JPH0875774A - Piezoelectric element, acceleration sensor constituted of the element, and manufacture of the piezoelectric element - Google Patents
Piezoelectric element, acceleration sensor constituted of the element, and manufacture of the piezoelectric elementInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、圧電体素子、これを用
いて構成された加速度センサ及び圧電体素子の製造方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric element, an acceleration sensor constructed using the same, and a method for manufacturing the piezoelectric element.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、衝撃検出用などとして使用さ
れる加速度センサのうちには圧電体素子を組み込んで構
成されたものがあり、これら圧電体素子のうちには図１
で示すようなバイモルフ構造を有するものがある。すな
わち、この圧電体素子は、主表面上それぞれに信号取出
電極１が形成され、かつ、これら信号取出電極１と平行
状態の内部電極２が埋設された板状の圧電セラミック体
３を具備して構成されたものであり、信号取出電極１の
それぞれは３つずつの表面電極４及びこれらを覆う接続
電極５が積層されたものとなっている。そして、これら
信号取出電極１のうちの一方側（図では、上側）は圧電
セラミック体３の一方側外端面（図では、左側）にまで
延出される一方、他方側（図では、下側）の信号取出電
極１は他方側外端面（図では、右側）にまで延出されて
いる。2. Description of the Related Art Conventionally, some acceleration sensors used for impact detection have a piezoelectric element incorporated therein.
Some have a bimorph structure as shown in. That is, this piezoelectric element is provided with a plate-shaped piezoelectric ceramic body 3 in which the signal extraction electrodes 1 are formed on the main surface, and the internal electrodes 2 parallel to the signal extraction electrodes 1 are embedded. Each of the signal extraction electrodes 1 is formed by stacking three surface electrodes 4 and connection electrodes 5 that cover them. One side (the upper side in the figure) of these signal extraction electrodes 1 extends to the outer end surface (the left side in the figure) on one side of the piezoelectric ceramic body 3, while the other side (the lower side in the figure). The signal extraction electrode 1 is extended to the outer end surface on the other side (right side in the figure).
【０００３】また、内部電極２を挟んだうえで対向する
ことによって圧電セラミック体３を構成するセラミック
領域６，７それぞれの長手方向は３つずつの部分、つま
り加速度の作用時に発生する応力の変化する境界線を介
したうえでの中央部６ａ，７ａと端部６ｂ，７ｂとに区
分されており、セラミック領域６，７それぞれの中央部
６ａ，７ａと端部６ｂ，７ｂとは厚み方向に沿って互い
に異なる向きに分極処理されるとともに、中央部６ａ，
７ａ及び端部６ｂ，７ｂの各々とが互いに逆となる向き
に従って分極処理されている。すなわち、この際におけ
るセラミック領域６の中央部６ａ及び端部６ｂそれぞれ
は互いに異なる分極の向きＡ，Ｂを有し、かつ、セラミ
ック領域７の中央部７ａ及び端部７ｂそれぞれは互いに
異なる分極の向きＣ，Ｄを有するように分極処理されて
おり、同時に、中央部６ａ，７ａにおける分極の向きＡ
とＣとは互いに近ずく内向きとされる一方、両者の端部
６ｂ，７ｂにおける分極の向きＢとＤとは互いに遠ざか
る外向きとされている。Further, the longitudinal direction of each of the ceramic regions 6 and 7 forming the piezoelectric ceramic body 3 by sandwiching the internal electrode 2 and facing each other is three, that is, a change in stress generated during the action of acceleration. It is divided into central portions 6a and 7a and end portions 6b and 7b through the boundary line, and the central portions 6a and 7a and the end portions 6b and 7b of the ceramic regions 6 and 7 respectively are arranged in the thickness direction. Are polarized along different directions along the central portion 6a,
7a and the ends 6b and 7b are polarized according to the opposite directions. That is, in this case, the central portion 6a and the end portion 6b of the ceramic region 6 have different polarization directions A and B, and the central portion 7a and the end portion 7b of the ceramic region 7 have different polarization directions. It is polarized so as to have C and D, and at the same time, the polarization direction A in the central portions 6a and 7a.
While C and C are close to each other and inward, the polarization directions B and D at both ends 6b and 7b are outward and away from each other.
【０００４】さらに、この圧電体素子の長手方向に沿う
両端縁は側面視「コ」字形状とされた一対の挟持枠体８
によって固定支持されており、圧電セラミック体３の主
表面上に形成された信号取出電極１の各々は圧電セラミ
ック体３及び挟持枠体８の互いに異なる外端面上に形成
された外部引出電極９，１０のそれぞれに対して接続さ
れている。ところで、上記構成の圧電体素子を用いるの
は、以下のような理由に基づいている。すなわち、この
圧電体素子に対して加速度が作用した場合には、圧電セ
ラミック体３を構成するセラミック領域６，７それぞれ
の中央部６ａ，７ａ及び端部６ｂ，７ｂが慣性力の作用
によって変形することになり、これらの各部６ａ，７
ａ，６ｂ，７ｂは変形に伴って生じた引張応力もしくは
圧縮応力を受けることになる。そこで、これらの各部６
ａ，７ａ，６ｂ，７ｂでは、各々の分極の向きＡ〜Ｄと
受けた応力との相乗効果によって電荷発生量が増大する
ことになり、圧電体素子の全体における電荷発生量が増
大する結果、加速度センサの検出感度が向上するという
利点が得られるのである。Further, both ends of the piezoelectric element along the longitudinal direction have a pair of holding frame bodies 8 which are "U" shaped in a side view.
The signal lead-out electrodes 1 formed on the main surface of the piezoelectric ceramic body 3 are fixedly supported by the external lead-out electrodes 9 formed on different outer end surfaces of the piezoelectric ceramic body 3 and the holding frame body 8, respectively. It is connected to each of the 10. By the way, the reason why the piezoelectric element having the above structure is used is as follows. That is, when acceleration is applied to this piezoelectric element, the central portions 6a, 7a and the end portions 6b, 7b of the ceramic regions 6, 7 constituting the piezoelectric ceramic body 3 are deformed by the action of inertial force. Therefore, each of these parts 6a, 7
The a, 6b, and 7b will receive the tensile stress or the compressive stress generated by the deformation. Therefore, each of these parts 6
In a, 7a, 6b, and 7b, the charge generation amount increases due to the synergistic effect of the respective polarization directions A to D and the received stress, and as a result, the charge generation amount in the entire piezoelectric element increases. The advantage is that the detection sensitivity of the acceleration sensor is improved.
