特許 6986694 圧電デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6986694

(24)【登録日】2021年12月2日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】圧電デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 41/083 20060101AFI20211213BHJP

   G01L 1/16 20060101ALI20211213BHJP

   G01L 9/08 20060101ALI20211213BHJP

   H01L 41/113 20060101ALI20211213BHJP

   H01L 41/193 20060101ALI20211213BHJP

   H02N 2/18 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   H01L41/083

   G01L1/16 C

   G01L9/08

   H01L41/08 N

   H01L41/113

   H01L41/193

   H02N2/18

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-25321(P2017-25321)

(22)【出願日】2017年2月14日

(65)【公開番号】特開2018-133412(P2018-133412A)

(43)【公開日】2018年8月23日

【審査請求日】2019年12月16日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002527

【氏名又は名称】特許業務法人北斗特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】島崎 幸博

(72)【発明者】

【氏名】竹岡 宏樹

【審査官】 宮本 博司

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／０２７６１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６１−１８２９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０５７５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０１５２８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ４１／０８３

Ｇ０１Ｌ １／１６

Ｇ０１Ｌ ９／０８

Ｈ０１Ｌ ４１／１９３

Ｈ０１Ｌ ４１／１１３

Ｈ０１Ｌ ４１／０８

Ｈ０２Ｎ ２／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電素子部と、前記蓄電素子部に重なる圧電素子部とを備える圧電デバイスであり、
前記蓄電素子部には、第一導電層と第二導電層の間に挟まれた誘電体フィルムが複数積層されており、
前記圧電素子部には、第三導電層と第四導電層の間に挟まれた圧電体フィルムが複数積層されており、
前記第一導電層と前記第三導電層とは電気的に接続され、前記第二導電層と前記第四導電層とは電気的に接続され、
前記圧電デバイス単独で、前記複数の圧電体フィルムがいずれも湾曲した形状に維持されていることで、前記圧電素子部全体が湾曲した形状に維持されている、
圧電デバイス。

【請求項2】

前記圧電素子部は、前記蓄電素子部とは反対側に向けて突出するように湾曲した形状を有する、
請求項１に記載の圧電デバイス。

【請求項3】

前記蓄電素子部は、前記圧電素子部側に向けて突出するように湾曲した形状を有する、
請求項２に記載の圧電デバイス。

【請求項4】

前記圧電素子部の厚みは、前記蓄電素子部の厚みよりも小さい、
請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【請求項5】

前記圧電体フィルムの厚みは、前記誘電体フィルムの厚みよりも大きい、
請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【請求項6】

前記圧電体フィルムの誘電正接は、前記誘電体フィルムの誘電正接よりも大きい、
請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【請求項7】

第一端部と、前記第一端部とは反対側にある第二端部とを有し、
前記第一端部に第一外部電極を、前記第二端部に第二外部電極を、それぞれ備え、
前記第一外部電極は、前記第一導電層及び前記第三導電層のいずれにも電気的に接続していることで、前記第一導電層と前記第三導電層とを電気的に接続し、
前記第二外部電極は、前記第二導電層及び前記第四導電層のいずれにも電気的に接続していることで、前記第二導電層と前記第四導電層とを電気的に接続している、
請求項１から６のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【請求項8】

前記第三導電層及び前記第四導電層の各々の厚みは、前記第一導電層及び前記第二導電層の各々の厚みよりも大きい、
請求項１から７のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【請求項9】

前記蓄電素子部と前記圧電素子部との間に介在する弾性体を備える、
請求項１から８のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【請求項10】

前記複数の圧電体フィルムは、ポリ乳酸を含有する、
請求項１から９のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電体フィルムを備える圧電デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

延伸を施したポリ乳酸フィルムなどの圧電体フィルムを備える圧電デバイスとして、例えば特許文献１では、機械的な振動を電圧に変換して検出するセンサ、電極に信号電圧を加えることにより発生する振動を利用した圧電スピーカなどが、提案されている。このような圧電デバイスは、自身に生じた変位の加速度に応じて電圧を出力する。そのため、例えば、圧電デバイスに瞬間的に大きな荷重が加えられると、圧電デバイスは大きな電圧を出力する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−２７０３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の圧電デバイスが出力する電圧は速やかに減衰し、その後は荷重が維持されても圧電デバイスは電圧を出力しなくなる。そのため、荷重が維持されていることを、圧電デバイスを利用して検知することは難しい。

