JP2005093541A

JP2005093541A - 圧電素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2005093541A
Application number: JP2003321865A
Authority: JP
Inventors: Koji Nagano; 康志永野; Kazumasa Yamauchi; 一將山内
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】厚み寸法が局所的に大きくなることがなく、しかも、生産性が向上する圧電素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】圧電素子１は、圧電材料により形成された板状の圧電板２を備え、圧電板２の裏面上に第１の電極４が設けられるとともに、圧電板２の表面上における第１の電極４と対向する部位の一部に第２の電極５が設けられる構成を有する。圧電板２の表面上において第１の電極４と対向する部位のうち第２の電極５と異なる部位には補助電極６が設けられる。圧電板２において第１の電極４と補助電極６とが対向する部位の一部には導通孔３が圧電板２の厚み方向に貫設される。導通孔３の内面には、第１の電極４と補助電極６との両方に導通する導通部８が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電材料からなる圧電板の厚み方向の各一面に夫々電極を設けた圧電素子およびその製造方法に関するものである。

従来から、この種の圧電素子１として、図３に示すように、圧電材料により形成された図の左右に長い矩形板状の圧電板２を備え、圧電板２の裏面上（図３（ｂ）の下側）に第１の電極４が設けられ、圧電板２の表面上（図３（ｂ）の上側）における第１の電極４と対向する部位に第２の電極５が設けられたものが知られている。この圧電素子１は、たとえば、超音波の送波や受波などに用いられる。

圧電素子１を外部回路（図示せず）に接続する際に、外部回路を圧電板２の同一面側で接続できるように、第１の電極４が圧電板２の裏面上の略全面に設けられ、第２の電極５が圧電板２の表面上の一部に設けられ、圧電板２の表面上における第２の電極５と異なる部位には補助電極６が設けられる。補助電極６は圧電板２における図の左端部において表面と裏面との両方に跨って形成された導通部８を介して第２の電極５と導通する（たとえば、特許文献１参照）。

上述した圧電素子１を製造する工程を図４を参照して説明する。圧電材料にはセラミックを用いている。まず、圧電材料の原材料を成形し、焼成した（Ｐ１）後、設計寸法の形状に整えるための輪郭形状加工（Ｐ２）を行うことによって上述した形状の圧電板２を形成する。次に、圧電板２に両電極４、５および補助電極６を形成するために、圧電板２に対して導電ペースト（ここでは、銀ペーストを用いている）を印刷し（Ｐ３）、その後に銀ペーストの焼付けを行う（Ｐ４）。

次に、第２の電極５と補助電極６とを導通させる導通部８を形成するために、図５に示すように圧電板２の一端部（図３の左端部）を銀ペースト９に浸漬し（Ｐ５）、その後に銀ペースト９の焼付けを行う（Ｐ６）。
特許第３４３５００２号公報（第２頁、図１）

しかし、導通部９を補助電極６と第１の電極４との両方に導通させるためには、銀ペースト９を圧電板２の両面に付着させる必要があるから、比較的高い粘度を有する銀ペースト９が用いられる。銀ペースト９の粘度が高いと圧電板２の両面に形成される導通部８の厚み寸法が大きくなるから、導通部８が付着する部位だけ局所的に圧電素子１の厚み寸法が大きくなる。その結果、圧電素子１をケース等の平面部上に貼り付けて使用する場合に、圧電板２に歪みが生じ圧電板２が割れる可能性がある。

