JP6052233B2 - 積層型圧電素子 - Google Patents

Description

本発明は、積層型圧電素子に関する。

特許文献１は、例えば、インクジェットプリンタが備えるインク吐出ヘッドに用いられる積層型圧電素子を開示している。当該積層型圧電素子は、圧電体層が積層された積層体と、共通外部電極と、複数の個別外部電極とを備える。積層体は、基部と、圧電体層の積層方向に沿って基部の主面から延びている複数の駆動部及び一対の非駆動部とを有する。積層体は、当該積層方向に直交する方向において対向する第１及び第２の側面を有する。第１の側面は、基部、複数の駆動部及び一対の非駆動部の一の側面をなしており、第２の側面は、基部、複数の駆動部及び一対の非駆動部の他の側面をなしている。

複数の駆動部及び一対の非駆動部は、複数の駆動部が一対の非駆動部の間に位置するように、当該積層方向と、第１及び第２の側面の対向方向との双方に直交する方向に沿って並んでいる。複数の駆動部は、圧電体層を間において第１の内部電極と第２の内部電極とが当該積層方向に沿って交互に並んでいる。一対の非駆動部は、圧電体層と第３の内部電極とが当該積層方向に沿って交互に並んでいる。

第１の内部電極の一端は第１の側面に露出しているが、第１の内部電極の他端は第２の側面に露出していない。第２の内部電極の一端は第１の側面に露出していないが、第２の内部電極の他端は第２の側面に露出している。第３の内部電極の一端及び他端はそれぞれ、第１及び第２の側面に露出している。

共通外部電極は、積層体の第１の側面に配置されており、第１の内部電極の一端及び第３の内部電極の一端と接続されている。個別外部電極は、複数の駆動部及び一対の非駆動部の他の側面に配置されており、第２の内部電極の他端及び第３の内部電極の他端と接続されている。そのため、第１及び第３の内部電極は同極である。第１及び第３の内部電極と第２の内部電極とは、異極である。

特開２００３−２５０２８１号公報（特許第４２２２５９２号）

特許文献１に記載の積層型圧電素子において、電流は、第１の内部電極、共通外部電極、第３の内部電極、非駆動部の個別外部電極の順に流れる。そのため、複数の駆動部及び一対の非駆動部が並ぶ方向において素子の中央側に位置する駆動部の第１の内部電極から非駆動部の個別外部電極に至る第１の導電経路は、当該並ぶ方向において非駆動部寄りに位置する駆動部の第１の内部電極から非駆動部の個別外部電極に至る第２の導電経路よりも、非駆動部から離れている分だけ長くなる。そのため、第１の導電経路は、第２の導電経路よりも抵抗値が大きくなる。従って、駆動部ごとにその等価回路の時定数が異なる結果、各駆動部の応答性に差異が生じてしまい、各駆動部が駆動したときの変位にばらつきが生じうる。

そこで、本発明は、駆動部の変位のばらつきを抑制することが可能な積層型圧電素子を提供することを目的とする。

本発明の一つの観点に係る積層型圧電素子は、基部と、同じ第１の方向に向けて基部から延びている非駆動部並びに第１及び第２の駆動部とを有し、複数の圧電体層が第１の方向に沿って積層されてなる積層体と、互いに電気的に絶縁された状態で積層体の表面に配置されている第１及び第２の外部電極とを備え、第１及び第２の駆動部並びに非駆動部は、第１の駆動部が第２の駆動部よりも非駆動部寄りに位置するように、第１の方向に直交する第２の方向に沿って並び、第１及び第２の駆動部はそれぞれ、圧電体層を介して第１の方向で対向する第１及び第２の内部電極を有し、基部は、第１の方向と直交する面に沿って延びている第３の内部電極を有し、第１の内部電極は、第１の外部電極と電気的に接続され且つ第２の外部電極とは電気的に絶縁され、第２及び第３の内部電極は、第２の外部電極と電気的に接続され且つ第１の外部電極とは電気的に絶縁され、第１及び第２の駆動部がそれぞれ有する第２の内部電極は共に、第１の方向において第３の内部電極と隣り合い、且つ、第１の方向から見て第３の内部電極と部分的に重なり合っており、第１の方向から見たときに、第３の内部電極と、第１の駆動部が有する第２の内部電極とが重なり合う第１の面積は、第３の内部電極と、第２の駆動部が有する第２の内部電極とが重なり合う第２の面積よりも大きい。

