JPH11512887A - 圧電素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、電気絶縁性材料よりなる支持体（１０）上に圧電体（４０、４１）を配置した圧電素子及びこの種の圧電素子の製造方法に関する。高い信頼性を得るために、本発明によれば支持体（１０）と圧電体（４０、４１）の内部電極（３０、３１）との間に導電被覆を挿入し、この導電被覆を内部電極（３０、３１）と複数の箇所で電気接触させる。この種の圧電素子は、繊維産業で用いられる編み機、織り機、又はメリヤス機の制御用のたわみ変換器（１００、２００）として適している。

Description

【発明の詳細な説明】 圧電素子およびその製造方法 本発明は、電気絶縁性の支持体上に圧電体を配して構成される圧電素子、なら びにこの種の圧電素子の製造方法に関する。本発明は、電気絶縁性の支持体を備 える圧電素子に対し、特に大きな機械的荷重を受ける場合に、確実な電気的接触 を保証するという課題に関連する。 冒頭に述べたような種類の圧電素子は、間接的又は逆の圧電効果、すなわち電 気エネルギーの機械エネルギーへの変換を利用するために使用されている場合が 多い。しかしながら、この種の圧電素子は機械エネルギーを電気エネルギーに変 換するのにも適している。この場合には、直接的な圧電効果が利用される。 上記のように、圧電素子には、多数の技術的利用が存在する。そのような利用 は、例えば、インクジェットプリンターの圧電式圧力ヘッドとして、マイクロホ ンやスピーカーのための音響ピックアップや音響発生器として、加速度測定や圧 力測定のためのセンサーとして、ガスメーターのための測定値受信器として、例 えば医療診断や遠隔測定のための超音波の発生及び検出のための超音波変成器と して、レーザー技術におけるμｍ領域の高精度の調整路のための位置調整素子と して、さらには、例えば、盲人用の判読器のブライユ線、繊維機械、空圧バルブ 、記録式計測 器、あるいは非接触式表面検査装置の調整素子としてのたわみ変 換器としての利用である。 ヨーロッパ特許第455 342号明細書およびヨーロッパ特許出願公開第468 796号 明細書によれば、この種の圧電素子が層構造に構成されている。圧電的に動作す る材料、すなわち、圧電効果および／または電歪効果を示し、以下圧電体と称す る材料は、素子の機械的安定性を改善し、電気エネルギーの機械エネルギーへの 変換、あるいはその逆の変換を良好にするために、支持体上に配される。また、 電気的に接触させるために、圧電体の両面には導電性材料よりなる平板シート状 の電極が備えられる。 利用に応じて、支持体の一方の面又は両方の面に、上述の層列を設けることが できる。ドイツ連邦共和国特許第34 34 726号明細書においては、電極を含む圧 電体の複数の層を重ねて積層し得るようになっている。圧電的に動作する層の数 に対応して、モノモルフ圧電素子、バイモルフ圧電素子、トリモルフ圧電素子等 、一般的にマルチモルフ圧電素子と呼ばれる。 非導電性ないしは電気絶縁性の支持体を用いた圧電素子が、ドイツ連邦共和国 特許第43 37 265号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第40 25 436号明細書 に見られる。電気絶縁性の支持体を用いることにより、バイモルフ圧電素子の場 合、圧電体の支持体に対向する側とその上に配される内部電極とは異なった電位 に保持される。これによって、この種の圧電素子の駆動は、専ら、内部の、支持 体によって互いに電気絶縁された圧電体の両面、ないしは内部電極を介して行わ れ、一方外側の面ないしは外部電極はゼロ電位又は接地電位に保持される。この ような措置により、この種の圧電素子は接触に対し安全となる。さらにまた、非 導電性材料は、電気絶縁の特性以外の固有の特性においても、支持体用として適 している。