JPH07111346A - 積層型圧電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 導電性粒子を含有しない層を所望の厚さに形
成することにより、外部電極と内部電極とを確実に接続
して、導通不良や絶縁不良を防止することができる積層
型圧電素子を提供すること。 【構成】 圧電材料膜１１と内部電極１２とが交互に積
層された積層体の側面において、電着塗装により導電粒
子を含有しない層１３ａを形成し、その上から導電粒子
３１を含有する層１３ｂを銅箔１５とともに素子の積層
方向に全ての圧電材料膜１１にかかるように熱圧着し、
一層おきに内部電極１２と外部電極である銅箔１５とを
電気的に接続する。

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縦方向の変位を得
る積層型圧電素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】積層型圧電素子を製造する場合、内部電
極を一層おきに接続する必要があるが、従来の積層コン
デンサ方式を用いると、内部電極の面積が素子の断面積
より小さいため電界が全面に発生せず、変位を阻害する
ばかりでなく不均一な部分に応力集中が発生し、ついに
は破壊するという致命的な欠点がある。また、積層時の
位置決めが難しく、多くても数十枚程度の積層枚数が限
界であり、同じ印加電圧の場合、素子の変位量は積層枚
数に比例するため、大きな変位量を発生する素子を製造
するのは困難であった。

【０００３】この欠点を解消するために圧電シートの全
面に電極を印刷して積層する方法、すなわち内部電極の
面積と素子の面積を等しくする構造が一般的になってい
たが、このような構造の場合、内部電極を一層おきに接
続するには、特公昭６３−１７３５４号公報に開示され
るような方法（図１０）や、特開昭６２−２１１９７４
号公報に開示されるような方法（図１１）を用いて絶縁
処理しなければならない。すなわち、図１０に示す積層
型圧電素子では一層おきにガラス等の絶縁物（絶縁層）
４１をスクリーン印刷や電気泳動法により付着させた
後、焼き付けて固着し、その上から銀ペースト４２を塗
布して、内部電極４３を一層おきに接続している。ま
た、図１１（ａ），（ｂ）に示す積層型圧電素子では、
同じくガラス等の絶縁層５１を形成し、一層おきに内部
電極５３と絶縁層５１上に形成された外部電極５２が電
気的に接続されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
および図１１に示す構造の圧電素子では素子の側面上に
絶縁層を形成する工程と、その上から内部電極を接続す
るための外部電極を形成する工程が必要になるが、いず
れの場合も絶縁層を先に形成し、その後に外部電極を形
成することになるため、それらの工程を同時に行うこと
ができず、しかも、素子全体に対して直接形成しなけれ
ばならないため工程数が多く、歩留まりが低くなるとい
う欠点がある。また、図１０に示す構造の圧電素子の場
合、側面に露出する内部電極４３の端部に一層おきに絶
縁層４１が形成されているが、その方法としてスクリー
ン印刷を用いた場合は、印刷が非常に微細なため、カス
レや滲み等で本来接続される部分が導通不良になった
り、絶縁される部分が短絡したりすることがあった。ま
た、電気泳動法の場合も素子の駆動電圧に耐えられるだ
けの厚さの絶縁層を均一に形成することは難しく、同じ
く絶縁破壊による短絡等の問題があった。

【０００５】一方、図１１に示す構造の圧電素子では絶
縁層は比較的容易に形成できるが、絶縁層５１上の外部
電極５２と内部電極５３の接続法が難しく、スクリーン
印刷の場合では素子面と絶縁層５１との間に段差がある
ためその段差部分では導電材ペーストの印刷が難しいた
め同じく導通不良や短絡不良が問題になっていた。ま
た、いずれの方法を用いても、絶縁層や外部電極を高温
で焼成する工程が入るため製造コストに影響するととも
に、圧電材料膜の厚さが１００μｍ以下になると接続が
非常に困難になるという問題点があった。

【０００６】そこで、発明者らはこれらの問題を解決す
るため、導電性粒子を含有する層と含有しない層をそれ
ぞれ銅箔上にスクリーン印刷し、半硬化させたものを素
子の側面上に熱圧着させる方法を試みた。この場合、導
電粒子を含有しない層を絶縁破壊に耐えられるだけの厚
さに均一に印刷することが困難であり、導通不良や短絡
不良につながるという問題があった。

