JP6923560B2 - 圧電素子 - Google Patents
圧電素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6923560B2 JP6923560B2 JP2018558905A JP2018558905A JP6923560B2 JP 6923560 B2 JP6923560 B2 JP 6923560B2 JP 2018558905 A JP2018558905 A JP 2018558905A JP 2018558905 A JP2018558905 A JP 2018558905A JP 6923560 B2 JP6923560 B2 JP 6923560B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lead wire
- external electrode
- reaction layer
- piezoelectric element
- cross
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 92
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 8
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 16
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 description 4
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- SWELZOZIOHGSPA-UHFFFAOYSA-N palladium silver Chemical compound [Pd].[Ag] SWELZOZIOHGSPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N Di-n-octyl phthalate Natural products CCCCCCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCCCCCC MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZTQSAGDEMFDKMZ-UHFFFAOYSA-N Butyraldehyde Chemical compound CCCC=O ZTQSAGDEMFDKMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
Description
本開示は、圧力センサ素子として用いられる圧電素子に関する。
圧力センサ素子として圧電素子を用いることができる。圧電素子は、例えば、圧電体および内部電極が交互に積層された積層体と、該積層体の側面に設けられて内部電極に電気的に接続された外部電極と、該外部電極に電気的に接続されたリード線とを備える。この圧電素子として、外部電極とリード線との接合部位に、外部電極とリード線との反応層を有している例が知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。
本開示の圧電素子は、圧電体および内部電極が交互に積層された積層体と、該積層体の側面に設けられて前記内部電極に電気的に接続された外部電極と、該外部電極に電気的にかつ長さ方向が前記積層体の積層方向と同じ方向に接続されたリード線とを備える。さらに、前記外部電極と前記リード線との接合部位は、前記リード線がつぶれて幅方向に膨らんだ形状であるとともに前記外部電極の一部および前記リード線の一部が反応してできた反応層を有し、該反応層は、該反応層を正面に見たときに、外周形状が円形であり、かつ、前記リード線の軸方向に垂直な断面で見たときに、前記リード線に沿った幅を有するとともに、当該幅の中央部の厚みが最も厚くなっている。
圧力センサ素子への要求として、より強い応力・高温環境下で繰り返し長期間安定に使用できるものが求められている。
しかしながら、従来の圧電素子を圧力センサ素子として高温環境下で使用すると、熱膨張差に起因して、外部電極およびリード線の反応層と外部電極との界面または外部電極およびリード線の反応層とリード線との界面の端からクラックが入り、クラックが入った部分の抵抗が増加することで、センサとしての感度が下がるおそれがある。
本開示は上記事情に鑑みてなされたもので、外部電極およびリード線の反応層とこれに隣接する部材との熱膨張差による応力を低減してクラックの発生を抑制し、より強い応力・高温環境下での繰り返し長期間安定に優れた圧電素子を提供することを目的とする。
以下、本実施形態の圧電素子について図面を参照して説明する。
図１は圧電素子の実施形態の一例を示す概略斜視図であり、図２は図１に示すII−II線で切断した断面の要部拡大図である。
図１および図２に示す圧電素子１は、圧電体２１および内部電極２２が交互に積層された積層体２と、積層体２の側面に設けられて内部電極２２に電気的に接続された外部電極３と、外部電極３に電気的に接続されたリード線４とを備える。さらに、外部電極３とリード線４との接合部位に、外部電極３およびリード線４の反応層５を有し、反応層５は、リード線４の軸方向に垂直な断面で見たときに、リード線４に沿った幅を有するとともに、当該幅の中央部の厚みが最も厚い。
