JPH07240545A - 積層型圧電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 素子の変位方向と平行な稜線角部を確実に外
装によって覆うことができ、水分の浸入によるマイグレ
ーション不良をなくす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とが交互に重な
る積層体１０の側面において一層置きに導電性凸部１６
を形成し、全ての圧電材料１１を覆うように導電膜１３
を形成する。さらに、その上には外部電極としての銅箔
１５を全面に形成して、前記一層置きの導電性凸部１６
を介して内部電極１２と電気的に接続する。素子の側面
には樹脂による外装１７が施される。

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、図８（ａ）、（ｂ）に示される
ような構造によって内部電極が一層置きに接続される。
この図８（ａ）は積層型圧電素子の正面図、同図の
（ｂ）は同素子を縦方向に切断して横向きに示した断面
図である。その図８（ｂ）において、圧電材料１１と内
部電極１２とが交互に積層された積層体の側面におい
て、一層置きの内部電極１２の側面に導電性凸部１６が
形成されると共に、素子の積層方向の全ての圧電材料１
１に対応するように、導電性粒子３１を含有する層１３
ａ及び含有しない層１３ｂからなる導電膜１３が形成さ
れる。そして、その上には、外部電極として銅箔１５が
形成され、その銅箔１５が導電性粒子３１を介して導電
性凸部１６、ひいては内部電極１２と電気的に接続され
ている。外部電極である銅箔１５は、図８（ａ）に示す
ように、素子の幅よりも相当小さな幅で形成されてい
る。実際に使用する場合は、素子の表面全体に樹脂等の
外装を施して、湿気の浸入を防止するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示す構造の圧電素子によれば、素子の変位方向と平行な
稜線部において、図９に示すように、特にその角部を樹
脂等の外装で確実に被覆することは困難であった。積層
型圧電素子に用いられる内部電極の主成分は銀であるた
め、水分が付着した状態で直流電圧をかけると、所謂マ
イグレーションと言われる現象が発生し、内部電極間の
絶縁抵抗が低下する。この現象を防止するために、外装
を施して素子と外気とを遮断し、湿気、即ち水分の浸入
を防いでいるわけであるが、前記角部の外装が薄いため
に、完全には外気と遮断することができなかった。この
状態で駆動を続けると、マイグレーションが徐々に進行
し、ついには短絡していまい、圧電素子自体だけでな
く、それを装着した機械装置までも不良品にしてしまう
という問題点があった。

【０００５】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、素子の変位方向と平行な稜線を
外装で確実に覆うことができ、水分の浸入によるマイグ
レーション不良をなくす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。

【０００６】

【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、前記外部電極を前記積層体の前記
側面のほぼ全面に亙って配置したものである。

【０００７】なお、前記外部電極を平板状の銅箔によっ
て構成することができる。

【０００８】前記外部電極の外側から前記積層体の表面
の全体に亙ってエポキシ樹脂等の外装を施すとよい。

【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、前記外部電極を前記積層体の前記側面のほぼ全
面に亙って配置したことにより、この上から素子の表面
全体に亙って樹脂等の外装を施した場合、素子の変位方
向と平行な稜線角部が前記外装によって確実に被覆さ
れ、外気とは確実に遮断される。

【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外観及び断面を示
しており、同図（ａ）は完成品とした素子の斜視図であ
り、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ線に沿う拡大断面図で
あり、同図（ｃ）は同図（ａ）のＣ線に沿う拡大断面図
である。

【００１２】図１（ｂ）、（ｃ）において、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。また、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の銅箔１５が形成
される。その銅箔１５は導電性粒子３１及び導電性凸部
１６を介して内部電極１２と電気的に接続されている。
前記導電膜１３は、銅製の導電性粒子３１を含有する外
層１３ａと、導電性粒子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する方法に
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、所定寸法に打ち抜いたものを所定数枚重ねて熱プレ
スにより一体化する。脱脂後、約１２００℃で焼結を行
い、図２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。

【００１５】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５分間流すと、仮の外部電極２２
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３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と一層宛ずれて導電性凸部１６が形成される。

【００１６】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４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５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。

【００１７】また、焼結体２１とは別に図６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〜
３０μｍの銅粒子を含有させた熱硬化性のエポキシ系接
着剤を７０μｍ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７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の全てをカバーし、前
記側面２４、２５のほぼ全体をカバーするような大きさ
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
にして仮止めする。この導電性粒子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とは協
働して導電膜１３を構成している。

【００１８】そして、ほぼ１８０℃に熱した一対の平面
状の加圧用治具（図示せず）で挟み、数ｋｇの荷重をか
けて熱圧着すると、導電性凸部１６の存在により、その
凸部付近のみが圧縮されて、図１（b）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と接触する。従って、一層置きの内部電極１２
と銅箔１５とが電気的に接続された状態となる。

【００１９】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、図７に点線で示す各位置で素
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、次に、前記リード線に直流電源
の負極を接続し、顔料を多めに含有するエポキシ電着塗
料中に沈め、２００Ｖの電圧を２分間かけて電着した
後、１５０゜Ｃで加熱硬化し外装１７を構成する。以上
によって完成品となる。

【００２０】完成した各積層型圧電素子は、その素子の
変位方向と平行な各稜線角部が確実にエポキシ樹脂によ
って被覆され（図１（ｃ）参照）、外気とは完全に遮断
される。

【００２１】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではなく、その主旨を逸脱しない限り種々の変更を
加えることができる。例えば、ニッケルメッキの代わり
にクロムメッキや銅メッキを用いても同様の効果が得ら
れる。また、静電塗装やエアスプレー塗装による外装に
もすることができる。

【００２２】

【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、特に、素子の変位方向
と平行な各稜線角部を樹脂外装により外気と確実に遮断
できるため、水分の侵入によるマイグレーション不良が
皆無になり、信頼性と歩留りの向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例の積層型圧電素子
の構成を示す図である。

【図２】切断された積層焼結体の斜視図である。

【図３】導電性凸部が形成された状態の焼結体の斜視図
である。

【図４】エポキシ樹脂を電着した状態を示す断面図であ
る。

【図５】加熱により電着塗料が流動した状態を示す断面
図である。

【図６】銅箔に導電粒子を含有する外層を形成した状態
を示す断面図である。

【図７】焼結体に銅箔を仮止めした状態を示す斜視図で
ある。

【図８】従来の積層型圧電素子の構成を示す図である。

【図９】従来の積層型圧電素子の角部の断面図である。

【符号の説明】

１１ 圧電材料 １２ 内部電極 １３ａ 外層 １３ｂ 内層 １５ 外部電極 １６ 導電性凸部 １７ 外装

Claims (3)

【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、 前記外部電極を前記積層体の前記側面のほぼ全面に亙っ
   て配置したことを特徴とする積層型圧電素子。
2. 【請求項２】 前記外部電極を平板状の銅箔によって構
   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。
3. 【請求項３】 前記外部電極の外側から前記積層体の表
   面の全体に亙ってエポキシ樹脂等の外装を施したことを
   特徴とする請求項１もしくは２に記載の積層型圧電素
   子。