JP2024034327A - 圧電素子 - Google Patents

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においては、第三方向Ｄ３から見て、第３領域６２Ｃ、６３Ｃ、６４Ｃが、第１領域６２Ａ、６３Ａ、６４Ａおよび第２領域６２Ｂ、６３Ｂ、６４Ｂと隣り合っており、第１領域６２Ａ、６３Ａ、６４Ａおよび第２領域６２Ｂ、６３Ｂ、６４Ｂのいずれとも重畳していない。すなわち、圧電素子１０では、第３領域６２Ｃ、６３Ｃ、６４Ｃにより***が平らに近づくように均されており、それにより高い接続信頼性が実現されている。【選択図】図６

Description

本発明は、圧電素子に関する。

従来、一対の導体層の間に圧電素体が介在する駆動部を備えた圧電素子が知られており、このような圧電素子においては一対の導体層の間に電圧を印加することで駆動部が変位する（たとえば所定の方向に伸長する）。下記特許文献１に開示された圧電素子は、内部電極が設けられた圧電体層が複数積層された積層構造を有する圧電素体を有し、積層方向において隣り合う内部電極は同一層内に位置する複数のビア導体（ビア導体群）を介して接続されており、かつ、積層方向において隣り合うビア導体群のビア導体は積層方向から見て重畳していない。

特許６８２５２９０号

発明者らは、ビア導体の接続信頼性について研究を重ね、接続信頼性を高めることができる技術を新たに見出した。

本発明の一側面は、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。

本発明の一側面に係る圧電素子は、圧電材料で構成された素体と、該素体内に設けられるとともに第１の方向において積層された複数の内部導体層とを備え、第１の方向から見て、複数の内部導体層のうちの極性が異なる内部導体層の部分同士が重なる駆動領域と、複数の内部導体層のうちの極性が同じ内部導体層の部分同士が重なるとともに第１の方向に沿って延びる複数のビア導体を介して接続されている複数の接続領域とを含み、複数のビア導体の第１の方向において隣り合う同士は第１の方向から見て重畳しておらず、複数のビア導体が、接続領域内に収まる第１領域内に位置する第１のビア導体群と、第１のビア導体群とは異なる層内に位置するとともに接続領域内に収まる第２領域内に位置する第２のビア導体群と、第１のビア導体群および第２のビア導体群とは異なる層内に位置するとともに接続領域内に収まる第３領域内に位置する第３のビア導体群とを含み、第１の方向から見て、第１領域と第２領域とは少なくとも一部が重畳し、かつ、第３領域は第１領域および第２領域と隣り合っており、第１の方向において、第１のビア導体群、第２のビア導体群および第３のビア導体群のうちの異なるビア導体群同士が隣り合っている。

発明者らは、第１のビア導体群が位置する第１領域、第２のビア導体群が位置する第２領域および第３のビア導体群が位置する第３領域における各ビア導体の周辺に***が生じ得るとの知見を得た。このような***が生じた場合であっても、内部導体層間における十分な接続信頼性を維持する必要がある。特に、第１の方向から見て第１領域と第２領域とが重畳する場合にはより大きな***が生じ得る。上記圧電素子においては、第１の方向から見て、第３のビア導体群が位置する第３領域が、第１のビア導体群が位置する第１領域および第２のビア導体群が位置する第２領域と隣り合っており、第１領域および第２領域のいずれとも重畳していない。すなわち、上記圧電素子では、第３領域により上記***が平らに近づくように均されており、それにより接続信頼性の向上が図られている。

他の側面に係る圧電素子では、第１の方向において、第１のビア導体群と第２のビア導体群とが、第３のビア導体群を介して交互に並んでいる。

他の側面に係る圧電素子では、第１の方向から見て、第３のビア導体群が位置する第３領域が複数に分かれている。

他の側面に係る圧電素子では、第１の方向から見て、複数の第３領域が、第１領域および第２領域を挟んでいる。

他の側面に係る圧電素子では、第１の方向から見て、各接続領域内の複数のビア導体すべてが格子の交点に位置している。

本発明の種々の側面によれば、接続信頼性の向上が図られた圧電素子が提供される。

図１は、一実施形態に係る圧電素子を示す概略斜視図である。 図２は、図１に示す圧電素子の平面図である。 図３は、図１に示す圧電素子の分解斜視図である。 図４は、図１に示す圧電素子のＩＶ－ＩＶ線断面図である。 図５は、（ａ）第１のビア導体の配列、（ｂ）第２のビア導体の配列、（ｃ）第３のビア導体の配列を示した図である。 図６は、接続領域における第１～３領域の位置関係を示した図である。 図７は、（ａ）第１のビア導体の配列、（ｂ）第２のビア導体の配列、（ｃ）第３のビア導体の配列を示した図である。 図８は、接続領域における第１～３領域の位置関係を示した図である。 図９は、図４の要部拡大図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための形態を説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

図１は一実施形態に係る圧電素子１０を示す斜視図であり、図３は圧電素子１０の平面図である。図１、２に示されるように、圧電素子１０は、バイモルフ型であり、圧電材料で構成された素体１１と、複数の外部電極１３、１４、１５とを備えて構成されている。本実施形態では、圧電素子１０は、三つの外部電極１３、１４、１５を有している。圧電素子１０には、図示しない配線部材（たとえば、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）等）が取り付けられ、配線部材から三つの外部電極１３、１４、１５に対して所定の電圧が印加される。

