JPH0660713A - 圧電素子用導電性ペースト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変位量の大きい圧電素子本来の電気特性を十
分に発揮させることのできる圧電素子用導電性ペースト
を提供する。 【構成】 導電性材料として卑金属または貴金属の粒子
と加熱により分解する貴金属化合物を使用する。加熱に
より金属（Ａｌ）粒子３の境界および圧電素子１の界面
に分解して生成した微細な貴金属（Ｐｄ）粒子４が分散
する。圧電素子１との良好なオーミックコンタクト性が
確保されるので、圧電素子１の変位量が大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電素子の電極を形成す
るための圧電素子用導電性ペースト、特に変位量の大き
い圧電素子用導電性ペーストに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種の機械的駆動素子として、電
磁力を利用したアクチュエータに代わって、チタン酸ジ
ルコン酸鉛（ＰＺＴ）磁器などのセラミックスの圧電効
果を利用した積層型圧電アクチュエータが多用されてい
る。この積層型圧電アクチュエータは発熱が少なく、ま
た小型で高速駆動が可能であり、しかも高精度な電圧−
変位特性を期待できるため、各種の機械的駆動素子とし
て極めて有望である。ただ圧電効果による機械的変位は
本質的に極めて小さいので、大きな変位量を得るために
圧電素子と電極とを交互に多重に積層し絶縁保護層で被
覆された構造の圧電積層体として提供されている。

【０００３】例えば、特開昭６２−１６５３８１号公報
には、円板状に構成される複数の圧電素子を積層すると
共に、この複数の圧電素子の相互間にそれぞれ電極を介
在し、この電極によって上記複数の圧電素子を並列接続
するような積層型圧電アクチュエータが開示されてい
る。この積層型圧電アクチュエータは、上記電極への通
電により上記圧電素子が軸方向に伸びてアクチュエータ
として作動する。

【０００４】従来、圧電素子の内部電極を形成するため
の導電性ペーストの導電性材料として、銀、銀−パラジ
ウム、白金、金などの貴金属材料を用いるのが主流であ
る。この貴金属材料は圧電素子とのオーミックコンタク
ト性が良好なので、圧電素子に優れた電気特性を発揮さ
せることができるものの、コストが高いという欠点があ
る。このため近年、例えば、特開平３−２３３８０５号
公報に報告されているように、上記導電性ペーストとし
て、コストの低い卑金属材料が使われ始めている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】導電性ペーストの導電
性材料に卑金属材料を用いたものは、卑金属材料が貴金
属材料に比べて圧電素子とのオーミックコンタクト性が
低いため、圧電素子の変位量が低下した。このため導電
性材料に卑金属材料を用いた導電性ペーストは圧電素子
本来の特性を十分に生かすことができないという問題が
ある。また、産業界では従来の貴金属を導電性材料とし
て使用している圧電素子用導電性ペーストよりさらに高
い変位量が得られる圧電素子用導電性ペーストが要望さ
れている。

【０００６】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、高い変位量が得られる圧電素子本来の電気特性
を十分に発揮させることのできる圧電素子用電極を、し
かも高い変位量が得られるばかりでなく低コストの圧電
素子用導電性ペーストを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の圧電素子用導電性ペーストは、導電性材料とガラス
フリットと展着剤とよりなる圧電素子用導電性ペースト
であって、導電性材料として、金属粒子と加熱により分
解して貴金属となる貴金属の化合物とを用いたものであ
る。

【０００８】

【作用】本発明の圧電素子用導電性ペーストは、スクリ
ーン印刷等により圧電素子上に塗布され成膜される。そ
の後、焼き付けのため熱処理される。この過程で展着剤
は揮散し、貴金属の化合物は分解して極めて微細な貴金
属となる。一方、ガラスフリットは互いに焼結し金属粒
子および微細な貴金属と一体化する。ここで熱分解によ
り生じた貴金属は極めて微細であるため、微細な貴金属
は金属粒子の表面を覆うとともに圧電素子の界面を覆
う。この圧電素子の界面に生じた貴金属微粒子が圧電素
子とのオーミツクコンタクト性を高めるため、圧電素子
の電気的特性が向上し、導電性材料に卑金属粒子のみを
使用したものに比べ、圧電素子の変位量が著しく増大す
る。

【０００９】なお、圧電素子とのオーミックコンタクト
性の良好な貴金属粒子が圧電素子と多く接触するので、
圧電素子の分極性も良好となる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。 （実施例１）平均粒径３μｍのアルミニウム粒子と酢酸
パラジウム（Ｐｄ（ＯＣＯＣＨ₃ ）₂ ）粉末を使用し、
表１に示す試料Ｎｏ．１からＮｏ．５までの５種類の導
電性材料を用意した。なお、表１中で括弧内の数字は金
属パラジウムに換算したときの導電性材料の重量組成を
示す。これらの導電性材料を１００ｇ、低融点ガラスフ
リットを１０ｇ、エチルセルロースを２ｇ、ターピネオ
ールをそれぞれ２０ｇ配合し、らいかい機で十分に混練
して合計１３２ｇの圧電素子用導電性ペースト５種類を
調製した。