また、圧電素子１を製造するにあたって、各電極４、５、６を形成するために圧電板２に導電ペーストを印刷する工程（Ｐ３）および銀ペーストの焼付けを行う工程（Ｐ４）とは別に、導通部８を形成するために圧電板２の一端部を銀ペースト９に浸漬する工程（Ｐ５）および銀ペースト９の焼付けを行う工程（Ｐ６）が必要であるから、生産性の向上の妨げとなる。さらに、圧電板２の一端部を銀ペースト９に浸漬する工程（Ｐ５）が手作業等で行われることもあり面倒である。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであって、厚み寸法が局所的に大きくなることがなく、しかも、生産性が向上する圧電素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、圧電材料により板状に形成されてなる圧電板と、圧電板の厚み方向の一面上に設けられた第１の電極と、圧電板の厚み方向の他面上において第１の電極と対向する部位の一部に設けられた第２の電極と、圧電板の前記他面上において第１の電極と対向する部位のうち第２の電極と異なる部位に設けられた補助電極とを備え、圧電板における第１の電極と補助電極とが対向する部位の一部を切欠く形で圧電板の厚み方向に貫通する貫通部が形成され、第１の電極と補助電極とが、貫通部の内面に形成されためっき層からなる導通部を介して互いに導通することを特徴とする。

この構成によれば、貫通部の内面に導通部を形成するものであって、圧電板の厚み方向の両面上には導通部が存在しないから、圧電素子の厚み寸法が局所的に大きくなることがない。その結果、圧電素子を平面上に貼り付けて使用する場合に圧電板が割れてしまうことを防止できる。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の圧電素子を製造する方法であって、前記圧電材料の成形により前記圧電板を形成する第１の工程と、第１の工程の後に、圧電板の厚み方向の各一面上に夫々導電ペーストを印刷することにより前記第１の電極と前記第２の電極と前記補助電極とを形成するとともに前記貫通部に導電ペーストを回り込ませて前記導通部を形成する第２の工程とを含み、第２の工程より前に圧電板に前記貫通部が形成されていることを特徴とする。

この製造方法によれば、両電極と補助電極とを印刷する際に導通部が形成されるものであって、圧電板の一端部を銀ペーストに浸漬する工程が不要になり、さらには、焼付けも１工程で可能になるから、製造の工程数が少なくなり生産性が向上する。

本発明の構成によれば、貫通部の内面に導通部を形成するものであって、圧電板の厚み方向の両面上には導通部が存在しないから、圧電素子の厚み寸法が局所的に大きくなることがなく、結果的に、圧電素子を平面上に貼り付けて使用する場合に圧電板が割れてしまうことを防止できるという利点がある。

また、本発明の製造方法によれば、両電極と補助電極とを印刷する際に導通部が形成されるものであって、圧電板の一端部を銀ペーストに浸漬する工程が不要になり、さらには、焼付けも１工程で可能になるから、製造の工程数が少なくなり生産性が向上するという利点がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

本実施形態の圧電素子１は、図１に示すように、圧電材料により形成された図の左右に長い矩形板状の圧電板２を備える。圧電板２の幅方向の中央部であって長手方向において中央よりも図の左側の部位には、円形状に開口する導通孔３（貫通部）が圧電板２の厚み方向に貫設される。

圧電板２の表面上（図１（ｂ）の上側）と裏面上（図１（ｂ）の下側）との夫々には一対の電極４、５が設けられる。圧電板２の裏面上において、外縁付近を除いて全面に第１の電極４が設けられ、一方、圧電板２の表面上において、第１の電極４と対向する部位のうち導通孔３の周囲を除く全面に第２の電極５が設けられる。

圧電素子１を外部回路（図示せず）に接続する際に、外部回路を圧電板２の同一面側で接続できるように、圧電板２の表面上において、第１の電極４と導通する補助電極６が導通孔３の周囲に導通孔３に臨むように設けられる。ここで、圧電板２の表面上において長手方向の中央よりも導通孔３側に位置する補助電極６と第２の電極５との境界には、幅方向に長い隙間７が形成される。

ところで、本実施形態は、圧電板２に導通孔３が形成されている点と、導通孔３の内面に以下に説明するように補助電極６と第１の電極４とを導通させる導通部８が形成される点とが従来構成と相違する。

