JPH0832131A - 積層型圧電素子並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アクチュエータとして用いる積層型圧電素子
において、外部電極と内部電極を確実に接続および絶縁
する。 【構成】 圧電材料膜１１と内部電極１２とが交互に重
なる積層体の側面において一層おきに導電性凸部１６が
形成され、積層体の積層方向に全ての圧電材料膜１１に
かかるようにガラスビーズ１７を含有した絶縁膜１３が
形成されている。さらにその上には外部電極として導電
性粒子３１の付いた銅箔１５が形成され、導電性凸部１
６を介して内部電極１２と電気的に接続されている。

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
る積層型圧電素子並びにその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、積層型の圧電素子を製造する場
合、内部電極を一層おきに接続する必要があるが、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
るのは困難であった。

【０００３】そして、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、すなわち内
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。

【０００４】この場合、図８に示されるような方法で内
部電極を一層おきに接続する。すなわち図８で、圧電材
料１１と内部電極１２とが交互に重なる積層体の側面に
おいて、一層おきに導電性凸部１６が形成されるととも
に、素子の積層方向に全ての圧電材料１１にかかるよう
に絶縁層１３ｂと導電性粒子３１を含有する層１３ａが
形成され、導電膜１３をなしている。その上には外部電
極として銅箔１５が形成され、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。

【０００５】

【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では、絶縁膜を突き破り、外部電極
と内部電極を接続する媒体として導電性粒子を用いてい
るため、以下のような問題がたびたび起こっていた。つ
まり、粒子の大きさのばらつきや分散状態により、導電
性凸部のない、本来絶縁されるべき層が導通してしまっ
たり、導通しないまでも十分な絶縁抵抗値が得られず
に、素子の駆動に支障をきたすということなどである。

【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、外部電極と内部電極を確実に接
続および絶縁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、交互に積層された複数の
圧電材料と複数の内部電極とからなる積層体と、その積
層体の側面に露出する内部電極の端部に一体的に形成さ
れた導電性凸部と、積層体の側面上において導電性凸部
を覆うようにして連続して形成されるとともに少なくと
も一層構造をなす絶縁膜と、その絶縁膜上に連続して形
成されるとともに、圧縮されることにより選択的に絶縁
膜を突き破って導電性凸部と電気的に接続された外部電
極と、その外部電極による絶縁膜の突き破りを防止する
ために、導電性凸部間の谷部の絶縁膜中に密に介在され
た非導電性粒子とを備えている。

【０００８】また、非導電粒子の粒径は、導電性凸部の
高さと同程度であることが望ましい。

【０００９】更に、外部電極は、導電性膜とその膜に塗
布された導電性粒子とを含んで構成されていることが望
ましい。

【００１０】

【作用】上記の構成を有する本発明の積層型圧電素子に
おいては、外部電極が絶縁膜上に圧縮形成されると、選
択的に絶縁膜を突き破って導電性凸部と電気的に接続さ
れ、また、導電性凸部間の谷部では絶縁膜中の非導電性
粒子がその外部電極による絶縁膜の突き破りを防止す
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。

【００１２】図１に本発明による積層型圧電素子の断面
図を示す。圧電材料膜１１と内部電極１２とが交互に重
なる積層体の側面において一層おきに導電性凸部１６が
形成され、素子の積層方向に全ての圧電材料膜にかかる
ように、非導電性粒子としてのガラスビーズ１７を含有
した絶縁膜１３が形成されている。さらにその上には外
部電極として導電性粒子３１の付いた銅箔１５が形成さ
れ、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。

【００１３】以下、本発明を具体化した一実施例を図面
を参照して説明する。

【００１４】ＰＺＴを主成分とする圧電材料を所望の組
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および消泡剤を添加し、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しグリーン
シートとする。

【００１５】このグリーンシート上に内部電極１２とし
てＰｄペーストをスクリーン印刷し、所定寸法に打ち抜
いたものを所定枚数積層し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が一層お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】片方の側面２５全体ともう一方の側面２４
の凸部を形成する以外の部分をテープでマスキングし、
直流電源の負極に仮の外部電極２２を接続してニッケル
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の
ように一層おきに凸部が形成された状態になる。

【００１７】次に反対側の側面２５にも同様に凸部を形
成する。先ず、既に凸部の形成された側面２４の全体と
側面２５の一部を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て
側面２４と一層ずつずれて凸部が形成される。

【００１８】洗浄後、直流電源の負極を仮の外部電極２
２、２３に接続し、所定量の顔料と粒径約３０μｍのガ
ラスビーズ１７を添加したエポキシカチオン電着塗料浴
中に沈め、１００Ｖの電圧を２分間かけると、図４に示
すように内部電極１２の端部に塗料がガラスビーズ１７
とともに電着される。その後、オーブン中で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
ると同時に導電性凸部１６間にガラスビーズ１７が流
れ、絶縁膜１３となる。

