CN103907213B - 压电元件、使用该压电元件的喷墨装置及其涂布方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压电元件，该压电元件通过将第1片材(30)和第2片材(40)层叠并烧制而构成。在该层叠状态下，第2电极(60)位于形成有第1非电极区域(51)的第1长边(30a)一侧，因此，在形成导电膜(100A)之前的状态下，第1电极(50)的端面与第2电极(60)的端面在同一侧的侧面(20b、20d)露出，从而能够进行观察。在长边方向(X)上隔开距离地形成有切口(91)，并且形成有导电膜(100A)，因此，通过在正面(20a)上露出的第2电极(60)与端部(20ab、20ad)之间施加电压，只需与正面(20a)连接即可进行驱动。

Description

压电元件、使用该压电元件的喷墨装置及其涂布方法

技术领域

本发明涉及一种压电元件、使用该压电元件的喷墨装置及其方法。

背景技术

近年来，使用喷墨技术来制造电子器件的方法倍受关注。

专利文献1的压电元件是能够将压电元件的短边方向两端所设的电极从单侧取出的压电元件。下面，对其结构进行说明。

图7(a)是第1陶瓷生片30的俯视图。图7(b)是第2陶瓷生片40的俯视图。下面，将第1陶瓷生片30称为第1片材，将第2陶瓷生片40称为第2片材。

现有的压电元件是将这些第1片材30和第2片材40如图8所示那样层叠在下部90上，并对其加压烧制而成。

在第1片材30上用导电糊料形成有第1电极50。在第2片材40上形成有第2电极60。此外，第1片材30和第2片材40上还分别具有未形成电极的第1非电极区域51和第2非电极区域61。

通过对这些第1片材30、第2片材40进行层叠、加压并烧制，可以得到图8(a)所示的中间品即块体20。图8(a)是块体20的立体图。将前侧的面记为正面20a，将背侧的面记为背面20c，将右侧的侧面记为右侧面20b，将左侧的侧面记为左侧面20d。

第1电极50仅在压电元件20的正面20a露出。第1电极50在压电元件20的右侧面20b、左侧面20d、背面20c都不露出。

而第2电极60在背面20c露出，在正面20a、右侧面20b、左侧面20d都不露出。此外，连接用电极70则在压电元件20的正面20a、右侧面20b、背面20c露出。即，连接用电极70形成为到达压电元件20的彼此相对的正面20a和背面20c。

另一方面，图8(b)中示出了压电元件20的背面20c。在其表面出现了连接用电极70、第2电极60、第2非电极区域61。

该背面20c如图8(c)所示，在其整个表面形成有导电层100，且为了得到更多的压电元件，如图9所示那样形成有多道切口91，由此构成压电元件20。

该压电元件20中，连接用电极70和第2电极60通过导电层100在背面20c上电连接，因此，通过在正面20a这一个面上将第1电极50、连接用电极70连接至外部电极，能够起到压电体的作用。结果是该压电元件只能在一个面上与外部连接。通过将具有多个外部连接电极的布线基板与这一个面相连接，能够驱动各压电元件。喷墨所用的压电元件20需要很多个压电体，并且需要从压电元件20的一个面(正面20a)取出多个外部电极。

这里，对压电元件20施加电压时所发生的位移可表示为图10(a)到图10(c)。即，上侧的图为压电元件20的截面，下侧的图为上述状态下的位移。这里的截面是图8中与压电元件20的正面20a和背面20c相垂直的面。

在图10(a)的情况下，若将层叠的压电元件20两端的第2非电极区域61、第1非电极区域51的宽度记为d2、d1，则当d1＝d2时，所发生的位移左右对称。

另一方面，当如图10(b)所示那样“d1＞d2”时，较小的d2侧发生的位移要大于较大的d1侧发生的位移。当如图10(c)所示那样“d1＜d2”时，较小的d1侧发生的位移要大于较大的d2侧发生的位移。

