JP2006005244A - Stacked piezo-electric device - Google Patents

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一夫 望月
Shuji Ito
州児 伊藤
Yutaka Hatanaka
裕 畠中
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stacked piezo-electric device which restrains a displacement impediment and disconnection from occurring, is improved in reliability, and is reduced in size and price. <P>SOLUTION: The stacked piezo-electric device PE is equipped with a stack 1 composed of piezo-electric material layers 3 and 5 and internal electrodes 11 and 13 which are alternately stacked together; first external electrodes 23 which are provided on the side faces 1a and 1b of the stack 1 and alternately, electrically connected to the internal electrodes 11 and 13; and second external electrodes 25 which are arranged overlapping the first external electrodes 23 respectively and discontinuously, electrically, and mechanically connected to the first external electrodes 23 in the stacking direction of the stack 1. The second external electrode 25 is composed of first parts 25a which are discontinuously arranged in the stacking direction, and second parts 25b which are extended in a direction intersecting with the stacking direction and connect the first parts 25a together. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、積層型圧電素子に関する。   The present invention relates to a multilayer piezoelectric element.

この種の積層型圧電素子として、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる積層体と、当該積層体の側面に設けられ、且つ、内部電極を交互に電気的に接続する複数の外部電極とを備えたものが知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。特許文献1に記載された積層型圧電素子では、外部電極は、この全体が積層体の積層方向に伸びるように形成されている。特許文献2に記載された積層型圧電素子では、外部電極は、導電性線材からなるメッシュ部材であって、導電性接着剤により積層体の側面に固着されている。特許文献3に記載された積層型圧電素子では、外部電極は、コイル状弾性部材である。
特開2000−340849号公報 特開2001−210884号公報 特開2002−171003号公報
As this type of laminated piezoelectric element, a laminated body in which a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes are alternately laminated, and provided on the side surface of the laminated body, and the internal electrodes are alternately electrically connected. The thing provided with the some external electrode to perform is known (for example, refer patent documents 1-3). In the multilayer piezoelectric element described in Patent Document 1, the external electrode is formed so that the entirety extends in the stacking direction of the multilayer body. In the multilayer piezoelectric element described in Patent Document 2, the external electrode is a mesh member made of a conductive wire, and is fixed to the side surface of the multilayer body with a conductive adhesive. In the multilayer piezoelectric element described in Patent Document 3, the external electrode is a coiled elastic member.
JP 2000-340849 A Japanese Patent Laid-Open No. 2001-210884 JP 2002-171003 A

しかしながら、上記特許文献1〜3に記載された積層型圧電素子には、次のような問題が生じる。   However, the multilayer piezoelectric elements described in Patent Documents 1 to 3 have the following problems.

特許文献1に記載された積層型圧電素子では、外部電極が積層体の積層方向に伸びているため、素子の積層方向への変位(伸縮動作)を阻害する。また、積層型圧電素子を長期間にわたり連続して駆動した場合、素子の伸縮動作に耐えきれず、外部電極が断線することがある。   In the multilayer piezoelectric element described in Patent Document 1, since the external electrode extends in the stacking direction of the multilayer body, the displacement (stretching operation) of the element in the stacking direction is hindered. Further, when the laminated piezoelectric element is continuously driven for a long period of time, the expansion / contraction operation of the element cannot be endured, and the external electrode may be disconnected.

特許文献2及び3に記載された積層型圧電素子では、外部電極がメッシュ部材あるいはコイル状弾性部材であるので、素子の伸縮動作に追従して、外部電極の断線を抑制することができる。しかしながら、外部電極自体の構成が複雑となり、内部電極との電気的な接続が困難となり、接続不良が生じる懼れがある。また、外部電極が積層方向に直交する方向に厚みを有することから、素子が大型化する懼れもある。また、メッシュ部材あるいはコイル状弾性部材といった特殊形状の部材を用意する必要があるため、コストが高くなる懼れもある。   In the multilayer piezoelectric elements described in Patent Documents 2 and 3, since the external electrode is a mesh member or a coiled elastic member, the disconnection of the external electrode can be suppressed following the expansion and contraction operation of the element. However, the configuration of the external electrode itself is complicated, and it is difficult to make an electrical connection with the internal electrode, which may cause a connection failure. In addition, since the external electrode has a thickness in a direction perpendicular to the stacking direction, the element may be increased in size. Moreover, since it is necessary to prepare a specially shaped member such as a mesh member or a coiled elastic member, the cost may increase.

本発明の目的は、変位の阻害及び断線の発生を抑制すると共に、信頼性向上、小型化及び低コスト化を図ることが可能な積層型圧電素子を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a multilayer piezoelectric element capable of suppressing the inhibition of displacement and occurrence of disconnection, and improving reliability, downsizing, and cost reduction.

