち、選択した端子電極117下に整列する活性部Sbを積層方向に変位させることができる。このような積層型圧電素子100は、マイクロポンプの弁制御等、微小変位を必要とする種々の装置の駆動源に適用される。   Since the multilayer piezoelectric element 100 is electrically connected as described above, when a voltage is applied between the predetermined terminal electrode 117 and the terminal electrode 118, the voltage between the individual electrode 102 and the common electrode 104 is applied. Is applied, and the active portion Sb, which is a portion where the piezoelectric layers 103 and 105 are sandwiched between the individual electrode 102 and the common electrode 104, is displaced. Therefore, by selecting the terminal electrode 117 to which the voltage is applied, among the active portions Sb corresponding to the individual electrodes 102 arranged in a matrix, the active portions Sb aligned under the selected terminal electrode 117 are arranged in the stacking direction. Can be displaced. Such a laminated piezoelectric element 100 is applied to a drive source of various devices that require minute displacement, such as valve control of a micropump.

一方、個別電極102の接続端部102aと中継電極116とが重なる部分は、同じ極性の電極層31a、32bが重なり合う積層部分であるため、電圧が印加されてもほとんど変形しない。そのため、図9に示すように、個別電極102の接続端部102aと中継電極116とが重なる部分は、変形に寄与しない非活性部Saとなっている。また、最上層の圧電体層107は下にのみ個別電極102が位置するため、電圧が印加されても変形はほとんど生じない。積層体101では、電圧が印加されても変形が実質的に生じない部分(すなわち、個別電極102の接続端部102aと中継電極116とが重なる部分)にのみ、スルーホール導体114が設けられている。   On the other hand, the portion where the connection end portion 102a of the individual electrode 102 and the relay electrode 116 overlap is a laminated portion where the electrode layers 31a and 32b having the same polarity overlap each other, and therefore hardly deforms even when a voltage is applied. Therefore, as shown in FIG. 9, a portion where the connection end portion 102a of the individual electrode 102 and the relay electrode 116 overlap with each other is an inactive portion Sa that does not contribute to deformation. Further, since the individual electrode 102 is positioned only below the uppermost piezoelectric layer 107, deformation hardly occurs even when a voltage is applied. In the laminated body 101, the through-hole conductor 114 is provided only in a portion where the deformation does not substantially occur even when a voltage is applied (that is, a portion where the connection end portion 102a of the individual electrode 102 and the relay electrode 116 overlap). Yes.

図9、10に示すように、非活性部Saでは、同じ極性を有する電極層130(より詳しくは、個別電極102、中継電極116)が、圧電体層103、105を介して重なっている。なお、説明の便宜上、重なり合う電極層130を上側から順に、第1層130A、第2層130B、第3層130C、第4層130Dとも称す。また、第1層130Aと第2層130Bとの間に介在する圧電体層103を特に第1の圧電体層136Aと称し、第2層130Bと第3層130Cとの間に介在する圧電体層105を特に第2の圧電体層136Bと称し、第3層130Cと第4層130Dとの間に介在する圧電体層103を特に第3の圧電体層136Cと称す。   As shown in FIGS. 9 and 10, in the inactive portion Sa, electrode layers 130 (more specifically, individual electrodes 102 and relay electrodes 116) having the same polarity overlap with each other via the piezoelectric layers 103 and 105. For convenience of explanation, the overlapping electrode layers 130 are also referred to as a first layer 130A, a second layer 130B, a third layer 130C, and a fourth layer 130D in order from the top. The piezoelectric layer 103 interposed between the first layer 130A and the second layer 130B is particularly referred to as a first piezoelectric layer 136A, and the piezoelectric body interposed between the second layer 130B and the third layer 130C. The layer 105 is particularly referred to as a second piezoelectric layer 136B, and the piezoelectric layer 103 interposed between the third layer 130C and the fourth layer 130D is specifically referred to as a third piezoelectric layer 136C.