例えば、圧電体に適合する熱膨張係数に基づいて熱応力を回避するの に適している。 しかしながら、非導電性材料よりなる支持体を用いれば、圧電体の支持体に対 向する面、すなわち圧電体の内側の面における電気接触が当然困難となる。ドイ ツ連邦共和国特許出願公開第40 25 436号明細書においては、これに対応するた めに、圧電体の内側の面に金属被覆の形で内部電極を備え、この金属被覆を圧電 体の周縁を介して外部へ引出し、そこではんだ接触の形で接触させることが公知 である。 しかしながら、電気絶縁性材料からなる支持体を用いた圧電素子においては、 圧電体の内側の面の電気接触は、もっぱら内部電極の材料によって保証される。 内部電極が破壊することによって、圧電素子の一部は内部電極への電圧の供給か ら切り離される。圧電素子はもはや機能しなくなる。内部電極は破壊しやすいの で、絶縁性の支持体を有する圧電素子の耐用年数は、導電性の支持体を有する圧 電素子の耐用年数には及ばない。 本発明の課題は、電気絶縁性材料からなる支持体を用いた圧電素子で、かつ、 内部電極が材料疲労を生じた場合にも完全に機能する圧電素子を提供することに ある。さらに本発明の課題は、このような圧電素子の製造方法を提供することに ある。 電気絶縁性材料からなる支持体を用いた圧電素子に関する上記の課題は、本発 明によれば、支持体は導電被覆を備え、この導電被覆を、支持体上に置かれた圧 電体の内部電極と数箇所で電気的に接触させることによって解決される。 本発明は、支持体を備えた圧電素子において、運転中に例えば継続して加わる 機械的負荷による材料疲労によって、支持体と圧電体との間にある内部電極の破 壊又は亀裂が生ずるとの認識より出発している。このような内部電極の材料疲労 は、圧電体と支持体との境界面における圧縮応力又は熱応力が内部電極の材料に 付加的に負荷されるのでしばしば起こる。支持体を導電性の材料により構成すれ ば、この種の破壊が生じても接触は支持体を介して更に保証されるので、圧電素 子の機能が停止することはない。そのためには、支持体が十分多数の箇所で内部 電極と電気接触を保つことが必要なだけである。それ故、導電性の支持体の場合 には、内部電極の上記のような材料疲労は全く観測されない。 電気絶縁性材料よりなる支持体を備えた圧電素子に対し、支持体と圧電体の内 部電極との間に導電性の被覆を挿入し、この被覆を内部電極と多数箇所で電気的 に接触させれば、この被覆により内部電極の電気接触がさらに保証される。圧電 素子は、内部電極の材料疲労を生じても、なお機能し続けることとなる。大きな 機械的負荷によって導電性被覆も破壊や亀裂を生じても、内部電極の破壊と導電 性被覆の破壊が同一個所で生じる可能性は極めて少ないので、上述のことは成立 する。 内部電極と導電性被覆との電気接触は金属箔を介して行うのが有利であり、金 属箔ははんだ接続による実装に適している。そのためには銅箔は、接触が簡単に でき、また種々の厚さのものが市場より購入できるので特に好適である。電気接 触のためには、圧電体と支持体との間に金属箔の一部を単純に挿入すればよい。 外部電圧源への接続のためのはんだ接続は、金属箔の突出した自由端に取り付け られる。このとき、金属箔を、圧電体と導電性被覆との間、導電性被覆と内部電 極との間、又は内部電極と圧電体との間に配するかは、圧電素子の機能上は重要 ではない。この場合、最適の構成はその圧電素子の製造プロセスによって定まる 。 しかしながら、金属箔を挿入すれば、この箔を取り囲む各層の曲げを引き起こ すこととなり、これによって、付加の圧縮応力あるいは引張り応力による機械的 負荷によって破壊危険状態が生じ、機能停止に至る可能性がある。このような破 壊危険状態は、金属箔の挿入された部分の代わりに導電被覆を取り除けば回避さ れる。この場合には、導電被覆と金属箔との電気接触は内部電極を介して行われ る。