すなわち、圧電板２の裏面上に設けられた第１の電極４と圧電板２の表面上に設けられた補助電極６とを導通させるために、従来構成では圧電板２の一端部において表面と裏面との両方に跨るように導通部８が設けられていたのに対して、本実施形態では、導通孔３の内面に形成されるめっき層が導通部８となる。ここに、導通部８における圧電板２の厚み方向の各端部が補助電極６と第１の電極４とに夫々連続する構成によって、補助電極６と第１の電極４とは導通部８を介して導通する。

以下に、本実施形態の圧電素子１を製造する工程について図２を参照して説明する。圧電材料には従来構成と同様にセラミックを用いている。まず、第１の工程として圧電材料の原材料を成形し、焼成した（Ｐ１）後、設計寸法の形状に整えるための輪郭形状加工（Ｐ２）を行うことによって上述した形状の圧電板２を形成する。次に、圧電板２に対して穴あけ加工（Ｐ３）を行うことによって、圧電板２に導通孔３を形成する。

次に、圧電板２に両電極４、５および補助電極６を形成するために、第２の工程として圧電板２に対して導電ペースト（ここでは、銀ペーストを用いている）を印刷し（Ｐ４）、その後に銀ペーストの焼付けを行う（Ｐ５）。ところで、本実施形態の圧電板２には導通孔３が貫設されているから、圧電板２に対して導電ペーストを印刷する第２の工程（Ｐ４）において、導電ペーストが導通孔３の内面に沿って圧電板２の厚み方向の両面から導通孔３内に流れ込む。したがって、導通孔３の内面には導電ペーストからなるめっき層が付着する。ここで、導通孔３の内面に付着しためっき層が導通部８であって、導通部８は焼付けを行う工程（Ｐ５）で硬化する。

すなわち、圧電板に各電極４、５、６を印刷する際に導通部８が形成されるから、従来構成において導通部８を形成するために必要であった圧電板２の一端部を銀ペースト９（図５参照）に浸漬する工程が不要になる。さらに、焼付けも１工程になるから、圧電素子１は製造の工程数が従来構成より少なくなり生産性が向上する。

また、圧電材料の原材料を成形する第１の工程（Ｐ１）に用いる金型（図示せず）に導通孔３を形成する金型を採用し、圧電材料の原材料を成形する第１の工程（Ｐ１）において導通孔３を形成するようにしてもよい。この場合には、圧電板２に対する穴あけ加工（Ｐ３）を省略できるから、製造の工程数がさらに少なくなる。

なお、圧電板２の形状は上述したような矩形板状に限定されるものではない。また、貫通部は、上述したような円形状に開口する導通孔３に限らず、内面に導通部８が形成される形状であれば、圧電板２の一側縁から切欠かれた溝などであってもよい。

本発明の実施形態１を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。同上の製造の工程を示す工程図である。従来例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。同上の製造の工程を示す工程図である。同上の導通部を形成する作業を示す概略図である。

符号の説明

１圧電素子
２圧電板
３導通孔（貫通部）
４第１の電極
５第２の電極
６補助電極
８導通部

Claims

圧電材料により板状に形成されてなる圧電板と、圧電板の厚み方向の一面上に設けられた第１の電極と、圧電板の厚み方向の他面上において第１の電極と対向する部位の一部に設けられた第２の電極と、圧電板の前記他面上において第１の電極と対向する部位のうち第２の電極と異なる部位に設けられた補助電極とを備え、圧電板における第１の電極と補助電極とが対向する部位の一部を切欠く形で圧電板の厚み方向に貫通する貫通部が形成され、第１の電極と補助電極とは、貫通部の内面に形成されためっき層からなる導通部を介して互いに導通することを特徴とする圧電素子。
請求項１に記載の圧電素子を製造する方法であって、前記圧電材料の成形により前記圧電板を形成する第１の工程と、第１の工程の後に、圧電板の厚み方向の各一面上に夫々導電ペーストを印刷することにより前記第１の電極と前記第２の電極と前記補助電極とを形成するとともに前記貫通部に導電ペーストを回り込ませて前記導通部を形成する第２の工程とを含み、第２の工程より前に圧電板に前記貫通部が形成されていることを特徴とする圧電素子の製造方法。