JP2820791B2 - Multilayer piezoelectric element and method of manufacturing the same - Google Patents

Multilayer piezoelectric element and method of manufacturing the same

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JP2820791B2 JP33408690A JP33408690A JP2820791B2 JP 2820791 B2 JP2820791 B2 JP 2820791B2 JP 33408690 A JP33408690 A JP 33408690A JP 33408690 A JP33408690 A JP 33408690A JP 2820791 B2 JP2820791 B2 JP 2820791B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本発明は電歪効果を利用した素子に係るものであり、
詳しくは圧電セラミックス等の圧電板と電極板とを積層
してなる積層型圧電素子ならびにその製造方法に関す
る。
The present invention relates to an element utilizing the electrostriction effect,
More specifically, the present invention relates to a laminated piezoelectric element formed by laminating a piezoelectric plate such as a piezoelectric ceramic and an electrode plate, and a method of manufacturing the same.

【従来の技術】[Prior art]

従来から、エレクトロメカニカル部品の駆動源として
積層型圧電アクチュエーターが知られている。 この圧電アクチュエーターとして用いる、電歪縦効果
を利用した素子の一種に、圧電セラミックスのグリーン
シートや圧電セラミックス板等電歪材料になる圧電板の
表面に金属電極面を形成して多数枚積層した後、焼結あ
るいは接着して一体化したものがある。このような圧電
板と電極板とを順次積層した積層型圧電素子をアクチュ
エーターとして駆動するには、各圧電体の間に介在する
電極板が一層おきに電気的に接続されている必要があ
る。 各電極板を接続するための素子の構成として、例え
ば、第3図に示すように、圧電素子3の断層面におい
て、電極板32の一端を圧電板31に比べて僅かに短く形成
したものがある。すなわち、平板状の圧電体の薄板表面
に形成する電極板を、薄板表面の一辺側だけは形成せず
に、また逆に、他方の一辺側は積層したときに素子の側
面に電極板の縁が露出するように電極板の形成面を薄板
の表面に対して小さく設けている。そして、電極板32が
一層おきに露出するように交互に積層し、素子側面に露
出した電極板を利用して一層おきに外部電極34a,34bで
並列に接続したものである。 また、素子の歪み特性上の改善から、第4図に示すよ
うに、圧電素子4が、圧電板の表面全面に電極板を形成
し、圧電板41と電極板42とが交互に積み重なるように順
次積層したものが知られている。この場合、電極板の縁
が素子の両側面で各層とも露出しているので、この電極
板42の縁部を一層おきに、両側面交互に絶縁物質43を塗
布し、その上に外部電極44a,44bを形成した素子構成と
なっている。(特公昭63−17354号)。
Conventionally, a laminated piezoelectric actuator has been known as a drive source for an electromechanical component. One type of element that uses the electrostriction longitudinal effect, which is used as this piezoelectric actuator, is to form a metal sheet on the surface of a piezoelectric plate that becomes an electrostrictive material such as a green sheet of a piezoelectric ceramic or a piezoelectric ceramics plate, and then stack a large number of them. , Sintering or bonding. In order to drive, as an actuator, a laminated piezoelectric element in which such a piezoelectric plate and an electrode plate are sequentially laminated, it is necessary to electrically connect every other electrode plate between the piezoelectric bodies. As a configuration of an element for connecting each electrode plate, for example, as shown in FIG. 3, one end of an electrode plate 32 is formed slightly shorter than the piezoelectric plate 31 on a tomographic plane of the piezoelectric element 3. is there. That is, the electrode plate formed on the thin plate surface of the flat piezoelectric body is not formed on only one side of the thin plate surface, and conversely, the other side is stacked on the side of the element when the other side is laminated. The surface on which the electrode plate is formed is provided to be smaller than the surface of the thin plate so that is exposed. The electrode plates 32 are alternately laminated so as to be exposed every other layer, and are connected in parallel by external electrodes 34a and 34b every other layer using the electrode plate exposed on the side surface of the element. In order to improve the distortion characteristics of the element, as shown in FIG. 4, the piezoelectric element 4 forms an electrode plate on the entire surface of the piezoelectric plate, and the piezoelectric plate 41 and the electrode plate 42 are alternately stacked. The thing laminated | stacked sequentially is known. In this case, since the edges of the electrode plate are exposed on both sides of the element in both layers, an insulating material 43 is applied alternately on both sides of the edge of the electrode plate 42, and the external electrodes 44a are formed thereon. , 44b are formed. (Japanese Patent Publication No. 63-17354).