【００１１】

【表１】 これらのペーストをそれぞれＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ₃ ・Ｐ
ｂＴｉｏ₃ ）系セラミックスよりなる円板状の圧電素子
（φ１７ｍｍ×ｔ０．５ｍｍ）の両面に３００メッシュ
のスクリーン印刷機で印刷した。この後乾燥（１２０℃
１０分間）し、大気雰囲気下６００〜９００℃の温度で
１０〜３０分間熱処理して焼き付けた。このようにして
得られた電極２を持つ圧電素子１を図１に示す。以上の
ようにして電極２を形成した５種類の圧電素子をシリコ
ーンオイル中で電極２の両面に直流１．５ｋＶの電圧を
印加して分極処理をおこなった。

【００１２】次にこれら５種類の圧電素子をそれぞれ−
２００〜＋６００Ｖのパルス電圧を印加してパルス駆動
させ、各圧電素子の変位量を測定した。これら測定され
た変位量を表１に合わせて示す。なお、参考までに酢酸
パラジウムを使用せず、平均粒径３μｍのアルミニウム
粒子のみを１００ｇ使用して前記した方法で圧電素子用
導電性ペーストを調製し、さらにこのペーストを使用し
て圧電素子の電極を形成し、同様に分極した後、同様に
この圧電素子の変位量を測定した。この圧電素子の変位
量は０．６７μｍであった。また、導電性材料として銀
粉末を使用した市販の従来の圧電素子用導電性ペースト
を用い、同様に圧電素子の電極を形成し、同様に分極
し、その後同様にその圧電素子の変位量を測定した。こ
の圧電素子の変位量は０．７３μｍであった。

【００１３】導電性材料としてアルミニウム粉末のみを
使用して調製した圧電素子用導電性ペーストを使用して
電極を形成した圧電素子の変位量を基準とし、表１に示
す圧電素子用導電性ペーストをそれぞれ使用して形成し
た圧電素子の変位量を図２に示す。なお、図２中、横軸
は圧電素子用導電性ペーストの導電性材料として使用し
たパラジウム化合物の配合量（導電性材料全体を１００
重量％とする。）を、縦軸はパラジウム化合物配合によ
る変位量の向上率を％で示した。

【００１４】図２より明らかなように、パラジウム化合
物を１重量％配合すると圧電素子の変位量は約５％向上
し、５重量％以上配合すると変位量は２０％向上して一
定となった。なお、パラジウム化合物を５重量％配合し
て調製した圧電素子用導電性ペーストの圧電素子の変位
量は、従来の銀粉末を使用した圧電素子用導電性ペース
トの圧電素子の変位量に比較して約１０％高い値であ
る。

【００１５】なお、パラジウム化合物を３０重量％より
多く配合して調製した圧電素子用導電性ペーストは、Ｐ
ＺＴ圧電素子との密着強度が低く、電極が剥離するため
不適当であった。変位量も大きく剥離も生じない圧電素
子用導電性ペーストとして好適な試料Ｎｏ．３のペース
トを使用して電極を形成した圧電素子の電極と圧電素子
との界面状態を顕微鏡で観察した。その結果を図３の模
式図に示す。顕微鏡観察では、パラジウム粒子４の大き
さは直径０．０３〜０．０５μｍに観察された。アルミ
ニウム粒子は符号３、圧電素子は符号１、電極は符号２
で示されている。

【００１６】参考までに、導電性材料としてアルミニウ
ム粒子のみを使用し、アルミニウム粒子の平均粒径を１
μｍ以下として上記と同様に圧電素子用導電性ペースト
を調製し、このペーストを使用して電極を形成した結
果、サブミクロンオーダーのアルミニウム粒子は大気中
又は焼成中での酸化が著しく、電気抵抗値が平均粒径３
μｍものと比べて、１０倍以上に上昇した。また、圧電
素子との密着強度も著しく低下した。このため、導電性
材料としての卑金属粒子の平均粒径を１μｍより細かく
することは好ましくない。このことは、卑金属粒子全般
に言えることである。 （実施例２）卑金属粒子としてのアルミニウム粒子の代
わりにニッケル（Ｎｉ）粒子（平均粒径１μｍを用いそ
の他は実施例１と同様にして圧電素子用導電性ペースト
を調製した。この卑金属粒子としてニツケル粒子を使用
した圧電素子用導電性ペーストでは、酢酸パラジウムを
６重量％配合したものが最大の変位向上率を与えた。こ
の時の変位向上率は１７％であり、従来の銀粉末を使用
した圧電素子用導電性ペーストの圧電素子の変位量に比
較して約７％高い値であった。 （実施例３）実施例１の酢酸パラジウムに代えてクロロ
金（Ｉ）〔ＡｕＣｌ（Ｃ₈ Ｈ₁₄）〕を使用した。その他
は実施例１と同様にして圧電素子用導電性ペーストを調
製した。この貴金属化合物としてクロロ金（Ｉ）を使用
した圧電素子用導電性ペーストでは、クロロ金（Ｉ）を
６重量％配合したものが最大の変位向上率を与えた。こ
の時の変位向上率は１８％であり、実施例１とほぼ同じ
傾向を示した。 （実施例４）実施例１のアルミニウム粒子に代えて銀粒
子（平均粒径０．６μｍ）を使用した。その他は実施例
１と同様にして圧電素子用導電性ペーストを調製した。
この金属粒子として銀粒子を使用した圧電素子用導電性
ペーストでは、酢酸パラジウムを６重量％配合したもの
が最大の変位向上率を与えた。この時の変位量は導電性
材料として平均粒径０．６μｍの銀粉末のみを使用した
圧電素子用導電性ペーストの変位量よりさらに５％高い
変位量を示した。

