JPH07226542A - 積層型圧電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 積層体の両端部に非導通状態に分離させた内
部電極を設けて、保護層部分の収縮量を緩和させると共
に、本来の各内部電極と外部電極とを所定の関係で確実
に接続してその絶縁不良を確実に防止することができる
積層型圧電素子を提供することである。 【構成】 圧電材料１１と内部電極１２とが交互に積層
された積層体１０の側面に、一層置きの内部電極１２に
対応させて導電性凸部１６を露出させ、その導電性凸部
１６が露出した積層体１０の側面に導電層１３を介して
外部電極１５を配置することにより、前記一層置きの内
部電極１２の各導電性凸部１６に前記外部電極１５を電
気的に接続する。そして、前記積層体１０の積層方向に
おける両端部分には、積層体１０の内部で非導通状態に
分離された非導通内部電極１７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電材料の薄膜を多数
枚積層し、電圧を印加することにより縦方向の変位を得
る積層型圧電素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、主にアクチュエーターとして利用
される積層型圧電素子を製造する場合、一層置きの内部
電極の側面を外部電極に接続するようにしている。そし
て、その製造にあたり、従来の積層コンデンサ方式を用
いると、内部電極面積が素子の断面積より小さいため、
電界が全面に発生せず、しかも、変位を阻害するばかり
でなく、不均一な部分に応力集中が発生し、ついには破
壊するという致命的な欠点がある。また、積層時の位置
決めが難しく、多くても数十枚程度の積層枚数が限界で
あり、同じ印加電圧の場合、素子の変位量は積層枚数に
比例するため、大きな変位量を発生する素子を製造する
ことは困難であった。この欠点を解消するために、圧電
シートの全面に電極を印刷して積層する方法、即ち、内
部電極の面積と素子の面積を等しくする構造が一般的に
なっている。

【０００３】この場合、一層置きの内部電極を外部電極
に接続するには図１に示すような方法が考えられてい
る。即ち、積層体の互いに反対側の各側面において、そ
の各側面間で一層ずらし、かつそのいずれの側面にも各
一層置きの内部電極の各端部に導電性凸部を露出形成
し、その各導電性凸部が露出形成された積層体の側面に
対し、導電膜を介して外部電極を平板で均一に加圧する
ことにより、前記各導電性凸部に対応する部分の加圧力
を高めてこの部分に対応する内部電極が前記外部電極と
電気的に接続されるようにしている。この場合、前記導
電膜として、導電粒子を含有する層と、同粒子を含有し
ない層との二層構造のものを用いると、前記加圧により
前記導電粒子が同粒子を含有しない層を突き破って前記
導電性凸部及び外部電極に接触し、以って、その導電性
凸部及び外部電極を電気的に接続させている。

【０００４】また、この種の圧電素子は縦効果を利用す
るため、その変位方向の両端部は積層部分の圧電材料膜
よりも数倍〜数十倍の厚さの圧電材料のみの部分を保護
層として設ける場合が多い。この場合、内部電極と交互
に重なる積層部分の圧電材料と、保護層部分の圧電材料
との焼結時の収縮量の違いから割れや剥がれが起こるた
め、図１に示すように、素子の変位には寄与しない内部
電極を印刷した層を段階的に積層し、収縮量の差を緩和
させて割れや剥がれを防いでいる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記加
圧に用いる前記平板は、導電性凸部の高さのばらつきに
対応するために、その表面にある程度のクッション性を
持たせてあり、図１に示されるように、積層体の両端部
で内部電極の配置間隔が大きくなると、本来絶縁される
べき内部電極の端部が導通してしまい、圧電素子として
の機能を果たさなくなる。即ち、積層体の中間部分では
導電性凸部の間隔が狭いために問題ないが、両端部では
導電性凸部の間隔が広くなるため、加圧する前記平板が
導電性凸部のない内部電極まで同様の圧力で加圧するこ
とになる。その結果、この内部電極が反対側の側面の外
部電極とつながるため、本来絶縁されるべき層が全て導
通してしまい、圧電素子としての機能を全く持たなくな
るという問題点があった。

【０００６】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、積層体の両端部に非導通状態に
分離させた内部電極を設けて、保護層部分の収縮量を緩
和させると共に、本来の各内部電極と外部電極とを所定
の関係で確実に接続してその絶縁不良を確実に防止する
ことができる積層型圧電素子を提供することを目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の積層型圧電素子は、圧電材料と内部電極と
が交互に積層された積層体の側面に、一層置きの内部電
極に対応させて導電性凸部を露出させ、その導電性凸部
が露出した積層体の側面に導電層を介して外部電極を配
置することにより、前記一層置きの内部電極の各導電性
凸部に前記外部電極を電気的に接続するようにした積層
型圧電素子において、前記積層体の積層方向における両
端部分に配置された少なくとも一つの内部電極を、それ
ぞれ積層体の内部で非導通状態に分離させたものであ
る。