【0005】

本発明の目的は、荷重が加えられた状態が維持されても出力が減衰しにくい圧電デバイスを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る圧電デバイスは、蓄電素子部と、前記蓄電素子部に重なる圧電素子部とを備える。前記蓄電素子部には、第一導電層と第二導電層の間に挟まれた誘電体フィルムが複数積層されている。前記圧電素子部には、第三導電層と第四導電層の間に挟まれた圧電体フィルムが複数積層されている。前記第一導電層と前記第三導電層とは電気的に接続され、前記第二導電層と前記第四導電層とは電気的に接続されている。前記複数の圧電体フィルムがいずれも湾曲した形状を有することで、前記圧電素子部全体が湾曲した形状を有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、荷重が加えられた状態が維持されても出力が減衰しにくい圧電デバイスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１Ａは本発明の一実施形態に係る圧電デバイスを示す概略の斜視図であり、図１Ｂは図１Ａに示す圧電デバイスを示す概略の断面図である。

【図2】図１Ａに示す圧電デバイスを作製するための中間製品を示す概略の斜視図である。

【図3】図３Ａは図２に示す中間製品における蓄電素子部の原部材を作製する工程を示す概略の斜視図であり、図３Ｂは図２に示す中間製品における圧電素子部の原部材を作製する工程を示す概略の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施形態について、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明する。

【0010】

本実施形態に係る圧電デバイス１は、蓄電素子部１１と、蓄電素子部１１に重なる圧電素子部１２とを備える。

【0011】

蓄電素子部１１には、第一導電層３１と第二導電層３２の間に挟まれた誘電体フィルム２が複数積層されている。圧電素子部１２には、第三導電層３３と第四導電層３４の間に挟まれた圧電体フィルム４が複数積層されている。

【0012】

例えば、図１において、蓄電素子部１１は、積層している複数の誘電体フィルム２と、誘電体フィルム２の各々に重ねられている第一導電層３１及び第二導電層３２とを備える。なお、第一導電層３１及び第二導電層３２は、誘電体フィルム２の積層方向の最外に位置する誘電体フィルム２を除いた誘電体フィルム２の各々に重ねられていれば、最外に位置する誘電体フィルム２は第一導電層３１及び第二導電層３２のうちのいずれか一方と重なっているだけでもよい。この場合の「積層している」とは、蓄電素子部１１内で複数の誘電体フィルム２が、その厚み方向に並んでいることを意味し、この場合、誘電体フィルム２同士が直接接していなくてもよい。

【0013】

圧電素子部１２は、積層している複数の圧電体フィルム４と、圧電体フィルム４の各々に重ねられている第三導電層３３及び第四導電層３４とを備える。なお、第三導電層３３及び第四導電層３４は、圧電体フィルム４の積層方向の最外に位置する圧電体フィルム４を除いた圧電体フィルム４の各々に重ねられていれば、最外に位置する圧電体フィルム４は第三導電層３３及び第四導電層３４のうちのいずれか一方と重なっているだけでも良い。この場合の「積層している」とは、圧電素子部１２内で複数の圧電体フィルム４が、その厚み方向に並んでいることを意味し、この場合、圧電体フィルム４同士が直接接していなくてもよい。

【0014】

第一導電層３１と第三導電層３３とは電気的に接続され、第二導電層３２と第四導電層３４とは電気的に接続されている。

【0015】

複数の圧電体フィルム４はいずれも湾曲した形状を有し、それにより、圧電素子部１２全体が湾曲した形状を有する。

【0016】

本実施形態によると、圧電素子部１２が荷重によって変形すると、圧電素子部１２において、圧電体フィルム４の変位に起因する圧電効果によって電圧が生じる。そのため圧電デバイス１は荷重に応じた電圧を出力できる。

【0017】

本実施形態では、上記の通り圧電体フィルム４が湾曲した形状を有することで、圧電素子部１２全体が湾曲した形状を有しており、そのことが、荷重がかけられた場合に圧電素子部１２で生じる電荷を増大させることができる。また、圧電素子部１２で生じた電荷は蓄電素子部１１に供給されて蓄電される。このため、圧電デバイス１にかけられた荷重が維持されても、圧電デバイス１が出力する電圧は減衰しにくい。また、圧電デバイス１にかけられる荷重が徐々に大きくなる場合のように、圧電体フィルム４の変位の加速度が小さい場合であっても、圧電デバイス１は十分に大きな電圧を出力できる。