本発明の一つの観点に係る積層型圧電素子では、第１及び第２の駆動部がそれぞれ有する第２の内部電極が、第１の方向において基部が有する第３の内部電極と隣り合い、且つ、第１の方向から見て第３の内部電極と部分的に重なり合っている。第２及び第３の内部電極は共に、第２の外部電極に電気的に接続されているので同極である。そのため、第２の内部電極と第３の内部電極との間には浮遊容量（寄生容量ともいう）が生ずる。加えて、第１の方向から見たときに、第３の内部電極と、第１の駆動部が有する第２の内部電極とが重なり合う第１の面積は、第３の内部電極と、第２の駆動部が有する第２の内部電極とが重なり合う第２の面積よりも大きい。そのため、非駆動部寄りに位置する第１の駆動部が有する第２の内部電極と第３の内部電極との間に生ずる浮遊容量は、非駆動部から離れた側に位置する第２の駆動部が有する第２の内部電極と第３の内部電極との間に生ずる浮遊容量よりも大きい。従って、非駆動部寄りに位置する第１の駆動部と外部電極との間に生ずる抵抗値よりも、非駆動部から離れた側に位置する第２の駆動部と外部電極との間に生ずる抵抗値が大きい場合には、浮遊容量の大きさと抵抗値との積に基づく時定数が、各駆動部の等価回路においていずれも同等となる。以上より、各駆動部の応答性が同等となり、駆動部の変位のばらつきを抑制することが可能となる。

積層体は、２つの非駆動部を有し、第１及び第２の駆動部は、２つの非駆動部の間に位置するように、第２の方向に沿って並び、第２の方向に延びる仮想直線上において２つの非駆動部からの距離が等しい点を中間位置としたときに、第１の駆動部が第２の駆動部よりも非駆動部寄りに位置すると共に、第２の駆動部が第１の駆動部よりも中間位置寄りに位置していてもよい。

本発明の他の観点に係る積層型圧電素子は、基部と、同じ第１の方向に向けて基部から延びている非駆動部並びに第１〜第３の駆動部とを有し、複数の圧電体層が第１の方向に沿って積層されてなる積層体と、互いに電気的に絶縁された状態で積層体の表面に配置されている第１及び第２の外部電極とを備え、第１〜第３の駆動部並びに非駆動部は、第１〜第３の駆動部の順で非駆動部寄りに位置するように、第１の方向に直交する第２の方向に沿って並び、第１〜第３の駆動部はそれぞれ、圧電体層を介して第１の方向で対向する第１及び第２の内部電極を有し、基部は、第１の方向と直交する面に沿って延びている第３の内部電極を有し、第１の内部電極は、第１の外部電極と電気的に接続され且つ第２の外部電極とは電気的に絶縁され、第２及び第３の内部電極は、第２の外部電極と電気的に接続され且つ第１の外部電極とは電気的に絶縁され、第１〜第３の駆動部がそれぞれ有する第２の内部電極は共に、第１の方向において第３の内部電極と隣り合い、且つ、第１の方向から見て第３の内部電極と部分的に重なり合っており、第１の方向から見たときに、第３の内部電極と、第１〜第３の駆動部がそれぞれ有する第２の内部電極とが重なり合う第１〜第３の面積は、第１〜第３の面積の順に小さくなっている。

本発明の他の観点に係る積層型圧電素子では、第１〜第３の駆動部がそれぞれ有する第２の内部電極が、第１の方向において基部が有する第３の内部電極と隣り合い、且つ、第１の方向から見て第３の内部電極と部分的に重なり合っている。第２及び第３の内部電極は共に、第２の外部電極に電気的に接続されているので同極である。そのため、第２の内部電極と第３の内部電極との間には浮遊容量が生ずる。加えて、第１の方向から見たときに、第３の内部電極と、第１〜第３の駆動部がそれぞれ有する第２の内部電極とが重なり合う第１〜第３の面積は、第１〜第３の面積の順に小さい。そのため、各駆動部が有する第２の内部電極と第３の内部電極との間にそれぞれ生ずる浮遊容量は、非駆動部寄りに位置する第１の駆動部ほど大きく、非駆動部から離れた側に位置する第３の駆動部ほど小さい。従って、非駆動部寄りに位置する第１の駆動部と外部電極との間に生ずる抵抗値ほど大きく、非駆動部から離れた側に位置する第３の駆動部と外部電極との間に生ずる抵抗値ほど小さくなっている場合には、浮遊容量の大きさと抵抗値との積に基づく時定数が、各駆動部の等価回路においていずれも同等となる。以上より、各駆動部の応答性が同等となり、駆動部の変位のばらつきを抑制することが可能となる。

第１の方向から見たときに、第１の方向及び第２の方向の双方に直交する第３の方向における第３の内部電極の幅は、非駆動部側に向かうにつれて大きくなっていてもよい。

積層体は、２つの非駆動部を有し、第２の方向に延びる仮想直線上において２つの非駆動部からの距離が等しい点を中間位置としたときに、２つの非駆動部のうちの一方から中間位置に向けて第１〜第３の駆動部の順で第２の方向に沿って並んでいてもよい。

第１の方向から見たときに、第１の方向及び第２の方向の双方に直交する第３の方向における第３の内部電極の幅は、中間位置から非駆動部側に向かうにつれて大きくなっていてもよい。