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

これら従来の積層型圧電素子にあって、第3図に示し
たような、電極板を素子の両側面で一層おきに交互に露
出させた、すなわち、圧電板の表面より電極面を素子の
一側面側でその縁を若干短く形成したものにおいては、
外部電極の構成が極めて簡単で、電極板を容易に、一層
おきに交互に接続できるという利点があった。しかしな
がら、このような圧電素子をアクチュエーターとして駆
動させた場合、両外部電極付近の素子内部に圧電的に伸
縮しないような不変位部分が存在することとなり、この
不変位部分が歪みの発生を抑制すると同時に、応力の集
中から素子が破壊される原因となっていた。 そこで、第4図に示すような、圧電板の表面全面に内
部電極板を形成し、積層した素子の外部で交互に電気的
に接続する構造であれば、前述のような素子内部の不変
位部分の存在もなくなる。従って、歪みの発生が抑制さ
れることがなく応力の集中を防ぐことができるので、変
位量等の電気機械変換効率のよい素子を構成することが
できるのである。 反面、このような圧電板の表面全面に電極板を形成し
た素子には以下のような問題点があった。 通常、圧電素子を製造するには、概略、セラミックス
粉体を主成分とするスリップを成膜機で成膜後、スリッ
プ中の溶媒を乾燥して薄板状のグリーンシートをつく
り、このグリーンシートに電極面をスクリーン印刷して
電極板を作成する。そして、多数枚を積層圧着して成形
したものを焼結して素子を得る。このとき、グリーンシ
ートに印刷される電極面には、銀,パラジウム,白金な
どのペースト状インクを電極材料として用い、一枚の電
極板として作成するが、セラミックスとの密着が悪いた
めに、電極材料にあらかじめセラミックスとなじみのよ
い物質を混入させるなどして、電極材料とセラミックス
との密着強度の向上を図ることもあった。 しかしながら、電極材料に上記のような不純物を多く
混入させると電極板での内部抵抗の増加を招く一方、電
極材料の純度を上げると、圧電板の表面全面に電極面を
設けているので、密着強度が低く、長時間もしくは長期
の繰り返し印加や高電圧印加によって電極板と圧電板と
の剥離が生じるという問題点を有していた。 そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、圧電体内部に不変位部分がな
く、従って応力集中による素子の破壊も発生せず、しか
も、長時間の印加や長期の繰り返し印加、または、高電
圧印加による電極板と圧電板との剥離が生じることのな
い、改良された積層型圧電素子およびその製法を提供す
ことにある。
In these conventional laminated piezoelectric elements, as shown in FIG. 3, electrode plates are alternately exposed on both sides of the element, that is, the electrode surface is separated from the surface of the piezoelectric plate by one side of the element. In the one whose edge is formed slightly shorter on the side,
There is an advantage that the configuration of the external electrodes is extremely simple, and the electrode plates can be easily and alternately connected alternately. However, when such a piezoelectric element is driven as an actuator, there is a non-displacement part that does not expand and contract piezoelectrically inside the element near both external electrodes, and this non-displacement part suppresses the occurrence of distortion. At the same time, the element was destroyed due to the concentration of stress. Therefore, if the internal electrode plate is formed on the entire surface of the piezoelectric plate and electrically connected alternately outside the laminated device as shown in FIG. There are no parts. Therefore, since concentration of stress can be prevented without suppressing generation of distortion, an element having high electromechanical conversion efficiency such as displacement can be configured. On the other hand, such an element in which an electrode plate is formed on the entire surface of a piezoelectric plate has the following problems. Normally, in order to manufacture a piezoelectric element, roughly, a slip mainly composed of ceramic powder is formed by a film forming machine, and a solvent in the slip is dried to form a thin green sheet. An electrode plate is created by screen printing the electrode surface. Then, an element is obtained by sintering a product formed by laminating and pressing a large number of sheets. At this time, a paste-like ink such as silver, palladium, or platinum is used as an electrode material on the electrode surface printed on the green sheet to form a single electrode plate. In some cases, the adhesion strength between the electrode material and the ceramic is improved by, for example, mixing a material which is familiar with the ceramic into the material in advance. However, if a large amount of the above impurities are mixed in the electrode material, the internal resistance of the electrode plate is increased. On the other hand, if the purity of the electrode material is increased, the electrode surface is provided on the entire surface of the piezoelectric plate. The strength is low, and there has been a problem that the electrode plate and the piezoelectric plate are peeled off by repeated application or application of a high voltage for a long time or a long time. Therefore, the present invention has been made in view of the above problems,
