JP2013533616A - 圧電積層部品，及び圧電積層部品の外部電極を形成する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は，圧電積層部品（１）に関するものである。本発明の圧電積層部品（１）では，少なくとも１個の外部電極（６，６ａ，６ｂ）が，圧電層（３）及びこれら圧電層（３）の間に配置した電極層（４）で構成した積層体（２）に固定されている。外部電極（６，６ａ，６ｂ）における少なくとも１つの領域（８）は，積層体（２）を越えて突出し，またこの領域（８）の外部電極（６，６ａ，６ｂ）は，少なくとも部分的にプレス成形されている。更に，本発明は，圧電積層部品（１）の外部電極（６，６ａ，６ｂ）を形成する方法にも関するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は，圧電層及びこれら圧電層の間に配置した電極層で構成した積層体を備える圧電積層部品に関するものである。電極層に電気的に接触するため，積層体の外側に外部電極を固定することができる。

このような圧電積層部品は，例えば圧電アクチュエータとして構成することができ，例えば車両におけるインジェクション・バルブの作動に使用される。

特許文献１（国際公開第０１９１１９９号明細書）には，外部電極を固定した積層体を備える圧電積層部品が記載されている。

国際公開第０１９１１９９号明細書

本発明の課題は，電気的接触を可能な限り簡単かつ安価に実現する外部電極を提供することにある。

本発明は，圧電層及びこれら圧電層の間に配置した電極層で構成した積層体を備える圧電積層部品を提供するものである。本発明に係る圧電積層部品は，少なくとも１個の外部電極を備える。

好適には，圧電積層部品は，少なくとも２個の外部電極を備える。これら外部電極は，例えば圧電積層部品における異なる側面に配置することができる。電極層は，積層方向に見て，例えば外部電極の一方に交互にガイドしてこの外部電極に電気的に接続すると共に，他方の外部電極に対しては離間する構成とすることができる。これにより電極層が，積層方向に沿い，外部電極の１個によって交互かつ電気的に接触可能となる。

外部電極は第１及び第２領域を有し，第１領域は積層体に固定され，第２領域は，例えば積層方向に積層体を越えて突出している。この場合に第２領域は，第１領域の延長部分を構成するものである。好適には，第１及び第２領域は一体的に構成され，例えば同一材料を含有する。

積層体の側面にはベースメタライズ層を形成することができ，このベースメタライズ層は，例えば銀・パラジウム又は銅を含有し，かつ積層体内に配置した電極層に接触するものである。

外部電極の第１領域は，積層体，好適には，ベースメタライズ層に固定され，この固定においては，例えば半田材料又は導電接着剤が使用される。

更に外部電極の第２領域は，少なくとも部分的にプレス成形されている。外部電極における第２領域のプレス成形は，例えばクリンピングによって行うことができるが，他の塑性変形加工によっても実現することができる。このような加工において，外部電極の形状安定的な成形が達成される。プレス成形は，既に積層体に固定した外部電極に行うことができる。このことは，外部電極を特に簡単に形成可能とするものである。代案として，このプレス成形のステップは，外部電極を積層体に固定する前に実施してもよい。

外部電極の第２領域には，例えば端子を取り付けることができる。この端子の取り付けは，接続ワイヤなどの接続素子を半田付け又は溶接することによって，外部電極の第２領域で行うことができる。外部電極の第２領域は，圧電層及びこれら圧電層の間に配置した電極層で構成した積層体を越えて突出しているため，各層に損傷をもたらし得る更なる半田付けや溶接処理が，圧電層及び電極層で構成した積層体表面において回避可能となる。

積層体を越えて突出している外部電極の第２領域は，プレス成形によって，端子における個別の形状及び機械的要求に適合させることができる。この目的のため，プレス成形においては，例えばプレス工具のプレス力及びプレス箇所を適切に選択することが可能である。例えば単一の加工工程によって，外部電極の幅及び厚さを組み込みスペースに適合させることができる。多くの場合，例えばスペース制約上の理由から，可能な限り細長く，密着的，かつスペース節約的な外部接点が有利である。

好適には，外部電極の第１及び第２領域は，共通の導電要素で構成されている。この導電要素は，例えば一体とすることが可能であり，好適には平坦に形成されている。

この導電要素は，例えばその第１及び第２領域の初期形状では同一の外形を有し，後発的なステップにおいて，第２領域がプレス成形されるものである。外部電極の第１及び第２領域が共通の導電要素で構成されることによって，例えば外部電極の製造工程が簡素化される。なぜなら，積層体を越えて突出している第２領域を，溶接又は半田付け処理によって，第１領域に接続する必要がないからである。