【０００５】次に、図１で示した構成を有する圧電体素
子の製造方法を、図２及び図３で示す工程斜視図に基づ
いて手順を追って説明する。なお、これらの図において
は、個々の圧電体素子に見合う大きさ及び形状の範囲を
仮想線で区切ることによって示している。Next, a method of manufacturing the piezoelectric element having the structure shown in FIG. 1 will be described step by step based on the process perspective views shown in FIGS. It should be noted that in these drawings, the range of size and shape suitable for each piezoelectric element is shown by dividing by a virtual line.
【０００６】まず、図２（ａ）で示すように、並列配置
された内部電極２の複数個分に見合う帯状の内部電極層
１１が複数列にわたって埋設され、かつ、圧電体素子と
なる圧電セラミック体３の多数個に見合う大きさ及び形
状とされた矩形平板状の圧電セラミック基体１２を用意
する。そして、この圧電セラミック基体１２の互いに対
向する主表面上それぞれには、個々の圧電セラミック体
３、すなわち、内部電極２を介して対向するセラミック
領域６，７それぞれの長手方向に沿って区分された中央
部６ａ，７ａ及び端部６ｂ，７ｂの各々と対応すること
になる位置ごとに分離して配置された帯状の表面電極層
１３を複数列にわたって形成する。そこで、この際、一
列状として並列配置された圧電セラミック体３群に対応
する範囲ごとには、３列分ずつの表面電極層１３が並列
形成されていることになる。First, as shown in FIG. 2 (a), a strip-shaped internal electrode layer 11 corresponding to a plurality of parallel-arranged internal electrodes 2 is embedded in a plurality of rows, and a piezoelectric ceramic serving as a piezoelectric element is formed. A rectangular flat plate-shaped piezoelectric ceramic substrate 12 having a size and shape suitable for a large number of bodies 3 is prepared. Then, on each of the main surfaces of the piezoelectric ceramic substrate 12 that face each other, the individual piezoelectric ceramic bodies 3, that is, the ceramic regions 6 and 7 that face each other via the internal electrode 2, are divided along the longitudinal direction. The strip-shaped surface electrode layers 13 are formed over a plurality of rows and are separated and arranged at positions corresponding to the central portions 6a, 7a and the end portions 6b, 7b. Therefore, at this time, the surface electrode layers 13 of three rows are formed in parallel in each range corresponding to the group of piezoelectric ceramic bodies 3 arranged in parallel in one row.
【０００７】その後、図２（ｂ）で示すように、内部電
極層１１と表面電極層１３の各々とを用いたうえ、各圧
電セラミック体３を構成するセラミック領域６，７それ
ぞれの中央部６ａ，７ａ及び端部６ｂ，７ｂに対する分
極処理を行う。ところで、この際、各部６ａ，７ａ，６
ｂ，７ｂの分極処理は、図１で示した通りの分極の向き
Ａ〜Ｄとなるよう設定したうえで行われる。そして、図
２（ｃ）で示すように、圧電セラミック基体１２におけ
る同一の主表面上に形成され、かつ、一列状の圧電セラ
ミック体３群それぞれに対応する３列分ずつの表面電極
層１３を覆ったうえで導通させる接続電極層１４を形成
する。なお、ここでの表面電極層１３及び接続電極層１
４は、個々の圧電体素子における信号取出電極１を構成
する表面電極４及び接続電極５となるものである。Thereafter, as shown in FIG. 2 (b), the inner electrode layer 11 and the surface electrode layer 13 are used, and the central portions 6a of the respective ceramic regions 6 and 7 constituting each piezoelectric ceramic body 3 are used. , 7a and the ends 6b, 7b are polarized. By the way, at this time, each part 6a, 7a, 6
The polarization processing of b and 7b is performed after setting the polarization directions A to D as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 2C, the surface electrode layers 13 are formed on the same main surface of the piezoelectric ceramic substrate 12 in three rows corresponding to each of the three rows of piezoelectric ceramic bodies 3. The connection electrode layer 14 is formed to cover and then conduct. The surface electrode layer 13 and the connection electrode layer 1 here
Reference numeral 4 serves as a surface electrode 4 and a connection electrode 5 which constitute the signal extraction electrode 1 of each piezoelectric element.
【０００８】引き続き、図３（ａ）で示すように、内表
面側の所定位置ごとに所定幅寸法の凹溝１５が形成され
た挟持枠基体１６を用意し、かつ、表面電極層１３及び
接続電極層１４が積層して形成された圧電セラミック基
体１２の主表面上それぞれに対して挟持枠基体１６の各
々を貼り合わせることによって一体化する。さらに、個
々の圧電体素子に見合う大きさ及び形状の範囲を区切る
べく設定された仮想線に従って圧電セラミック基体１２
及び挟持枠基体１６を切断すると、図３（ｂ）で示すよ
うな構成となった単品ずつの圧電体素子、すなわち、３
つの表面電極４及びこれらを覆う接続電極５からなる信
号取出電極１が主表面上それぞれに形成された圧電セラ
ミック体３と一対の挟持枠体８とを具備した圧電体素子
が得られる。そして、この際、信号取出電極１を構成す
る表面電極４は、圧電体素子の外端面に露出している。
そこで、得られた圧電体素子それぞれの外端面上、すな
わち、圧電セラミック体３及び挟持枠体８の外端面上に
外部引出電極９，１０を形成すると、図１で示したバイ
モルフ構造の圧電体素子として完成し、各信号取出電極
１を構成する表面電極４の各々は外部引出電極９，１０
のそれぞれと「Ｔ」字形に接続されたうえで導通してい
ることになる。Subsequently, as shown in FIG. 3 (a), a holding frame base body 16 in which a groove 15 having a predetermined width is formed at each predetermined position on the inner surface side is prepared, and the surface electrode layer 13 and the connection are provided. The sandwiching frame substrate 16 is attached to each of the main surfaces of the piezoelectric ceramic substrate 12 formed by laminating the electrode layers 14 to integrate them. Further, the piezoelectric ceramic substrate 12 is formed according to an imaginary line set to delimit a range of size and shape suitable for each piezoelectric element.