積層体２は、圧電体２１と内部電極２２とが交互に積層された部分と、積層方向両端部に設けられた圧電体２１のみが積層された部分とを有している。
この積層体２は、例えば縦０．５〜１０ｍｍ、横０．５〜１０ｍｍ、高さ１〜１００ｍｍの四角柱状（直方体状）にされている。積層体２としては、六角柱形状や八角柱形状、円柱状などであってもよい。
積層体２を構成する圧電体２１は、圧電特性を有するセラミックスからなるものである。このようなセラミックスとして、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3）からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）などを用いることができる。この圧電体２１の厚みは、例えば３〜２５０μｍとされる。
積層体２を構成する内部電極２２は、圧電体２１となるセラミックスと同時焼成されたものである。内部電極２２の材料として、例えば銀−パラジウム合金を主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができる。
内部電極２２は、互い違いに配置された第１の内部電極２２１と第２の内部電極２２２とからなり、図に示す例では、第１の内部電極２２１および第２の内部電極２２２がそれぞれ積層体２の対向する一対の側面に互い違いに引き出されて、後述する積層体２の側面に設けられた一対の外部電極３とそれぞれ電気的に接続されている。第１の内部電極２２１および第２の内部電極２２２の厚みは、例えば０．１〜５μｍとされる。
なお、積層体２には、応力を緩和するための層であって、内部電極として機能しない金属層等が含まれていてもよい。
そして、第１の内部電極２２１および第２の内部電極２２２のいずれか一方の端面が達する積層体２の一対の側面にはそれぞれ外部電極３が設けられ、第１の内部電極２２１または第２の内部電極２２２と電気的に接続されている。この外部電極３は、例えばＡｇやＣｕなどの金属を含んだ導電性ペーストを焼き付けて作製することができる。ここで、外部電極３を積層体２の側面に垂直な横断面で見たときに、外部電極３の厚みは５〜７０μｍとされる。
外部電極３にはリード線４が接合され、電気的に接続されている。そして、外部電極３はリード線４を介して外部回路と電気的に接続される。
また、リード線４としては、例えば四角形など多角形、円形、楕円形などの断面形状を有する銅などからなる金属線を使用することができる。そして、例えば、直径５０〜５００μｍで、表面にＮｉメッキが施された銅線や、表面がエナメルコートされた銅線などを使用することもできる。
そして、外部電極３とリード線４との接合部位には、外部電極３およびリード線４の反応層５がある。さらに、反応層５は、リード線４の軸方向に垂直な断面で見たときに、リード線４に沿った幅を有するとともに、当該幅の中央部の厚みが最も厚くなっている。
これにより、外部電極３およびリード線４の反応層５とこれに隣接する部材（外部電極３あるいはリード線４）との熱膨張差に起因する応力を、反応層５の幅の中央部（リード線４の軸方向に垂直な断面で見たときの幅方向の中央部）に集めることができる。言い換えると、反応層５の厚みの厚い中央部は熱膨張量が大きく熱応力がかかるが、反応層５の厚みの薄い端部は熱膨張量が小さく熱応力がかかりにくくすることができる。その結果、反応層５と外部電極３との界面および反応層５とリード線４との界面の端にクラックが生じるのを抑制することができる。
ここで、反応層５とは、外部電極３とリード線４とが接合される際にこれらの少なくとも一方が溶融するなどしてできた層のことである。図に示す反応層５は、リード線４の軸方向に垂直な断面で見たときに、幅方向の端から中央部に向けて漸次厚みが厚くなっている形状であるが、例えば段階的に厚みが厚くなっているような形状であってもよい。
なお、反応層５は、外部電極３の一部およびリード線４の一部が反応してできた層であって、外部電極３の一部またはリード線４の一部とも言えなくもないが、便宜上反応層５と外部電極３およびリード線４とは異なる部材であるものとする。
反応層５の最も厚い部分の厚みは、例えば５〜５０μｍとされる。また、反応層５の幅はリード線４の形状や幅に合わせて適宜決定される。
リード線４の軸方向に垂直な断面で見たときに、幅方向の端から中央部に向けて漸次厚みが厚くなっている形態の例として、反応層５と外部電極３との境界が外部電極３側に凸となる凸状（例えば凸曲線状）、反応層５とリード線４との境界がリード線４側に凸となる凸状、どちら側の境界においても凸となる凸状などの形態が挙げられる。なお、ここでいう凸状とは、例えば凸曲線状である。
特に、リード線４の軸方向に垂直な断面で見たときに、反応層５が外部電極３側とリード線４側のどちらにも凸曲線状になっている形状であってよい。すなわち、リード線４の軸方向に垂直な断面で見たときに、反応層５と外部電極３との境界が外部電極３側に凸となる凸曲線状であり、反応層５とリード線４との境界がリード線４側に凸となる凸曲線状である形状であってよい。これにより、反応層５の中央部にかかる応力を外部電極３側とリード線４側との両側に分散でき、さらにこれらの界面の端にかかる応力を小さくできる。