本発明に係る積層型圧電素子は、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる積層体と、積層体の側面に設けられ、且つ、内部電極を交互に電気的に接続する複数の外部電極と、を備えており、外部電極は、積層体の積層方向において不連続に配置される第1の部分と、積層方向と交差する方向に伸び、且つ、第1の部分同士をつなぐ第2の部分と、を有することを特徴とする。   The multilayer piezoelectric element according to the present invention is provided on a side surface of a multilayer body in which a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes are alternately stacked, and the internal electrodes are electrically connected alternately. A plurality of external electrodes, wherein the external electrodes extend discontinuously in the stacking direction of the stack, extend in a direction intersecting the stacking direction, and the first portions And a second portion connecting the two.

本発明に係る積層型圧電素子では、外部電極が第1の部分と第2の部分とを有するので、外部電極全体が積層体の積層方向に伸びるものに比して、素子の積層方向への変位を阻害するのを抑制できると共に、積層型圧電素子を長期間にわたり連続して駆動した場合でも、外部電極が断線するのを抑制できる。   In the multilayer piezoelectric element according to the present invention, since the external electrode has the first portion and the second portion, the entire external electrode extends in the stacking direction of the stacked body as compared to the stacking direction of the stack. Inhibition of displacement can be suppressed, and disconnection of the external electrode can be suppressed even when the laminated piezoelectric element is driven continuously for a long period of time.

また、本発明では、外部電極が、第1の部分と第2の部分とを有するといった極めて簡易な構成となるため、メッシュ部材あるいはコイル状弾性部材といった特殊形状の部材を用意する必要がない。この結果、低コスト化及び小型化を図ることができると共に、内部電極との電気的な接続を容易に行うことができる。   In the present invention, since the external electrode has a very simple configuration such as having the first portion and the second portion, it is not necessary to prepare a member having a special shape such as a mesh member or a coiled elastic member. As a result, cost reduction and size reduction can be achieved, and electrical connection with the internal electrode can be easily performed.

また、外部電極は、平板状であることが好ましい。この場合には、より一層の小型化を図ることができる。   The external electrode is preferably flat. In this case, further downsizing can be achieved.

本発明に係る積層型圧電素子は、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる積層体と、積層体の側面に設けられ、且つ、内部電極を交互に電気的に接続する複数の第1の外部電極と、第1の外部電極に重なるようにそれぞれ配置され、積層体の積層方向において不連続に電気的且つ機械的に第1の外部電極に接続されている複数の第2の外部電極と、を備えており、第2の外部電極は、積層方向において不連続に配置される第1の部分と、積層方向と交差する方向に伸び、且つ、第1の部分同士をつなぐ第2の部分と、を有することを特徴とする。   The multilayer piezoelectric element according to the present invention is provided on a side surface of a multilayer body in which a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes are alternately stacked, and the internal electrodes are electrically connected alternately. A plurality of first external electrodes and a plurality of first external electrodes that are disposed so as to overlap the first external electrodes and are discontinuously and electrically connected to the first external electrodes in the stacking direction of the stacked body. A second external electrode, the second external electrode extending discontinuously in the stacking direction, extending in a direction crossing the stacking direction, and the first portions And a second portion connecting the two.

本発明に係る積層型圧電素子では、第2の外部電極が第1の部分と第2の部分とを有すると共に積層方向において不連続に電気的且つ機械的に第1の外部電極に接続されているので、外部電極全体が積層体の積層方向に伸びるものに比して、素子の積層方向への変位を阻害するのを抑制できると共に、積層型圧電素子を長期間にわたり連続して駆動した場合でも、第2の外部電極が断線するのを抑制できる。また、積層体の側面に設けられる第1の外部電極に断線が生じた場合でも、上述したように第2の外部電極が接続されているので、内部電極への導通路が確保されることとなり、圧電素子としての機能が損なわれることはない。   In the multilayer piezoelectric element according to the present invention, the second external electrode has a first portion and a second portion, and is electrically and mechanically connected to the first external electrode discontinuously in the stacking direction. Therefore, it is possible to suppress the displacement of the element in the stacking direction compared to the case where the entire external electrode extends in the stacking direction of the stack, and when the stacked piezoelectric element is driven continuously for a long period of time. However, it is possible to suppress the disconnection of the second external electrode. Even when the first external electrode provided on the side surface of the laminate is disconnected, the second external electrode is connected as described above, so that a conduction path to the internal electrode is secured. The function as a piezoelectric element is not impaired.