本発明に係る積層型圧電素子によれば、駆動部の変位のばらつきを抑制することが可能となる。

図１は、積層型圧電素子を上方から見た斜視図である。 図２は、積層型圧電素子を下方から見た斜視図である。 図３の（ａ）は、図１のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線断面を示し、図３の（ｂ）は、図１のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面を示し、図３の（ｃ）は、図１のＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ線断面を示す。 図４は、図３の（ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図５は、図３の（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。 図６は、図３の（ａ）のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 図７は、駆動部を拡大して示す斜視図である。 図８は、積層型圧電素子の等価回路を示す図である。 図９は、他の例に係る積層型圧電素子における、図１のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線での断面を示す。 図１０は、他の例に係る積層型圧電素子における、図３の（ａ）のＶＩ−ＶＩ線での断面を示す。 図１１は、他の例に係る積層型圧電素子における、図３の（ａ）のＶＩ−ＶＩ線での断面を示す。

本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。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。

積層型圧電素子１は、積層体２と、外部電極３，４とを備える。積層型圧電素子１の長さ（図１及び図２のＸ軸方向における大きさ）は、例えば、３６．９５ｍｍ〜３７．０５ｍｍ程度に設定されていてもよい。積層型圧電素子１の幅（図１及び図２のＹ軸方向における大きさ）は、１．８５ｍｍ〜１．９５ｍｍ程度に設定されていてもよい。積層型圧電素子１の厚さ（図１及び図２のＺ軸方向における大きさ）は、０．９５ｍｍ〜１．０５ｍｍ程度に設定されていてもよい。

積層体２は、複数の圧電体層３０が積層されてなる。積層体２は、一対の端面２ａ，２ｂと、一対の主面２ｃ，２ｄと、一対の側面２ｅ，２ｆとを有する。端面２ａ，２ｂは、積層体２の長手方向において対向している。端面２ａ，２ｂの対向方向は、積層体２の長手方向であり、図１及び図２のＸ軸方向である。端面２ａ，２ｂは、互いに略平行に延び且つＸ軸方向に略直交している。

主面２ｃ，２ｄは、積層体２の厚さ方向において対向している。主面２ｃ，２ｄの対向方向は、積層体２の厚さ方向であり、図１及び図２のＺ軸方向である。主面２ｃ，２ｄは、互いに略平行に延び且つＺ軸方向に略直交している。主面２ｃ，２ｄは、端面２ａ，２ｂを連結している。

側面２ｅ，２ｆは、積層体２の幅方向において対向している。側面２ｅ，２ｆの対向方向は、積層体２の幅方向であり、図１及び図２のＹ軸方向である。側面２ｅ，２ｆは、互いに略平行に延び且つＹ軸方向に略直交している。側面２ｅ，２ｆは、端面２ａ，２ｂ及び主面２ｃ，２ｄを連結している。

積層体２は、８つの第１の部分１０と、２つの第２の部分１１とを有する。第１及び第２の部分１０，１１は、Ｘ軸方向に沿って並んでいる。第１の部分１０は、Ｘ軸方向において第２の部分１１の間に位置している。すなわち、第２の部分１１は、Ｘ軸方向において両端側に位置している。第１及び第２の部分１０，１１は、互いに離間している。第１及び第２の部分１０，１１の数は、上述の数に限られず、それぞれ少なくとも一つずつであってもよい。

第１の部分１０は、図１及び図２に示されるように、駆動部５０と、基部５１の一部とからなる。いずれの第１の部分１０においても、駆動部５０は、Ｚ軸方向に沿うように基部５１から同一方向に向けて延びている。駆動部５０と基部５１とは、一体成形されている。駆動部５０は、圧電的に活性な活性部（活性領域）を含む。

駆動部５０は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれから見て、矩形状を呈している。駆動部５０のうちＹ軸方向において対向する側面のうち一方の側面は、側面２ｅの一部をなしている。駆動部５０のうちＹ軸方向において対向する側面のうち他方の側面は、側面２ｆの一部をなしている。駆動部５０のうちＺ軸方向において対向する側面のうち一方の側面は、駆動部５０の一方の側面と他方の側面とを連結しており、主面２ｃの一部をなしている。

Ｙ軸方向における駆動部５０の長さは、Ｘ軸方向における駆動部５０の長さよりも長い。隣り合う駆動部５０の間には、略等しい間隔をもってスリットＳが形成されている。従って、本実施形態においては、９本のスリットＳが存在する。スリットＳは、主面２ｃ側に開口し、且つ、Ｚ軸方向において延びている。

図３の（ａ）及び図７に詳しく示されるように、駆動部５０は、複数の圧電体層３０と、矩形状を呈する複数の内部電極３１，３２とを含む。圧電体層３０及び内部電極３１，３２は、Ｚ軸方向において積層されている。圧電体層３０及び内部電極３１，３２の積層方向（以下、積層方向という。）は、主面２ｃ，２ｄの対向方向であり、積層体２の厚さ方向であり、図１及び図２のＺ軸方向である。