素体１１は、直方体形状を呈している。素体１１は、互いに対向している一対の主面１１ａ、１１ｂ、互いに対向している一対の側面１１ｃ、互いに対向している一対の側面１１ｅを有している。直方体形状には、たとえば、角部および稜線部が面取りされている直方体の形状、および、角部および稜線部が丸められている直方体の形状が含まれる。一対の側面１１ｃが対向している方向は、第一方向Ｄ１である。第一方向Ｄ１は、各側面１１ｃに直交する方向でもある。一対の側面１１ｅが対向している方向は、第二方向Ｄ２である。第二方向Ｄ２は、各側面１１ｅに直交する方向でもある。一対の主面１１ａ、１１ｂが対向している方向は、第三方向Ｄ３（第１の方向）である。第三方向Ｄ３は、各主面１１ａ、１１ｂに直交する方向でもある。

各主面１１ａ、１１ｂは、一対の長辺と一対の短辺とを有している。各主面１１ａ、１１ｂは、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。すなわち、圧電素子１０（素体１１）は、平面視で、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。長方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、および、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、主面１１ａ、１１ｂの長辺方向は、第二方向Ｄ２と一致する。主面１１ａ、１１ｂの短辺方向は、第一方向Ｄ１方向と一致する。

一対の側面１１ｃは、一対の主面１１ａ、１１ｂを連結するように第三方向Ｄ３に延在している。一対の側面１１ｃは、第二方向Ｄ２にも延在している。一対の側面１１ｅは、一対の主面１１ａ、１１ｂを連結するように第三方向Ｄ３に延在している。一対の側面１１ｅは、第一方向Ｄ１にも延在している。素体１１の第一方向Ｄ１での長さは、たとえば、１０ｍｍである。素体１１の第二方向Ｄ２での長さは、たとえば、２０ｍｍである。素体１１の第三方向Ｄ３での長さは、たとえば、０．２５ｍｍである。各主面１１ａ、１１ｂと各側面１１ｃ、１１ｅとは、間接的に隣り合っていてもよい。この場合、各主面１１ａ、１１ｂと各側面１１ｃ、１１ｅとの間には、稜線部が位置する。

素体１１では、図３、４に示されるように、複数の圧電体層１６ａ、１７ａ～１７ｈ、１６ｂが、この順で第三方向Ｄ３に積層されている。圧電体層１６ａは、素体１１の主面１１ａを構成する。圧電体層１６ｂは、素体１１の主面１１ｂを構成する。圧電体層１７ａ～１７ｈは、圧電体層１６ａと圧電体層１６ｂとの間に位置している。本実施形態では、圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ～１７ｈの厚さは同じである。「同じ」には、製造誤差の範囲が含まれている。

圧電体層１７ａ～１７ｈは、４対で構成されており、すなわち、圧電体層１７ａと圧電体層１７ｂで構成された第１の圧電体層対１８Ａ、圧電体層１７ｃと圧電体層１７ｄで構成された第２の圧電体層対１８Ｂ、圧電体層１７ｅと圧電体層１７ｆで構成された第３の圧電体層対１８Ｃ、圧電体層１７ｇと圧電体層１７ｈで構成された第４の圧電体層対１８Ｄで構成されている。各圧電体層対１８Ａ～１８Ｄを構成する２つの圧電体層の分極の向きは同じである。第１の圧電体層対１８Ａおよび第３の圧電体層対１８Ｃの分極の向きは、第２の圧電体層対１８Ｂおよび第４の圧電体層対１８Ｄの分極の向きと反対である。すなわち、素体１１では、第三方向Ｄ３において、分極の向きが反対の圧電体層対１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄが交互に配置されている。

各圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ～１７ｈは、圧電材料からなる。本実施形態では、各圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ～１７ｈは、圧電セラミック材料からなる。圧電セラミック材料には、たとえば、ＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ_３）、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）が用いられる。各圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ～１７ｈは、たとえば、上述した圧電セラミック材料を含むセラミックグリーンシートの焼結体から構成される。実際の素体１１では、各圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ～１７ｈは層間の境界が認識できない程度に一体化されている。

各外部電極１３、１４は、第三方向Ｄ３から見て、長方形状を呈している。長方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、および、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、長方形状の各角が丸められている。外部電極１５は、第三方向Ｄ３から見て、正方形状を呈している。正方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、および、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、正方形状の各角が丸められている。各外部電極１３、１４、１５は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、又はＡｇ－Ｐｄ合金が用いられる。各外部電極１３、１４、１５は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。

圧電素子１０は、図３、４に示されるように、素体１１内に配置されている複数の内部導体層２１～２９を備えている。各内部導体層２１～２９は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、又はＡｇ－Ｐｄ合金が用いられる。各内部導体層２１～２９は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。

各内部導体層２１～２９は、第三方向Ｄ３において異なる位置（層）に配置されている。内部導体層２１～２９は、第三方向Ｄ３において互いに間隔を有しており、少なくとも一部が互いに対向している。各内部導体層２１～２９は、素体１１の表面には露出していない。すなわち、各内部導体層２１～２９は、各側面１１ｃ、１１ｅには露出していない。各内部導体層２１～２９は、第三方向Ｄ３から見て、主面１１ａ、１１ｂの全ての縁（四辺）から離間している。