When the holding frame base body 16 is cut, each piezoelectric element having the structure shown in FIG.
A piezoelectric element having a piezoelectric ceramic body 3 and a pair of sandwiching frames 8 each having a signal extraction electrode 1 composed of one surface electrode 4 and a connection electrode 5 covering the surface electrode 4 is formed on the main surface. At this time, the surface electrode 4 forming the signal extraction electrode 1 is exposed on the outer end surface of the piezoelectric element.
Therefore, when the external extraction electrodes 9 and 10 are formed on the outer end faces of the obtained piezoelectric elements, that is, on the outer end faces of the piezoelectric ceramic body 3 and the holding frame body 8, the bimorph structure piezoelectric body shown in FIG. Each of the surface electrodes 4 which is completed as an element and constitutes each signal extraction electrode 1 has external extraction electrodes 9 and 10.
, And are connected to each other in a “T” shape, and are electrically connected.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来例
に係る圧電体素子及びその製造方法においては、次のよ
うな不都合が生じることがあった。すなわち、まず、圧
電セラミック基体１２の主表面上それぞれに形成された
表面電極層１３の厚みは形成条件によって薄くなること
があり、これら表面電極層１３の厚みが薄くなっている
場合には、各圧電体素子の外端面上に形成された外部引
出電極９，１０のそれぞれと各信号取出電極１を構成す
る表面電極４との接続及び導通が不安定化してしまう。
また、圧電セラミック基体１２の同一面上における表面
電極層１３を導通させるための接続電極層１４を一般的
な手法、つまり導電ぺーストのスクリーン印刷を行った
うえで焼き付け処理するというような手法を採用したう
えで形成した場合には、焼き付け時に加わる熱の影響に
よって圧電セラミック基体１２、すなわち、圧電セラミ
ック体３における脱分極が起こってしまうことがある。
その結果、従来の圧電体素子を用いて構成された加速度
センサにおいては、検出感度の低下が生じることがある
ほか、量産性の低下を招くことになっていた。By the way, in the piezoelectric element and the method for manufacturing the same according to the conventional example, the following problems may occur. That is, first, the thickness of the surface electrode layer 13 formed on each of the main surfaces of the piezoelectric ceramic substrate 12 may become thin depending on the forming conditions. When the surface electrode layer 13 has a small thickness, The connection and conduction between the external extraction electrodes 9 and 10 formed on the outer end surface of the piezoelectric element and the surface electrode 4 forming each signal extraction electrode 1 become unstable.
In addition, a general method is used for the connection electrode layer 14 for conducting the surface electrode layer 13 on the same surface of the piezoelectric ceramic substrate 12, that is, a method in which a conductive paste is screen-printed and then baked. When formed after being adopted, depolarization may occur in the piezoelectric ceramic substrate 12, that is, the piezoelectric ceramic body 3, due to the effect of heat applied during baking.
As a result, in the acceleration sensor configured by using the conventional piezoelectric element, the detection sensitivity may be reduced, and the mass productivity may be reduced.
【００１０】本発明は、このような不都合に鑑みて創案
されたものであって、信号取出電極を構成する表面電極
と外部引出電極との接続及び導通を安定化することがで
き、圧電セラミック体における脱分極が起こる恐れのな
い圧電体素子、これを用いて構成された加速度センサ及
び圧電体素子の製造方法を提供しようとするものであ
る。The present invention was devised in view of such inconvenience, and it is possible to stabilize the connection and conduction between the surface electrode which constitutes the signal extraction electrode and the external extraction electrode, and the piezoelectric ceramic body. The present invention aims to provide a piezoelectric element in which depolarization does not occur, an acceleration sensor including the piezoelectric element, and a method for manufacturing the piezoelectric element.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明に係る圧電体素子
は、内部電極が埋設された板状の圧電セラミック体の互
いに対向する主表面上それぞれには信号取出電極が設け
られており、各信号取出電極は、圧電セラミック体の長
手方向に沿って区分された中央部及び端部の各々と対応
する位置ごとに分離して形成された厚膜形状の表面電極
と、同一の主表面上に形成された表面電極を覆って形成
された薄膜形状の接続電極とを積層したものであること
を特徴としている。そして、本発明に係る加速度センサ
は、上記圧電体素子を用いて構成されたものである。In a piezoelectric element according to the present invention, signal extraction electrodes are provided on respective main surfaces of a plate-shaped piezoelectric ceramic body having internal electrodes buried therein, which face each other. The signal extraction electrode is formed on the same main surface as the thick film-shaped surface electrode formed separately at each position corresponding to the central portion and the end portion divided along the longitudinal direction of the piezoelectric ceramic body. It is characterized by being laminated with a thin film-shaped connection electrode formed so as to cover the formed surface electrode. The acceleration sensor according to the present invention is configured by using the above piezoelectric element.
【００１２】また、本発明に係る圧電体素子の第１の製
造方法は、内部電極が埋設された板状の圧電セラミック
体を用意し、その互いに対向する主表面上それぞれに
は、圧電セラミック体の長手方向に沿う中央部及び端部
の各々と対応する位置ごとに分離して配置された厚膜形
状の表面電極を導電ペーストの焼き付け処理によって形
成する工程と、内部電極と表面電極とを用いて圧電セラ
ミック体の中央部及び端部に対する分極処理を行う工程
と、同一の主表面上に形成された表面電極を覆う薄膜形
状の接続電極をスパッタリング処理によって形成する工
程とを含むことを特徴としている。In the first method of manufacturing a piezoelectric element according to the present invention, a plate-shaped piezoelectric ceramic body in which internal electrodes are embedded is prepared, and the piezoelectric ceramic body is provided on each of the main surfaces facing each other. Using a step of forming a thick film-shaped surface electrode separately arranged at positions corresponding to each of the central portion and the end portion along the longitudinal direction of the conductive paste by baking the conductive paste, and using the internal electrode and the surface electrode. And a step of forming a thin film-shaped connecting electrode covering a surface electrode formed on the same main surface by a sputtering process. There is.