由此可知，压电元件20位移最大的部位将会随着非电极区域51、61的宽度d1、d2而发生改变。即，压电元件20的最大位移位置和最大位移量将随着非电极区域的宽度值的大小而发生改变。

造成上述非电极区域的宽度值的大小不同的原因存在有以下各种因素，如电极形成时的形成精度、陶瓷生片层叠时的位置偏差、烧制时的收缩程度等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平11－320881号公报

发明内容

发明所要解决的问题

随着将来电子器件的高密度化，需要准确地控制压电元件20在施加电压时的位移量和位移位置。

为此，对于压电元件20，需要从一个面取出用于和外部连接的电极，并且需要在组装前检查非电极区域的宽度。

由图7和图8可知，现有结构中的非电极区域51、61的区域存在于3个方向上，只有一边是露出在外部的，因此只能对一部分进行确认。因此，如图10所示，无法根据非电极区域的宽度来确定压电元件20发生最大位移的部位。其结果将导致使用该压电元件20的喷墨头喷出的体积出现偏差。

本发明是为解决上述现有问题而完成的，其目的在于，提供一种能够确认非电极区域的宽度并能从压电元件的一个面引出电极的结构。

解决技术问题所采用的技术方案

为实现上述目的，本发明的压电元件的特征在于，该压电元件是由第1片材和第2片材层叠而成的长方体的块体，其中，所述第1片材的主面为长方形，在所述主面上形成有第1电极，该第1电极只形成到所述长方形的第1短边和第2短边中至少一侧的第1短边的一部分、以及所述长方形的第1长边和第2长边中一侧的第2长边，所述第2片材的主面为长方形，在所述主面上形成有第2电极，该第2电极只形成到所述长方形的第3短边和第4短边中至少一侧的第3短边的一部分、以及所述长方形的第3长边和第4长边中一侧的第3长边，各片材按照以下方式进行层叠，即：以各自的所述主面位于上方或下方的方式使所述第1长边和第3长边对齐，并使所述第1短边和第3短边对齐，所述块体在所述第1长边的方向上隔开规定距离地设有形成为与所述第1长边垂直的多道切口，并且形成有将所述块体中包含所述第2长边的面、所述块体中包含所述第1长边的面在所述第1长边的方向上的两端中的至少一个端部、以及所述块体中包含所述第1短边和所述第3短边的面电连接起来的导电膜。

另外，本发明的压电元件的特征在于，该压电元件是由第1片材和第2片材层叠而成的长方体的块体，其中，所述第1片材的主面为长方形，在所述主面上形成有第1电极，该第1电极只形成到所述长方形的第1短边和第2短边中至少一侧的第1短边的一部分、以及所述长方形的第1长边和第2长边中一侧的第1长边，所述第2片材的主面为长方形，在所述主面上形成有第2电极，该第2电极只形成到所述长方形的第3短边和第4短边中至少一侧的第3短边的一部分、以及所述长方形的第3长边和第4长边中一侧的第3长边，各片材按照以下方式进行层叠，即：以各自的所述主面位于上方或下方的方式使所述第1长边和第3长边对齐，并使所述第1短边和第3短边对齐，所述块体在所述第1长边的方向上隔开规定距离地设有形成为与所述第1长边垂直的多道切口，并且形成有将所述块体中包含所述第2长边的面、所述块体中包含所述第1长边的面在所述第1长边的方向上的两端中的至少一个端部、以及所述块体的上表面或底面电连接起来的导电膜。

发明效果

根据本发明，在对陶瓷生片进行了层叠并烧制之后，通过表面观察，能够掌握电极的宽度和非电极部分的宽度，从而能够以无损的方式进行评价。因此，能够预测压电元件发生最大位移的部位和最大位移量。因而，在用于喷墨等的情况下，能够根据这些值来筛选压电元件，能够抑制喷墨的液滴量出现偏差，从而能够实现高精度的涂布。