圧電体層３０は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ_ｘ，Ｔｉ_１−ｘ）Ｏ_３）を主成分とする圧電セラミックス材料からなる。実際の積層型圧電素子１では、各圧電体層３０は、視認できない程度に一体化されている。本実施形態では、各圧電体層３０の厚みは、１０μｍ〜５０μｍ程度に設定されていてもよい。

複数の内部電極３１は、積層方向で対向するように積層方向に沿って並んでいる。内部電極３１は、互いに略平行に延び且つＺ軸方向に略直交している。内部電極３１の数は特に限定されないが、図３の（ａ），（ｂ）及び図７では１０枚である。図３の（ａ），（ｂ）及び図５に示されるように、内部電極３１の一端は、側面２ｅまで延びており、側面２ｅに露出している。内部電極３１の他端は、側面２ｆの近傍にまで延びているが、側面２ｅ，２ｆの対向方向において側面２ｆから離れている。そのため、内部電極３１の他端は、側面２ｆには露出していない。

複数の内部電極３２は、積層方向で対向するように積層方向に沿って並んでいる。内部電極３２は、互いに略平行に延び且つＺ軸方向に略直交している。内部電極３２の数は、特に限定されないが、図３の（ａ），（ｂ）及び図７では１１枚である。図３の（ａ），（ｂ）及び図４に示されるように、内部電極３２の一端は、側面２ｆまで延びており、側面２ｆに露出している。内部電極３２の他端は、側面２ｅの近傍にまで延びているが、側面２ｅ，２ｆの対向方向において側面２ｅから離れている。そのため、内部電極３２の他端は、側面２ｅには露出していない。本実施形態では、内部電極３１，３２のうち積層方向において最も基部５１寄りに位置する電極は、内部電極３２である。以下では、各駆動部５０内において最も基部５１寄りに位置する内部電極３２を、内部電極３２Ａと称する。

内部電極３１，３２は、銀（Ａｇ）及びパラジウム（Ｐｄ）を主成分とする導電材料からなっていてもよい。内部電極３１，３２の厚みは、例えば、０．５μｍ〜３μｍ程度に設定されていてもよい。導電材料として、Ｃｕ（銅）を用いてもよい。積層方向において隣り合う内部電極３１と内部電極３２との間隔は、例えば１０μｍ〜５０μｍ程度、すなわち隣り合う内部電極３１と内部電極３２との間に位置する圧電体層３０の厚みと同程度に設定されていてもよく、２０μｍ程度に設定されていてもよい。

内部電極３２Ａを除き、内部電極３１と内部電極３２とは、積層方向において交互に並んでいる。図７に示されるように、内部電極３１，３２は、積層方向において重なり合う部分Ｐと、積層方向において重なり合わない部分Ｑとを有する。部分Ｐは、駆動部５０のうち活性部に対応する部分である。部分Ｑは、駆動部５０のうち不活性部に対応する部分である。

第２の部分１１は、図１及び図２に示されるように、非駆動部５２と、基部５１の一部とからなる。いずれの第２の部分１１においても、非駆動部５２は、Ｚ軸方向に沿うように基部５１から同一方向に向けて延びている。非駆動部５２が基部５１から延びる方向は、駆動部５０が基部５１から延びる方向と同じである。非駆動部５２と基部５１とは、一体成形されている。非駆動部５２は、圧電的に不活性な不活性部（不活性領域）を含む。

非駆動部５２のうちＹ軸方向において対向する側面のうち一方の側面は、側面２ｅの一部をなしている。非駆動部５２のうちＹ軸方向において対向する側面のうち他方の側面は、側面２ｆの一部をなしている。非駆動部５２のうちＺ軸方向において対向する側面のうち一方の側面は、非駆動部５２の一方の側面と他方の側面とを連結しており、主面２ｃの一部をなしている。非駆動部５２のうち側面２ｅ側には、Ｚ軸方向に延びる溝３５が形成されている。

図３の（ｃ）に詳しく示されるように、非駆動部５２は、複数の圧電体層３０と、矩形状を呈する複数の内部電極３３とを含む。圧電体層３０及び内部電極３３は、Ｚ軸方向において積層されている。圧電体層３０及び内部電極３３の積層方向は、圧電体層３０及び内部電極３１，３２の積層方向と略同一である。

複数の内部電極３３は、積層方向で対向するように積層方向に沿って並んでいる。内部電極３３同士は、圧電体層３０を介して隣り合い且つ対向している。内部電極３３は、互いに略平行に延び且つＺ軸方向に略直交している。内部電極３３の数は、特に限定されないが、図３の（ｃ）では２１枚である。内部電極３３の一端は、側面２ｆまで延びており、側面２ｆに露出している。内部電極３３の他端は、側面２ｅまで延びており、側面２ｅに露出している。

