JPH04145673A - 積層セラミック圧電素子 - 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、積層セラミック圧電素子に関し、特に、電気
絶縁層における絶縁破壊現象を改善した積層セラミック
圧電素子に関する。

〔従来の技術〕

第２図に、従来の積層セラミック圧電素子（以下素子と
記す）の構造を示す。

第２図に示す従来の素子１においては、圧電効果を示す
圧電セラミック層２と内部電極３とは交互に積層され、
内部電極が露出する四つの側面のうちの相対する二つの
側面に、内部電極３の露出部とその近傍の圧電セラミッ
ク層２の部分を覆うようにして、電気絶縁層４が一層お
きに、たがいちがいに設けらている。

このような構造においては、内部電極３が一層おきに同
じ焼結形外部電極５に接続され、この焼結形外部電極５
に設けられたはんだ付は部を介して、おのおののリード
線７に接続されているので、隣り合う内部電極同志が圧
電セラミック層２を挟んで互いに対向電極となり、外部
からリード線７に電圧が印加されると、圧電セラミック
層２が圧電効果を示す。

なお、保護層８の部分は、内部電極を有しないので、圧
電効果を示さないが、製造工程中の高温熱処理によって
圧電セラミック層２の成分・組成が変化しないようにす
るために必要なものである。

上述のような構造を持つ従来の素子においては、圧電セ
ラミック層２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のよ
うな鉛系ペロブスカイト構造複合酸化物の焼結体よりな
る。

電気絶縁層４は、６００〜８００℃に軟化点を持つガラ
ス粉末を、電気泳動法で所望の位置に付着させ、その後
７００〜９００℃で焼成して形成したガラス体よりなっ
ている。

又、焼結層外部電極５は、銀あるいは銀・パラジウム混
合粉などの金属粉末をガラス粉末と共にビヒクル中に分
散・混合して製造したペースト状の物質を、スクリーン
印刷法で所望の位置に塗布した後、６００〜８００℃で
焼成して形成した金属粉末の焼結体より成っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の素子においては、その製造工程中で、以
下に述べるように、電気絶縁層４にクラックが発生しや
すい。

以下にその説明を行う。

第３図（ａ＞及び（ｂ）に、第２図に示した従来の素子
１を、Ｘ−Ｙ面に沿って切断した縦断面の部分拡大図を
示す。

第２図及び第３図（ａ）に示すような構造を持つ従来の
素子では、圧電セラミック層２．電気絶縁層４及び焼結
層外部電極５の熱膨張係数は、通常、それぞれ下表に示
すような値をとる。

上表に示した値及び素子の製造工程における製造条件を
用いて、有限要素法により、外部電極形成工程で素子１
に働く応力をシミュレートした結果、焼結層外部電極５
を６００〜８００℃で焼成後冷却した素子１には、焼結
層外部電極５の熱膨張係数が、圧電セラミック層２及び
電気絶縁層４の熱膨張係数より大きいことが原因で、第
３図（ａ）中にＡで示した部位に大きな引張り応力が働
くことが確認された。

ところが、従来の素子においては、焼結層外部電極５を
スクリーン印刷法で形成しているので、第３図（ｂ）に
示すように、電気絶縁層４の頂上付近に、焼結層外部電
極２の途切れ９が生じやすい。

このなめ、前述の有限要素票決によるシミュレーション
から明らかになった、焼結層外部電極５に働く大きな引
っ張り応力のために、電気絶縁層４の外部電極の途切れ
９に接した部分にクラック１０が発生しやすい。

このようなりラック１０が発生すると、電気絶縁層４の
電気絶縁性が低下し、特に高湿度の環境下での使用にお
いて、短時間で電気絶縁層４が破壊してしまうことがあ
る。

以上述べたように、従来の素子においては、焼結層外部
電極５の熱膨張係数が、圧電セラミック層２及び電気絶
縁層４の熱膨張係数より大きいため、焼結層外部電極５
の形成工程中での高温焼成で、電気絶縁層４にクラック
１０が発生しやすく、このため、湿度が高い環境下など
での使用にあたって、電気絶縁層４に絶縁破壊が起りや
すいという問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の積層セラミック圧電素子は、圧電効果を示すセ
ラミックシート上に内部電極を全面に形成して得られる
シートを複数積層し一体化した積層セラミック体の、対
向する二つの側面の、内部電極の露出部とその近傍のセ
ラミック上に、電気絶縁層を一層おきに、たがいちがい
に設け、前記側面上に外部電極を形成してなる積層セラ
ミック圧電素子において、 前記外部電極が、樹脂硬化性の導電ペーストを用いて形
成されていることを特徴とする。

