JPH06224483A - 積層型圧電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不均一な変位による素子の破壊がなく、製造
が容易な積層型圧電素子を提供する。 【構成】 圧電材料膜１１と内部電極板２１ａ，２１ｂ
とを交互に重ねてなる直方体形状の積層体の一対の表面
に、それぞれ絶縁層としての絶縁フィルム３０ａ，３０
ｂが圧電材料膜１１と接するように形成されている。ま
た、内部電極板２１ａ，２１ｂは圧電材料膜１１の断面
形状と同じ形状を有している。さらに絶縁フィルム３０
ａ，３０ｂ上には外部電極３１ａ，３１ｂが設けられて
いる。そして、一方の表面において、この外部電極３１
ａと積層型圧電素子の側面に露出している内部電極板２
１ａとは一層おきにニッケルメッキ層５１により接続さ
れ、他方の表面では、上記一方の表面にてニッケルメッ
キ層５１により接続されなかった内部電極板２１ｂと外
部電極３１ｂとが同様にニッケルメッキ層５１により接
続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電材料の薄膜を多数
枚積層し、電圧を印加することにより電界方向の変位を
得る積層型圧電素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、圧電材料と内部電極板とを交互に
積層して積層型の圧電素子を製造する場合、内部電極板
と電源の正極及び負極をそれぞれ一層おきに接続する必
要がある。従来から採用されている代表的な構造を図７
および図８に示す。図７は積層チップコンデンサによく
用いられる構造であり、図７（ａ）の断面図に示すよう
に圧電材料からなる複数の圧電材料膜７１を積層し、各
圧電材料膜７１の間に正の内部電極板７２、負の内部電
極板７３を交互にはさんで積層する構成を有している。
これらの内部電極板７２，７３は、交互に相対するいず
れかの面に露出するように配置されている。内部電極板
７２は図示しない電源の正極端子に接続された外部電極
７４と接続され、内部電極板７３は図示しない電源の負
極端子に接続された外部電極７５と接続されている。

【０００３】また、図８は特公昭６３−１７３５４号公
報に開示されるように最近の積層型圧電素子によく用い
られている構造を示している。この公報に記載の積層型
圧電素子では、図８に示すように複数の圧電材料膜８１
を積層し、各圧電材料膜８１の間にそれぞれ圧電材料膜
８１の断面形状と同じ形状の内部電極板８２を配置す
る。この積層型圧電素子の一つの側面にて露出する内部
電極８２の露出部分に一層おきに絶縁物質８４を形成す
ると共に、当該側面にその絶縁物質８４を覆うようにし
て外部電極８３を形成する。また、当該側面と相対する
側面においても同様に上記絶縁物質８４を形成しなかっ
た内部電極板８２の露出部分に一層おきに絶縁物質８５
を形成し、その側面に絶縁物質８５を覆うようにして外
部電極８６を形成する。すると、この積層型圧電素子全
体としては、図７に示す積層型圧電素子と同様に接続さ
れた構造になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような内部電極と外部電極との接続方法を採用すると
以下に説明するような問題点がある。

【０００５】つまり、図７に示す積層チップコンデンサ
方式では、図７（ｂ）の上面図から理解されるように、
内部電極板７２と内部電極板７３とが重なりあう重なり
部分７６の面積が圧電材料膜７１の断面積よりも小さく
なり、重ならない部分７７が存在する。従って、外部電
極７４、７５間に電圧を印加すると上記重なり部分７６
のみ電界強度が強く発生し、重なっていない部分は電界
強度が弱い。この結果、重ならない部分７７には変位が
ほとんど得られないため、積層型圧電素子全体としての
変位を阻害するばかりでなく、変位する部分としない部
分の境界部に応力集中が起こり駆動中に圧電素子が破壊
するという欠点があった。

【０００６】また、図８に示す方式では上記の積層コン
デンサ方式の欠点はほぼ解消しているが、一層おきに絶
縁層８４，８５を形成しなければならず、製法が難しい
ために歩留まりの問題があった。

【０００７】また、上記いずれの方法を用いても、電力
を供給するためのリード線を外部電極の一部からはんだ
付け等でひきださなければならず、製造工数が多くなる
ことによるコストが高くなるという欠点があった。

【０００８】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、正常に変位して応力集中による
破壊がなく、容易に製造することのできる積層型圧電素
子を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の積層型圧電素子は、圧電材料と内部電極とを
交互に積層してなる積層型圧電素子であって、その積層
型圧電素子の二つの側面上にそれぞれ連続して形成され
た絶縁層と、前記二つの側面のうち一方の側面におい
て、前記絶縁層上に連続して形成されると共に、一層お
きに前記内部電極と電気的に接続された第一の外部電極
と、他方の側面において、前記絶縁層上に連続して形成
されると共に、前記第一の外部電極と接続されなかった
内部電極と電気的に接続された第二の外部電極とを備え
ている。