【0018】

したがって、本実施形態では、荷重が維持されていることを、圧電デバイス１を利用して検知することができる。また、荷重が徐々に大きくなる場合であっても荷重を検知することもできる。さらに、本実施形態では、圧電デバイス１内で、圧電効果を発揮する圧電素子部１２と、圧電効果によって生じた電荷を蓄電する蓄電素子部１１とが積層しているので、上記の機能を発揮する圧電デバイス１をコンパクト化できるとともに、他の回路や検出器を要することなく、圧電デバイス１を利用して、荷重が維持されていることや、徐々に大きくなる荷重などを、検知することができる。また、圧電デバイス１を発電に利用することもできる。

【0019】

このような本実施形態の圧電デバイス１は、例えばトラフィックセンサ、タイヤ空気圧センサなどの交通分野、侵入検知、盗難警戒などのセキュリティ分野、音響ピックアップ、魚群探知機、ソナーなどの音響・超音波の分野、超音診断などの医療分野、床発電の分野など、種々の分野に適用可能である。

【0020】

圧電デバイス１の構成について、更に詳しく説明する。

【0021】

本実施形態では、図１Ａに示すように、圧電素子部は、蓄電素子部とは反対側に向けて突出するように湾曲した形状を有する。また、蓄電素子部は、圧電素子部側に向けて突出するように湾曲した形状を有する。すなわち、本実施形態では、蓄電素子部と圧電素子部は、いずれも、蓄電素子部から圧電素子部へと向かう一方向に向けて突出するように湾曲した形状を有する。これにより、圧電デバイス全体が、湾曲した形状を有する。

【0022】

本実施形態では、蓄電素子部及び圧電素子部は、湾曲していることで、一方向（以下、Ｘ方向という）から見て円弧形状を有する。

【0023】

まず蓄電素子部１１について説明する。蓄電素子部１１は、Ｘ方向から見て湾曲した形状を有することを除き、一般的な積層型のフィルムコンデンサと同様の構造を有することができる。

【0024】

本実施形態では、蓄電素子部１１は、複数の誘電体フィルム２と、複数の導電層３とを備える。誘電体フィルム２と導電層３とは交互に並んでいる。導電層３は第一導電層３１と第二導電層３２とを含み、第一導電層３１と第二導電層３２は交互に並んでいる。すなわち、蓄電素子部１１内では、第一導電層３１、誘電体フィルム２、第二導電層３２、誘電体フィルム２、第一導電層３１、誘電体フィルム２…、というように、要素が繰り返し並んで積層している。これにより、蓄電素子部１１は、積層している複数の誘電体フィルム２と、誘電体フィルム２の各々に接して重ねられている第一導電層３１及び第二導電層３２とを備え、誘電体フィルム２の各々は、第一導電層３１と第二導電層３２との間に挟まれている。誘電体フィルム２と導電層３の厚み方向及び積層方向は、Ｘ方向と直交する。

【0025】

本実施形態では、誘電体フィルム２、第一導電層３１及び第二導電層３２の各々は、Ｘ方向から見た形状が円弧形状であるように湾曲している。このような誘電体フィルム２、第一導電層３１及び第二導電層３２がＸ方向と直交する方向に積層しているため、蓄電素子部１１全体が湾曲し、蓄電素子部１１は円弧形状を有する。誘電体フィルム２の有する円弧形状の曲率は、例えば１／１０〜１／２０００（１／ｍｍ）の範囲内、好ましくは１／２０〜１／１０００（１／ｍｍ）の範囲内であるが、これに制限されない。

【0026】

誘電体フィルム２は、誘電体からなるフィルムであればよい。誘電体フィルム２は、例えばポリエステル、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリスチレンといった、プラスチックから作製される。すなわち、誘電体フィルム２は、例えばプラスチックフィルムである。本実施形態では、誘電体フィルム２は好ましくは圧電性を有さず、すなわち誘電体フィルム２の圧電定数は好ましくは０である。