内部電極３３は、銀（Ａｇ）及びパラジウム（Ｐｄ）を主成分とする導電材料からなっていてもよい。内部電極３３の厚みは、例えば、０．５μｍ〜３μｍ程度に設定されていてもよい。導電材料として、Ｃｕ（銅）を用いてもよい。積層方向において隣り合う内部電極３３の直線距離は、例えば１０μｍ〜５０μｍ程度、すなわち隣り合う内部電極３３間に位置する圧電体層３０の厚みと同程度に設定されていてもよく、２０μｍ程度に設定されていてもよい。

基部５１は、直方体形状を呈している。基部５１のうちＸ軸方向において対向する側面のうち一方の側面は、端面２ａの一部をなしている。基部５１のうちＸ軸方向において対向する側面のうち他方の側面は、端面２ｂの一部をなしている。基部５１のうちＹ軸方向において対向する側面のうち一方の側面は、側面２ｅの一部をなしている。基部５１のうちＹ軸方向において対向する側面のうち他方の側面は、側面２ｆの一部をなしている。基部５１のうちＺ軸方向において対向する側面のうち一方の側面は、基部５１の一方の側面と他方の側面とを連結しており、主面２ｄの一部をなしている。

図２、図３及び図７に示されるように、基部５１は、複数の圧電体層３０と、内部電極３４とを含む。圧電体層３０及び内部電極３４は、Ｚ軸方向において積層されている。圧電体層３０及び内部電極３４の積層方向は、圧電体層３０及び内部電極３１，３２の積層方向と略同一である。

本実施形態では、内部電極３４の数は１つである。図６に詳しく示されるように、内部電極３４は、基部５１内において、積層方向と直交する面沿って延びている。内部電極３４は、積層方向から見て、駆動部５０及び非駆動部５２と重なり合っている。

図６に示されるように、内部電極３４のうち端面２ａ，２ｂ寄りの両端は、端面２ａ，２ｂのそれぞれから露出していない。内部電極３４のうち側面２ｅ寄りの端は、側面２ｅ，２ｆのうち非駆動部５２の側面を構成する部分から露出している。内部電極３４のうち側面２ｆ寄りの端は、側面２ｆから露出していない。

内部電極３４のＹ軸方向における幅は、Ｚ軸方向に延びる仮想直線上において２つの非駆動部５２からの距離が等しい点を中間位置としたときに、当該中間位置から非駆動部５２に向かうにつれて（Ｘ軸方向における積層体２の中央から端面２ａ，２ｂに向かうにつれて）大きくなっている。そのため、積層方向から見たときに、内部電極３４のうち側面２ｆ寄りの側縁であって、Ｘ軸方向において２つの非駆動部５２の間に位置する部分３４ａは、Ｘ軸方向において中間位置から非駆動部５２側に向かうにつれて、側面２ｆに近づく。本実施形態では、部分３４ａは、図６に示されるように階段状に形成されている。なお、以下では、端面２ａ，２ｂ寄りに位置する１つの駆動部５０を駆動部５０Ａと称し、Ｘ方向において積層体２の中央寄りに位置する１つの駆動部５０を駆動部５０Ｂと称する（図１〜図３参照）。

内部電極３４は、積層方向において内部電極３２Ａと隣り合っている。積層方向から見て、内部電極３４と内部電極３２Ａとは、部分的に重なり合っている。内部電極３４の部分３４ａが上述のような形状を呈しているので、積層方向から見たときに内部電極３４と内部電極３２Ａとが重なり合う面積は、Ｘ軸方向において中間位置から非駆動部５２に向かうにつれて大きくなっている。すなわち、積層方向から見たときに、内部電極３４と駆動部５０Ａが有する内部電極３２Ａとが重なり合う面積は、内部電極３４と駆動部５０Ｂが有する内部電極３２Ａとが重なり合う面積よりも大きい。

図１〜図５に示されるように、外部電極３は、駆動部５０における側面２ｅのそれぞれに配置されている。外部電極３は、内部電極３１のうち側面２ｅに露出している端と物理的且つ電気的に接続されている。外部電極３のそれぞれは、互いに物理的且つ電気的に独立している。外部電極３は、例えば、Ｃｒ、Ｃｕ／Ｎｉ、Ａｕの３層の金属膜からなっていてもよい。外部電極３の厚みは、例えば、０．３μｍ〜５．０μｍ程度に設定されていてもよい。Ａｕの金属膜の代わりに、例えばＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｓｎ等を用いてもよい。

外部電極４は、外部電極３と電気的に絶縁されている。外部電極４は、図１及び図２に示されるように、側面２ｆの全面にわたって配置されている領域４ａと、非駆動部５２における側面２ｅのそれぞれに配置されている領域４ｂと、主面２ｄの全面にわたって配置されている領域４ｃとを有する。外部電極４の構成は、外部電極３の構成と同様である。