The purpose is that there is no non-displacement part inside the piezoelectric body, so that the element does not break down due to stress concentration, and the electrode plate is applied for a long time, long-term repetition, or high voltage application. An object of the present invention is to provide an improved laminated piezoelectric element which does not cause separation from a piezoelectric plate and a method for producing the same.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

上記課題を解決するために本発明は、圧電板と電極板
とを交互に積層してなる積層型圧電素子であって、前記
電極板を複数の電極片を並置して構成し、互いの電極片
の間の間隙に充填された圧電電歪材により厚さ方向に隣
接する圧電板を相互に結合してなり、前記電極板の配置
パターンを、該電極板の上面側に露出した帯状の電極片
と電極板の下面側に露出した帯状の電極片とを、重合部
分を有して交互に配列されたパターンとしたものであ
る。 次に本発明の製造方法は、圧電板上に、帯状に複数の
電極片を形成する工程と、次いで、前記電極片の上から
圧電電歪材を塗布する工程と、さらに、前記圧電電歪材
と上から複数の電極片を形成する工程とからなることを
特徴とする先に記載の積層型圧電素子の製造である。 また、先に記載の製造方法において、前記圧電電歪材
の上から複数の電極片を形成する工程において複数の電
極片を備えた圧電板を前記圧電電歪材の上から重ね合わ
せることで圧電電歪材の上に複数の電極片を形成し、こ
の工程の後に積層された圧電板どうしを互いに接近する
方向に押圧して電極片どうしを結合することを特徴とす
るものでも良い。
In order to solve the above problems, the present invention is a laminated piezoelectric element in which a piezoelectric plate and an electrode plate are alternately laminated, wherein the electrode plate is configured by juxtaposing a plurality of electrode pieces, The piezoelectric plates adjacent in the thickness direction are mutually connected by the piezoelectric electrostrictive material filled in the gap between the pieces, and the arrangement pattern of the electrode plates is changed to a strip-shaped electrode exposed on the upper surface side of the electrode plates. The strips and the strip-shaped electrode strips exposed on the lower surface side of the electrode plate have a pattern in which they are alternately arranged with overlapping portions. Next, the manufacturing method of the present invention includes a step of forming a plurality of electrode pieces in a strip shape on a piezoelectric plate, a step of applying a piezoelectric electrostrictive material from above the electrode pieces, and a step of further applying the piezoelectric electrostrictive material. A method of manufacturing a laminated piezoelectric element as described above, comprising a material and a step of forming a plurality of electrode pieces from above. Further, in the manufacturing method described above, in the step of forming a plurality of electrode pieces from above the piezoelectric electrostrictive material, a piezoelectric plate having a plurality of electrode pieces is overlapped from above the piezoelectric electrostrictive material to form a piezoelectric element. A plurality of electrode pieces may be formed on the electrostrictive material, and after this step, the stacked piezoelectric plates may be pressed in a direction approaching each other to join the electrode pieces together.

【作用】[Action]

圧電板の表面に設けられる電極板は、平面的に分割さ
れたパターンの第1の電極片と、該第1の電極片に対し
て補完的なパターンに作成される第2の電極片とで形成
されるので、積層する上下の圧電板に対して電極の不在
部分がない一様な電極板となり、素子駆動時に電圧を印
加すると、各電極板の間には一様な電界が生ずる。ま
た、第1の電極層と第2の電極層との間に充填されて介
在する圧電電歪材からなる結合層は、各電極片の間隙に
入り込み、積層する上下の圧電体薄膜を一体的に強固に
結合する。