【０００７】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、導電性粒子を含有しない層を所
望の厚さに形成することにより、外部電極と内部電極と
を確実に接続して、導通不良や絶縁不良を防止すること
ができる積層型圧電素子を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【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が
交互に積層された積層体の側面上に、導電性粒子を含有
する層と含有しない層とからなる導電膜を形成し、その
導電膜を圧縮することにより、その導電膜上に形成され
た外部電極と所定の前記内部電極とを電気的に接続した
積層型圧電素子において、前記導電性粒子を含有しない
層を電着塗装により形成する。

【０００９】また、前記導電性粒子を含有しない層は、
エポキシ樹脂と顔料との混合物とすることが望ましい。

【００１０】

【作用】上記の構成を有する本発明の積層型圧電素子
は、導電性粒子を含有しない層を電着塗装により形成し
ているので、導電性粒子を含有しない層が所望の厚さ
で、かつ均一に形成される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を図面を参
照して説明する。

【００１２】図１に本発明による積層型圧電素子の断面
図を示す。圧電材料膜１１と内部電極１２とが交互に重
なる積層体の側面において、一層おきに導電性凸部１６
が形成されると共に、素子の積層方向に全ての圧電材料
膜１１にかかるように導電膜１３が形成され、導電性凸
部１６に接して一層おきに導電部１４を持っている。さ
らに、その導電膜１３上には外部電極として銅箔１５が
形成され、導電部１４を介して導電性凸部１６ひいては
内部電極１２と電気的に接続されている。

【００１３】また、導電膜１３は導電性粒子を含有しな
い層１３ａと含有する層１３ｂとからなっている。

【００１４】次に、図１に示される積層型圧電素子の製
造方法について図面を参照して説明する。

【００１５】まず、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を
主成分とする圧電材料を所望の組成に混合した後、８５
０℃で仮焼成した粉末に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１２としてＰｄ（パラジウ
ム）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に示すように、
内部電極１２が一層おきに露出するような位置で切断し
た焼結体２１に、仮の外部電極２２，２３を塗布焼き付
けし、さらに別の一対の側面２４、２５が露出するよう
に切断する。

【００１６】そして、図３に示すように、焼結体２１の
一方の側面２４において、導電性凸部を形成する以外の
部分をテープでマスキングし、かつ他方の側面２５全体
をテープでマスキングした状態で、直流電源の負極に仮
の外部電極２２を接続してニッケルメッキ浴中に沈め
る。この状態で５０ｍＡの電流を約５分間流すと、仮の
外部電極２２につながる内部電極１２の端面にニッケル
メッキが成長し、マスキングテープを剥すと、図４に示
すように、ニッケルメッキ製の導電性凸部１６が一層置
きに形成された状態となる。次に、反対側の側面２５に
も層をずらして導電性凸部１６を形成するべく、すでに
導電性凸部１６が形成された側面２４の全体と、側面２
５の一部分とをテープでマスキングして保護した後、負
極を仮の外部電極２３に接続してニッケルメッキを成長
させる。これにより、側面２５においても側面２４と一
層ずつずれて導電性凸部１６が形成される。

【００１７】洗浄後、直流電源の負極を仮の外部電極２
２，２３に接続し、所定量の顔料を添加したエポキシカ
チオン電着塗料浴中に沈め、１００Ｖの電圧を２分間か
けると、図５に示すように、導電性凸部１６が形成され
ている内部電極１２は、導電性凸部１６の表面に、エポ
キシカチオン電着塗料が電着し、導電性凸部１６が形成
されていない内部電極１２は、その端部にエポキシカチ
オン電着塗料が電着する。その後、オーブン中で１５０
℃で３０分間加熱処理すると、エポキシ樹脂成分が硬化
する過程で流動性を持つため、図６に示すように平坦化
され、導電粒子を含有しない層１３ａとなる。