【0027】

蓄電素子部１１における導電層３は、導電体からなる層であればよい。導電層３は、例えばインジウム、スズ、亜鉛、ガリウム、アンチモン、チタン、珪素、ジルコニウム、マグネシウム、アルミニウム、金、銀、銅、パラジウム、及びタングステンからなる群から選択される少なくとも一種の金属、又は少なくとも一種の金属の酸化物から、作製される。

【0028】

蓄電素子部１１内の誘電体フィルム２の数は、例えば２０〜１０００の範囲内であるが、これに制限されない。

【0029】

次に、圧電素子部１２について説明する。

【0030】

本実施形態では、圧電素子部１２は、複数の圧電体フィルム４と、複数の絶縁フィルム８と、複数の導電層３とを備える。圧電体フィルム４と絶縁フィルム８とは、交互に並んでいる。隣合う圧電体フィルム４と絶縁フィルム８との間には導電層３が介在している。圧電素子部１２における導電層３は第三導電層３３と第四導電層３４とを含み、第三導電層３３と第四導電層３４は交互に並んでいる。すなわち、圧電素子部１２内では、第三導電層３３、圧電体フィルム４、第四導電層３４、絶縁フィルム８、第三導電層３３、圧電体フィルム４…、というように、要素が繰り返し並んで積層している。これにより、圧電素子部１２は、積層している複数の圧電体フィルム４と、圧電体フィルム４の各々に接して重ねられている第三導電層３３及び第四導電層３４とを備え、圧電体フィルム４の各々は、第三導電層３３と第四導電層３４との間に挟まれている。

【0031】

換言すれば、本実施形態では、圧電素子部１２は、第三導電層３３と第四導電層３４とこれらの間に挟まれている圧電体フィルム４とからなる圧電素子９と、絶縁フィルム８とを、それぞれ複数備え、圧電素子９と絶縁フィルム８とは交互に並んで積層している。圧電体フィルム４と、絶縁フィルム８と、導電層３との厚み方向及び積層方向は、Ｘ方向と直交する。

【0032】

本実施形態では、圧電体フィルム４、絶縁フィルム８、第三導電層３３及び第四導電層３４の各々は、Ｘ方向から見た形状が円弧形状であるように湾曲している。このような圧電体フィルム４、絶縁フィルム８、第三導電層３３及び第四導電層３４がＸ方向と直交する方向に積層しているため、圧電素子部１２全体が湾曲し、圧電素子部１２は円弧形状を有する。圧電体フィルム４の有する円弧形状の曲率は、例えば１／１０〜１／２０００（１／ｍｍ）の範囲内、好ましくは１／２０〜１／１０００（１／ｍｍ）の範囲内であるが、これに制限されない。

【0033】

圧電体フィルム４は、圧電体からなるフィルムであればよい。圧電体フィルム４は、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）から作製される。また、圧電体フィルム４は、フッ化ビニリデン−三フッ化エチレン共重合体（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）、フッ化ビニリデン−四フッ化エチレン共重合体（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ）、シアン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体（ＶＤＣＮ／ＶＡｃ）、ナイロン１１、ポリ乳酸、ポリ尿素といった、圧電性を有するプラスチックから作製されてもよい。すなわち、圧電体フィルム４は、例えば圧電性を有するプラスチックフィルムである。

【0034】

なお、圧電体フィルム４がポリ乳酸を含有する場合、ポリ乳酸は生分解性を有することから、圧電デバイス１を廃棄する場合の環境への負荷を軽減できる。ポリ乳酸は、例えばポリＬ−乳酸又はポリＤ−乳酸であり、特に延伸されたポリＬ−乳酸又は延伸されたポリＤ−乳酸であることが好ましい。この場合、その厚み方向と直交する方向に沿った変位に応じて、厚み方向に分極する性質を有する圧電体フィルム４を得ることができる。ポリ乳酸の光学純度は８０モル％以上であることが好ましく、９０モル％以上であればより好ましく、９５モル％以上であれば特に好ましく、９８モル％以上であれば最も好ましい。ポリ乳酸は、その分子構造中に乳酸由来以外の単位を含んでいてもよいが、乳酸由来の単位と乳酸由来以外の単位の合計に対する乳酸由来以外の単位の割合は１０モル％以下であることが好ましく、５モル％以下であればより好ましく、２モル％以下であれば特に好ましい。