また、本発明では、第2の外部電極が、第1の部分と第2の部分とを有するといった極めて簡易な構成となるため、メッシュ部材あるいはコイル状弾性部材といった特殊形状の部材を用意する必要がない。この結果、低コスト化及び小型化を図ることができると共に、第1の外部電極を通して内部電極との電気的な接続を容易に行うことができる。   Further, in the present invention, since the second external electrode has a very simple configuration such as having the first portion and the second portion, it is necessary to prepare a specially shaped member such as a mesh member or a coiled elastic member. There is no. As a result, cost reduction and size reduction can be achieved, and electrical connection with the internal electrode can be easily performed through the first external electrode.

また、第2の外部電極は、平板状であることが好ましい。この場合には、より一層の小型化を図ることができる。   The second external electrode is preferably flat. In this case, further downsizing can be achieved.

また、上記第1の部分は、積層方向に伸びていることが好ましい。   The first portion preferably extends in the stacking direction.

本発明によれば、変位の阻害及び断線の発生を抑制すると共に、信頼性向上、小型化及び低コスト化を図ることが可能な積層型圧電素子を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a multilayer piezoelectric element capable of suppressing the inhibition of displacement and occurrence of disconnection, and improving reliability, downsizing, and cost reduction.

以下、添付図面を参照して、本発明に係る積層型圧電素子の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of a multilayer piezoelectric element according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.

まず、図1〜図3に基づいて、本実施形態に係る積層型圧電素子の構成を説明する。図1は、本実施形態に係る積層型圧電素子を示す概略斜視図である。図2は、本実施形態に係る積層型圧電素子の断面構成を説明するための模式図である。図3は、第1の外部電極と第2の外部電極との接続関係を示す模式図である。   First, the configuration of the multilayer piezoelectric element according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic perspective view showing a multilayer piezoelectric element according to this embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a cross-sectional configuration of the multilayer piezoelectric element according to the present embodiment. FIG. 3 is a schematic diagram showing a connection relationship between the first external electrode and the second external electrode.

積層型圧電素子PEは、多角柱形状(本実施形態においては、四角柱形状)の積層体1を備えている。積層体1は、当該積層体1における積層方向(以下、「積層体1における積層方向」を単に「積層方向」と称する)に平行且つ互いに対向するように位置する第1の側面1aと第2の側面1bとを有している。   The multilayer piezoelectric element PE includes a multilayer body 1 having a polygonal column shape (in this embodiment, a quadrangular column shape). The laminated body 1 includes a first side face 1a and a second side face that are positioned so as to be parallel to and opposed to each other in the laminating direction in the laminated body 1 (hereinafter, “the laminating direction in the laminated body 1” is simply referred to as “lamination direction”). Side surface 1b.

積層体1は、図1に示されるように、圧電体層3と圧電体層5とを交互に積層し、さらに、圧電体層7と圧電体層9とで上下から挟み込むようにして構成されている。各圧電体層3,5,7,9は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を主成分とする圧電性セラミック材料からなり、矩形薄板状に形成されている。本実施形態において、圧電体層3,5の厚みは、例えば80〜100μmである。   As shown in FIG. 1, the laminate 1 is configured by alternately laminating piezoelectric layers 3 and piezoelectric layers 5 and sandwiching the piezoelectric layers 7 and 9 from above and below. ing. Each of the piezoelectric layers 3, 5, 7, and 9 is made of, for example, a piezoelectric ceramic material mainly composed of lead zirconate titanate (PZT), and is formed in a rectangular thin plate shape. In the present embodiment, the thickness of the piezoelectric layers 3 and 5 is, for example, 80 to 100 μm.

積層体1は、積層された第1の内部電極11及び第2の内部電極13を有している。第1の内部電極11は、圧電体層3に形成されている。第2の内部電極13は、圧電体層5,9に形成されている。第1の内部電極11及び第2の内部電極13は、例えば、銀及びパラジウムを主成分とし、スクリーン印刷によりパターン形成することができる。   The multilayer body 1 includes a first internal electrode 11 and a second internal electrode 13 that are stacked. The first internal electrode 11 is formed on the piezoelectric layer 3. The second internal electrode 13 is formed on the piezoelectric layers 5 and 9. The first internal electrode 11 and the second internal electrode 13 are mainly composed of silver and palladium, for example, and can be patterned by screen printing.

積層体1では、圧電体層3,5を介在させて第1の内部電極11と第2の内部電極13とが積層されている。これにより、積層体1では、複数の圧電体層3,5と複数の内部電極11,13とが交互に積層されることとなる。本実施形態において、第1及び第2の内部電極11,13の厚みは、例えば0.5〜5μmである。   In the laminate 1, the first internal electrode 11 and the second internal electrode 13 are laminated with the piezoelectric layers 3 and 5 interposed therebetween. As a result, in the laminate 1, the plurality of piezoelectric layers 3 and 5 and the plurality of internal electrodes 11 and 13 are alternately laminated. In this embodiment, the thickness of the 1st and 2nd internal electrodes 11 and 13 is 0.5-5 micrometers, for example.