また、図３、図４および図４に示すＶ−Ｖ線で切断した断面の要部拡大図である図５に示すように、リード線４における外部電極３との接合部位４１は、他の部位よりも幅方向に膨らんでいてもよい。
図３に示す形態は、リード線４として外部電極に接合される接合部位４１があらかじめ幅方向に膨らんだ形状に加工されたものである。
一方、図４および図５に示す形態は、熱源をリード線４に押し当てるなどしてリード線４を外部電極３に接合する場合に、この接合と同時にリード線４がつぶれて幅方向に膨らんだ形状の接合部位４１が設けられたものである。例えば、先端を７００〜１２００℃に加熱した金属棒もしくはアルミナなどのセラミック棒からなる熱源を、エナメルコートされた銅線からなるリード線４の上から押し当てて、リード線４を構成する銅を溶かしながら熱源をさらに圧力をかけて接合させる。このとき、リード線４の接合部位４１が幅方向に膨らんだ形状になる。なお、リード線４の銅が外部電極３の銀と反応して、リード線４に沿った幅を有するとともに、当該幅の中央部の厚みが最も厚い反応層５が形成されつつ、リード線４が外部電極３に接合される。
ここで、リード線４を正面に見たときのリード線４の幅（外部電極３との接合部位４１以外の部位の幅）が例えば０．２〜２ｍｍのとき、外部電極３との接合部位４１（幅方向に膨らんだ部位）の幅は例えば１．５〜２．５倍の幅とされる。
このような形状であることで、反応層５を正面に見たときの外周形状が円形に近づき、応力が集中する反応層５の最も厚みの厚い部分となる中央部が外周（端）の全ての位置からほぼ均等な距離に位置するようになるので、さらに界面の端への応力を小さくできる。
また、図４に示すように、リード線４における少なくとも外部電極３との接合部位４１を除く部位を、軸方向に垂直な断面で切断した断面形状が円形状であってもよい。このような形状であると、リード線４の外部電極３との接合部位を除く部位の外周にエッジが無く、振動が集中するような箇所が無いので、反応層５の界面付近で生じる応力の減衰に寄与することができる。また、ノイズがリード線４の外側の空間に伝搬しやすくなるので、リードを伝わる電気信号の振動ノイズが低減される。
また、外部電極３は厚み方向の積層体２側にガラスを多く含んでいるのがよい。例えば銀を主成分とする外部電極３が２層構造であったとき、積層体２側の層をガラスが多く含まれる層とし、外表面側の層をガラスが少ない層とすることができる。このような構成とすると、外部電極３と積層体２との接合強度を大きくするとともに、銀と銅との反応層５中にガラスを分散させた構造とすることができ、反応層５の界面が増えることで応力を緩和させることができる。
なお、リード線４として、表面がＮｉメッキされた銅線の場合、リード線４と外部電極３とが接した部分だけに反応層５ができる。一方、リード線４として、表面にＮｉメッキが無い銅線の場合、反応が進行することで、リード線４の外部電極３に接していない部分にも反応層５を設けることができる。
次に、本実施形態の圧電素子１の製造方法について説明する。
まず、圧電体２１となるセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系，ブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合してスラリーを作製する。そして、ドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成型法を用いることにより、このスラリーを用いてグリーンシートを作製する。圧電セラミックスとしては圧電特性を有するものであればよく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3）からなるペロブスカイト型酸化物等を用いることができる。また、可塑剤としては、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ），フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）等を用いることができる。
次に、内部電極２２となる導電性ペーストを作製する。具体的には、銀−パラジウム合金の金属粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することによって導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のグリーンシート上に、スクリーン印刷法を用いて内部電極２２のパターンで塗布する。さらに、この導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを複数枚積層し、所定の温度で脱バインダー処理を行なった後、９００〜１２００℃の温度で焼成し、平面研削盤等を用いて所定の形状になるよう研削処理を施すことによって、交互に積層された圧電体２１および内部電極２２を備えた積層体２を作製する。
