JPS6380582A - 積層型圧電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高出力を得ることを可能とする積層型圧電素
子の構造に関する。

〔従来の技術〕

焼結して圧電性を有する材料に電極を印刷形成し、これ
らを積層し焼結することで得られる積層型圧電素子は、
対向電極が対となるように接続することで、この電極間
に電圧を印加することによって生じる歪を利用した圧電
アクチュエーターとして、プリンタヘッド、小型リレー
、モーター等への応用があり、また反対に外部からの歪
の入力によって生じる電圧出力を利用したセンサー等へ
の利用が進められている。この中で、後者の場合のセン
サーへの応用では、圧力等の外部からの入力に対する出
力が小さいと検出された信号を増幅しなければならず応
用面が限定されてしまう。

従来、この圧力等の外部からの入力に対して、その状態
を検出するような圧力センサーとしての応用では、積層
数を増加したからといって、その出力が増加するもので
はなく、反対に電極間容量の増加によって増幅器等での
出力信号の処理に問題を生じやすい。

このようなことから、単板状の圧電素子を分極後に極の
方向を合わせて直列に接続し、大きな出力を得る方法が
ある。しかし、単板状の素子を直列に接続したものでは
再分極を要するとき、この接続を一度分解して並列に接
続しなければならない。このような分解を行わなくする
ために、各素子の接続間に絶縁物を配置し、各電極から
取り出したリード線だけの組み合わせを変更することで
並列接続を得る方法があるが、単板１個の加工のし易さ
から単板の厚みはあまり薄くすることはできず、圧電素
子１個の厚みと絶縁板１枚の厚みが直列接続するだけ増
加するため、大きい出力信号を得る外部圧力等の入力に
よる圧力センサーは大きなものとなってしまう。

〔発明が解決しようとする問題点〕

外部からの力によって、その出力信号を得るような圧力
センサーとしての応用では、例えば第４図に示すように
積層された対向内部電極３０が交互に外部電極３１．３
２に接続され、各外部電極に取り出しリード線３３．３
４が接続された圧力センサーによれば、取り出しリード
線間に発生する出力電圧■。いは、外部からの力Ｆによ
って第５図に示すような時間関係で得られる。ところが
、外部からの力Ｆによって得られる出力電圧■。□の値
は、積層数を増加しても大きくならないばかりか、電極
間の容量は積層数だけ倍加されてしまうため、素子から
の出力電圧Ｖ。ｕｔを増幅・処理する回路において、発
振あるいはレベルの不安定などの問題を生じ易い。

出力電圧を大きく得るための方法として、電極間の接続
を直列に接続する方法が考えられるが、直列に接続した
のでは分極するための電圧が高電圧となってしまい、分
極自体が困難となってしまう。

本発明の目的は、これら従来の問題点を解決した積層型
圧電素子を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、焼結して圧電性を有する材料に、焼結して導
電体となる材料を形成し、これを積層して得られる積層
型圧電素子において、複数の取り出し端子を積層体の少
なくとも一方の面に配置するとともに、各層の電極をス
ルホール接続で前記一方の面に引き出し、かつ前記複数
の取り出し端子に接続したことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の積層型圧電素子は、積層体の少なくとも１つの
面に複数の取り出し端子を形成し、積層する内部電極の
構成が、分極時に与える極として少なくとも２層おきに
連続して同種となるように各層間のスルホール接続で複
数の取り出し端子に対応して接続したものであるため、
この取り出し端子間の接続をコネクター等の接続手段と
スイッチの切換え、または、室温硬化あるいは光硬化等
の導電性ペーストを用いて容易に切換えられるので、分
極には並列接続を行うことで、低電圧での分極を可能と
し、さらにセンサー等の利用では直列接続を行うことで
、圧力の入力に対する出力電圧■。、を大きくすること
を可能とする積層型圧電素子が得られる。

〔実施例〕

以下、図示の実施例により、本発明の積層型圧電素子に
ついて説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す積層型圧電素子の積
層構成を示す分解斜視図であり、複数の圧電材グリーン
シート１１には内部電極１２としての電極パターンが形
成されており、さらにこの内部電極１２から引き出した
電極部分に位置をずらしてスルホール１３が形成され上
部層への接続が行われるとともに最上層のグリーンシー
ト１４に設けた取り出し端子１５に接続されるように、
これらスルホール及び取り出し端子が配置される。

電極等が形成されたグリーンシートは、次のようにして
製作される。まず、マグネシウム・ニオブ酸Ｐｂ（Ｍｇ
＋ｚｔ　　・Ｎ　ｂ　Ｚ／３　）　Ｏｓを主成分とする
電歪材料の粉末を有機バインダーとともに溶媒中に分散
しスラリー状とする。これをドクターブレードを用いた
キャスティング法によって、厚さ３０μｍ〜２００μｍ
の均一な厚みのセラミック生シートとする。このセラミ
ック生シートを６０ｍｍＸ４０ｍｍ等の矩形に打ち抜く
。次に、パンチ及びダイによってグリーンシートの所望
の位置にスルホール１３のための穴あけ加工を行う。さ
らに、この穴あけの完了したグリーンシートにスクリー
ン印刷機を用いて白金ペーストを印刷する。このとき同
時にスルホール内部にも白金ペーストが埋め込まれる。

このような複数枚のグリーンシートを積層圧電し、一体
の積層体となし、これを素子単品となるように切断加工
し、次に脱バインダー工程を経て、９００℃〜１２００
℃の温度で焼結し、積層型圧電素子を得る。