第1の内部電極11は、図2にも示されるように、第2の側面1bよりも内側から第1の側面1aに露出するように形成されている。すなわち、第1の内部電極11の第2の側面1b側の端は、第2の側面1bから所定の長さ離れて位置している。第1の内部電極11は、第2の側面1bに露出していない。   As shown in FIG. 2, the first internal electrode 11 is formed so as to be exposed to the first side face 1a from the inner side than the second side face 1b. That is, the end of the first internal electrode 11 on the second side surface 1b side is located a predetermined length away from the second side surface 1b. The first internal electrode 11 is not exposed on the second side surface 1b.

第2の内部電極13は、図2にも示されるように、第1の側面1aよりも内側から第2の側面1bに露出するように形成されている。すなわち、第2の内部電極13の第1の側面1b側の端は、第1の側面1aから所定の長さ離れて位置している。第2の内部電極13は、第1の側面1aに露出していない。第2の内部電極13は、積層方向から見て、その一部が第1の内部電極11に重なるように位置している。   As shown in FIG. 2, the second internal electrode 13 is formed so as to be exposed to the second side surface 1b from the inner side than the first side surface 1a. That is, the end of the second internal electrode 13 on the first side surface 1b side is located a predetermined length away from the first side surface 1a. The second internal electrode 13 is not exposed on the first side face 1a. The second internal electrode 13 is positioned so that a portion thereof overlaps the first internal electrode 11 when viewed from the stacking direction.

積層体1の第1及び第2の側面1a,1bには、図1及び図2に示されるように、外部電極21がそれぞれ設けられている。外部電極21は、第1の外部電極23と、第2の外部電極25とを含んで構成されている。第1の外部電極23は、第1及び第2の側面1a,1bのそれぞれ一部を覆うように形成されている。第1の外部電極23は、例えば、銀を主成分とし、スクリーン印刷によりパターン形成することができる。本実施形態において、第1の外部電極23の厚みは、例えば1〜20μmである。   As shown in FIGS. 1 and 2, external electrodes 21 are respectively provided on the first and second side surfaces 1 a and 1 b of the multilayer body 1. The external electrode 21 includes a first external electrode 23 and a second external electrode 25. The first external electrode 23 is formed so as to cover a part of each of the first and second side surfaces 1a and 1b. For example, the first external electrode 23 is mainly composed of silver and can be patterned by screen printing. In the present embodiment, the thickness of the first external electrode 23 is, for example, 1 to 20 μm.

第1の側面1aに形成された第1の外部電極23は、第1の側面1aにおいて、当該第1の側面1aに露出する第1の内部電極11と電気的に接続される。第2の側面1bに形成された第1の外部電極23は、第2の側面1bにおいて、当該第2の側面1bに露出する第2の内部電極13と電気的に接続される。これにより、第1の外部電極23は、内部電極11,13を一層おきに交互に電気的に接続することとなる。   The first external electrode 23 formed on the first side surface 1a is electrically connected to the first internal electrode 11 exposed on the first side surface 1a on the first side surface 1a. The first external electrode 23 formed on the second side surface 1b is electrically connected to the second internal electrode 13 exposed on the second side surface 1b on the second side surface 1b. As a result, the first external electrode 23 electrically connects the internal electrodes 11 and 13 alternately every other layer.

第2の外部電極25は、第1及び第2の側面1a,1bに直交する方向から見て、第1の外部電極23に重なるように配置されている。第2の外部電極25は、平板状であり、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、あるいは、ベリリウム銅等からなる。本実施形態において、第2の外部電極25の厚みは、例えば150μm程度である。   The second external electrode 25 is disposed so as to overlap the first external electrode 23 when viewed from the direction orthogonal to the first and second side surfaces 1a and 1b. The second external electrode 25 has a flat plate shape, and is made of, for example, copper (Cu), nickel (Ni), beryllium copper, or the like. In the present embodiment, the thickness of the second external electrode 25 is, for example, about 150 μm.

第2の外部電極25は、第1の部分25aと、第2の部分25bとを有している。第1の部分25aは、積層方向に伸び、且つ、積層方向において不連続に配置されている。第2の部分25bは、積層方向と交差する方向(本実施形態においては、直交方向)に伸び、且つ、第1の部分25a同士をつないでいる。これにより、第2の外部電極25は、クランク形状を呈することとなる。   The second external electrode 25 has a first portion 25a and a second portion 25b. The first portion 25a extends in the stacking direction and is discontinuously arranged in the stacking direction. The second portion 25b extends in a direction intersecting the stacking direction (in the present embodiment, the orthogonal direction) and connects the first portions 25a. Thereby, the second external electrode 25 has a crank shape.

