CN103682077B - 压电元件单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有适当的抗折强度且适合作为驱动装置的一部分使用的压电元件单元，其特征在于，具有：层叠型压电元件，具有夹着压电体层而层叠的内部电极、以及形成在沿着层叠方向延伸的侧面而并所述内部电极电连接的一对外部电极；配线部，经由焊料被固化的焊料部而与所述外部电极连接；以及树脂部，将所述层叠型压电元件的所述层叠方向的一个端面与以和该一个端面相对的方式配置的连接构件的安装面相连结，所述树脂部从所述一个端面和所述安装面连续到所述焊料部，并覆盖所述焊料部。

Description

压电元件单元

技术领域

本发明涉及一种适合作为驱动被驱动构件的驱动装置的一部分来使用的压电元件单元。

背景技术

压电元件是利用压电效应和逆压电效应而将机械位移与电位移相互变换的元件。这样的压电元件通过例如在对压电陶瓷进行成形·烧成而得到压电主体后，在其形成电极，再施加极化处理来制造。

由于由压电元件得到的机械位移比较微小，因此压电元件例如适合作为要求精密且正确的控制的驱动装置来利用。更具体而言，可以举出透镜驱动用、HDD的头驱动用、喷墨打印机的头驱动、燃料喷射阀驱动用等的用途。

例如，作为使用了压电元件的驱动装置，公开了在压电元件的两端部分别具有驱动杆与支撑台粘合的构造（参照专利文献1：日本特开2002-119074号等）。

发明内容

然而，层叠了压电材料的层叠型压电元件具有比较脆的性质，具有存在会被驱动时等的负荷折断的情况这样的问题。特别地，在将引线焊接在层叠型压电元件的外部电极的情况下，在焊接部分的周边会产生脆弱的部分，产生在焊接部分附近层叠型压电元件被折断的问题。

本发明的目的在于，提供一种具有很好的抗折强度，且适合作为驱动装置的一部分来使用的压电元件单元。

解决技术问题的手段

为了解决这样的技术问题，本发明所涉及的压电元件单元，其特征在于，具有：层叠型压电元件，具有夹着压电体层而层叠的内部电极、以及形成在沿着层叠方向延伸的侧面并相对于所述内部电极电连接的一对外部电极；配线部，相对于所述外部电极，经由焊料被固化的焊料部而连接；以及树脂部，将所述层叠型压电元件的所述层叠方向的一个端面与和该一个端面相连接的连接构件的安装面相连结，所述树脂部从所述一个端面和所述安装面连续到所述焊料部，并覆盖所述焊料部。

本发明所涉及的压电元件单元由于树脂部覆盖焊料部，因此通过树脂部加强焊料部周边所产生的脆弱部分，能够有效地防止在焊料部周边层叠型压电元件被折断。另外，由于树脂部兼具将层叠型压电元件与连接部件连结的功能，因此本发明所涉及的压电元件单元具有简单的构造，制造容易。另外，由于树脂部起到加强焊料部与层叠型压电元件的连接的作用，因此压电元件单元具有优异的可靠性。

另外，例如，所述树脂部可以覆盖作为所述焊料部的表面的从所述外部电极隆起的焊料隆起表面的全体。

通过树脂部覆盖焊料隆起表面，这样的压电元件单元能够更有效地防止在焊料部周边层叠型压电元件被折断的现象。另外，由于处于焊料部被埋到树脂部的内部的状态，因此焊料部作为强化树脂部与层叠型压电元件的接合的锚而作用，压电元件单元具有高的接合可靠性。

另外，例如，所述树脂部可以覆盖从所述焊料部露出的所述配线部的至少一部分。

由于通过树脂部覆盖从焊料部露出的配线部的一部分，这样的压电元件单元起到加强焊料部与配线部的接合的作用，压电元件单元具有优异的可靠性。另外，通过树脂部覆盖接近于焊料部的配线部，能够有效地防止配线部与连接构件等相接触而短路的问题。

另外，例如，所述树脂部具有位于形成有所述外部电极的所述侧面中的、与所述层叠方向相垂直的方向上的两端部的树脂部端部、以及位于所述两端部之间的树脂部中央部，所述树脂部中央部的沿着所述层叠方向的长度也可以比所述树脂部端部的沿着所述层叠方向长度长。