領域４ａは、内部電極３２のうち側面２ｆに露出している端と物理的且つ電気的に接続されている。領域４ａは、駆動部５０の形状に対応した形状を成しており、駆動部５０に対応した位置において凹凸を呈している。領域４ｂは、内部電極３３，３４のうち側面２ｅに露出している端と物理的且つ電気的に接続されている。領域４ｃは、領域４ａと領域４ｂとを物理的且つ電気的に接続している。

Ｘ軸方向において、積層体２のうち２つの溝３５の間に位置する部分であって、側面２ｅと主面２ｄとがなす角部分には、積層体２が切り欠かれた切欠部３６が形成されている。切欠部３６は、側面２ｅ及び主面２ｄに対して傾斜する傾斜面である。

以上のように構成されている積層型圧電素子１においては、内部電極３１と外部電極３とが電気的に接続されており、これらが同極である。内部電極３２〜３４と、外部電極４とが電気的に接続されており、これらが同極である。内部電極３１及び外部電極３と、内部電極３２〜３４及び外部電極４とは、電気的に接続されていない。

外部電極３と外部電極４との間に電圧が印加されると、内部電極３１と内部電極３２との間にも電圧が印加される。そのため、駆動部５０のうち活性部に位置する圧電体層３０に電界が生じ、駆動部５０が変位する。一方、非駆動部５２においては、圧電体層３０が内部電極３３の間に位置しているので、圧電体層３０に電界が生じない。そのため、非駆動部５２は変位しない。

続いて、図８を参照して、積層型圧電素子１の等価回路について説明する。図８には、８つある駆動部５０のうち２つの駆動部５０Ａ，５０Ｂが示され、他の駆動部５０が省略されている。駆動部５０Ａは、容量成分Ｃ１，Ｃ２及び抵抗成分Ｒ１，Ｒ２を有する。駆動部５０Ｂは、容量成分Ｃ３，Ｃ４及び抵抗成分Ｒ３，Ｒ４を有する。駆動部５０Ａを構成する等価回路と、駆動部５０Ｂを構成する等価回路とは、並列に接続されている。

容量成分Ｃ１は、駆動部５０Ａが有する内部電極３１，３２により構成される容量成分を表わす。容量成分Ｃ２は、駆動部５０Ａが有する内部電極３２Ａと基部５１が有する内部電極３４との間で生ずる浮遊容量による容量成分を表わす。抵抗成分Ｒ１は、駆動部５０Ａが有する内部電極３２、外部電極４の領域４ａ、外部電極４の領域４ｃ（又は内部電極３３）、外部電極４の領域４ｂの順に電流が流れる導電経路の抵抗成分を表わす。抵抗成分Ｒ２は、内部電極３４、外部電極４の領域４ｂの順に電流が流れる導電経路の抵抗成分を表わす。

容量成分Ｃ１と、容量成分Ｃ２及び抵抗成分Ｒ１，Ｒ２とは、直列に接続されている。抵抗成分Ｒ１と、容量成分Ｃ２及び抵抗成分Ｒ２とは、並列に接続されている。容量成分Ｃ２と抵抗成分Ｒ２とは、直列に接続されている。このときの駆動部５０Ａの等価回路の時定数τＡを、式１に示す。
τＡ＝（Ｃ１^−１＋Ｃ２^−１）^−１×（Ｒ１^−１＋Ｒ２^−１）^−１ ・・・ （１）

容量成分Ｃ３は、駆動部５０Ｂが有する内部電極３１，３２により構成される容量成分を表わす。駆動部５０Ａ，５０Ｂの構成が同じ場合には、容量成分Ｃ３の大きさは容量成分Ｃ１の大きさと同じである。容量成分Ｃ４は、駆動部５０Ｂが有する内部電極３２Ａと基部５１が有する内部電極３４との間で生ずる浮遊容量による容量成分を表わす。抵抗成分Ｒ３は、駆動部５０Ｂが有する内部電極３２、外部電極４の領域４ａ、外部電極４の領域４ｃ（又は内部電極３３）、外部電極４の領域４ｂの順に電流が流れる導電経路の抵抗成分を表わす。抵抗成分Ｒ４は、内部電極３４、外部電極４の領域４ｂの順に電流が流れる導電経路の抵抗成分を表わす。

容量成分Ｃ３と、容量成分Ｃ４及び抵抗成分Ｒ３，Ｒ４とは、直列に接続されている。抵抗成分Ｒ３と、容量成分Ｃ４及び抵抗成分Ｒ４とは、並列に接続されている。容量成分Ｃ４と抵抗成分Ｒ４とは、直列に接続されている。このときの駆動部５０Ｂの等価回路の時定数τＢを、式２に示す。
τＢ＝（Ｃ３^−１＋Ｃ４^−１）^−１×（Ｒ３^−１＋Ｒ４^−１）^−１ ・・・ （２）

