JPH0456179A - 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］ この発明は、単板の圧電セラミックス等からなる圧電体
と内部電極とを交互に積層した構造の積層型圧電素子に
関する。

［従来の技術］ 従来、電歪効果によって伸縮運動等を行う圧電素子の一
種として、例えば第８図に示すように、圧電セラミ、ク
スのグリーンシートや圧電セラミックス板等を素材とす
る平板状の圧電体１を、その表面間に内部電極２を介在
させつつ厚さ方向へ複数積層し、この後、これらを焼結
あるいは接着等することによって一体化した積層型圧電
素子３が知られている。

ところで、このような積層型圧電素子３を駆動するには
、各圧電体１の間に介在された各内部電極２を一層おき
に電気的に接続するとともに、これら接続された内部電
極２をリード線り等の配線手段を介して電源■の端子Ｖ
ａ、Ｖｂにそれぞれ接続する必要がある。

そこで、かかる内部電極２の接続を実現するため、従来
は、例えば第９図に示すように各内部電極２の側方に一
層おきに互い違いに絶縁層４を形成するとともに、圧電
体１の側面に導電性材料からなる外部電極層５．６を形
成して内部電極２を一層おきに接続したちのく特公昭６
３−１７３５４号）、あるいは、第１０図に示すように
圧電体１の側端部に、切欠き７を、−層おきに互い違い
に形成し、これら切欠き７を絶縁層４で充填し、この後
圧電体ｌの両側面に外部電極層５．６を形成したもの（
特開昭６０−１５４５８１号）、さらには第１１図に示
すように、圧電体１の表面に形成される内部電極２の周
縁部に無電極部８を形成し、これら無電極部８が一層ご
とに重なり合うように圧電体１を積層し、この後、圧電
体１の側面に外部電極層５．６を、内部電極２及び無電
極部８と交互に接するように形成したもの（特開昭５８
−１９６０７５号）等、種々の構造のものが提案されて
いる。

し発明か解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の各積層型圧電素子は、い
ずれも以下に述へるような欠点を内包し、その寿命、耐
久性等に難点があった。

まず、第９図に示す積層型圧電素子では、絶縁層４及び
外部電極５．６がいずれも圧電体１の側方へ突出した状
態で形成されているため、取り扱いの過誤等によってこ
れら外部電極５．６又は絶縁層４が剥離脱落するおそれ
が大きい。

一方、第１０図に示す積層型圧電素子では、外部電極５
．６が圧電体１の側方へ突出するので、上記と同様に剥
離するおそれが大きく、加えて圧電体ｌを積層する以前
に、各圧電体１に切欠き７を形成しなければならないた
め、製造に手間がかかる。

また、第１１図に示す例では、外部電極５．６の剥離に
関して上述した二側と同様の欠点がある他、圧電体１の
無電極部８と重なり合う部分に電界が加わらないために
、かかる部分が無変位部分となり、この結果、圧電体１
か伸縮した際に伸縮部分と無変位部分との境界に応力集
中か発生して圧電体１の破損を招くおそれかある。

この発明は、このような背景の下になされたもので、上
述した従来の積層型圧電素子の欠点を解消して耐久性に
優れた長寿命の積層型圧電素子を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、この発明は、厚さ方向へ積
層される圧電体の表面間に、内部電極の一部を除去して
なる無電極部を、圧電体の積層方向へ一層おきに重なり
合うように形成し、上記積層された各圧電体に、上記内
部電極と上記無電極部とを圧電体の積層方向へ交互に貫
いて延在する接続路を形成し、この接続路に導電性材料
を充填して上記内部電極と一層おきに接続する接続層を
形成したものである。

ここで、上記内部電極と電源との接続に関しては、リー
ド線等の配線手段を接続層と接続すれば良いが、この場
合、かかる配線手段の一端を接続路内に埋設することが
好適である。

［作用］ 上記構成によれば、内部電極と無電極部とを交互に貫い
て延びる接続路内に、導電性材料からなる接続層か形成
され、しかも各圧電体は、その無電極部が一層おきに重
なり合うように積層されているから、各層の内部電極は
接続層を介して一層おきに交互に接続される。

この場合、接続層は接続路内に設けられて圧電体の外方
へ突出しないから、圧電体の側方に外部電極を形成する
場合に比して接続層の剥離、脱落のおそれが小さくなる
。

また、無電極部が接続路によって切り欠かれることから
、その表面積は無電極部をそのまま残す従来よりも減少
する。このため、無電極部を設けることに伴う圧電体の
無変位部分が従来よりも大幅に小さくなって、応力集中
が回避される。

