专利名称：层叠型压电致动器以及压电振动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用了隔着陶瓷层层叠有多个内部电极的层叠型陶瓷烧结体的层叠型压电致动器，更详细而言涉及采用了在最外层具有不活泼层的陶瓷烧结体的层叠型压电致动器。此外，本发明涉及具备振动板并且在振动板上接合了层叠型压电致动器的压电振动装置。
背景技术：
以往，提出了各种采用了隔着压电陶瓷层层叠有多个内部电极的层叠型陶瓷烧结体的层叠型压电致动器、压电蜂鸣器等。例如，在下述的专利文献I中公开了在上述层叠型陶瓷烧结体上粘贴由钢板构成的振动板的压电蜂鸣器。其中，层叠型陶瓷烧结体的振动板侧的陶瓷层没有进行极化处理。据此,该陶瓷层作为缓和层。因此,能够使由陶瓷烧结体和振动板构成的振动体的弯曲振动
平滑化。但是，在将专利文献I所记载的压电蜂鸣器应用于压电致动器时，未被极化处理的陶瓷层成为不活泼的陶瓷层。即，成为对压电效果没有贡献的不活泼层。因此，不活泼层成为约束层，位移量有可能变小。相对于此，在下述的专利文献2中公开了具有图15所示的构造的层叠型压电致动器1001。在层叠型压电致动器1001中，在层叠型陶瓷烧结体1002内在层叠方向上交替配置有多个第I内部电极1003和多个第2内部电极1004。此外，在陶瓷烧结体1002的第I端面形成有第I外部电极1005。在陶瓷烧结体1002的第2端面形成有第2外部电极1006。在陶瓷烧结体1002的上表面，按照在层叠方向上俯视时与最上部的第I内部电极1003重叠的方式形成有表面电极100 6a。另一方面，在陶瓷烧结体1002的下表面没有形成表面电极。因此，最下部的第I内部电极1003与陶瓷烧结体1002的下表面之间的陶瓷层、即最下层的陶瓷层被设为不活泼层。该不活泼层的厚度被设为比作为活性层的其它陶瓷层的厚度薄。因为作为不活泼层的最下层的陶瓷层的厚度被设定得较薄，所以难以约束层叠型压电致动器1001的位移。现有技术文献专利文献专利文献I JP特开昭61-103397号公报专利文献2 JP特开2005-285817号公报
发明内容
-发明要解决的课题-在专利文献2所记载的层叠型压电致动器1001等中，第1、第2外部电极1005、1006通过导电糊的涂敷/烧接等而形成。在该情况下，如图16的箭头A所示，第2外部电极1006从陶瓷烧结体1002的第2端面卷绕到下表面，形成卷绕部1006b。在卷绕部1006b的长度(从作为与第2外部电极1006连接的部分的基端到卷绕部1006b的顶端的尺寸)较长的情况下，在层叠方向上俯视时卷绕部1006b隔着最下层的陶瓷层与最下部的第I内部电极1003重叠。因此，如图16所示，作为不活泼层的最下层的陶瓷层的一部分成为活性部。因为作为不活泼层的最下层的陶瓷层的厚度较薄，所以在上述活性部，与作为活性层的其他陶瓷层相比，施加较高的电场。因此，陶瓷层有可能在高电场区域X内被破坏。此外，如图15所示，在缩短了第1、第2内部电极1003、1004的长度(从作为第1、第2内部电极1003、1004的端面侧部分的基端到第1、第2内部电极1003、1004的顶端的尺寸)的情况下，即使形成了图16所示的卷绕部，卷绕部与最下部的第I内部电极1003在层叠方向上俯视时隔着最下层的陶瓷层也不重叠。但是，在该情况下，第1、第2内部电极1003、1004在层叠方向上俯视时重叠的部分即活性部的长度、即连结陶瓷烧结体1002的第1、第2端面间的方向上的该活性部的长度L变短。而且，在该活性部的上述长度方向两侧存在不活泼部，不活泼部变大。因此，层叠型压电致动器1001的位移受阻碍。尤其在层叠型压电致动器1001是利用了弯曲模式的压电致动器的情况下，若第
1、第2端面侧的不活泼部变大，则层叠型压电致动器1001的位移受到较大阻碍。另外，在使第1、第2内部电极1003、1004的长度变长的情况下，如图16所示，在层叠方向上俯视时，最下部的第I内部电极1003的顶端侧部分有可能隔着最下层的陶瓷层与卷绕部1006b重叠。本发明的目的在于提供一种层叠型压电致动器和具备该层叠型压电致动器的压电振动装置，即使将最外层的陶瓷层设为不活泼层，通过使该不活泼层的厚度变薄从而提高了位移量，也难以产生陶瓷烧结体中的破坏。-用于解决课题的手段_本发明所涉及的层叠型压电致动器陶瓷烧结体，其由压电陶瓷构成，并且具有上表面、下表面以及相对置的第I端面、第2端面；多个第I内部电极，形成在陶瓷烧结体内，并且被引出到第I端面；多个第2内部电极，形成在陶瓷烧结体内，并且被引出到第2端面；多个陶瓷层，形成在陶瓷烧结体内，并且与第I内部电极以及第2内部电极一起层叠；第I外部电极，其形成在陶瓷烧结体的第I端面；以及第2外部电极，其形成在陶瓷烧结体的第2端面。在本发明中，第I内部电极和第2内部电极在陶瓷烧结体内隔着陶瓷层相对置，夹在第I内部电极与第2内部电极之间的陶瓷层作为活性层，具有多个活性层，在陶瓷烧结体内，多个第I内部电极、第2内部电极中的位于最上部的内部电极与陶瓷烧结体的上表面之间的陶瓷层作为第I不活泼层，多个第I内部电极、第2内部电极中的位于最下部的内部电极与陶瓷烧结体的下表面之间的陶瓷层作为第2不活泼层。此外，作为不活泼层的陶瓷层的厚度比作为活性层的陶瓷层的厚度薄，并且在将第I内部电极或者第2内部电极的长度设为从引出该第I内部电极或者第2内部电极的第I端面或者第2端面到该第I内部电极或者第2内部电极的顶端的距离时，位于最上部的内部电极以及位于最下部的内部电极的长度的至少一方比其他内部电极的长度短。此外，在陶瓷烧结体的层叠方向上俯视时，第I外部电极、第2外部电极形成为隔着不活泼层而不与最上部以及最下部的内部电极中的连接于不同的电位的内部电极重叠。
