JPH034576A - 積層型圧電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電界によって圧電材料に誘起される伸縮歪を利
用してアクチュエータとして用いられる積層型圧電素子
に関する。

〔従来の技術〕

近年メカトロニクス機器が急速に発展し、これに伴い例
えばロボットなどを駆動し、微小な変位や発生力を利用
した制御装置として用いられる圧電アクチーエータの開
発も盛んである。とくに厚さ方向に分也された圧電セラ
ミックスをその分他方向が互に対向するようにスタック
として積み重ね、圧電セラミックスの電界誘起歪を発生
させる積層型圧電素子は、小さな電圧によって大きな変
位を得ることができるのでその有用性が注目されている
。

この種の積層型圧電素子は例えば第２図にその構造模式
図で示したものが知られている。第２図１ａ）は平面図
、第２図（ｂ）は第２図（（支）のＡ−λ断面を表わす
図である。第２図（ω、鵠）において、この積層型圧電
素子はジルコン酸チタン酸鉛などの圧電材料層１と金属
膜からなる内部電極層２が交互に積層された積層体の上
下両端面Ｉこ内部電極層２を介して電気絶縁材料の保護
層３を設けてあり、積層体の互に平行な両側面では、内
部電極層２を１層おきに機械加工により形成したスリッ
トに絶縁材料４を充填することにより電気的に絶縁し、
さらにその外部で積層体の両側面にそれぞれとりつけた
二つの外部電極５によって各内部電極層２が電気的Ｉこ
並列接続された構造となっている。そして二つの外部！
極にはそれぞれリード線６を接続し、このリード線６に
図示してない直流電源を用いて異なる極性の電圧を印加
したとき、圧電材料層１内ｌこ生じた電界によって、圧
電材料層１に圧電縦効果の伸び歪が積層方向に発生し、
各圧電材料層１の歪は相方Ｉｌｌされて、積層体全体と
して大きな伸び歪が生ずるのである。

この積層型圧電素子は次のようにして炸裂される。圧電
材料層１に例えばＰｂＺｒＯｓ　・ＰｂＴｉ　Ｏｓ　ｅ
　Ｐｂ（Ｎ１％・ＮｂＸ　）　Ｏｓ系の直径２０　ａｓ
　、厚ｇ　５００　ｔｌｆｎｃｌ）　圧電セラミックス
を用い、この表面にガラスフリット入りの銀ペーストを
塗布して約６００℃で焼きつけて内部′を極層２とし、
これを８０〜１００枚同心状に積み重ね、上下両面に圧
電材料層１と同じ組成をもつ同径の厚さ３〜４　ｍｍの
保護層３を形成することにより、まず積層体を形成する
。次にこの積層体の中心に関して対称位置にある側面を
所定の幅に平面研削し、二つの平行１％１ＩＩｆｉを形
成する。次いでこの両平行側面の表面から内部ＩＩＬ極
層２の露出端の一部を削り取るようｌこしてカッティン
グマシンのダイヤモンドブレードにより、内部を極層２
の１層おきに深さ５００μｍ、縦方向寸法５００　ｐｍ
のスリットをあけ、各スリットの中にエポキシ糸樹脂を
充填し、絶縁材料４として固層し、積層体の両側面では
絶縁材料４．圧電材料層１．内部電極層２の各露出面が
同一平面となるように絶縁材料４を形成する。但し、こ
の過程で絶縁材料４の位置は、内部電極層２に関して一
方の積層体側面に形成したときは、他方の積層体側ｒｋ
Ｊ＋こは形成せず、−層おきに両側で互い違いとなるよ
うにすることは第２図（ｂ）に示した通りである。続い
て積層体両側面の上に例えば有機バインダーまたはガラ
スフリットを含有する銀ペーストを用いてスクリーン印
刷で塗布した後、熱処理して二つの外部電極５を得る。

そしてこの外部を極５にそれぞれリード？Ｎ６を接続す
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、以上のような構造を有する積層型圧電素
子は、外部電極５とこれに接続するり−ド巌６について
次の問題がある。