【００１９】また、焼結体２１とは別に、図６に示すよ
うに銅箔１５上に平均粒径２０〜３０μｍの銅粉末によ
る導電性粒子３１を含有させた接着剤、たとえば熱硬化
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仮止めする。そして、ほ
ぼ１８０℃に熱した一対の平面状の加圧用治具（図７は
一側面がわのみ図示）５３ではさみ数ｋｇの荷重をかけ
て熱圧着すると、導電性凸部１６の部分のみが他の部分
よりも高い圧力で部分的に加圧されることとなる。

【００２０】その結果、図１に示すように加圧された部
分のみ銅箔１５の導電性粒子３１が絶縁膜１３を突き破
り、導電性凸部１６と接触し内部電極１２を一層おきに
接続する。このとき、ガラスビーズ１７の存在により絶
縁膜１３の厚さが確保され、導電性凸部１６のない内部
電極１２は完全に絶縁される。

【００２１】このようにして対抗する側面で一層おきに
接続された焼結体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
外装および分極処理を施して完成品となる。

【００２２】このように、本実施例においては、導電性
凸部１６間の谷部に非導電性のガラスビーズ１７が密に
存在するため、導電性粒子３１の大きさにばらつきがあ
ったり、分散状態が良くない場合でも、絶縁される部分
の膜厚が確保され、導電性粒子３１が導電性凸部１６の
ない内部電極１２に届いたり、接近したりせず完全に絶
縁される。

【００２３】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。たとえばガラスビーズの代わりに
アルミナや樹脂等の絶縁体の粒子を用いても同様の効果
が得られる。

【００２４】

【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は外部電極と内部電極を一層おき
に確実に接続および絶縁することができるため、信頼性
と歩留りの向上となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例の積層型圧電素子の一
部断面図である。

【図２】図２は上記積層型圧電素子の製造過程における
切断された積層焼結体の斜視図である。

【図３】図３は上記製造過程における導電性凸部が形成
された状態の焼結体の斜視図である。

【図４】図４は上記製造工程におけるガラスビーズを含
む電着塗料が電着された状態を示す一部断面図である。

【図５】図５は上記製造工程におけるガラスビーズと電
着塗料が加熱により流動した状態を示す一部断面図であ
る。

【図６】図６は上記製造工程における銅箔に導電粒子を
含有する層を形成した状態を示す一部断面図である。

【図７】図７は上記製造工程における電着層および銅箔
を加圧する状態を説明するための説明図である。

【図８】図８は従来の積層型圧電素子の一部断面図であ
る。

【符号の説明】

１１ 圧電材料膜 １２ 内部電極 １３ 絶縁膜 １５ 銅薄 １６ 導電性凸部 １７ ガラスビーズ ３１ 導電性粒子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交互に積層された複数の圧電材料と複数
   の内部電極とからなる積層体と、 その積層体の側面に露出する前記内部電極の端部に一体
   的に形成された導電性凸部と、 前記積層体の側面上において前記導電性凸部を覆うよう
   にして連続して形成されるとともに少なくとも一層構造
   をなす絶縁膜と、 その絶縁膜上に連続して形成されるとともに、圧縮され
   ることにより選択的に絶縁膜を突き破って前記導電性凸
   部と電気的に接続された外部電極と、 その外部電極による前記絶縁膜の突き破りを防止するた
   めに、前記導電性凸部間の谷部の絶縁膜中に密に介在さ
   れた非導電性粒子とを備えたことを特徴とする積層型圧
   電素子。
2. 【請求項２】 前記非導電粒子の粒径が導電性凸部の高
   さと同程度であることを特徴とする請求項１記載の積層
   型圧電素子。
3. 【請求項３】 前記外部電極は、導電性膜とその膜に塗
   布された導電性粒子とを含んで構成されていることを特
   徴とする請求項１記載の積層型圧電素子。
4. 【請求項４】 複数の圧電材料と複数の内部電極とをそ
   れぞれ交互に積層させて積層体を作成する工程と、 その積層体の側面に露出する前記内部電極の端部に導電
   性凸部を一体的に形成する工程と、 前記積層体の側面上に前記導電性凸部を覆うように、非
   導電性粒子を含む絶縁膜を形成する工程と、 導電性膜とその膜に塗布された導電性粒子とを含む外部
   電極が選択的に絶縁膜を突き破って前記導電性凸部と電
   気的に接続するように、外部電極を前記絶縁膜に圧縮さ
   せる工程とを備えたことを特徴とする積層型圧電素子の
   製造方法。