隣り合う第1層130A、第2層130B、第3層130C、第4層130Dの層間は、圧電体層103、105に貫設されたスルーホール導体114により接続されている。ただし、上下に隣り合うスルーホール導体114同士は、厚さ方向(積層体101の積層方向)から見て重なっておらず、隣接している。具体的には、第1の圧電体層136Aの第1のスルーホール導体114Aと、第2の圧電体層136Bの第2のスルーホール導体114Bとは、厚さ方向から見て重なっておらず、図の左右方向(すなわち、個別電極102の延在方向)にズレて配置されている。また、第2のスルーホール導体114Bと、第3の圧電体層136Cの第3のスルーホール導体114Cも、厚さ方向から見て重なっておらず、図の左右方向にズレて配置されている。第3の圧電体層136Cの第3のスルーホール導体114Cは、第1の圧電体層136Aの第1のスルーホール導体114Aと、厚さ方向から見て重なっている。スルーホール導体114のズレ量は、たとえば、スルーホール導体114の最大半径以上であることが好ましく、スルーホール導体114の最大直径以上であることがより好ましい。   The adjacent first layer 130 </ b> A, second layer 130 </ b> B, third layer 130 </ b> C, and fourth layer 130 </ b> D are connected by a through-hole conductor 114 penetrating the piezoelectric layers 103 and 105. However, the through-hole conductors 114 adjacent to each other in the vertical direction do not overlap with each other when viewed from the thickness direction (the stacking direction of the stacked body 101). Specifically, the first through-hole conductor 114A of the first piezoelectric layer 136A and the second through-hole conductor 114B of the second piezoelectric layer 136B do not overlap when viewed from the thickness direction. These are arranged so as to be shifted in the left-right direction in the drawing (that is, the extending direction of the individual electrode 102). Further, the second through-hole conductor 114B and the third through-hole conductor 114C of the third piezoelectric layer 136C are not overlapped when viewed from the thickness direction, and are shifted in the horizontal direction in the drawing. . The third through-hole conductor 114C of the third piezoelectric layer 136C overlaps the first through-hole conductor 114A of the first piezoelectric layer 136A when viewed from the thickness direction. The amount of deviation of the through-hole conductor 114 is preferably, for example, not less than the maximum radius of the through-hole conductor 114, and more preferably not less than the maximum diameter of the through-hole conductor 114.

圧電素子100を作製する手順は、上述した圧電素子10を作製する手順と同様である。すなわち、所定パターンの電極ペーストを塗布したグリーンシートを重ねて、温間等方圧プレス等のプレス処理をおこない、積層グリーンシートを得る。このとき、スルーホール近傍の電極層となるべき部分を高温等圧下で湾曲させる。そして、得られた積層体グリーンを焼成するとともに所定の分極処理を施して、圧電素子100が完成する。   The procedure for manufacturing the piezoelectric element 100 is the same as the procedure for manufacturing the piezoelectric element 10 described above. That is, green sheets coated with a predetermined pattern of electrode paste are stacked and subjected to a pressing process such as warm isostatic pressing to obtain a laminated green sheet. At this time, a portion to be an electrode layer in the vicinity of the through hole is bent under high temperature and pressure. Then, the obtained green laminate is fired and subjected to a predetermined polarization treatment, whereby the piezoelectric element 100 is completed.

上述した手順により得られた圧電素子100においては、図10に示すように、各スルーホール導体114の積層体101の積層方向に関する両端部に窪み114aが形成される。たとえば、第1の圧電体層136Aに貫設された第1のスルーホール導体114Aは、上面に第1のスルーホール導体114Aの側(図10における下側)に窪んだ窪み114aを有し、かつ、下面(第2の圧電体層136B側の端面)に第1のスルーホール導体114Aの側(図10における上側)に窪んだ窪み114aを有する。同様に、第2のスルーホール導体114Bおよび第3のスルーホール導体114Cも、上下面それぞれに窪み114aを有する。   In the piezoelectric element 100 obtained by the above-described procedure, as shown in FIG. 10, depressions 114 a are formed at both ends of the through-hole conductor 114 in the stacking direction of the stacked body 101. For example, the first through-hole conductor 114A penetrating through the first piezoelectric layer 136A has a depression 114a that is recessed on the upper surface of the first through-hole conductor 114A (the lower side in FIG. 10). In addition, the lower surface (the end surface on the second piezoelectric layer 136B side) has a recess 114a that is recessed toward the first through-hole conductor 114A (upper side in FIG. 10). Similarly, the second through-hole conductor 114B and the third through-hole conductor 114C also have depressions 114a on the upper and lower surfaces.