さらに配線手段の一端部を接続路内に埋設した場合には
、外部電極に接続する従来に比して配線手段が強固に固
定される。

［実施例コ 以下、第１図ないし第６図を磐照して、本発明の詳細な
説明する。なお、本発明の積層型圧電素子は、上述した
従来例と同様に、圧電セラミックス板を厚さ方向へ積層
して接着し、あるいは圧電セラミックスのグリーンシー
トを積層した後に焼結して一体化したもの等、種々の構
造の積層型圧電素子に適用されるものであるが、本実施
例では、圧電セラミ、クスのグリーンシートを積層した
ものを例にして説明する。

第１図及び第２図に示すように、本実施例の積層型圧電
素子１０は、長方形平板状をなす複数の圧電体１１が、
その表面間に内部電極１２が介在された状態で厚さ方向
へ積層され、これら圧電体１１の側端部１３に各内部電
極１２と一層おきに交互に接続する二つの接続層１４．
１５か形成され、これら接続層１４．１５に、内部電極
１２と電源（図示時）とを接続するリード線しか接続さ
れて概略構成されている。

以下、かかる積層型圧電素子１０の詳細な構成を、その
製造手順を説明することによって明らかにする。

本実施例の積層型圧電素子ｌＯを製造するには、まず第
３図に示すように、圧電セラ＋　’７クスのグリーンシ
ートを素材として長方形平板状をなす複数の圧電体１１
を形成し、ついて、この圧電体１１の表面に内部電極１
２を印刷して固着する。この内部電極１２の印刷時、圧
電体１１の表面の短辺側周縁部の中央部分にマスキング
等を施すことにより、内部電極１２と絶縁された無電極
部１６を形成しておく。

内部電極１２を印刷した後、第４図に示すように各圧電
体１１を厚さ方向へ積層するか、この際、各圧電体１１
の向きは、その無電極部１６か一層おきに積層方向へ重
なり合うように、すなわち、隣接する圧電体１１の無電
極部１６が、交互に圧電体１１の長辺方向反対側を向く
ようにする。

以上のように圧電体１１を所望の枚数積層した後、つい
で、圧電体１１を焼結してすべての圧電体１１と内部電
極１２とを一体化する。続いて、第５図に示すように、
積層された圧電体１１の短辺側端部の無電極部１６が形
成された部分に対応する位置に、圧電体１１の側面及び
両端に開口する２本の溝部（接続路）１７．１８を形成
する。

ここで、各溝部１７．１８の幅Ｗ及び深さｄは、それぞ
れ上記無電極部１６よりも小さく設定し、各無電極部１
６と同一平面上に形成された内部電極１２が溝部１７．
１８に露出しないように配慮する。これにより、溝部１
７．１８は、内部電極１２と無電極部１６とを一層おき
に交互に貫いて延在し、それぞれの壁面には、内部電極
１２と無電極部１６とが一層おきに交互に露出すること
となる。

次に、第１図に示すように、溝部１７．１８内に導電性
樹脂あるいは導電性ペースト等の導電性材料を充填し、
これを硬化させることにより接続層１４．１５を形成す
る。この導電性材料を充填する際、上記溝部１７．１８
内にリード線りを同時に挿入することにより、該リード
線りを接続層１４．１５内に埋設する。

以上のように形成される積層型圧電素子１０にあっては
、第２図及び第６図に示すように、溝部１７．１８か無
電極部１６を貫く部分において、溝部１７．１８か無電
極部１６と同一平面内に形成された内部電極１２から離
間するから、該溝部１７．１８に充填される接続層１４
．１５は、溝部１７．１８か内部電極１２を貫く部分に
おいて内部電極１２と電気的に接続され、溝部１７．１
８か無電極部１６を貫く部分では内部電極１２から絶縁
されることとなる。

しかも、各圧電体１１は、その無電極部１６か一層おき
に重なり合うように積層されているから、第２図に示す
ように、各内部電極１２は接続層１４．１５のいずれか
一方を介して一層おきに接続される。従って、本実施例
の積層型圧電素子１０によれば、接続層１４．１５に埋
設されたリード線りを図示せぬ電源と接続することによ
り、従来と同様に各圧電体１１を伸縮させることができ
る。