【0035】

絶縁フィルム８は、電気絶縁性を有するフィルムであればよい。絶縁フィルム８は、例えば、２軸延伸ポリプロピレンなどのポリプロピレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエチレン系樹脂といった、電気絶縁性を有するプラスチックから作製される。すなわち、絶縁フィルム８は、例えば電気絶縁性を有するプラスチックフィルムである。絶縁フィルム８の厚みは、例えば１〜２０μｍの範囲内、好ましくは３〜９μｍの範囲内である。

【0036】

圧電素子部１２における導電層３は、導電体からなる層であればよい。導電層３は、例えばインジウム、スズ、亜鉛、ガリウム、アンチモン、チタン、珪素、ジルコニウム、マグネシウム、アルミニウム、金、銀、銅、パラジウム、及びタングステンからなる群から選択される少なくとも一種の金属、又は少なくとも一種の金属の酸化物から、作製される。

【0037】

圧電素子部１２内の圧電体フィルム４の数は、例えば４０〜１０００の範囲内であるが、特にこれに制限されない。

【0038】

圧電素子部１２の厚みは、蓄電素子部１１の厚みよりも小さいことが好ましい。この場合、蓄電素子部１１よりも圧電素子部１２の方が変形しやすいため、荷重を受けた場合の圧電素子部１２の変位が大きくなり、それにより、圧電デバイス１の出力を向上できる。具体的には、蓄電素子部１１の厚みは０．５〜２５ｍｍの範囲内であることが好ましく、これに対して、圧電素子部１２の厚みは、０．１〜２０ｍｍの範囲内であることが好ましい。また、圧電素子部１２の厚みは、蓄電素子部１１の厚みの１０〜９０％の範囲内であることも好ましい。

【0039】

圧電体フィルム４の厚みは、誘電体フィルム２の厚みよりも大きいことが好ましく、すなわち、誘電体フィルム２の厚みは、圧電体フィルム４の厚みよりも小さいことが好ましい。一般に、圧電性を有するプラスチックフィルムの強度は弱いため、圧電体フィルム４の厚みが小さいと荷重によって圧電体フィルム４が破断されるなどして損傷されやすく、その結果、圧電デバイス１の出力が低下してしまうおそれがある。しかし、圧電体フィルム４の厚みが大きいと、圧電体フィルム４の損傷を抑制できる。また、誘電体フィルム２の厚みが小さいと、蓄電素子部１１の静電容量が大きくなり、その結果、荷重が維持された場合の圧電デバイス１の出力の減衰がより抑制される。

【0040】

具体的には、圧電体フィルム４の厚みは３〜２００μｍの範囲内であることが好ましく、５〜５０μｍの範囲内であれば更に好ましい。また、誘電体フィルム２の厚みは１〜２０μｍの範囲内であることが好ましく、２〜９μｍの範囲内であれば更に好ましい。また、圧電体フィルム４の厚みは、誘電体フィルム２の厚みの１１０〜１００００％の範囲内であることも好ましい。

【0041】

なお、圧電体フィルム４の厚みを小さくすると、圧電素子部１２の静電容量が大きくなることで、荷重が維持された場合に出力が減衰しにくくなることは期待できるものの、上記の通り圧電体フィルム４が損傷しやすくなってしまう。圧電体フィルム４の数を多くすることで圧電素子部１２の静電容量を大きくすることもできるが、その場合は圧電素子部１２の厚みが大きくなってしまって、荷重に対する圧電素子部１２の変位量が小さくなってしまう。一方、本実施形態では、蓄電素子部１１に圧電素子部１２が重なっているため、圧電体フィルム４の厚み及び数にかかわらず、荷重が維持された場合の圧電デバイス１からの出力を減衰しにくくできる。

【0042】

圧電体フィルム４の誘電正接は、誘電体フィルム２の誘電正接よりも大きいことが好ましい。すなわち、誘電体フィルム２の誘電正接は、圧電体フィルム４の誘電正接よりも小さいことが好ましい。誘電体フィルム２の誘電正接が小さいと、蓄電素子部１１における合成誘電正接を小さくできる。そのため、蓄電素子部１１における充放電時の発熱を抑制できる。