第2の外部電極25は、図3に示されるように、積層方向において不連続に電気的且つ機械的に第1の外部電極23に接続されている。本実施形態において、第2の外部電極25は、箇所Wにおいて、スポット溶接により第1の外部電極23に接続されている。第1の外部電極23と第2の外部電極25とが接続される箇所Wの間隔は、圧電体層3,5の数層(例えば、5、6層)分、すなわち400〜600μmに設定することができる。   As shown in FIG. 3, the second external electrode 25 is electrically and mechanically connected to the first external electrode 23 discontinuously in the stacking direction. In the present embodiment, the second external electrode 25 is connected to the first external electrode 23 at the location W by spot welding. The interval between the locations W where the first external electrode 23 and the second external electrode 25 are connected is set to several layers (for example, 5 and 6 layers) of the piezoelectric layers 3 and 5, that is, 400 to 600 μm. be able to.

第1の側面1aに形成された第1の外部電極23と第2の側面1bに形成された第1の外部電極23との間に電圧(例えば、第1の側面1aに形成された第1の外部電極23を正の電位、第2の側面1bに形成された第1の外部電極23を負の電位とする。)を印加すると、第1の内部電極11と第2の内部電極13との間に電圧が印加されることとなる。これにより、圧電体層3,5においては、第1の内部電極11と第2の内部電極13とで挟まれる領域に電界が生じ、当該領域が活性部として変位することになる。   Between the first external electrode 23 formed on the first side surface 1a and the first external electrode 23 formed on the second side surface 1b (for example, the first formed on the first side surface 1a). Are applied to the first external electrode 23 and the second internal electrode 13, and the first external electrode 23 formed on the second side surface 1 b is set to a negative potential. A voltage is applied during the period. Thereby, in the piezoelectric layers 3 and 5, an electric field is generated in a region sandwiched between the first internal electrode 11 and the second internal electrode 13, and the region is displaced as an active portion.

次に、上述した積層型圧電素子PEの作製手順について説明する。   Next, a manufacturing procedure of the above-described multilayer piezoelectric element PE will be described.

まず、チタン酸ジルコン酸鉛等のセラミックスを主成分とする圧電材料に有機バインダや有機溶剤等を混合して基体ペーストを作製する。次いで、作製した基体ペーストを用いて、各圧電体層3,5,7,9を構成することとなる素材シート(グリーンシート)を成形する。また、所定比率の銀(Ag)とパラジウム(Pd)とからなる金属材料(例えば、Ag:Pd=7:3)に有機バインダや有機溶剤等を混合することにより、電極パターン形成用の導電ペーストを作製する。   First, a base paste is prepared by mixing an organic binder, an organic solvent, or the like with a piezoelectric material mainly composed of ceramics such as lead zirconate titanate. Next, a raw material sheet (green sheet) that constitutes each of the piezoelectric layers 3, 5, 7, and 9 is formed using the manufactured base paste. In addition, a conductive paste for forming an electrode pattern by mixing an organic binder, an organic solvent, or the like with a metal material (for example, Ag: Pd = 7: 3) made of silver (Ag) and palladium (Pd) in a predetermined ratio. Is made.

次に、成形した素材シートに、第1の内部電極11に対応する電極パターンを形成する。また、第1の内部電極11に対応する電極パターンを形成された素材シートとは別の素材シートに、第2の内部電極13に対応する電極パターンを形成する。各電極パターンの形成は、上述した導電ペーストを用いたスクリーン印刷にて行う。   Next, an electrode pattern corresponding to the first internal electrode 11 is formed on the formed material sheet. In addition, an electrode pattern corresponding to the second internal electrode 13 is formed on a material sheet different from the material sheet on which the electrode pattern corresponding to the first internal electrode 11 is formed. Each electrode pattern is formed by screen printing using the conductive paste described above.

次に、電極パターンが形成された素材シートと、電極パターンが形成されていない素材シートとを積層して、積層体グリーンを作製する。このとき、電極パターンが形成された素材シートは、積層方向から見て第2の内部電極13に対応する電極パターンの一部が第1の内部電極11に対応する電極パターンに重なるように積層される。素材シートの積層数は、例えば350層程度である。   Next, the material sheet on which the electrode pattern is formed and the material sheet on which the electrode pattern is not formed are laminated to produce a laminate green. At this time, the material sheet on which the electrode pattern is formed is laminated so that a part of the electrode pattern corresponding to the second internal electrode 13 overlaps the electrode pattern corresponding to the first internal electrode 11 when viewed from the lamination direction. The The number of material sheets stacked is, for example, about 350 layers.