そして、窪み114aにより、スルーホール導体114が部分的に薄く(すなわち、積層方向長さが短く)なる。図10に示すように、各スルーホール導体114A、114B、114Cの窪み114a部分における厚さは、圧電体層136A、136B、136Cの厚さよりも薄くなっている。   The through-hole conductor 114 is partially thinned (that is, the length in the stacking direction is short) by the recess 114a. As shown in FIG. 10, the thickness of each through-hole conductor 114A, 114B, 114C in the recess 114a is thinner than the thickness of the piezoelectric layers 136A, 136B, 136C.

また、各スルーホール導体114に形成された窪み114aに、圧電体層136A、136B、136Cの突部136bがそれぞれ入り込んでいる。たとえば、第1のスルーホール導体114Aの下面の窪み114aに、第2の圧電体層136Bの上向きの突部136bが入り込んでいる。また、第2のスルーホール導体114Bの上面の窪み114aに、第1の圧電体層136Aの下向きの突部136bが入り込んでいる。   In addition, the protrusions 136b of the piezoelectric layers 136A, 136B, and 136C enter the recesses 114a formed in the through-hole conductors 114, respectively. For example, the upward protrusion 136b of the second piezoelectric layer 136B enters the recess 114a on the lower surface of the first through-hole conductor 114A. Further, the downward projecting portion 136b of the first piezoelectric layer 136A enters the recess 114a on the upper surface of the second through-hole conductor 114B.

このようなスルーホール導体114の形状、電極層130の形状および圧電体層103、105の形状は、圧電素子100の作製時に、スルーホール近傍の電極層を高温等圧下で湾曲させたことで得られると考えられる。   The shape of the through-hole conductor 114, the shape of the electrode layer 130, and the shape of the piezoelectric layers 103 and 105 are obtained by bending the electrode layer in the vicinity of the through-hole under high temperature and constant pressure when the piezoelectric element 100 is manufactured. It is thought that.

第2実施形態に係る圧電素子100は、一対の電極層130(たとえば、図10の第1層130Aと第2層130B)と、該一対の電極層130の間に介在する圧電体層103と、圧電体層103に貫設されたスルーホール導体114(たとえば、図10の第1のスルーホール導体114A)とを含む積層部分として非活性部Saを有する積層体101を備えている。そして、非活性部Saには、スルーホール導体114に近接する空隙148がある。   The piezoelectric element 100 according to the second embodiment includes a pair of electrode layers 130 (for example, the first layer 130A and the second layer 130B in FIG. 10), and the piezoelectric layer 103 interposed between the pair of electrode layers 130. The laminated body 101 having the inactive portion Sa as a laminated portion including the through-hole conductor 114 (for example, the first through-hole conductor 114A in FIG. 10) penetrating the piezoelectric layer 103 is provided. The inactive portion Sa has a gap 148 that is close to the through-hole conductor 114.

上記圧電素子100では、上述した第1実施形態に係る圧電素子10同様、非活性部Saにおいて、スルーホール導体114に近接する空隙148が、スルーホール導体114周辺の応力や歪みを緩和する。それにより、上記非活性部Saにおいて電極層130やスルーホール導体114の導通不良や断線が生じる事態が抑制される。特に、上述した実施形態においては、非活性部Saには複数の空隙148があり、複数のスルーホール導体114のそれぞれに空隙148が近接している。そのため、複数のスルーホール導体114それぞれにおいて応力や歪みが緩和され、非活性部Saにおける導通不良や断線が生じる事態がさらに抑制される。   In the piezoelectric element 100, like the piezoelectric element 10 according to the first embodiment described above, in the inactive portion Sa, the gap 148 close to the through-hole conductor 114 relieves stress and strain around the through-hole conductor 114. This suppresses the occurrence of poor conduction or disconnection of the electrode layer 130 and the through-hole conductor 114 in the inactive portion Sa. In particular, in the above-described embodiment, the inactive portion Sa has a plurality of gaps 148, and the gaps 148 are close to the plurality of through-hole conductors 114, respectively. Therefore, stress and distortion are alleviated in each of the plurality of through-hole conductors 114, and the occurrence of poor conduction and disconnection in the inactive portion Sa is further suppressed.