【0043】

具体的には、圧電体フィルム４の誘電正接は０．０４〜０．２の範囲内であることが好ましい。また、誘電体フィルム２の誘電正接は０．０００５〜０．０１５の範囲内であることが好ましく、この値は小さいほど好ましい。

【0044】

圧電素子部１２における第三導電層３３及び第四導電層３４の各々の厚みは、蓄電素子部１１における第一導電層３１及び第二導電層３２の各々の厚みよりも、大きいことが好ましい。第三導電層３３及び第四導電層３４の厚みが大きいと、圧電素子部１２内の内部抵抗を低減でき、また、荷重を受けて変形する部位である圧電素子部１２の強度向上に寄与できる。

【0045】

第一導電層３１、第二導電層３２、第三導電層３３及び第四導電層３４の厚みは、これらの導電層３の表面抵抗値の抑制、蓄電素子部１１及び圧電素子部１２の製造性、蓄電素子部１１内及び圧電素子部１２内の層間強度の維持、これらの導電層３を作製する際のダメージ抑制なども考慮して決定されることが好ましい。

【0046】

具体的には、第一導電層３１及び第二導電層３２の厚みは、１０ｎｍ〜５μｍの範囲内であることが好ましい。また、第三導電層３３及び第四導電層３４の厚みは、１０ｎｍ〜５μｍの範囲内であることが好ましい。

【0047】

上記の通り、圧電素子部１２は、蓄電素子部１１に重ねられる。この場合、蓄電素子部１１における誘電体フィルム２の積層方向、圧電素子部１２における圧電体フィルム４の積層方向、及び蓄電素子部１１と圧電素子部１２の積層方向が、いずれも一致している。また、蓄電素子部１１の有する円弧形状の中心、誘電体フィルム２の有する円弧形状の中心、圧電素子部１２の有する円弧形状の中心軸、及び圧電体フィルム４の有する円弧形状の中心軸は、ほぼ一致している。

【0048】

圧電素子部１２と蓄電素子部１１とは、圧電素子部１２の蓄電素子部１１と対向する面と、蓄電素子部１１の圧電素子部１２と対向する面との間が、電気的に絶縁されるように、積層される。本実施形態において、圧電デバイス１は、蓄電素子部１１と圧電素子部１２との間に介在する弾性部材１３を備える。すなわち、蓄電素子部１１と圧電素子部１２との間に、弾性部材１３が介在している。この弾性部材１３により、絶縁がなされうる。また、圧電デバイス１が弾性部材１３を備えると、圧電素子部１２が荷重により変形した場合、それに追随して弾性部材１３が変形しやすく、そのため圧電素子部１２が蓄電素子部１１に重なっていても、圧電素子部１２は変形しやすい。そのため、荷重に応じて圧電素子部１２で発生する電圧が大きくなり、その結果、荷重に対する圧電デバイス１の出力が向上する。

【0049】

弾性部材１３は、蓄電素子部１１よりも高い弾性限界歪みを有する部材であれば特に制限されない。弾性部材１３は、例えばニトリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ノルボルネンゴム、ラテックス、及び熱可塑性エラストマーからなる群から選択される少なくとも一種の材料から作製される、シートあるいは発泡シートである。弾性部材１３の厚みは例えば０．５〜５ｍｍの範囲内である。

【0050】

圧電デバイス１は、上記のような弾性部材１３を備えなくてもよい。その場合には、例えば圧電素子部１２における導電層３と蓄電素子部１１における誘電体フィルム２とが接して重なり、又は圧電素子部１２における圧電体フィルム４或いは絶縁フィルム８と蓄電素子部１１における導電層３とが接して重なり、又は圧電素子部１２における圧電体フィルム４或いは絶縁フィルム８と蓄電素子部１１における誘電体フィルム２とが接して重なることで、圧電素子部１２の蓄電素子部１１と対向する面と、蓄電素子部１１の圧電素子部１２と対向する面との間が、電気的に絶縁される。また、圧電素子部１２と蓄電素子部１１との間に、弾性部材１３以外の電気絶縁性を有する部材を介在させてもよい。