【００１３】さらに、第２の製造方法は、内部電極が形
成された一方側主表面が貼り合わされて板状の圧電セラ
ミック体となる一対の圧電セラミック板を用意し、各圧
電セラミック板の他方側主表面上には、圧電セラミック
板の長手方向に沿う中央部及び端部の各々と対応する位
置ごとに分離して配置された厚膜形状の分極電極を導電
ペーストの焼き付け処理によって形成する工程と、内部
電極と表面電極とを用いて各圧電セラミック板の中央部
及び端部に対する分極処理を行う工程と、各圧電セラミ
ック板の他方側主表面上に形成された表面電極を覆う薄
膜形状の接続電極をスパッタリング処理によって形成す
る工程と、各圧電セラミック板の一方側主表面同士を貼
り合わせて圧電セラミック体を構成する工程とを含むこ
とを特徴とするものである。Further, in the second manufacturing method, a pair of piezoelectric ceramic plates, which form a plate-shaped piezoelectric ceramic body by bonding the one-side main surfaces on which the internal electrodes are formed, are prepared, and the other side of each piezoelectric ceramic plate is prepared. A step of forming, on the main surface, a thick film-shaped polarized electrode separately arranged at positions corresponding to the central portion and the end portions along the longitudinal direction of the piezoelectric ceramic plate by baking the conductive paste; , A step of performing polarization processing on the central portion and the end portion of each piezoelectric ceramic plate using the internal electrode and the surface electrode, and a thin film-shaped connection covering the surface electrode formed on the other main surface of each piezoelectric ceramic plate It is also characterized by including a step of forming an electrode by a sputtering process and a step of bonding one main surfaces of each piezoelectric ceramic plate to each other to form a piezoelectric ceramic body. It is.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１５】図１は本実施例に係る圧電体素子の構成を
簡略化して示す一部破断斜視図、図２はその製造方法の
前段階を示す工程斜視図、図３はその製造方法の後段階
を示す工程斜視図であり、ここでは従来例を示す図１な
いし図３を利用して本実施例の説明を行うこととする。FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing the structure of the piezoelectric element according to this embodiment in a simplified manner, FIG. 2 is a process perspective view showing the pre-stage of the manufacturing method, and FIG. 3 is a view after the manufacturing method. It is a process perspective view showing steps, and here, this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3 showing a conventional example.
【００１６】本実施例に係る圧電体素子は従来例と基本
的に同一のバイモルフ構造を有するものであり、図１で
示すように、内部電極２が埋設された板状の圧電セラミ
ック体３を具備している。そして、この際、内部電極２
を介したうえで対向するセラミック領域６，７それぞれ
の長手方向に沿って区分された中央部６ａ，７ａ及び端
部６ｂ，７ｂの各々が厚み方向に沿って互いに異なる向
きに分極処理され、かつ、中央部６ａ，７ａ及び端部６
ｂ，７ｂの各々同士が互いに逆となる向きに従って分極
処理されている。また、この圧電セラミック体３の互い
に対向する主表面上それぞれには信号取出電極１が設け
られており、各信号取出電極１は、セラミック領域６，
７それぞれの長手方向に沿って区分された中央部６ａ，
７ａ及び端部６ｂ，７ｂの各々と対応する位置ごとに分
離して形成された厚膜形状の表面電極４の３つずつと、
同一の主表面上に形成された表面電極４同士を覆って形
成された薄膜形状の接続電極５とが積層されたものとな
っている。The piezoelectric element according to this embodiment basically has the same bimorph structure as that of the conventional example. As shown in FIG. 1, a plate-shaped piezoelectric ceramic body 3 having internal electrodes 2 embedded therein is used. It has. At this time, the internal electrode 2
The central portions 6a and 7a and the end portions 6b and 7b, which are divided along the longitudinal direction of the ceramic regions 6 and 7 that face each other through the gap, are polarized in different directions along the thickness direction, and , Central portions 6a, 7a and end portions 6
b and 7b are polarized according to the opposite directions. Further, signal extraction electrodes 1 are provided on the respective main surfaces of the piezoelectric ceramic body 3 which face each other, and each signal extraction electrode 1 has a ceramic region 6,
7. A central portion 6a divided along the respective longitudinal directions,
3a of thick film-shaped surface electrodes 4 formed separately at positions corresponding to 7a and ends 6b and 7b, respectively,
A thin film connection electrode 5 formed so as to cover the surface electrodes 4 formed on the same main surface is laminated.
【００１７】さらに、この際における信号取出電極１の
一方側（図では、上側）は圧電セラミック体３の一方側
外端面（図では、左側）にまで延出される一方、他方側
（図では、下側）の信号取出電極１は他方側外端面（図
では、右側）にまで延出されている。さらにまた、この
圧電体素子の長手方向に沿う両端縁は側面視「コ」字形
状とされた一対の挟持枠体８で挟まれたうえで固定支持
されており、圧電セラミック体３の主表面上に形成され
た信号取出電極１の各々は圧電セラミック体３及び挟持
枠体８の互いに異なる外端面上に形成された外部引出電
極９，１０のそれぞれに「Ｔ」字形となって接続された
うえで導通している。すなわち、本実施例に係る圧電体
素子が従来例と異なるのは、圧電セラミック体３の同一
の主表面上に分離して形成された表面電極４のそれぞれ
が厚膜形状とされており、しかも、これらを覆って形成
された接続電極５が薄膜形状とされているところにあ
る。そこで、この圧電体素子においては、信号取出電極
１を構成する表面電極４のそれぞれが厚膜形状とされて
いる結果、これら表面電極４と外部引出電極９，１０の
それぞれとの接続及び導通が不安定化しないことにな
る。そして、本発明に係る加速度センサは、本実施例に
係る圧電体素子を用いたうえで構成されたものとなって
いる。Further, at this time, one side (upper side in the figure) of the signal extraction electrode 1 is extended to one outer side end surface (left side in the figure) of the piezoelectric ceramic body 3, while the other side (in the figure, side). The signal extraction electrode 1 on the lower side is extended to the outer end surface on the other side (right side in the figure). Furthermore, both end edges of this piezoelectric element along the longitudinal direction are sandwiched between a pair of sandwiching frame bodies 8 having a "U" shape in a side view, and are fixedly supported on the main surface of the piezoelectric ceramic body 3. Each of the signal extraction electrodes 1 formed above is connected in a "T" shape to each of external extraction electrodes 9 and 10 formed on different outer end surfaces of the piezoelectric ceramic body 3 and the holding frame body 8. There is continuity above. That is, the piezoelectric element according to the present embodiment is different from the conventional example in that each of the surface electrodes 4 separately formed on the same main surface of the piezoelectric ceramic body 3 has a thick film shape. The connection electrode 5 formed so as to cover them is in the form of a thin film. Therefore, in this piezoelectric element, each of the surface electrodes 4 forming the signal extraction electrode 1 has a thick film shape, and as a result, the connection and conduction between the surface electrode 4 and each of the external extraction electrodes 9 and 10 are established. It will not become unstable. The acceleration sensor according to the present invention is configured by using the piezoelectric element according to this embodiment.
