JP5361635B2 - Vibrator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibrator capable of suppressing a laminated piezoelectric element from being peeled off from a supporting plate during a fall. <P>SOLUTION: A pair of side surfaces of a laminate 17 are case surfaces, a principal surface of the laminate 17 at a side of the supporting plate 14 and the supporting plate 14 are bonded by a bottom-surface side adhesive layer 15a, an exposed surface of an external electrode 13b at a side of a drawing direction of an inner electrode layer 12 and the supporting plate 14 are bonded by a side-surface side adhesive layer 15b, and a height (h) of the side-surface side adhesive layer 15b from the supporting plate 14 is equal to or more than a height h<SB>1</SB>of the principal surface of the laminate 17 at the side of the supporting plate 14 from the supporting plate. Thus, it is made possible to be immune to tensile stress between a laminated piezoelectric element 10, 16 and the supporting plate 14 generated at a moment of landing during a fall test, and the laminated piezoelectric element 10, 16 can be suppressed from being peeled off from the supporting plate 14 when the vibrator falls down. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、振動体に関し、特に、コンピュータ、携帯電話機または小型端末機器用の平面スピーカ装置に用いられるバイモルフ型またはユニモルフ型の積層型圧電素子を用いた振動体に関するものである。   The present invention relates to a vibrating body, and more particularly to a vibrating body using a bimorph type or unimorph type laminated piezoelectric element used in a flat speaker device for a computer, a mobile phone or a small terminal device.

従来の積層型圧電素子は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、圧電体層の積層方向に形成された長方形状の一対の主面と内部電極層が長手方向に交互に引き出された一対の側面とを有する板状の積層体と、この積層体の長手方向の両端部に設けられた外部電極とを具備している。   A conventional multilayer piezoelectric element is formed by alternately laminating piezoelectric layers and internal electrode layers, and a pair of rectangular main surfaces formed in the laminating direction of the piezoelectric layers and internal electrode layers alternate in the longitudinal direction. A plate-like laminate having a pair of side surfaces drawn to the outside, and external electrodes provided at both ends in the longitudinal direction of the laminate.

従来の振動体は、図6に示すように、上記のような積層型圧電素子の一方の主面を支持板に接着剤を用いて接合することにより、バイモルフ型およびユニモルフ型の振動体を作製していた(例えば、特許文献1参照)。   As shown in FIG. 6, the conventional vibrating body is manufactured as a bimorph type or unimorph type vibrating body by bonding one main surface of the multilayer piezoelectric element as described above to a support plate using an adhesive. (For example, refer to Patent Document 1).

従来の振動体は、図6(a)に示すように、積層型圧電素子30、36を支持板34の上下面に底面側接着剤層35だけで接合して構成されている。   As shown in FIG. 6A, the conventional vibrating body is configured by joining laminated piezoelectric elements 30 and 36 to the upper and lower surfaces of the support plate 34 using only the bottom surface side adhesive layer 35.

すなわち、積層型圧電素子30、36は、7層の圧電体31と6層の内部電極層32とを交互に積層してなり、上下の主面に表面電極層33aを有する積層体と、この積層体の長手方向の両端部にそれぞれ設けられた一対の外部電極33bとを具備している。積層体は板状であり、上下の主面が長方形状とされ、積層体の長手方向には、内部電極層32が交互に引き出された一対の側面を有し、この一対の側面にはそれぞれ外部電極33bが設けられている。   That is, the multilayer piezoelectric elements 30 and 36 are configured by alternately laminating seven layers of piezoelectric bodies 31 and six layers of internal electrode layers 32, and having a surface electrode layer 33a on the upper and lower main surfaces. And a pair of external electrodes 33b provided at both ends in the longitudinal direction of the laminate. The laminated body is plate-shaped, and the upper and lower main surfaces are rectangular, and in the longitudinal direction of the laminated body, the laminated body has a pair of side surfaces from which the internal electrode layers 32 are alternately drawn. An external electrode 33b is provided.

6層の内部電極層32と2層の表面電極層33aは交互に電極層とされており、一対の外部電極33bには、積層体の側面において3層ずつの内部電極層32および1層ずつの表面電極層33aが電気的に接続されている。   The six internal electrode layers 32 and the two surface electrode layers 33a are alternately formed as electrode layers. The pair of external electrodes 33b includes three layers of internal electrode layers 32 and one layer on the side surface of the laminate. The surface electrode layer 33a is electrically connected.

通常、支持板34に接着剤を塗布し、この接着剤層に積層型圧電素子30、36を押し当て、接合されるが、図6(b)に示すように、接着剤層を広く形成し、この接着剤層に積層型圧電素子30、36を押し当てて接合したとしても、側面側接着剤層39の支持板34からの高さhは、支持板34から積層体の支持板34側の主面までの高さよりも低い。   Usually, an adhesive is applied to the support plate 34, and the laminated piezoelectric elements 30 and 36 are pressed against the adhesive layer to join them. As shown in FIG. 6B, a wide adhesive layer is formed. Even if the laminated piezoelectric elements 30 and 36 are pressed against and bonded to the adhesive layer, the height h of the side-side adhesive layer 39 from the support plate 34 is equal to the support plate 34 side of the laminate from the support plate 34. It is lower than the height to the main surface.

また、従来、支持板に凹凸を形成し、積層型圧電素子と支持板との接着剤による接合面積を増加させた振動体や、支持板に貫通孔を形成し、接着剤を貫通孔内にも充填し、積層型圧電素子と支持板との接合強度を向上させた振動体が知られている(特許文献2参照)。   Also, conventionally, a vibrating body in which unevenness is formed on the support plate and the bonding area between the laminated piezoelectric element and the support plate is increased by an adhesive, or a through hole is formed in the support plate, and the adhesive is placed in the through hole. In addition, a vibrating body is known in which the bonding strength between the laminated piezoelectric element and the support plate is improved (see Patent Document 2).

特開2007−329431号公報JP 2007-329431 A 特開平8−293631号公報JP-A-8-293631

特許文献1の振動体では、積層体の一方の主面が支持板34に底面側接着剤層35だけで接合されており、このような振動体では、振動体の落下時に積層型圧電素子30、36の支持板34からの剥離が発生し易いという問題があった。   In the vibrating body of Patent Document 1, one main surface of the laminated body is bonded to the support plate 34 only by the bottom-side adhesive layer 35. In such a vibrating body, the laminated piezoelectric element 30 is dropped when the vibrating body is dropped. , 36 is easily peeled off from the support plate 34.

すなわち、振動体は小型端末機器等に用いられており、ユーザーが誤って落とした場合であっても、破壊されないような十分な強度を有することが必要であるが、振動体が床等に落下した場合には、振動体が着地した瞬間に、支持板34の下面に位置する積層型圧電素子30、36に、積層型圧電素子30、36の重量に応じた重力方向の強い力が作用し、この力が底面側接着剤層35による接合力を超えると、積層型圧電素子30、36の支持板34からの剥離が発生し易いという問題があった。   In other words, the vibrating body is used in small terminal devices, etc., and even if the user accidentally drops it, it must have sufficient strength so that it will not be destroyed. In such a case, a strong force in the direction of gravity according to the weight of the multilayer piezoelectric elements 30, 36 acts on the multilayer piezoelectric elements 30, 36 located on the lower surface of the support plate 34 at the moment when the vibrating body lands. When this force exceeds the bonding force by the bottom surface side adhesive layer 35, there is a problem that the laminated piezoelectric elements 30 and 36 are easily peeled off from the support plate 34.

また、特許文献2では、支持板に凹凸または貫通孔を形成し、積層体の一方の主面だけ、接着剤で凹凸や貫通孔を介して支持板に接合しており、引張試験による接合強度は向上するものの、振動体の落下等の衝撃により、支持板から積層型圧電素子が未だ剥離し易いという問題があった。   Moreover, in patent document 2, an unevenness | corrugation or a through-hole is formed in a support plate, and only one main surface of a laminated body is joined to a support plate with an adhesive via an unevenness | corrugation and a through-hole, and the joining strength by a tension test However, there is a problem that the laminated piezoelectric element is still easily peeled off from the support plate due to an impact such as dropping of the vibrating body.

本発明は、落下時において積層型圧電素子の支持板からの剥離を抑制することができる振動体を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the vibrating body which can suppress peeling from the support plate of a lamination type piezoelectric element at the time of fall.

本発明の振動体は、セラミックスからなる圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、上下面に形成された一対の主面と該主面の長手方向の両端側に設けられた一対の側面とを有する積層体と、該積層体の前記一対の側面にそれぞれ設けられ前記内部電極層と交互に電気的に接続された一対の外部電極とを具備する積層型圧電素子と、前記積層体の前記主面が接合された支持板とを具備する振動体であって、前記積層体の前記一対の側面が焼き肌面であるとともに、前記積層体の前記支持板側の主面と前記支持板と底面側接着剤層で接合され、前記外部電極の露出面と前記支持板と側面側接着剤層で接合されてなり、該側面側接着剤層の前記支持板からの高さが、前記支持板から前記積層体の前記支持板側の主面までの高さ以上であり、前記外部電極の端部は、前記支持板側に位置する前記積層体の前記主面よりも前記支持板側に突出しており、前記外部電極の前記端部は、前記積層体の前記主面の前記長手方向において、前記底面側接着剤層と前記側面側接着材層とに挟まれていることを特徴とする。 Vibrator of the present invention, the piezoelectric layers and internal electrode layers made of a ceramic made by alternately stacking, provided in the longitudinal direction end sides of the pair of main surfaces and main surfaces formed on upper and lower surfaces multilayer piezoelectric element comprising a product layer body that having a pair of side surfaces, alternately with the internal electrode layers respectively provided on the pair of side surfaces of the laminate and electrically connected to a pair of external electrodes When, a vibrator having a, a support plate the major surface of the laminate are joined, together are the skin surface baked the pair of side surfaces of the laminate, the support plate side of the laminate The main surface and the support plate are joined by a bottom surface side adhesive layer, and the exposed surface of the external electrode and the support plate are joined by a side surface side adhesive layer, and the support of the side surface side adhesive layer is formed. The height from the plate is not less than the height from the support plate to the main surface of the laminate on the support plate side. Ri, the ends of the external electrodes, wherein the laminate is positioned on the support plate side protrudes to the support plate side of the main surface, said end portion of said external electrodes, the main of the laminate It is characterized by being sandwiched between the bottom surface side adhesive layer and the side surface side adhesive material layer in the longitudinal direction of the surface .

底面側接着剤層だけで積層型圧電素子を支持板に接合すると、落下試験で、着地した瞬間に、支持板の落下方向に位置する積層型圧電素子に、積層型圧電素子の重量に応じた重力方向の強い力が作用し、この力が底面側接着剤層による接合力を超えると、積層型圧電素子の支持板からの剥離が発生し易いが、本発明の振動体では、底面側接着剤層だけでなく、支持板からの高さが支持板から積層体の支持板側の主面までの高さ以上である側面側接着剤層によっても積層型圧電素子を支持板に接合することにより、言い換えれば、支持板からの高さが積層体の主面の高さ以上である側面側接着剤層により、積層型圧電素子の外部電極が支持板に強固に接合され、落下試験時の着地する瞬間に発生する、積層型圧電素子と支持板との間の引張応力に耐えることができ、振動体の落下時における積層型圧電素子の支持板からの剥離を抑制することができる。   When the laminated piezoelectric element is bonded to the support plate using only the bottom surface side adhesive layer, the drop test results in the laminated piezoelectric element positioned in the falling direction of the support plate at the moment of landing according to the weight of the laminated piezoelectric element. When a strong force in the direction of gravity is applied, and this force exceeds the bonding force of the bottom surface side adhesive layer, peeling from the support plate of the multilayer piezoelectric element is likely to occur. The laminated piezoelectric element is bonded to the support plate not only by the adhesive layer but also by the side adhesive layer whose height from the support plate is equal to or higher than the height from the support plate to the main surface on the support plate side of the laminate. In other words, the external electrode of the multilayer piezoelectric element is firmly bonded to the support plate by the side adhesive layer whose height from the support plate is equal to or higher than the height of the main surface of the laminate, Tensile stress between the laminated piezoelectric element and the support plate generated at the moment of landing Endure it can, it is possible to suppress separation from the support plate of the laminated piezoelectric element at the time of drop of the vibrator.