在本发明所涉及的层叠型压电致动器的某特定方面，第I外部电极、第2外部电极形成在陶瓷烧结体的第I端面、第2端面上，并且设置为不到达陶瓷烧结体的上表面以及下表面。在该情况下，在陶瓷烧结体的上下两面以及下表面侧的不活泼层，难以施加电场。因此，更难以产生不活泼层中的破坏。在本发明所涉及的层叠型压电致动器的某特定方面，第I外部电极、第2外部电极具有位于陶瓷烧结体的第I端面、第2端面的端面部、和与端面部连接并且到达陶瓷烧结体的上表面以及下表面的至少一方的卷绕部，卷绕部被配置为在陶瓷烧结体的层叠方向上俯视时该卷绕部和最上部以及最下部的内部电极中的连接于不同的电位的内部电极隔着不活泼层而不重叠。如此即使在第1、第2外部电极存在卷绕部的情况下，在陶瓷烧结体的层叠方向上俯视时，也配置为卷绕部和最上部以及最下部的内部电极中的连接于不同的电位的内部电极隔着不活泼层而不重叠，所以难以产生成为最上层或者最下层的最外层的陶瓷层即不活泼层中的破坏。在本发明所涉及的层叠型压电致动器的另一特定方面，卷绕部是用于与其他构件接合的表面电极。在该情况下，利用表面电极，能够容易地安装到振动板、基板等。在本发明所涉及的层叠型压电致动器的另一特定方面，构成活性层的陶瓷层的厚度相等。在该情况下，能够使用同一陶瓷生片来容易地形成不活泼层以外的陶瓷层。在本发明所涉及的层叠型压电致动器的另一特定方面，在将不活泼层的厚度设为L、将活性层的厚度设为H时，O < (1/2)H。在该情况下，能够更可靠地抑制不活泼层对位移的约束，能够可靠地获得更大的位移量。本发明所涉及的压电振动装置具备振动板，并且在该振动板上接合了本发明所涉及的层叠型压电致动器。在该情况下，根据本发明，能够提供以弯曲模式振动的、并且位移量大的压电振动装置。-发明效果-在本发明所涉及的层叠型压电致动器中，作为不活泼层的陶瓷层的厚度比作为活性层的陶瓷层的厚度薄，所以作为不活泼层的陶瓷层不那么约束作为活性层的陶瓷层的位移，能够获得较大的位移量。而且，位于最上部的内部电极以及位于最下部的内部电极的长度的至少一方比其他内部电极的长度短，并且在陶瓷烧结体的层叠方向上俯视时，第1、第2外部电极形成为隔着不活泼层而不与最上部以及最下部的内部电极中的连接于不同的电位的内部电极重叠，所以在厚度较薄的不活泼层中难以产生电场施加时的破坏。
图1 (a)是表示本发明的第I实施方式所涉及的层叠型压电致动器的正面剖视图，(b)是表示其变形例的正面剖视图。图2是表示本发明的第I实施方式所涉及的层叠型压电致动器的立体图。图3是表示本发明的第2实施方式所涉及的层叠型压电致动器的正面剖视图。图4是表示实施例1所涉及的弯曲型压电致动器的正面剖视图。图5是表示比较例I的弯曲型压电致动器的正面剖视图。图6是表示比较例2的弯曲型压电致动器的正面剖视图。图7是表示比较例3的弯曲型压电致动器的正面剖视图。
图8是表示比较例4的弯曲型压电致动器的正面剖视图。图9是表示本发明的第2实施方式所涉及的弯曲型压电致动器的正面剖视图。图10是表示本发明的第3实施方式所涉及的弯曲型压电致动器的正面剖视图。图11是表示本发明所涉及的压电致动器的变形例的正面剖视图。图12是示意性表示图11所示的变形例的压电致动器的内部构造的立体图。图13是表示本发明所涉及的压电致动器的另一变形例的正面剖视图。图14是表示本发明所涉及的压电致动器的另一变形例的正面剖视图。图15是表示现有层叠型压电致动器的正面剖视图。图16是用于说明图15所示的现有层叠型压电致动器的问题点的正面剖视图。
具体实施例方式以下，参照附图来说明本发明的具体实施方式
，由此使本发明变得清楚。〔第I实施方式〕图1 (a)是表示本发明的第I实施方式所涉及的层叠型压电致动器I的正面剖视图，图2是其立体图。层叠型压电致动器I具有由压电陶瓷构成的陶瓷烧结体2。在本实施方式中，陶瓷烧结体2由锆钛酸铅系陶瓷构成。当然，也可以由其他压电陶瓷形成陶瓷烧结体2。陶瓷烧结体2具有长方体状的形状，具有上表面2a、下表面2b、第I端面2c和第2端面2d。在陶瓷烧结体2内，配置有包括陶瓷层2e、2f、2g的多个陶瓷层。在陶瓷烧结体2内，与上表面2a以及下表面2b平行地配置有多个第I内部电极3a 3d和多个第2内部电极4a 4d。多个第I内部电极3a 3d被引出到陶瓷烧结体2的第I端面2c。多个第2内部电极4a 4d被引出到陶瓷烧结体2的与第I端面2c对置的第2端面2d。在陶瓷烧结体2内，层叠了多个陶瓷层、多个第I内部电极3a 3d和多个第2内部电极4a 4d。在陶瓷烧结体2中，在层叠方向上，即在连结上表面2a和下表面2b的方向上交替地配置了第I内部电极3a 3d和第2内部电极4a 4d。在第I端面2c处形成了第I外部电极5。在第2端面2d处形成了第2外部电极