The electrode plate provided on the surface of the piezoelectric plate includes a first electrode piece having a pattern divided in a plane and a second electrode piece formed in a pattern complementary to the first electrode piece. Since the electrodes are formed, the upper and lower piezoelectric plates become a uniform electrode plate with no electrode absent. When a voltage is applied during element driving, a uniform electric field is generated between the electrode plates. Further, a coupling layer made of a piezoelectric electrostrictive material, which is filled and interposed between the first electrode layer and the second electrode layer, enters into the gap between the respective electrode pieces, and integrates the laminated upper and lower piezoelectric thin films. Tightly bound to

【実施例】【Example】

本発明の積層型圧電素子の製造方法、ならびに、それ
によって得られる積層型圧電素子の実施例について、第
1図および第2図を参照して説明する。 圧電素子1は、圧電セラミックスからなる圧電板11と
電極板12とが交互に、多層に積層された状態に形成され
ている。図面では誇張して示されているが、圧電板11
は、薄板もしくは薄膜に形成された方形状、あるいは、
図示しないが円形状のもので、該圧電板11の表面に電極
板12が設けられて多数枚積層されたものである。 まず、圧電板(圧電セラミックス)11は、Pb(Mg1/3N
b2/3)O3を主成分とするセラミックス粉体に溶媒、分散
剤、バインダ、可塑剤とを混合したスリップ(泥漿)を
積層コンデンサの製造に用いる成膜機により薄膜状に形
成する。そして、この薄膜中の溶媒を蒸発乾燥させてグ
リーンシートを得る。得られたグリーンシートは、所定
形状に成型されたものを圧電板11として用いる。次に、
この圧電板11の表面に電極板12を設ける。電極板12は、
電極材料として銀、パリジウム、白金などとガラスフリ
ットとを混合したペースト状インクが用いられ、スクリ
ーン印刷機により印刷作成する。 本発明では、電極板12の形成するにあたって、第2図
(b)に示すように、先に、第1の電極片121,…,を作
成する。第1の電極片121は、圧電板11表面に、ある一
辺に平行に、帯状に複数本設け、各帯状の電極片は互い
に間隙を有するようなパターンに作成する。第1の電極
片121,…,を作成した後、圧電板11と同質もしくは近質
の圧電セラミックスになるペースト状の圧電材もしくは
電歪材からなる圧電電歪材を、圧電板11の表面全体に、
第1の電極片121の上から塗布して結合層123を形成す
る。この結合層123は、当初は、圧電電歪材の焼成温度
で熱処理された電歪材または圧電材粉末とガラスフリッ
トとを混合した軟質のペースト状のものであり、圧電板
を積層圧着したときに幾分かの流動性を呈する充填材で
ある。 次に、第2図(a)に示されるように、この圧電電歪
材からなる結合層123の被膜の上に、第2の電極片122,
…,を第1の電極片121と同様にして印刷作成する。こ
のとき、第2の電極片122は、第1の電極片121の複数の
帯状パターンの間隙124上に補完的に形成する。すなわ
ち、圧電電歪材充填結合層123を中間に介して、第1の
電極片121の電極パターンと第2の電極片122の電極パタ
ーンとは、形成される電極板12の厚さ方向上下面から交
互に補完的に配列されているわけである。そして、積層
圧着したときに、前記圧電電歪材充填結合層123が流動
的に移行して、電極片121と122とで圧電板11の表現に対
して全面に、隙間なく電極が配置されたように構成され
る。 圧電板11の表面に第1の電極片121、第2の電極片122
を設けて電極板12を形成した後、この圧電板11を用途に
応じて所定枚数だけ多数枚積層し、熱プレスにより圧着
する。その後、この積層体を所定寸法に切断し、焼結す
る。焼結にあたっては、バインダ類の除去のための予焼
に次いで、本焼結を行う。 続いて、得られた積層体の外側面に外部電極14a,14b
を設ける。それには、該積層体の両側面に露出している
電極板12の縁に、作成される外部電極14a(14b)と電極
板12とを絶縁させるための絶縁帯13と、各電極板12の板
内ごとに電極片121,122の各パターンを接続し、かつ、
外部電極14a(14b)とその電極板12とを接続するための
導電帯15を設ける。この絶縁帯13と導電帯15とは、一層
おきに交互に、また、両側面では互い違いとなるように
設ける。続いて、絶縁帯13、導電帯15の上から両側面各
々、積層方向に外部電極14a,14bを作成する。絶縁帯1
3、導電帯15、または、外部電極14a,14bの絶縁材料や導
電材料の塗布にあたっては、電極板12と同様に、スクリ
ーン印刷等により行うことができる。 また、素子の分極処理は通常行われるように、電極板
12,…,に対して積層方向で交互に極性が異なるよう
に、外部電極14a,14bに各々異なる極性の電圧を印加す
ればよい。 このようにして、製造される本発明の圧電素子1は、
圧電板11上に電極板12が設けられて多数枚積層されてお
り、該電極板12は、各板内に第1の電極片121と第2の
電極片122とを有して構成されている。そして、各電極
片のパターンは補完的であって、第1の電極片121と第
2の電極片122とは、その間隙を充填する圧電電歪材充
填結合層123を介して配列されたものとなっている。 次に、以上のように構成される圧電素子1の作用につ
いて説明すると、圧電板11の表面上に設けられる電極板
12は、第1の電極片121と、第2の電極片122とで作成さ
れ、素子を駆動する際、電圧を印加したときには、一体
になる電極板と同様に、電極板12,12間には全体に一様
な電界を生ずる。すなわち第2図(b),(a)に示さ
れるように、電極板12を形成をするのに、第1の電極片
121を作成した後、第1の電極片121の上面から圧電板11
の全面に圧電電歪材充填結合層123を形成し、その後、
第2の電極片122を作成して圧電板を積層圧着するの
で、ペースト状の結合層123は、第1の電極片121の電極
パターンの間隙124と、第2の電極片の電極パターンの
間隙125に入り込む。しかも、印刷作成された電極片12
1,122が微かながら圧延されるので、積層する上下の圧
電板に対して電極の不在部分が発生せず、上述したよう
に一様な電極板になる。 さらに、圧電電歪材充填結合層123は、第1の電極片1
21の電極パターンと第2の電極片122の電極パターンと
に微かな重複部分が生じても、完全に分断されることが
なく、焼成された圧電素子1において、上下の圧電板1
1,11を一体的に強固に結合するのである。 以上は本発明のグリーンシート法による実施例である
が、次に、本発明の圧着接合法による実施例を第1図お
よび第2図を用いて説明する。 まず、焼成された圧電材または電歪材のブロックを研
磨して圧電板11を形成する。この圧電板11の表面にガラ
スフリットを添加したペースト状の電極材をスクリーン
印刷等の手段により印刷し、第1の電極片121を作成す
る。次に、ガラスフリットと電歪材または圧電材の焼成
温度で熱処理された電歪材、または、圧電材粉末の入っ
たペーストで圧電電歪材充填結合層123を形成する。さ
らに、第2の電極片122を前記電極材にて、第1の電極
片121を補完するパターンで作成する。その後、圧電板1
1を積層し、熱プレスにより圧着接合し、積層体を形成
する。続いて、上述のグリーンシート法と同様に絶縁帯
13と導電帯15、および、外部電極14a,14bとを作成す
る。 尚、本発明の実施例では、電極板12に設けられる電極
片121,122のパターンが図面上で各々2本帯状に示され
ているが、複数本、所望するだけ設けることも可能であ
り、また、パターン形状も多種のものが実施可能であ
る。さらに、実施例中の圧電板11の製造方法において
は、所謂グリーンシート法および圧着接合法によるもの
であるが、本発明の特徴から、他の接合法を用いるもの
としてもよい。そして、圧電板11には、履歴性のある電