次に、作製した積層体グリーンを、加熱しながら、所定の圧力(例えば、100MPa程度)で積層方向にプレスする。加熱温度は、例えば60℃程度である。そして、プレスした積層体グリーンを所定の大きさに切断する。積層体グリーンの切断には、例えばダイヤモンドブレードを用いることができる。このとき、第1の内部電極11及び第2の内部電極13が対応する側面に露出することとなる。   Next, the produced laminate green is pressed in the lamination direction at a predetermined pressure (for example, about 100 MPa) while being heated. The heating temperature is, for example, about 60 ° C. Then, the pressed laminate green is cut into a predetermined size. For cutting the laminate green, for example, a diamond blade can be used. At this time, the first internal electrode 11 and the second internal electrode 13 are exposed to the corresponding side surfaces.

次に、切断した積層体グリーンを所定の温度(例えば、400℃程度)で脱脂(脱バインダ)した後、焼成する。これにより、積層体1が得られることとなる。焼成温度は、例えば1100℃程度である。焼成時間は、例えば2時間程度である。   Next, the cut laminated green is degreased (debindered) at a predetermined temperature (for example, about 400 ° C.) and then fired. Thereby, the laminated body 1 will be obtained. The firing temperature is, for example, about 1100 ° C. The firing time is, for example, about 2 hours.

次に、焼成して得られた積層体1の第1及び第2の側面1a,1bに、銀を主成分とする導電ペーストを印刷した後に所定温度(例えば、700℃程度)にて焼き付け、第1の外部電極23を形成する。第1の外部電極23を形成するための導電ペーストとしては、銀を主成分とするもの以外に、金(Ag)を主成分とするものや、銅を主成分とするもの等を用いることができる。第1の外部電極23の形成方法としては、焼き付けに替えて、スパッタリング法や無電解めっき法等を用いることができる。   Next, after printing a conductive paste mainly composed of silver on the first and second side surfaces 1a and 1b of the laminate 1 obtained by firing, baking is performed at a predetermined temperature (for example, about 700 ° C.), A first external electrode 23 is formed. As the conductive paste for forming the first external electrode 23, a paste containing gold (Ag) as a main component, a paste containing copper as a main component, or the like is used in addition to a paste containing silver as a main component. it can. As a method of forming the first external electrode 23, a sputtering method, an electroless plating method, or the like can be used instead of baking.

次に、用意した第2の外部電極25を半田付けにより、第1の外部電極23に接続する。第2の外部電極25は、例えば、ベリリウム銅からなる板材をクランク形状に加工し、NiめっきとSnめっきとを施すことにより得ることができる。第2の外部電極25と第1の外部電極23との接続方法は、上述したスポット溶接に替えて、スポット溶接、ロウ付け、導電性接着剤による接着等を用いることができる。   Next, the prepared second external electrode 25 is connected to the first external electrode 23 by soldering. The second external electrode 25 can be obtained, for example, by processing a plate material made of beryllium copper into a crank shape and performing Ni plating and Sn plating. As a method of connecting the second external electrode 25 and the first external electrode 23, spot welding, brazing, adhesion with a conductive adhesive, or the like can be used instead of the spot welding described above.

次に、分極処理(例えば、温度120℃の環境下で、強度が2kV/mmになるように3分間にわたって電界を印加する)を施し、積層型圧電素子PEを得る。   Next, polarization processing (for example, applying an electric field for 3 minutes so that intensity | strength will be 2 kV / mm in the environment of temperature 120 degreeC) is given, and the lamination type piezoelectric element PE is obtained.

以上のように、本実施形態においては、第2の外部電極25が第1の部分25aと第2の部分25bとを有すると共に積層方向において不連続に電気的且つ機械的に第1の外部電極23に接続されているので、外部電極全体が積層体1の積層方向に伸びるものに比して、積層型圧電素子PEの積層方向への変位を阻害するのを抑制できる。また、積層型圧電素子PEを長期間にわたり連続して駆動した場合でも、第2の外部電極25が断線するのを抑制でき、信頼性が向上する。   As described above, in the present embodiment, the second external electrode 25 includes the first portion 25a and the second portion 25b, and the first external electrode is discontinuously electrically and mechanically in the stacking direction. 23, the displacement of the multilayer piezoelectric element PE in the stacking direction can be suppressed from being inhibited as compared with the case where the entire external electrode extends in the stacking direction of the stacked body 1. Further, even when the multilayer piezoelectric element PE is continuously driven for a long period of time, it is possible to suppress the disconnection of the second external electrode 25, and the reliability is improved.