6。在本实施方式中，第I外部电极5具有位于第I端面2c处的端面部5a、与端面部5a连接并且到达上表面2a的卷绕部5b、和与端面部5a连接并且到达下表面2b的卷绕部5c。第2外部电极6具有位于第2端面2d处的端面部6a、与端面部6a连接并且到达上表面2a的卷绕部6b、和与端面部6a连接并且到达下表面2b的卷绕部6c。第1、第2内部电极3a 3d、4a 4d由AgPd构成。当然,第1、第2内部电极3a 3d、4a 4d也可以由Ag、Au、Cu、Ni或者它们的合金等适当的金属材料形成。具有上述第1、第2内部电极3a 3d、4a 4d的陶瓷烧结体2是能够通过公知的陶瓷一体烧成技术获得的层叠型陶瓷烧结体。第1、第2外部电极5、6通过导电糊的涂敷/烧接而形成。当然，也可以通过蒸镀法或者溅射法或者镀覆法等形成。在本实施方式中，第1、第2外部电极5、6通过溅射法形成。第1、第2外部电极5、6能够由适当的金属或者合金形成。在陶瓷烧结体2中，第I内部电极3a 3d中的任意一个与第2内部电极4a 4d中的任意一个之间夹着的部分作为活性层发挥功能。这里，所谓活性层，是指在施加了电场时通过压电效果而进行伸缩的部分。在陶瓷烧结体2中，相邻的活性层在层叠方向上按相反方向被进行极化处理。驱动层叠型压电致动器I时，在第1、第2外部电极5、6间施加电压。其结果，对由第I内部电极3a 3d与第2内部电极4a 4d夹着的多个陶瓷层2e施加电场。因此，施加上述电场时，层叠型压电致动器I在连结第1、第2端面2c、2d的方向中央，呈现中央向上方突出的姿态和中央向下方突出的姿态。即，以弯曲模式进行位移。另外，构成多个活性层的各陶瓷层2e的厚度相等。因此，如后述那样，能够减少形成各陶瓷层2e时所需要的生片(green sheet)的种类，能够提高生产率。在本实施方式中，对作为最下层、即位于第I内部电极3d的下方的陶瓷层2f不施加上述电场。因此，陶瓷层2f是不活泼层。同样地，对作为最上层、即位于第2内部电极4a的上方的陶瓷层2g不施加上述电场。即，陶瓷层2g与陶瓷层2f同样，是不活泼层。所谓不活泼层，是指在从第1、第2外部电极5、6施加了电压时，未被施加电场的层。本实施方式的层叠型压电致动器I的特征在于，上述陶瓷层2f、2g的厚度比作为活性层的陶瓷层2e的厚度要薄。如前所述，不活泼层按照约束活性层的位移的方式起作用。在本实施方式中，因为作为不活泼层的陶瓷层2f、2g的厚度较薄，所以不那么约束作为活性层的陶瓷层2e的位移。因此，能够获得较大的位移量。本实施方式的层叠型压电致动器I的其他特征在于，第1、第2内部电极3a 3d、4a 4d中的位于最下部的第I内部电极3d的长度、以及位于最上部的第2内部电极4a的长度比剩下的第1、第2内部电极3a 3c、4b 4d要短。这里，所谓内部电极的长度，是指从引出内部电极的陶瓷烧结体的端面到内部电极的顶端的尺寸、即各内部电极在连结第1、第2端面2c、2d的方向上的尺寸。此外，在本实施方式的层叠型压电致动器I中，第2外部电极6的卷绕部6c被设置为在层叠方向上俯视时隔着陶瓷层2f不与第I内部电极3d重叠。S卩，使第I内部电极3d的长度按照在层叠方向上俯视时隔着陶瓷层2f不与卷绕部6c重叠的方式变短，并且卷绕部6c的长度被缩短。另外，所谓卷绕部6c的长度，是指从第2端面2d到卷绕部6c的顶端、即第I端面2c侧的端部的尺寸。第2外部电极6的卷绕部6c和第I内部电极3d连接于相互不同的电位。同样，在陶瓷烧结体2的上方部分，第I外部电极5的卷绕部5b也被设置为在层叠方向上俯视时隔着陶瓷层2g不与第2内部电极4a重叠。S卩，使第2内部电极4a的长度按照在层叠方向上俯视时隔着陶瓷层2g不与卷绕部5b重叠的方式变短，并且卷绕部5a的长度也被缩短。第I外部电极5的卷绕部5b和第2内部电极4a连接于相互不同的电位。如图16所示，在现有层叠型压电致动器1001A中，在最下部的第I内部电极1003及与该内部电极连接于不同的电位的第2外部电极1006的卷绕部1006b之间施加电场，有可能形成高电场区域X。因此，在最外层的较薄的陶瓷层中有可能产生破坏。与此相对，在本实施方式中，在陶瓷层2f、2g中不形成这种高电场区域。因此，SP使在最外层设置厚度相对薄的陶瓷层2f、2g，扩大了位移量，也难以产生该陶瓷层2f、2g中的破坏。图1 (b)是表示第I实施方式的变形例所涉及的层叠型压电致动器11的正面剖视图。在本变形例中，第1、第2外部电极5、6仅具有端面部5a、6a。即，没有设置第I实施方式中的卷绕部5b、5c、6b、6c。这种第1、第2外部电极5、6能够通过导电糊的涂敷/烧接、蒸镀法或者镀覆法或者溅射法等适当的方法形成。