JPH055387B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、産業用ロボツトのアクチユエータや
圧電モータ等として使用される圧電変位素子に関
するものであり、特に薄板状の圧電セラミツクを
電極を介して複数枚積層することにより変位量を
増大せしめた積層型圧電素子の改良およびその製
造方法に係るものである。

「従来の技術」 従来、マイクロホン、ピツクアツプ、圧電ブザ
ー、変位用素子等に使用される積層型圧電素子
は、所定の形状に加工した圧電セラミツク薄板に
電極をつけて分極したものを、直接あるいは薄い
金属をはさんで有機系の接着剤で接合する方法が
とられていた。しかしながら、接着剤を用いて積
層した場合には、使用条件により、圧電素子の振
動による変位を接着剤層が吸収したり、高温での
使用や長時間の使用により接着剤層が劣化するな
どの欠点があつた。

このため、最近では、積層チツプコンデンサ構
造方式の積層型圧電素子が実用されている。すな
わち、例えば特公昭59−32040号公報に記載され
ているように、原料粉末にバインダーを添加し混
練したペースト状の圧電セラミツク材料を、所定
の厚さの薄板に形成し、この薄板の一方または双
方の面に銀−パラジウム等の内部電極となる導電
材料を塗布し、これを所定枚数詰み重ねて圧着
し、更に所定形状に切断した後、焼成してセラミ
ツク化し、積層体の両側側面に外部電極を形成し
た積層型圧電素子が使用されている。かかる構造
の積層型圧電素子は、接合する圧電セラミツク薄
板と内部電極の接合部の密着性に優れ、熱的にも
安定で高温使用にも十分耐え、また長期間にわた
つて劣化が少なくなる等の利点を有している。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、上記積層チツプコンデンサ構造
方式の従来の積層型圧電素子は、圧電変位効率ま
たは外部電極形成の点で問題があつた。例えば、
第６図ａに示すように、圧電セラミツク材料から
なる薄板６の間に正の内部電極７ａ、負の内部電
極７ｂを交互にはさんで積層し、内部電極をそれ
ぞれ外部電極８ａ，８ｂに接続した製造のもの
は、第６図ｂの平面図からわかるように内部電極
の重なり部分９が圧電セラミツク薄板の全面積よ
り小となり、周辺部分１０ａ，１０ｂでは両電極
が重なつていない。このため、外部電極に電圧を
印加しても、上記内部電極の重なり部分のみ電界
強度が強く周辺部分の電界強度は弱いので、素子
全体の変形を阻害し、材料固有の変位を得ること
が出来ないという欠点がある。

一方、かかる欠点を解消したものとして、例え
ば第７図に示すように、圧電セラミツク薄板１１
の表面全域に内部電極１２が形成されたものを多
数枚積層し、その１つの側面において前記内部電
極の端面に一層おきに絶縁物質１３ａを塗布した
上から導電性物質層１４ａを形成し、他の一側面
においては上記絶縁物質１３ａが塗布されなかつ
た方の内部電極の端面に絶縁物質層１３ｂを塗布
した上から導電性物質層１４ｂを形成したものが
提案されている（特開昭58−196068号公報等）。

しかしながら、かかる構成の積層型圧電素子の
場合には、本来、第８図ａに示すように内部電極
１２の位置と絶縁物質層１３の中心とはほぼ一致
しなければならないが、同図ｂに示すように、例
えば板厚誤差の累積効果等によつて塗布形成され
る絶縁物質層１３の中心がずれて、所望の絶縁層
厚さ（通常数10μｍ程度の厚さが要求されてい
る）が形成されず、絶縁破壊が生じることがあ
り、更には、圧電セラミツク薄板の厚さがより薄
くなる（約100μｍ以下程度）と、一層おきに形
成される絶縁層の相隣る裾部が重畳して内部電極
端面を覆い、外部電極との導通がとれなくなる等
の問題点がある。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消すべく
成されたものであり、十分な絶縁耐力を有し、内
部電極と外部電極との導通が良好で、かつ圧電効
果の大きい積層型圧電素子を提供することを目的
とするものである。