【００１８】次に、本実施例に係る圧電体素子の製造方
法を、従来例と同一の図２及び図３に基づいて説明す
る。Next, a method of manufacturing the piezoelectric element according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
【００１９】まず、図２（ａ）で示すように、圧電性セ
ラミックであるＰＺＴを用いて作製された圧電セラミッ
ク基体１２、すなわち、帯状の内部電極層１１が複数列
にわたって埋設され、かつ、多数個の圧電セラミック体
３に見合う大きさ及び形状とされた矩形平板状の圧電セ
ラミック基体１２を用意するとともに、銀または銀・パ
ラジウムを含有する導電性ペースト（図示していない）
を用意する。その後、用意した導電性ペーストを用いた
うえ、圧電セラミック基体１２の互いに対向する主表面
上それぞれには、圧電体素子を構成する圧電セラミック
体３におけるセラミック領域６，７、つまり内部電極２
を介して対向するセラミック領域６，７それぞれの長手
方向に沿って区分された中央部６ａ，７ａ及び端部６
ｂ，７ｂの各々と対応することになる位置ごとに分離し
て配置された帯状の表面電極層１３を複数列にわたって
形成する。First, as shown in FIG. 2A, a piezoelectric ceramic substrate 12 made of PZT, which is a piezoelectric ceramic, that is, strip-shaped internal electrode layers 11 are embedded in a plurality of rows, and a large number of them are embedded. A piezoelectric ceramic substrate 12 having a rectangular flat plate shape and size suitable for each piezoelectric ceramic body 3 is prepared, and a conductive paste containing silver or silver / palladium (not shown)
To prepare. Then, using the prepared conductive paste, the ceramic regions 6 and 7 in the piezoelectric ceramic body 3 forming the piezoelectric element, that is, the internal electrodes 2 are formed on the main surfaces of the piezoelectric ceramic base 12 which face each other.
The central portions 6a, 7a and the end portions 6 divided along the longitudinal direction of the respective ceramic regions 6, 7 facing each other through
The strip-shaped surface electrode layers 13 separately arranged at the positions corresponding to b and 7b are formed over a plurality of rows.
【００２０】そして、この際においては、圧電セラミッ
ク基体１２の主表面上それぞれに対して導電性ペースト
をスクリーン印刷によって塗布したうえ、塗布された導
電性ペーストの乾燥及び約８００℃の温度下で焼き付け
処理することによって３〜１０μｍ程度の厚膜形状とな
った表面電極層１３を形成する。その結果、一列状とし
て並列配置された圧電セラミック体３群に対応する範囲
ごとには、３列分ずつの表面電極層１３が並列形成され
ていることになる。なお、ここでの圧電セラミック基体
１２を構成しているＰＺＴのキュリー点は、約３００℃
である。At this time, a conductive paste is applied to each of the main surfaces of the piezoelectric ceramic substrate 12 by screen printing, and the applied conductive paste is dried and baked at a temperature of about 800.degree. By processing, the surface electrode layer 13 having a thick film shape of about 3 to 10 μm is formed. As a result, three rows of surface electrode layers 13 are formed in parallel in each range corresponding to the group of piezoelectric ceramic bodies 3 arranged in parallel as one row. The Curie point of PZT forming the piezoelectric ceramic substrate 12 is about 300 ° C.
Is.
【００２１】引き続き、図２（ｂ）で示すように、内部
電極層１１と表面電極層１３とを用いたうえで各圧電セ
ラミック体３におけるセラミック領域６，７それぞれの
中央部６ａ，７ａ及び端部６ｂ，７ｂに対する分極処
理、つまり所要の電界を印加することによっての分極処
理を行う。すなわち、この際には、各部６ａ，７ａ，６
ｂ，７ｂのそれぞれが図１に示した通りの分極の向きＡ
〜Ｄを有することになるような分極処理を行う。その
後、図２（ｃ）で示すように、圧電セラミック基体１２
における同一の主表面上に形成され、かつ、一列状の圧
電セラミック体３群それぞれに対応する３列分ずつの表
面電極層１３を覆ったうえで導通させる接続電極層１４
をスパッタリング処理、例えば、モネルスパッタリング
によって形成する。そこで、この際に形成された接続電
極層１４は、薄膜形状を有するものとなる。なお、ここ
でのスパッタリング処理がモネル（ニッケル・銅合金）
に限定されることはなく、ニッケルや銀であってもよ
い。また、このスパッタリング処理中における圧電セラ
ミック基体１２の温度は１００〜２００℃程度となり、
ＰＺＴのキュリー点よりも低いから、脱分極が生じる恐
れはないことになる。Subsequently, as shown in FIG. 2 (b), using the internal electrode layers 11 and the surface electrode layers 13, the central portions 6a, 7a and the ends of the respective ceramic regions 6, 7 of the respective piezoelectric ceramic bodies 3 are formed. The polarization process is performed on the portions 6b and 7b, that is, the polarization process is performed by applying a required electric field. That is, at this time, each part 6a, 7a, 6
b and 7b are the polarization directions A as shown in FIG.