また、側面側接着剤層の支持板からの高さが高い場合には、積層型圧電素子が支持板に強固に接合され、落下試験における積層型圧電素子の支持板からの剥離を有効に抑制できるが、側面側接着剤層を構成する有機系接着剤の熱膨張係数が大きいため、積層体の側面と外部電極との間に主面の長手方向の引張応力が発生し、この間で剥離しやすくなる。本発明では、積層体の側面が焼き肌面であり、積層体の側面を平坦にする等の何ら加工も施していないため、積層体の側面は圧電体層を構成するセラミック粒子による形状が反映され、すなわち、セラミック粒子により凹凸が形成されており、このセラミック粒子による凹凸が形成された側面に外部電極ペーストを塗布して外部電極が形成されることになり、外部電極の積層体の側面への接合強度を向上することができる。従って、側面側接着剤層の支持板からの高さを高くして、積層型圧電素子の外部電極を支持板に強固に接合できるとともに、側面側接着剤層の支持板からの高さを高くしても、外部電極が積層体の側面から剥離することを抑制できる。   In addition, when the height of the side adhesive layer from the support plate is high, the laminated piezoelectric element is firmly bonded to the support plate, and the peeling of the laminated piezoelectric element from the support plate in the drop test is effectively suppressed. However, since the thermal expansion coefficient of the organic adhesive that forms the side adhesive layer is large, a tensile stress in the longitudinal direction of the main surface is generated between the side surface of the laminate and the external electrode, and peeling occurs during this time. It becomes easy. In the present invention, the side surface of the laminate is a burnt skin surface, and no processing such as flattening the side surface of the laminate is performed, so the side surface of the laminate reflects the shape of the ceramic particles constituting the piezoelectric layer. That is, the unevenness is formed by the ceramic particles, and the external electrode paste is applied to the side surface where the unevenness by the ceramic particles is formed, so that the external electrode is formed. The joint strength can be improved. Therefore, the height of the side adhesive layer from the support plate can be increased, and the external electrode of the multilayer piezoelectric element can be firmly bonded to the support plate, and the height of the side adhesive layer from the support plate can be increased. Even so, the external electrode can be prevented from peeling from the side surface of the laminate.

また、本発明の振動体は、前記積層体の前記側面から前記内部電極層の先端が凹んでおり、前記積層体の前記側面から凹んだ内部電極層先端には、前記積層体の前記側面に設けられた前記外部電極が接合されていることを特徴とする。このような振動体では、積層体の側面から凹んだ部分に外部電極の電極材料が入り込み、内部電極層の先端と接合するため、外部電極の積層体側面への接合強度をさらに向上することができる。   Further, in the vibrating body of the present invention, the tip of the internal electrode layer is recessed from the side surface of the laminate, and the tip of the internal electrode layer that is recessed from the side surface of the laminate is disposed on the side surface of the laminate. The provided external electrode is joined. In such a vibrating body, the electrode material of the external electrode enters the recessed portion from the side surface of the multilayer body and is joined to the tip of the internal electrode layer, so that the bonding strength of the external electrode to the side surface of the multilayer body can be further improved. it can.

また、本発明の振動体は、前記支持板が金属または合金からなり、前記側面側接着剤層の上面に、前記外部電極と前記支持板とを導通するための導体層が形成されていることを特徴とする。側面側接着剤層の上面に導体層を形成する場合には、側面側接着剤層の接着剤および導体層の金属の熱膨張係数が積層型圧電素子の圧電体層の熱膨張係数よりも大きいため、積層体の側面と外部電極層との間により大きな引張応力がかかるが、本発明では、上記したように、積層体の側面が焼き肌面であり、積層体の側面にセラミック粒子により凹凸が形成されており、このセラミック粒子による凹凸が形成された側面に外部電極が形成され、外部電極の積層体の側面への接合強度を向上することができ、外部電極が積層体の側面から剥離することを抑制できる。   Further, in the vibrating body according to the present invention, the support plate is made of a metal or an alloy, and a conductor layer for electrically connecting the external electrode and the support plate is formed on the upper surface of the side surface side adhesive layer. It is characterized by. When the conductor layer is formed on the upper surface of the side adhesive layer, the thermal expansion coefficient of the adhesive of the side adhesive layer and the metal of the conductor layer is larger than the thermal expansion coefficient of the piezoelectric layer of the multilayer piezoelectric element. Therefore, although a larger tensile stress is applied between the side surface of the laminate and the external electrode layer, in the present invention, as described above, the side surface of the laminate is a burnt surface, and the side surface of the laminate is uneven by ceramic particles. The external electrode is formed on the side surface where the irregularities due to the ceramic particles are formed, and the bonding strength of the external electrode to the side surface of the laminate can be improved, and the external electrode is peeled off from the side surface of the laminate. Can be suppressed.

また、本発明の振動体は、前記積層型圧電素子における圧電体層の積層数が7層以上であることを特徴とする。積層型圧電素子を高変位および低電圧駆動させるために、圧電体層の積層数を増やすことが考えられるが、圧電体層の積層数を7層以上と増加させると積層型圧電素子の重量が重くなり、落下試験において、支持板と積層型圧電素子との間が剥離し易くなるため、本発明を特に好適に用いることができる。   In the vibrator according to the invention, the number of piezoelectric layers in the multilayer piezoelectric element is 7 or more. In order to drive the multilayer piezoelectric element at a high displacement and a low voltage, it is conceivable to increase the number of piezoelectric layers. However, if the number of piezoelectric layers is increased to 7 or more, the weight of the multilayer piezoelectric element increases. Since it becomes heavier and the support plate and the laminated piezoelectric element are easily separated in a drop test, the present invention can be used particularly suitably.

また、本発明の振動体は、前記内部電極層の金属成分が銀、もしくは銀とパラジウムからなり、前記内部電極層がパラジウムを含有する場合には、金属成分中のパラジウムの含有比率が5質量%以下であることを特徴とする。このような振動体では、積層型圧電素子における内部電極層の金属成分を銀または銀とパラジウムから構成し、金属成分中のパラジウム含有比率を5質量%以下とすることにより、積層体の焼成温度を低下させることができ、また高価なパラジウム使用量を少なくすることができ、安価な振動体を得ることができる。   In the vibrating body of the present invention, when the metal component of the internal electrode layer is made of silver or silver and palladium, and the internal electrode layer contains palladium, the content ratio of palladium in the metal component is 5 mass. % Or less. In such a vibrating body, the metal component of the internal electrode layer in the multilayer piezoelectric element is composed of silver or silver and palladium, and the palladium content ratio in the metal component is 5% by mass or less, whereby the firing temperature of the multilayer body The amount of expensive palladium used can be reduced, and an inexpensive vibrator can be obtained.

本発明の振動体では、底面側接着剤層だけでなく、支持板からの高さが支持板から積層体の支持板側の主面までの高さ以上である側面側接着剤層によっても積層型圧電素子を支持板に接合することにより、積層型圧電素子の外部電極が支持板に強固に接合され、落下試験時の着地する瞬間に発生する、積層型圧電素子と支持板との間の引張応力に耐えることができ、振動体の落下時における積層型圧電素子の支持板からの剥離を抑制することができる。   In the vibrating body of the present invention, not only the bottom surface side adhesive layer but also the side surface side adhesive layer whose height from the support plate is higher than the height from the support plate to the main surface on the support plate side of the laminate is laminated. By joining the piezoelectric element to the support plate, the external electrode of the multilayer piezoelectric element is firmly joined to the support plate, and occurs between the multilayer piezoelectric element and the support plate, which occurs at the moment of landing during the drop test. It can withstand the tensile stress and can suppress the peeling of the laminated piezoelectric element from the support plate when the vibrating body is dropped.

また、積層体の側面が焼き肌面であり、積層体の側面を平坦にする等の何ら加工も施していないため、積層体の側面は圧電体層を構成するセラミック粒子による形状が反映され、積層体の側面にセラミック粒子により凹凸が形成されており、このセラミック粒子による凹凸が形成された側面に外部電極が形成されることになり、外部電極の積層体の側面への接合強度を向上することができる。従って、側面側接着剤層の支持板からの高さを高くして、積層型圧電素子の外部電極を支持板に強固に接合できるとともに、側面側接着剤層の支持板からの高さを高くしても、外部電極が積層体の側面から剥離することを抑制できる。   In addition, the side surface of the laminate is a burnt skin surface, and since no processing such as flattening the side surface of the laminate is performed, the side surface of the laminate reflects the shape of the ceramic particles constituting the piezoelectric layer, Concavities and convexities are formed by the ceramic particles on the side surfaces of the multilayer body, and external electrodes are formed on the side surfaces on which the irregularities by the ceramic particles are formed, thereby improving the bonding strength of the external electrodes to the side surfaces of the multilayer body. be able to. Therefore, the height of the side adhesive layer from the support plate can be increased, and the external electrode of the multilayer piezoelectric element can be firmly bonded to the support plate, and the height of the side adhesive layer from the support plate can be increased. Even so, the external electrode can be prevented from peeling from the side surface of the laminate.

本発明のバイモルフ型の振動体の断面図である。It is sectional drawing of the bimorph type vibrating body of this invention. 本発明のバイモルフ型の振動体の平面図である。It is a top view of the bimorph type oscillating body of the present invention. 積層体の側面部を拡大して示す断面図で、(a)は本発明品、(b)は従来品を示す。It is sectional drawing which expands and shows the side part of a laminated body, (a) shows this invention product and (b) shows a conventional product. 側面側接着剤層の表面に導体層を有する本発明の振動体の断面図である。It is sectional drawing of the vibrating body of this invention which has a conductor layer on the surface of a side surface side adhesive layer. 本発明の振動体に用いる積層型圧電体素子の製造方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing method of the lamination type piezoelectric material element used for the vibrating body of this invention. 従来のバイモルフ型の振動体を示すもので、(a)は断面図、(b)は接着剤層を広く形成し、この接着剤層に積層型圧電素子を押し当てて接合した場合の断面図である。1 shows a conventional bimorph type vibrator, (a) is a cross-sectional view, (b) is a cross-sectional view when an adhesive layer is widely formed, and a laminated piezoelectric element is pressed against and bonded to the adhesive layer. It is.

以下、本発明の実施形態を図1、図2に基づいて説明する。図1は本発明のバイモルフ型の振動体の断面図を、図2は平面図を示す。なお、図2では、理解しやすいように、図1と同一部材には同一の斜線等を記載した。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a cross-sectional view of a bimorph type vibrator of the present invention, and FIG. 2 is a plan view. In FIG. 2, the same oblique lines are shown for the same members as in FIG. 1 for easy understanding.

本発明のバイモルフ型の振動体は、図1、2に示すように、積層型圧電素子10、16を支持板14の上下面に接着剤により接合して構成されている。尚、本発明は、バイモルフ型の積層型圧電素子に限定されるものではなく、支持板の片側に積層型圧電素子が接合されたユニモルフ型であっても本発明の効果は得られる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the bimorph type vibrating body of the present invention is configured by bonding laminated piezoelectric elements 10 and 16 to the upper and lower surfaces of a support plate 14 with an adhesive. Note that the present invention is not limited to the bimorph type multilayer piezoelectric element, and the effect of the present invention can be obtained even with a unimorph type in which the multilayer piezoelectric element is joined to one side of the support plate.