歪材でも、履歴のない圧電材を用いてもよい。
Embodiments of a method for manufacturing a multilayer piezoelectric element of the present invention and a multilayer piezoelectric element obtained thereby will be described with reference to FIG. 1 and FIG. The piezoelectric element 1 is formed such that piezoelectric plates 11 made of piezoelectric ceramics and electrode plates 12 are alternately stacked in multiple layers. Although exaggerated in the drawing, the piezoelectric plate 11
Is a rectangular shape formed in a thin plate or thin film, or
Although not shown, it has a circular shape, in which a plurality of electrode plates 12 are provided on the surface of the piezoelectric plate 11 and stacked. First, the piezoelectric plate (piezoelectric ceramic) 11 is made of Pb (Mg 1/3 N
b 2/3 ) A slip formed by mixing a solvent, a dispersant, a binder, and a plasticizer with ceramic powder containing O 3 as a main component is formed into a thin film by a film forming machine used for manufacturing a multilayer capacitor. Then, the solvent in the thin film is evaporated and dried to obtain a green sheet. The obtained green sheet molded into a predetermined shape is used as the piezoelectric plate 11. next,
An electrode plate 12 is provided on the surface of the piezoelectric plate 11. The electrode plate 12
As a material for the electrode, a paste-like ink obtained by mixing a glass frit with silver, paridium, platinum, or the like is used, and printed by a screen printing machine. In the present invention, when forming the electrode plate 12, first electrode pieces 121,... Are first formed as shown in FIG. 2 (b). A plurality of first electrode pieces 121 are provided in a band shape on the surface of the piezoelectric plate 11 in parallel to a certain side, and each band-shaped electrode piece is formed in a pattern having a gap between each other. After the first electrode pieces 121,... Are formed, a piezoelectric electrostrictive material made of a paste-like piezoelectric material or an electrostrictive material, which becomes the same or near quality piezoelectric ceramics as the piezoelectric plate 11, is applied to the entire surface of the piezoelectric plate 11. To
The bonding layer 123 is formed by being applied from above the first electrode piece 121. The bonding layer 123 is initially a soft paste made of a mixture of an electrostrictive material or a piezoelectric material powder and a glass frit that have been heat-treated at the firing temperature of the piezoelectric electrostrictive material. Is a filler which exhibits some fluidity. Next, as shown in FIG. 2A, a second electrode piece 122,
, Are printed and created in the same manner as the first electrode piece 121. At this time, the second electrode piece 122 is formed complementarily on the gap 124 between the plurality of band-shaped patterns of the first electrode piece 121. That is, the electrode pattern of the first electrode piece 121 and the electrode pattern of the second electrode piece 122 are separated from the upper and lower surfaces in the thickness direction of the formed electrode plate 12 with the piezoelectric electrostrictive material-filled coupling layer 123 therebetween. Are arranged alternately and complementarily. Then, when pressure-bonded by lamination, the piezoelectric electrostrictive material-filled coupling layer 123 was transferred fluidly, and the electrodes were arranged without gaps over the entire surface of the piezoelectric plate 11 with the electrode pieces 121 and 122. It is configured as follows. A first electrode piece 121 and a second electrode piece 122 are provided on the surface of the piezoelectric plate 11.
