JP5076312B2 - 積層型圧電素子 - Google Patents

Description

本発明は、積層型圧電素子に関するものである。

従来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が交互に積層されてなる積層体と、その積層体の側面に設けられ、所定の内部電極と電気的に接続された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、その全体が積層体の積層方向に延在す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

しかしながら、特許文献１〜３に記載された積層型圧電素子には、次のような問題が存在する。

特許文献１に記載された積層型圧電素子では、外部電極の全体が積層体の積層方向に延在しているため、積層体の積層方向への変位（伸縮動作）が阻害されてしまう。また、積層型圧電素子が長期間に渡って使用されると、積層体の伸縮動作に耐え切れずに、外部電極が断線するおそれがある。

特許文献２，３に記載された積層型圧電素子では、外部電極はメッシュ部材或いはコイル状弾性部材であり、積層体の伸縮動作に追従し得ることから、積層体の変位の阻害及び外部電極の断線の発生は抑制される。ところが、外部電極にメッシュ部材或いはコイル状弾性部材といった特殊形状の部材が採用されるため、圧電素子の構成が複雑になってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、積層体の変位の阻害及び外部電極の断線の発生を単純な構成で抑制することができる積層型圧電素子を提供することを目的とする。

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が交互に積層されてなる積層体と、積層体の側面に設けられ、所定の内部電極と電気的に接続された第１の外部電極と、第１の外部電極の外側に設けられ、該第１の外部電極と複数の接続部において電気的且つ物理的に接続されている平板状の第２の外部電極と、第１の外部電極と第２の外部電極との間に、該第１の外部電極と該第２の外部電極とに接するように設けられた絶縁体と、を備える。

本発明に係る積層型圧電素子では、第２の外部電極が、複数の接続部において第１の外部電極と電気的且つ物理的に接続されている。これにより、複数の接続部は、第２の外部電極が積層体の変位を阻害するのを抑制して、積層体及び第１の外部電極に発生する応力を緩和する部位（以下、「応力緩衝部位」と称する）として機能することとなる。この結果、圧電素子が長期間に渡って使用されても、第２の外部電極が断線するのを抑制することができる。しかも、積層体の側面に設けられた第１の外部電極が断線したとしても、第１の外部電極には、第２の外部電極が複数の接続部において電気的且つ物理的に接続されているため、所定の内部電極への導通路が確保されることとなり、積層型圧電素子としての機能が損なわれることはない。更に、本発明では、第２の外部電極に、平板状のものといった極めて簡易な部材が採用されているため、外部電極に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が採用されているものに比べ、積層型圧電素子の構成を単純化することができる。

ところで、複数の接続部が応力緩衝部位として機能するためには、各接続部の厚み、すなわち第１の外部電極と第２の外部電極との間隔が所望の値である必要がある。すなわち、各接続部の厚みが薄いと、積層体及び第１の外部電極に発生する応力を緩和し難くなる。これに対し、各接続部の厚みが厚いと、第１の外部電極と第２の外部電極との接続性が問題となる。また、接続部の厚みが薄い箇所と厚い箇所が混在した場合には、積層体及び第１の外部電極に発生する応力が不均一となり、圧電素子の変位特性に悪影響を及ぼす懼れがある。本発明では、絶縁体が、第１の外部電極と第２の外部電極との間に、該第１の外部電極と該第２の外部電極とに接するように設けられている。これにより、各接続部の厚みが絶縁体の厚みにより規定されることとなり、各接続部の厚みを容易に所望の値に設定することができる。この結果、複数の接続部を応力緩衝部位として適切に機能させることができる。

好ましくは、絶縁体には、複数の接続部に対応する位置に、開口部が形成されている。各接続部と各外部電極との接触面積が大きくなると、平板状の第２の外部電極が有するバネ性を阻害すると共に、複数の接続部の応力緩衝部位としての機能を阻害することとなる。絶縁体に開口部が設けられることにより、該開口部が、各接続部と各外部電極との接触面積を不必要に大きくするのを抑制する。この結果、第２の外部電極が有するバネ性と、複数の接続部の応力緩衝部位としての機能とが阻害されるのを防ぐことができる。