なお、積層体２は、上記の製造方法によって作製されるものに限定されるものではなく、圧電体２１と内部電極２２を複数積層してなる積層体２を作製できれば、どのような製造方法によって作製されてもよい。
次に、内部電極２２と外部との電気的なやり取りをするために、積層体２の側面に外部電極３を形成する。外部電極３は、以下に述べる方法により形成することができる。最初に、例えば銀粉末や銅粉末および可塑剤を添付混合することで導電性ペーストを作製する。次に、この導電性ペーストを上記の積層体２の側面の内部電極２２が露出している箇所に、スクリーン印刷法やディスペンス方式を用いて所定の厚みや幅を制御して外部電極３のパターンで例えば５〜７０μｍの厚さ塗布し、５００〜８００℃の温度で焼き付ける。ここで、導電性ペーストにはガラス粉末を含有させてもよく、ガラス粉末の量を異ならせた導電性ペーストを２段階に塗布してもよい。
次に、リード線４を外部電極３に接合する。このとき、例えば、先端を７００〜１２００℃に加熱した金属棒もしくはアルミナなどのセラミック棒からなる熱源を、エナメルコートされた銅線からなるリード線４の上から押し当てて、リード線４を構成する銅を溶かしながら熱源をさらに圧力をかけて接合させる。この際、リード線４の溶融が始まってから熱源を押し当てることで、リード線４に沿った幅を有するとともに、当該幅の中央部の厚みが最も厚い反応層５を形成でき、圧電素子１を作製することができる。
なお、外部電極３に含まれるガラスの量が多いと反応層５が外部電極３側に凸となりにくく、リード線４側に凸となりやすくなる。
また、断面形状が四角形状のリード線の場合において、熱源を押し当てる圧力をあまり加えずに接触させると、リード線４の接合部位４１がつぶれずに、反応層５の中央部だけが厚くなる。特に、銅線の表面にＮｉメッキしたリード線４を用いて、接合部位４１だけＮｉメッキを剥いで銅を露出させておくと、その部位だけ反応しやすくなって、反応層５の中央部のみをより厚くすることができる。
本開示の圧電素子の実施例について説明する。
実施例の圧電素子を以下のようにして作製した。
まず、平均粒径が０．４μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3）を主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、バインダーおよび可塑剤を混合したセラミックスラリーを作製した。このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法により厚み５０μｍの圧電体となるセラミックグリーンシートを作製した。
次に、銀−パラジウム合金にバインダーを加えて、内部電極となる導電性ペーストを作製した。
次に、セラミックグリーンシートの片面に、内部電極となる導電性ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを５０層した。また、内部電極となる導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシート５０枚を中心にして、その上下に、内部電極となる導電性ペーストが印刷されていないセラミックグリーンシート合計１０枚を積層した。そして、９８０〜１１００℃で焼成し、平面研削盤を用いて所定の形状に研削して、３ｍｍ角の積層体を得た。
次に、外部との電気のやりとりをする為に、積層体の側面にＡｇを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により外部電極を形成した。
ここで、実施例（試料１）として図２に示す反応層を作製した。具体的には、リード線は直径１５０μｍのエナメルコートされた銅線を使用し、先端が８００〜９００℃に加熱されたアルミナのセラミック棒を使用し、これをリード線に押し当て、銅と銀の反応層を形成しつつ接合を行った。この際、リード線の溶融が始まってから、外部電極上に５〜１０Ｎの力で押し当て、リード線を広げながら１５〜３０秒間反応させることで、幅方向の端から中央部にいくにつれて徐々に厚みが厚くなる反応層を形成した。
一方、比較例（試料２）として、反応層が幅方向の端が中央部よりも厚くなるものを作製した。具体的には、レーザー溶接法を用い、反応層の外側から溶融させることで、幅方向の端の厚みが厚くなるものを作製した。
これらの圧電素子について、外力を加え電荷を取り出す方法にて圧力センサ出力を測定したところ、約１，０００Ｎの外力を加えた時、約１５ｍＣの電荷が得られた。
また、これらの圧電素子について、１，０００Ｎの荷重を２００Ｈｚの振動で１．０×１０9回繰り返し加える耐久性試験を行った。
その後、実施例である試料１の圧電素子は、反応層付近をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）で分析した結果、反応層の端部周辺にクラックの発生はなかった。さらに、この圧電素子の出力信号を評価すると、耐久性試験前と同等の値が得られ、特性劣化はしていなかった。
これに対し、比較例である試料２の圧電素子は、ＳＥＭの分析の結果、反応層の端部にクラックが有り、端部付近の断面を観察すると、端部にあるクラックが反応層の内部にまで進展していた。さらに、試料２の出力信号を測定すると、信頼性試験前より３０％低い値が得られ、劣化していた。