「問題点を解決するための手段」 上記目的を達成するために本発明は、一方また
は双方の表面全域に導電物質層を有する圧電セラ
ミツク薄板を前記導電物質層が内部電極を構成す
るようにして複数枚積層することによつて構成さ
れた積層体であつて、前記積層された各圧電セラ
ミツク薄板端面および合内部電極端面を覆うよう
に前記積層体の側面に設けられた絶縁物質からな
る絶縁層と、該絶縁層上に形成された導電物質層
からなる一対の外部電極と、前記内部電極と前記
外部電極とをそれぞれ一層おきに交互に電気的に
接続するためのリード部とを有することを特徴と
するものである。

本発明において、上記絶縁層、外部電極および
リード部は、上記積層体の一側面または二以上の
任意の側面に形成してよいが、一側面にのみ形成
した場合には、これら部材の形成が極めて容易で
あること、リード線の取りだし方に制限があるよ
うな素子の利用形態の用途の場合に適する等の特
別の効果がある。

また、本発明は、その構成上絶縁層の形成が圧
電セラミツク薄板の厚さに影響されないために、
従来の方式では実現が困難であつた厚さが100μ
ｍ以下の圧電セラミツク薄板を用いても積層体が
形成出来るために、より積層枚数を増加出来るの
で更に高変位特性を示す圧電素子が実現できると
いう利点がある。

上記構成の本発明の圧電積層体は、例えば次の
ようにして製造することが出来るものである。す
なわち、所望組成に配合された圧電セラミツクス
原料粉にバインダーおよび有機溶剤等を添加混合
し、シート状に形成後その表面に内部電極を形成
したものを複数枚積み重ね焼結して積層体とな
し、該積層体の側面の一部に絶縁層を形成した
後、該絶縁層上に、一対の外部電極と多数のリー
ド部とを内部電極が交互にかつ一層おきにそれぞ
れの外部電極に接続されるように形成することに
より製造される。

本発明において、絶縁層、外部電極およびリー
ド部は、たとえば厚膜法で絶縁体ペーストまたは
導体ペーストをスクリーン印刷したのち焼成する
ことによつて形成される。外部電極とリード部と
は、同時に印刷することもできるが、外部電極を
形成した後、別にこれと接続するようにリード部
を形成してもよい。

「実施例」 以下、本発明を実施例に基づいて、より詳細に
説明する。

実施例 １ 第１図は、本発明の一実施例を示す積層型圧電
素子の側面図である。図において、１は圧電セラ
ミツク薄板、２は内部電極をそれぞれ示す。ま
ず、Pb（Zr、Ti）O₃粉に、有機バインダーとし
てPVB、可塑剤としてBPBG、有機溶剤として
トリクレンをそれぞれ添加し、この材料をドクタ
ーブレード法により100μｍ厚さのシート状に形
成した。次に、このシート状材料の表面全域に内
部電極材料となる銀−パラジウムペーストをスク
リーン印刷し、これを100枚積み重ねて圧着した
後、所定の寸法形状に切断した。得られた積層体
を1200〜1250℃×１〜５時間焼成して10mm角の焼
結積層体を得た。次に第１図に示すように、得ら
れた焼結体の一側面に積層方向と平行に絶縁物質
としてガラスペーストをスクリーン印刷した後焼
成して幅３mm、厚さ40μｍ、長さが積層体高さに
ほぼ等しい一対の絶縁物質層３を形成し、この絶
縁物質層上にそれぞれ銀ペーストをスクリーン印
刷し、幅２mm、厚さ10μｍの一対の外部電極４を
形成すると同時に、前記外部電極４に一端が接続
され多端は積層体側面に露出している内部電極の
１つに接続される巾80μｍ、厚さ10μｍ、長さ３
mmのリード部５も形成し、次いで焼成した。この
際、前記一対の外部電極と内部電極とは、内部電
極が一層おきに１方の外部電極に接続され、他方
の外部電極には他の外部電極に接続されていない
内部電極が一層おきに接続されるようにリード部
を形成したものである。

このようにして得られた素子に、200Vの電圧
を10分間印加して分極処理を行つた。次に、印加
電圧と変位量の関係を測定したところ第３図に曲
線Ａで示すような特性であつた。尚、比較のため
に本実施例と同一の圧電セラミツク薄板材料を用
いて、先に述べた第７図に示す構成の素子を作成
し、その印加電圧と変位量の関係を測定したとこ
ろ、低電圧印加時における変位量には殆ど差異が
認められなかつた。しかしながら、心材との絶縁
耐力には大幅な差異があり、印加電圧が約150V
で絶縁破壊を生じ、実用には共し得ないものであ
つた。