この場合導電被覆と挿入された金属箔との間の内部電極の割れによる圧電素 子の機能停止を防止するために、金属箔の挿入された端部をＶ字状に形成するこ とができる。又金属箔の挿入された部分を含む導電被覆の端部についても同様で ある。このようにすれば、内部電極を横切って割れが生じても電気接触は保たれ ることとなる。 上記の破壊危険状態は、また、挿入する金属箔として十分薄い箔を選定するこ とによっても回避することができる。通常の圧電素子においては、10μｍ以下の 厚さの金属箔が適している。 支持体が圧電体よりも長く、導電被覆が、支持体の自由端上に延びかつそこで 金属箔と電気接触しているのが好ましい。この場合、電気接触は、例えば、支持 体の自由端上に延びる導電被覆を薄片状の金属箔と単純に貼り合わせ、この薄片 上にはんだ接続することにより行うことができる。導電被覆に適切な材料を用い れば、はんだ接続は突出した導電被覆上に直接することもできる。 導電被覆は、延性に冨んだ箔、すなわち可撓性を備え、加工性に優れた箔によ り形成するのが好ましい。この加工性は、例えば可撓性のプラスチックのような 適切な材料、又は箔の厚さを薄くすることにより得ることができる。したがって 、例えば厚さが100μｍ以下の金属箔が延性に富んだ箔として適している。この ように延性を備えれば、導電被覆が曲げ等の機械的負荷によって割れを生じる恐 れがなくなる。この箔は、接着、溶着又はその他の接合技術によって、支持体上 、又は圧電体の内部電極上に設けることができる。次いで支持体は圧電素子の圧 電体と接着、溶接等によって結合される。箔と内部電極との電気接触は導電性の 接着剤により行うことができ、或いは非導電性の接着剤を薄く施し、接着剤を通 して箔と内部電極の微視的な粗面性によってなお箔と内部電極との直接接触を維 持する。 導電被覆を介しての圧電体と支持体の結合は、導電被覆として網構造体を使用 すると極めて簡単化される。ここで網構造体とは、開孔を備えた本質的に二次元 体を意味する。その種のものとしては例えば織物又は孔空きの箔がある。この場 合、内部電極は、網構造体の開孔を介して支持体と直接接着されるか、他の方法 で結合される。この網構造体は結合の前緩く置くことができる。また、この網構 造体によても、十分多数の箇所で内部電極と電気接触させることができる。さら に、材料の節約によって製造コストが低くなる。 圧電素子を移動用素子あるいは位置調整用素子として用いれば、素子の繰り返 し曲げによる機械的負荷が所定の方向に頻繁に生じることとなる。したがって、 内部電極の破壊が、高い確率で曲げ方向に対して垂直に生じることとなる。この ような素子に対しては、網構造体を平行するブリッジの形に形成すれば効果的で ある。この場合、条片を圧電素子の曲げ方向に対して垂直に配すれば好適である 。特に、それぞれの場合に応じて、内部電極が破壊した場合に圧電素子の機能を 保持するためには、単一のブリッジ又は条片で十分である。。ブリッジは、例え ば接着、溶接あるいは溶着により支持体の上に取り付けることができる。支持体 を圧電体と結合する前にブリッジを圧電素子にゆるく載るのも有利である網構造 体も、互いに並列に配したブリッジも、例えばスクリーン印刷法等の印刷法によ って、ペースト又は液体の形で塗布することもできる。 導電被覆の材料としては、原理的には金属又は導電性のプラスチックが適して いる。この場合プラスチックとしては、特にカーボン重合体又は金属繊維強化エ ポキシ樹脂が優れている。ここでカーボン重合体とは、グラファイトを顔料とす る熱硬化性樹脂を意味する。カーボン重合体は、硬化に先立って例えばペースト の形でスクリーン印刷法により塗布される。金属繊維あるいは金属織物で強化し たエポキシ樹脂は、特にいわゆるプリプレグ（まだ硬化されておらず軟らかで、 エポキシ樹脂で前含浸された素材）の形で用いるのが望ましい。