以上の結果から、本開示の圧電素子は、外部電極およびリード線の反応層とこれに隣接する部材との熱膨張差による応力が低減され、クラックが抑制されていて、長期間の耐久性に優れていることがわかる。
１・・・圧電素子
２・・・積層体
２１・・圧電体
２２・・内部電極
３・・・外部電極
４・・・リード線
５・・・反応層
２・・・積層体
２１・・圧電体
２２・・内部電極
３・・・外部電極
４・・・リード線
５・・・反応層
Claims (6)
- 圧電体および内部電極が交互に積層された積層体と、該積層体の側面に設けられて前記内部電極に電気的に接続された外部電極と、該外部電極に電気的にかつ長さ方向が前記積層体の積層方向と同じ方向に接続されたリード線とを備え、前記外部電極と前記リード線との接合部位は、前記リード線がつぶれて幅方向に膨らんだ形状であるとともに前記外部電極の一部および前記リード線の一部が反応してできた反応層を有し、該反応層は、該反応層を正面に見たときに、外周形状が円形であり、かつ、前記リード線の軸方向に垂直な断面で見たときに、前記リード線に沿った幅を有するとともに、当該幅の中央部の厚みが最も厚いことを特徴とする圧電素子。
- 前記反応層は、前記リード線の軸方向に垂直な断面で見たときに、幅方向の端から中央部に向けて漸次厚みが厚くなっていることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
- 前記リード線の軸方向に垂直な断面で見たときに、前記反応層と前記外部電極との境界が前記外部電極側に凸となる凸曲線状であり、前記反応層と前記リード線との境界が前記リード線側に凸となる凸曲線状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電素子。
- 前記リード線における前記外部電極との接合部位は、他の部位よりも幅方向に膨らんでいることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の圧電素子。
- 前記リード線における少なくとも前記外部電極との接合部位を除く部位を、軸方向に垂直な断面で切断した断面形状が円形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の圧電素子。
- 前記外部電極は厚み方向の積層体側にガラスを多く含んでいることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の圧電素子。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016251284 | 2016-12-26 | ||
| JP2016251284 | 2016-12-26 | ||
| PCT/JP2017/041775 WO2018123354A1 (ja) | 2016-12-26 | 2017-11-21 | 圧電素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2018123354A1 JPWO2018123354A1 (ja) | 2019-10-31 |
| JP6923560B2 true JP6923560B2 (ja) | 2021-08-18 |
Family
ID=62707262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018558905A Active JP6923560B2 (ja) | 2016-12-26 | 2017-11-21 | 圧電素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6923560B2 (ja) |
| WO (1) | WO2018123354A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113161475A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-23 | 广东奥迪威传感科技股份有限公司 | 一种微小的阵列压电传感器 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0383952U (ja) * | 1989-09-29 | 1991-08-26 | ||
| JPH08316394A (ja) * | 1995-05-12 | 1996-11-29 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| WO2007097460A1 (ja) * | 2006-02-27 | 2007-08-30 | Kyocera Corporation | セラミック部材の製造方法、並びにセラミック部材、ガスセンサ素子、燃料電池素子、フィルタ素子、積層型圧電素子、噴射装置、及び燃料噴射システム |
| JP5697381B2 (ja) * | 2010-08-30 | 2015-04-08 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システム |