内部導体層２１は、圧電体層１６ａと圧電体層１７ａとの間に位置している。内部導体層２１は、長方形状の外形を有する駆動部３２と、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１４と同一形状を有するとともに外部電極１３、１４と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３４とが、同一層内に配置された構成を有する。接続部３３、３４はいずれも、第三方向Ｄ３から見て、長方形状を呈している。長方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、および、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、長方形状の各角が丸められている。接続部３３、３４は、駆動部３２に形成された開口内に位置している。開口は、第三方向Ｄ３から見て、外部電極１３、１４に対応する位置に形成されており、接続部３３と接続部３４とは同じ開口内に隣り合って位置している。すなわち、接続部３３、３４は、第三方向Ｄ３から見て、駆動部３２に囲まれている。接続部３３、３４は、駆動部３２と離間している。

内部導体層２２は、圧電体層１７ａと圧電体層１７ｂとの間に位置している。内部導体層２２は、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１４、１５と同一形状を有するとともに外部電極１３、１４、１５と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３４、３５が、同一層内に配置された構成を有する。

内部導体層２３は、圧電体層１７ｂと圧電体層１７ｃとの間に位置している。内部導体層２３は、長方形状の外形を有する駆動部３２と、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１５と同一形状を有するとともに外部電極１３、１５と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３５とが、同一層内に配置された構成を有する。接続部３５は、第三方向Ｄ３から見て、正方形状を呈している。正方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、および、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、正方形状の各角が丸められている。接続部３３、３５は、駆動部３２に形成された開口内に位置している。各開口は、第三方向Ｄ３から見て、外部電極１３、１５に対応する位置に形成されている。すなわち、接続部３３、３５は、第三方向Ｄ３から見て、駆動部３２に囲まれている。接続部３３、３５は、駆動部３２と離間している。

内部導体層２４は、圧電体層１７ｃと圧電体層１７ｄとの間に位置している。内部導体層２４は、内部導体層２２同様、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１４、１５と同一形状を有するとともに外部電極１３、１４、１５と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３４、３５が、同一層内に配置された構成を有する。

内部導体層２５は、圧電体層１７ｄと圧電体層１７ｅとの間に位置している。内部導体層２５は、内部導体層２１と同様の構成を有し、長方形状の外形を有する駆動部３２と、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１４と同一形状を有するとともに外部電極１３、１４と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３４とが、同一層内に配置された構成を有する。

内部導体層２６は、圧電体層１７ｅと圧電体層１７ｆとの間に位置している。内部導体層２６は、内部導体層２２、２４同様、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１４、１５と同一形状を有するとともに外部電極１３、１４、１５と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３４、３５が、同一層内に配置された構成を有する。

内部導体層２７は、圧電体層１７ｆと圧電体層１７ｇとの間に位置している。内部導体層２７は、長方形状の外形を有する駆動部３２と、第三方向Ｄ３から見て外部電極１４、１５と同一形状を有するとともに外部電極１４、１５と完全に重なる位置に配置された接続部３４、３５とが、同一層内に配置された構成を有する。具体的には、接続部３４、３５は、駆動部３２に形成された開口内に位置している。各開口は、第三方向Ｄ３から見て、外部電極１４、１５に対応する位置に形成されている。すなわち、接続部３４、３５は、第三方向Ｄ３から見て、駆動部３２に囲まれている。接続部３４、３５は、駆動部３２と離間している。

内部導体層２８は、圧電体層１７ｇと圧電体層１７ｈとの間に位置している。内部導体層２８は、内部導体層２２、２４、２６同様、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１４、１５と同一形状を有するとともに外部電極１３、１４、１５と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３４、３５が、同一層内に配置された構成を有する。

内部導体層２９は、圧電体層１７ｈと圧電体層１６ｂとの間に位置している。内部導体層２９は、内部導体層２１、２５と同様の構成を有し、長方形状の外形を有する駆動部３２と、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３、１４と同一形状を有するとともに外部電極１３、１４と完全に重なる位置に配置された接続部３３、３４とが、同一層内に配置された構成を有する。

外部電極１３は、内部導体層２７の駆動部３２とその他の内部導体層２１～２６、２８、２９の各接続部３３とに、複数のビア導体４３を介して電気的に接続されている。各接続部３３は、第三方向Ｄ３において内部導体層２７の駆動部３２と対向しており、第三方向Ｄ３から見て内部導体層２７の駆動部３２と重なる位置に配置されている。図４に示すように、複数のビア導体４３は、外部電極１３と内部導体層２１～２６、２８、２９の各接続部３３と内部導体層２７の駆動部３２との間にそれぞれ位置しており、第三方向Ｄ３から見て外部電極１３と重なる位置に配置されている。複数のビア導体４３は、それぞれ、第三方向Ｄ３において、対応する圧電体層１６ａ、１７ａ～１７ｈを貫通している。第三方向Ｄ３において隣り合うビア導体４３同士は、第三方向Ｄ３から見て重畳しないように設計されている。

外部電極１４は、内部導体層２３の駆動部３２とその他の内部導体層２１～２６、２８、２９の各接続部３４とに、複数のビア導体４４を介して電気的に接続されている。各接続部３４は、第三方向Ｄ３において内部導体層２３の駆動部３２と対向しており、第三方向Ｄ３から見て内部導体層２３の駆動部３２と重なる位置に配置されている。図４に示すように、複数のビア導体４４は、それぞれ、外部電極１４と内部導体層２１、２２、２４～２９の各接続部３４と内部導体層２３の駆動部３２との間に位置しており、第三方向Ｄ３から見て外部電極１４と重なる位置に配置されている。複数のビア導体４４は、それぞれ、第三方向Ｄ３において、対応する圧電体層１６ａ、１７ａ～１７ｈを貫通している。第三方向Ｄ３において隣り合うビア導体４４同士は、第三方向Ｄ３から見て重畳しないように設計されている。