并且，能仅从一个面取出外部电极。从而能够与形成有多个外部电极的基板进行连接。

另外，通过将由此得到的压电元件用于喷墨头，能够实现每个喷墨头的液滴量偏差较小的高精度涂布。

附图说明

图1(a)是本发明的实施方式1的压电元件所使用的第1片材的俯视图，图1(b)是本发明的实施方式1的压电元件所使用的第2片材的俯视图。

图2是表示第1片材和第2片材的层叠状态的主要部分的分解图。

图3(a)是形成导电膜之前的块体的立体图，图3(b)是形成了导电膜的块体的立体图，图3(c)是形成了导电膜的块体的后视图。

图4(a)是在形成了导电膜的块体上形成多道切口后得到的成品的立体图，图4(b)是其后视图。

图5(a)是本发明的实施方式2的压电元件的立体图，图5(b)是其后视图。

图6(a)是本发明的实施方式3的压电元件所使用的第1片材的俯视图，图6(b)是本发明的实施方式3的压电元件所使用的第2片材的俯视图。

图7(a)是现有的压电元件所使用的第1片材的俯视图，图7(b)是现有的压电元件所使用的第2片材的俯视图。

图8(a)是形成导电膜之前的现有的中间品即块体的立体图，图8(b)是其后视图，图8(c)是形成了导电膜的块体的后视图。

图9是在形成了导电膜的块体上形成多道切口后得到的现有压电元件的立体图。

图10(a)～(c)是现有的压电元件的非电极区域与其位移的曲线图。

具体实施方式

下面，根据图1～图6说明本发明的各实施方式。

(实施方式1)

图1～图4表示本发明的实施方式1。

图1(a)、(b)是本发明的压电元件所使用的第1片材30、第2片材40的放大立体图。X表示长边方向。

主面为长方形的第1片材30具有在短边方向Y上相对的第1长边30a、第2长边30c、以及在长边方向X上相对的第1短边30b、第2短边30d。在该主面上，从第2长边30c一侧向着第1长边30a直到第1短边30b、第2短边30d的两端而形成有第1电极50。从第1长边30a一侧向着第2长边30c直到第1短边30b、第2短边30d的两端，形成有未形成电极的第1非电极区域51。

主面为长方形的第2片材40呈矩形，具有在短边方向Y上相对的第3长边40a、第4长边40c、以及在长边方向X上相对的第3短边40b、第4短边40d，在该主面上，从第3长边40a一侧向着第4长边40c直到第3短边40b、第4短边40d的两端而形成有第2电极60。从第4长边40c一侧向着第3长边40a直到第3短边40b、第4短边40d的两端，形成有未形成电极的第2非电极区域61。

通过使第1片材30和第2片材40具有相同的厚度，能够使烧制时所产生的形变量最小。一片片材的厚度为5～100μm，优选为10～50μm。

通过将这些第1片材30、第2片材40如图2所示那样在下部90a上多片交替地层叠、加压并烧制而得到的块体如图3(a)所示。

该块体能够从左侧面20d和右侧面20b这2个侧面，以无损地方式观察烧结后的第1非电极区域51和第2非电极区域61。也可以观察第1电极50、第2电极60。还能从块体的背面20c一侧以无损的方式观察烧结后的第1电极50。并能从块体的正面20a一侧以无损的方式观察烧结后的第2电极60。

作为下部90a也可以使用无电极的上述陶瓷生片，上部90b也可以使用无电极的上述陶瓷生片。

在图2(a)所示的块体的背面20c上，如图3(c)所示地形成有导电膜100A。该导电膜100A如图3(b)所示那样经过右侧面20b而形成至块体的正面20a在右侧面20b一侧的端部20ab的区间。此外，该导电膜100A还经过左侧面20d而形成至块体的正面20a在左侧面20d一侧的端部20ad的区间。

由此，对于形成了导电膜100A的中间品的块体，通过如图4(a)所示那样在长边方向X上隔开规定距离地沿着第1片材30和第2片材40的层叠方向形成切口91，从而完成压电元件的制作。图4(b)示出了完成的压电元件的背面侧。