通过使树脂部中央部比树脂部端部更长，从而切实地覆盖焊料部，并且可以抑制因树脂部阻碍层叠型压电元件的位移的问题。

另外，例如，所述树脂部可以是热硬化性粘合剂硬化而形成的热硬化性粘合剂硬化部。

树脂部是热硬化粘合剂硬化部的压电元件单元中，经过用热硬化性粘合剂粘合层叠型压电元件与连接构件的工序，可以不用特地追加其他的工序，便提高抗折强度度或粘合可靠性，生产率优异。另外，这样的压电元件，可以适合作为内含在如携带型电子设备那样假想为热的负载被反复施加的电子设备的驱动装置来使用。

附图说明

图1表示本发明的一个实施方式所涉及的利用压电元件单元的透镜驱动装置的概念图。

图2是放大了图1所示的压电元件单元的层叠型压电元件与锤的接合部分的立体图。

图3是将图2所示的压电元件单元沿着用III-III表示的截面线切断的部分放大截面图。

图4是表示图1所示的压电元件单元所包含的层叠型压电元件的立体图。

图5是表示图1所示的压电元件单元的制造工序的一个例子的概念图。

图6是表示与参考例和实施例所涉及的压电元件单元相关的抗折强度的测量方法的概念图。

图7是表示与参考例和实施例所涉及的压电元件单元相关的抗折强度的测量结果的图表。

图8是表示本发明的第2实施方式所涉及压电元件单元的概念图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。

第1实施方式

图1表示利用本发明的一个实施方式所涉及的压电元件单元10的透镜驱动装置60的概念图。压电元件单元10具有层叠型压电元件20、锤42、轴44和将这些连结的第1和第2树脂部52,54。另外，压电元件单元10，如图2或图3所示，还具有将层叠型压电元件20与驱动电路58电连接的配线部32、或将配线部32固定在第1和第2外部电极28a,28b的焊料部30等。

如图1所示，透镜驱动装置60，除了压电元件单元10以外，还具有相对于轴44自由移动地卡合的移动构件56、以及将电压施加于层叠型压电元件20的驱动电路58。移动构件56保持透镜，移动构件56及被其保持的透镜能够沿着轴44而相对于轴44相对移动。

层叠型压电元件20被驱动电路58施加电压而变形。伴随于此，连接于层叠型压电元件20的轴44在用箭头34表示的方向上作往复运动。驱动电路58输出的电压波形没有特别限定，但驱动电路58例如通过输出锯齿波形的电压波形，能够在移动构件56产生超过压电元件10的变形量和伴随于此的轴44的位移量的移动量。

再有，在本实施方式中，举出将压电元件单元10适用于透镜驱动装置60的态样为例来进行说明，但作为适用压电元件单元10的装置不限定于此，压电元件单元10还可以适用于其他的驱动装置。

如图1和图4所示，包含在压电元件单元10的层叠型压电元件20具有大致棱柱状（本实施方式是四棱柱）的外观形状，具有压电体层26、第1和第2内部电极27a,27b、以及第1和第2外部电极28a,28b。再有，层叠型压电元件20的外观形状不限定于棱柱状，也可以是圆柱状、椭圆柱状其他形状。

在层叠型压电元件20的内部，第1内部电极27a、第2内部电极27b夹着压电体层26而交替地层叠。第1外部电极28a与第2外部电极28b形成在层叠型压电元件20的面中的、沿着层叠方向延伸的侧面。如图2所示，第1外部电极28a形成在沿着层叠方向延伸的第1侧面25a，第2外部电极28b形成在朝向与第1侧面25a相反的方向的第2侧面（未图示）。

如图1所示，第1内部电极27a与第1外部电极28a电连接，第2内部电极27b与第2外部电极28b电连接。另外，如图2所示，在层叠型压电元件20的侧面中的、未形成有第1和第2外部电极28a,28b的第3侧面25c和第4侧面（未图示）上，也可以形成有用于防止迁移的树脂层。

作为构成第1内部电极27a和第2内部电极27b的导电材料，可以举出例如Ag,Pd,Au,Pt等的贵金属和它们的合金（Ag-Pd等）、或者Cu,Ni等的贱金属和它们的合金等，没有特别的限定。构成第1外部电极28a和第2外部电极28b的导电材料料也没有特别的限定，可以使用与构成内部电极的导电材料同样的材料。再有，在第1外部电极28a和第2外部电极28b的最外表面上，也可以形成有上述各种金属的镀层或溅射层。