在本变形例中，因为没有设置卷绕部5b、5c、6b、6c，所以在陶瓷层2f、2g中难以进一步施加高电场。即，因为第I内部电极3d及与该第I内部电极3d连接于不同的电位的第2外部电极6在层叠方向上俯视时隔着陶瓷层2f不会重叠，并且因为第I内部电极3d的顶端与第2外部电极6之间的距离比第I实施方式大，所以在陶瓷层2f更难以施加高电场。同样，第2内部电极4a的顶端与第I外部电极5之间的距离也比第I实施方式的情况大，在陶瓷层2g更难以施加高电场。因此，根据本变形例，更难以产生绝缘破坏。如此，在本发明中，也可以不设置卷绕部5b、5c、6b、6c。图3是表示本发明的第2实施方式所涉及的层叠型压电致动器21的正面剖视图。在第2实施方式中，在陶瓷烧结体2的下表面2b，第I外部电极5的卷绕部5c的面积比第I实施方式的情况变大，即卷绕部5c构成了表面电极。同样,第2外部电极6的卷绕部6c的面积也比第I实施方式的情况变大，卷绕部6c也构成表面电极。这里，表面电极在将层叠型压电致动器21连接于其他构件时，例如后述的实施例那样连接于振动板时，作为接合部分发挥功能。这种作为接合部分发挥功能的表面电极与第I实施方式的卷绕部5c、6c相比需要具有较大的面积，由此，能够提高接合的可靠性。在第2实施方式中，形成了作为上述表面电极发挥功能的卷绕部5c、6c。因此，最下部的第I内部电极3d的长度与第I实施方式的情况相比进一步变短。S卩，在本实施方式的层叠型压电致动器21中，第I内部电极3d和与第I内部电极3d连接于不同的电位的第2外部电极6的卷绕部6c被配置为在层叠方向上俯视时隔着作为不活泼层的陶瓷层2f不重叠。在该情况下，作为表面电极发挥功能的卷绕部6c的面积变大，连结第1、第2端面2c、2d的方向上的长度变长，所以相应地第I内部电极3d的长度变短。由此，难以在陶瓷层2f施加高电场。如此，在本发明中，也可以扩大卷绕部5c、6c的面积，提高连接于振动板时的接合的可靠性，在该情况下，也可以将最下部的第I内部电极3d和与第I内部电极3d连接于不同的电位的第2外部电极6的卷绕部6c配置为在层叠方向上俯视时隔着作为不活泼层的陶瓷层2f不重叠。接下来，对于将上述第I实施方式的层叠型压电致动器I粘贴在振动板上构成的压电振动装置，且以弯曲模式变形的弯曲型压电致动器的具体的实施例，与比较例一起进行说明。作为实施例1，制作了图4所示的弯曲型压电致动器31。在弯曲型压电致动器31中，在振动板32上通过粘合剂层33粘贴了具有与前述的第I实施方式的层叠型压电致动器I同样构造的层叠型压电致动器34。振动板32受到层叠型压电致动器34的位移而被动地位移。其结果，弯曲型压电致动器31整体以弯曲模式进行位移。在实施例1中，作为振动板32，使用了厚度0.8mm的玻璃环氧板。此外，作为上述粘合剂层33，使用了环氧系粘合剂。在使用振动板32形成弯曲型压电致动器31时，上述振动板32的材料不限定于上述玻璃环氧板。即，振动板32能够通过合成树脂、金属等合适的材料来构成。当然，期望振动板32的热膨胀系数以及杨氏模量与陶瓷烧结体2的热膨胀系数以及杨氏模量接近。因此，若考虑压电陶瓷的热膨胀系数以及杨氏模量，则期望振动板32由42镍、低膨胀玻璃环氧构成。在制造陶瓷烧结体2时，使用了公知的陶瓷一体烧成技术。即，准备以压电陶瓷材料为主体的陶瓷生片，在该陶瓷生片的上表面印刷AgPd糊以形成母体的内部电极图案。另夕卜，在印刷上述内部电极图案时，在形成前述最上部的第2内部电极4a以及最下部的内部电极3d的部分，按照最终内部电极的长度变短的方式，印刷了母体的内部电极图案。通过这种方式，层叠印刷了母体的内部电极图案的糊剂的多枚母陶瓷生片，进而在上下层叠比其他陶瓷生片薄的陶瓷生片，在层叠方向上压接，得到母陶瓷成形体。另外，在上述实施例1中，与构成活性层的陶瓷生片相比，使构成不活泼层的陶瓷生片的厚度变薄。作为其他方法，也可以使构成活性层的陶瓷生片的枚数比构成不活泼层的陶瓷生片的枚数多。将如上述那样得到的母陶瓷成形体切断为各个层叠型压电致动器单位的陶瓷成形体。对个片化后的陶瓷成形体进行烧成，得到陶瓷烧结体2。在该陶瓷烧结体2的第1、第2端面2c、2d通过溅射法制作了第1、第2外部电极5、6。然后，在第1、第2外部电极5、6间施加直流电压，在层叠方向上，按照极化轴一致的方式将相邻的活性层在层叠方向上按相反方向进行了极化处理。如上述那样得到层叠型压电致动器34，将该层叠型压电致动器34通过粘合剂层33粘贴到前述的振动板32上。按照这种方式，得到实施例1的弯曲型压电致动器31。为了进行比较，准备了图5所示的比较例I的弯曲型压电致动器1051。弯曲型压电致动器1051除了使用层叠型压电致动器1052代替上述实施例1的弯曲型压电致动器31中的层叠型压电致动器34之外，与上述实施例1同样。该层叠型压电致动器1052具有陶瓷烧结体1053。陶瓷烧结体1053具有上表面、下表面、第I端面1053c和第2端面1053d。在陶瓷烧结体1053内，与上表面以及下表面平行地配置了多个第I内部电极1054a 1054d和多个第2内部电极1055a 1055d。