積層型圧電素子10、16は、7層のセラミックスからなる圧電体層11と6層の内部電極層12とを交互に積層してなり、上下面に表面電極層13aを有する積層体17と、この積層体17の長手方向xの両端部にそれぞれ設けられた一対の外部電極13bとを具備している。尚、図1は理解を容易にするため、積層型圧電素子10、16の厚みを拡大して記載した。また、積層体17は、表面電極層13aを有しない場合もある。   The laminated piezoelectric elements 10 and 16 are formed by alternately laminating 7 layers of piezoelectric layers 11 made of ceramics and 6 layers of internal electrode layers 12, and a laminated body 17 having surface electrode layers 13a on the upper and lower surfaces. The laminated body 17 includes a pair of external electrodes 13b provided at both ends in the longitudinal direction x. In FIG. 1, the thickness of the multilayer piezoelectric elements 10 and 16 is enlarged for easy understanding. Moreover, the laminated body 17 may not have the surface electrode layer 13a.

積層体17は板状であり、上下の主面が長方形状とされ、積層体17の主面の長手方向xの両端側には、一対の側面を有している。積層体17の長方形状の主面は、幅が5mm以下で、長さが10mm以上であることが望ましい。このような積層型圧電素子では、特に、主面の長手方向xの変位が大きくなり、積層体17の側面と外部電極13bとの間に主面の長手方向xの引張応力が発生し易くなるため、本発明を好適に用いることができる。積層体17の長方形状の主面は、特に幅が5mm以下で、長さが17mm以上の場合に、本発明を好適に用いることができる。   The laminated body 17 is plate-shaped, the upper and lower main surfaces are rectangular, and the main surface of the laminated body 17 has a pair of side surfaces at both ends in the longitudinal direction x. The rectangular main surface of the laminated body 17 desirably has a width of 5 mm or less and a length of 10 mm or more. In such a laminated piezoelectric element, in particular, the displacement in the longitudinal direction x of the main surface becomes large, and a tensile stress in the longitudinal direction x of the main surface tends to occur between the side surface of the multilayer body 17 and the external electrode 13b. Therefore, the present invention can be preferably used. The present invention can be suitably used when the rectangular main surface of the laminate 17 has a width of 5 mm or less and a length of 17 mm or more.

積層体17の主面の長さが長くなればなるほど、言い換えれば、積層体17の長さが長くなればなるほど、内部電極層12の主面の長手方向xの収縮量が大きくなり、積層体17の側面から内部電極層12の先端の凹み量が大きくなるため、通常は、焼成した後、カットして内部電極層12を積層体17の側面に露出させることが行われているが、本発明では、後述するように、焼成後にカットすることなく、積層体17の側面が焼き肌面とされていることが特徴である。   As the length of the main surface of the multilayer body 17 becomes longer, in other words, as the length of the multilayer body 17 becomes longer, the contraction amount in the longitudinal direction x of the main surface of the internal electrode layer 12 becomes larger. Since the amount of dent at the tip of the internal electrode layer 12 increases from the side surface of 17, usually, after firing, the internal electrode layer 12 is exposed to the side surface of the laminated body 17 by cutting. As described later, the invention is characterized in that the side surface of the laminate 17 is a burnt surface without being cut after firing.

また、積層体17の圧電体層11の積層数が7層以上である場合には、積層型圧電素子10、16の重量が重くなるため、落下試験において、支持板14と積層型圧電素子10、16との間が剥離しやすくなるため、本発明をより好適に用いることができる。圧電体層11の積層数は、大型化を防止するという点から、30層以下であることが望ましい。   Further, when the number of stacked piezoelectric layers 11 of the stacked body 17 is 7 or more, the weight of the stacked piezoelectric elements 10 and 16 becomes heavy, and therefore the support plate 14 and the stacked piezoelectric element 10 are used in the drop test. , 16 can be easily peeled off, so that the present invention can be used more suitably. The number of stacked piezoelectric layers 11 is desirably 30 or less from the viewpoint of preventing an increase in size.

内部電極層12は、金属成分が銀、もしくは銀とパラジウムからなり、内部電極層12がパラジウムを含有する場合には、金属成分中のパラジウムの含有比率が5質量%以下であることが望ましい。内部電極層12は、金属成分が銀からなる場合がある。内部電極層12中には、圧電体層11を構成する材料成分を含有する場合がある。内部電極層12に圧電体層11を構成する材料成分を含有することにより、圧電体層11と内部電極層12の熱膨張差による応力を低減することができ、積層不良のない積層型圧電素子10、16を得ることができる。セラミック成分として、圧電体層11を構成する材料成分に限定されるものではなく、他のセラミック成分であっても良い。   The internal electrode layer 12 is made of silver or silver and palladium. When the internal electrode layer 12 contains palladium, the content ratio of palladium in the metal component is preferably 5% by mass or less. The internal electrode layer 12 may be made of silver as a metal component. The internal electrode layer 12 may contain material components that constitute the piezoelectric layer 11. By including the material component constituting the piezoelectric layer 11 in the internal electrode layer 12, it is possible to reduce stress due to a difference in thermal expansion between the piezoelectric layer 11 and the internal electrode layer 12, and a stacked piezoelectric element that does not have stacking faults 10, 16 can be obtained. As a ceramic component, it is not limited to the material component which comprises the piezoelectric material layer 11, Other ceramic components may be sufficient.

内部電極層12は、金属成分として銀を主成分とし、金属成分中のパラジウムの含有比率が5質量%以下の場合には、内部電極層12の過焼結を抑制するため、積層体の焼成温度は920〜960℃程度であり、この温度で圧電体層11が十分に焼結する必要がある。このような低温で焼結できる圧電体層11については、後述する。   The internal electrode layer 12 is mainly composed of silver as a metal component. When the content ratio of palladium in the metal component is 5% by mass or less, the internal electrode layer 12 is sintered to suppress oversintering. The temperature is about 920 to 960 ° C., and the piezoelectric layer 11 needs to be sufficiently sintered at this temperature. The piezoelectric layer 11 that can be sintered at such a low temperature will be described later.

なお、本発明は、内部電極層12が、金属成分として銀を主成分とし、金属成分中のパラジウムの含有比率が5質量%よりも多いものについて適用できることは勿論である。   The present invention can be applied to the case where the internal electrode layer 12 is mainly composed of silver as a metal component and the content ratio of palladium in the metal component is more than 5% by mass.

内部電極層の金属成分として、銀を主成分とし、金属成分中のパラジウム含有比率を5質量%以下とすることにより、積層体の焼成温度を低下させることができ、また高価なパラジウム使用量を少なくすることができ、安価な振動体を得ることができる。また、内部電極層のヤング率を低減させることができ、柔軟な積層型圧電素子とすることにより、積層型圧電素子の変位量を大きくすることができ、また、落下試験などでも破壊しにくくすることができる。   As the metal component of the internal electrode layer, the main component is silver, and by setting the palladium content ratio in the metal component to 5% by mass or less, the firing temperature of the laminate can be lowered, and the amount of expensive palladium used can be reduced. Therefore, an inexpensive vibrator can be obtained. In addition, the Young's modulus of the internal electrode layer can be reduced, and by making a flexible multilayer piezoelectric element, the displacement amount of the multilayer piezoelectric element can be increased, and it is difficult to break even in a drop test or the like. be able to.

また、積層体17における内部電極層12は圧電体層11の外周縁よりも内側に形成されている。すなわち、内部電極層12は、積層体17の側面に露出しないように、圧電体層11の外周縁から余白部分を設けて形成されている。ただし、後述する外部電極13bとの接続部においては内部電極層12と電気的に接続する必要があるため積層体17の側面まで引き出されているが、この側面に露出した部分は外部電極13bにより覆われている。内部電極層12と積層体17の側面までの余白部分の幅は100μm以上とすることが望ましい。このようにすることにより、銀、またはパラジウム含有比率が5質量%以下の銀とパラジウムからなる内部電極層12の大気中の水分や硫黄成分による腐食を防止することができ、ひいては積層型圧電素子10、16における内部電極層12間のイオンマイグレーションを抑制し、絶縁信頼性の高い積層型圧電素子10、16を得ることができる。   Further, the internal electrode layer 12 in the multilayer body 17 is formed inside the outer peripheral edge of the piezoelectric layer 11. That is, the internal electrode layer 12 is formed by providing a blank portion from the outer peripheral edge of the piezoelectric layer 11 so as not to be exposed on the side surface of the multilayer body 17. However, since it is necessary to be electrically connected to the internal electrode layer 12 at the connection portion with the external electrode 13b described later, the side surface of the multilayer body 17 is drawn out, but the portion exposed to this side surface is formed by the external electrode 13b. Covered. It is desirable that the width of the blank portion between the internal electrode layer 12 and the side surface of the multilayer body 17 is 100 μm or more. By doing so, corrosion due to moisture and sulfur components in the atmosphere of the internal electrode layer 12 made of silver or silver having a palladium content ratio of 5 mass% or less can be prevented, and as a result, the laminated piezoelectric element The ion migration between the internal electrode layers 12 in 10 and 16 can be suppressed, and the stacked piezoelectric elements 10 and 16 with high insulation reliability can be obtained.

表面電極層13aと外部電極13bは、銀からなる金属成分にガラス成分を含有することが望ましい。ガラス成分を含有することにより、圧電体層11や内部電極層12と、表面電極層13aまたは外部電極13bとの間に強固な密着力を得ることができる。   The surface electrode layer 13a and the external electrode 13b desirably contain a glass component in the metal component made of silver. By containing a glass component, it is possible to obtain a strong adhesion between the piezoelectric layer 11 and the internal electrode layer 12 and the surface electrode layer 13a or the external electrode 13b.

積層体17の長手方向xの両端部には、積層体17の側面から上下の主面の長手方向x端部まで被覆する外部電極13bがそれぞれ設けられている。積層型圧電素子10、16は、6層の内部電極層12と2層の表面電極層13aが電極層とされており、一対の外部電極13bには、積層体17の対向する側面において3層ずつの内部電極層12および1層ずつの表面電極層13aが交互に電気的に接続されている。   External electrodes 13b are provided at both ends in the longitudinal direction x of the multilayer body 17 so as to cover from the side surface of the multilayer body 17 to the longitudinal direction x ends of the upper and lower main surfaces. The laminated piezoelectric elements 10 and 16 have six internal electrode layers 12 and two surface electrode layers 13a as electrode layers. The pair of external electrodes 13b has three layers on the side surfaces facing the laminate 17. Each internal electrode layer 12 and each surface electrode layer 13a are electrically connected alternately.

そして、本発明の振動体は、積層体17の支持板14側の主面と支持板14とが底面側接着剤層15aで接合され、かつ外部電極13bの露出面の一部と支持板14とが側面側接着剤層15bで接合されている。言い換えれば、側面側接着剤層15bは、外部電極13bの露出面の一部に付着し、裾が広がるようにして支持板14の表面にも付着している。この側面側接着剤層15bは、支持板14からの高さhが積層体17の支持板14側の主面の高さh以上とされている。 In the vibrating body of the present invention, the main surface of the laminate 17 on the support plate 14 side and the support plate 14 are joined by the bottom surface side adhesive layer 15a, and a part of the exposed surface of the external electrode 13b and the support plate 14 are joined. Are joined by the side adhesive layer 15b. In other words, the side adhesive layer 15b is attached to a part of the exposed surface of the external electrode 13b, and is also attached to the surface of the support plate 14 so that the skirt is widened. The side surface adhesive layer 15 b has a height h from the support plate 14 equal to or higher than the height h 1 of the main surface of the laminate 17 on the support plate 14 side.