根据该结构，在第1片材30的第2长边30c上露出的第1电极50相互之间通过形成于背面20c的导电膜100A进行连接，并且该导电膜100A经过右侧面20b而引出至块体的正面20a在右侧面20b一侧的端部20ab的区间，并经过左侧面20d而引出至块体的正面20a在左侧面20d一侧的端部20ad的区间，因此，通过使外部电极与块体的正面20a的端部20ab的区间或端部20ad的区间的任一个、以及块体的正面20a所露出的第2电极60相接触，能够通过块体的正面20a一侧的连接来驱动压电元件。

另外，根据该结构，在图3(a)那样形成导电膜100A之前的状态下，在块体的左侧面20d和右侧面20b上，第1电极50的端面和第2电极60的端面都是露出的，因此，能够以无损方式观察第1非电极区域51的宽度和第2非电极区域61的宽度。因此，能够检查变成压电元件后会发生最大位移的部位和最大位移量。

因而，在将该压电元件用于喷墨等的情况下，能够通过上述检查来筛选压电元件，能够抑制喷墨的液滴量出现偏差，能够实现高精度的涂布。

另外，在上述那样经过右侧面20b、左侧面20d而将导电膜100A引出到前面20a的情况下，导电膜100A容易在背面20c与左侧面20d之间的角部26、以及左侧面20d与前面20a之间的角部27发生脱落。

但是，在本实施方式中，与背面20c的导电膜100A相连接的第1电极50在左侧面20d的端面露出，此外，与前面20c的导电膜100A相连接的第2电极60在左侧面29d的端面露出，因此，即使导电膜100A在所述角部26、27发生脱落，由于在左侧面20d的端面露出的第1电极50和第2电极60将因左侧面20d上形成的导电膜100A而短路，因此，背面20c的导电膜100A与前面20a的导电膜100A也不会发生导通不好的问题。右侧面20b亦是如此。

另外，上述实施方式中，在中间品的块体的右侧面20b和左侧面20d这2个侧面都形成了导电膜100A，并将导电膜100A引出至右侧面20b一侧的端部20ab的区间、和左侧面20d一侧的端部20ad的区间，但也可以采用在其中一个侧面上形成导电膜100A的结构。具体而言，当块体的右侧面20b上没有形成导电膜100A时，使背面20c的导电膜100A经过左侧面20d上形成的导电膜100A而引出至端部20ad的区间。这种情况下，右侧面20b一侧的端部20ab的区间内不设置导电膜100A。

(实施方式2)

图5表示本发明的实施方式2。

实施方式1中，背面20c的导电膜100A经过右侧面20b和左侧面20d中的至少一方而引出至前面20a，但在图5所示的实施方式2中，如图5(b)所示，形成在背面20c的导电膜100A也可以经过如图5(a)所示地形成在上面20e的导电膜100A，而引出至中间品的块体的右侧面20b一侧的端部20ab的区间、和左侧面20d一侧的端部20ad的区间。其他部分与实施方式1相同。

另外，本实施方式2中，背面20c的导电膜100A是经过上面20e上形成的导电膜100A而引出至前面20a，但在需要应对较大的驱动电流时，也可以采用以下结构，即：像实施方式1那样使背面20c的导电膜100A经过右侧面20b和左侧面20d中的至少一方而引出至前面20a，并且使背面20c的导电膜100A经过上面20e上所形成的导电膜100A而引出至前面20a。

另外，虽然背面20c的导电膜100A是经过上面20e上形成的导电膜100A而引出至前面20a，但也可以经由中间品的块体的底面20f上形成的导电膜(未图示)来代替上面20e上形成的导电膜100A，来将背面20c的导电膜100A引出至前面20a。在需要应对较大的驱动电流时，也可以采用以下结构，即：像实施方式1那样使背面20c的导电膜100A经过右侧面20b和左侧面20d中的至少一方而引出至前面20a，并且使背面20c的导电膜100A经过底面20f上所形成的导电膜而引出至前面20a。此外，还可以采用以下结构，即：使背面20c的导电膜100A经过右侧面20b和左侧面20d中的至少一方而引出至前面20a，并且使背面20c的导电膜100A经过中间品的块体的上面20e及底面20f上所形成的导电膜而引出至前面20a。