好ましくは、開口部が、複数の接続部それぞれを囲むように複数形成されている。この場合は、各接続部と各外部電極との接触面積を、最も小さくすることができ、第２の外部電極が有するバネ性と、複数の接続部の応力緩衝部位としての機能とが阻害されるのをより一層効果的に防ぐことができる。

好ましくは、開口部が、複数の接続部のうち２つ以上の接続部を囲むように形成されている。

好ましくは、第２の外部電極が、積層体の積層方向に沿って波状に延在している。この場合、第２の外部電極は積層方向に伸縮性を更に有することとなるため、外部電極の全体が積層体の積層方向に延在しているものに比べ、積層体の積層方向への変位が阻害されるのを抑制することができる。

好ましくは、複数の接続部が、第２の外部電極上において直線状に位置している。このとき、より好ましくは、複数の接続部が、第２の外部電極において隣り合う頂部間の中央部分に位置している。このように接続部が位置していると、第２の外部電極の積層方向への伸縮性が最大限に発揮されることとなる。更に、圧電素子の製造時における第１の外部電極と第２の外部電極との接続が容易となる。

好ましくは、第１の外部電極と第２の外部電極とが、接続部においてはんだにより電気的且つ物理的に接続されている。このとき、より好ましくは、絶縁体の厚みが、２０μｍ以上６０μｍ以下の範囲に設定されている。絶縁体の厚みを２０μｍ以上に設定することにより、接続部の信頼性を確保することができる。絶縁体の厚みを６０μｍ以下に設定することにより、はんだペーストの印刷状態が良好となる。

本発明に係る積層型圧電素子によれば、積層体の変位の阻害及び外部電極の断線の発生を単純な構成で抑制することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明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。

図１〜図４を参照して、本実施形態に係る積層型圧電素子１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、本実施形態に係る積層型圧電素子に含まれる外部電極を示す正面図である。図４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拡大模式図である。

図１及び図２に示されるように、第１の実施形態に係る積層型圧電素子１は、多角柱形状（ここでは、四角柱形状）の積層体２を備えている。積層体２は、当該積層体２の積層方向（以下、単に「積層方向」という）に平行で且つ互いに対向するように位置する第１の側面２ａと第２の側面２ｂとを有している。

積層体２は、圧電体３と圧電体５とが交互に積層され、更に、圧電体７と圧電体９とで上下から挟み込まれるようにして構成されている。各圧電体３，５，７，９は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス材料からなり、矩形薄板状に形成されている。ここでは、各圧電体３，５の厚みは５０〜１００μｍである。

積層体２は、第１の内部電極１１と第２の内部電極１３とを有している。第１の内部電極１１は圧電体３の上面に形成されており、第２の内部電極１３は圧電体５，９の上面に形成されている。各内部電極１１，１３は、例えば、銀及びパラジウムを主成分とする導電材料からなり、スクリーン印刷によりパターン形成されたものである。ここでは、各内部電極１１，１３の厚みは０．５〜５μｍである。

積層体２では、圧電体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２では、複数の圧電体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。

第１の内部電極１１は、第２の側面２ｂよりも内側から第１の側面２ａ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２ｂ側の端は、第２の側面２ｂから所定の距離だけ離れて位置している。第１の内部電極１１は、第２の側面２ｂに露出していない。

第２の内部電極１３は、第１の側面２ａよりも内側から第２の側面２ｂ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２ａ側の端は、第１の側面２ａから所定の距離だけ離れて位置している。第２の内部電極１３は、第１の側面２ａに露出していない。そして、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の一部に重なるように位置している。

積層体２の各側面２ａ，２ｂには、外部電極２１が設けられている。外部電極２１は、第１の外部電極２３と第２の外部電極２５とを含んでいる。第１の外部電極２３は、各側面２ａ，２ｂの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、銀を主成分とする導電材料からなり、スクリーン印刷によりパターン形成されたものである。ここでは、第１の外部電極２３の厚みは１〜４０μｍである。

第１の側面２ａに形成された第１の外部電極２３は、第１の側面２ａにおいて、当該第１の側面２ａに露出する第１の内部電極１１と電気的に接続されている。第２の側面２ｂに形成された第１の外部電極２３は、第２の側面２ｂにおいて、当該第２の側面２ｂに露出する第２の内部電極１３と電気的に接続されている。