Are provided to form the electrode plate 12, and a predetermined number of the piezoelectric plates 11 are laminated in a predetermined number according to the application, and the piezoelectric plates 11 are pressed by a hot press. Thereafter, the laminate is cut into a predetermined size and sintered. In sintering, main sintering is performed after pre-firing for removing binders. Subsequently, external electrodes 14a, 14b were provided on the outer surface of the obtained laminate.
Is provided. To this end, an insulating band 13 for insulating the external electrode 14a (14b) to be formed from the electrode plate 12 is formed on an edge of the electrode plate 12 exposed on both side surfaces of the laminate, Connect each pattern of electrode pieces 121 and 122 for each plate, and
A conductive band 15 for connecting the external electrode 14a (14b) to the electrode plate 12 is provided. The insulating bands 13 and the conductive bands 15 are provided alternately every other layer and alternately on both side surfaces. Subsequently, external electrodes 14a and 14b are formed on the insulating band 13 and the conductive band 15 in the laminating direction on both side surfaces. Insulation strip 1
3. Application of an insulating material or a conductive material for the conductive band 15 or the external electrodes 14a and 14b can be performed by screen printing or the like, similarly to the electrode plate 12. Also, the electrode plate is usually used for the polarization treatment of the element.
It is sufficient to apply voltages of different polarities to the external electrodes 14a and 14b so that the polarities of the 12, 12,... The piezoelectric element 1 of the present invention thus manufactured is
An electrode plate 12 is provided on the piezoelectric plate 11 and a large number of the electrode plates 12 are laminated, and the electrode plate 12 is configured to have a first electrode piece 121 and a second electrode piece 122 in each plate. I have. The pattern of each electrode piece is complementary, and the first electrode piece 121 and the second electrode piece 122 are arranged via the piezoelectric electrostrictive material-filled coupling layer 123 filling the gap. It has become. Next, the operation of the piezoelectric element 1 configured as described above will be described. An electrode plate provided on the surface of the piezoelectric plate 11
12 is formed by a first electrode piece 121 and a second electrode piece 122, and when driving a device, when a voltage is applied, like the electrode plate to be integrated, between the electrode plates 12, 12, Produces a uniform electric field throughout. That is, as shown in FIGS. 2B and 2A, the first electrode piece is used to form the electrode plate 12.
After the formation of the piezoelectric plate 11, the piezoelectric plate 11 is
To form a piezoelectric electrostrictive material-filled bonding layer 123 over the entire surface,
Since the second electrode piece 122 is formed and the piezoelectric plate is laminated and pressed, the bonding layer 123 in the form of a paste has a gap 124 between the electrode patterns of the first electrode piece 121 and a gap between the electrode patterns of the second electrode piece. Go into 125. Moreover, the printed electrode pieces 12
Since 1,122 is slightly rolled, no electrodes are absent on the upper and lower piezoelectric plates to be laminated, and a uniform electrode plate is obtained as described above. Further, the piezoelectric electrostrictive material-filled coupling layer 123 is formed on the first electrode piece 1.