また、積層体1の側面に設けられる第1の外部電極23に断線が生じた場合でも、上述したように第2の外部電極25が接続されているので、内部電極11,13への導通路が確保されることとなる。このため、積層型圧電素子PEは、圧電素子としての機能が損なわれることはない。   Further, even when the first external electrode 23 provided on the side surface of the laminate 1 is disconnected, the second external electrode 25 is connected as described above, so that the conduction path to the internal electrodes 11 and 13 is achieved. Will be secured. For this reason, the multilayer piezoelectric element PE does not lose its function as a piezoelectric element.

また、第2の外部電極25が、第1の部分25aと第2の部分25bとを有するといった極めて簡易な構成となるため、メッシュ部材あるいはコイル状弾性部材といった特殊形状の部材を用意する必要がない。この結果、低コスト化及び小型化を図ることができると共に、第1の外部電極23を通して内部電極11,13との電気的な接続を容易に行うことができる。   Further, since the second external electrode 25 has a very simple configuration such as having the first portion 25a and the second portion 25b, it is necessary to prepare a specially shaped member such as a mesh member or a coiled elastic member. Absent. As a result, cost reduction and size reduction can be achieved, and electrical connection with the internal electrodes 11 and 13 can be easily performed through the first external electrode 23.

また、第2の外部電極25が平板状であるので、より一層の小型化を図ることができる。   Further, since the second external electrode 25 has a flat plate shape, further miniaturization can be achieved.

第1の外部電極23と第2の外部電極25とが接続される箇所Wの間隔は、圧電体層3,5の5、6層分(400〜600μm)に設定することが好ましい。箇所Wの間隔が上記設定した値よりも狭い場合には、積層方向への変位の阻害を抑制する効果が薄れることとなる。箇所Wの間隔が上記設定した値よりも広い場合には、第1の外部電極23に断線が生じた場合、内部電極11,13が多くなるため、内部電極11,13への導通路を確保し難くなる。これらのことから、箇所Wの間隔は圧電体層3,5の5、6層分(400〜600μm)に設定することが好ましい。   It is preferable that the interval between the locations W where the first external electrode 23 and the second external electrode 25 are connected is set to 5 or 6 layers (400 to 600 μm) of the piezoelectric layers 3 and 5. When the interval between the locations W is narrower than the set value, the effect of suppressing the inhibition of the displacement in the stacking direction is diminished. In the case where the interval between the locations W is wider than the set value, the internal electrodes 11 and 13 increase when the first external electrode 23 is disconnected, so that a conduction path to the internal electrodes 11 and 13 is secured. It becomes difficult to do. For these reasons, it is preferable to set the interval W between the piezoelectric layers 3 and 5 for 5 and 6 layers (400 to 600 μm).

以上、本発明者らによってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。積層体1の形状は、多角柱形状に限られることなく、円柱形状であってもよい。積層体1において、外部電極21を設ける側面は、互いに対向するように位置する2つの側面に限られることなく、隣り合う2つの側面であってもよい。また、積層体1が円柱形状である場合には、外部電極21は、互いに接触しない位置であれば、側面の任意の領域に設けられることとなる。   As mentioned above, although the invention made by the present inventors has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. The shape of the laminated body 1 is not limited to a polygonal column shape, and may be a cylindrical shape. In the laminate 1, the side surface on which the external electrode 21 is provided is not limited to the two side surfaces positioned so as to face each other, and may be two adjacent side surfaces. Moreover, when the laminated body 1 is cylindrical, the external electrode 21 will be provided in the arbitrary area | region of a side surface, if it is a position which does not contact mutually.

第2の外部電極25の形状は、上述したクランク形状に限られることなく、図4及び図5に示されるように、ジグザク形状や蛇行形状であってもよい。第2の外部電極25がジグザク形状及び蛇行形状である場合、第1の部分25aは積層方向と交差する方向に伸びることとなる。第2の外部電極25は、第1の外部電極23に接続できるのであれば、波打っていてもよい。   The shape of the second external electrode 25 is not limited to the crank shape described above, and may be a zigzag shape or a meandering shape as shown in FIGS. When the second external electrode 25 has a zigzag shape and a meandering shape, the first portion 25a extends in a direction crossing the stacking direction. The second external electrode 25 may be wavy as long as it can be connected to the first external electrode 23.

第1の内部電極11は、第2の側面1bに設けられる外部電極21と電気的に絶縁されるのであれば、第2の側面1bに露出してもよい。また、第2の内部電極13も同様に、第1の側面1aに設けられる外部電極21と電気的に絶縁されるのであれば、第1の側面1aに露出してもよい。   The first internal electrode 11 may be exposed on the second side surface 1b as long as it is electrically insulated from the external electrode 21 provided on the second side surface 1b. Similarly, the second internal electrode 13 may be exposed to the first side face 1a as long as it is electrically insulated from the external electrode 21 provided on the first side face 1a.

本実施形態において、外部電極21は第1の外部電極23と第2の外部電極25とを含んで構成されているが、第1の外部電極23を省略し、第2の外部電極25のみで構成されてもよい。この場合、第1の外部電極23と第2の外部電極25とを含んで構成されるものに比して、積層方向への変位を阻害するのを抑制する効果が薄れるものの、外部電極全体が積層体の積層方向に伸びるものに比べれば、上記抑制効果を有する。   In the present embodiment, the external electrode 21 includes the first external electrode 23 and the second external electrode 25, but the first external electrode 23 is omitted and only the second external electrode 25 is used. It may be configured. In this case, the effect of suppressing the displacement in the stacking direction is less than that of the configuration including the first external electrode 23 and the second external electrode 25, but the entire external electrode is Compared to those extending in the stacking direction of the stacked body, the above-described suppressing effect is obtained.

本実施形態に係る積層型圧電素子を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the lamination type piezoelectric element which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る積層型圧電素子の断面構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the cross-sectional structure of the laminated piezoelectric element which concerns on this embodiment. 第1の外部電極と第2の外部電極との接続関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the connection relation of a 1st external electrode and a 2nd external electrode. 本実施形態に係る積層型圧電素子の一変形例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the modification of the lamination type piezoelectric element which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る積層型圧電素子の一変形例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the modification of the lamination type piezoelectric element which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…積層体、1a…第1の側面、1b…第2の側面、3,5…圧電体層、11…第1の内部電極、13…第2の内部電極、21…外部電極、23…第1の外部電極、25…第2の外部電極、25a…第1の部分、25b…第2の部分、PE…積層型圧電素子、W…第1の外部電極と第2の外部電極とが接続される箇所。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laminated body, 1a ... 1st side surface, 1b ... 2nd side surface, 3,5 ... Piezoelectric layer, 11 ... 1st internal electrode, 13 ... 2nd internal electrode, 21 ... External electrode, 23 ... 1st external electrode, 25 ... 2nd external electrode, 25a ... 1st part, 25b ... 2nd part, PE ... Laminated piezoelectric element, W ... 1st external electrode and 2nd external electrode Location to be connected.

Claims (5)

複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、且つ、前記内部電極を交互に電気的に接続する複数の外部電極と、を備えており、
前記外部電極は、
前記積層体の積層方向において不連続に配置される第1の部分と、
前記積層方向と交差する方向に伸び、且つ、前記第1の部分同士をつなぐ第2の部分と、を有することを特徴とする積層型圧電素子。
A laminate formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes;
A plurality of external electrodes provided on a side surface of the laminate and alternately electrically connecting the internal electrodes;
The external electrode is
A first portion disposed discontinuously in the stacking direction of the stacked body;
A laminated piezoelectric element comprising: a second portion extending in a direction intersecting with the lamination direction and connecting the first portions.
前記外部電極は、平板状であることを特徴とする請求項1に記載の積層型圧電素子。   The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the external electrode has a flat plate shape. 複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、且つ、前記内部電極を交互に電気的に接続する複数の第1の外部電極と、
前記第1の外部電極に重なるようにそれぞれ配置され、前記積層体の積層方向において不連続に電気的且つ機械的に前記第1の外部電極に接続されている複数の第2の外部電極と、を備えており、
前記第2の外部電極は、
前記積層方向において不連続に配置される第1の部分と、
前記積層方向と交差する方向に伸び、且つ、前記第1の部分同士をつなぐ第2の部分と、を有することを特徴とする積層型圧電素子。
A laminate formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes;
A plurality of first external electrodes provided on a side surface of the stacked body and alternately electrically connecting the internal electrodes;
A plurality of second external electrodes that are respectively disposed so as to overlap the first external electrodes and are electrically and mechanically connected to the first external electrodes discontinuously in the stacking direction of the stacked body; With
The second external electrode is
A first portion disposed discontinuously in the stacking direction;
A laminated piezoelectric element comprising: a second portion extending in a direction intersecting with the laminating direction and connecting the first portions.
前記第2の外部電極は、平板状であることを特徴とする請求項3に記載の積層型圧電素子。   The multilayer piezoelectric element according to claim 3, wherein the second external electrode has a flat plate shape. 前記第1の部分は、前記積層方向に伸びていることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の積層型圧電素子。   The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the first portion extends in the stacking direction.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010034271A (en) * 2008-07-29 2010-02-12 Kyocera Corp Stacked piezoelectric device, injection device using this, and fuel injection system
WO2024080279A1 (en) * 2022-10-14 2024-04-18 京セラ株式会社 Piezoelectric element

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