本発明では、底面側接着剤層15aだけでなく、支持板14からの高さhが、支持板14から積層体17の支持板14側の主面までの高さh以上の側面側接着剤層15bにより、落下試験の着地時に発生する、積層型圧電素子10、16と支持板14との間に発生する引張応力に対して、外部電極13bの露出面と側面側接着剤層15bとの間に発生する剪断応力が対抗して耐えることができ、積層型圧電素子10、16の支持板14からの剥離を抑制することができる。 In the present invention, not only the bottom surface side adhesive layer 15a but also the side surface side adhesive whose height h from the support plate 14 is higher than the height h 1 from the support plate 14 to the main surface on the support plate 14 side of the laminate 17. The exposed surface of the external electrode 13b and the side surface side adhesive layer 15b against the tensile stress generated between the laminated piezoelectric elements 10 and 16 and the support plate 14, which is generated by the agent layer 15b when landing in the drop test. The shear stress generated during the period can be resisted and resisted, and the peeling of the laminated piezoelectric elements 10 and 16 from the support plate 14 can be suppressed.

なお、側面側接着剤層15bの支持板14からの高さhが、支持板14から積層体17の支持板14側の主面までの高さhであっても、図1に示すように、外部電極13bは積層体17の支持板14側の主面よりも支持板側に突出するため、外部電極13bの側面に側面側接着剤層15bが接合することになり、積層型圧電素子10、16の支持板14からの剥離を抑制することができる。 The height h from the support plate 14 of the side-side adhesive layer 15b is, even the height h 1 to the main surface of the supporting plate 14 side of the laminate 17 from the support plate 14, as shown in FIG. 1 In addition, since the external electrode 13b protrudes more to the support plate side than the main surface of the laminate 17 on the support plate 14 side, the side adhesive layer 15b is joined to the side surface of the external electrode 13b. Separation of the 10 and 16 from the support plate 14 can be suppressed.

一方、側面側接着剤層15bの高さhが積層体17の主面の支持板14からの高さhよりも低い場合には、落下試験の着地時に発生する、積層型圧電素子10、16と支持板14との間の引張応力に耐えきれず、積層型圧電素子10、16の支持板14からの剥離を抑制する効果が殆どない。特に側面側接着剤層15bの支持板14からの高さhは、積層体17の支持板14側の主面の支持板14からの高さhよりも高く、特に支持板14から10μm以上の高さで、支持板14から積層体17の厚みtの1/2以下の高さであることが望ましい。 On the other hand, when the height h of the side face side adhesive layer 15b is lower than the height h 1 from the support plate 14 of the main surface of the laminate 17 that occur when landing drop test, the laminated piezoelectric element 10, 16 cannot withstand the tensile stress between the support plate 14 and the laminated piezoelectric elements 10 and 16 have almost no effect of suppressing the peeling from the support plate 14. In particular the height h from the support plate 14 of the side-side adhesive layer 15b is higher than the height h 1 from the support plate 14 of the main surface of the supporting plate 14 side of the laminate 17, 10 [mu] m or more in particular from the support plate 14 It is desirable that the height be less than or equal to ½ of the thickness t of the laminate 17 from the support plate 14.

側面側接着剤層15bは、底面側接着剤層15aと連続しており、本発明では、外部電極13bの支持板14側に突出した部分間の接着剤層を底面側接着剤層15aとし、それよりも外側に位置する接着剤層を側面側接着剤層15bと定義した。   The side surface side adhesive layer 15b is continuous with the bottom surface side adhesive layer 15a, and in the present invention, the adhesive layer between the portions protruding to the support plate 14 side of the external electrode 13b is defined as the bottom surface side adhesive layer 15a. The adhesive layer positioned on the outer side was defined as the side adhesive layer 15b.

また、積層型圧電素子10、16と支持板14との間の底面側接着剤層15aの厚みは特に言及しないが、底面側接着剤層15aの厚みが1μm以上である場合には、接着剤の熱膨張係数が大きいため、特に、積層体17と外部電極13bとの間に長手方向xの引張応力が発生し易いため、本発明をより好適に用いることができる。底面側接着剤層15aの厚みは、熱膨張係数の差による応力発生の観点から5μm以下であることが望ましい。   Further, the thickness of the bottom surface side adhesive layer 15a between the multilayer piezoelectric elements 10, 16 and the support plate 14 is not particularly mentioned, but when the thickness of the bottom surface side adhesive layer 15a is 1 μm or more, the adhesive Since the thermal expansion coefficient is large, in particular, tensile stress in the longitudinal direction x is likely to be generated between the laminate 17 and the external electrode 13b, so that the present invention can be used more suitably. The thickness of the bottom surface side adhesive layer 15a is desirably 5 μm or less from the viewpoint of the generation of stress due to the difference in thermal expansion coefficient.

底面側接着剤層15a、側面側接着剤層15bを形成するための有機系接着剤としては、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、ポリエステル系樹脂等公知のものを使用することができる。接着剤に使用する樹脂の硬化方法としては、熱硬化性、光硬化性、嫌気性硬化等いずれを用いても振動体を作製することができる。   As the organic adhesive for forming the bottom surface side adhesive layer 15a and the side surface side adhesive layer 15b, known ones such as epoxy resins, silicon resins and polyester resins can be used. As a method for curing the resin used for the adhesive, the vibrating body can be produced by using any of thermosetting, photocuring, anaerobic curing, and the like.

そして、本発明では、積層体17の一対の側面が焼き肌面とされている。従って、積層体17の主面の長手方向xの側面は圧電体層11を構成するセラミック粒子による形状が反映され、図3(a)に示すように、セラミック粒子により凹凸が形成されており、また、内部電極層12の焼成収縮により、積層体17の側面には開口部が形成されており、セラミック粒子による凹凸が形成され、かつ内部電極層12の焼成収縮による開口部を有する側面に、外部電極ペーストを塗布して外部電極13bを形成することにより、セラミック粒子による凹凸に外部電極材料が噛み込み、また開口部に外部電極材料が入り込み、この状態で焼き付き、積層体17の側面への外部電極13bの接合強度を向上することができる。   And in this invention, a pair of side surface of the laminated body 17 is made into a baking surface. Accordingly, the side surface in the longitudinal direction x of the main surface of the multilayer body 17 reflects the shape of the ceramic particles constituting the piezoelectric layer 11, and as shown in FIG. In addition, due to the firing shrinkage of the internal electrode layer 12, openings are formed on the side surfaces of the laminate 17, the irregularities due to the ceramic particles are formed, and the side surfaces having the openings due to the firing shrinkage of the internal electrode layers 12, By applying the external electrode paste to form the external electrode 13b, the external electrode material bites into the irregularities due to the ceramic particles, and the external electrode material enters into the opening, and is seized in this state and applied to the side surface of the laminate 17 The bonding strength of the external electrode 13b can be improved.

従って、側面側接着剤層15bの支持板14からの高さhを高くして、積層型圧電素子10、16の外部電極13bを支持板14に強固に接合できるとともに、側面側接着剤層15bの支持板14からの高さhを高くしても、外部電極13bが積層体17の側面から剥離することを抑制できる。   Therefore, the height h of the side-side adhesive layer 15b from the support plate 14 can be increased so that the external electrodes 13b of the laminated piezoelectric elements 10 and 16 can be firmly bonded to the support plate 14 and the side-side adhesive layer 15b. Even if the height h from the support plate 14 is increased, the external electrode 13 b can be prevented from peeling from the side surface of the multilayer body 17.

すなわち、積層型圧電素子10、16、支持板14および側面側接着剤層15bの熱膨張係数の違いにより、温度サイクルや高温高湿放置試験等の信頼性試験において、積層体17の側面と外部電極13bとの間に主面の長手方向xの引張応力が発生し、この引張応力は、側面側接着剤層15bの支持板14からの高さhが大きくなればなるほど、特に、支持板14からの高さhが積層体17の厚みtの1/2を超える高さの場合に前記引張応力が大きくなるが、本発明では、積層体17の一対の側面を焼き肌面とし、この側面に外部電極13bを形成したので、側面側接着剤層15bの支持板14からの高さhを高くしても、外部電極13bが積層体17の側面から剥離することを抑制できる。尚、図3(b)には、従来の積層体の側面部を示した。   That is, due to the difference in the thermal expansion coefficients of the multilayer piezoelectric elements 10 and 16, the support plate 14 and the side surface side adhesive layer 15b, the side surface of the multilayer body 17 and the outside of the multilayer body 17 in the reliability test such as a temperature cycle and a high temperature and high humidity test. A tensile stress in the longitudinal direction x of the main surface is generated between the electrode 13b, and this tensile stress is particularly increased as the height h of the side adhesive layer 15b from the support plate 14 increases. The tensile stress increases when the height h from the height exceeds 1/2 of the thickness t of the laminated body 17. In the present invention, the pair of side surfaces of the laminated body 17 are burnt skin surfaces. Since the external electrode 13b is formed on the outer side, the external electrode 13b can be prevented from peeling from the side surface of the multilayer body 17 even if the height h of the side surface side adhesive layer 15b from the support plate 14 is increased. FIG. 3B shows a side surface portion of a conventional laminate.

また、焼結後、積層体17の側面を平坦にする等の加工をしないため、加工費用を削減でき、作製コストを削減できる。   Further, since the processing such as flattening the side surface of the laminated body 17 is not performed after sintering, the processing cost can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

ここで、焼き肌面とは、焼結後、ダイシングやバレルなどの積層体17の側面を平坦にする等の加工をせず、焼結後そのままの磁器表面を有することをいう。   Here, the burned surface means having a porcelain surface as it is after sintering without performing processing such as flattening the side surface of the laminate 17 such as dicing or barrel after sintering.

また、積層型圧電素子10、16の幅方向の側面も焼き肌面とされており、図2に示したように、幅方向の側面にも幅方向側面側接着剤層18が形成され、この幅方向側面側接着剤層18の支持板14からの高さも、積層体17の支持板14側の主面の支持板14からの高さh以上とされている。これにより、積層型圧電素子10、16の幅方向の側面も支持板14に強固に接合されている。 Further, the side surfaces in the width direction of the laminated piezoelectric elements 10 and 16 are also burnt skin surfaces, and as shown in FIG. 2, the width direction side adhesive layer 18 is formed also on the side surfaces in the width direction. The height from the support plate 14 of the lateral side adhesive layer 18 in the width direction is also equal to or higher than the height h 1 from the support plate 14 of the main surface of the laminate 17 on the support plate 14 side. Thus, the side surfaces in the width direction of the multilayer piezoelectric elements 10 and 16 are also firmly bonded to the support plate 14.

本発明の振動体は、積層型圧電素子10、16は、外部電極13bを絶縁性の支持板14に形成された電極パターン、または導電性の支持板14そのものに導通せしめ、外部電極13b間に電圧を印加し、駆動することになる。また、積層型圧電素子10と積層型圧電素子16とは、それぞれ同一方向側に変位するように、電圧が印加される。これにより、図1、2に示したようなバイモルフ型の振動体は、大きく振動することになる。   In the vibrating body of the present invention, the laminated piezoelectric elements 10 and 16 make the external electrode 13b conductive to the electrode pattern formed on the insulating support plate 14 or the conductive support plate 14 itself, and between the external electrodes 13b. A voltage is applied to drive. Further, a voltage is applied to the multilayer piezoelectric element 10 and the multilayer piezoelectric element 16 so as to be displaced in the same direction. Thereby, the bimorph type vibrator as shown in FIGS. 1 and 2 vibrates greatly.

尚、図4に示すように、支持板14が金属または合金からなり、側面側接着剤層15bの上面に、外部電極13bと支持板14とを導通するための導体層55が形成されている場合には、側面側接着剤層15bの接着剤および導体層55の金属の熱膨張係数が積層型圧電素子10、16の熱膨張係数よりも大きいため、積層体17の側面と外部電極層13bとの間により大きな引張応力がかかるため、本発明をより好適に用いることができる。   As shown in FIG. 4, the support plate 14 is made of a metal or an alloy, and a conductor layer 55 for electrically connecting the external electrode 13b and the support plate 14 is formed on the upper surface of the side adhesive layer 15b. In this case, since the thermal expansion coefficient of the adhesive of the side adhesive layer 15b and the metal of the conductor layer 55 is larger than the thermal expansion coefficient of the multilayer piezoelectric elements 10 and 16, the side surface of the multilayer body 17 and the external electrode layer 13b. Therefore, the present invention can be used more suitably.