外部電極１５は、内部導体層２３、２７の各接続部３５と内部導体層２１、２５、２９の駆動部３２とに、複数のビア導体４５を介して電気的に接続されている。各接続部３５は、第三方向Ｄ３において内部導体層２１、２５、２９の駆動部３２と対向しており、第三方向Ｄ３から見て内部導体層２１、２５、２９の駆動部３２と重なる位置に配置されている。複数のビア導体４５は、それぞれ、外部電極１５と内部導体層２３、２７の各接続部３５と内部導体層２１、２５、２９の駆動部３２との間に位置しており、第三方向Ｄ３から見て外部電極１５と重なる位置に配置されている。複数のビア導体４５は、それぞれ、第三方向Ｄ３において、対応する圧電体層１６ａ、１７ａ～１７ｈを貫通している。第三方向Ｄ３において隣り合うビア導体４５同士は、第三方向Ｄ３から見て重畳しないように設計されている。

内部導体層２１～２９およびビア導体４３、４４、４５は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、又はＡｇ－Ｐｄ合金が用いられる。内部導体層２１～２９およびビア導体４３、４４、４５は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。ビア導体４３、４４、４５は、対応する圧電体層１６ａ、１７ａ～１７ｈを形成するためのセラミックグリーンシートに形成された貫通孔に充填された導電性ペーストが焼結することにより形成される。

上述した圧電素子１０は、駆動領域５０と、複数の接続領域６２、６３、６４を含む。

駆動領域５０は、図３に示すように、第三方向Ｄ３から見て、駆動部３２を含む内部導体層２１、２３、２５、２７、２９（駆動導体層）の駆動部３２同士が重なる領域である。具体的には、駆動領域５０は、外部電極１５に接続されている内部導体層２１、２５、２９の駆動部３２と、外部電極１３に接続されている内部導体層２７および外部電極１４に接続されている内部導体層２３の駆動部３２とが重なる領域である。駆動領域５０は、図４に示すように、外部電極１５に接続されている内部導体層２１、２５と外部電極１４に接続されている内部導体層２３とに挟まれた第１駆動領域５１と、外部電極１５に接続されている内部導体層２５、２９と外部電極１３に接続されている内部導体層２７とに挟まれた第２駆動領域５２とを含む。

複数の接続領域６２、６３、６４は、図３に示すように、第三方向Ｄ３から見て、極性が同じ部分の内部導体層２１～２９同士が重なる領域である。本実施形態では、複数の接続領域は、第１の接続領域６２、第２の接続領域６３、第３の接続領域６４の３つで構成されている。第１の接続領域６２は、第三方向Ｄ３から見て、内部導体層２１～２６、２８、２９の接続部３３と、接続部３３に対応する部分の内部導体層２７とが重なる領域である。第２の接続領域６３は、第三方向Ｄ３から見て、内部導体層２１、２２、２４～２９の接続部３４と、接続部３４に対応する部分の内部導体層２３とが重なる領域である。第３の接続領域６４は、第三方向Ｄ３から見て、内部導体層２２～２４、２６～２８の接続部３５と、接続部３５に対応する部分の内部導体層２１、２５、２９とが重なる領域である。本実施形態では、第三方向Ｄ３から見て、駆動領域５０が、複数の複数の接続領域６２、６３、６４を囲むように位置している。

続いて、上述した圧電素子１０の駆動について説明する。

外部電極１３と外部電極１４とには、極性が異なる電圧が印加される。外部電極１５には、外部電極１３、１４に印加されるような電圧は印加されない。外部電極１５は、グラウンド電極として機能する。外部電極１３に上述した電圧が印加されると、内部導体層２５と内部導体層２７との間、内部導体層２７と内部導体層２９との間で電界が発生する。内部導体層２７と内部導体層２５、２９との間で電界が発生すると、第２駆動領域５２の第３の圧電体層対１８Ｃおよび第４の圧電体層対１８Ｄに電界が印加され、当該電界に応じて第２駆動領域５２で力が発生する。この結果、当該力に応じた変位量だけ、第２駆動領域５２が変位する。

外部電極１４に上述した電圧が印加されると、内部導体層２１と内部導体層２３との間、内部導体層２３と内部導体層２５との間で電界が発生する。内部導体層２３と内部導体層２１、２５との間で電界が発生すると、第１駆動領域５１の第１の圧電体層対１８Ａおよび第２の圧電体層対１８Ｂに電界が印加され、当該電界に応じて第１駆動領域５１で力が発生する。この結果、当該力に応じた変位量だけ、第１駆動領域５１が変位する。この際、第１駆動領域５１と第２駆動領域５２とは、互いに逆方向に変位する。このため、外部電極１３、１４に電圧が印加されると、圧電素子１０に撓みが生じる。

圧電素子１０では、外部電極１３、１４に交流電圧が印加されると、第１駆動領域５１および第２駆動領域５２は、印加された交流電圧の周波数に応じて伸縮を繰り返す。このため、第１駆動領域５１と第２駆動領域５２とは互いに逆方向に伸縮し、圧電素子１０が撓み振動する。