また、上記本発明の実施例によれば、外部電極
とリード部とが同時に形成され一体化されている
ため、極めて信頼性に富む素子が実現できるとと
もに製造工程が簡略化できるという利点がある。

実施例 ２ 実施例１と同様な方法で、厚さ80μｍのシート
状圧電セラミツク薄板を作成し、これに電極材料
を塗布した後125枚積層し、実施例１と同様にし
て積層体を得た。次に、第４図に示すように、積
層体の一側面のみに幅４mm、厚さ40μｍの比較的
幅広の一つの絶縁物質層３′を形成し、その上に
外部電極４′となる一対の導電物質層を形成した。
次いで、前記絶縁物質層３′の両側に、内部電極
２がそれぞれ交互にかつ一層おきに前記一対の外
部電極４′に接続されるようにリード部５′をスク
リーン印刷し、次いで焼成して形成した。

このようにして得られた積層型圧電素子の変位
特性を調べたところ、第３図の曲線Ｂで示すよう
に実施例１のものより更に優れた特性を示した。
すなわち、本発明によれば、より薄い圧電セラミ
ツク薄板を用いて積層体が形成できるため、積層
枚数が多くなるのでより大きな変位量を取り出す
ことが出来るという利点がある。

尚、比較のために、第７に示すような構成のも
のを、所定の絶縁耐力を得るために絶縁層の厚さ
を40μｍとして作成しようとしたが、そのために
は絶縁層の幅が約80μｍ程度となること、および
圧電セラミツク薄板の板厚誤差も加わつて、内部
電極が一層おきに露出されない箇所が発生し、所
望の動作をする積層型圧電体は実現できなかつ
た。

「発明の効果」 以上詳述したように、本発明によれば、十分な
絶縁耐力を有し、高電圧駆動でも十分な変位量が
得られる圧電効果の良好な積層型圧電素子が実現
できるため、その工業上の効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す積層型圧電
素子の側面図、第２図は第１図におけるＸ−
X′部分断面平面図、第３図は本発明の実施例に
おける印加電圧と変位量の関係を示す曲線図、第
４図は本発明の他の実施例を示す積層型圧電素子
の側面図、第５図は第４図におけるＸ−X′部分
断面平面図、第６図は積層チツプコンデンサ構造
方式の従来の積層型圧電素子の側面図および平面
図、第７図は従来の全面電極構造積層型圧電素子
の斜視図、第８図は第７図の構造の積層型圧電素
子における圧電セラミツク薄板の板厚と絶縁層の
関係を説明するための部分拡大断面図である。 １；６；１１：圧電セラミツク薄板、２；７；
１２：内部電極、３；３′；１３：絶縁層、４；
４′；１４：外部電極、５；５′：リード部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一方または双方の表面全域に内部電極が形成
   された圧電セラミツク薄板を複数枚積層してなる
   積層体の側面に、絶縁層を介して一対の外部電極
   と、前記内部電極を一層おきに前記外部電極の一
   方に電気的に接続するとともに、前記内部電極の
   うちの前記外部電極に接続されていない方の内部
   電極を一層おきに他方の外部電極に電気的に接続
   するリード部とが設けられていることを特徴とす
   る積層型圧電素子。 ２ 上記絶縁層、外部電極、およびリード部が、
   上記積層体の一側面にのみ設けられていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の積層型圧
   電素子。 ３ 上記絶縁層、外部電極、およびリード部がス
   クリーン印刷により形成されたものであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の積層型圧電素子。 ４ 上記外部電極とリード部が一体に形成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第３項のいずれかに記載の積層型圧電素子。 ５ 上記圧電セラミツク薄板の厚さが100μｍ以
   下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第４項のいずれかに記載の積層型圧電素子。 ６ 所望組成に配合された圧電セラミツクス原料
   粉にバインダーおよび有機溶剤等を添加混合し、
   シート上に形成後その表面に内部電極を形成した
   ものを複数枚積み重ね焼結して積層体となし、該
   積層体の側面の一部に絶縁層を形成した後、該絶
   縁層上に、一対の外部電極と多数のリード部とを
   内部電極が交互にかつ一層おきにそれぞれの外部
   電極に接続されるように形成することを特徴とす
   る積層型圧電素子の製造方法。 ７ 上記外部電極とリード部とを同時にスクリー
   ン印刷することを特徴とする特許請求の範囲第６
   項記載の積層型圧電素子の製造方法。