次に、本発明の振動体の製造方法を図5に基づき説明する。まず、圧電材料の粉末にバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤を混練し、スラリーを作製する。圧電材料としては、鉛系、非鉛系のうちいずれでも使用することができる。   Next, the manufacturing method of the vibrating body of this invention is demonstrated based on FIG. First, a binder, a dispersant, a plasticizer, and a solvent are kneaded with the piezoelectric material powder to prepare a slurry. As the piezoelectric material, any of lead-based and non-lead-based materials can be used.

次に、得られたスラリーをシート状に成形し、グリーンシート21を得ることができ、このグリーンシート21に内部電極ペーストを印刷して内部電極パターン22を形成する。内部電極パターン22の印刷に際しては、前述したように、焼成後の積層型圧電素子10、16において余白部分Lが100μm以上となるように印刷することが望ましい。次に、図5(a)に示すように、内部電極パターンが形成されたグリーンシート21を所望の枚数積層し、最上層にはグリーンシートのみ積層して、積層成形体を作製する。この積層成形体を所望の形状に切断し、図5(b)に示すように個片状の素子用積層成形体24を作製する。切断する際は、内部電極パターンが素子用積層成形体24の側面に、交互に露出するように切断する。   Next, the obtained slurry is formed into a sheet shape to obtain a green sheet 21, and an internal electrode paste 22 is printed on the green sheet 21 to form an internal electrode pattern 22. When printing the internal electrode pattern 22, as described above, it is desirable to print so that the blank portion L is 100 μm or more in the fired laminated piezoelectric elements 10 and 16. Next, as shown in FIG. 5A, a desired number of green sheets 21 on which internal electrode patterns are formed are stacked, and only the green sheet is stacked on the uppermost layer to produce a stacked molded body. This laminated molded body is cut into a desired shape, and as shown in FIG. 5B, a piece-shaped laminated molded body for an element 24 is produced. When cutting, the internal electrode patterns are cut so as to be alternately exposed on the side surfaces of the element laminated molded body 24.

次に、この素子用積層成形体24を脱脂、焼成することにより積層体17を得ることができる。焼成後、積層体17の外部電極13bが形成される側面25は、何ら加工されないため、圧電体層11の側面は、圧電体層11を構成するセラミック粒子により凹凸が形成されている。また、内部電極層12は圧電体層11に比べ焼結収縮が大きいため、外部電極13bと接続されるはずの内部電極層12の先端は、積層体17の側面25から少々凹んで存在しており、言い換えると、積層体17の側面25には、内部電極層12の収縮による開口部が形成されている。   Next, the laminated body 17 can be obtained by degreasing and firing the laminated molded body 24 for an element. After firing, the side surface 25 on which the external electrode 13b of the multilayer body 17 is formed is not processed at all, so that the side surface of the piezoelectric layer 11 has irregularities formed by the ceramic particles constituting the piezoelectric layer 11. Further, since the internal electrode layer 12 has a larger sintering shrinkage than the piezoelectric layer 11, the tip of the internal electrode layer 12 that should be connected to the external electrode 13 b is slightly recessed from the side surface 25 of the multilayer body 17. In other words, an opening due to contraction of the internal electrode layer 12 is formed on the side surface 25 of the multilayer body 17.

この後、積層体17の圧電体層11の積層方向の両主面に表面電極ペーストを印刷し、表面電極パターン26aを形成し、引き続き、積層体17の長手方向xの両側面に外部電極ペーストを印刷し、外部電極パターン26bを形成する。このとき外部電極ペーストは、積層型圧電素子24の側面25に引き出された内部電極層12の端面すべて覆うように印刷することが望ましい。所定の温度で電極の焼付けを行うことにより積層型圧電素子10、16を得ることができる。表面電極パターン26aおよび外部電極パターン26bを焼き付けることにより、上記積層体17の側面に形成された開口部には外部電極13bのペーストが入り込み、内部電極層12に外部電極13bが接続されることになる。尚、積層体17の長さが長く、内部電極層12の焼成収縮量が大きく、開口部が長い場合には、真空引きすることにより、開口部に外部電極ペーストを入り易くし、内部電極層12と外部電極13bとの接続を確実に行うことができる。   Thereafter, the surface electrode paste is printed on both main surfaces in the stacking direction of the piezoelectric layer 11 of the multilayer body 17 to form the surface electrode pattern 26a. Subsequently, the external electrode paste is formed on both side surfaces of the multilayer body 17 in the longitudinal direction x. Is printed to form the external electrode pattern 26b. At this time, it is desirable to print the external electrode paste so as to cover all the end surfaces of the internal electrode layer 12 drawn out to the side surface 25 of the multilayer piezoelectric element 24. The laminated piezoelectric elements 10 and 16 can be obtained by baking the electrodes at a predetermined temperature. By baking the surface electrode pattern 26a and the external electrode pattern 26b, the paste of the external electrode 13b enters the opening formed in the side surface of the laminate 17, and the external electrode 13b is connected to the internal electrode layer 12. Become. In addition, when the length of the laminated body 17 is long, the firing shrinkage amount of the internal electrode layer 12 is large, and the opening is long, the external electrode paste can be easily put into the opening by evacuating the internal electrode layer. 12 and the external electrode 13b can be reliably connected.

また、本発明の振動体では、積層体17の表面電極層13aと外部電極13bとを積層体17の角部で接続するが、積層体17の側面および表面はセラミック粒子による凹凸が形成されているため、表面電極層13aと外部電極13bとの接続を確実に行うことができる。   Further, in the vibrating body of the present invention, the surface electrode layer 13a of the multilayer body 17 and the external electrode 13b are connected by the corners of the multilayer body 17, but the side surface and the surface of the multilayer body 17 are formed with unevenness due to ceramic particles. Therefore, the surface electrode layer 13a and the external electrode 13b can be reliably connected.

次に、積層型圧電素子10、16に圧電性を付与するために表面電極層13aまたは外部電極13bを通じて直流電圧を印加して、積層型圧電素子10、16の分極を行う。   Next, in order to impart piezoelectricity to the multilayer piezoelectric elements 10 and 16, a DC voltage is applied through the surface electrode layer 13a or the external electrode 13b to polarize the multilayer piezoelectric elements 10 and 16.

次に、支持板14に接着剤を塗布して、その支持板14上に積層型圧電素子10、16を押し当て、その後、側面側接着剤層15bの高さhを高くするため、外部電極13bの露出面の側面側接着剤層15bに接着剤を筆等で重ね塗りし、側面側接着剤層15bの高さhを高くし、この後、接着剤を熱や紫外線を照射することにより硬化させ、本発明の振動体を得ることができる。   Next, an adhesive is applied to the support plate 14, the laminated piezoelectric elements 10 and 16 are pressed onto the support plate 14, and then the height h of the side adhesive layer 15 b is increased. By applying the adhesive on the side adhesive layer 15b on the exposed surface 13b with a brush or the like, increasing the height h of the side adhesive layer 15b, and then irradiating the adhesive with heat or ultraviolet rays. It can be cured to obtain the vibrating body of the present invention.

920〜960℃程度の低温で焼結できる圧電体層11については説明する。圧電体層11は、SbおよびNbのうち少なくとも一種と、Pb、Zr、Ti、ZnおよびBiとを含有するもので、金属成分としてSbおよびNbのうち少なくとも一種と、Pb、Zr、Ti、Sr、Ba、Zn、Biとを含む複合ペロブスカイト型化合物であって、これらの金属元素のモル比による組成式をPb1−x−y−zSrBaBi(Zn1/3α2/3ZrTi1−a−bと表した時に、x、y、z、a、bが、0≦x≦0.14、0≦y≦0.14、0<z≦0.015、0.04≦x+y、0.01≦a≦0.12、0.43≦b≦0.58を満足するものが望ましい。αはSbおよびNbのうち少なくとも一種である。 The piezoelectric layer 11 that can be sintered at a low temperature of about 920 to 960 ° C. will be described. The piezoelectric layer 11 contains at least one of Sb and Nb and Pb, Zr, Ti, Zn and Bi, and at least one of Sb and Nb as a metal component, and Pb, Zr, Ti, Sr. , Ba, Zn, a composite perovskite compound including Bi, the composition formula by molar ratio of the metal elements Pb 1-x-y-z Sr x Ba y Bi z (Zn 1/3 α 2 / 3 ) When expressed as a Zr b Ti 1- abO 3 , x, y, z, a, b are 0 ≦ x ≦ 0.14, 0 ≦ y ≦ 0.14, 0 <z ≦ 0 It is desirable to satisfy .015, 0.04 ≦ x + y, 0.01 ≦ a ≦ 0.12, and 0.43 ≦ b ≦ 0.58. α is at least one of Sb and Nb.

ここで、x、y、z、a、bを上記の範囲に設定した理由について説明する。PbのSrによる置換量xを0≦x≦0.14としたのは、Pbの一部をSrで置換することによりキュリー温度を高く維持できるからである。また、PbのBaによる置換量yを0≦y≦0.14としたのは、Pbの一部をBaで置換することによりキュリー温度を高く維持でき、高い圧電歪定数d33を得ることができるからである。 Here, the reason why x, y, z, a, and b are set in the above ranges will be described. The reason why the substitution amount x of Pb with Sr is set to 0 ≦ x ≦ 0.14 is that the Curie temperature can be kept high by substituting a part of Pb with Sr. The reason why the substitution amount y of Pb with Ba is set to 0 ≦ y ≦ 0.14 is that the Curie temperature can be kept high by substituting a part of Pb with Ba, and a high piezoelectric strain constant d 33 can be obtained. Because it can.

さらに、PbのBiによる置換量zを0<z≦0.015としたのは、この範囲内ならば、焼成時にBiが液相を形成し、PZT系結晶の結晶粒子を濡らし、焼結性を向上できるとともに、焼結後は、PZT系結晶内にBiが固溶し、圧電特性を向上できるためである。 Furthermore, if the substitution amount z of Pb by Bi is set to 0 <z ≦ 0.015, within this range, Bi 2 O 3 forms a liquid phase at the time of firing, and wets the crystal grains of the PZT crystal, This is because the sinterability can be improved and, after sintering, Bi 2 O 3 is dissolved in the PZT-based crystal and the piezoelectric characteristics can be improved.

また、Tiの(Zn1/3α2/3)による置換量aを0.01≦a≦0.12としたのは、大きな圧電歪定数d33および圧電出力定数g33が得られ、キュリー温度を高く維持し、誘電損失を小さく維持できるからである。この圧電磁器を振動体として用いる場合には、0.05≦a≦0.12とすることにより大きな圧電歪定数を得ることができる。 Also, the reason why the substitution amount a of Ti with (Zn 1/3 α 2/3 ) is set to 0.01 ≦ a ≦ 0.12 is that a large piezoelectric strain constant d 33 and piezoelectric output constant g 33 are obtained. This is because the temperature can be kept high and the dielectric loss can be kept small. When this piezoelectric ceramic is used as a vibrating body, a large piezoelectric strain constant can be obtained by setting 0.05 ≦ a ≦ 0.12.

PZTを主成分とした圧電磁器は、PbZrOとPbTiOの固溶比率を変化させると圧電歪定数の極大値を示すMPB(組成相境界)が存在する。振動体の圧電体層11としては、このMPBおよびその近傍の組成値を用いることになる。このMPBはx、aの量により変化するため、bの値はx、aの組成範囲内でMPBを捉えうる組成範囲とした。 A piezoelectric ceramic mainly composed of PZT has an MPB (composition phase boundary) showing a maximum value of the piezoelectric strain constant when the solid solution ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 is changed. As the piezoelectric layer 11 of the vibrator, this MPB and the composition value in the vicinity thereof are used. Since this MPB varies depending on the amounts of x and a, the value of b is set to a composition range in which MPB can be captured within the composition range of x and a.