另外，在上述说明中，对将背面20c上形成的导电膜100A引出至右侧面20b一侧的端部20ab的区间、和左侧面20d一侧的端部20ad的区间这2个区间的情况进行了说明，但对于将背面20c上形成的导电膜100A仅引出至端部20ab的区间或端部20ad的区间中的任何一个区间的情况也是一样的。

在上述各实施方式中，第1片材30的第1电极50形成为到达第1短边30b、第2短边30d，但也可以形成为到达第1短边30b、第2短边30d中的至少一方的端部。同样，第2片材40的第1电极60形成为到达第3短边40b、第4短边40d，但也可以形成为到达第3短边40b、第4短边40d中的至少一方的端部。

在上述各实施方式中，是在右侧面20b和左侧面20d的整个面上形成导电膜100A，但如果导电膜的宽度只需使右侧面20b或左侧面20d上露出的第1电极50和第2电极60短路，则不必在整个面上都形成导电膜。

(实施方式3)

图6(a)是实施方式3的压电元件所使用的第1片材30的俯视图，图6(b)是实施方式3的压电元件所使用的第2片材40的俯视图。

实施方式1中，是将图1所示的第1片材30与第2片材40层叠、加压并烧制层叠而成，但在本实施方式3中，是将图6(a)、(b)所示的第1片材30和第2片材40层叠、加压并烧制来形成压电元件。

图6(a)、(b)所示的第1片材30上设有第1电极50、第1非电极区域51、第3非电极区域52、和第3电极53。第2片材40上设有第2电极60、第2非电极区域61、第4非电极区域62、和第4电极63。其它情况都与实施方式1相同。

与实施方式1不同的是，设置了第3非电极区域52，并与第1电极50分离地设置了第3电极53，还设置了第4非电极区域62，并与第2电极60分离地设置了第4电极63。

第3电极53、第4电极63在压电元件的成品中将成为图4的正面20c的左侧面20d一侧的左部隅角部25d的内部电极、或正面20c的右侧面20b一侧的左部隅角部25b的内部电极。

另外，在通过对第1片材30和第2片材40进行层叠、加压并烧制而得到的块状压电元件中，在第3非电极区域52与第4非电极区域62之内存在一道切口91。这是通过预先设置第3非电极区域52、第4非电极区域62从而延长了绝缘距离，提高了绝缘性而得到的。

在上述例子中，从第1片材30的3条边中位于正中的一条边到第1非电极区域51，设有第3非电极区域52。另一方面，从第2片材40的3条边中位于正中的一条边到第2非电极区域61，设有未形成电极的第4非电极区域62。

另外，可以将上述压电元件用于压电方式的喷墨装置。通过将上述压电元件安装到装有墨水的微细管中，通过对该压电元件施加电压使其变形，从而将墨水喷出到管外。可以用于生产液晶的滤色片、EL。墨水是包含有色彩成分的墨水。

在上述实施方式1～3中，中间品的块体以及成品的压电元件的形状为四棱柱形，但也可以是四棱柱以外的形状。

工业上的实用性

本发明能够用于压电元件。此外，该压电元件能够用于喷墨装置。

标号说明

20a 正面

20b 右侧面

20c 背面

20d 左侧面

30 第1片材

30a 第1长边

30b 第1短边

30c 第2长边

30d 第2短边

40 第2片材

40a 第3长边

40b 第3短边

40c 第4长边

40d 第4短边

50 第1电极

51 第1非电极区域

52 第3非电极区域

53 第3电极

60 第2电极

61 第2非电极区域

62 第4非电极区域

63 第4电极

X 长边方向

Y 短边方向

Claims (10)

1.一种压电元件，其特征在于，

该压电元件是由第1片材和第2片材层叠而成的长方体的块体，

所述第1片材的主面为长方形，在所述主面上形成有长方形的第1电极，该第1电极只形成到所述长方形的第1短边和第2短边中至少一侧的第1短边的一部分、以及所述长方形的第1长边和第2长边中一侧的第2长边，