【００１０】また、前記第一及び第二の外部電極は、前
記絶縁層よりも長く延びて形成されていてもよい。

【００１１】

【作用】上記の構成を有する本発明の積層型圧電素子で
は、絶縁層は、積層型圧電素子の二つの側面上にそれぞ
れ連続して形成されている。第一の外部電極は二つの側
面のうち一方の側面において絶縁層上に連続して形成さ
れると共に、一層おきに前記内部電極と電気的に接続さ
れている。第二の外部電極は、他方の側面において絶縁
層上に連続して形成されると共に、第一の外部電極と接
続されなかった内部電極と電気的に接続される。

【００１２】また、外部電極をそのまま引き延ばすこと
により電力を供給するためのリード線となる。

【００１３】

【実施例】図１に本発明を具体化した積層型圧電素子の
全体図を示す。

【００１４】図１に示すように、本実施例の積層型圧電
素子では、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分と
する圧電材料膜１１とＰｄからなる内部電極板２１ａ，
２１ｂとを交互に重ねてなる直方体形状の積層体の一対
の表面に、それぞれ絶縁層としての絶縁フィルム３０
ａ，３０ｂが積層型圧電素子の積層方向に全ての圧電材
料膜１１と接するように形成されている。また、内部電
極板２１ａ，２１ｂは圧電材料膜１１の断面形状と同じ
形状を有している。さらに絶縁フィルム３０ａ，３０ｂ
上には、その絶縁フィルム３０ａ，３０ｂよりも長く延
びる銅箔よりなる外部電極３１ａ，３１ｂが設けられて
いる。そして、一方の表面において、この外部電極３１
ａと積層型圧電素子の側面に露出している内部電極板２
１ａとは一層おきにニッケルメッキ層５１により接続さ
れ、電気的に導通状態となっている。また、他方の表面
では、上記一方の表面にてニッケルメッキ層５１により
接続されなかった内部電極板２１ｂと外部電極３１ｂと
が同様にニッケルメッキ層５１により接続されている。

【００１５】以下、このような構成の積層型圧電素子の
製造方法を図２乃至図６を参照して説明する。

【００１６】まず、ＰＺＴを主成分とする圧電材料粉末
を所望の組成に混合した後８５０℃で仮焼成する。その
仮焼成した粉末に５重量部のバインダーと微量の可塑材
および消泡剤を添加し、有機溶媒中に分散させスラリー
状にする。このスラリーを周知のドクターブレード法に
より所定の厚さに成形しグリーンシートとする。このグ
リーンシート上に内部電極板２１ａ，２１ｂとしてＰｄ
ペーストをスクリーン印刷し、所定寸法に打ち抜いたも
のを所定枚数積層し熱プレスにより一体化する。脱脂
後、約１２００℃で焼結を行い図２に示す様に内部電極
板２１ａ，２１ｂが一層おきに露出するような位置で切
断した焼結体２０の一対の側面に仮の電極２２，２３を
塗布焼付けし、さらに別の一対の側面が露出するように
切断する。また、並行して図３に示すように絶縁フィル
ム３０ａ，３０ｂ上にその絶縁フィルム３０ａ，３０ｂ
よりも長い銅箔からなる外部電極３１ａ，３１ｂをはり
あわせて所定の寸法に切断したものを用意しておき、図
４に示すように上記焼結体２０の仮の電極２２，２３が
形成されていない側の表面４０に貼り付ける。

【００１７】次に、外部電極３１ａ，３１ｂと内部電極
板２１ａ，２１ｂとを電気的に接続するためのニッケル
メッキ浴を以下の方法で作成する。全量１リットルに対
してスルファミン酸ニッケル７５０ｇ、塩化ニッケル５
ｇ、ほう酸３０ｇ、光沢剤５ｍｌを添加してメッキ浴と
し、スルファミン酸を適量加えてｐＨ４．０付近となる
ように調整する。