圧電磁器の密度は7.7g/cm以上、特には、7.8g/cm以上が望ましい。なお、積層体の嵩密度を圧電磁器の密度とした。 The density of the piezoelectric ceramic is 7.7 g / cm 3 or more, in particular, 7.8 g / cm 3 or more. Note that the bulk density of the laminate was the density of the piezoelectric ceramic.

圧電磁器は以下のようにして作製することができる。先ず、SbおよびNbのうち少なくとも一種と、Pb、Zr、Ti、Znとを含有し、かつCukα線を用いたX線回折測定においてチタン酸ジルコン酸鉛系結晶の(101)のピーク(2θ≒30°)のピーク強度をIとし、(111)のピーク(2θ≒38°)のピーク強度をIとした時、I/Iが0.130〜0.160となる仮焼粉末を作製する。 The piezoelectric ceramic can be manufactured as follows. First, in the X-ray diffraction measurement using at least one of Sb and Nb and Pb, Zr, Ti, and Zn and using Cukα rays, the (101) peak (2θ≈ the peak intensity of 30 °) and I 1, when the the I 2 peak intensity of the peak (2 [Theta] ≒ 38 °) of (111), calcined powder I 2 / I 1 is from 0.130 to 0.160 Is made.

具体的には、例えば、原料としてPbO、ZrO、TiO、SrCO、BaCO、ZnO、Sb、Nbの各粉末を秤量混合し、次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、850〜950℃で1〜3時間仮焼する。仮焼後において、I/Iが0.130〜0.160となるようにした。再びボールミル等で粉砕し、例えば、平均粒径D50が0.5〜0.7μmの範囲になるようにする。 Specifically, for example, PbO, ZrO 2 , TiO 2 , SrCO 3 , BaCO 3 , ZnO, Sb 2 O 3 , and Nb 2 O 5 powders are weighed and mixed as raw materials, and then this mixture is dehydrated and dried. And calcining at 850 to 950 ° C. for 1 to 3 hours. After calcination, I 2 / I 1 was adjusted to 0.130 to 0.160. Again ground in a ball mill or the like, for example, the average particle diameter D 50 is set to be in the range of 0.5~0.7Myuemu.

/Iを0.130〜0.160としたのは、I/Iが0.130〜0.160の範囲内ならば、Bi添加により焼結性が向上し、チタン酸ジルコン酸鉛系結晶の合成が進行するとともに、Biが焼結に伴う粒成長と同時にチタン酸ジルコン酸鉛系結晶に取り込まれ、920〜960℃の焼結温度範囲においては液相成分が残存せずに焼結するためである。一方、I/Iが0.130よりも小さい場合には、チタン酸ジルコン酸鉛系結晶の合成が不十分であり、Bi粉末を添加し焼成したとしても、焼結性を向上できないからである。また、I/Iが0.160よりも大きい場合には、チタン酸ジルコン酸鉛系結晶の合成が進みすぎ、Bi粉末を添加し焼成したとしても、結晶内に固溶し難くなるからである。 The reason why I 2 / I 1 was set to 0.130 to 0.160 is that if I 2 / I 1 is in the range of 0.130 to 0.160, the sinterability is improved by adding Bi 2 O 3 , As the synthesis of lead zirconate titanate crystals progresses, Bi 2 O 3 is taken into the lead zirconate titanate crystals at the same time as the grain growth accompanying sintering, and in the sintering temperature range of 920 to 960 ° C. This is because the phase component does not remain and is sintered. On the other hand, when I 2 / I 1 is smaller than 0.130, the synthesis of lead zirconate titanate crystals is insufficient, and even if Bi 2 O 3 powder is added and fired, the sinterability is reduced. This is because it cannot be improved. In addition, when I 2 / I 1 is larger than 0.160, the synthesis of lead zirconate titanate-based crystals proceeds too much, and even if Bi 2 O 3 powder is added and baked, it is dissolved in the crystals. Because it becomes difficult.

ここで、チタン酸ジルコン酸鉛系結晶の合成程度を表す指標として、チタン酸ジルコン酸鉛系結晶の(101)のピーク(2θ≒30°)のピーク強度I、(111)のピーク(2θ≒38°)のピーク強度Iを用いたのは、他のピークは、仮焼温度により結晶相が変化するに伴い、ピーク位置やパターン形状が変化するからであり、(101)のピーク(2θ≒30°)と、(111)のピーク(2θ≒38°)は、そのようなことがなく、合成度を表すには最適と考えられたからである。 Here, as an index representing the synthesis degree of the lead zirconate titanate crystal, the peak intensity I 1 of the peak (2θ≈30 °) of the lead zirconate titanate crystal (2θ≈30 °), the peak (2θ) The reason why the peak intensity I 2 of ≈38 ° is used is that the peak position and pattern shape of other peaks change as the crystal phase changes depending on the calcining temperature. This is because the 2θ≈30 ° and the peak of (111) (2θ≈38 °) are not so, and are considered optimal for expressing the degree of synthesis.

この後、仮焼粉末に対して、例えばD50が0.5〜0.7μmのBi粉末、バインダを添加し混合した後、ドクターブレード法でグリーンシートを作製する。Bi粉末の添加量は、ABOの化学式で書き表されるチタン酸ジルコン酸鉛系結晶のAサイトPb1−x−y−zSrBaBiの組成表記で表したときのBiのモル数が0.015モルに相当する量以下のBiを添加することが望ましい。 Thereafter, for example, Bi 2 O 3 powder having a D 50 of 0.5 to 0.7 μm and a binder are added to and mixed with the calcined powder, and then a green sheet is produced by a doctor blade method. The addition amount of Bi 2 O 3 powder, when expressed in a composition notation A site Pb 1-x-y-z Sr x Ba y Bi z lead zirconate titanate crystals Kakiarawasa the chemical formula ABO 3 It is desirable to add Bi 2 O 3 in an amount equal to or less than the amount corresponding to 0.015 mol of Bi.

一方、金属成分としてAg主成分とし、金属成分中のPdの含有比率が5質量%以下である内部電極ペーストを作製する。内部電極ペースト中には、共材としてセラミック粒子を混合する場合がある。   On the other hand, an internal electrode paste having a main component of Ag as the metal component and a Pd content ratio of 5% by mass or less in the metal component is produced. Ceramic particles may be mixed as a common material in the internal electrode paste.

この内部電極ペーストをグリーンシートに塗布して内部電極パターンを形成する。   This internal electrode paste is applied to a green sheet to form an internal electrode pattern.

この内部電極パターンが形成されたグリーンシートを複数積層し、最後に内部電極パターンが形成されていないグリーンシートを積層して積層成形体を作製し、この積層成形体を、大気中で920〜960℃で焼成する。これにより、圧電磁器中のチタン酸ジルコン酸鉛系結晶内にBiが固溶する。 A plurality of green sheets on which the internal electrode patterns are formed are stacked, and finally, green sheets on which the internal electrode patterns are not formed are stacked to produce a stacked molded body. Bake at ℃. Accordingly, Bi 2 O 3 is dissolved in a lead zirconate titanate crystals in the piezoelectric ceramic.

このような圧電材料では、920〜960℃の低温で焼成したとしても、Biが液相を形成し、チタン酸ジルコン酸鉛系結晶の結晶粒子を濡らし、焼結性を向上できるとともに、焼結後には、チタン酸ジルコン酸鉛系結晶内にBiがほぼ完全に固溶するため、圧電磁器がチタン酸ジルコン酸鉛系結晶の結晶粒子からなるとともに、チタン酸ジルコン酸鉛系結晶の結晶粒子の粒界には、非晶質相およびチタン酸ジルコン酸鉛系結晶以外の結晶相が実質的に存在せず、圧電特性を向上できる。 In such a piezoelectric material, even when fired at a low temperature of 920 to 960 ° C., Bi 2 O 3 forms a liquid phase, wets the crystal grains of lead zirconate titanate crystal, and can improve the sinterability. After sintering, Bi 2 O 3 is almost completely dissolved in the lead zirconate titanate crystal, so that the piezoelectric ceramic is composed of crystal grains of lead titanate zirconate crystal and lead zirconate titanate. There is substantially no crystal phase other than the amorphous phase and the lead zirconate titanate crystal at the grain boundary of the crystal grains of the system crystal, and the piezoelectric characteristics can be improved.

従来、低温焼成するため、液相を形成するLiやB等を添加しており、低温焼成はできるものの、PZT系結晶の結晶粒子の粒界には、非晶質相やPZT系結晶以外の結晶相が存在し、絶縁抵抗が経時的に低下したり、圧電特性が低下していた。本発明では、液相を形成するBiを用い、焼成時には液相を形成して焼結性を向上させ、7.7g/cm以上の密度を得ることができ、焼結後には、ほぼ完全にPZT系結晶に固溶して、PZT系結晶の結晶粒子の粒界には、非晶質相やPZT系結晶以外の結晶相が存在しないことになり、圧電特性を向上できる。これにより、圧電磁器の絶縁抵抗値が85℃で100MΩ以上となり、連続駆動時の絶縁劣化を抑制できる。 Conventionally, Li, B, or the like that forms a liquid phase has been added to perform low-temperature firing, and low-temperature firing is possible, but at the grain boundaries of the PZT crystal grains, other than amorphous phases and PZT crystals There was a crystal phase, and the insulation resistance decreased with time, and the piezoelectric characteristics decreased. In the present invention, Bi 2 O 3 forming a liquid phase is used, and a liquid phase is formed at the time of firing to improve the sinterability, and a density of 7.7 g / cm 3 or more can be obtained. The solid phase is almost completely dissolved in the PZT crystal, and there is no amorphous phase or crystal phase other than the PZT crystal at the grain boundary of the PZT crystal grain, so that the piezoelectric characteristics can be improved. As a result, the insulation resistance value of the piezoelectric ceramic becomes 100 MΩ or more at 85 ° C., and insulation deterioration during continuous driving can be suppressed.

本発明の振動体は、交流電界中において利用するだけでなく、応力を感知する触感スイッチや、一定の振動を応力として感知し、応力に応じた電荷を発生する発電装置などに用いてもよい。   The vibrator of the present invention may be used not only in an alternating electric field but also in a tactile switch that senses stress, a power generation device that senses a constant vibration as stress, and generates a charge corresponding to the stress. .

Zrの一部をSbで置換したチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を含有する圧電粉末(材料A:組成式Pb0.92Ba0.08(Zn1/3Sb2/30.10Zr0.4425Ti0.4525(Ni1/2Te1/20.005となるように酸化物粉末Pb,TiO,ZrO,ZnO,Sb,NiO,Feを秤量し仮焼合成したもの)と、バインダーと、分散剤と、可塑剤と、溶剤とをボールミル混合により24時間混練してスラリーを作製した。 Piezoelectric powder containing lead zirconate titanate (PZT) in which part of Zr is substituted with Sb (material A: composition formula Pb 0.92 Ba 0.08 (Zn 1/3 Sb 2/3 ) 0.10 Zr 0.4425 Ti 0.4525 (Ni 1/2 Te 1/2 ) 0.005 O 3 Oxide powder Pb 3 O 4 , TiO 2 , ZrO 2 , ZnO, Sb 2 O 3 , NiO, Fe 2 O 3 was weighed and calcined and synthesized), a binder, a dispersant, a plasticizer, and a solvent were kneaded for 24 hours by ball mill mixing to prepare a slurry.

得られたスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚み約50μmのグリーンシートを作製した。このグリーンシートに金属成分として70質量%のAgと30質量%のPdを含有する内部電極ペーストをスクリーン印刷法により所定形状に塗布し、該内部電極ペーストが塗布されたグリーンシートを6層もしくは12層積層し、最上層には内部電極ペーストが塗布されていないグリーンシートを1層重ね合わせて加圧し、積層数の異なる2種類の積層成形体を作製した。この積層成形体を、長手方向の側面に内部電極層の電極パターンが一層おきに露出するように所定形状に切断して、素子用積層成形体を作製した。   Using the obtained slurry, a green sheet having a thickness of about 50 μm was prepared by a doctor blade method. An internal electrode paste containing 70% by mass of Ag and 30% by mass of Pd as metal components was applied to the green sheet in a predetermined shape by a screen printing method, and the green sheet coated with the internal electrode paste was composed of 6 layers or 12 layers. Layers were laminated, and a green sheet not coated with the internal electrode paste was applied as an uppermost layer and pressed to produce two types of laminated molded bodies having different numbers of layers. This multilayer molded body was cut into a predetermined shape so that every other electrode pattern of the internal electrode layer was exposed on the side surface in the longitudinal direction, to produce a multilayer molded body for an element.

そして、これらの素子用積層成形体を500℃、1時間、大気中で脱脂し、その後、1100℃、3時間、大気中で焼成し、積層体17を得た。   And these laminated molded bodies for elements were degreased in the air at 500 ° C. for 1 hour, and then fired in the air at 1100 ° C. for 3 hours to obtain a laminated body 17.

次に、積層体17の両主面に、厚みが3μmの表面電極層13aを形成すべく、電極材料としてAgとガラスを含有する電極ペーストを、積層体17の主面にスクリーン印刷法により塗布し、その後、長手方向xの両端部に、外部電極材料としてAgとガラスを含有する電極ペーストをディップ法により塗布し、700℃、10分、大気中で焼き付け、図1に示すような、積層型圧電素子10、16を作製した。   Next, in order to form the surface electrode layer 13a having a thickness of 3 μm on both main surfaces of the laminate 17, an electrode paste containing Ag and glass as an electrode material is applied to the main surface of the laminate 17 by a screen printing method. After that, electrode paste containing Ag and glass as external electrode materials is applied to both ends in the longitudinal direction x by dipping, and baked in the atmosphere at 700 ° C. for 10 minutes, as shown in FIG. Type piezoelectric elements 10 and 16 were produced.

作製された積層体17の主面の寸法は幅3.5mm、長さ26mmであり、圧電体層11の厚みは40μm、内部電極層12の厚みは3μmであり、積層体の厚みは298μm(7層品)、556μm(13層品)であった。   The dimensions of the main surface of the produced laminate 17 are 3.5 mm wide and 26 mm long, the piezoelectric layer 11 is 40 μm thick, the internal electrode layer 12 is 3 μm thick, and the laminate has a thickness of 298 μm ( 7-layer product) and 556 μm (13-layer product).

次に、積層型圧電素子10、16の表面電極13aを通して内部電極層12間および内部電極層12と表面電極13a間に、圧電体層が7層、13層の積層型圧電素子10、16とも、100V、2分間電圧を印加し分極を行った。   Next, between the internal electrode layers 12 through the surface electrodes 13a of the multilayer piezoelectric elements 10 and 16, and between the internal electrode layer 12 and the surface electrode 13a, the multilayer piezoelectric elements 10 and 16 having 7 layers and 13 layers of piezoelectric layers are provided. , 100 V for 2 minutes to conduct polarization.

次に、厚み0.2mmの42アロイ(合金製)の支持板14を準備し、支持板14の両主面に熱硬化型のエポキシ樹脂からなる接着剤を塗布し、接着剤を塗布した支持板14の部分に積層型圧電素子10、16を押し付け、さらに、外部電極13bの露出面の側面側接着剤層15bに接着剤を筆等で重ね塗りし、120℃、1時間、空気中で接着剤を硬化させ、この側面側接着剤層15bの表面に導体層55を形成し外部電極13bと支持板14とを電気的に接合し、図4に示すようなバイモルフ型の振動体を作製した。導体層55は、外部電極13bよりも幅広に形成した。   Next, a support plate 14 of 42 alloy (made of alloy) having a thickness of 0.2 mm was prepared, an adhesive made of a thermosetting epoxy resin was applied to both main surfaces of the support plate 14, and the adhesive was applied. The laminated piezoelectric elements 10 and 16 are pressed against the portion of the plate 14, and the adhesive is repeatedly applied to the side adhesive layer 15 b of the exposed surface of the external electrode 13 b with a brush or the like, and 120 ° C. for 1 hour in the air. The adhesive is cured, a conductor layer 55 is formed on the surface of the side adhesive layer 15b, and the external electrode 13b and the support plate 14 are electrically joined to produce a bimorph type vibrator as shown in FIG. did. The conductor layer 55 was formed wider than the external electrode 13b.

一方、接着剤の支持板への塗布面積を狭くし、この部分に積層型圧電素子10、16を押し付け、図6(a)に示すように、積層体の主面を底面側接着剤層だけで接合した比較例の試料を作製した。また、比較例として、焼成後の素子長さが26.6mmとなる積層体を作製し、焼成後、積層体の両端部をダイシングマシンにて長さ26mmにカットし、内部電極層を交互に側面に露出させた、圧電体層が7層および13層の積層体を作製し、上記と同様に、表面電極層、外部電極を形成し、分極の後、支持板に接合して振動体を作製した。側面状態はダイシングカット面とした。   On the other hand, the area where the adhesive is applied to the support plate is narrowed, and the laminated piezoelectric elements 10 and 16 are pressed against this portion. As shown in FIG. 6 (a), the main surface of the laminate is only the bottom side adhesive layer. The sample of the comparative example joined by was produced. Further, as a comparative example, a laminated body having an element length after firing of 26.6 mm was prepared, and after firing, both ends of the laminated body were cut into a length of 26 mm by a dicing machine, and the internal electrode layers were alternately formed. A laminated body having 7 and 13 piezoelectric layers exposed on the side surfaces was prepared, and a surface electrode layer and an external electrode were formed in the same manner as described above. After polarization, the vibrating body was bonded to a support plate. Produced. The side surface state was a dicing cut surface.

各試料の圧電体層の積層数、側面側接着剤層の有無、支持板からの側面側接着剤層の高さ(積層体の厚みt比を併記した)、底面側接着剤層の厚み、側面状態について、表1に記載した。尚、支持板からの側面側接着剤層の高さは、例えば、試料No.2では、支持板から積層体の厚みt(298μm)の1/2の高さ(149μm)を示す。   The number of piezoelectric layers laminated in each sample, the presence or absence of the side adhesive layer, the height of the side adhesive layer from the support plate (along with the thickness t ratio of the laminate), the thickness of the bottom adhesive layer, The side state is shown in Table 1. The height of the side adhesive layer from the support plate is, for example, Sample No. 2 shows a height (149 μm) that is ½ of the thickness t (298 μm) of the laminate from the support plate.

積層体の側面部を観察したところ、本発明の試料では、図3(a)に示すように、圧電体層の側面の形状が圧電材料の粒子形状を反映した凹凸形状であったのに対し、比較例の試料No.20〜22では、図3(b)に示すように、加工による一部脱粒したような箇所も観察されるが凡そ平面状であった。また、本発明の試料では、内部電極層が積層体の側面まで到達しておらず、外部電極が内部電極層の開口部に入り込んだ状態であった。一方、比較例試料No.20〜22では内部電極が側面まで達していた。   When the side surface portion of the laminate was observed, in the sample of the present invention, as shown in FIG. 3A, the shape of the side surface of the piezoelectric layer was an uneven shape reflecting the particle shape of the piezoelectric material. Sample No. of the comparative example. In 20-22, as shown in FIG.3 (b), although the part which carried out the partial graining by a process is observed, it was substantially planar shape. In the sample of the present invention, the internal electrode layer did not reach the side surface of the laminate, and the external electrode was in a state of entering the opening of the internal electrode layer. On the other hand, Comparative Sample No. In 20-22, the internal electrode reached the side surface.

作製されたバイモルフ型振動体について、−40℃〜85℃、−40℃、85℃での保持時間30分の温度サイクルを100サイクル行う温度サイクル試験を行い、静電容量が初期値から5%以上低下したものを不良とし、不良数/試験数を不良率とし、表2に記載した。静電容量の測定は、インピーダンスアナライザ4194Aを用い、1kHzでの値を測定した。   The produced bimorph type vibrator was subjected to a temperature cycle test in which a temperature cycle of −40 ° C. to 85 ° C., −40 ° C., and 85 ° C. with a holding time of 30 minutes was performed 100 times, and the capacitance was 5% from the initial value. Table 2 shows that the above-mentioned decrease was regarded as defective, and the number of defects / number of tests was defined as the defect rate. The capacitance was measured using an impedance analyzer 4194A and the value at 1 kHz was measured.

さらに、作製されたバイモルフ型振動体は、温度が60℃、室温での湿度が90%Rh、1000時間で高温高湿放置試験を行い、静電容量が初期値から5%以上低下したものを不良とし、不良数/試験数で不良率とし、表2の試料No.1〜14、19〜22に記載した。   Further, the produced bimorph type vibrator was subjected to a high-temperature and high-humidity standing test at a temperature of 60 ° C., a humidity at room temperature of 90% Rh, and 1000 hours, and a capacitance decreased by 5% or more from the initial value. The defect number is determined by the number of defects / number of tests. 1-14 and 19-22.

また、振動体の支持板と積層型圧電素子との接合強度について、落下試験で確認した。試験条件は、振動体の支持板の一端部を実装部材に固定し、この実装部材を100gの落下試験治具に固定し、落下高さ100cmから大理石から成る落下地点へ合計3回自由落下させ、振動体を40倍の顕微鏡で観察し、積層型圧電素子と支持板とが剥離または積層圧電体素子にクラックが発生したものを不良とし、不良数/試験数で不良率とした。   Further, the bonding strength between the support plate of the vibrating body and the laminated piezoelectric element was confirmed by a drop test. The test condition was that one end of the support plate of the vibrating body was fixed to a mounting member, this mounting member was fixed to a 100 g drop test jig, and dropped freely from a drop height of 100 cm to a drop point made of marble three times in total. The vibrating body was observed with a 40-fold microscope, and the laminate-type piezoelectric element and the support plate were separated or a crack occurred in the laminate-piezoelectric element was regarded as defective, and the defect rate was defined as the number of defects / number of tests.

Figure 0005361635
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Figure 0005361635
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表1、2から、側面側接着剤層15bの高さhが、支持板14から積層体17の厚さtの1/2を超えた場合で、側面がダイシングカット面の比較例の場合(試料No.20、22)には、温度サイクル試験、高温高湿放置試験において不良が発生しているが、側面が焼き肌面の本発明の場合には、側面側接着剤層15bの支持板14からの高さhを高くしても、外部電極13bが積層体17の側面から剥離せず、不良率が0であることがわかる。   From Tables 1 and 2, when the height h of the side adhesive layer 15b exceeds 1/2 of the thickness t of the laminate 17 from the support plate 14, the side surface is a comparative example of a dicing cut surface ( In Sample Nos. 20 and 22), defects occurred in the temperature cycle test and the high-temperature and high-humidity test, but in the case of the present invention where the side surface is a burnt skin surface, the support plate for the side-side adhesive layer 15b It can be seen that even when the height h from 14 is increased, the external electrode 13b does not peel from the side surface of the multilayer body 17, and the defect rate is zero.