另外，压电体层26的材质只要是压电效应或逆压电效应的材料便没有特别的限制，例如PbZr_xTi_1-xO₃、BaTiO₃等。另外，也可以含有用于提高特性等的成分，该含有量只要根据所期望的特性来适当地决定即可。

如图1所示，在压电元件单元10中，以与层叠型压电元件20的层叠方向的一个端面即第1端面22相对的方式，配置锤42的第1安装面42a。第1端面22与第1安装面42a由第1树脂部52连结，层叠型压电元件20与锤42被第1树脂部52相互固定。

图2是放大了压电元件单元10的第1树脂部52的周边来表示的立体图。在第1外部电极28a，经由焊料被固化的焊料部30而连接有配线部32。再有，在形成在与第1外部电极28a相反侧的侧面的第2外部电极28b，也与第1外部电极28a同样地，经由焊料部30而连接有配线部32。

将配线部32的前端固定于第1外部电极28a的焊料部30配置在形成有第1外部电极28a的第1侧面25a中的任一位置都可以。例如，在第1实施方式所涉及的压电元件单元10中，焊料部30设置在比层叠方向的中央更接近锤42的一侧。另外，焊料部30为了与第1外部电极28a切实地相接合而设置在形成有第1外部电极28a的第1侧面25a中的、与层叠方向垂直的方向的中央部附近。

图3是将图2所示的压电单元沿着用III-III表示的截面线切断的部分放大截面图。焊料部30与配线部32的前端部附近和第1外部电极28a的表面相接触，使配线部32的前端部与第1外部电极28a电连接且物理连接。再有，在被焊料部30覆盖的配线部32的前端部附近，线皮（被覆）被除去而露出芯线。

焊料部30的至少一部分被第1树脂部52覆盖。即，第1树脂部52从锤42的第1安装面42a和层叠型压电元件20的第1端面22连续到与第1外部电极28a相连接的焊料部30，并覆盖焊料部30。另外，如图3所示，第1树脂部52优选覆盖焊料部30中的、从第1外部电极28a隆起的焊料隆起表面30a的全体。

如图2所示，第1树脂部52，具有位于形成有第1外部电极28a的第1侧面25a中的、与层叠方向垂直的方向上的两端部的树脂部端部52a、以及位于树脂部端部52a之间的树脂部中央部52b。通过像这样使树脂部中央部52b的沿着层叠方向的长度比树脂部端部52a的沿着层叠方向的长度更长，从而第1树脂部52可以切实地覆盖焊料部30，并且可以抑制第1树脂部52阻碍层叠型压电元件20的位移的问题。

另外，如图1所示，在层叠型压电元件20的层叠方向的另一个端面即第2端面24，经由第2树脂部54而连接有轴44。轴44的第2安装面44a以与层叠型压电元件20的第2端面24相对的方式配置，第2树脂部54连结第2端面24与第2安装面44a。

在压电元件单元10中，安装在层叠型压电元件20的各构件的材质没有特别的限定，但例如轴44以能够恰当地支撑移动构件56的方式能够由SUS等金属材料等所构成。另外，锤42优选以适当地起到作为用于将位移赋予轴44的惯性体而起作用的方式，包含钨等密度比较大的金属材料，锤42的材料没有特别的限定。

作为配线部32，可以使用具有由铜等的导电材料料构成的芯线以及覆盖芯线的被覆膜的引线等，没有特别的限定。另外，配线部32的芯线可以是单线，也可以是绞合线。焊料部30也只要是电气所使用的焊料的材质便没有特别的限定。

以下，使用图4和图5，说明压电元件单元10的制造方法的一个例子。

在压电元件单元10的制造方法中，首先准备图4所示那样的层叠型压电元件20。在层叠型压电元件20的制造工序中，首先，准备形成有烧成后成为第1内部电极27a和第2内部电极27b的规定图案的内部电极膏体膜的坯料薄片、以及不具有内部电极膏体膜的坯料薄片。