続いて、積層型圧電素子１の製造方法の一例について説明する。まず、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に有機バインダや有機溶剤等を混合して基体ペーストを作製し、その基体ペーストを用いて圧電体層３０となるグリーンシートをドクターブレード法により成形する。また、所定比率の銀とパラジウムとからなる金属材料に有機バインダや有機溶剤等を混合して電極パターン形成用の導電ペーストを作製する。

次に、導電ペーストを用いて、内部電極３１〜３４に対応する電極パターンのそれぞれをグリーンシート上にスクリーン印刷法により形成する。そして、内部電極３１及び内部電極３３に対応する電極パターンが形成されたグリーンシート、内部電極３２及び内部電極３３に対応する電極パターンが形成されたグリーンシート、内部電極３４に対応する電極パターンが形成されたグリーンシート、及び圧電体層３０となるグリーンシートを積層して、積層体グリーンを作製する。

続いて、積層体グリーンを所定の温度（例えば、６０℃程度）で加熱しながら、積層方向に所定の圧力でプレスした後、積層体グリーンを所定の大きさに切断する。そして、積層体グリーンを所定の温度（例えば、４００℃程度）で脱脂した後、所定の温度（例えば、１１００℃程度）で所定時間焼成して、積層体２を得る。

続いて、積層体２の側面２ｅ，２ｆ及び主面２ｄに対応する面に、Ｃｒ、Ｃｕ／Ｎｉ、Ａｕの順に３層の金属膜をスパッタリング法により形成して外部電極を形成する。そして、積層体２において側面２ｅに対応する面に積層方向に沿って溝３５を形成することにより、外部電極を分断する。積層体２の側面２ｅと主面２ｄとの角部分に、切欠部３６を形成する。

続いて、スリットＳを例えばダイシングブレードによって形成する。以上により、積層型圧電素子１が得られる。

以上のような本実施形態では、積層方向から見たときに、内部電極３４と駆動部５０Ａが有する内部電極３２Ａとが重なり合う面積は、内部電極３４と駆動部５０Ｂが有する内部電極３２Ａとが重なり合う面積よりも大きい。そのため、容量成分Ｃ２の大きさが、容量成分Ｃ４の大きさよりも大きい。一方、駆動部５０Ａは、駆動部５０Ｂよりも非駆動部５２寄りに位置しているので、抵抗成分Ｒ１の大きさが、抵抗成分Ｒ３の大きさよりも小さい。時定数τＡを示す式１は抵抗成分Ｒ１と容量成分Ｃ２との積を含み、時定数τＢを示す式２は抵抗成分Ｒ３と容量成分Ｃ４との積を含んでいる。そのため、時定数τＡと時定数τＢとが同等となる。以上より、各駆動部５０の応答性が同等となり、駆動部５０の変位のばらつきを抑制することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の要旨の範囲内で種々の変形を上記の実施形態に加えてもよい。例えば、駆動部５０内の内部電極のうち最も基部５１寄りに位置する電極が、基部５１内の内部電極３４と同極であればよいので、図９に示されるように、駆動部５０内の内部電極のうち基部５１寄りにおいて複数の内部電極３２が積層方向に並んでいてもよい。

部分３４ａは、Ｙ軸方向における幅が、Ｘ軸方向において中間位置から非駆動部５２に向かうにつれて（Ｘ軸方向における積層体２の中央から端面２ａ，２ｂに向かうにつれて）大きくなっていればよい。そのため、部分３４ａの形状は特に限定されない。部分３４ａの形状は、例えば、図１０に示されるような曲線状（弧状）を呈していてもよいし、図１１に示されるような三角形状を呈していてもよいし、図示はしていないが直線と曲線とが組み合わされた形状を呈していてもよい。

積層体２は、Ｘ軸方向において連続して並ぶ複数の駆動部５０からなる駆動部群を有し、当該駆動部群の各駆動部５０において、各内部電極３２Ａと内部電極３４とが重なり合う面積（以下、面積Ａと称する。）がいずれも同等であってもよい。このとき、Ｘ軸方向において当該駆動部群よりも非駆動部５２寄りに他の駆動部５０が位置している場合には、当該他の駆動部５０の内部電極３２Ａと内部電極３４とが重なり合う面積が、面積Ａよりも大きい。一方、Ｘ軸方向において他の駆動部５０よりも非駆動部５２寄りに当該駆動部群が位置している場合には、当該他の駆動部５０の内部電極３２Ａと内部電極３４とが重なり合う面積が、面積Ａよりも小さい。