プリプレグの形 の導電被覆を支持体と内部電極との間に緩く置き、続いて支持体と圧電体とを加 圧し、熱処理を行ってプリプレグを硬化させて接合することにより、支持体は導 電被覆を介して圧電体の内部電極と永続的に結合することができる。 圧電体の内部電極は、金属被膜として形成されるのが望ましい。この金属被膜 は、金属のスパッタリング、蒸着、又はスクリーン印刷法によって圧電体の表面 に形成することができる。薄い金属性の表面被覆の形の金属被膜は、圧電体に均 一な電界を発生するために、従って最適なエネルギー変換のために、特に適して いる。しかしながら、圧電体と直接接触することによって、かつ適切な厚さにす ることによって、特に破壊や割れを生じる危険性がある。 圧電体は支持体と反対側上に外部電極を設けるのが合目的的である。この外部 電極は内部電極と同様に金属被膜として形成することができる。また、機能停止 を回避するために、外部電極を導電性でかつ延性の層で覆うこともできる。この 層には、粘着力が高く同時に可撓性の大きなカーボン重合体が特に適している。 また、外部電極そのものを、圧電体の導電性で延性の被覆として形成してもよい 。 非導電性材料よりなる支持体を備えた圧電素子は、高い接触安全性を有してい る。電圧の印加による差動は、内部電極を介してのみ行うことができ、外部電極 はゼロ電位にある。電圧を導く内部電極は、電気絶縁性材料よりなる支持体が導 電被覆と内部電極を縁領域において即ち露出した側面において延びていることに より、外部に対し完全に絶縁され有利である。それに代えて、導電被覆および内 部電極の露出した、電圧印加部分に電気絶縁性のラッカーを備えるようにしても 有利である。 支持体が平らな薄板の形を有し、その両面に導電被覆と圧電体とを備えれば、 電気エネルギーの機械エネルギーへの良好な変換が可能である。この種の圧電素 子は、たわみ変換器、又はアクチュエータとしての使用に特に適している。この 種のたわみ変換器は、繊維産業において、織り機、メリヤス機、又は編み機等の 制御、特にジャガード技術を用いての模様の製作のために使用される。さらに、 この種のアクチュエータは、個々の触覚素子の制御用として盲人用判読器に、空 圧バルブ又はビデオ装置やオーディオ装置に使用される。 圧電体に対しては、圧電効果および電歪効果を示す全ての材料が原則として適 している。特に、組成でもって種々の要求に対応可能な特定のセラミック酸化物 、例えばチタン酸ジルコン酸塩が優れている。この種のセラミック又は圧電セラ ミックは、圧電効果を示ためには、均一電界中でのそのものの分極が必要である 。このようにして圧電効果を生ずるのに必要な分極軸が圧電セラミック中に作り 出 される。この分極は、圧電素子に備えられた圧電セラミックが両面に金属被膜の 形の電極を備えると特に簡単に行うことができる。所望の均一な電界は、十分高 い電圧を加えることにより得られる。 圧電セラミックの分極は、支持体との結合の前又は後で行うことができる。分 極には、通常、数kV/mmの電界が必要である。圧電セラミック内部のいかなる圧 縮応力あるいは引張り応力も復極、従って圧電効果の弱めに導くので、支持体と 圧電セラミックの熱膨張係数を互いに適合させる必要がある。これは、支持体を 、炭素繊維強化エポキシ樹脂の代わりにガラス繊維強化エポキシ樹脂を用いて形 成し、圧電セラミックを上述のチタン酸ジルコン酸塩により形成する場合である 。 本発明によれば、電気絶縁性材料により形成された支持体を備える圧電素子の 製造方法に関する課題は、支持体と圧電体を、その間に導電被覆を介挿して結合 し、導電被覆と圧電体の内部電極とを複数の箇所において電気接触させることに よって解決される。 支持体としては熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、特にガラス繊維強化エ ポキシ樹脂のプリプレグを用いれば好適である。