以下、複数のビア導体４３、４４、４５について、図５～８を参照しつつより詳しく説明する。

図４では、図示の都合上、１つのビア導体４３が圧電体層１６ａ、１７ａ～１７ｈをそれぞれ貫通しているように示しているが、実際には、複数のビア導体４３が圧電体層１６ａ、１７ａ～１７ｈをそれぞれ貫通している。

複数のビア導体４３は、図５に示すように、同一層内に位置する複数のビア導体４３で構成された第１のビア導体群４３Ａ、同一層内に位置する複数のビア導体４３で構成された第２のビア導体群４３Ｂ、同一層内に位置する複数のビア導体４３で構成された第３のビア導体群４３Ｃの３種類のビア導体群を含んでいる。

第１のビア導体群４３Ａは、図５（ａ）に示すように接続領域６２の中央付近に位置する矩形状の第１領域６２Ａ内に収まるように設けられている。第１のビア導体群４３Ａは、第１領域６２Ａにおいて整列する複数のビア導体４３で構成されている。本実施形態では、第１のビア導体群４３Ａは、格子の交点に位置するように配列（格子配列）された２０個のビア導体４３で構成されており、第一方向Ｄ１に等間隔で並ぶ５個のビア導体４３の列が第二方向Ｄ２に等間隔で４列並んでいる。

第２のビア導体群４３Ｂは、図５（ｂ）に示すように接続領域６２の中央付近に位置する矩形状の第２領域６２Ｂ内に収まるように設けられている。第２のビア導体群４３Ｂは、第２領域６２Ｂにおいて整列する複数のビア導体４３で構成されている。本実施形態では、第２のビア導体群４３Ｂは、第１のビア導体群４３Ａ同様、格子配列された２０個のビア導体４３で構成されており、第一方向Ｄ１に等間隔で並ぶ５個のビア導体４３の列が第二方向Ｄ２に等間隔で４列並んでいる。

第３のビア導体群４３Ｃは、図５（ｃ）に示すように接続領域６２の両端（第一方向Ｄ１に関する両端）に位置する矩形状の一対の第３領域６２Ｃ内に収まるように設けられている。第３のビア導体群４３Ｃは、各第３領域６２Ｃにおいて整列する複数のビア導体４３で構成されている。本実施形態では、第３のビア導体群４３Ｃは、一対の第３領域６２Ｃのうちの一方に格子配列された１１個と他方に格子配列された９個との総数２０個のビア導体４３で構成されている。

図６は、第三方向Ｄ３から見たときの、３つのビア導体群４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃの位置関係を示してる。図６に示すように、第三方向Ｄ３から見ると、３つのビア導体群４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃによって接続領域６２内の複数のビア導体４３すべてが格子配列されている。第三方向Ｄ３から見て、第１のビア導体群４３Ａが位置する第１領域６２Ａと第２のビア導体群４３Ｂが位置する第２領域６２Ｂとは一部が重畳している。より詳しくは、等間隔で並ぶビア導体４３の半分の間隔（半ピッチ）だけ第一方向Ｄ１および第二方向Ｄ２にそれぞれズレた状態で、第１領域６２Ａと第２領域６２Ｂとが重なっている。第三方向Ｄ３から見て、第３のビア導体群４３Ｃが位置する第３領域６２Ｃは、第１領域６２Ａおよび第２領域６２Ｂを挟むようにして第１領域６２Ａおよび第２領域６２Ｂと隣り合っており、第１領域６２Ａおよび第２領域６２Ｂのいずれとも重畳していない。

複数のビア導体４３のうち、第１のビア導体群４３Ａは圧電体層１６ａ、１７ｃ、１７ｇをそれぞれ貫通するように設けられており、第２のビア導体群４３Ｂは圧電体層１７ａ、１７ｅをそれぞれ貫通するように設けられており、第３のビア導体群４３Ｃは圧電体層１７ｂ、１７ｄ、１７ｆ、１７ｈをそれぞれ貫通するように設けられている。特に、圧電体層１７ａ～１７ｈでは、素体１１の主面１１ａ側から順に、第２のビア導体群４３Ｂ、第３のビア導体群４３Ｃ、第１のビア導体群４３Ａ、第３のビア導体群４３Ｃ、第２のビア導体群４３Ｂ、第３のビア導体群４３Ｃ、第１のビア導体群４３Ａ、第３のビア導体群４３Ｃの順に並んでいる。換言すると、複数のビア導体４３は、第三方向Ｄ３において、第２のビア導体群４３Ｂと第１のビア導体群４３Ａとが、第３のビア導体群４３Ｃを介して交互に並んでいる。

複数のビア導体４４は、同一層内に位置する複数のビア導体４４で構成された第１のビア導体群４４Ａ、同一層内に位置する複数のビア導体４４で構成された第２のビア導体群４４Ｂ、同一層内に位置する複数のビア導体４４で構成された第３のビア導体群４４Ｃの３種類のビア導体群を含んでいる。

複数のビア導体４４の３種類のビア導体群４４Ａ～４４Ｃ、および、各ビア導体群４４Ａ～４４Ｃが位置する第１領域６３Ａ、第２領域６３Ｂおよび第３領域６３Ｃの形態は、複数のビア導体４３の３種類のビア導体群４３Ａ～４３Ｃおよび第１領域６２Ａ、第２領域６２Ｂおよび第３領域６２Ｃの形態と同一または同様であるため、説明は省略する。