外部電＆５の材料に有機系バインダーを含む導電性ペー
ストを用いるか、または高温で焼きつけるタイプの導電
性ペーストを用いる乃）によってリード線６は外部電極
５に直接はんだ付けすることができる場合とできない場
合とがある。第２図（ａｌ。

ｆｂｌでは高温焼きつけタイプの外部電極５にリード＃
！６を直接はんだ付けした場合で示したが、直接はんだ
付けができない場合は、リード線６をそれぞれあらかじ
めはんだ付けした金属箔を２枚用意し、この金属箔を各
外部電極５に接着もしくは圧着させるという手段がとら
れる。

しかし、直接はんだ付けの場合は、はんだ接合部近傍の
外部電極５に含まれている銀がはんだ側に移行すること
に起因して接合力の低下が生じ、接合部で剥離を起こす
原因きなり、また金属箔を介在させる場合は、別途に金
属箔とリード線を接合する工程が必要となり、直接はん
だ付けするのに比べて工数が著しく増大する。いずれに
しても従来の外部電極とリード線の組み合わせではこれ
ら両者間の接続に関して問題が起きる。

本発明は上述の点に趙みてなされたものであり、その目
的は外部電極とリード線の間の接続が効率よ（行なわれ
、安定な電気的接続を有する高信頼性の積層型圧電素子
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、不発明の積層型圧電素子は
外部電極とリード腿を次のように構成したものである。

すなわち、積層体暑こ外部電極としてとりつける領域だ
け一面に鋼箔が島田し、その他は両面が絶縁性ベースフ
ィルムで覆われた７しキシプルプリント基板を用いて、
その鋼箔の露出表面を積層体に接着することにより、各
一対の外部電極とリード畷を一体として形成する。

〔作用〕

本発明の積層型圧電素子は、以上のように４１対の外部
電極とリード−を構成しであるので外部電極とリード線
は共通の一つの鋼箔からなり、したがってこれらの間に
接続部分をもつことす＜。

これらの接続に起因する接合強度や通電性などについて
の不都合は全く起り得ず、この圧電素子の１を気的接続
に高い信°頼性を与えるものであり、また従来のように
外部電極とリード線を個別にとりつけるものではないか
ら、圧電素子の製造工数を短縮させることに大きく寄与
する。

〔実施例〕

以下本発明を実施例に基づき説明する。

第１図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の積層型圧電素子の
構造を示す倶式図であり、第１図（ａ）は平面図、第１
図（ｂ）は第１図１ａｌのＡ−λ断面図で表わし、第１
閃ω。

（ｂ）の第２図（ａｔ　、　（ｂｌと共通する部分は同
一符号を用いである。

本発明の圧電素子が構造上従来素子と異なる所は、第１
図＜ａ）　、　（ｂｌと第２図（ａｔ　、　（ｂｌとの
比較かられかるように、外部′＃を極５ａとリードｄ　
６　ａが共通のフレキシブルプリント配線基板７の一部
をなし、このプリント配線基板ヱは、その−面で銅箔８
が露出し、その露出面を積層体の平行側面に導電性接層
剤９を用いて接着してあり、プリント配線基板７のｍｌ
箔８の露出部分以外のその他の両面は絶縁性のベースフ
ィルム１０で被櫟されていることである。

本発明の８１層型圧１ｊＬ素子の製造方法は、積層体を
作製するまでは、既に述べた従来素子の場合と全く同じ
であるから、ここではその説明を省略する。本発明の圧
電素子では積層体作製後、外部電極トして、フレキシブ
ルプリント配嶽板ヱの鋼箔８の一部を利用して、積層体
の両側の平行面に接層するのである。このフレキシブル
プリント配線基板７は、例えば次の仕様のものを用いる
。