【００１７】上記実施例では、金属粒子として卑金属粒
子であるアルミニウム粒子とニツケル粒子をそして貴金
属粒子である銀粒子を用いた。卑金属粒子としては、ア
ルミニウム粒子とニツケル粒子以外にコバルト（Ｃｏ）
粒子、亜鉛（Ｚｎ）粒子、錫（Ｓｎ）粒子、鉄（Ｆｅ）
粒子が使用できる。なお、卑金属粒子の平均粒径は１μ
ｍ以上であることが必要である。貴金属粒子としては、
銀粒子以外に金（Ａｕ）粒子、白金（Ｐｔ）粒子、パラ
ジウム（Ｐｄ）粒子、ロジウム（Ｒｈ）粒子を用いるこ
とができる。貴金属粒子の平均粒径は０．５μｍ以上で
ある場合に特に有効である。

【００１８】貴金属化合物としては酢酸パラジウムとク
ロロ金（Ｉ）を使用した。本発明ではこれらの貴金属化
合物以外に、加熱により分解して微細な貴金属を生ずる
他の貴金属化合物を使用できる。なお、分解に際して貴
金属以外の物質は気化等で飛散するものがこのましい。
かかる観点から貴金属の有機化合物が好ましい。しかし
貴金属のハロゲン化合物等もハロゲン元素が熱処理中に
飛散するため使用に適すると考えられる。使用できる実
施例に示した以外の貴金属化合物としては、ジクロロパ
ラジウム〔ＰｄＣｌ（Ｃ₈ Ｈ₁₂）〕、ビスパラジウム
〔Ｐｄ（η−Ｃ₃Ｈ₅ ）〕、塩化白金酸〔Ｈ₂ ＰｔＣｌ
₆ ・６Ｈ₂ Ｏ〕、塩化ロジウム、塩化パラジウム等を挙
げることができる。

【００１９】導電性材料中の金属粒子と貴金属化合物と
の配合割合は、貴金属化合物を金属に換算して、金属粒
子が卑金属である場合、貴金属化合物の割合は０．５重
量％〜２１重量％（残部金属粒子）が好ましい。また、
金属粒子が貴金属の場合、貴金属化合物の割合は１．０
重量％〜２１重量％（残部金属粒子）が好ましい。いず
れも貴金属化合物の配合割合が少なくなると、変位量向
上効果が少ない。逆に、貴金属化合物の配合割合が増大
するとＰＺＴ圧電素子との密着強度が低下する。

【００２０】本発明の圧電素子用導電性ペーストを構成
する導電性材料以外の成分であるガラスフリットおよび
と展着剤は、従来と同じものを使用できる。ガラスフリ
ツトの配合量は、ペースト全体を１００重量％としたと
き、５〜１０％程度が好ましい。また、展着剤は１０〜
２３％程度が好ましい。また、圧電素子としては、ＰＺ
Ｔ素子以外に、ＰＴ素子、ＢＬＳＦ素子等にも適用可能
である。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、導
電性材料として金属粒子と貴金属化合物を使用した。貴
金属化合物は加熱処理時に分解して極めて微細な貴金属
を生ずる。このため本発明の圧電素子用導電性ペースト
は圧電素子とのオーミツクコンタクト性が優れ、圧電素
子の変位量が増大する。特に金属粒子として卑金属を使
用する場合には、卑金属粒子を用いる分だけコスト低減
を図ることができる。

【００２２】また、卑金属のみからなる従来の圧電素子
用電極と比べて、圧電素子の駆動電圧を小さくすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧電素子の両面に圧電素子用電極を形成した状
態を示す断面図である。

【図２】パラジウム化合物の配合量と圧電素子の変位量
の関係を示す線図である。

【図３】本実施例１に係る圧電素子用電極の圧電素子と
の界面部分を拡大した模式図である。

【符号の説明】

１は圧電素子、２は電極である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性材料とガラスフリットと展着剤と
   よりなる圧電素子用導電性ペーストであって、 前記導電性材料は金属粒子と加熱により分解して貴金属
   となる貴金属の化合物とで構成されていることを特徴と
   する圧電素子用導電性ペースト。