原料粉末としてPbO、ZrO、TiO、SrCO、BaCO、ZnO、Sb、Nbの粉末を用いて、Pb0.92Ba0.07(Zn1/3Sb2/30.105Zr0.434Ti0.461となるように秤量し、ボールミルにて24時間湿式混合した。次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、930℃で3時間仮焼し、当該仮焼物を再びボールミルで24時間湿式粉砕し、D50が0.5〜0.7μmの仮焼粉末を得た(材料B)。この仮焼粉末について、Cukα線を用いたX線回折測定においてチタン酸ジルコン酸鉛系結晶の(101)のピーク(2θ≒30°)のピーク強度をIとし、(111)のピーク(2θ≒38°)のピーク強度をIとした時、I/Iを求めたところ、0.147であった。 Using PbO, ZrO 2 , TiO 2 , SrCO 3 , BaCO 3 , ZnO, Sb 2 O 3 , Nb 2 O 5 powder as raw material powder, Pb 0.92 Ba 0.07 (Zn 1/3 Sb 2 / 3 ) Weighed to 0.105 Zr 0.434 Ti 0.461 O 3 and wet mixed in a ball mill for 24 hours. Next, this mixture was dehydrated and dried, and then calcined at 930 ° C. for 3 hours, and the calcined material was wet-ground again with a ball mill for 24 hours to obtain a calcined powder having a D 50 of 0.5 to 0.7 μm. (Material B). With respect to this calcined powder, the peak intensity of the (101) peak (2θ≈30 °) of the lead zirconate titanate-based crystal in the X-ray diffraction measurement using the Cukα ray is I 1, and the peak of (111) (2θ When the peak intensity at ≈38 ° was I 2 , I 2 / I 1 was found to be 0.147.

その後、D50が0.5〜0.7μmのBi粉末を0.01モル添加し、これに有機バインダーと、分散剤と、可塑剤と、溶剤とをボールミル混合により24時間混練してスラリーを作製した。 Thereafter, 0.01 mol of Bi 2 O 3 powder having a D 50 of 0.5 to 0.7 μm was added, and an organic binder, a dispersant, a plasticizer, and a solvent were kneaded for 24 hours by ball mill mixing. A slurry was prepared.

上記実施例1と同様にして厚み約50μmのグリーンシートを作製し、金属成分として100質量%のAg、または95質量%のAgと5重量%のPdを含有する内部電極ペーストをスクリーン印刷法により所定形状に塗布し、内部電極パターンを形成した。該内部電極パターンが形成されたグリーンシートを6層もしくは12層積層し、最上層には電極ペーストが塗布されていないグリーンシートを1層重ね合わせて加圧し、積層数の異なる2種類の積層成形体を作製した。この積層成形体を、長手方向の側面に内部電極層の電極パターンが一層おきに露出するように所定形状に切断して、素子用積層成形体を作製した。   A green sheet having a thickness of about 50 μm was prepared in the same manner as in Example 1, and an internal electrode paste containing 100% by mass of Ag or 95% by mass of Ag and 5% by weight of Pd as a metal component was obtained by screen printing. Application to a predetermined shape was performed to form an internal electrode pattern. 6 or 12 layers of green sheets on which the internal electrode pattern is formed are stacked, one layer of green sheet with no electrode paste applied is pressed on the top layer, and pressurization is performed. The body was made. This multilayer molded body was cut into a predetermined shape so that every other electrode pattern of the internal electrode layer was exposed on the side surface in the longitudinal direction, to produce a multilayer molded body for an element.

そして、これらの素子用積層成形体を500℃、1時間、大気中で脱脂し、その後、940℃で3時間大気中で焼成し、積層体17を得た。   And these laminated molded bodies for elements were degreased in the air at 500 ° C. for 1 hour, and then fired in the air at 940 ° C. for 3 hours to obtain a laminated body 17.

次に、上記実施例1と同様にして表面電極層13aおよび外部電極13bを形成、図1に示すような、積層型圧電素子10、16を作製した。   Next, in the same manner as in Example 1, the surface electrode layer 13a and the external electrode 13b were formed, and the laminated piezoelectric elements 10 and 16 as shown in FIG. 1 were produced.

作製された積層体17の主面の寸法は幅3.5mm、長さ26mmであり、圧電体層11の厚みは40μm、内部電極層12の厚みは3μmであった。   The dimensions of the main surface of the produced laminate 17 were 3.5 mm wide and 26 mm long, the piezoelectric layer 11 was 40 μm thick, and the internal electrode layer 12 was 3 μm thick.

次に、上記実施例1と同様にして積層型圧電素子10、16の分極を行ない、支持板14の両主面に熱硬化型のエポキシ樹脂からなる接着剤を塗布し、接着剤を塗布した支持板14の部分に積層型圧電素子10、16を押し付け、さらに、外部電極13bの露出面の側面側接着剤層15bに接着剤を筆等で重ね塗りし、120℃、1時間、空気中で接着剤を硬化させ、この側面側接着剤層15bの表面に導体層55を形成し外部電極13bと支持板14とを電気的に接合し、図4に示すようなバイモルフ型の振動体を作製した。導体層55は、外部電極13bよりも幅広に形成した。   Next, polarization of the laminated piezoelectric elements 10 and 16 was performed in the same manner as in Example 1, and an adhesive made of a thermosetting epoxy resin was applied to both main surfaces of the support plate 14, and an adhesive was applied. The laminated piezoelectric elements 10 and 16 are pressed against the portion of the support plate 14, and further, an adhesive is applied over the side adhesive layer 15 b of the exposed surface of the external electrode 13 b with a brush or the like, and 120 ° C. for 1 hour in the air Then, the adhesive is cured, a conductor layer 55 is formed on the surface of the side adhesive layer 15b, the external electrode 13b and the support plate 14 are electrically joined, and a bimorph type vibrator as shown in FIG. Produced. The conductor layer 55 was formed wider than the external electrode 13b.

各試料の圧電体層の積層数、側面側接着剤層の有無、支持板からの側面側接着剤層の高さ、底面側接着剤層の厚み、側面状態について、表1の試料No.15〜18に記載した。   For each sample, the number of piezoelectric layers stacked, the presence or absence of the side adhesive layer, the height of the side adhesive layer from the support plate, the thickness of the bottom adhesive layer, and the side state are shown in Sample No. 1 of Table 1. 15-18.

積層体の側面部を観察したところ、図3(a)に示すように、圧電体層の側面の形状が圧電材料の粒子形状を反映した凹凸形状であった。また、内部電極層が積層体の側面まで到達しておらず、外部電極が内部電極層の開口部に入り込んだ状態であった。   When the side surface portion of the laminated body was observed, as shown in FIG. 3A, the shape of the side surface of the piezoelectric layer was an uneven shape reflecting the particle shape of the piezoelectric material. Further, the internal electrode layer did not reach the side surface of the laminate, and the external electrode was in a state of entering the opening of the internal electrode layer.

作製されたバイモルフ型振動体について、上記実施例1と同様にして温度サイクル試験、高温高湿放置試験、落下試験を行い、不良数/試験数を不良率とし、表1、2の試料No.15〜18に記載した。また、静電容量についても記載した。   The produced bimorph type vibrator was subjected to a temperature cycle test, a high-temperature and high-humidity standing test, and a drop test in the same manner as in Example 1, and the number of defects / number of tests was defined as the defect rate. 15-18. Moreover, it described also about the electrostatic capacitance.

これらの結果から、圧電体層として材料Bを用い、金属成分がAgを主成分とし、パラジウムが金属成分中5質量%以下の内部電極層を用いた場合についても、実施例1と同様に、側面側接着剤層15bの支持板14からの高さhを高くしても、外部電極13bが積層体17の側面から剥離せず、不良率が0であることがわかる。   From these results, also in the case of using the material B as the piezoelectric layer, the metal component is mainly composed of Ag, and the internal electrode layer in which palladium is 5% by mass or less in the metal component is used, as in Example 1, It can be seen that even if the height h of the side adhesive layer 15b from the support plate 14 is increased, the external electrode 13b does not peel from the side surface of the laminate 17, and the defect rate is zero.

10、16・・・積層型圧電素子
11・・・圧電体層
12・・・内部電極層
13a・・・表面電極層
13b・・・外部電極
14・・・支持板
15a・・・底面側接着剤層
15b・・・側面側接着剤層
17・・・積層体
h・・・側面側接着剤層の支持板からの高さ
・・・積層体の支持板側の主面の支持板からの高さ
t・・・積層体の厚み
x・・・主面の長手方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 16 ... Laminated piezoelectric element 11 ... Piezoelectric layer 12 ... Internal electrode layer 13a ... Surface electrode layer 13b ... External electrode 14 ... Support plate 15a ... Bottom side adhesion Agent layer 15b ... Side-side adhesive layer 17 ... Laminated body h ... Height of side-side adhesive layer from support plate 1 ... Support plate on main surface of laminate on support plate side Height t from the thickness x of the laminate x longitudinal direction of the main surface

Claims (5)

セラミックスからなる圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、上下面に形成された一対の主面と該主面の長手方向の両端側に設けられた一対の側面とを有する積層体と、該積層体の前記一対の側面にそれぞれ設けられ前記内部電極層と交互に電気的に接続された一対の外部電極とを具備する積層型圧電素子と、
前記積層体の前記主面が接合された支持板とを具備する振動体であって、
前記積層体の前記一対の側面が焼き肌面であるとともに、前記積層体の前記支持板側の主面と前記支持板と底面側接着剤層で接合され、前記外部電極の露出面と前記支持板と側面側接着剤層で接合されてなり、該側面側接着剤層の前記支持板からの高さが、前記支持板から前記積層体の前記支持板側の主面までの高さ以上であり、
前記外部電極の端部は、前記支持板側に位置する前記積層体の前記主面よりも前記支持板側に突出しており、
前記外部電極の前記端部は、前記積層体の前記主面の前記長手方向において、前記底面側接着剤層と前記側面側接着材層とに挟まれていることを特徴とする振動体。
The piezoelectric layers and internal electrode layers made of a ceramic made by alternately stacking, having a pair of side surfaces provided on the longitudinal end side of the pair of main surfaces and main surfaces formed on upper and lower surfaces that a product layer body, and the laminated piezoelectric element and a pair of external electrodes, wherein provided on each of the pair of side surfaces were electrically connected alternately with the inner electrode layer of the laminate,
A vibrating body comprising a support plate, wherein the main surface of the laminate is bonded,
The pair of side surfaces of the laminate are burnt skin surfaces, the main surface on the support plate side of the laminate and the support plate are joined by a bottom-side adhesive layer, and the exposed surface of the external electrode and the and the support plate is joined in a side-side adhesive layer, the height from the support plate of the side face side adhesive layer, from the support plate to the main surface of the support plate side of the laminate height Ri der above,
The end of the external electrode protrudes to the support plate side from the main surface of the laminate located on the support plate side,
The vibrating body , wherein the end portion of the external electrode is sandwiched between the bottom surface side adhesive layer and the side surface side adhesive material layer in the longitudinal direction of the main surface of the laminate .
前記積層体の前記側面から前記内部電極層の先端が凹んでおり、前記積層体の前記側面から凹んだ内部電極層先端には、前記積層体の前記側面に設けられた前記外部電極が接合されていることを特徴とする請求項1に記載の振動体。   The tip of the internal electrode layer is recessed from the side surface of the laminate, and the external electrode provided on the side surface of the laminate is joined to the tip of the internal electrode layer recessed from the side surface of the laminate. The vibrating body according to claim 1, wherein: 前記支持板が金属または合金からなり、前記側面側接着剤層の上面に、前記外部電極と前記支持板とを導通させるための導体層が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の振動体。   The said support plate consists of a metal or an alloy, and the conductor layer for electrically connecting the said external electrode and the said support plate is formed in the upper surface of the said side surface side adhesive bond layer. The vibrator described in 1. 前記積層型圧電素子における前記圧電体層の積層数が7層以上であることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれかに記載の振動体。   4. The vibrating body according to claim 1, wherein the number of stacked piezoelectric layers in the stacked piezoelectric element is 7 or more. 5. 前記内部電極層の金属成分が銀、もしくは銀とパラジウムからなり、前記内部電極層がパラジウムを含有する場合には、金属成分中のパラジウムの含有比率が5質量%以下であることを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれかに記載の振動体。   When the metal component of the internal electrode layer is made of silver or silver and palladium, and the internal electrode layer contains palladium, the content ratio of palladium in the metal component is 5% by mass or less. The vibrating body according to claim 1.
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