ベースフィルムｌＯ：ポリイミド、厚さ２５　ｐｆｆｌ
ｅ　＠　３雷襲銅　　箔　　　８　　：厚；５３５１’
　”　ｅ　　幅２　ＩＩＩそしてこのプリント配線基板
７が積層体に接続され、外部電極５ａとして形成される
領域の面では、その部分のみベースフィルムｌＯがなく
、鋼箔８が露出し、その他の部分は両面ともベースフィ
ルム１０で被覆されたフレキシブルプリント配線基板７
５−用いる。このように一部に鋼箔８を露出させるのは
、通常のプリント配線基板に配線パターンを形成する要
領で行なえばよいから容易である。

この鋼箔８の露出面を、積層体の内部電標２の端面を含
む二つの平行面ｆこ、それぞれ接続するのはエポキシ糸
導電性？層剤９を用いて行なう。その結果、第１図（ｂ
ｌにみられるようｉこ、本発明の積層型圧電素子におけ
る外部Ｘ極５ａとリード＠　６　ａとは、互に共通の銅
箔からなる一体ものであり、フ゛リント配線基板７の露
出した鋼箔８の接続部分が外部電極５ａとなり、それ以
外の両面ベースフィルム１０を有する部分がリード宗６
　ａとして形成される。このことを積層体の両側面につ
いてそれぞれ行なえはよい訳である。このように本発明
の圧電素子に形成される外部電極５ａとリード線６ａと
はそれぞれ別個にとりつけられるものではないから、素
子の製造工数が大幅に蝮縮されるとともに、両者の受合
不良に基づく欠点は完全に解消される。

かくして得られた本発明の積層型圧電素子に、図示して
ない電源を用いて、両性部電極５ａの間に直流電圧を印
別したとき、所定の変位量を示し、また周期的なパルス
電圧をｌＯ回印加した後も、素子の伸縮特性は全く変化
することなく、長期間安定性を維持することが確ｇされ
ている。

〔発明の効果〕

積層型圧電素子は、従来外部電極とり−ド嶽の接続部が
不安定であり、またこれらのとりつけに多くの工数がか
かるなどの問題をもっていたが、本発明の積層型圧電素
子は実施例で述べたように、−面に鋼箔の露出部分を有
し、その他の両面はベースフィルムで被僅されたフレキ
シブルプリント配線基板を用いて、この銅箔の露出面が
外部電極となるようにして、積層体の両ｇＩｌ１面にそ
れぞれ導電性接着剤により固定したために、この外部電
極の延長が即リード線として利用することができ、これ
ら両者の間に接合部が存在しないから、この接合部に起
因する問題は全く起きることなく、はじめから外部電極
とリード線を同時一体形成することができるので、これ
らをとりつける工数の低減も大きく、このようにして得
られた積層型圧電素子の伸縮駆動に対して安定な性能を
長時間持続し高い信頼性を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ωは本発明の積層型圧電素子の構造を示す模式
平面図、第１図（ｂ）は同じく模式断面図、第２図（ａ
）は従来の積層型圧電素子の構造を示す模式平面図、第
２図（ｂｌは同じく模式断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）　積層された複数個の板状の各圧電材料層の間に、
   各圧電材料層の上下両面に全面で密接する複数個の内部
   電極層を有し、上下両端に前記内部電極層を介して保護
   層を設けた積層体と、この積層体の二つの平行側面で前
   記内部電極層に交互に形成された絶縁材料を含む二つの
   平行面の双方に接続され、前記各内部電極層と一層おき
   に電気的な導通を可能とする二つの外部電極と、これら
   外部電極にそれぞれとりつけられ電圧を印加する二つの
   リード線とを備えた積層型圧電素子であって、一面に前
   記各外部電極の接続面積に相当する面積のみ銅箔が露出
   し、他の両面は絶縁性ベースフィルムで被覆されたフレ
   キシブルプリント配線基板を用いて、前記銅箔の露出面
   をそれぞれ前記二つの平行面に導電性接着剤で接層する
   ことにより、一対の前記外部電極と前記リード線を一体
   として形成したことを特徴とする積層型圧電素子。