空隙148の位置は、上述した第1実施形態の空隙48の位置同様、スルーホール導体114に対して縦並びの位置や横並びの位置であってもよい。複数の空隙148それぞれの位置や寸法についても、上述した第1実施形態の空隙48の位置や寸法同様、不均一および不規則にすることができる。ただし、スルーホール導体114の窪み114aに入り込むように位置する上述した空隙148は、応力や歪みを効果的に緩和できるため、複数の空隙148のうちの少なくとも一部は上記位置に存在させることができる。   The position of the air gap 148 may be a vertically aligned position or a horizontally aligned position with respect to the through-hole conductor 114, similar to the position of the air gap 48 of the first embodiment described above. The position and size of each of the plurality of gaps 148 can also be non-uniform and irregular as with the position and dimensions of the gap 48 of the first embodiment described above. However, since the above-described gap 148 positioned so as to enter the recess 114a of the through-hole conductor 114 can effectively relieve stress and strain, at least a part of the plurality of gaps 148 may be present at the above-described position. it can.

また、圧電素子100が、電圧を印加したときに圧電体層103、105に電界が生じて変形する活性部Sbと、電圧を印加したときに圧電体層103、105に電界が生じない非活性部Saとを有しており、圧電素子100においては、上述した積層部分は非活性部Saに位置している。上述したとおり、活性部Sbは分極時や駆動時に変形して内部応力や歪が生じるため、その変形に伴う応力や歪みの影響を極力避けるために、スルーホール導体114を含む積層部分は非活性部Saに位置している。   In addition, the piezoelectric element 100 has an active portion Sb that is deformed when an electric field is generated in the piezoelectric layers 103 and 105 when a voltage is applied, and an inactive state that does not generate an electric field in the piezoelectric layers 103 and 105 when a voltage is applied. In the piezoelectric element 100, the laminated portion described above is located in the inactive portion Sa. As described above, the active portion Sb is deformed at the time of polarization or driving to generate internal stress or strain. Therefore, in order to avoid the influence of the stress and strain accompanying the deformation as much as possible, the laminated portion including the through-hole conductor 114 is inactive. Located in the part Sa.

圧電素子100では、圧電素子100を作製する際の焼成のときに非活性部Saに生じる内部応力(すなわち、焼成時の収縮による残留応力)や外部から非活性部Saに付加された応力は、第1のスルーホール導体114A下面の窪み114aと第2のスルーホール導体140B上面の窪み114aとによって緩和される。それにより、たとえばスルーホール導体114の変形や断裂等が抑制され、非活性部Saにおける電極層130やスルーホール導体114の導通不良や断線が生じる事態が抑制される。   In the piezoelectric element 100, the internal stress generated in the non-active portion Sa at the time of firing when the piezoelectric element 100 is manufactured (that is, the residual stress due to shrinkage during firing) and the stress applied to the non-active portion Sa from the outside are: It is alleviated by the depression 114a on the lower surface of the first through-hole conductor 114A and the depression 114a on the upper surface of the second through-hole conductor 140B. Thereby, for example, deformation or breakage of the through-hole conductor 114 is suppressed, and a situation in which the electrode layer 130 or the through-hole conductor 114 in the inactive portion Sa is poor or disconnected is suppressed.