多个第I内部电极1054a 1054d被引出到陶瓷烧结体1053的第I端面1053c。多个第2内部电极1055a 1055d被引出到陶瓷烧结体1053的与第I端面1053c对置的第2端面1053d。在陶瓷烧结体1053中，在层叠方向上交替地配置了第I内部电极1054a 1054d和第2内部电极1055a 1055d。此外，相邻的陶瓷层在层叠方向上按相反方向进行了极化处理。由第I内部电极1054a 1054d和第2内部电极1055a 1055d夹着的陶瓷层即活性层的厚度全部相等。而且，在第I端面1053c形成了第I外部电极1056。在第2端面1053d形成了第2外部电极1057。这里，第I外部电极1056具有位于第I端面1053c的端面部1056a、与端面部1056a连接并且到达陶瓷烧结体1053的上表面的同时在层叠方向上俯视时与最上部的第2内部电极1055a重叠地设置的卷绕部1056b、和与端面部1056a连接并且到达陶瓷烧结体1053的下表面的卷绕部1056c。因此，最上层的陶瓷层作为活性层发挥作用。同样，第2外部电极1057具有位于第2端面1053d的端面部1057a、与端面部1057a连接并且到达陶瓷烧结体1053的上表面的卷绕部1057b、和与端面部1057a连接并且到达陶瓷烧结体1053的下表面的卷绕部1057c。卷绕部1057c向第I端面1053c侧延伸，在层叠方向上俯视时，与最下部的第I内部电极1054d隔着陶瓷层而重叠。因此，最下层的陶瓷层也作为活性层发挥功能。
在层叠型压电致动器1052中，上述最外层的陶瓷层作为活性层发挥功能，最外层的陶瓷层被设为与其他陶瓷层相同的厚度。对上述实施例1以及比较例I的弯曲型压电致动器31、1051在60°C的温度以及相对湿度93%的气氛中施加±12V的电压进行驱动，测量了直到发生故障为止的时间B10。结果如下述的表1所示。[表 1]
直到发生故障为止的时间BlO(小时)
实施例1 540 比较例I 140由表I可知，与比较例I相比，根据实施例1，能够使直到故障为止的时间BlO延长到约4倍左右。在比较例I中在比较短的时间发生了故障的原因，可以考虑在高温高湿下，空气中的水分到达内部的活性层，产生了内部电极中的Ag的迁移。在实施例1中，具有与上述第I实施方式的层叠型压电致动器I同样构造的层叠型压电致动器34，最外层的陶瓷层是不活泼层。因此，空气中的水分难以到达层叠型压电致动器内部的活性层，在作为活性层的陶瓷层中难以产生裂纹。因此，可认为层叠型压电致动器34的寿命变长。接下来，准备了上述实施例1的弯曲型压电致动器31和图6所示的比较例2的弯曲型压电致动器1061。在比较例2的弯曲型压电致动器1061中，除了使用层叠型压电致动器1062代替上述实施例1的弯曲型压电致动器31中的层叠型压电致动器34之外，与上述实施例1同样。而且，层叠型压电致动器1062与比较例I的层叠型压电致动器1052同样地具有陶瓷烧结体1053、多个第I内部电极1054a 1054d、多个第2内部电极1055a 1055d、第I外部电极1056和第2外部电极1057。层叠型压电致动器1062具有与用于前述的专利文献I所记载的压电蜂鸣器中的层叠型压电体同样的构造。在比较例I中，在陶瓷烧结体1053的上表面以及下表面，第I外部电极1056的卷绕部1056b以及第2外部电极1057的卷绕部1057c形成为在层叠方向上俯视时与连接于不同的电位的第2内部电极1055a或者第I内部电极1054d重叠。因此，最外层的陶瓷层成为活性层。与此相对，在比较例2的弯曲型压电致动器1061中，与卷绕部1056c、1057b同样地，卷绕部1056b以及卷绕部1057c连接于端面部1056a、1057a，并且形成为到达陶瓷烧结体1053的上表面或者下表面。因此，最外层的陶瓷层大致成为不活泼层。对于其他部分，与比较例I相同。另外，在实施例1中，作为不活泼层的最外层的陶瓷层的厚度为活性层的陶瓷层的厚度的1/2。在使作为不活泼层的最外层的陶瓷层和活性层的陶瓷层使用同一厚度的陶瓷层制造层叠型压电致动器的情况下，使活性层为2层的陶瓷层且使不活泼层为I层的陶瓷层的L = (1/2)H时，与使活性层为3层的陶瓷层且使不活泼层为2层的陶瓷层等其他条件相比，因为层叠工序的数目最小，所以制造变得容易从而优选。而且，若使陶瓷层的厚度和材料相同，则能够利用同一工序来准备陶瓷层，所以制造变得更加容易从而优选。
对于上述实施例1以及比较例2的弯曲型压电致动器31、1061的位移量，施加±12V的电压，将连结第1、第2端面的方向作为长度方向时，求出了弯曲型压电致动器31、1061的长度方向中央处的位移量。其结果，在比较例2中位移量为79 μ m。与此相对，在实施例I中位移量为87μπι。因此，可知通过使不活泼层的厚度变薄，根据实施例1，能够扩大