所述第2片材的主面为长方形，在所述主面上形成有长方形的第2电极，该第2电极只形成到所述长方形的第3短边和第4短边中至少一侧的第3短边的一部分、以及所述长方形的第3长边和第4长边中一侧的第3长边，

各片材按照以下方式进行层叠，即：以各自的所述主面位于上方或下方的方式使所述第1长边和第3长边对齐，并使所述第1短边和第3短边对齐，

所述块体在所述第1长边的方向上隔开规定距离地设有形成为与所述第1长边垂直的多道切口，

并且形成有将所述块体中包含所述第2长边的面、所述块体中包含所述第1长边的面在所述第1长边的方向上的两端中的至少一个端部、以及所述块体中包含所述第1短边和所述第3短边的面电连接起来的导电膜，

所述第1电极包括形成到所述第1片材的第1短边的第5电极，

所述第2电极包括形成到所述第2片材的第3短边的第6电极，

所述第5电极和所述第6电极通过所述导电膜电连接。

2.一种压电元件，其特征在于，

该压电元件是由第1片材和第2片材层叠而成的长方体的块体，

所述第1片材的主面为长方形，在所述主面上形成有长方形的第1电极，该第1电极只形成到所述长方形的第1短边和第2短边中至少一侧的第1短边的一部分、以及所述长方形的第1长边和第2长边中一侧的第2长边，

所述第2片材的主面为长方形，在所述主面上形成有长方形的第2电极，该第2电极只形成到所述长方形的第3短边和第4短边中至少一侧的第3短边的一部分、以及所述长方形的第3长边和第4长边中一侧的第3长边，

各片材按照以下方式进行层叠，即：以各自的所述主面位于上方或下方的方式使所述第1长边和第3长边对齐，并使所述第1短边和第3短边对齐，

所述块体在所述第1长边的方向上隔开规定距离地设有形成为与所述第1长边垂直的多道切口，

并且形成有将所述块体中包含所述第2长边的面、所述块体中包含所述第1长边的面在所述第1长边的方向上的两端中的至少一个端部、以及所述块体的上表面或底面电连接起来的导电膜，

所述第1电极包括形成到所述第1片材的第1短边的第5电极，

所述第2电极包括形成到所述第2片材的第3短边的第6电极，

所述第5电极和所述第6电极通过所述导电膜电连接。

3.如权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，

所述第1电极形成在所述第2长边的整个区域内，而没有形成在所述第1长边的整个区域内，

并且，所述第2电极形成在所述第3长边的整个区域内，而没有形成在所述第4长边的整个区域。

4.如权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，

所述第1电极形成至所述第1短边和所述第2短边的两端，

而且，所述第2电极形成至所述第3短边和所述第4短边的两端，

所述第1电极包括形成到第2短边的第7电极，

所述第2电极包括形成到第4短边的第8电极，

所述第7电极和所述第8电极通过所述导电膜电连接。

5.如权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，

所述导电膜形成在所述块体的包含所述第1长边的面在所述第1长边方向上的两端。

6.如权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，

所述第1片材上形成有未形成电极的第3非电极区域，以将所述第1电极的一部分分割开来而形成第3电极，

所述第2片材上形成有未形成电极的第4非电极区域，以将所述第2电极的一部分分割开来而形成第4电极。

7.如权利要求6所述的压电元件，其特征在于，

所述第3非电极区域沿着所述第1长边的方向分割所述第1电极，

所述第4非电极区域沿着所述第1长边的方向分割所述第2电极。

8.如权利要求7所述的压电元件，其特征在于，

所述第3非电极区域和所述第4非电极区域之内具有一道所述切口。

9.一种喷墨装置，其特征在于，

使用权利要求1或2所述的压电元件向被涂布物涂布墨水。

10.一种喷墨方法，其特征在于，

使用权利要求1或2所述的压电元件向被涂布物涂布墨水。