第２の外部電極２５は、各第１の外部電極２３の外側に配置され、積層方向に沿って波状に延在している。第２の外部電極２５は、例えば、銅又はその合金、ニッケル又はその合金、ステンレス或いはベリリウム銅等の導電材料からなり、平板状である。ここでは、第２の外部電極２５の厚みは５０〜１５０μｍ程度である。

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、積層方向に沿って延在し、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（ここでは、積層方向と直交する方向）に沿って延在し、第１の部分２５ａ同士を繋いでいる。これにより、第２の外部電極２５は、全体として、積層方向に沿って矩形波状（すなわち、パルス波状）に延在することとなる。第２の外部電極２５は、積層方向に交差する方向に撓み得るバネ性と、積層方向に伸縮可能なバネ性とを有する。

第２の外部電極２５は、図３に示されるように、各第２の部分２５ｂに位置する接続部Ｐそれぞれにおいて第１の外部電極２３と電気的且つ物理的（すなわち、機械的）に接続されている。これにより、第２の外部電極２５は、不連続に第１の外部電極２３と電気的且つ物理的に接続されることとなる。なお、第２の外部電極２５が積層方向に沿って矩形波状に延在する場合には、第１の部分２５ａが頂部となる。

接続部Ｐは、第２の外部電極２５の両端に位置する第２の部分２５ｂを除いて、第２の外部電極２５において隣り合う第１の部分２５ａ間の中央部分（すなわち、各第２の部分２５ｂの中央部分）に直線状に位置している。つまり、第２の外部電極２５は、第２の外部電極２５の両端に位置する第２の部分２５ｂを除いて、直線状に位置する複数の接続部Ｐにおいて不連続に第１の外部電極２３と電気的且つ物理的に接続されている。ここでは、第２の外部電極２５上において隣り合う接続部Ｐ間の積層方向に沿った距離は０．２ｍｍ〜０．７ｍｍである。

第２の外部電極２５は、図４に示されるように、各接続部Ｐにおいてはんだ２７により第１の外部電極２３と電気的且つ物理的に接続されている。なお、第１の外部電極２３と第２の外部電極２５とを、各接続部Ｐにおいて導電性接着剤により接続してもよい。

第２の外部電極２５の両端に位置する第２の部分２５ｂは、第１の外部電極２３と電気的且つ物理的に確実に接続させるために、積層方向に直交する方向に並置された複数の接続部Ｐにより第１の外部電極２３と電気的且つ物理的に接続されている。第２の外部電極２５の両端に位置する第２の部分２５ｂは、後述する活性部から外れた位置にあるので、積層方向に直交する方向に並置された複数の接続部Ｐにより第１の外部電極２３と電気的且つ物理的に接続されていても、積層体２の変位を阻害し難い。

図４に示されるように、第１の外部電極２３と第２の外部電極２５との間には、絶縁体２９が設けられている。絶縁体２９は、第１の外部電極２３と第２の外部電極２５とに接しており、第１の外部電極２３と第２の外部電極２５との間隔を規定している。すなわち、絶縁体２９の厚みが、第１の外部電極２３と第２の外部電極２５との間隔と略同一となる。絶縁体２９は、例えば、エポキシ樹脂系やポリイミドアミド等のレジストからなる。

絶縁体２９には、複数の接続部Ｐに対応する位置に、開口部３１が形成されている。本実施形態では、開口部３１は、複数の接続部Ｐそれぞれを囲むように、接続部Ｐ毎に対応して複数形成されている。すなわち、第１の外部電極２３の外側表面２３ａ及び第２の外部電極２５の内側表面２５ｃには、少なくとも接続部Ｐが位置する部分（すなわち、はんだ２７が配置される部分）を除いて絶縁体２９が膜状に形成されることとなる。第２の外部電極２５の両端に位置する第２の部分２５ｂに対応する開口部３１のサイズは、例えば、１ｍｍ×０．４ｍｍである。第２の外部電極２５の両端に位置する第２の部分２５ｂを除く、他の第２の部分２５ｂに対応する開口部３１のサイズは、例えば、１ｍｍ×０．４ｍｍである。はんだ２７のサイズは、後述するはんだ付けの際にはんだが溶融して、各開口部３１の形状に倣うようになるため、各開口部３１と略同等となる。