位移量。另外，在比较例2中，卷绕部1056b和最上部的第2内部电极1055a存在在层叠方向上俯视时隔着最上层的陶瓷层的一部分而重叠的部分。同样，卷绕部1057c和最下部的第I内部电极1054d存在在层叠方向上俯视时隔着最下层的陶瓷层的一部分而重叠的部分。因此，最外层是不活泼层，而不活泼层的一部分成为活性部。因此，如前所述，若在成为该活性部的部分施加高的电场，则在最外层的陶瓷层由于压电效果通过与所施加的电场相应地产生的应力以及由压电致动器的位移引起的应力，有可能在陶瓷层产生破坏。尤其若在厚度比被内部电极夹着的活性层变薄、破坏耐力变小的最外层的陶瓷层混合存在活性部和非活性部，则因为在被施加高电场的活性部与非活性部的边界发生的应力差和由压电致动器的位移引起的应力重叠，所以在厚度相对薄的最外层的陶瓷层容易产生破坏。接下来，准备了上述实施例1的弯曲型压电致动器31和图7所示的比较例3的弯曲型压电致动器1071。在比较例3的弯曲型压电致动器1071中，除了使用层叠型压电致动器1072代替上述实施例1的弯曲型压电致动器31中的层叠型压电致动器34之外，与上述实施例1相同。层叠型压电致动器1072除了最外层的陶瓷层的厚度为其他陶瓷层的厚度的1/2之外，具有与比较例2的弯曲型压电致动器1061的层叠型压电致动器1062相同的构造。该构造是与前述的专利文献2所记载的层叠型压电致动器相同的构造。在上述实施例1的弯曲型压电致动器31以及比较例3的弯曲型压电致动器1071施加矫顽电场的2倍的直流电压，对陶瓷烧结体进行了极化。S卩，在第1、第2外部电极间施加矫顽电场的2倍的电压，使作为活性层发挥功能的陶瓷层在层叠方向上极化。其结果，在比较例3的弯曲型压电致动器1071中所使用的层叠型压电致动器1072中，在10个样本中10个都发生了故障，在实施例1的弯曲型压电致动器31中所使用的层叠型压电致动器34中，10个样本中发生了故障的数目为O。另外，所谓故障，是指在极化处理时在相邻的电极间产生了短路的数目。如上所述，在使用于比较例3的弯曲型压电致动器1071的层叠型压电致动器1072中，产生了故障的原因可以考虑如下。即，因为最外层的陶瓷层的厚度变薄，所以在卷绕部1056b和最上部的第2内部电极1055a在层叠方向上俯视时隔着最上层的陶瓷层的一部分重叠的部分B以及卷绕部1057c和最下部的第I内部电极1054d在层叠方向上俯视时隔着最下层的陶瓷层的一部分重叠的部分D处施加高电场。因此，可考虑产生了短路。与此相对，在实施例1中，如上所述，最上部的第2内部电极4a和卷绕部5b在层叠方向上俯视时隔着最上层的陶瓷层不重叠，并且最下部的第I内部电极3d和卷绕部6c在层叠方向上俯视时隔着最下层的陶瓷层不重叠。因此，不对最外层的陶瓷层即不活泼层施加高电场。因此，可认为没有产生极化时的故障。接下来，准备上述实施例1的弯曲型压电致动器31和图8所示的比较例4的弯曲型压电致动器1081，对比了位移量。在比较例4的弯曲型压电致动器1081中，除了使用了与上述实施例1的弯曲型压电致动器31中的层叠型压电致动器34不同构造的层叠型压电致动器之外，与上述实施例1相同。比较例4的弯曲型压电致动器1081的层叠型压电致动器具有陶瓷烧结体1082。陶瓷烧结体1082具有上表面、下表面、第I端面1082c和第2端面1082d。在陶瓷烧结体1082内，与上表面以及下表面平行地配置了多个第I内部电极1083a 1083c和多个第2内部电极1084a 1084c。多个第I内部电极1083a 1083c被引出到陶瓷烧结体1082的第I端面1082c。多个第2内部电极1084a 1084c被引出到与陶瓷烧结体1082的第I端面1082c对置的第2端面1082d。在陶瓷烧结体1082中，在层叠方向上交替地配置第I内部电极1083a 1083c和第2内部电极1084a 1084c，并且在层叠方向上俯视时隔着陶瓷层重叠。此外，相邻的陶瓷层在层叠方向上按相反方向进行极化处理。而且，在第1、第2内部电极1083a 1083c、1084a 1084c被层叠的部分的上方，配置了第1、第2虚设(dummy)电极1085、1086。第1、第2虚设电极1085、1086分别被引出到第I端面1082c以及第2端面1082d。第1、第2虚设电极1085、1086在陶瓷烧结体1082的长度方向中央处对置。同样，在第1、第2内部电极1083a 1083c、1084a 1084c被层叠的部分的下方，也与第1、第2虚设电极1085、1086同样地构成了第1、第2虚设电极1087、1088。这里，第I内部电极1083a 1083c以及第2内部电极1084a 1084c在层叠方向上俯视时隔着陶瓷层重叠的部分是活性部。而且，第2虚设电极1086和最上部的第I内部电极1083a在层叠方向上俯视时隔着陶瓷层在层叠方向上俯视时重叠的部分也作为活性层发挥功能。同样，第I虚设电极1087和最下部的第2内部电极1084c在层叠方向上俯视时重叠的部分也作为活性层发挥功能。另外，第1、第2外部电极1089、1090与实施例1的第1、第2外部电极5、6同样地构成。在计算在上述实施例1的弯曲型压电致动器31以及比较例4的弯曲型压电致动器1081施加了 ±12V的电压时的位移量时，在比较例4中位移量为81 μ m，而根据实施例1，与前述的比较例2的对比的情况相同地位移量为87 μ m。