この場合、接着剤は導電被覆と 支持体とを結合するためにも、導電被覆と内部電極とを結合するためにも不要で ある。まず、導電被覆を網構造体の形でプリプレグの上、又は内部電極の上に緩 く載せるかあるいは印刷法で設ける。結合のために続いて支持体、導電被覆及び 圧電体を前述な型内に緩く配置する。軽く圧縮力を加えることによりプリプレグ は、緩く置かれることによって内部電極と直接結合されている網構造体の周りを 流れ、支持体を網構造体の内部を通して圧電体の内部電極と接合する。それに代 えて、導電被覆自体に対しプリプレグ、例えば銅織物−プリプレグを用いること もできる。最後に熱処理を使用することによって、熱硬化性樹脂の非可逆的な形 成に基づいてプリプレグが硬化する。それにより、圧電素子の永続的でかつ安定 な結合が得られる。 以下、本発明の実施例を図面に基づいてさらに詳しく説明する。各図面には下 記の図が示されている。すなわち、 図１ ； 支持体の箔状の導電被覆を備えた圧電素子の斜視図 図２ ； 支持体の格子構造状の導電被覆を備えた圧電素子の斜視図 図３ ； 支持体の複数の平行するブリッジ状の導電被覆を備えた圧電素子の 斜視図 図４ ； 支持体に嵌め込まれた複数の平行するブリッジ状の導電被覆を備え た圧電素子の斜視図 図５ ； 支持体の両面に被覆を備えた圧電素子の斜視図 図６ ； 載せられた金属箔を介しての接触を備えた圧電素子の断面図 図７ ； 部分的に配置された金属箔を介しての接触を備えた圧電素子の断面 図 図８ ； 編み機、織り機、メリタス機の針制御用たわみ変換器として形成さ れ、支持体の網構造状の導電被覆を備えた圧電素子 図９ ； 編み機、織り機、メリヤス機の針制御のためのたわみ変換器として 形成され、支持体の複数の平行するブリッジ状の導電被覆を備えた圧電素子 図１は、電気絶縁性材料よりなる支持体１０を備えた圧電素子の層構成を斜視 図により示したものである。支持体１０の上には、支持体１０を平らに覆う箔２ ０の形に形成された導電被覆が設けられている。導電性の箔２０の上には圧電体 ４０が配置され、この圧電体４０には内部電極３０と外部電極５０が備えられて いる。両電極３０、５０はいずれも薄い金属被覆層として圧電体４０の上に形成 されている。導電性の箔２０は、支持体１０および内部電極３０と接着又は溶着 することができるが、内部電極３０と導電性の箔２０との間には電気的接触が存 在する。両電極３０、５０に電圧を印加すると圧電体４０の圧縮あるいは伸びが 生じる。圧電体４０として圧電セラミックを用いると、圧電セラミックは横方向 の圧電効果を示すので、かかる電圧の印加により圧電素子の曲げが生じる。圧縮 あるいは伸びは電界の印加方向と垂直方向に生じる。 曲げにより圧電素子に大きな機械的負荷が加わると、圧電体４０は曲げ方向に 対して横の方向に割れを生じやすい。このような割れが生じると、内部電極３０ が破損し、圧電素子が機能を停止する可能性がある。このような場合、電気絶縁 性の支持体１０に付加して挿入された導電性の箔２０は、内部電極３０の接触は 導電性の箔２０により常に保たれるので、圧電素子の機能は維持される。この場 合、圧電体４０と支持体１０との接合に起因する圧縮応力および引張り応力は生 じないから、一般に外部電極５０の破壊はほとんど認められない。このことはた わみ変換器に対しては当てはまらない。この場合は特に、外部電極５０も大きな 負荷により割れを生じたり破壊し得る。このような外部電極５０の破壊に基づく 圧電素子の機能停止は、外部電極５０上に導電被覆９０を備えることによって回 避される。 図２においては、支持体１０の導電被覆が網構造体２１により形成されている 。この方式を用いれば、材料が節約されるにもかかわらず、内部電極３０が破壊 した場合においても圧電素子の完全な機能が堅持される。格子構造体としては例 えば市場で入手し得る銅織布が適している。図２においては、圧電体４０に外部 電極５０が設けられていない。