【0051】

本実施形態では、圧電デバイス１は、第一外部電極６１及び第二外部電極６２を備える。これらの構成について説明する。

【0052】

上記の通り、第一導電層３１と第三導電層３３とは電気的に接続され、第二導電層３２と第四導電層３４とは電気的に接続されている。本実施形態では、圧電デバイス１は第一端部５１と、第一端部５１とは反対側にある第二端部５２とを有し、第一端部５１に第一外部電極６１を、第二端部５２に第二外部電極６２を、それぞれ備える。第一外部電極６１は、第一導電層３１及び第三導電層３３のいずれにも電気的に接続していることで、第一導電層３１と第三導電層３３とを電気的に接続している。また、第二外部電極６２は、第二導電層３２及び第四導電層３４のいずれにも電気的に接続していることで、第二導電層３２と第四導電層３４とを電気的に接続している。この第一外部電極６１及び第二外部電極６２から、圧電デバイス１の出力を取り出すことができる。

【0053】

第一端部５１は、本実施形態では、圧電デバイス１における、Ｘ方向の一端部である。第二端部５２は、この第一端部５１とは反対側の端部である。

【0054】

本実施形態では、蓄電素子部１１における第一端部５１側の面では第一導電層３１が露出し、圧電素子部１２における第一端部５１側の面では第三導電層３３が露出している。第一外部電極６１は、蓄電素子部１１における第一端部５１側の面及び圧電素子部１２における第一端部５１側の面に接しており、これにより、第一外部電極６１は、第一導電層３１及び第三導電層３３のいずれにも接している。このため、第一外部電極６１は、第一導電層３１及び第三導電層３３のいずれにも電気的に接続している。

【0055】

また、本実施形態では、蓄電素子部１１における第二端部５２側の面では第二導電層３２が露出し、圧電素子部１２における第二端部５２側の面では第四導電層３４が露出している。第二外部電極６２は、蓄電素子部１１における第二端部５２側の面及び圧電素子部１２における第二端部５２側の面に接しており、これにより、第二外部電極６２は、第二導電層３２及び第四導電層３４のいずれにも接している。このため、第二外部電極６２は、第二導電層３２及び第四導電層３４のいずれにも電気的に接続している。

【0056】

第一外部電極６１及び第二外部電極６２は、例えばアルミニウム、亜鉛、錫、鉛、ニッケル、鉄、銅、及び真鍮、並びにこれらのうち二種以上の金属の合金からなる群から選択される、少なくとも一種の材料から作製される。第一外部電極６１及び第二外部電極６２は、導電性ゴムなどの変形容易な材料で作製されてもよい。第一外部電極６１及び第二外部電極６２は、導電性ペースト、導電性接着剤、又は導電性シートから作製されてもよい。

【0057】

圧電デバイス１の製造方法の一例について説明する。

【0058】

まず、図２に示すような、蓄電素子部１１の原部材１１０、圧電素子部１２の原部材１２０、第一外部電極６１の原部材６１０及び第二外部電極６２の原部材６２０を備える、圧電デバイス１の中間製品１０を作製する。なお、原部材１１０、原部材１２０、原部材６１０及び原部材６２０は、中間製品１０から圧電デバイス１を作製すると、それぞれ蓄電素子部１１、圧電素子部１２、第一外部電極６１及び第二外部電極６２になる部材である。

【0059】

蓄電素子部１１の原部材１１０の作製方法としては、一般的な巻回型のフィルムコンデンサの作製方法を採用できる。例えば、まず長尺な第一誘電体フィルム２１の一面上に、必要に応じて密着性向上のためのコーティングを施してから、蒸着法、スパッタリング法などの方法で第一導電層３１を作製する。これにより、第一誘電体フィルム２１と第一導電層３１とを備える第一金属化フィルム１５を作製する。また、長尺な第二誘電体フィルム２２の一面上に、必要に応じて密着性向上のためのコーティングを施してから、蒸着法、スパッタリング法などの方法で第二導電層３２を作製する。これにより、第二誘電体フィルム２２と第二導電層３２とを備える第二金属化フィルム１６を作製する。第一金属化フィルム１５と第二金属化フィルム１６とを重ねた状態で、これらを、一方向（以下Ｙ方向という）に沿った中心軸を中心にして巻回することで、蓄電素子部１１の原部材１１０を作製できる。原部材１１０は例えばＹ方向に沿った中心軸を有する管形状を有する。なお、蒸着法及びスパッタリング法のほか、例えば誘電体フィルム２の一面上に導電ペーストを塗布したり、導電性接着剤を塗布したり、金属箔などの導電性シートを重ねたりすることによって、導電層３を作製してもよい。なお、Ｙ方向は、圧電デバイス１におけるＸ方向と一致する。