坯料薄片例如由以下那样的方法制作。首先，在包含构成压电体层26的材料的原料的预烧粉末中添加粘合剂进行浆化。接着，通过刮刀法或丝网印刷法等的手段使浆料薄片化，其后进行干燥，得到不具有内部电极膏体膜的坯料薄片。此外，通过印刷法等将包含上述的导电材料的内部电极膏体涂布在坯料薄片之上，从而得到形成有规定图案的内部电极的坯料薄片。再有，在构成压电体层26的材料的原料中，可以含有不可避免的杂质。

准备各坯料薄片后，将准备好的坯料薄片重叠，施加压力进行压接，经过干燥工序等的必要工序后，进行切断，从而得到层叠体。

接着，将所得到的层叠体在规定条件下进行烧成而得到烧结体后，使用切片锯等将该烧结体切断成细条状。此外，在烧结体的相当于第1侧面25a和第2侧面的部分形成第1外部电极28a和第2外部电极28b，对该电极施加直流电压来进行压电体层26的极化处理。其后，将极化处理后的细条状烧结体切断成一个个的元件主体，得到图4所示那样的层叠型压电元件20。再有，优选地，对所得到的层叠型压电元件20进行滚筒研磨来对角部和棱线部进行圆角面（R面）加工，或者在第3侧面25c和第4侧面形成树脂层。

接着，如图5（a）所示，将配线部32连接于层叠型压电元件20。其间，首先，除去配线部32的前端部的被覆而使芯线露出，接着对第1和第2外部电极28a,28b的规定位置和芯线施行预焊，最后使配线部32与外部电极28a,28b的预焊在相接触的状态下熔融，由此可以形成焊料部30。

此外，将具备焊料部30的层叠型压电元件20的第1端面22（参照图5（a）），在如图5（b）所示压接在涂布有热硬化性粘合剂55的锤42的第1安装面42a后进行加热，形成图2所示那样的第1树脂部52。在这种情况下，涂布在锤42的第1安装面42a的热硬化粘合剂55（参照图5（b））的量不是单单为了固定第1端面22与第1安装面42a所需要的量，而以硬化后所形成的第1树脂部52能够覆盖焊料部30的方式进行调整。

另外，在层叠型压电元件20的第2端面24，使用热硬化性粘合剂固定轴44的第2安装面44a，与第1端面22同样地，形成连结第2端面24与第2安装面44a的第2树脂层。再有，在上述的说明中，作为将层叠型压电元件20与作为和其连接的连接构件的锤42和轴44相连接的粘合剂，使用了热硬化性粘合剂，但压电元件单元的制造所使用的粘合剂不限定于此。

本实施方式所涉及的压电元件单元10，如图2所示，由于第1树脂部52覆盖焊料部30，因此，第1树脂部52能够加强焊料部30的周边所产生的层叠型压电元件20的脆弱部分，起到良好的耐久性。另外，第1树脂部52具有连结层叠型压电元件20与锤42的功能，这样的第1树脂部52，如图5（b）所示，通过对第1安装面42a多涂布些粘合剂，可以容易地形成。

另外，由于第1树脂部52覆盖了从第1外部电极28a隆起的焊料隆起表面30a，因此，在将层叠型压电元件20与锤42拉开的力作用的情况下，焊料部30作为用于维持第1树脂部52与层叠型压电元件20的连接的锚起作用。因此，压电元件单元10，跟层叠型压电元件20与锤42的接合相关的可靠性提高，起到良好的耐久性。此外，由于第1树脂部52覆盖焊料部30，因此起到保护和加强焊料部30与第1外部电极28a的接合界面或焊料部30与配线部32的接合界面的作用。因此，压电元件单元10中，跟配线部32与第1和第2外部电极28a,28b的接合相关的可靠性也提高。

另外，如图2等所示，第1树脂部52可以覆盖从焊料部30露出的配线部32的至少一部分。配线部32的前端部附近为了焊接而除去覆盖芯线的被覆，另外，残留的被覆也存在由于焊接时的热而受到损伤的情况。然而，通过第1树脂部52覆盖接近于焊料部30的配线部32的一部分，从而切实地防止配线部32的芯线直接与锤42等相接触，能够切实地防止短路等问题。