以上のように構成された積層型圧電素子１においては、第１の側面２ａに形成された第１の外部電極２３と第２の側面２ｂに形成された第１の外部電極２３との間に電圧が印加されると、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とで挟まれた部分に電界が生じ、当該部分が活性部として変位することとなる。

次に、図５及び図６を参照して、本実施形態に係る積層型圧電素子１の製造方法について説明する。図５は、本実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための概略平面図である。図６は、本実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための模式図である。

まず、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス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し、その基体ペーストを用いて、各圧電体３，５，７，９となるグリーンシートを成形する。また、所定比率の銀とパラジウムとからなる金属材料（例えば、銀：パラジウム＝７：３）に有機バインダや有機溶剤等を混合して電極パターン形成用の導電性ペーストを作製する。

続いて、グリーンシート上に、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、別のグリーンシート上に、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、上述した導電性ペーストをスクリーン印刷することで行われる。

続いて、第１の内部電極１１に対応する電極パターンが形成されたグリーンシートと、第２の内部電極１３に対応する電極パターンが形成されたグリーンシートとを交互に積層し、更に、電極パターンが形成されていないグリーンシートを最外層に積層して、積層体グリーンを作製する。ここでは、グリーンシートの積層数は３５０層程度である。

続いて、積層体グリーンを所定の温度（例えば、６０℃程度）で加熱しながら、所定の圧力（例えば、１００ＭＰａ程度）で積層方向にプレスした後、その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は、例えば、ダイヤモンドブレードにより行われる。これにより、第１の内部電極１１が第１の側面２ａに露出し、第２の内部電極１３が第２の側面２ｂに露出することとなる。

続いて、積層体グリーンを所定の温度（例えば、４００℃程度）で脱脂（すなわち、脱バインダ）した後、所定の温度（例えば、１１００℃程度）で所定の時間（例えば、２時間程度）焼成して、積層体２を得る。

続いて、積層体２の各側面２ａ，２ｂに、銀を主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷した後、所定の温度（例えば、７００℃程度）で焼き付けて、第１の外部電極２３を形成する（図５の（ａ）を参照）。なお、第１の外部電極２３の形成には、スパッタリング法や無電解めっき法等を適用してもよい。

続いて、第１の外部電極２３の外側表面２３ａに、各接続部Ｐに対応する位置に開口部３１がそれぞれ形成された絶縁体２９を形成する（図５の（ｂ）を参照）。開口部３１が形成された絶縁体２９は、第１の外部電極２３の外側表面２３ａにレジストをスクリーン印刷等でパターンニングすることにより、形成される。

続いて、はんだペーストＳを、開口部３１に対応する開口が形成されたメタルマスクを用いて、第１の外部電極２３の外側表面２３ａ上にスクリーン印刷する（図５の（ｃ）及び図６の（ａ）を参照）。これにより、開口部３１を介して露出する第１の外部電極２３の外側表面２３ａ上に、はんだペーストＳが供給されることとなる。

続いて、用意した第２の外部電極２５を、はんだ付けにより各接続部Ｐにおいて第１の外部電極２３と接続する（図５の（ｄ）及び図６の（ｂ）を参照）。このとき、第２の外部電極２５の第２の部分２５ｂとはんだペーストＳとを当接させた状態で、はんだペーストＳを加熱して溶融させ、第２の外部電極２５と第１の外部電極２３とを固定する、すなわち電気的且つ機械的に接続する。はんだペーストＳの加熱には、ホットプレートやリフロー炉等を用いることができる。第２の外部電極２５は、例えば、銅板にＮｉ／Ｓｎめっきを施し、矩形波形状に加工することで得られる。