圧電体４０の支持体１０と反対側は、対応する機 器内に取り付けるとき初めて、アース電位にある部分と電気的に接触せしめられ る。作動させるためには、内部電極３０ないし導電被覆（ここでは網構造体２１ ）を、接地（すなわちアース電位）に対して適当な電位におく。 図３には、導電被覆の別の形態が示されている。本構成では導電被覆が複数の 平行に伸びるブリッジ２２として節減されている。これらのブリッジは、圧電素 子の想定される曲げに対して垂直方向に配置されるのが有利である。この場合、 ブリッジ２２は、想定される内部電極３０の割れに対して横方向にある。図３に 示した素子の機能は、それ故個々の層に対して垂直方向の曲げが生じても維持さ れる。動きの方向は矢印で表記されている。 支持体１０の材料としてプリプレグを用いれば、導電被覆と支持体１０及び内 部電極３０との技術的に極めて高価な接合が不要となる。図４には、熱硬化性材 料より形成された支持体を備えた圧電素子の層構造が示されている。この場合、 導電被覆は、平行するブリッジ２２の形で支持体１０内に嵌め込まれている。支 持体１０は例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂よりなる。導電性のブリッジ２２ の材料はカーボン重合体である。製造方法においては、支持体１０に対し、いわ ゆるプリプレグ、すなわち未だ完全には硬化していないガラス繊維強化プラスチ ックが使用される。導電被覆として、スクリーン印刷法により複数の平行するブ リッジ２２の形でカーボン重合体がプリプレグ上に設けられる。つづいて、内部 電極３０と外部電極５０を備えた圧電体４０が、ブリッジ２２を備えた支持体１ ０上に配置され、型内に入れられる。圧力を加えることにより、まず未だ完全に 硬化していないプラスチックが上部に配置れた導電性のブリッジ２２の周囲へと 溢れ出し、内部電極３０を接合する。同時に、導電性のブリッジ２２と内部電極 ３０との電気的接触は維持される。熱処理を行うことによってプリプレグが硬化 し、これによって支持体と内部電極との永続的な結合が生じる。 図４の支持体１０は、内部電極３０と導電性のブリッジ２２を周縁部で越えて 延びている。それを目的に形成されたブリッジ１１は、圧電素子の接触安全性に 寄与している。 図５には、電気絶縁性材料よりなる支持体４０を備えた圧電素子が示され、支 持体４０は両側に被覆を有している。支持体１０の両面に、ブリッジの形の導電 被覆２２、内部電極３０、３１、圧電体４０、４１、及び外部電極５０、５１が 、上記の順番に配置されている。このようないわゆるバイモルフ構造は、圧電体 ４０、４１として圧電セラミックを用いる場合に特に適している。圧電セラミッ クは、その分極方向と反対の方向の電界を加えてはならない。このような電界は 復極、従って圧電効果の喪失につながる。 図５に示した圧電素子を作動させるために、両外部電極５０、５１をアース電 位に保持する。両内部電極３０、３１を交互に0Ｖおよび200Ｖとする。この場合 200Ｖは圧電セラミックの通常の動作電圧である。内部電極３１が0Ｖのとき内部 電極３０は200Ｖとし、内部電極３１が200Ｖのとき内部電極３０は0Ｖとする。 両圧電セラミック４０、４１の分極方向が支持体から離れる方向（即ち印加され た電界の方向）を示すと、接触安全性の利点が簡単な回路接続と組み合わせるこ とができ、この回路接続によって、圧電素子を相対する二つの空間方向に偏位さ せることができる。この場合、それぞれ圧電体４１、４０の内のいずれか一方の みに電界が加えられ、作動せしめられる。 図５に示した圧電素子の接触安全性は、電圧印加状態にある露出した周縁部が 電気絶縁性のラッカーを備えることによって保証される。同様に、すでに図４に 示したように、支持体がその両面に備えたここではブリッジ２２の形の導電被覆 と両内部電極３０、３１を越えて延びるように支持体を形成することもできる。 