实施例

以下，再例举详细的实施例来说明本发明，但本发明不限定下述的实施例。

图6（a）是表示参考例所涉及的压电元件单元100的概念图。图6（b）是表示实施例所涉及的压电元件单元10的概念图。实施例所涉及的压电元件单元10，如使用图1～图5来说明那样，热效应性粘合剂被硬化而形成的第1树脂部52覆盖将配线部32固定于外部电极28a的焊料部30全体。实施例所涉及的压电元件单元10所使用的层叠型压电元件20的尺寸为1.0mm×1.0mm×1.5mm。

参考例所涉及的压电元件单元100在连接锤42与层叠型压电元件20的第1树脂部101不覆盖焊料部30的方面上与实施例所涉及的压电元件单元10不同，但其他结构与压电元件单元10同样。再有，参考例所涉及的压电元件单元100的第1树脂部101通过将为了形成第1树脂部101所使用的热硬化性粘合剂的使用量与实施例所涉及的压电元件单元10相比减少，从而形成。

如图6（a）和图6（b）所示，在固定压电元件单元10和压电元件单元100的锤42的状态下，在层叠型压电元件20的第2端面24附近，施加与层叠型压电元件20的层叠方向相垂直的方向的力f1，测量层叠型压电元件20断裂时的力f1（强度）。将使用实施例所涉及的压电元件单元10与参考例所涉及的压电元件单元100的各13个样品进行的测量结果表示在图7。

图7的横轴表示样品的强度（层叠型压电元件20断裂时的力f1），纵轴表示度数。实施例所涉及的压电元件单元10的强度的分布相对于参考例所涉及的压电元件单元100的强度的分布，向图的右侧移动，可以知道，实施例所涉及的压电元件单元10具有更高的强度。

另外，在参考例所涉及的压电元件单元100（图6（a））中，在焊料部30的边界部分即位置P1,P2附近层叠型压电元件20断裂，相对于此，在实施例所涉及的压电元件单元10（图6（b））中，在第1树脂部52的边界部分即位置P3旁边层叠型压电元件20断裂。在参考所涉及的压电元件单元100中，被认为是，通过形成有焊料部30，在焊料部30与层叠型压电元件20的接触部分附近产生应力，该应力在焊料部30的边界部分即位置P1,P2旁边形成脆弱部分，这与断裂有关系。

相对于此，在实施例所涉及的压电元件单元10中，被认为是，通过第1树脂部52加强焊料部30的附近，能够防止焊料部30的边界部分附近的断裂。另外，图7所看到那样的抗折强度的上升被认为与层叠型压电元件20的断裂位置向与焊料部30的边界部分相离的位置P3移动的结果有关联。

在图1所示的那样的透镜驱动装置60采用压电元件单元10的情况下，在压电元件单元10中要求支持移动构件56的强度和耐久性。因此，能防止包含比较脆的压电材料的层叠型压电元件20的断裂，并使抗折强度上升的实施例所涉及的压电元件单元10能够特别适合作为透镜驱动装置60的驱动装置来使用。

其他实施方式

以上，就本发明的实施方式进行了说明，本发明丝毫不限定于这样的实施方式，不言而喻，在不偏离本发明的主旨的范围内能够以各种样态实施。

例如，形成外部电极28a,28b的表面的焊料部30的配置、或覆盖焊料部30的第1树脂部52的形状可以根据适用压电元件单元10的装置来进行变更。

图8是表示本发明的第2实施方式所涉及的压电元件单元70的概略图。压电元件单元70在不是连接锤42与层叠型压电元件20的第1树脂部72而是连接轴44与层叠型压电元件20的第2树脂部74覆盖焊料部80的方面不同，但其他结构与第1实施方式所涉及的压电元件单元10相同。

在压电元件单元70中，将配线部82与第1外部电极28a电连接且物理连接的焊料部80设置在比层叠型压电元件20的层叠方向上的中央更接近于轴44的一侧。另外，第2树脂部74从层叠型压电元件20的第2端面24和轴44的第2安装面44a连续到焊料部80，并覆盖焊料部80。这样的第2树脂部74也与第1实施方式所涉及的压电元件单元10的第1树脂部52同样地，通过加强在焊料部80周边所产生的脆弱部分，能够有效地防止在焊料部80周边层叠型压电元件20被折断。另外，第2实施方式所涉及的压电元件单元70起到与第1实施方式所涉及的压电元件单元10同样的效果。

Claims (10)