図６では、開口部３１の積層方向での幅と、第２の外部電極２５の第２の部分２５ｂの積層方向での幅とが略同一である場合の例を示している。開口部３１の積層方向での幅と、第２の外部電極２５の第２の部分２５ｂの積層方向での幅とは略同一でなくてもよく、図７に示されるように、開口部３１の積層方向での幅が、第２の部分２５ｂの積層方向での幅よりも大きくてもよい。

最後に、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）を施して、積層型圧電素子１を得る。

以上のように、本実施形態によれば、第２の外部電極２５が、複数の接続部Ｐにおいて第１の外部電極２３と電気的且つ物理的に接続されている。これにより、複数の接続部Ｐは、第２の外部電極２５が積層体２の変位を阻害するのを抑制して、積層体２及び第１の外部電極２３に発生する応力を緩和する応力緩衝部位として機能することとなる。この結果、積層型圧電素子１が長期間に渡って使用されても、第２の外部電極２５が断線するのを抑制することができる。

しかも、積層体２の各側面２ａ，２ｂに形成された第１の外部電極２３が断線したとしても、第１の外部電極２３には、第２の外部電極２５が複数の接続部Ｐにおいて電気的且つ物理的に接続されているため、第１の内部電極１１への導通路及び第２の内部電極１３への導通路が確保されることとなり、積層型圧電素子１としての機能が損なわれることはない。

ところで、複数の接続部Ｐが応力緩衝部位として機能するためには、各接続部Ｐの厚み、すなわち第１の外部電極２３と第２の外部電極２５との間隔が所望の値である必要がある。すなわち、各接続部Ｐの厚みが薄いと、積層体２及び第１の外部電極２３に発生する応力を緩和し難くなる。これに対し、各接続部Ｐの厚みが厚いと、第１の外部電極２３と第２の外部電極２５とのはんだ付け性が問題となる。また、接続部Ｐの厚みが薄い箇所と厚い箇所が混在した場合には、積層体２及び第１の外部電極２３に発生する応力が不均一となり、積層型圧電素子１の変位特性に悪影響を及ぼす懼れがある。

本実施形態では、絶縁体２９が、第１の外部電極２３と第２の外部電極２５との間に、該第１の外部電極２３と該第２の外部電極２５とに接するように設けられている。これにより、各接続部Ｐの厚みが絶縁体２９の厚みにより規定されることとなり、各接続部Ｐの厚みを容易に所望の値に設定することができる。この結果、複数の接続部Ｐを応力緩衝部位として適切に機能させることができる。

本実施形態においては、第２の外部電極２５に、積層方向に沿って波状に延在する平板状のものといった極めて簡易な部材が採用されているため、外部電極にメッシュ部材或いはコイル状弾性部材といった特殊形状の部材が採用されているものに比べ、積層型圧電素子１の構成を単純化することができる。

本実施形態において、絶縁体２９には、複数の接続部Ｐに対応する位置に、開口部３１が形成されている。各接続部Ｐと各外部電極２３，２５との接触面積が大きくなると、平板状の第２の外部電極２５が有するバネ性を阻害すると共に、複数の接続部Ｐの応力緩衝部位としての機能を阻害することとなる。絶縁体２９に開口部３１が設けられることにより、該開口部３１が、各接続部Ｐと各外部電極２３，２５との接触面積を不必要に大きくするのを抑制する。この結果、第２の外部電極２５が有するバネ性と、複数の接続部Ｐの応力緩衝部位としての機能とが阻害されるのを防ぐことができる。

本実施形態においては、開口部３１が、複数の接続部Ｐのそれぞれを囲むように複数形成されている。これにより、各接続部Ｐと各外部電極２３，２５との接触面積を、最も小さくすることができ、第２の外部電極２５が有するバネ性と、複数の接続部Ｐの応力緩衝部位としての機能とが阻害されるのをより一層効果的に防ぐことができる。

開口部３１は、図８に示されるように、複数の接続部Ｐのうち２つ以上の接続部Ｐを囲むように形成されていてもよい。図８では、開口部３１の一つは、第２の外部電極２５の両端に位置する第２の部分２５ｂに対応する接続部Ｐを除いて、他のすべての接続部Ｐを囲むように形成されている。このように、開口部３１が複数の接続部Ｐのうち２つ以上の接続部Ｐを囲むように形成されている場合、はんだペーストが溶融した際に、溶融したはんだペーストが積層方向に流れ出して、隣り合う接続部Ｐ同士が一体化する懼れがある。したがって、隣り合う接続部Ｐの間に対応する位置に堰を形成し、溶融したはんだペーストの積層方向への流動を規制することが好ましい。この堰は、絶縁体２９を形成する際に、印刷法を用いて同時に形成することができる。