【００１８】また、焼結体２１とは別に図７に示すよう
に銅箔１５上に導電性粒子として平均粒径２０〜３０μ
ｍの銅粒子３１を含有させた熱硬化性のエポキシ系接着
剤を７０μｍ程度の厚さに均一に塗布したもの（導電性
粒子を含有する層１３ｂ）を用意しておく。これを図８
に示すように焼結体２１の側面２４、２５にそれぞれの
導電性凸部にかかるような大きさに切断し、導電性粒子
を含有しない層１３ａと導電性粒子を含有する層１３ｂ
とが向かい合うように仮止めする。この導電性粒子を含
有しない層１３ａと導電性粒子を含有する層１３ｂとが
導電膜１３を構成している。そして、ほぼ１８０℃に熱
した一対の平面状の加圧用治具（図８は一側面がわのみ
図示）５３ではさみ、数ｋｇの荷重をかけて熱圧着する
と、導電性凸部１６の存在により、その凸部付近のみが
圧縮されて、図９に示すように、この圧縮された部分に
おいて、銅粒子３１が、導電性粒子を含有しない層１３
ａを突き破り、導電性凸部１６と接触し、かつ外部電極
である銅箔１５とも接触して導電部１４となり、一層お
きに内部電極１２と銅箔１５とが電気的に接続された状
態となる。

【００１９】このように、対向する側面で層をずらして
一層おきに接続された焼結体２１は、素子１個分に切断
された後、銅箔１５の一部に電力供給用のリード線を取
り付け、樹脂外装および分極処理を施して完成品とな
る。

【００２０】本実施例においては、エポキシカチオン電
着塗料と顔料の混合物により導電性粒子を含有しない層
を形成しているので、熱処理の際にエポキシ電着塗料が
必要以上流れるのを防止することができ、厚さの均一な
層を形成することができる。

【００２１】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではなく、その主旨を逸脱しない限り種々の変更を
加えることができる。たとえば銅粉末の代わりにニッケ
ル粉末や銀粉末の導電粒子を用いてもよく、材質、形
状、粒径等も種々変更でき、また、銅箔の一方をそのま
ま延ばせばリード線の代わりをすることもできる。

【００２２】また、本実施例においては、一層おきの内
部電極に導電性凸部を設けているが、これを設けずに、
熱圧着する際に一層おきの内部電極のみに圧力がかかる
ような加圧用治具を用いてもよい。

【００２３】

【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、導電性粒子を含有しな
い層が所望の厚さに均一に形成できるため、外部電極と
内部電極を確実に接続して導通不良や絶縁不良を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の圧電素子の断面図である。

【図２】切断された積層焼結体の斜視図である。

【図３】積層焼結体をテープでマスキングした状態の斜
視図である。

【図４】導電性凸部が形成された状態の積層焼結体の斜
視図である。

【図５】電着塗装された素子表層の状態を示す断面図で
ある。

【図６】電着塗料が熱により流動しながら硬化する状態
を示す断面図である。

【図７】銅箔に導電粒子を含有する層を形成した状態を
示す断面図である。

【図８】電着層および導電膜を形成した銅箔を加圧する
状態を示す説明図である。

【図９】加圧により導電部が形成された状態を示す説明
図である。

【図１０】従来の積層型圧電素子の断面図である。

【図１１】従来の他の積層型圧電素子を示すもので、
（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＢーＢ線断面図であ
る。

【符号の説明】

１１ 圧電材料膜 １２ 内部電極 １３ 導電膜 １３ａ 導電粒子を含有しない層 １３ｂ 導電粒子を含有する層 １４ 導電部 １５ 銅箔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料と内部電極とが交互に積層され
   た積層体の側面上に、導電性粒子を含有する層と含有し
   ない層とからなる導電膜を形成し、その導電膜を圧縮す
   ることにより、その導電膜上に形成された外部電極と所
   定の前記内部電極とを電気的に接続した積層型圧電素子
   において、 前記導電性粒子を含有しない層を電着塗装により形成し
   たことを特徴とする積層型圧電素子。
2. 【請求項２】 前記導電性粒子を含有しない層はエポキ
   シ樹脂と顔料との混合物からなることを特徴とする請求
   項１に記載の積層型圧電素子。