因此可知，在比较例4中位移量较小，而根据实施例1，可以有效地提高位移量。这可以考虑，在比较例4中，虚设电极1085的下方部分的陶瓷层以及虚设电极1088的上方部分的陶瓷层也作为不活泼层发挥功能，由此约束了位移。〔第2实施方式〕图9是表示本发明的第2实施方式所涉及的弯曲型压电致动器51的正面剖视图。在第2实施方式所涉及的弯曲型压电致动器51中，在振动板52上通过粘合剂层54粘贴了层叠型压电致动器53。振动板52具有在绝缘性基板52a的表面形成了电极膜52b、52c的构造。在该电极膜52b、52c上通过粘合剂层54粘贴了层叠型压电致动器53。这里，与图1(b)所示的层叠型压电致动器11同样地，第1、第2外部电极5、6的卷绕部5c、6c形成为与卷绕部5b、6b相比具有较大的面积，作为表面电极发挥功能。该卷绕部5c、6c分别与电极膜52b、52c接合。对于其他构造，第2实施方式所涉及的弯曲型压电致动器51与实施例1的弯曲型压电致动器31相同。这里，因为卷绕部5c、6c具有较大的面积，所以对于电极膜52b、52c能够可靠地接合。即便在本实施方式中，其他构造也与实施例1相同，所以能够获得较大的位移量，并且能够有效地抑制Ag等的迁移。
〔第3实施方式〕图10是表示本发明的第3实施方式所涉及的弯曲型压电致动器61的正面剖视图。弯曲型压电致动器61与第2实施方式相反，构成为陶瓷烧结体2的上表面侧的卷绕部5b、6b的面积相对变大,作为表面电极发挥功能。另一方面，下表面侧的卷绕部5c、6c的面积相对变小，作为通常的卷绕部。对于其他部分，与实施例1的弯曲型压电致动器31相同。在第3实施方式中，在陶瓷烧结体2的上表面侧设置了具有比较大的面积且作为表面电极发挥功能的卷绕部5b、6b，所以在陶瓷烧结体2的上表面侧能够容易地进行与外部的电连接。在该情况下，卷绕部5b和相互电绝缘且连接于不同的电位的最上部的第2内部电极4a在层叠方向上俯视时隔着最上层的陶瓷层也不重叠。因此，与上述实施例1同样地，能够获得较大的位移量，并且也难以产生不活泼层的陶瓷层的破坏。〔变形例〕图11是用于说明本发明的压电致动器的另一变形例的正面剖视图，图12是示意性表示其内部构造的立体图。本变形例的压电致动器71具有通过粘合剂层75粘贴到振动板72上的层叠型压电致动器。该层叠型压电致动器具有陶瓷烧结体2A。在陶瓷烧结体2A内，第I内部电极3a、3b和第2内部电极4a、4b隔着陶瓷层交替层叠。如图12所示，第I内部电极3a、3b具有向陶瓷烧结体2A的长度方向一端侧的端面延伸的电极引出部。电极引出部的宽度比第I内部电极3a、3b的其他部分变窄。此外，第2内部电极4a、4b也具有向陶瓷烧结体2A的长度方向一端侧的端面延伸的电极引出部。该电极引出部的宽度也比第2内部电极4a、4b的其他部分变窄。而且，如图12所示，在陶瓷烧结体2A的上述一端侧的端面形成有第I端面电极73以及第2端面电极74。第I端面电极73设置为与第I内部电极3a、3b的电极引出部电连接。同样，第2端面电极74设置为与第2内部电极4a、4b的电极引出部电连接。在本变形例中，如上所述，第I内部电极3a、3b以及第2内部电极4a、4b引出到陶瓷烧结体2A的长度方向一端侧的端面。而且，在该端面，第I内部电极3a、3b与第I端面电极73电连接，第2内部电极4a、4b与第2端面电极74电连接。因此，在陶瓷烧结体2A的长度方向一端侧能够实现与外部的电连接。在本变形例中，也使陶瓷烧结体2A的作为不活泼层的最外层的陶瓷层比作为活性层的其他陶瓷层薄,并且使第1、第2内部电极3a、3b、4a、4b中位于最上部的第2内部电极4a的长度、以及位于最下部的第I内部电极3b的长度比其他内部电极短，由此第I端面电极73的卷绕部设置为在层叠方向上俯视时隔着最上层的陶瓷层不与第2内部电极4a重叠，第2端面电极74的卷绕部设置为在层叠方向上俯视时隔着最下层的陶瓷层不与第I内部电极3b重叠，由此能够获得与实施例1 3同样的效果。图13是表示本发明的压电致动器的另一变形例的正面剖视图。本变形例的压电致动器81通过粘合剂层83粘贴在振动板82上。具有层叠型压电致动器。在本变形例中，与压电致动器71同样地，在陶瓷烧结体2A内，第I内部电极3a、3b以及第2内部电极4a、4b隔着陶瓷层交替层叠。在陶瓷烧结体2A内，第I内部电极3a、3b和第2内部电极4a、4b隔着陶瓷层交替层叠。在层叠方向上俯视时，内部电极彼此隔着陶瓷层重叠的部分构成活性层。此外，在本变形例中，陶瓷烧结体2A的最下层的陶瓷层即不活泼层2h的厚度比其他陶瓷层的厚度薄。此外，通过使与不活泼层2h相邻的最下部的第I内部电极3b的长度比第I内部电极3a短，从而第2端面电极6的卷绕部设置为在层叠方向上俯视时隔着不活泼层2h不与第I内部电极3b重叠，通过使与最上层的陶瓷层相邻的最上部的第2内部电极4a的长度比第2内部电极4b短，从而第I端面电极5的卷绕部设置为在层叠方向上俯视时隔着最上层的陶瓷层不与第2内部电极4a重叠。