第２図（ａ）及び（ｂ）は、第１図の積層型圧電素子の
構造を示すものであり、第２図（ａ）が積層最上層の部
分を上から見たもので、第２図（ｂ）が内部電極の接続
状態を断面として見たものであり、電極取り出しの状態
を理解し易くするために、取り出し端子を第２図（ａ）
とは−敗させずにずらして示しである。

第２図（ａ）に示すように最上層のグリーンシートには
、複数の取り出し端子１＋〜６＋と１−〜６−が設けら
れている。なお、これら取り出し端子の番号につけた十
及び−の記号は分極時の極を示している。

これら取り出し端子と内部電極１２とは、第２図（ｂ）
に示すように接続される。最上層の内部電極はスルホー
ル１３を介して取り出し端子１＋に接続され、次の層の
内部電極はスルホールを介して取り出し端子１−に接続
され、さらに次の層の内部電極はスルホールを介して取
り出し端子ｌ＋に接続され、以下第２図（ｂ）に示すよ
うに内部電極は順次取り出し端子に接続される。すなわ
ち、内部電極は上から順に、各層間のスルホール１３を
介して（スルホール接続で）、取り出し端子ｌ＋。

１−．１”、２”、２−．２”、３”、３−．３”。

４”、４−．４”、５”、５−．５”、６＋、６−。

６＋に接続される。

さて、以上のような構成の積層型圧電素子を分極させる
場合には、第３図（ａ）に示すように、＋側取り出し端
子１＋〜６＋と一側取り出し端子１−〜６−とを並列に
接続して、これらの間に直流電源２０（電圧Ｅ）を接続
する。これにより、対向内部電極間には直流電圧Ｅが印
加され、分極される。第２図（ｂ）には、分極方向を矢
印で示している。

分極後に外部からの圧力の入力に対して出力を得るよう
なセンサーとしての応用では、第３図（ｂ）のように、
取り出し端子２＋を取り出し端子１−に接続し、取り出
し端子３＋を取り出し端子２−に接続し、取り出し端子
４＋を取り出し端子３−に接続し、取り出し端子５＋を
取り出し端子４−に接続し、取り出し端子６′を取り出
し端子５−に接続する。これにより、対向内部電極間に
発生する出力電圧の極性がちょうど直列接続となるため
、１対の対向電極間で得られる出力電圧の直列接続倍だ
け大きくなる。さらにこの直列接続によって１対の対向
電極の容量が直列接続数に反比例して小さくなる。

第３図（ａ）及び（ｂ）に示した接続状態を得る方法と
しては、例えば取り出し端子の部分を室温硬化性の導電
ペーストあるいは光硬化性の導電ペーストを塗布するこ
とで行うか、あるいは、この取り出し端子の部分でコネ
クタ等の接続手段を利用して各取り出し端子と接続し、
これらの接続をスイッチで切換えることで容易に行える
。

なお、以上の実施例では、圧力の入力に対して出力を得
るセンサーとして示したが、積層数を増加し直列接続可
能な段数を増加させれば、さらに大きな出力電圧となる
ため圧電着火装置などにも利用できる。また、本実施例
で示した１対の内部電極間を２層構成としてそれぞれの
取り出し端子に引き出しているが、これは２層に限定さ
れることはなく、直列接続を行うために分極時に互いに
同極となる層がくるようにスルホール接続すれば、１対
の内部電極間を複数の積層構成としても良い。

さらに、本実施例では、最上層のグリーンシートにのみ
取り出し端子を設けているが、最上層および最下層の両
方に取り出し端子を設けても良い。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、積層体
の少なくとも一方の面に設けた取り出し端子によって、
分極時には、これら取り出し端子間の接続を並列に接続
することで低電圧での分極が可能となる。また、センサ
ー等として利用する場合には、取り出し端子間の接続を
直列に接続することで、例えば外部圧力の入力によって
生じる出力電圧は大きな値となり、容易にその信号の検
出等が可能となる。さらに、このとき素子の対向電極間
の容量は小さくなるため、検出回路での異常発振、レベ
ルの不安定などは除去できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である積層型圧電素子の積
層構成を示す分解斜視図、 第２図は第１図の積層型圧電素子の構造を示すものであ
って、（ａ）は最上層取り出し端子を上から見た図、（
ｂ）は内部電極の接続状態を示す断面図、 第３図は、分極及びセンサーとして利用する場合の取り
出し電極の接続状態を示すもので、（ａ）は分極時の接
続状態図、（ｂ）はセンサーとして利用するときの接続
状態図、 第４図は、積層型圧電素子を外部からの力に対するセン
サーとしての出力電圧と内部電極からの取り出し端子構
成を示す図、 第５図は、第４図の積層型圧電素子において力を加えた
ときに生じる出力電圧の時間関係を示した図である。 １＋〜６＋、１−〜６−．１５・・取り出し端子１１・
・・・・・・圧電材グリーンシート１２、３０・・・・
・内部電極 １３・・・・・・・スルホール １４・・・・・・・最上層のグリーンシート２０・・・
・・・・直流電源 ３１、３２・・・・・外部電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼結して圧電性を有する材料に、焼結して導電体
   となる材料を形成し、これを積層して得られる積層型圧
   電素子において、複数の取り出し端子を積層体の少なく
   とも一方の面に配置するとともに、各層の電極をスルホ
   ール接続で前記一方の面に引き出し、かつ前記複数の取
   り出し端子に接続したことを特徴とする積層型圧電素子
   。