電気絶縁性材料よりなる支持体を備えた圧電素子の電気接触を行うために、図 ６によれば、導電被覆２０、２１、２２を備えた支持体１０に部分的にのみ支持 体４０を設ける。支持体１０の自由部分上には導電被覆２０、２１、２２上に金 属箔６０が接合されている。この金属箔６０に接続線６２がはんだ接続６１によ り固着されている。 図７には、電気接触に使用可能な他の実施形態が示されている。本構成では、 金属箔６０が内部電極３０と導電被覆２０、２１、２２との間に挿入されている 。金属箔６０の電気接触及び固定を良好にするために、本構成においても、支持 体１０および導電被覆２０、２１、２２は圧電体４０によって全面を覆われては いない。またこの場合も、金属箔６０の自由部分に、はんだ接続６１によって接 続線６２が固着されている。挿入された金属箔６０に直接隣接する層に生じる曲 げにより、破壊危険状態が生じる可能性がある。しかしながら、本構成の製造方 法は、図６に示した素子の場合に比較して技術的に容易である。破壊危険状態を 回避するためには、金属箔６０の箇所の導電被覆２０、２１、２２を取り除くこ とができる。 図８および図９は、いずれも圧電素子を示したもので、織り機、メリヤス機、 又は編み機の針制御用のたわみ変換器１００、２００として本発明による圧電素 子で構成されている。電気絶縁材料よりなる支持体１０は面取りされた形に形成 され、孔８０を有する。この構成は、織り機、編み機の針の受入に使用される。 たわみ変換器１００、２００の電気接触は、反対側の端部において、接続線６２ 、はんだ接続６１、及び厚さ９μｍの銅箔７０によって行われる。両たわみ変換 器１００、２００は、ここに図示した被覆を両側に備えている。簡単化するため に各たわみ変換器の一側のみが示されている。 図８に示したたわみ変換器１００は、網構造体２１の形の導電被覆を備えた支 持体１０を有する。網構造体２１としては厚さ50μｍの銅織布が用いられている 。支持体１０及び銅織布は、内部電極３０と外部電極５０を備えた圧電セラミッ ク４０で図示するように部分的に被覆されている。たわみ変換器１００の孔８０ と反対側の端部には、導電性網構造体２１の銅織布が自由に近づける形で配置さ れている。この部分では銅織布の上に、はんだ接続６１により接続線６２と電気 接触するための薄い銅箔７０が貼り付けられている。外部電極５０の上には、図 示 されていないが、耐摩耗性に優れたカーボン重合体の厚い膜状のペーストが備え られている。たわみ変換器１００の側面には全面に電気絶縁性のラッカーが施さ れている。 図９に図示したたわみ変換器２００は、図８のたわみ変換器１００と同じ層構 造を備えている。ただ導電被覆のみは複数の平行なブリッジ２２の形に形成され ている。また、たわみ変換器２００の電気接触のために、上述の9μｍの厚さの 銅箔７０が、図７に図示したように、内部電極３０と導電被覆との間に挿入され ている。導電性のブリッジ２２はカーボン重合体よりなり、その厚さは約10μｍ である。このブリッジ２２を厚くすると破壊危険状態を引き起こすこととなるの で、あまり厚くしてはならない。 両たわみ変換器１００、２００の支持体は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂より 形成される。製造の際、このエポキシ樹脂はプリプレグの形で使用され、導電被 覆の周囲に溢れ出ることによって、図４に示したように、圧電体４０の内部電極 ３０と直接接合される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気絶縁性材料よりなる支持体（１０）上に圧電体（４０、４１）が配置さ れている圧電素子において、支持体（１０）と、圧電体（４０、４１）の支持体 側の内部電極（３０、３１）との間に導電被覆（例えば２０）が挿入され、この 導電被覆が内部電極（３０、３１）と複数の箇所で電気接触していることを特徴 とする圧電素子。 ２．内部電極（３０、３１）の電気接触が、はんだ接続（６１）による装着に適 する金属箔（６０）、特に銅箔（７０）を介して行われていることを特徴とする 請求項１記載の圧電素子。 ３．金属箔（６０）の一部が、圧電体（４０、４１）と支持体（１０）との間に 挿入されていることを特徴とする請求項２記載の圧電素子。 ４．支持体（１０）が圧電体（４０、４１）より長く、導電被覆が支持体（１０ ）の自由部分上に延び、この部分で金属箔（６０）と接触していることを特徴と する請求項２記載の圧電素子。 ５．導電被覆が延性を有する箔（２０）であることを特徴とする請求項１乃至４ のいずれか１つに記載の圧電素子。 ６．導電被覆が網構造体（２１）であることを特徴とする請求項１乃至４のいず れか１つに記載の圧電素子。 ７．網構造体（２１）が平行なブリッジ（２２）の形に形成されていることを特 徴とする請求項６記載の圧電素子。 ８．導電被覆が金属よりなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに 記載の圧電素子。 ９．導電被覆が導電性のプラスチックよりなることを特徴とする請求項１乃至７ のいずれか１つに記載の圧電素子。 １０．プラスチックがカーボン重合体であることを特徴とする請求項９記載の圧 電素子。 １１．プラスチックが金属繊維強化エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項 ９記載の圧電素子。 １２．内部電極（３０、３１）が金属被覆層であることを特徴とする請求項１乃 至１１のいずれか１つに記載の圧電素子。 １３．圧電体（４０、４１）が支持体と反対側上に外部電極（５０、５１）を備 えていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の圧電素子。 １４．外部電極（５０、５１）が導電性で延性を有する層を備えていることを特 徴とする請求項１３記載の圧電素子。 １５．支持体（１０）が、導電被覆と内部電極を周縁部において越えて延びてい ることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１つに記載の圧電素子。 １６．導電被覆および内部電極（３０、３１）の露出部分に電気絶縁性のラッカ ーが施されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１つに記載の圧 電素子。 １７．支持体（１０）が平らな薄板形状を有し、その両面に導電被覆と圧電体（ ４０、４１）を備えていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１つ に記載の圧電素子。 １８．たわみ変換器（１００、２００）として形成されていることを特徴とする 請求項１乃至１７のいずれか１つに記載の圧電素子。 １９．圧電体（４０、４１）が圧電セラミックであることを特徴とする請求項１ 乃至１８のいずれか１つに記載の圧電素子。 ２０．支持体（１０）を圧電体（４０、４１）と導電被覆を介在させて結合し、 導電被覆を圧電体（４０、４１）の内部電極（３０、３１）と複数の箇所で電気 接触させることを特徴とする電気絶縁性材料よりなる支持体（１０）を備えた圧 電素子の製造方法。 ２１．網構造体（２１）の形の導電被覆を、支持体としての熱硬化性プラスチッ クのプリプレグ上に配置し、熱処理を行って、導電被覆を含むプリプレグを圧電 体（４０、４１）と結合することを特徴とする請求項２０記載の方法。 ２２．金属織布−プリプレグの形、特に銅織布−プリプレグの形の導電被覆を支 持体（１０）上に配置し、熱処理を行って、金属織布−プリプレグを圧電体（４ ０、４１）と結合することを特徴とする請求項２０記載の方法。