Even if there is a slight overlap between the electrode pattern 21 and the electrode pattern of the second electrode piece 122, the electrode pattern is not completely divided, and the upper and lower piezoelectric plates 1
It firmly joins 1,11 together. The above is an embodiment by the green sheet method of the present invention. Next, an embodiment by the pressure bonding method of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG. First, the baked piezoelectric or electrostrictive material block is polished to form the piezoelectric plate 11. A first electrode piece 121 is formed on the surface of the piezoelectric plate 11 by printing a paste-like electrode material to which glass frit is added by means such as screen printing. Next, the piezoelectric electrostrictive material-filled coupling layer 123 is formed of an electrostrictive material heat-treated at the firing temperature of the glass frit and the electrostrictive material or the piezoelectric material, or a paste containing piezoelectric material powder. Further, the second electrode piece 122 is formed from the electrode material in a pattern that complements the first electrode piece 121. Then, the piezoelectric plate 1
1 are laminated and pressure-bonded by a hot press to form a laminate. Then, as in the green sheet method described above,
13 and the conductive band 15, and the external electrodes 14a and 14b are formed. In the embodiment of the present invention, the patterns of the electrode pieces 121 and 122 provided on the electrode plate 12 are shown in the form of two strips in the drawings, but a plurality of the pieces may be provided as desired. A variety of pattern shapes can be implemented. Furthermore, in the method of manufacturing the piezoelectric plate 11 in the embodiment, a so-called green sheet method and a pressure bonding method are used. However, from the characteristics of the present invention, another bonding method may be used. For the piezoelectric plate 11, an electrostrictive material having a history or a piezoelectric material having no history may be used.

【効果】【effect】

本発明は、以上示したように構成されるので、以下に
記載する効果を奏する。 本発明の積層型圧電素子をアクチュエーターとして駆
動させた場合、素子内部に圧電的に伸縮しないような不
変位部分が存在することがなく、一様な電歪効果が得ら
れ、応力集中による素子の破壊がない。 また、電極板の密着強度の問題による、長時間の印加
や長期の繰り返し印加、または、高電圧印加における電
極板と圧電体薄板との剥離の発生がない。 電極板と圧電板の熱膨張係数の差による高・低温時ま
たは焼成後の冷却時の応力集中に対しても、この構造で
は分散され、ヒートショックによる電極板と圧電板との
剥離の発生がない。 本発明の製造方法によれば、アクチュエーターとして
駆動させた場合、素子内部の圧電的に伸縮しないような
不変位部分が存在することがなく、一様な電歪効果が得
られ、応力集中による素子の破壊がない優れた積層型圧
電素子を得ることができる。 また、電極板の密着強度の問題による、長時間の印加
や長期の繰り返し印加または、高電圧印加における電極
板と圧電体薄板との剥離の発生がないとともに、電極板
と圧電板の熱膨張係数の差による高・低温時または焼成
後の冷却時の応力集中に対しても、分散できる構造で、
ヒートショックによる電極板と圧電板との剥離の発生が
ない優れた積層型圧電素子を得ることができる。 次に、積層された圧電板どうしを互いに接近する方向
に押圧して電極片どうしを結合することで、積層する上
下の圧電板に対して電極の不在部分が発生せず、一様な
電極を得ることができる。
The present invention is configured as described above, and has the following effects. When the multilayer piezoelectric element of the present invention is driven as an actuator, there is no non-displacement portion that does not expand and contract piezoelectrically, and a uniform electrostrictive effect is obtained, and the element is caused by stress concentration. There is no destruction. In addition, there is no occurrence of peeling between the electrode plate and the piezoelectric thin plate due to long-term application, long-term repetitive application, or high-voltage application due to the problem of the adhesion strength of the electrode plate. This structure also disperses stress concentration at high / low temperatures or during cooling after firing due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the electrode plate and the piezoelectric plate. Absent. According to the manufacturing method of the present invention, when driven as an actuator, there is no non-displacement part that does not expand and contract piezoelectrically inside the element, a uniform electrostrictive effect is obtained, and the element is concentrated by stress. An excellent multilayer piezoelectric element without breakage can be obtained. In addition, due to the problem of the adhesion strength of the electrode plate, there is no occurrence of peeling between the electrode plate and the piezoelectric thin plate due to long-time application, long-term repetitive application or high voltage application, and the coefficient of thermal expansion of the electrode plate and the piezoelectric plate. With a structure that can disperse even at high and low temperatures due to the difference in stress or during stress concentration during cooling after firing,