1.一种压电元件单元，其特征在于，

具有：

层叠型压电元件，具有夹着压电体层而层叠的内部电极、以及形成在沿着层叠方向延伸的侧面全体且相对于所述内部电极电连接的一对外部电极；

配线部，相对于所述外部电极，经由焊料被固化的焊料部而连接，并且前端部被所述焊料部覆盖；以及

树脂部，将所述层叠型压电元件的所述层叠方向上的一个端面与以和该一个端面相对的方式配置的连接构件的安装面相连结，

所述树脂部从所述一个端面和所述安装面连续到所述焊料部，并覆盖所述焊料部，

所述焊料部以及覆盖其的所述树脂部，设置于相较于所述层叠型压电元件的所述层叠方向的中央而接近所述连接构件的一侧，

所述树脂部具有位于形成有所述外部电极的所述侧面中的、与所述层叠方向相垂直的方向上的两端部的树脂部端部、以及位于所述两端部之间的树脂部中央部，所述树脂部中央部的沿所述层叠方向的长度比所述树脂部端部的沿所述层叠方向的长度长。

2.如权利要求1所述的压电元件单元，其特征在于，

所述树脂部覆盖作为所述焊料部的表面的从所述外部电极隆起的焊料隆起表面的全体。

3.如权利要求1所述的压电元件单元，其特征在于，

所述树脂部覆盖从所述焊料部露出的所述配线部的至少一部分。

4.如权利要求1所述的压电元件单元，其特征在于，

所述树脂部是热硬化性粘合剂硬化而形成的热硬化性粘合剂硬化部。

5.一种压电元件单元，其特征在于，

具有：

层叠型压电元件，具有夹着压电体层而层叠的内部电极、以及形成在沿着层叠方向延伸的侧面全体且相对于所述内部电极电连接的一对外部电极；

配线部，相对于所述外部电极，经由焊料被固化的焊料部而连接，并且前端部被所述焊料部覆盖；以及

树脂部，将所述层叠型压电元件的所述层叠方向上的一个端面与以和该一个端面相对的方式配置的连接构件的安装面相连结，

所述树脂部从所述一个端面和所述安装面连续到所述焊料部，

所述树脂部覆盖作为所述焊料部的表面的从所述外部电极隆起的焊料隆起表面的全体，

所述树脂部具有位于形成有所述外部电极的所述侧面中的、与所述层叠方向相垂直的方向上的两端部的树脂部端部、以及位于所述两端部之间的树脂部中央部，所述树脂部中央部的沿所述层叠方向的长度比所述树脂部端部的沿所述层叠方向的长度长。

6.如权利要求5所述的压电元件单元，其特征在于，

所述树脂部覆盖从所述焊料部露出的所述配线部的至少一部分。

7.如权利要求5所述的压电元件单元，其特征在于，

所述树脂部是热硬化性粘合剂硬化而形成的热硬化性粘合剂硬化部。

8.如权利要求5所述的压电元件单元，其特征在于，

所述树脂部覆盖从所述焊料部露出的所述配线部的至少一部分，

所述树脂部是热硬化性粘合剂硬化而形成的热硬化性粘合剂硬化部。

9.一种压电元件单元，其特征在于，

具有：

层叠型压电元件，具有夹着压电体层而层叠的内部电极、以及形成在沿着层叠方向延伸的侧面全体且相对于所述内部电极电连接的一对外部电极；

配线部，相对于所述外部电极，经由焊料被固化的焊料部而连接，并且前端部被所述焊料部覆盖；以及

树脂部，将所述层叠型压电元件的所述层叠方向上的一个端面与以和该一个端面相对的方式配置的连接构件的安装面相连结，

所述树脂部从所述一个端面和所述安装面连续到所述焊料部，

所述树脂部覆盖从所述焊料部露出的所述配线部的至少一部分，

所述树脂部具有位于形成有所述外部电极的所述侧面中的、与所述层叠方向相垂直的方向上的两端部的树脂部端部、以及位于所述两端部之间的树脂部中央部，所述树脂部中央部的沿所述层叠方向的长度比所述树脂部端部的沿所述层叠方向的长度长。

10.如权利要求9所述的压电元件单元，其特征在于，

所述树脂部是热硬化性粘合剂硬化而形成的热硬化性粘合剂硬化部。