複数のビア導体４４のうち、第１のビア導体群４４Ａは圧電体層１６ａ、１７ｃ、１７ｇをそれぞれ貫通するように設けられており、第２のビア導体群４４Ｂは圧電体層１７ａ、１７ｅをそれぞれ貫通するように設けられており、第３のビア導体群４４Ｃは圧電体層１７ｂ、１７ｄ、１７ｆ、１７ｈをそれぞれ貫通するように設けられている。特に、圧電体層１７ａ～１７ｈでは、素体１１の主面１１ａ側から順に、第２のビア導体群４４Ｂ、第３のビア導体群４４Ｃ、第１のビア導体群４４Ａ、第３のビア導体群４４Ｃ、第２のビア導体群４４Ｂ、第３のビア導体群４４Ｃ、第１のビア導体群４４Ａ、第３のビア導体群４４Ｃの順に並んでいる。換言すると、複数のビア導体４４は、第三方向Ｄ３において、第２のビア導体群４４Ｂと第１のビア導体群４４Ａとが、第３のビア導体群４４Ｃを介して交互に並んでいる。

複数のビア導体４５は、同一層内に位置する複数のビア導体４５で構成された第１のビア導体群４５Ａ、同一層内に位置する複数のビア導体４５で構成された第２のビア導体群４５Ｂ、同一層内に位置する複数のビア導体４５で構成された第３のビア導体群４５Ｃの３種類のビア導体群を含んでいる。

第１のビア導体群４５Ａは、図７（ａ）に示すように接続領域６４の中央付近に位置する矩形状の第１領域６４Ａ内に収まるように設けられている。第１のビア導体群４５Ａは、第１領域６４Ａにおいて整列する複数のビア導体４５で構成されている。本実施形態では、第１のビア導体群４５Ａは、格子配列された４０個のビア導体４５で構成されており、第一方向Ｄ１に等間隔で並ぶ５個のビア導体４５の列が第二方向Ｄ２に等間隔で８列並んでいる。

第２のビア導体群４５Ｂは、図７（ｂ）に示すように接続領域６４の中央付近に位置する矩形状の第２領域６４Ｂ内に収まるように設けられている。第２のビア導体群４５Ｂは、第２領域６４Ｂにおいて整列する複数のビア導体４５で構成されている。本実施形態では、第２のビア導体群４５Ｂは、第１のビア導体群４５Ａ同様、格子配列された４０個のビア導体４５で構成されており、第一方向Ｄ１に等間隔で並ぶ５個のビア導体４３の列が第二方向Ｄ２に等間隔で８列並んでいる。

第３のビア導体群４５Ｃは、図７（ｃ）に示すように接続領域６４の両端（第一方向Ｄ１に関する両端）に位置する矩形状の一対の第３領域６４Ｃ内に収まるように設けられている。第３のビア導体群４５Ｃは、各第３領域６４Ｃにおいて整列する複数のビア導体４５で構成されている。本実施形態では、第３のビア導体群４５Ｃは、一対の第３領域６４Ｃのうちの一方に格子配列された１８個と他方に格子配列された１５個との総数３３個のビア導体４５で構成されている。

図８は、第三方向Ｄ３から見たときの、３つのビア導体群４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃの位置関係を示してる。図８に示すように、第三方向Ｄ３から見ると、３つのビア導体群４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃによって接続領域６４内の複数のビア導体４４すべてが格子配列されている。第三方向Ｄ３から見て、第１のビア導体群４５Ａが位置する第１領域６４Ａと第２のビア導体群４５Ｂが位置する第２領域６４Ｂとは一部が重畳している。より詳しくは、等間隔で並ぶビア導体４５の半分の間隔（半ピッチ）だけ第一方向Ｄ１および第二方向Ｄ２にそれぞれズレた状態で、第１領域６４Ａと第２領域６４Ｂとが重なっている。第三方向Ｄ３から見て、第３のビア導体群４５Ｃが位置する第３領域６４Ｃは、第１領域６４Ａおよび第２領域６４Ｂを挟むようにして第１領域６４Ａおよび第２領域６４Ｂと隣り合っており、第１領域６４Ａおよび第２領域６４Ｂのいずれとも重畳していない。

複数のビア導体４５のうち、第１のビア導体群４５Ａは圧電体層１６ａ、１７ｃ、１７ｇをそれぞれ貫通するように設けられており、第２のビア導体群４５Ｂは圧電体層１７ａ、１７ｅをそれぞれ貫通するように設けられており、第３のビア導体群４５Ｃは圧電体層１７ｂ、１７ｄ、１７ｆ、１７ｈをそれぞれ貫通するように設けられている。特に、圧電体層１７ａ～１７ｈでは、素体１１の主面１１ａ側から順に、第２のビア導体群４５Ｂ、第３のビア導体群４５Ｃ、第１のビア導体群４５Ａ、第３のビア導体群４５Ｃ、第２のビア導体群４５Ｂ、第３のビア導体群４５Ｃ、第１のビア導体群４５Ａ、第３のビア導体群４５Ｃの順に並んでいる。換言すると、複数のビア導体４５は、第三方向Ｄ３において、第２のビア導体群４５Ｂと第１のビア導体群４５Ａとが、第３のビア導体群４５Ｃを介して交互に並んでいる。