【0060】

これまでの説明では、第一誘電体フィルム２１の片面上に第一導電層３１を形成し、第二誘電体フィルム２１の片面上に第二導電層３２を形成したが、これに限定されない。例えば、第一誘電体フィルム２１の一方の主面上に第一導電層３１を、他方の主面上に第二導電層３２を形成し、これと、導電層３を形成していない第二誘電体フィルム２２とを巻回してもよい。

【0061】

この蓄電素子部１１の原部材１１０の周りには、必要に応じて、弾性部材１３を配置する。

【0062】

圧電素子部１２の原部材１２０の作製方法としては、一般的な巻回型のフィルムコンデンサの作製方法に準じた方法を採用できる。例えば、まず長尺な圧電体フィルム４の一面上に、必要に応じて密着性向上のためのコーティングを施してから、蒸着法、スパッタリング法などの方法で導電層３を作製する。これにより、圧電体フィルム４と導電層３とを備える第三金属化フィルム１７を作製する。また、長尺な絶縁フィルム８の一面上に、必要に応じて密着性向上のためのコーティングを施してから、蒸着法、スパッタリング法などの方法で導電層３を作製する。これにより、絶縁フィルム８と導電層３とを備える第四金属化フィルム１８を作製する。続いて、第三金属化フィルム１７と第四金属化フィルム１８とを重ねた状態で、これらをＹ方向に沿った中心軸を中心にして、蓄電素子部１１の原部材１１０の周りで巻回することで、圧電素子部１２の原部材１２０を作製できる。原部材１２０は例えばＹ方向に沿った中心軸を有する管形状を有する。なお、蒸着法及びスパッタリング法のほか、例えば圧電体フィルム４又は絶縁フィルム８の一面上に導電ペーストを塗布したり、導電性接着剤を塗布したり、金属箔などの導電性シートを重ねたりすることによって、導電層３を作製してもよい。

【0063】

これまでの説明では、圧電体フィルム４の片面上に導電層３を形成し、絶縁フィルム８の片面上に導電層３を形成したが、これに限定されない。例えば、圧電体フィルム４と絶縁フィルム８のうち、一方の両主面上に導電層３を形成し、他方の両主面上には導電層３を形成せず、その後、圧電体フィルム４と絶縁フィルム８とを巻回しても良い。

【0064】

第一外部電極６１の原部材６１０及び第二外部電極６２の原部材６２０は、原部材１１０及び原部材１２０の、Ｙ方向の一端及び他端にそれぞれ設けられる。原部材６１０及び原部材６２０は、例えばアルミニウム、亜鉛、錫、鉛、ニッケル、鉄、銅、及び真鍮、並びにこれらのうち二種以上の金属の合金からなる群から選択される、少なくとも一種の材料から作製される。原部材６１０及び原部材６２０は、例えばメタリコン、めっき、蒸着といった方法で作製される。原部材６１０及び原部材６２０は、導電性ゴムなどの変形容易な材料で作製されてもよい。第一外部電極６１及び第二外部電極６２は、導電性ペースト、導電性接着剤といった材料を塗布したり、導電性シートを接着したりすることで作製されてもよい。

【0065】

このようにして、図３に示すような、Ｙ方向に沿った中心軸を有する管形状を有する中間製品１０を作製できる。この中間製品１０を、例えば複数箇所においてＹ方向と平行な面で切断することで、一つの中間製品１０から複数の圧電デバイス１を作製できる。

【0066】

なお、原部材６１０及び原部材６２０を作製することなく原部材１１０及び原部材１２０を切断してから、第一外部電極６１及び第二外部電極６２を作製することで、圧電デバイス１を作製してもよい。

【符号の説明】

【0067】

１ 圧電デバイス
１１ 蓄電素子部
１２ 圧電素子部
１３ 弾性部材
２ 誘電体フィルム
３１ 第一導電層
３２ 第二導電層
３３ 第三導電層
３４ 第四導電層
４ 圧電体フィルム
５１ 第一端部
５２ 第二端部
６１ 第一外部電極
６２ 第二外部電極

【図1】

【図2】

【図3】