The polarization process is performed so as to have .about.D. Then, as shown in FIG. 2C, the piezoelectric ceramic substrate 12
Connection electrode layers 14 which are formed on the same main surface and cover the surface electrode layers 13 in three rows corresponding to each of the three rows of piezoelectric ceramic bodies
Are formed by a sputtering process, for example, monel sputtering. Therefore, the connection electrode layer 14 formed at this time has a thin film shape. The sputtering process here is monel (nickel-copper alloy).
However, nickel or silver may be used. Further, the temperature of the piezoelectric ceramic substrate 12 during this sputtering process is about 100 to 200 ° C.,
Since it is lower than the Curie point of PZT, there is no possibility of depolarization.
【００２２】さらにまた、図３（ａ）で示すように、内
表面側の所定位置ごとに所定幅寸法の凹溝１５が形成さ
れた挟持枠基体１６を用意した後、これら挟持枠基体１
６の各々を圧電セラミック基体１２の主表面上それぞれ
に対して接着剤（図示していない）を用いて接着するこ
とによって貼り合わせる。その後、個々の圧電体素子に
見合う大きさ及び形状の範囲を区切るべく設定された仮
想線に従って圧電セラミック基体１２及び挟持枠基体１
６を切断すると、図３（ｂ）で示すような構成の圧電体
素子、すなわち、厚膜形状となった３つの表面電極４
と、同一の主表面上に形成された表面電極４を覆って形
成された薄膜形状の接続電極５とが積層されてなる信号
取出電極１が主表面上それぞれに形成された圧電セラミ
ック体３と一対の挟持枠体８とを具備してなる圧電体素
子が得られる。そこで、得られた圧電体素子それぞれに
おける圧電セラミック体３及び挟持枠体８の外端面上に
外部引出電極９，１０を所要のスパッタリング処理やメ
ッキ処理によって形成すると、図１で示したバイモルフ
構造を有する圧電体素子として完成することになり、厚
膜形状となって各信号取出電極１を構成する表面電極４
の各々は外部引出電極９，１０のそれぞれと「Ｔ」字形
の状態で接続されていることになる。Further, as shown in FIG. 3 (a), after the holding frame base body 16 in which the concave groove 15 having a predetermined width is formed at each predetermined position on the inner surface side, these holding frame base bodies 1 are prepared.
Each of 6 is adhered to the main surface of the piezoelectric ceramic substrate 12 by using an adhesive (not shown). After that, the piezoelectric ceramic substrate 12 and the holding frame substrate 1 are arranged in accordance with imaginary lines set so as to delimit a range of size and shape suitable for each piezoelectric element.
When 6 is cut, the piezoelectric element having the structure shown in FIG. 3B, that is, the three surface electrodes 4 having a thick film shape
And a piezoelectric ceramic body 3 having a signal extraction electrode 1 formed by stacking a thin film-shaped connection electrode 5 formed on the same main surface to cover a surface electrode 4 formed on each main surface. A piezoelectric element including a pair of holding frame bodies 8 can be obtained. Therefore, when the external extraction electrodes 9 and 10 are formed on the outer end surfaces of the piezoelectric ceramic body 3 and the sandwiching frame 8 in each of the obtained piezoelectric elements by a required sputtering process or plating process, the bimorph structure shown in FIG. 1 is obtained. The piezoelectric element has been completed, and the surface electrode 4 has a thick film shape and constitutes each signal extraction electrode 1.
Will be connected to each of the external extraction electrodes 9 and 10 in a "T" shape.
【００２３】ところで、図２で示した圧電体素子の製造
方法においては、内部電極層１１が予め埋設された矩形
平板状の圧電セラミック基体１２を用意するとしている
が、以上説明したバイモルフ構造を有する圧電体素子を
図４で示すような工程手順に従って製造することも可能
である。なお、この図４は製造方法の前段階を示す工程
斜視図であって図２と対応しているから、図２と共通し
ている事項についての詳しい説明は省略する。In the method of manufacturing the piezoelectric element shown in FIG. 2, the rectangular flat plate-shaped piezoelectric ceramic substrate 12 in which the internal electrode layers 11 are embedded in advance is prepared, but it has the bimorph structure described above. It is also possible to manufacture the piezoelectric element according to the process procedure as shown in FIG. Since FIG. 4 is a process perspective view showing the previous stage of the manufacturing method and corresponds to FIG. 2, detailed description of items common to FIG. 2 will be omitted.
【００２４】この変形例においては、図４（ａ）で示す
ように、複数列にわたる内部電極層１１が一方側主表面
上に形成され、かつ、圧電セラミック体３のセラミック
領域６，７それぞれに見合う圧電セラミック板１７の多
数個に対応する一対の圧電セラミック基板１８と、銀ま
たは銀・パラジウムを含有する導電性ペースト（図示し
ていない）とをまずもって用意する。すなわち、この変
形例における圧電セラミック板１７は内部電極２が形成
された一方側主表面が貼り合わされて圧電セラミック体
３となり、また、圧電セラミック基板１８は内部電極層
１１が形成された一方側主表面が貼り合わされることに
よって圧電セラミック基体１２と対応することになるも
のである。そこで、まず、圧電セラミック基板１８それ
ぞれの他方側主表面上には、各圧電セラミック板１７の
長手方向に沿って区分された中央部１７ａ及び端部１７
ｂの各々と対応する位置ごとに分離して配置されたう
え、厚膜形状となった表面電極層１３の複数列を導電ペ
ーストの印刷及び焼き付け処理によって形成する。な
お、この際における圧電セラミック板１７の中央部１７
ａ及び端部１７ｂは、圧電セラミック体３における中央
部６ａ，７ａ及び端部６ｂ，７ｂのそれぞれと対応して
いる。In this modification, as shown in FIG. 4A, a plurality of rows of internal electrode layers 11 are formed on the main surface on one side, and the ceramic regions 6 and 7 of the piezoelectric ceramic body 3 are respectively formed. A pair of piezoelectric ceramic substrates 18 corresponding to a large number of matching piezoelectric ceramic plates 17 and a conductive paste (not shown) containing silver or silver / palladium are first prepared. That is, the piezoelectric ceramic plate 17 in this modification is bonded to the one main surface on which the internal electrodes 2 are formed to form the piezoelectric ceramic body 3, and the piezoelectric ceramic substrate 18 is one main surface on which the internal electrode layers 11 are formed. The surfaces are bonded together so as to correspond to the piezoelectric ceramic substrate 12. Therefore, first, on the other main surface of each of the piezoelectric ceramic substrates 18, a central portion 17a and end portions 17 divided along the longitudinal direction of each piezoelectric ceramic plate 17 are provided.