| CN103380504B (zh) * | 2011-02-24 | 2016-01-27 | 京瓷株式会社 | 层叠型压电元件及具备该层叠型压电元件的喷射装置以及燃料喷射系统 |
| JP2012179630A (ja) * | 2011-03-01 | 2012-09-20 | Nippon Steel Corp | アルミニウム板またはアルミニウム合金板と鋼板との溶接継手及びアルミニウム板またはアルミニウム合金板と鋼板との溶接方法 |
| JP5840997B2 (ja) * | 2012-03-30 | 2016-01-06 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子および圧電アクチュエータ、噴射装置、燃料噴射システム |
-
2017
- 2017-11-21 JP JP2018558905A patent/JP6923560B2/ja active Active
- 2017-11-21 WO PCT/JP2017/041775 patent/WO2018123354A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2018123354A1 (ja) | 2019-10-31 |
| WO2018123354A1 (ja) | 2018-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6545395B2 (en) | Piezoelectric conversion element having an electroded surface with a non-electrode surface portion at an end thereof | |
| JP6617268B2 (ja) | 圧電素子および圧電素子の製造方法 | |
| JP4154538B2 (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JP6910773B2 (ja) | 電子部品 | |
| CN102844899A (zh) | 电子装置 | |
| JP2007173456A (ja) | 積層型圧電バイモルフ素子およびその製造方法 | |
| JP6923560B2 (ja) | 圧電素子 | |
| WO2017033493A1 (ja) | 圧電素子 | |
| JP6711908B2 (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JPH07106656A (ja) | 圧電アクチュエータ及びその製造方法 | |
| JP2000150292A (ja) | 積層セラミックコンデンサ | |
| WO2009125553A1 (ja) | 積層型圧電アクチュエータ | |
| JP3918095B2 (ja) | 積層セラミック電子部品及びその製造方法 | |
| JP6940330B2 (ja) | 積層型圧電素子 | |
| JP6076051B2 (ja) | 圧電素子 | |
| JP2007287940A (ja) | 積層型圧電素子 | |
| JP3855750B2 (ja) | 積層型圧電体素子 | |
| JP6274393B2 (ja) | 圧電素子 | |
| JP5409703B2 (ja) | 積層型圧電アクチュエータの製造方法 | |
| JP2012528477A (ja) | 圧電多層コンポーネント | |
| JPH04264784A (ja) | 電歪効果素子およびその製造方法 | |
| JP5444593B2 (ja) | 積層型圧電素子 | |
| JP2000252537A (ja) | 積層型圧電セラミック | |
| JP2006245026A (ja) | 積層型圧電素子 | |
| JP6898167B2 (ja) | 積層型圧電素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190603 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200804 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200827 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210105 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210201 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210629 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210729 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6923560 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |