JPH0257353B2 - - Google Patents

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JPH0257353B2
JPH0257353B2 JP60079422A JP7942285A JPH0257353B2 JP H0257353 B2 JPH0257353 B2 JP H0257353B2 JP 60079422 A JP60079422 A JP 60079422A JP 7942285 A JP7942285 A JP 7942285A JP H0257353 B2 JPH0257353 B2 JP H0257353B2
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JP
Japan
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piezoelectric
internal electrode
sheet
electrodes
raw sheet
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JP60079422A
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JPS61239682A (ja
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Yoshiaki Fuda
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Tokin Corp
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Tokin Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/87Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/872Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、電圧の印加により、機械的変位を生
じる圧電バイモルフ素子の製造方法に関するもの
である。 〔従来の技術〕 圧電バイモルフ素子は、電磁式変位素子と比較
して、単純構造、省エネルギー、低コスト等の長
所を有し、又、圧電縦効果歪素子と比較し、低電
圧で大きな機械的変位が得られる長所を有してい
る。更に、圧電バイモルフ素子への印加電圧をコ
ントロールする事により、変位量を高精度に調整
する事が可能であるという特徴を有する。 したがつて、近年、該圧電バイモルフ素子は、
電磁式変位素子に代わり、リレースイツチ、プリ
ンター、精密X−Yテーブル等の駆動素子として
用いられつつある。 従来の圧電バイモルフ素子は、第4図に示され
るように、金属等の弾性体薄板(以降シム材と称
する)3を介して、表裏面に電極2を形成した圧
電体薄板1を上下2枚、接着する方法が一般的で
ある。 該圧電バイモルフ素子は、片端固定のたわみ現
象を利用するもので、圧電体層1の厚みを薄くす
る事により力は弱いが、大きな機械的変位が得ら
れる。但し、圧電体1単独では機械的強度が弱い
ので、シム材3に接着し、補強する必要がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の圧電バイモルフ素子の製造において、圧
電体薄板1の製造、該圧電体薄膜1の表裏への電
極2の形成、シム材3への接着等と、製造工程が
複雑で、かつ薄板を取拠うので製造歩留りが悪い
という欠点がある。又、シム材3への接着工程で
有機接着剤を用いるため、接着層における変位や
応力の吸収、長期使用時の接着剤の変質等のの接
着剤の影響を回避する事は不可能である。 更に、従来の圧電バイモルフ素子は電圧を連続
印加すること、変位量が徐々に大きくなる現象
(以降シフトと称する)が顕著であり実用上支障
となる欠点がある。 本発明は、従来の圧電バイモルフ素子の欠点を
解消するためになされたもので、製造工程が簡略
化され、製造歩留りが良く、更にシム材や接着剤
を用いないで、発生力が大きくシフトが小さい積
層型圧電バイモルフ素子の製造方法を提供する事
を目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明によれば、主表面のうち、一端を全体に
渡つて少なくとも除いた表面上に形成された第1
の内部電極を有する第1の圧電体生シートと、主
表面のうち、一端に沿う所定の半分を除き、しか
も他端を全体に渡つて除いた表面上に形成された
第2の内部電極を有する第2の圧電体生シート
と、主表面のうち、一端に沿う上記半分とは反対
側の半分を除き、しかも他端を全体に渡つて除い
た表面上に形成された第3の内部電極を有する第
3の圧電体生シートとを用い、 第1の圧電体生シートの第1の内部電極上に第
2の圧電体生シートを、第2の内部電極を上にし
て、一端同志及び他端同志が整列するように、積
層する第1の積層工程と、 この第2の圧電体生シートの第2の内部電極上
に別の第1の圧電体生シートを、第1の内部電極
を上にして、一端同志及び他端同志が整列するよ
うに、積層し、この別の第1の圧電体生シートの
第1の内部電極上に別の第2の圧電体生シート
を、第2の内部電極を上にして、一端同志及び他
端同志が整列するように、積層する第2の積層工
程とを含み、 該第2の積層工程は少なくとも一回行なわれ、 更に、上記別の第2の圧電体生シートの第2の
内部電極上に他の第1の圧電体生シートを、第1
の電極を上にして、一端同志及び他端同志が整列
するように、積層し、該他の第1の圧電体生シー
トの第1の内部電極上に第3の圧電体生シート
を、第3の内部電極を上にして、一端同志及び他
端同志が整列するように、積層する第3の積層工
程と、 この第3の圧電体生シートの第3の内部電極上
にさらに他の第1の圧電体生シートを、第1の内
部電極を上にして、一端同志及び他端同志が整列
するように、積層し、該さらに他の第1の圧電体
生シートの第1の内部電極上に別の第3の圧電体
生シートを、第3の内部電極を上にして、一端同
志及び他端同志が整列するように、積層する第4
の積層工程とを含み、 該第4の積層工程は少なくとも一回行なわれ、 このように積層した素子を燃成する工程と、 焼成された素子の前記第2の内部電極同志を接
続する第1の外部電極と、前記第3の内部電極同
志を接続する第2の外部電極とを、圧電体シート
の上記一端に、互いに離して、形成する工程とを
含むことを特徴とする積層型圧電バイモルフ素子
の製造方法が得られる。 〔発明の効果〕 圧電体生シートの製造に関しては、通常一般的
に行なわれているスリツプキヤステイング法によ
り厚み数10ミクロン以上の生シートが容易に得ら
れる。電極を印刷し対向電極を形成する様に積層
する方法は、積層磁器コンデンサの製造方法が適
用可能である。厚み数10ミクロンの圧電体生シー
トを用いる事により、従来の圧電体焼結体を切断
して得られる圧電体薄板より、電極間隔を狭く
し、かつ複数積層する事でバイモルフ素子の分極
電圧や駆動電圧を低くする事が可能となり、又、
積層により厚みが増加するため、変位量は減少す
るが、発生力は大きくなる利点がある。 焼成後、表面端部に露出した内部電極層のう
ち、少なくとも一方側を積層体厚み方向で2分割
する様に接続する外部電極を設ける事により三端
子又は四端子電極のバイモルフ素子が構成され
る。 〔実施例〕 次に本発明の実施例について図面を参照して説
明する。 本発明の製造方法で得られる積層型圧電バイモ
ルフ素子を、第1図により詳細に説明する。11
は圧電体層、12は複数(第1図の場合9層)の
内部電極、13−a,13−b及13−cは外部
電極である。13−b,13−cが積層体厚み方
向で2分割する様に接続する外部電極である。こ
の積層型圧電バイモルフ素子は、三端子電極を構
成している。第2図にこの圧電バイモルフ素子の
電極構成を簡略化して示した。 対向電極となる13−a,13−b間と、13
−a,13−c間にそれぞれ電圧を印加する事で
対向電極間圧電体を分極する。素子の13−a側
を固定し、13−a,13−b間に分極と同方
向、13−a,13−c間に分極と逆方向で分極
反転の生じない電圧を印加すると、素子自由端で
ある13−b,13−c側は図面上方へ変位し、
印加電圧を逆にすれば図面下方へ変位する。電圧
を交流的に切り替えれば、周波数に同期して上下
に連続振動する。 次に第3図を参照して本発明の一実施例による
積層型圧電バイモルフ素子の製造方法を説明す
る。 本実施例では、主表面のうち、一端を全体に渡
つて除いた表面上に形成された第1の内部電極1
2−1を有する第1の圧電体生シート11−1
と、主表面のうち、一端に沿う所定の半分を除
き、しかも他端を全体に渡つて除いた表面上に形
成された第2の内部電極12−2を有する第2の
圧電体生シート11−2と、主表面のうち、一端
に沿う上記半分とは反対側の半分を除き、しかも
他端を全体に渡つて除いた表面上に形成された第
3の内部電極12−3を有する第3の圧電体生シ
ート11−3と、電極が設けられていない第4の
圧電体生シート11−4とを用いる。 これら圧電体生シートを、図示の順で電極を上
にして、一端同志及び他端同志が整列するよう
に、積層し、熱圧着する。 次に、このように積層した素子を焼成する。 最後に、焼成された素子の第2の内部電極12
−2同志を接続する外部電極13−c(第1図)
と、第3の内部電極12−3同志を接続する外部
電極13−b(第1図)とを、圧電体シートの上
記一端に、互いに離して形成する。同時に、第1
の内部電極12−1同志を接続する外部電極13
−a(第1図)を、圧電体シートの上記他端に形
成する。 なお、本発明に用いられる圧電体材料は圧電ひ
ずみ定数の大きな材料が低電圧で大きい変位を得
られるので有利であり、実際にはチタン酸鉛−ジ
ルコン酸鉛系のいわゆるPZT系圧電材料が望ま
しい。また内部電極材料は前述PZT材料の焼結
温度に耐え得る組成の銀―パラジウム系材料が使
用できる。 具体例 以下、本発明の具体例を説明する。 化学組成がPb(Ni1/3 Nb2/3)0.5Ti0.35Zr0.
15O3で示される圧電体仮焼粉末を有機ビヒクル中
に分散し泥漿とし、スリツプキヤステイング法に
より厚み70μmの圧電体生シートとした。該生シ
ート上に金属組成銀70−パラジウム30重量パーセ
ントである電極ペーストを用いて内部電極パター
ンを印刷し、15mm×50mmの寸法に打抜き、5層ず
つ対向内部電極を形成する様に積層、熱圧着し、
1120℃大気中で焼成した。焼成体寸法は12mm×40
mm×0.6mmである。しかる後に、片側の内部電極
層と接続する外部銀電極を設け、もう一方の内部
電極層を積層体厚み方向で2分割する様に接続す
る外部銀電極を設ける事により、3外部電極端子
構造の積層型圧電バイモルフ素子を作製した。分
極は各々の対向電極毎60ボルトとした。 この積層型圧電バイモルフ素子の電気機械的諸
特性、製造歩留りを第1表に示す。比較のため、
同一圧電体材料の焼結体から、厚み0.17mmの薄板
を切り出し、従来の製造法により作製した12mm×
40mmの圧電バイモルフ素子の特性も示す。測定条
件は本発明による素子では、片方の対向電極間に
分極と同極性40ボルト、もう一方の対向電極間に
分極と逆極性で10ボルト印加である。比較例も同
一条件である。
【表】 第1表より明らかに、本発明の製造方法による
素子は比較例より変位量がやや少ないが、発生力
が3倍以上大きい。又、比較例では圧電体薄板の
塑性変形や接着剤の影響でシフトが大きく、実用
上、支障があるが本発明の製造方法による素子
は、素子厚みが厚く、かつ接着剤を用いていない
のでシフトが小さく、高信頼性が得られる。 更に、薄板の切断や接着の工程が省略可能なの
で、素子の製造歩留りも向上している。 以上詳細に説明した様に本発明によれば、製造
工程が短縮され、製造歩留りが良く、更にシム材
や接着剤を用いないで、発生力が大きくシフトが
小さい積層型圧電バイモルフ素子の製造方法の提
供が可能である。 なお、第3図において、第1の圧電体生シート
11−1上に、内部電極12−2を、2点鎖線で
示した領域Aの部分をも除いた領域に、形成して
おくことによつて、第1図の外部電極13−a
を、外部電極13−bと13−cと同様に、2分
割形成して、4端子電極を有する積層型圧電バイ
モルフ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造方法によつて得られた積
層型圧電バイモルフ素子の斜視図、第2図は第1
図の積層型圧電バイモルフ素子の電極構成を簡略
化して示した図、第3図は第1図の積層型圧電バ
イモルフ素子の製造工程を説明するための斜視
図、第4図は従来の製造方法によつて得られた圧
電バイモルフ素子の斜視図である。 11……圧電体層、12……内部電極、13−
a,13−b,13−c……外部電極、11−
1,11−2,11−3,11−4……圧電体生
シート、12−1,12−2,12−3……内部
電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 主表面のうち、一端を全体に渡つて少なくと
    も除いた表面上に形成された第1の内部電極を有
    する第1の圧電体生シートと、主表面のうち、一
    端に沿う所定の半分を除き、しかも他端を全体に
    渡つて除いた表面上に形成された第2の内部電極
    を有する第2の圧電体生シートと、主表面のう
    ち、一端に沿う上記半分とは反対側の半分除き、
    しかも他端を全体に渡つて除いた表面上に形成さ
    れた第3の内部電極を有する第3の圧電体生シー
    トとを用い、 第1の圧電体生シートの第1の内部電極上に第
    2の圧電体生シートを、第2の内部電極を上にし
    て、一端同志及び他端同志が整列するように、積
    層する第1の積層工程と、 この第2の圧電体生シートの第2の内部電極上
    に別の第1の圧電体生シートを、第1の内部電極
    を上にして、一端同志及び他端同志が整列するよ
    うに、積層し、この別の第1の圧電体生シートの
    第1の内部電極上に別の第2の圧電体生シート
    を、第2の内部電極を上にして、一端同志及び他
    端同志が整列するように、積層する第2の積層工
    程とを含み、 該第2の積層工程は少なくとも一回行なわれ、 更に、上記別の第2の圧電体生シートの第2の
    内部電極上に他の第1の圧電体生シートを、第1
    の電極を上にして、一端同志及び他端同志が整列
    するように、積層し、該他の第1の圧電体生シー
    トの第1の内部電極上に第3の圧電体生シート
    を、第3の内部電極を上にして、一端同志及び他
    端同志が整列するように、積層する第3の積層工
    程と、 この第3の圧電体生シートの第3の内部電極上
    にさらに他の第1の圧電体生シートを、第1の内
    部電極を上にして、一端同志及び他端同志が整列
    するように、積層し、該さらに他の第1の圧電体
    生シートの第1の内部電極上に別の第3の圧電体
    生シートを、第3の内部電極を上にして、一端同
    志及び他端同志が整列するように、積層する第4
    の積層工程とを含み、 該第4の積層工程は少なくとも一回行なわれ、 このように積層した素子を焼成する工程と、 焼成された素子の前記第2の内部電極同志を接
    続する第1の外部電極と、前記第3の内部電極同
    志を接続する第2の外部電極とを、圧電体シート
    の上記一端に、互いに離して、形成する工程とを
    含むことを特徴とする積層型圧電バイモルフ素子
    の製造方法。
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