It is possible to obtain an excellent laminated piezoelectric element which does not cause separation between the electrode plate and the piezoelectric plate due to heat shock. Next, by pressing the stacked piezoelectric plates in a direction approaching each other to join the electrode pieces together, no electrode absent portion is generated with respect to the upper and lower piezoelectric plates to be stacked, and a uniform electrode is formed. Obtainable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a)および(b)は本発明の積層型圧電素子の
実施例を示す側面図、第2図(a)および(b)は電極
板の構成の実施例を示す図、第3図および第4図は従来
の積層型圧電素子の側面図である。 11……圧電板、 12……電極板、 121……第1の電極片、 122……第2の電極片、 123……圧電電歪材充填結合層、 124,125……間隙、 13……絶縁帯、 14a,14b……外部電極、 15……導電帯。
1 (a) and 1 (b) are side views showing an embodiment of the multilayer piezoelectric element of the present invention, FIGS. 2 (a) and (b) are views showing an embodiment of the configuration of an electrode plate, and FIG. FIG. 4 and FIG. 4 are side views of a conventional laminated piezoelectric element. 11: a piezoelectric plate, 12: an electrode plate, 121: a first electrode piece, 122: a second electrode piece, 123: a bonding layer filled with a piezoelectric electrostrictive material, 124, 125 ... a gap, 13: insulation Bands, 14a, 14b ... external electrodes, 15 ... conductive bands.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】圧電板と電極板とが交互に積層されてなる
積層型圧電素子であって、前記電極板は、複数の電極片
を並置して構成され、 互いの電極片の間の間隙に充填された圧電電歪材により
厚さ方向に隣接する圧電板が相互に結合されてなり、前
記電極板の配置パターンは、該電極板の上面側に露出し
た帯状の電極片と電極板の下面に露出した帯状の電極片
とが、重合部分を有した交互に配列されたパターンであ
ることを特徴とする積層型圧電素子。
1. A laminated piezoelectric element in which piezoelectric plates and electrode plates are alternately laminated, wherein the electrode plate is configured by arranging a plurality of electrode pieces in parallel, and a gap between the electrode pieces is provided. The piezoelectric plates adjacent to each other in the thickness direction are connected to each other by the piezoelectric electrostrictive material filled in, and the arrangement pattern of the electrode plates is such that the band-shaped electrode pieces and the electrode plates exposed on the upper surface side of the electrode plates are arranged. A multilayer piezoelectric element, wherein a strip-shaped electrode piece exposed on the lower surface is a pattern arranged alternately having a superposed portion.
【請求項2】圧電板と電極板とが交互に積層されてなる
積層型圧電素子であり、 前記電極板は複数の電極片を並置して構成され、互いの
電極片の間の間隙に充填された圧電電歪材により厚さ方
向に隣接する圧電板が相互に結合されてなり、前記電極
板の配置パターンは、該電極板の上面側に露出した帯状
の電極片と電極板の下面側に露出した帯状の電極片と
が、重合部分を有して交互に配列されたパターンとされ
た構造の積層型圧電素子の製造方法であって、 圧電板上に、帯状に複数の電極片を形成する工程と、次
いで、前記電極片の上から圧電電歪材を塗布する工程
と、さらに、前記圧電電歪材の上から複数の電極片を形
成する工程とからなることを特徴とする積層型圧電素子
の製造方法。
2. A laminated piezoelectric element comprising a piezoelectric plate and an electrode plate alternately laminated, wherein the electrode plate is configured by juxtaposing a plurality of electrode pieces, and fills a gap between the electrode pieces. The piezoelectric plates adjacent in the thickness direction are connected to each other by the formed piezoelectric electrostrictive material, and the arrangement pattern of the electrode plates is such that the strip-shaped electrode piece exposed on the upper surface side of the electrode plate and the lower surface side of the electrode plate A method of manufacturing a laminated piezoelectric element having a structure in which a strip-shaped electrode piece exposed to the substrate has a pattern in which the electrode pieces are alternately arranged having a polymerized portion, and a plurality of strip-shaped electrode pieces are formed on the piezoelectric plate. Forming, forming a plurality of electrode pieces from above the piezoelectric electrostrictive material, and applying a piezoelectric electrostrictive material from above the electrode pieces. Of manufacturing a piezoelectric element.
【請求項3】前記圧電電歪材の上から複数の電極片を形
成する工程において複数の電極片を備えた圧電板を前記
圧電電歪材の上から重ね合わせることで圧電電歪材の上
に複数の電極片を形成し、この工程の後に、積層された
圧電板どうしを互いに接近する方向に押圧して電極片ど
うしを結合することを特徴とする請求項2記載の積層型
圧電素子の製造方法。
3. A method of forming a plurality of electrode pieces from above the piezoelectric electrostrictive material, wherein the step of forming a plurality of electrode pieces from above the piezoelectric electrostrictive material includes overlapping a piezoelectric plate having a plurality of electrode pieces from above the piezoelectric electrostrictive material. 3. A multilayer piezoelectric element according to claim 2, wherein, after this step, the laminated piezoelectric plates are pressed together in a direction approaching each other to join the electrode pieces together. Production method.
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