【０００８】また、前記積層体の内部で非導通状態に分
離した前記内部電極は、複数の導電部をほぼ格子状や波
状等に断続配列した印刷パターンによって構成すること
ができる。

【０００９】

【作用】前記の構成を有する本発明の積層型圧電素子に
よれば、積層体の両端部に非導通常態に分離した内部電
極を設けたので、外部電極を積層体の側面に圧接配置す
る際、仮に前記非導通状態の内部電極の端部が外部電極
に接続されたとしても、その内部電極は積層体の内部で
途切れているため、反対側の側面の外部電極に電気的に
接続されることがない。また、前記非導通状態に分離し
た内部電極を、複数の導電部がほぼ格子状や波状等に断
続配列された印刷パターンとすることにより、積層体の
両端保護層部分の収縮が均一になり、積層の際の位置決
めをする必要がない。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明を具体化した一実施例を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１１】図１は積層型圧電素子の断面図であって、
同図の（ａ）は中間部を破断して示す積層型圧電素子の
全体の断面図であり、同図の（ｂ）は同図（ａ）の点線
枠内の拡大断面図である。同図において、膜状の圧電材
料１１と内部電極１２とが交互に積層された積層体１０
の積層方向の両端部には、収縮緩和用の二層宛の内部電
極（以下非導通内部電極と言う）１７及び保護層１８が
形成される。前記各非導通内部電極１７は、積層体１０
の内部で非導通状態に分離され、平面的には図２に示さ
れるように、多数の導電部１７Ａがディンプル状に断続
配列された印刷パターンによって構成される。この断続
配列の形態としては、他にほぼ格子状や波状としてもよ
い。また、この非導通内部電極１７は、一層だけ設けて
もよいと共に、三層以上設けてもよい。但し、前記収縮
緩和を確実に果たすには少なくとも二から三層設けるこ
とが望ましい。

【００１２】また、前記積層体１０の互いに反対向きの
各側面においては、その各側面間で一層ずらし、かつそ
のいずれの側面にも各一層置きの内部電極１２の端部に
対応させて導電性凸部１６が形成されている。さらに、
その各導電性凸部１６が形成された前記各側面には、そ
れぞれその全面に亙って導電膜１３が形成され、その上
には外部電極として銅箔１５が形成される。その銅箔１
５は導電部１４及び導電性凸部１６を介して内部電極１
２と電気的に接続されている。前記導電膜１３は、導電
粒子３１を含有する外層１３ａと、導電粒子３１を含有
しない内層１３ｂとから構成されている。

【００１３】以下に、積層型圧電素子を製造方法につい
て説明する。

【００１４】先ず、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を
主成分とする圧電材料１１を所望の組成に混合した後、
８５０℃で仮焼成した粉末に５重量部のバインダーと微
量の可塑材及び消泡剤を添加し、有機溶媒中に分散させ
スラリー状にする。このスラリーをドクターブレード法
により所定の厚さに成形されたグリーンシート上に内部
電極１２としてのＰｄペーストを全面にスクリーン印刷
したものと、図２に示すように、ディンプル状にスクリ
ーン印刷した収縮緩和用の非導通内部電極１７を用意す
る。

【００１５】この後、所定寸法に打ち抜き、全面に印刷
したものを１５０枚数積層し、その両端に電極を印刷し
ていないグリーンシートを数枚重ね、ディンプル状に印
刷した非導通内部電極１７を挟み、さらに、印刷してな
いシートを数枚重ねて熱プレスにより一体化する。脱脂
後、約１２００℃で焼結を行い、図３に示すように、内
部電極１２が一層置きに露出するような位置で切断した
焼結体２１に、仮の外部電極２２、２３を塗布焼き付け
し、さらに、別の一対の側面２４、２５が露出するよう
に切断する。

【００１６】次に、焼結体２１の一方の側面２４におい
て、導電性凸部１６を形成する内部電極１２の端面部分
以外の側面部分と、他方の側面２５の全面とをテープで
マスキングした状態で、仮の外部電極２２に直流電源の
負極を接続し、ニッケルメッキ浴中に沈める。この状態
で５０ｍＡの電流を約１５分間流すと、仮の外部電極２
２につながる内部電極１２の端面にニッケルメッキが成
長し、マスキングテープを剥すと、図４に示すように、
ニッケルメッキ製の導電性凸部１６が一層置きに形成さ
れた状態になる。同様に、反対側の側面２５にも一層ず
らした内部電極１２の端面に導電性凸部１６を形成すべ
く、既に導電性凸部１６が形成された側面２４の全体
と、側面２５の一部分とをテープでマスキングして保護
した後、負極を仮の外部電極２３に接続してニッケルメ
ッキを成長させる。これにより、側面２５においても、
側面２４と一層づつずれて導電性凸部１６が形成され
る。このとき焼結体２１の上下端部の収縮緩和用の非導
通内部電極１７はディンプル状に印刷されているため、
電流が流れずその非導通内部電極１７の端部には導電性
凸部１６が形成されない。