例えば，外部電極は，少なくとも部分的に平坦に形成されている。好適には，外部電極の第１領域は，その全体に亘って平坦に形成されている。好適には，平坦に形成された領域において，外部電極の厚さは，外部電極の幅よりも大幅に小さいものとする。好適には，外部電極の平坦に形成された領域はほぼ平面内で延在し，この平面は，以下において外部電極の主平面と称するものである。好適には，外部電極の第１領域は，主平面内で延在する。

一実施形態において，主平面を有する外部電極の第１領域は，積層体に配置され，好適には，積層体を覆うよう配置されている。外部電極の第１領域は，例えば半田材料によって，その全面を積層体に固定することができる。即ち，外部電極の第１領域における部分領域は全て，例えば積層体のベースメタライズ層において，積層体に直接固定されている。

一実施形態において，外部電極の第１領域は，積層体における側面の大部分に亘って延在している。この場合，外部電極における第１領域の幅は，例えば積層体の側面にほぼ対応する幅とすることが可能である。好適には，外部電極における第１領域の幅は，積層体における側面幅の少なくとも半分とする。

他の一実施形態において，外部電極の第２領域では，少なくとも１つの部分面が主平面に対して傾斜している。好適には，この傾斜は，一方で主平面を有する外部電極の第１領域が積層体を覆うよう配置され，他方で第２領域がプレス工具によって成形されていることによって実現するものである。

例えば，外部電極の第２領域では，外部電極における２つ以上の部分面が互いに当接している。外部電極の第２領域は，その初期状態においては例えば平坦に形成されているため，初期状態の部分面は例えば同一平面内に位置している。即ち，外部電極の第２領域は，プレス成形によって２つ以上の部分面が互いに接触するよう成形可能である。特に，外部電極における２つ以上の部分面は，２つの導電領域が電気的に直接接触するよう当接させることができる。

好適には，互いに当接している部分面には絶縁コーティングが施されない。これにより，信頼性の高い電気的接触が有利に実現される。このような電気的接触は，外部電極におけるクラックなどによって部分面が損傷した場合であっても，保証されるものである。

更に，外部電極の第２領域は，少なくとも部分的に折り曲げ可能とされている。外部電極の第２領域は，例えばその中央部がプレス成形によって折り曲げられ，その際に２つの部分面が互いに押圧されることにより，これら部分面による安定結合が生ずるものである。このように，例えばクリンピング工具を使用して外部電極の第２領域をプレス成形することによって，外部電極の第２領域で少なくとも部分的な折り曲げを生じさせることができる。

一実施形態において，外部電極はメッシュとして形成されている。このメッシュは，互いに絡み合うワイヤを有する。これらワイヤは，鋼，銅又は鉄・ニッケル合金などの材料を含有することができる。代替的には，ワイヤは他の材料を含有することもできる。

メッシュは，例えばベースメタライズ層に少なくともスポット状に固定可能であり，このベースメタライズ層は積層体の側面に形成されると共に，積層体内に配置した電極層に接触するものである。スポット状の接点の間には，膨張可能領域を形成することができる。これにより，圧電層内の機械的応力によって生じ得る外部電極のクラックが防止される。

一実施形態において，ワイヤの少なくとも１本は，第１領域から第２領域に通じている。ワイヤは，例えば第１セグメント及び第２セグメントを有し，このうち第１セグメントは積層体に配置され，第２セグメントは積層体を越えて突出している。

一実施形態において，第２領域では，少なくとも１本のワイヤが少なくとも２つのワイヤセグメントを有し，この場合にワイヤにおける第１ワイヤセグメントの厚さは，第２セグメントの厚さとは異なっている。例えば，外部電極の第２領域に対する少なくとも部分的なプレス成形によって，少なくとも１本のワイヤにおける１つ以上のワイヤセグメントの厚さを異ならせることが可能である。プレス成形したワイヤの厚さは，プレス力を適切に加減することによって，所望の値に調整することができる。

代案として，外部電極は金属シート（板）として形成してもよい。金属シートを例えば有孔とすることにより，膨張性を高めることが可能となる。その結果，例えば外部電極におけるクラック発生を防止することができる。

一実施形態において，外部電極の第２領域は少なくとも１つの部分領域を有し，この部分領域における外部電極の幅は，第１領域における外部電極の幅よりも小さい。この場合に「幅」とは，好適には積層方向に直交する方向への外部電極の広がりを指すものであり，また積層体の側面に平行な方向とは，外部電極の第１領域が配置されている方向のことを指すものである。

好適には，第１領域よりも幅の小さい外部電極の第２領域は，例えばクリンピングによるプレス成形によって実現することができる。これにより，例えば積層体を越えて突出している外部電極の第２領域を細長形状とすることが可能となる。このことは，スペース上の制約がある場合に有利である。

他の一実施形態において，外部電極の第２領域は少なくとも１つの部分領域を有し，この部分領域における外部電極の厚さは，外部電極の第１領域における厚さよりも大きい。この場合に外部電極の「厚さ」とは，外部電極の第１領域が配置されている積層体側面に直交する，外部電極における部分面の広がりとして理解されるものである。

例えば，クリンピング工具を使用して外部電極の第２領域を「折り返す」ことによって，外部電極における第２領域の幅を第１領域の幅よりも小さくし，かつ厚さもより大きくなるようプレス成形が可能となる。「折り返す」とは，例えば外部電極の第２領域が，その中央部において積層方向に延在する折り曲げ線に沿い，折り曲げることを意味するものである。

積層体を越えて突出している第２領域には，電圧供給のための端子が，例えば半田付け又は溶接によって，固定可能とされている。これにより，圧電積層部品を損傷し得る積層体表面近傍での半田付け及び溶接が回避される。

更に，本発明は，圧電積層部品の外部電極を形成する方法にも関するものである。

この方法においては先ず，圧電層及びこれら圧電層の間に配置した電極層で構成した積層体を準備する。積層体の側面にはベースメタライズ層が形成可能であり，このベースメタライズ層の形成は，例えば銀・パラジウムペースト又は銅含有ペーストを側面に塗布し，その後焼き付けることによってなされるものである。

本発明の方法においては更に，第１及び第２領域を有する導電要素を準備する。この導電要素の第１領域は，第２領域が積層体を越えて突出するよう，例えばベースメタライズ層が形成されている積層体側面に配置するものである。導電要素の第１領域は，例えば半田材料を使用することによって，積層体，好適には，積層体のベースメタライズ層に固定する。

その後，導電要素の第２領域をプレス成形する。この目的のため，好適には，プレス部分を有するプレス工具（例えばクリンピング工具）を導電要素の第２領域における２つの異なる側面に配置した後，プレスする。これにより，導電要素から圧電積層部品の外部電極が形成される。このプレス成形によって，圧電積層部品において形成した外部電極の外形は，導電要素の初期形状とは異なっている。

プレス成形によって，例えば外部電極の第２領域における厚さ及び幅を，第１領域における厚さ及び幅と異ならせることが可能である。外部電極の第２領域における形状は，圧電積層部品の要求に応じて任意に適合させ，これによって，例えば外部電極への端子の取り付けを容易にすることができる。

以下，本発明に係る圧電積層部品及びその好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

外部電極を備える圧電積層部品を示す斜視図である。 外部電極を備える圧電積層部品を示す断面図である。 外部電極を備える圧電積層部品の側面を示す平面図である。 圧電積層部品における外部電極を形成する方法のステップを示す説明図である。 圧電積層部品における外部電極を形成する方法のステップを示す説明図である。 圧電積層部品における外部電極を形成する方法のステップを示す説明図である。

図１は，外部電極６を備える圧電積層部品１を示し，この場合の外部電極６は，その第２領域８において少なくとも部分的にプレス成形されている。

圧電積層部品１は，圧電層３とこれら圧電層３の間で積層方向１４に積み重ねて配置した電極層４とで構成した積層体２を備える。積層方向１４は，積層体２の長手方向軸線に対応するものである。圧電層３及び電極層４は共に焼結され，一体的な焼結体を構成している。

電極層４は，積層方向に沿い，積層体２における外側の一方に交互に到達し，対面する外側に対しては離間している。電極層４に接触するため，外部電極６の第１領域７が，積層体２の外側に固定されている。外部電極６は，第１領域７においては平坦，即ち平たく形成され，広い平面範囲に亘って延在している。この平面範囲は，外部電極の主平面１５と称することもできる。第１領域７は，積層体２の側面の大部分を覆うものである。外部電極６は主平面１５と共に，積層体２を覆うよう配置され，かつその全面に亘って積層体２に接続されている。

図１の実施形態において，外部電極６は，ワイヤメッシュとして形成されている。このワイヤメッシュはワイヤ２０を有し，これらワイヤ２０は互いに絡み合い，例えば鋼，銅又は鉄・ニッケル合金で構成されている。

外部電極６の第２領域８は，積層方向１４に積層体２を越えて突出している。第２領域８の外部電極６は，部分面９ａ，９ｂを有し，これら部分面９ａ，９ｂは，主平面１５に対して傾斜するものである。これら２つの部分面９ａ，９ｂは，第２領域８において互いに当接している。代替的には，第２領域８の外部電極６は，プレス成形した他の形状としてもよい。

同様に，積層体２において対面する外側には，プレス成形した更なる外部電極が固定されている（図示せず）。

図２は，図１に係る圧電積層部品１の断面を，圧電層３が見える平面図で示している。圧電層３及び電極層４で構成した積層体２は，互いに対面する２つの不活性ゾーン５ａ，５ｂを有する。不活性ゾーン５ａ，５ｂ内においては，積層方向１４に見て，互いに隣接し，かつ異極性を有する電極層４がオーバーラップしていない。不活性ゾーン５ａ，５ｂに隣接している，積層体２の互いに対面する外側２ａ，２ｂには，ベースメタライズ層１０が形成されている。このベースメタライズ層１０は，好適には，積層体２の外側の部分領域に銀・パラジウムペースト又は銅含有ペーストを塗布し，積層体の焼結に際して焼き付けるものである。外部電極６ａ，６ｂは，半田層１１によって，ベースメタライズ層１０に固定されている。

外部電極６の第２領域８を，例えばクリンピング工具を使用してプレス成形することによって，プレス成形後の外部電極６は，その第１領域７の厚さ１８が第２領域８の厚さ１９とは異なっている。外部電極６は特に，第２領域８よりも第１領域７においてより小さな厚さを示す。外部電極６の第２領域８をプレス成形することによって，この外部電極６の第２領域８における形状を，端子１２における個別の形状要求に適合させることが可能となる。

図３は，図１に係る圧電積層部品１の側面を平面図で示している。この場合の圧電積層部品１は，図１に示す圧電積層部品１とは異なり，積層方向１４に対して１８０°回転させた状態にある。外部電極６の第１領域７は，平坦に形成されていると共に主平面１５を有し，この主平面１５において，例えば半田付けによって，積層体２に固定されている。

プレス成形によって，外部電極６は，その第２領域８の幅１７が第１領域７の幅１６とは異なっている。第２領域８の外部電極６をより細長形状とすることによって，例えば端子１２の取り付けが容易になり，又は外部電極６をその組み込みスペースに適合させることが可能となる。

上述したような端子１２は電圧供給機能を有し，半田付け又は溶接によって，外部電極６の第２領域８に取り付けられている。このように端子１２を外部電極６の第２領域８に固定することによって，例えば積層体２の損傷につながり得る，積層体２表面での半田付けや溶接処理を回避又は制限することができる。

図４Ａ〜図４Ｃは，圧電積層部品における外部電極を形成する方法のステップを示している。

図４Ａは，圧電層３及びこれら圧電層３の間に配置した電極層（ここでは図示せず）で構成した積層体２を示している。この積層体２には，第１領域７及び第２領域８を有する導電要素９が配置かつ固定される。

第２領域８は，第１領域７の延長部分である。導電要素９は平坦，即ち平たく形成され，広い平面範囲に亘って延在している。第１領域７の平坦に形成した範囲は，導電要素９の主平面１５と称する。

導電要素９の積層体２への配置において，主平面１５を有する第１領域７は，全面的に積層体２に当接させ，第２領域８は，積層方向１４に積層体２を越えて突出させる。導電要素９はその後，例えば半田付けによって，主平面１５を有する第１領域７を積層体２に固定する。

図４Ｂは，積層体２及びこの積層体２に固定した後の導電要素９を示すと共に，プレス工具１３による，導電要素９における第２領域８の一部に対するプレス成形のステップを示している。この場合，プレス部分を有するプレス工具１３を導電要素９における２つの異なる側面に配置した後，プレスする。プレス工具１３としては，例えばクリンピング工具が使用可能である。

図４Ｃは，プレス成形のステップ後の導電要素９を示している。積層体２に固定され，かつ第２領域８で少なくとも部分的にプレス成形された導電要素９によって，外部電極６が形成されている。

本発明は，上述した実施形態に基づく記載によって限定されるものではなく，特に，特許請求の範囲に記載した特徴による任意の組み合わせを含むものである。このことは，仮にこれら特徴又は組み合わせが特許請求の範囲又は実施形態に明示されていなくても適用されるものとする。

１ 圧電積層部品
２ 積層体
２ａ，２ｂ 外側
３ 圧電層
４ 電極層
５ａ，５ｂ 不活性ゾーン
６，６ａ，６ｂ 外部電極
７ 第１領域
８ 第２領域
９ 導電要素
９ａ 第１部分面
９ｂ 第２部分面
１０ ベースメタライズ層
１１ 半田層
１２ 端子
１３ プレス工具
１４ 積層方向
１５ 主平面
１６ 第１領域の幅
１７ 第２領域の幅
１８ 第１領域の厚さ
１９ 第２領域の厚さ
２０ ワイヤ

Claims (15)

1. 圧電層（３）及び該圧電層（３）の間に配置した電極層（４）で構成した積層体（２）と，
   前記積層体（２）に固定されている第１領域（７）及び前記積層体（２）を越えて突出している第２領域（８）を有する，少なくとも１個の外部電極（６，６ａ，６ｂ）と，を備え，
   前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）は，前記第２領域（８）において，少なくとも部分的にプレス成形されている圧電積層部品（１）。
2. 請求項１に記載の圧電積層部品であって，前記第１及び第２領域（７，８）は，共通の導電要素（９）で構成されている圧電積層部品。
3. 請求項１又は２に記載の圧電積層部品であって，前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）は，少なくとも部分的に平坦に形成され，かつ主平面（１５）を有している圧電積層部品。
4. 請求項３に記載の圧電積層部品であって，前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）は，前記主平面（１５）を有する第１領域（７）において，積層体（２）に配置されている圧電積層部品。
5. 請求項３又は４に記載の圧電積層部品であって，前記第２領域（８）では，前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）の部分面（９ａ，９ｂ）の少なくとも１つが，前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）の前記主平面（１５）に対して傾斜している圧電積層部品。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の圧電積層部品であって，前記第２領域（８）では，前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）の少なくとも２つの前記部分面（６，６ａ，６ｂ）が互いに当接している圧電積層部品。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の圧電積層部品であって，前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）は，前記第２領域（８）において，少なくとも部分的に折り曲げられている圧電積層部品。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の圧電積層部品であって，前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）はメッシュとして形成され，該メッシュは，互いに絡み合うワイヤ（２０）を有している圧電積層部品
9. 請求項８に記載の圧電積層部品であって，前記ワイヤ（２０）の少なくとも１本は，前記第１領域（７）から前記第２領域（８）に通じている圧電積層部品。
10. 請求項８又は９に記載の圧電積層部品であって，前記第２領域（８）では，前記ワイヤ（２０）の少なくとも１本が少なくとも２つのワイヤセグメントを有し，前記ワイヤ（２０）の第１セグメントは，第２セグメントとは異なる厚さを有している圧電積層部品。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の圧電積層部品であって，前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）は，前記第２領域（８）において，少なくとも１つの部分領域を有し，該部分領域における前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）の幅（１７）は，前記第１領域（７）における前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）の幅（１６）よりも小さい圧電積層部品。
12. 請求項１〜１１の何れか一項に記載の圧電積層部品であって，前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）は，前記第２領域（８）において，少なくとも１つの部分領域を有し，該部分領域における前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）の厚さ（１９）は，前記第１領域（７）における前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）の厚さ（１８）よりも大きい圧電積層部品。
13. 請求項１〜１２の何れか一項に記載の圧電積層部品であって，該圧電積層部品（１）は，前記外部電極（６，６ａ，６ｂ）の前記第２領域（８）に固定されている端子（１２）を備えている圧電積層部品。
14. 圧電積層部品（１）の外部電極（６，６ａ，６ｂ）を形成する方法であって，
    Ａ）圧電層（３）及び該圧電層（３）の間に配置した電極層（４）で構成した積層体（２）を準備するステップと，
    Ｂ）第１領域（７）及び第２領域（８）を有する導電要素（９）を準備するステップと，
    Ｃ）前記第２領域（８）が前記積層体（２）を越えて突出するよう，前記導電要素（９）の前記第１領域（７）を前記積層体（２）に配置し，かつ固定するステップと，
    Ｄ）前記導電要素（９）の前記第２領域（８）をプレス成形するステップと，
    を有する方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって，前記ステップＤ）のプレス成形にクリンピング工具を使用する方法。

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