A plurality of rows of the surface electrode layers 13 having a thick film shape, which are separately arranged at positions corresponding to b, are formed by printing and baking conductive paste. At this time, the central portion 17 of the piezoelectric ceramic plate 17
The a and the end portion 17b correspond to the central portions 6a and 7a and the end portions 6b and 7b of the piezoelectric ceramic body 3, respectively.
【００２５】次に、図４（ｂ）で示すように、内部電極
層１１と表面電極層１３の各々とを用いたうえで各圧電
セラミック板１７の中央部１７ａ及び端部１７ｂに対す
る分極処理を行った後、図４（ｃ）で示すように、圧電
セラミック基板１８それぞれの他方側主表面上に形成さ
れ、かつ、一列状の各圧電セラミック板１７群それぞれ
に対応する３列分ずつの表面電極層１３を覆ったうえで
導通させる接続電極層１４をスパッタリング処理によっ
て形成する。さらに、その後、各圧電セラミック基板１
８の内部電極層１１が形成された一方側主表面同士を接
着剤（図示していない）で接着することによって貼り合
わせると、図２（ｃ）で示したと同構造の状態となる。
そこで、図３で示した製造方法の後段階における手順に
従うと、図１で示したバイモルフ構造を有する圧電体素
子として完成することになる。Next, as shown in FIG. 4 (b), using the internal electrode layer 11 and the surface electrode layer 13 respectively, the central portion 17a and the end portion 17b of each piezoelectric ceramic plate 17 are polarized. After that, as shown in FIG. 4 (c), the surface of each of the piezoelectric ceramic substrates 18 is formed on the other main surface of the piezoelectric ceramic substrate 18 and the surface of each of the three groups of piezoelectric ceramic plates 17 is arranged in a row. The connection electrode layer 14 which covers the electrode layer 13 and is made conductive is formed by a sputtering process. Furthermore, after that, each piezoelectric ceramic substrate 1
When the one main surfaces on which the internal electrode layers 11 of No. 8 are formed are adhered to each other by adhering them with an adhesive (not shown), the same structure as shown in FIG. 2C is obtained.
Therefore, when the procedure in the latter stage of the manufacturing method shown in FIG. 3 is followed, the piezoelectric element having the bimorph structure shown in FIG. 1 is completed.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る圧電
体素子及びその製造方法によれば、信号取出電極を構成
する表面電極が厚膜形状とされているので、これら信号
取出電極を構成する表面電極と圧電体素子の外端面上に
形成された外部引出電極との接続及び導通を安定化する
ことができる。また、表面電極を覆って信号取出電極を
構成する接続電極が薄膜形状とされており、しかも、こ
れらの接続電極をスパッタリング処理によって形成して
いるから、電極形成時における圧電セラミック体の温度
がキュリー点以下に抑えられる結果、脱分極が起こるこ
ともあり得ないことになる。従って、本発明に係る圧電
体素子を用いて構成された加速度センサにおいては、検
出感度の向上とともに、量産性の向上を図ることが実現
できるという効果が得られる。As described above, according to the piezoelectric element and the method of manufacturing the same according to the present invention, the surface electrodes forming the signal extracting electrodes are formed in a thick film shape, so that these signal extracting electrodes are formed. It is possible to stabilize the connection and conduction between the front surface electrode and the external lead electrode formed on the outer end surface of the piezoelectric element. Further, since the connection electrodes which cover the surface electrodes and constitute the signal extraction electrodes are formed into a thin film and the connection electrodes are formed by the sputtering process, the temperature of the piezoelectric ceramic body at the time of forming the electrodes is Curie. As a result of being suppressed below the point, depolarization cannot occur. Therefore, in the acceleration sensor configured by using the piezoelectric element according to the present invention, it is possible to obtain the effect that the detection sensitivity and the mass productivity can be improved.
【図１】本実施例及び従来例に係る圧電体素子の構成を
簡略化して示す一部破断斜視図である。FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a simplified configuration of a piezoelectric element according to a present example and a conventional example.
【図２】本実施例及び従来例に係る圧電体素子の製造方
法の前段階を示す工程斜視図である。FIG. 2 is a process perspective view showing a pre-stage of a method for manufacturing a piezoelectric element according to this example and a conventional example.
【図３】本実施例及び従来例に係る圧電体素子の製造方
法の後段階を示す工程斜視図である。FIG. 3 is a process perspective view showing a latter stage of a method of manufacturing a piezoelectric element according to this example and a conventional example.
【図４】本実施例に係る圧電体素子の製造方法の変形例
を示す工程斜視図である。FIG. 4 is a process perspective view showing a modified example of the method for manufacturing the piezoelectric element according to the present embodiment.