さらに、非活性部Saでは、スルーホール導体114の窪み114aに圧電体層136A、136B、136Cの突部136bが入り込んでいるため、スルーホール導体114に対する圧電体層103、105の保持力が増している。そのため、スルーホール導体56の端面が平坦であり圧電体層54が入り込んでいない構成(図4参照)に比べ、スルーホール導体114の窪み114aに圧電体層136A、136B、136Cの突部136bが入り込んでいる構成では、スルーホール導体114の変形が抑制または阻害される。その結果、非活性部Saにおける導通不良や断線が生じる事態が抑制される。   Further, in the inactive portion Sa, since the protrusions 136b of the piezoelectric layers 136A, 136B, and 136C enter the recess 114a of the through-hole conductor 114, the holding force of the piezoelectric layers 103 and 105 with respect to the through-hole conductor 114 is increased. ing. Therefore, compared to a configuration in which the end face of the through-hole conductor 56 is flat and the piezoelectric layer 54 does not enter (see FIG. 4), the protrusions 136b of the piezoelectric layers 136A, 136B, and 136C are formed in the recess 114a of the through-hole conductor 114. In the intruding configuration, the deformation of the through-hole conductor 114 is suppressed or inhibited. As a result, a situation in which poor conduction or disconnection occurs in the inactive portion Sa is suppressed.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。たとえば、圧電素子の積層体の電極層や圧電体層の層数は、上述した積層部分を構成するに最低限必要な層数(すなわち、3層以上の電極層と2層以上の圧電体層)以上であれば、適宜増減することができる。また、積層体の総厚さ、電極層の厚さおよび圧電体層の厚さも、適宜増減することができる。さらに、第1のスルーホール導体の厚さ、第2のスルーホール導体の厚さおよび第3のスルーホール導体の厚さがいずれも圧電体層の厚さよりも薄い態様に限らず、第1のスルーホール導体の厚さ、第2のスルーホール導体の厚さおよび第3のスルーホール導体の厚さのいずれかが、圧電体層の厚さよりも薄い態様であってもよい。   The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the number of electrode layers and the number of piezoelectric layers in the laminate of piezoelectric elements is the minimum number of layers required to constitute the above-described laminated portion (that is, three or more electrode layers and two or more piezoelectric layers) If it is above, it can be appropriately increased or decreased. In addition, the total thickness of the laminate, the thickness of the electrode layer, and the thickness of the piezoelectric layer can be appropriately increased or decreased. Furthermore, the thickness of the first through-hole conductor, the thickness of the second through-hole conductor, and the thickness of the third through-hole conductor are not limited to the thickness of the piezoelectric body layer. Any of the thickness of the through hole conductor, the thickness of the second through hole conductor, and the thickness of the third through hole conductor may be thinner than the thickness of the piezoelectric layer.

10、100…圧電素子、20、101…積層体、30、31、32、33、102、104、116、130…電極層、36、38、103、105、107…圧電体層、36a、136a…スルーホール、36b、136b…突部、40、42、44、46、114…スルーホール導体、40a、114a…窪み、48、148…空隙、Sa…非活性部、Sb…活性部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,100 ... Piezoelectric element, 20, 101 ... Laminated body, 30, 31, 32, 33, 102, 104, 116, 130 ... Electrode layer, 36, 38, 103, 105, 107 ... Piezoelectric layer, 36a, 136a ... through hole, 36b, 136b ... projection, 40, 42, 44, 46, 114 ... through hole conductor, 40a, 114a ... depression, 48, 148 ... gap, Sa ... inactive part, Sb ... active part.

Claims (3)

一対の電極層と、該一対の電極層の間に介在する圧電体層と、該圧電体層に貫設されたスルーホール導体とを含む積層部分を有する積層体を備え、
前記積層部分には、前記スルーホール導体に近接する空隙がある、圧電素子。
A laminate having a laminated portion including a pair of electrode layers, a piezoelectric layer interposed between the pair of electrode layers, and a through-hole conductor penetrating the piezoelectric layer;
The piezoelectric element, wherein the laminated portion has a gap close to the through-hole conductor.
電圧を印加したときに圧電体層に電界が生じて変形する活性部と、電圧を印加したときに圧電体層に電界が生じない非活性部とを有し、
前記積層部分は前記非活性部に位置している、請求項1に記載の圧電素子。
An active part that deforms when an electric field is generated when a voltage is applied; and an inactive part that does not generate an electric field when a voltage is applied;
The piezoelectric element according to claim 1, wherein the stacked portion is located in the inactive portion.
前記スルーホール導体の端面の面積が、前記積層体の積層方向における前記スルーホール導体の中心位置における断面の面積よりも小さい、請求項1または2に記載の圧電素子。   3. The piezoelectric element according to claim 1, wherein an area of an end face of the through-hole conductor is smaller than an area of a cross section at a center position of the through-hole conductor in a stacking direction of the multilayer body.
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