ここで、ビア導体４２、４３、４４を、圧電体層となるセラミックグリーンシートに形成された貫通孔に導電性ペーストを充填して焼結することにより形成する場合、ビア導体４２、４３、４４の成形が難しく、重畳するようにビア導体を設けた場合にはうまく接続できないことがあり得る。そこで、第三方向Ｄ３において隣り合うビア導体４２、４３、４４同士を、意図的に重畳させないことで接続信頼性の向上が図られている。また、各ビア導体４２、４３、４４の周辺に***が生じ得、ビア導体４２、４３、４４が形成された領域６２Ａ～６２Ｃ、６３Ａ～６３Ｃ、６４Ａ～６４Ｃが全体的に***し得る。このような***が生じた場合に、内部導体層２１～２９間における十分な接続信頼性を維持することが求められる。特に、本実施形態のように、第三方向Ｄ３から見て第１領域６２Ａ、６３Ａ、６４Ａと第２領域６２Ｂ、６３Ｂ、６４Ｂとが重畳する場合には、重畳領域の厚さが局所的に厚くなるため、高い接続信頼性が求められる。

上述した圧電素子１０においては、第三方向Ｄ３から見て、第３領域６２Ｃ、６３Ｃ、６４Ｃが、第１領域６２Ａ、６３Ａ、６４Ａおよび第２領域６２Ｂ、６３Ｂ、６４Ｂと隣り合っており、第１領域６２Ａ、６３Ａ、６４Ａおよび第２領域６２Ｂ、６３Ｂ、６４Ｂのいずれとも重畳していない。加えて、第三方向Ｄ３において、第１のビア導体群４３Ａ、４４Ａ、４５Ａ、第２のビア導体群４３Ｂ、４４Ｂ、４５Ｂおよび第３のビア導体群４３Ｃ、４４Ｃ、４５Ｃのうちの同じビア導体群同士は隣り合っておらず、異なるビア導体群同士が隣り合っている。したがって、圧電素子１０では、第３領域６２Ｃ、６３Ｃ、６４Ｃにより上記***が平らに近づくように均されており、すなわち、局所的に厚くなる領域が生じにくくなっており、それにより高い接続信頼性が実現されている。

圧電素子１０では、複数のビア導体４３、４４、４５は、第三方向Ｄ３において、第２のビア導体群４３Ｂ、４４Ｂ、４５Ｂと第１のビア導体群４３Ａ、４４Ａ、４５Ａとが、第３のビア導体群４３Ｃ、４４Ｃ、４５Ｃを介して交互に並んでいるため、第３領域６２Ｃ、６３Ｃ、６４Ｃにより十分に均されており、接続信頼性のさらなる向上が図られている。なお、第三方向Ｄ３における第１のビア導体群４３Ａ、４４Ａ、４５Ａ、第２のビア導体群４３Ｂ、４４Ｂ、４５Ｂおよび第３のビア導体群４３Ｃ、４４Ｃ、４５Ｃの並び順は、適宜変更することができる。

圧電素子１０の各接続領域６２、６３、６４では、圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｈの層間すべてに内部導体層２１～２９が存在している。換言すると、各接続領域６２、６３、６４では、圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｈの１層厚さ分だけ離間して、内部導体層２１～２９が並んでいる。一方、圧電素子１０の駆動領域５０では、圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｈの層間すべてには内部導体層２１～２９は存在しておらず、圧電体層１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｈの２層厚さ分だけ離間して、一部の内部導体層２１、２３、２５、２７、２９が並んでいる。すなわち、駆動領域５０では、内部導体層２１、２３の間に第１の圧電体層対１８Ａが介在し、内部導体層２３、２５の間に第２の圧電体層対１８Ｂが介在し、内部導体層２５、２７の間に第３の圧電体層対１８Ｃが介在し、内部導体層２７、２９の間に第４の圧電体層対１８Ｄが介在している。

そのため、図９に示すように、内部導体層２１～２９の第三方向Ｄ３に関する間隔は、駆動領域５０における間隔Ｄが、各接続領域６２、６３、６４における間隔ｄより広くなっている。本実施形態では、駆動領域５０における間隔Ｄは、各接続領域６２、６３、６４における間隔ｄのおよそ２倍になっている。このように駆動領域５０における内部導体層２１、２３、２５、２７、２９の間隔Ｄが相対的に広い場合、圧電素子１０の低容量化が図られるため、圧電素子１０に高電圧を印加したときであっても短絡や発熱等の不具合が生じにくい。

ただし、単に内部導体層の間隔を広げた場合には、接続領域における内部導体層の間隔も広くなり、それによりビア導体を介した層間接続の接続信頼性が低下する虞がある。そこで本実施形態に係る圧電素子１０では、接続領域６２、６３、６４の間隔ｄに関しては、内部導体層２１、２３、２５、２７、２９のそれぞれの間に内部導体層２２、２４、２６、２８を介在させることで駆動領域５０の間隔Ｄよりも狭めており、それによりビア導体を介した内部導体層間の接続信頼性が高められている。

また、圧電素子１０においては、第三方向Ｄ３に関して、素体１１の主面１１ａ、１１ｂが圧電体層１６ａ、１６ｂで構成されており、駆動部３２を含む内部導体層２１、２３、２５、２７、２９が素体１１の主面１１ａ、１１ｂに露出していない。また、各接続領域６２、６３、６４が、駆動領域５０に囲まれており、素体１１のいずれの側面１１ｃ、１１ｃからも露出していない。そのため、圧電素子１０に高電圧を印加したときであっても、素体１１の表面における内部導体層２１～２９の短絡やリークが生じにくくなっており、駆動電圧の向上が図られている。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