１ 信号取出電極 ２ 内部電極 ３ 圧電セラミック体 ４ 表面電極 ５ 接続電極 ６ セラミック領域 ７ セラミック領域 ６ａ セラミック領域の中央部 ６ｂ セラミック領域の端部 ７ａ セラミック領域の中央部 ７ｂ セラミック領域の端部 1 Signal Extraction Electrode 2 Internal Electrode 3 Piezoelectric Ceramic Body 4 Surface Electrode 5 Connection Electrode 6 Ceramic Area 7 Ceramic Area 6a Central Area of Ceramic Area 6b Edge of Ceramic Area 7a Central Area of Ceramic Area 7b End of Ceramic Area
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 41/22 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 41/22
Claims (4)
ック体を具備しており、その長手方向に沿う中央部及び
端部が厚み方向に沿って互いに異なる向きに分極処理さ
れた圧電体素子であって、 圧電セラミック体の互いに対向する主表面上それぞれに
は信号取出電極が設けられており、各信号取出電極は、
圧電セラミック体の中央部及び端部の各々と対応する位
置ごとに分離して形成された厚膜形状の表面電極と、同
一の主表面上に形成された表面電極を覆って形成された
薄膜形状の接続電極とを積層したものであることを特徴
とする圧電体素子。1. A piezoelectric element having a plate-shaped piezoelectric ceramic body in which internal electrodes are embedded, and a central portion and an end portion along the longitudinal direction of which are polarized in different directions along the thickness direction. The signal extraction electrodes are provided on the main surfaces of the piezoelectric ceramic body which face each other, and each signal extraction electrode is
A thick film-shaped surface electrode formed separately at positions corresponding to the central portion and the end portion of the piezoelectric ceramic body, and a thin film shape formed by covering the surface electrode formed on the same main surface. 2. A piezoelectric element characterized by being laminated with the connection electrode of.
ック体の互いに対向する主表面上それぞれには、圧電セ
ラミック体の長手方向に沿う中央部及び端部の各々と対
応する位置ごとに分離して形成された厚膜形状の表面電
極と、同一の主表面上に形成された表面電極を覆って形
成された薄膜形状の接続電極とを積層してなる信号取出
電極が設けられた圧電体素子を用いて構成されたことを
特徴とする加速度センサ。2. A plate-shaped piezoelectric ceramic body in which internal electrodes are embedded is provided on each of the opposing main surfaces of the piezoelectric ceramic body at positions corresponding to the central portion and the end portions along the longitudinal direction of the piezoelectric ceramic body. A piezoelectric body provided with a signal extraction electrode formed by stacking a thick film-shaped surface electrode formed by the above and a thin film-shaped connection electrode formed so as to cover the surface electrode formed on the same main surface. An acceleration sensor, which is configured by using an element.
ック体を用意し、その互いに対向する主表面上それぞれ
には、圧電セラミック体の長手方向に沿う中央部及び端
部の各々と対応する位置ごとに分離して配置された厚膜
形状の表面電極を導電ペーストの印刷及び焼き付け処理
によって形成する工程と、 内部電極と表面電極とを用いて圧電セラミック体の中央
部及び端部に対する分極処理を行う工程と、 同一の主表面上に形成された表面電極を覆う薄膜形状の
接続電極をスパッタリング処理によって形成する工程と
を含んでいることを特徴とする請求項１に記載した圧電
体素子の製造方法。3. A plate-shaped piezoelectric ceramic body in which internal electrodes are embedded is prepared, and main surfaces facing each other respectively correspond to a central portion and an end portion along the longitudinal direction of the piezoelectric ceramic body. A step of forming thick film-shaped surface electrodes separately arranged for each position by printing and baking a conductive paste, and a polarization treatment for a central portion and an end portion of a piezoelectric ceramic body by using internal electrodes and surface electrodes And a step of forming a thin film-shaped connection electrode covering the surface electrode formed on the same main surface by a sputtering process. Production method.
り合わされて板状の圧電セラミック体となる一対の圧電
セラミック板を用意し、各圧電セラミック板の他方側主
表面上には、圧電セラミック板の長手方向に沿う中央部
及び端部の各々と対応する位置ごとに分離して配置され
た厚膜形状の分極電極を導電ペーストの印刷及び焼き付
け処理によって形成する工程と、 内部電極と表面電極とを用いて各圧電セラミック板の中
央部及び端部に対する分極処理を行う工程と、 各圧電セラミック板の他方側主表面上に形成された表面
電極を覆う薄膜形状の接続電極をスパッタリング処理に
よって形成する工程と、 各圧電セラミック板の一方側主表面同士を貼り合わせて
圧電セラミック体を構成する工程とを含んでいることを
特徴とする請求項１に記載した圧電体素子の製造方法。4. A pair of piezoelectric ceramic plates, which form a plate-shaped piezoelectric ceramic body by laminating one main surface on which internal electrodes are formed, are prepared. A step of forming thick film-shaped polarized electrodes separately arranged at positions corresponding to the central portion and the end portions along the longitudinal direction of the ceramic plate by printing and baking conductive paste, and the internal electrodes and the surface. The step of performing polarization processing on the central portion and the end portion of each piezoelectric ceramic plate using the electrodes and the thin film-shaped connecting electrode covering the surface electrode formed on the other main surface of each piezoelectric ceramic plate by the sputtering treatment. The method according to claim 1, further comprising a forming step and a step of forming a piezoelectric ceramic body by bonding one main surfaces of the piezoelectric ceramic plates to each other. Method for manufacturing mounted piezoelectric element.
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP21588194A JP3077522B2 (en) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | Piezoelectric element, acceleration sensor configured using the same, and method of manufacturing piezoelectric element |
| US08/460,660 US5914556A (en) | 1994-09-09 | 1995-06-02 | Piezoelectric element and method of manufacturing the same |
| SG1995000617A SG34232A1 (en) | 1994-09-09 | 1995-06-08 | Piezoelectric element and method of manufacturing the same |
| DE19523984A DE19523984C2 (en) | 1994-09-09 | 1995-06-30 | Piezoelectric element and method of manufacturing the same |
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|---|---|
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| SG (1) | SG34232A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6619124B2 (en) | 2001-01-12 | 2003-09-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Acceleration sensor and method of manufacturing the same |
| US6710519B2 (en) | 2001-01-12 | 2004-03-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Acceleration sensor and method of manufacturing the same |
-
1994
- 1994-09-09 JP JP21588194A patent/JP3077522B2/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-06-08 SG SG1995000617A patent/SG34232A1/en unknown
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| US6619124B2 (en) | 2001-01-12 | 2003-09-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Acceleration sensor and method of manufacturing the same |
| US6710519B2 (en) | 2001-01-12 | 2004-03-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Acceleration sensor and method of manufacturing the same |
| US6922879B2 (en) | 2001-01-12 | 2005-08-02 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of manufacturing an acceleration sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3077522B2 (en) | 2000-08-14 |
| SG34232A1 (en) | 1996-12-06 |
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