そして、本実施例の積層型圧電素子１０では、接続層１
４．１５が溝部１７．１８内に設けられているので、外
部電極か圧電体１１の側方に突出する従来例に比して接
続層１４．１５か剥離脱落するおそれか少なく、素子の
寿命、耐久性か向上する。

また、特に圧電体１１の表面に設けられる無電極部１６
を溝部１７．１８によって切り欠いた構成であるため、
溝部１７．１８の幅Ｗ及び深さｄを極力無電極部１６の
寸法に接近させることにより、無電極部１６を形成する
ことに伴う圧電体１１の無変位部分の面積を極限まで減
少させることかできる。従って、同じく無電極部を形成
する第１１図の従来例に比して上記無変位部分が大幅に
小さくなり、かかる無変位部分への応力集中による素子
の破損を確実に回避できる。

さらに、本実施例では特にリード線りを溝部１７．１８
の接続層１４．１５内に埋設した構成であるために、リ
ード線りを強固に固着でき、この結果、リード線りの引
き出し位置を設定する自由度が高くなるという効果をも
奏する。ちなみに外部電極が圧電体の外部に形成される
構成の従来例ては、外部電極自体か剥離し易いためにリ
ード線を強固に固定できず、このため、その引き出し位
置も制限を受けていた。

なお、上述した実施例では、特に無電極部１６を圧電体
１１の表面の短辺側中央に形成しているか、その位置は
任意に定めることができるのは勿論である。

また、接続路としての溝部１７．１８は、必ずしも圧電
体１１の側面に開口させる必要はなく、例えば、第７図
に示すように圧電体１１を積層方向に貫く２本の貫通孔
（接続路）２０を形成し、これら貫通孔２０の周囲に、
交互に無電極部１６を形成しても同様の効果を奏し得る
。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、圧電体に、内部電極
と無電極部とを交互に貫いて延びる接続路が形成され、
この接続路内に導電性材料からなる接続層が形成される
ことにより、各内部電極が一層おきに接続される構成で
あるから、圧電体の側方に突出する外部電極によって内
部電極を接続する従来例に比して、接続層の剥離脱落か
防止されて素子の寿命、耐久性か向上する。

また、無電極部が上記接続路によって切り欠かれる構成
であるため、無電極部をそのまま残す従来例に比して圧
電体の無変位部分の面積を大幅に減少させることがてき
、この結果、圧電体の無変位部分への応力集中を排除し
て素子の破損をも回避できる。

さらに、接続路内に充填される接続層に配線手段の端部
を埋設することにより、配線手段を従来よりも強固に固
定でき、この結果、配線手段の引き出し位置を設定する
自由度も高くなるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は全体構成を示す斜視図、第２図は第１図の■−
■線における断面図、第３図は単板の圧電体を示す斜視
図、第４図は圧電体を積層する際の手順を示す斜視図、
第５図は積層された圧電体に溝部を形成した状態を示す
斜視図、第６図は接続層と各層の内部電極との位置関係
を示す斜視図、第７図は本発明の他の例を示す図、第８
図は一般的な積層型圧電素子の一例を示す斜視図、第９
図は従来の内部電極の接続構造の一例を示す断面図、第
１０図は他の従来例を示す断面図、第１１図はさらに他
の従来例を示す斜視図である。 １０・・・・・・積層型圧電素子、１１・・・・・・圧
電体、１２・・・・・・内部電極、１４・１５・・・・
・・接続層、１６・・・・・無電極部、 １７・１８・・・・・・溝部（接続路）、２０・・・・
貫通孔（接続路）、 Ｌ・・・・・リード線（配線手段）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電歪効果を示す複数の平板状の圧電体が、その表
   面間に内部電極が介在された状態で厚さ方向へ積層され
   、上記内部電極が圧電体の積層方向へ延びる導電性の接
   続層によって一層おきに交互に電気的に接続されてなる
   積層型圧電素子において、 上記積層された各圧電体の表面間に、上記内部電極の一
   部を除去してなる無電極部を、上記圧電体の積層方向へ
   一層おきに重なるように形成し、上記積層された各圧電
   体に、上記内部電極と上記無電極部とを圧電体の積層方
   向へ交互に貫いて延在する接続路を形成し、この接続路
   に導電性材料を充填して上記接続層を形成したことを特
   徴とする積層型圧電素子。
2. （２）上記接続路内に、上記内部電極と電源とを接続す
   る配線手段の一端部を埋設したことを特徴とする請求項
   １記載の積層型圧電素子。