上記実施形態では、圧電素子１０がバイモルフ型である形態を一例に説明した。しかし、圧電素子１０は、たとえば、ユニモルフ型であってもよいし、その他の態様の圧電素子であってもよい。

上述の記載から把握されるとおり、本明細書は下記を開示している。
[付記１]
圧電材料で構成された素体と、該素体内に設けられるとともに第１の方向において積層された複数の内部導体層とを備え、
前記第１の方向から見て、前記複数の内部導体層のうちの極性が異なる前記内部導体層の部分同士が重なる駆動領域と、前記複数の内部導体層のうちの極性が同じ前記内部導体層の部分同士が重なるとともに前記第１の方向に沿って延びる複数のビア導体を介して接続されている複数の接続領域とを含み、
前記複数のビア導体の前記第１の方向において隣り合う同士は前記第１の方向から見て重畳しておらず、前記複数のビア導体が、前記接続領域内に収まる第１領域内に位置する第１のビア導体群と、前記第１のビア導体群とは異なる層内に位置するとともに前記接続領域内に収まる第２領域内に位置する第２のビア導体群と、前記第１のビア導体群および前記第２のビア導体群とは異なる層内に位置するとともに前記接続領域内に収まる第３領域内に位置する第３のビア導体群とを含み、
前記第１の方向から見て、前記第１領域と前記第２領域とは少なくとも一部が重畳し、かつ、前記第３領域は前記第１領域および前記第２領域と隣り合っており、
前記第１の方向において、前記第１のビア導体群、前記第２のビア導体群および前記第３のビア導体群のうちの異なるビア導体群同士が隣り合っている、圧電素子。
[付記２]
前記第１の方向において、前記第１のビア導体群と前記第２のビア導体群とが、前記第３のビア導体群を介して交互に並んでいる、付記１に記載の圧電素子。
[付記３]
前記第１の方向から見て、前記第３のビア導体群が位置する前記第３領域が複数に分かれている、付記１または２に記載の圧電素子。
[付記４]
前記第１の方向から見て、前記複数の第３領域が、前記第１領域および前記第２領域を挟んでいる、付記３に記載の圧電素子。
[付記５]
前記第１の方向から見て、前記各接続領域内の前記複数のビア導体すべてが格子の交点に位置している、付記１～４のいずれか一項に記載の圧電素子。

１０…圧電素子、１１…素体、１３、１４、１５…外部電極、１６ａ、１６ｂ、１７ａ～１７ｈ…圧電体層、２１～２９…内部導体層、３２…駆動部、３３、３４…接続部、４３～４５…ビア導体、４３Ａ、４４Ａ、４５Ａ…第１のビア導体群、４３Ｂ、４４Ｂ、４５Ｂ…第２のビア導体群、４３Ｃ、４４Ｃ、４５Ｃ…第３のビア導体群、６２、６３、６４…接続領域、６２Ａ、６３Ａ、６４Ａ…第１領域、６２Ｂ、６３Ｂ、６４Ｂ…第２領域、６２Ｃ、６３Ｃ、６４Ｃ…第３領域。

Claims (5)

1. 圧電材料で構成された素体と、該素体内に設けられるとともに第１の方向において積層された複数の内部導体層とを備え、
   前記第１の方向から見て、前記複数の内部導体層のうちの極性が異なる前記内部導体層の部分同士が重なる駆動領域と、前記複数の内部導体層のうちの極性が同じ前記内部導体層の部分同士が重なるとともに前記第１の方向に沿って延びる複数のビア導体を介して接続されている複数の接続領域とを含み、
   前記複数のビア導体の前記第１の方向において隣り合う同士は前記第１の方向から見て重畳しておらず、前記複数のビア導体が、前記接続領域内に収まる第１領域内に位置する第１のビア導体群と、前記第１のビア導体群とは異なる層内に位置するとともに前記接続領域内に収まる第２領域内に位置する第２のビア導体群と、前記第１のビア導体群および前記第２のビア導体群とは異なる層内に位置するとともに前記接続領域内に収まる第３領域内に位置する第３のビア導体群とを含み、
   前記第１の方向から見て、前記第１領域と前記第２領域とは少なくとも一部が重畳し、かつ、前記第３領域は前記第１領域および前記第２領域と隣り合っており、
   前記第１の方向において、前記第１のビア導体群、前記第２のビア導体群および前記第３のビア導体群のうちの異なるビア導体群同士が隣り合っている、圧電素子。
2. 前記第１の方向において、前記第１のビア導体群と前記第２のビア導体群とが、前記第３のビア導体群を介して交互に並んでいる、請求項１に記載の圧電素子。
3. 前記第１の方向から見て、前記第３のビア導体群が位置する前記第３領域が複数に分かれている、請求項１または２に記載の圧電素子。
4. 前記第１の方向から見て、前記複数の第３領域が、前記第１領域および前記第２領域を挟んでいる、請求項３に記載の圧電素子。
5. 前記第１の方向から見て、前記各接続領域内の前記複数のビア導体すべてが格子の交点に位置している、請求項１に記載の圧電素子。
   
   

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