絶縁体２９は、図９に示されるように、第２の外部電極２５の第１の部分２５ａに沿うように、設けられていてもよい。この場合は、開口部３１を形成する必要がないので、絶縁体２９を比較的容易に設けることができる。図９では、絶縁体２９は、第２の外部電極２５の両端に位置する第２の部分２５ｂに対応する接続部Ｐを除いて、他のすべての接続部Ｐの両側に沿って位置することとなる。

本実施形態においては、第２の外部電極２５が、積層体２の積層方向に沿って波状に延在している。これにより、第２の外部電極２５は積層方向に伸縮性を更に有することとなるため、外部電極の全体が積層体の積層方向に延在しているものに比べ、積層体２の積層方向への変位が阻害されるのを抑制することができる。

本実施形態においては、複数の接続部Ｐが、第２の外部電極２５において隣り合う頂部間の中央部分に位置している。このように複数の接続部Ｐが位置していると、第２の外部電極２５の積層方向への伸縮性が最大限に発揮されることとなる。更に、積層型圧電素子１の製造時における第１の外部電極２３と第２の外部電極２５との接続が容易となる。

本実施形態において、第１の外部電極２３と第２の外部電極２５とは、接続部Ｐにおいてはんだ２７により電気的且つ物理的に接続されているため、積層型圧電素子１の製造時における第１の外部電極２３と第２の外部電極２５との接続が容易となる。

本実施形態において、第２の外部電極２５は、積層方向に沿って矩形波状に延在する部材であるため、第２の外部電極２５の製造が容易となる。

ここで、絶縁体２９の厚みについて、考察する。

本発明者等は、絶縁体２９の厚みがそれぞれ異なる複数の積層型圧電素子のサンプルを準備して、駆動耐久実験を行なった。駆動耐久実験では、各サンプルを１０^８回駆動し、接続部Ｐに異状が見られるか否かを確認した。その確認結果を図１０に示す。「×」は、接続部Ｐが破壊して、第２の外部電極２５が第１の外部電極２３から剥離した状態であったことを示す。「△」は、接続部Ｐの破壊がやや見られた状態であったことを示す。「○」は、接続部Ｐの状態が、接続部Ｐに異状が見られなかったことを示す。本実験では、絶縁体２９の厚みを１０μｍ〜８０μｍの範囲で異ならせている。

第１の外部電極２３の厚みは３０μｍとし、第２の外部電極２５の厚みは１５０μｍとした。また、第１の部分２５ａの積層方向に直交する方向での幅、及び、第２の部分２５ｂの積層方向での幅は４００μｍとし、隣り合う第２の部分２５ｂ間の距離（ピッチ）は７００μｍとした。

図１０に示される実験結果から、絶縁体２９の厚みが２０μｍ以上であれば、接続部Ｐが破壊することはなく、接続部Ｐの信頼性を確保できることがわかる。

また、本発明者等は、第１の外部電極２３の上に厚みが異なる絶縁体２９を形成した複数のサンプルを準備して、はんだペーストの印刷状態を確認する実験を行なった。その確認結果を、同じく図１０に示す。「×」は、印刷状態が不良であったことを示す。「△」は、はんだペーストの滲みや印刷状態の不良がやや見られた状態であったことを示す。「○」は、印刷状態が良好であったことを示す。本実験でも、絶縁体２９の厚みを１０μｍ〜８０μｍの範囲で異ならせている。

はんだペーストとして、非鉛系はんだペーストを用い、その組成は、ＳｎＡｇＣｕ系とした。第１の外部電極２３の厚みは、３０μｍとした。

図１０に示される実験結果から、絶縁体２９の厚みが６０μｍ以下であれば、はんだペーストの印刷状態が良好となることがわかる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、積層体２の形状は、多角柱形状に限られず、円柱形状であってもよい。そして、積層体２において外部電極２１が設けられる側面は、互いに対向するように位置する２つの側面に限られず、隣り合う２つの側面であってもよい。なお、積層体２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。

第２の外部電極２５は、積層方向に沿って矩形波状に延在するものに限られない。図１１に示されるように、積層方向に沿って三角波状に延在するものであってもよい。図１２に示されるように、積層方向に沿って正弦波状に延在するものであってもよい。これらの場合には、積層方向と直交する方向において第２の外部電極２５の幅が最大となる極値部分２５ｄが頂部となる。

第１の内部電極１１は、第２の側面２ｂ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２ｂに露出してもよい。同様に、第２の内部電極１３は、第１の側面２ａ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２ａに露出してもよい。

接続部Ｐは、第２の外部電極２５において直線状に位置しているが、これに限られない。例えば、接続部Ｐは、第２の外部電極２５において千鳥状に位置していてもよい。この場合、接続部Ｐを第２の外部電極２５の各第１の部分に位置させると、接続部Ｐ同士間の距離が離れることとなる。この結果、接続部Ｐのショートを防止しつつ、第２の外部電極２５において隣り合う第１の部分間の積層方向に沿った距離を短くすることができる。

上述した製造方法では、第１の外部電極２３の外側表面２３ａに、絶縁体２９を形成し、はんだペーストをスクリーン印刷しているが、これに限られない。例えば、第２の外部電極２５の外側表面２５ｃに、絶縁体２９を形成し、はんだペーストをスクリーン印刷してもよい。また、第１の外部電極２３の外側表面２３ａに絶縁体２９を形成し、第２の外部電極２５の外側表面２５ｃにはんだペーストをスクリーン印刷してもよい。また、第１の外部電極２３の外側表面２３ａにはんだペーストをスクリーン印刷し、第２の外部電極２５の外側表面２５ｃに絶縁体２９を形成してもよい。

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。 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。 本実施形態に係る積層型圧電素子に含まれる外部電極を示す正面図である。 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拡大模式図である。 本実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための概略平面図である。 本実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための模式図である。 本実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法の一変形例を説明するための模式図である。 絶縁体の一変形例を示す正面図である。 絶縁体の一変形例を示す正面図である。 駆動耐久実験及びはんだペーストの印刷状態を確認する実験の結果を示す図表である。 外部電極の一変形例を示す正面図である。 外部電極の一変形例を示す正面図である。

符号の説明

１…積層型圧電素子、２…積層体、２ａ，２ｂ…側面、３，５，７，９…圧電体、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、２９…絶縁体、３１…開口部、Ｐ…接続部。

Claims (8)

1. 複数の圧電体と複数の内部電極とが交互に積層されてなる積層体と、
   前記積層体の側面に設けられ、所定の前記内部電極と電気的に接続された第１の外部電極と、
   前記第１の外部電極の外側に設けられ、該第１の外部電極と複数の接続部において電気的且つ物理的に接続されている平板状の第２の外部電極と、
   前記第１の外部電極と前記第２の外部電極との間に、該第１の外部電極と該第２の外部電極とに接するように設けられた絶縁体と、を備え、
   前記絶縁体には、前記複数の接続部に対応する位置に、開口部が形成されていることを特徴とする積層型圧電素子。
2. 前記開口部が、前記複数の接続部それぞれを囲むように複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
3. 前記開口部が、前記複数の接続部のうち２つ以上の接続部を囲むように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
4. 前記第２の外部電極が、前記積層体の積層方向に沿って波状に延在していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層型圧電素子。
5. 前記複数の接続部が、前記第２の外部電極上において直線状に位置していることを特徴とする請求項４に記載の積層型圧電素子。
6. 前記複数の接続部が、前記第２の外部電極において隣り合う頂部間の中央部分に位置していることを特徴とする請求項５に記載の積層型圧電素子。
7. 前記第１の外部電極と前記第２の外部電極とが、前記接続部においてはんだにより電気的且つ物理的に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の積層型圧電素子。
8. 前記絶縁体の厚みが、２０μｍ以上６０μｍ以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の積層型圧電素子。

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