〔実施例〕

次に、本発明について、図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の実施例の構造を示す斜視図である。

本実施例において、保護層８及び圧電セラミック層２は
、Ｐｂ　（Ｎ　ｉ　１／３　Ｎｂ２／３　）　０．５　
Ｔ　ｉ。３５Ｚ　ｒ　０．１５０３で示される鉛系ペロ
ブスカイト構造複合酸化物からなり、内部電極３は、銀
７０％パラジウム３０％の銀・パラジウム混合体からな
り、電気絶縁層４は、Ｐｂ５２％、ＳｉＯ□４２％及び
その他酸化物６％の成分比の鉛系ガラスからなっている
。

外部電極には、樹脂硬化最外部電極１１を用い、これは
、銀を導体としたエポキシ系ペーストよりなっている。

このエポキシ系ペーストからなる樹脂硬化最外部電極１
１の熱膨張係数は約２００Ｘ１０−７℃であり、硬化温
度は１５０℃である。

従って、本実施例と従来の素子とを比較すると、各々の
外部電極の熱膨張係数は同等であるが、外部電極形成の
温度が、従来の素子の場合には６００〜８００℃であっ
たのに対して本実施例では１５０℃とはるかに低いので
、電気絶縁層４に働く引っ張り応力は本実施例の方が著
しく緩和される。

なお、リード線７は、樹脂硬化最外部電極１１と同材質
の樹脂硬化形の導電ペースト１２によって樹脂硬化最外
部電極１１に接続されている。

従って、外部電極形成工程以後、素子１が１５０℃を越
える温度で処理されることはなく、電気絶縁層４が大き
な引っ張り応力を受けることはない。

上述の効果を確めるため、本実施例による素子と、外部
電極に銀糸の焼結形外部電極を用いた従来の素子とを作
成して信頼性試験を行った。

作成した素子は、圧電セラミック層２の厚さが１０５μ
ｍ、内部電極３の暦数が６４層、保護層８の厚さが１．
５１、素子の横断面が２１×３１ｍ１であり、外部電極
形成工程以外の材料及び製造条件はどちらも同じである
。

信頼性試験は、温度４０℃、湿度９０％ＲＨ１印加電圧
１５０ＶＤＣの条件で耐湿負荷試験を行った。

本実施例の素子と、従来の素子とを各々２０個ずつを用
い、上記条件で電圧を印加しながら、電気絶縁層４に絶
縁破壊が発生する素子の数を、経過時間毎に累計してい
った結果下記のような結果が得られた。

すなわち、 本実施例においては、 電気絶縁層４ に絶縁破壊が生じた素子が１０００時間迄発生しなかっ
たのに対して、従来の素子では、１０００時間迄の間に
、累計、８０％の素子が絶縁破壊を起し、本発明の効果
が確認された。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、従来、６００〜
８００℃で形成していた焼結形外部電極を、はるかに低
い温度で硬化する樹脂硬化最外部電極に替えることによ
り、電気絶縁層に働く引っ張り応力を著しく緩和するこ
とができ、従って、電気絶縁層における絶縁破壊現象を
改善した信頼性の高い積層セラミック圧電素子を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の構造を示す斜視図、第２図
は、従来の積層セラミック圧電素子の構造を示す斜視図
、第３図（ａ）及び（ｂ）は、第２図のＸ−Ｙ縦断面の
部分拡大図である。 １・・・積層セラミック圧電素子（素子）、２・・・圧
電セラミック層、３・・・内部電極、４・・・電気絶縁
層、５・・・焼結形外部電極、６・・・はんだ付は部、
７００．リード線、８・・・保護層、９・・・外部電極
の途切れ、１０・・・クラック、１１・・・樹脂硬化形
外部電極、１２・・・導電ペースト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　圧電効果を示すセラミックシート上に内部電極を全面
   に形成して得られるシートを複数積層し一体化した積層
   セラミック体の、対向する二つの側面の、内部電極の露
   出部とその近傍のセラミック上に、電気絶縁層を一層お
   きに、たがいちがいに設け、前記側面上に外部電極を形
   成してなる積層セラミック圧電素子において、 前記外部電極が、樹脂硬化性の導電ペーストを用いて形
   成されていることを特徴とする積層セラミック圧電素子
   。