因此，在本实施方式中，也能够获得与实施例I 3同样的效果。当然，如前述的第I实施方式那样，期望在上下设置厚度较薄的不活泼层。在图13中在陶瓷烧结体2A的最下层设置了不活泼层2h，但是如图14所示的变形例的压电致动器91那样，也可以在最上层设置厚度相对薄的不活泼层2i。符号说明I…压电致动器2，2A…陶瓷烧结体2a…上表面2b…下表面2c…第I端面2d…第2端面2e…陶瓷层2f…陶瓷层2g…陶瓷层2h…不活泼层2i…不活泼层3a 3d…第I内部电极4a 4d…第2内部电极5…第I外部电极5a…端面部5b, 5c…卷绕部6…第2外部电极6a…端面部6b，6c…卷绕部11…层叠型压电致动器21…层叠型压电致 动器31...弯曲型压电致动器32…振动板33...粘合剂层34…层叠型压电致动器51...弯曲型压电致动器52...振动板52a…绝缘性基板
52b，52c…电极膜53…层叠型压电致动器54…粘合剂层61...弯曲型压电致动器71…压电致动器73…第I端面电极74…第2端面电极81…压电致动器82…振动板91…压电致动器
权利要求
1.一种层叠型压电致动器，具备: 陶瓷烧结体，其由压电陶瓷构成，并且具有上表面、下表面以及相对置的第I端面、第2端面； 多个第I内部电极，形成在所述陶瓷烧结体内，并且被引出到所述第I端面； 多个第2内部电极，形成在所述陶瓷烧结体内，并且被引出到所述第2端面； 多个陶瓷层，形成在所述陶瓷烧结体内，并且与所述第I内部电极以及所述第2内部电极一起层叠； 第I外部电极，其形成在所述陶瓷烧结体的第I端面；以及 第2外部电极，其形成在所述陶瓷烧结体的第2端面， 所述第I内部电极和所述第2内部电极在陶瓷烧结体内隔着所述陶瓷层相对置，夹在所述第I内部电极与第2内部电极之间的陶瓷层作为活性层，具有多个活性层，在所述陶瓷烧结体内，所述多个第I内部电极、第2内部电极中的位于最上部的内部电极与陶瓷烧结体的上表面之间的陶瓷层作为第I不活泼层，所述多个第I内部电极、第2内部电极中的位于最下部的内部电极与陶瓷烧结体的下表面之间的陶瓷层作为第2不活泼层， 在作为所述不活泼层的陶瓷层的厚度比作为所述活性层的陶瓷层的厚度薄，并且将第I内部电极或者第2内部电极的长度设为从引出该第I内部电极或者第2内部电极的第I端面或者第2端面到该第I内部电极或者第2内部电极的顶端的距离时，位于所述最上部的内部电极以及位于最下部的内部电极的长度的至少一方比其他内部电极的长度短，在所述陶瓷烧结体的层叠方向上俯视时，所述第I外部电极、第2外部电极形成为隔着不活泼层而与最上部以及最下部的所述内部电极中的连接于不同的电位的内部电极不重叠。
2.根据权利要求1所述的层叠型压电致动器，其中， 所述第I外部电极、第2外部电极被设置为形成在所述陶瓷烧结体的第I端面、第2端面上，并且不到达所述陶瓷烧结体的上表面以及下表面。
3.根据权利要求1所述的层叠型压电致动器，其中， 所述第I外部电极、第2外部电极具有位于所述陶瓷烧结体的第I端面、第2端面的端面部、及与端面部连接并且到达所述陶瓷烧结体的上表面以及下表面的至少一方的卷绕部，卷绕部被配置为在所述陶瓷烧结体的层叠方向上俯视时该卷绕部和最上部以及最下部的所述内部电极中的连接于不同的电位的内部电极隔着所述不活泼层而不重叠。
4.根据权利要求3所述的层叠型压电致动器，其中， 所述卷绕部是用于与其他构件接合的表面电极。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的层叠型压电致动器，其中， 构成所述活性层的陶瓷层的厚度相等。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的层叠型压电致动器，其中， 在将所述不活泼层的厚度设为L、将所述活性层的厚度设为H时，O < L < (1/2)H。
7.一种压电振动装置，其具备振动板，并且在该振动板上接合有权利要求1 6中任一项所述的层叠型压电致动器。
全文摘要
本发明提供一种层叠型压电致动器及压电振动装置，即便使作为最外层的陶瓷层的不活泼层的厚度变薄从而提高了位移量，也难以产生陶瓷烧结体的破坏。层叠型压电致动器(1)在由压电陶瓷构成的陶瓷烧结体(2)内，第1内部电极(3a～3d)和第2内部电极(4a～4d)隔着陶瓷层而对置，夹在第1内部电极(3a～3d)与第2内部电极(4a～4d)之间的陶瓷层作为活性层，在层叠了活性层的部分的上方配置第1不活泼层(2g)，在下方配置第2不活泼层(2f)，作为不活泼层的陶瓷层(2f、2g)的厚度比作为活性层的陶瓷层(2e)的厚度薄，并且在陶瓷烧结体2的层叠方向上俯视时，内部电极形成为隔着不活泼层不与连接于不同的电位的第1、第2外部电极(5、6)重叠。
文档编号H01L41/083GK103155191SQ201180046820
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月24日 优先权日2010年11月1日
发明者进藤智 申请人:株式会社村田制作所