【００１７】洗浄後、直流電源の負極を仮の外部電極２
２，２３に接続し、所定の顔料を添加したエポキシカチ
オン電着塗料中に沈め１００Ｖの電圧を２分間かける
と、図５に示すように、導電性凸部１６が形成されてい
る内部電極１２には、導電性凸部１６の表面に、導電性
凸部１６が形成されていない内部電極１２には、その端
部に、それぞれ前記内層１３ｂとなるエポキシカチオン
電着塗料１３ｃが電着される。その後、オーブン中に入
れて１５０℃で３０分間加熱処理すると、エポキシ樹脂
成分が硬化する過程で流動性を持つため、図６に示すよ
うに平坦化され、導電粒子を含有しない内層１３ｂとな
る。

【００１８】また、焼結体２１とは別に図７に示すよう
に銅箔１５上に導電性粒子３１として平均粒径２０〜３
０μｍの銅粒子を含有させた熱硬化性のエポキシ系接着
剤を５０μｍ程度の厚さに均一に塗布したもの（導電性
粒子３１を含有する外層１３ａ）を用意しておく。これ
を図８に示すように、焼結体２１の側面２４、２５に対
し、それぞれの導電性凸部１６にかかるような大きさに
切断し、導電性粒子３１を含有しない内層１３ｂと導電
性粒子３１を含有する外層１３ａとが向かい合うように
仮止めする。この導電性粒子３１を含有しない内層１３
ｂと導電性粒子３１を含有する外層１３ａとは協働して
導電膜１３を構成している。

【００１９】そして、ほぼ１８０℃に熱した一対の平面
状の加圧用治具（図８は一側面側のみ図示）５３で挟
み、数ｋｇの荷重をかけて熱圧着すると、導電性凸部１
６の存在により、その凸部付近のみが圧縮されて、図９
に示すように、この圧縮された部分において、導電性粒
子３１が、導電性粒子３１を含有しない内層１３ｂを突
き破り、導電性凸部１６と接触し、かつ外部電極である
銅箔１５とも接触して導電部１４となり、一層置きに内
部電極１２と銅箔１５とが電気的に接続された状態とな
る。この場合、収縮緩和用の非導通内部電極１７の本来
絶縁されるべき端部で導通してしまったとしても、この
非導通内部電極１７が積層体１０の内部で途切れている
ため、短絡することが避けられる。

【００２０】このように、互いに反対側の側面で層を一
層分ずらして一層置きの各内部電極１２を外部電極１５
に接続した焼結体２１は、素子１個分に切断された後、
銅箔１５の一部に電力供給用のリード線を取り付け、樹
脂外装及び分極処理を施して完成品となる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の積層型圧電素子によれば、積層体の積層方向の両
端部の内部電極を、それぞれ積層体の内部で非導通状態
に分離させたので、前記積層体の両端部の保護層部分の
収縮量の緩和効果を持ったまま、本来の内部電極と外部
電極とを確実に接続することができ、その絶縁不良を確
実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧電素子の断面図である。

【図２】収縮緩和用の内部電極の印刷パターンである。

【図３】切断された積層焼結体の斜視図である。

【図４】導電性凸部が形成された状態の積層焼結体の斜
視図である。

【図５】電着塗装された素子表層の状態を示す断面図で
ある。

【図６】電着塗料が熱により流動しながら硬化する状態
を示す断面図である。

【図７】銅箔に導電粒子を含有する層を形成した状態示
す断面図である。

【図８】電着層および導電膜を形成した銅箔を加圧する
状態を示す断面図である。

【図９】加圧により導電部が形成された状態を示す説明
図である。

【符号の説明】

１１ 圧電材料 １２ 内部電極 １３ 導電膜 １３ａ 外層 １３ｂ 内層 １４ 導電部 １５ 銅箔 １６ 導電性凸部 １７ 非導通内部電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料と内部電極とが交互に積層され
   た積層体の側面に、一層置きの内部電極に対応させて導
   電性凸部を露出させ、その導電性凸部が露出した積層体
   の側面に導電層を介して外部電極を配置することによ
   り、前記一層置きの内部電極の各導電性凸部に前記外部
   電極を電気的に接続するようにした積層型圧電素子にお
   いて、 前記積層体の積層方向における両端部分に配置された少
   なくとも一つの内部電極を、それぞれ積層体の内部で非
   導通状態に分離させたことを特徴とする積層型圧電素
   子。
2. 【請求項２】 前記積層体の内部で非導通状態に分離し
   た前記内部電極を、多数の導電部がほぼ格子状や波状等
   に断続配列された印刷パターンによって構成したことを
   特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。