１…積層型圧電素子、２…積層体、２ａ，２ｂ…端面、２ｃ，２ｄ…主面、２ｅ，２ｆ…側面、３，４…外部電極、４ａ〜４ｃ…領域、３０…圧電体層、３１〜３４…内部電極、３２Ａ…内部電極、３４ａ…部分、５０，５０Ａ，５０Ｂ…駆動部、５１…基部、５２…非駆動部。

Claims (6)

1. 基部と、同じ第１の方向に向けて前記基部から延びている非駆動部並びに第１及び第２の駆動部とを有し、複数の圧電体層が前記第１の方向に沿って積層されてなる積層体と、
   互いに電気的に絶縁された状態で前記積層体の表面に配置されている第１及び第２の外部電極とを備え、
   前記第１及び第２の駆動部並びに前記非駆動部は、前記第１の駆動部が前記第２の駆動部よりも前記非駆動部寄りに位置するように、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って並び、
   前記第１及び第２の駆動部はそれぞれ、前記圧電体層を介して前記第１の方向で対向する第１及び第２の内部電極を有し、
   前記基部は、前記第１の方向と直交する面に沿って延びている第３の内部電極を有し、
   前記第１の内部電極は、前記第１の外部電極と電気的に接続され且つ前記第２の外部電極とは電気的に絶縁され、
   前記第２及び第３の内部電極は、前記第２の外部電極と電気的に接続され且つ前記第１の外部電極とは電気的に絶縁され、
   前記第１及び第２の駆動部がそれぞれ有する前記第２の内部電極は共に、前記第１の方向において前記第３の内部電極と隣り合い、且つ、前記第１の方向から見て前記第３の内部電極と部分的に重なり合っており、
   前記第１の方向から見たときに、前記第３の内部電極と、前記第１の駆動部が有する前記第２の内部電極とが重なり合う第１の面積は、前記第３の内部電極と、前記第２の駆動部が有する前記第２の内部電極とが重なり合う第２の面積よりも大きい、積層型圧電素子。
2. 前記積層体は、２つの前記非駆動部を有し、
   前記第１及び第２の駆動部は、２つの前記非駆動部の間に位置するように、前記第２の方向に沿って並び、
   前記第２の方向に延びる仮想直線上において２つの前記非駆動部からの距離が等しい点を中間位置としたときに、前記第１の駆動部が前記第２の駆動部よりも２つの前記非駆動部のうち一方寄りに位置すると共に、前記第２の駆動部が前記第１の駆動部よりも前記中間位置寄りに位置している、請求項１に記載の積層型圧電素子。
3. 基部と、同じ第１の方向に向けて前記基部から延びている非駆動部並びに第１〜第３の駆動部とを有し、複数の圧電体層が前記第１の方向に沿って積層されてなる積層体と、
   互いに電気的に絶縁された状態で前記積層体の表面に配置されている第１及び第２の外部電極とを備え、
   前記第１〜第３の駆動部並びに前記非駆動部は、前記第１〜第３の駆動部の順で前記非駆動部寄りに位置するように、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って並び、
   前記第１〜第３の駆動部はそれぞれ、前記圧電体層を介して前記第１の方向で対向する第１及び第２の内部電極を有し、
   前記基部は、前記第１の方向と直交する面に沿って延びている第３の内部電極を有し、
   前記第１の内部電極は、前記第１の外部電極と電気的に接続され且つ前記第２の外部電極とは電気的に絶縁され、
   前記第２及び第３の内部電極は、前記第２の外部電極と電気的に接続され且つ前記第１の外部電極とは電気的に絶縁され、
   前記第１〜第３の駆動部がそれぞれ有する前記第２の内部電極は共に、前記第１の方向において前記第３の内部電極と隣り合い、且つ、前記第１の方向から見て前記第３の内部電極と部分的に重なり合っており、
   前記第１の方向から見たときに、前記第３の内部電極と、前記第１〜第３の駆動部がそれぞれ有する前記第２の内部電極とが重なり合う第１〜第３の面積は、前記第１〜第３の面積の順に小さくなっている、積層型圧電素子。
4. 前記第１の方向から見たときに、前記第１の方向及び前記第２の方向の双方に直交する第３の方向における前記第３の内部電極の幅は、前記非駆動部側に向かうにつれて大きくなっている、請求項３に記載の積層型圧電素子。
5. 前記積層体は、２つの前記非駆動部を有し、
   前記第２の方向に延びる仮想直線上において２つの前記非駆動部からの距離が等しい点を中間位置としたときに、２つの前記非駆動部のうちの一方から前記中間位置に向けて前記第１〜第３の駆動部の順で前記第２の方向に沿って並んでいる、請求項３に記載の積層型圧電素子。
6. 前記第１の方向から見たときに、前記第１の方向及び前記第２の方向の双方に直交する第３の方向における前記第３の内部電極の幅は、前記中間位置から前記非駆動部側に向かうにつれて大きくなっている、請求項５に記載の積層型圧電素子。

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