【００１８】そして、上記焼結体２０の絶縁フィルム３
０ａ及び外部電極３１ａを貼っていない側面４１をテー
プ等でマスキングしてメッキ液に触れるのを防いだ後、
焼結体２０を上記メッキ浴中に沈める。正極にはニッケ
ルのボールを入れたチタン製のかごを用い、負極にメッ
キしたい内部電極板２１ａに接続される仮の電極２２を
接続する。約５０ｍＡの直流電流を２０分間流すと、図
５に示すように側面４０に露出して仮の電極２２と導通
している内部電極板２１ａ上にニッケルメッキ層５１が
析出する。このニッケルメッキ層５１は絶縁フィルム３
０ａの高さを越えて外部電極３１ａまで成長し、成長の
早いものから外部電極３１ａと接続される。すると、こ
れにより内部電極板２１ａと導通のとれた外部電極３１
ａからもニッケルメッキ層５１が成長し、成長の遅いニ
ッケルメッキ層５２とも順次接続される。このようにし
て外部電極３１ａと内部電極板２１ａはニッケルメッキ
層５１を介して一層おきに接続される。

【００１９】次に反対側の側面４１にも同様にニッケル
メッキを施す。すなわち、既にニッケルメッキを施した
側面４０をマスキングして保護した後、負極を上記仮の
電極２２が設けられた側と反対の側面に設けられた仮の
電極２３に接続する。そして、上記と同様に直流電流を
流すことによりニッケルメッキ層５１を成長させ外部電
極３１ｂと内部電極板２１ｂとを接続する。

【００２０】このようにして対向する一対の側面におい
て、内部電極板２１ａ，２１ｂと外部電極３１ａ，３１
ｂとが交互に接続された焼結体２０は図６の破線で示す
位置で切断され、図１に示すように積層型圧電素子とな
る。そして、この積層型圧電素子から延びる外部電極３
１ａに電源の正極を接続し、外部電極３１ｂに電源の負
極を接続することにより、内部電極板２１ａ，２１ｂに
はニッケルメッキ層５１を介して一層おきに電圧が印加
される。また、内部電極板２１ａ，２１ｂはすべて同じ
形状を有しているので、均一な変位を発生することがで
き、従来のような応力集中に伴う素子の破壊を招くこと
もない。さらに、外部電極３１ａ，３１ｂはともに絶縁
フィルム３０ａ，３０ｂよりも長く形成されているの
で、外部電極３１ａ，３１ｂと電源とを接続するために
半田付け等でリード線を接続する必要がなく、素子を使
用する際の手間を省くことができる。

【００２１】この後、上記積層型圧電素子はエポキシ樹
脂等で外装後、分極処理を施して完成品となる。

【００２２】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではなく、その趣旨を逸脱しない限り種々の変更を
加えることができる。

【００２３】例えば、外部電極３１と内部電極板２１と
の接続に用いる面は、相対する二面である必要はない。
また、外部電極３１と内部電極板２１とを接続する方法
として精密はんだ付けを用いることもできる。また、外
部電極３１として銅箔のかわりに導電性フィルムを用い
ることもできる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の積層型圧電素子によれば、内部電極と圧電材料膜
とは同一の形状をしており、内部電極間には電界が均一
に印加されるので、負均一な変位による応力集中が発生
せず、積層型圧電素子の破壊が皆無である。また、絶縁
層を連続して形成しているので製造が容易となる。さら
に、第一及び第二の外部電極を絶縁層よりも長く延ばす
ことにより電源と接続するためのリード線として使用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明を具体化した積層型圧電素子の斜
視図である。

【図２】図２は切断された積層焼結体の斜視図である。

【図３】図３は絶縁フィルムと外部電極とを貼りあわせ
たものの斜視図である。

【図４】図４は積層焼結体に絶縁フィルム及び外部電極
を貼りつけた状態を示す斜視図である。

【図５】図５はニッケルメッキ層が成長する過程の斜視
図である。

【図６】図６はニッケルメッキを施した状態の積層焼結
体の斜視図である。

【図７】図７（ａ）は従来の積層型圧電素子の断面図で
あり、図７（ｂ）はその上面図である。

【図８】図８は従来の積層型圧電素子の断面図である。

【符号の説明】

１１ 圧電材料膜 ２１ａ，２１ｂ 内部電極板 ３０ａ，３０ｂ 絶縁フィルム ３１ａ，３１ｂ 外部電極 ５１ ニッケルメッキ層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料と内部電極とを交互に積層して
   なる積層型圧電素子であって、 その積層型圧電素子の二つの側面上にそれぞれ連続して
   形成された絶縁層と、 前記二つの側面のうち一方の側面において、前記絶縁層
   上に連続して形成されると共に、一層おきに前記内部電
   極と電気的に接続された第一の外部電極と、 他方の側面において、前記絶縁層上に連続して形成され
   ると共に、前記第一の外部電極と接続されなかった内部
   電極と電気的に接続された第二の外部電極とを備えたこ
   とを特徴とする積層型圧電素子。
2. 【請求項２】 前記第一及び第二の外部電極は、前記絶
   縁層よりも長く延びて形成されていることを特徴とする
   請求項１に記載の積層型圧電素子。