JPH07283453A - 積層型圧電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部電極を一層置きの内部電極に確実に接続
し、導通不良や絶縁不良を防止すると共に、外部電極の
剥がれによる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。 【構成】 膜状の圧電材料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、露出する一層置きの内
部電極１２の端部に導電性凸部１６を形成し、その上
に、素子の積層方向に全ての圧電材料１１にかかるよう
に絶縁膜１３を形成する。また、絶縁膜１３の上に、外
部電極である金属製のメッシュ１７と銅箔１５とを形成
し、導電性凸部１６を介して内部電極１２と外部電極と
が電気的に接続される。

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】従来、積層型の圧電素子を製造する場
合、内部電極を一層置きに外部電極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ことは困難であった。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、即ち、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る。その一例として、図
８に示すような方法が考えられている。

【０００３】図８に示すように、膜状の圧電材料７１と
内部電極７２とが交互に重なる積層体の側面において、
一層置きの内部電極の端部に導電性凸部７５を形成し、
素子の積層方向に全ての圧電材料７１にかかるように導
電性粒子を含有しない層７７ａを形成する。そして、そ
の上から導電性粒子８０を含有する層７７ｂを銅箔７９
と共に素子の積層方向に全ての圧電材料７１にかかるよ
うに熱圧着すると、導電性凸部７５の存在によりその凸
部付近のみが圧縮されて、その圧縮された部分におい
て、導電性粒子８０を含有する層７７ｂ中の導電性粒子
８０が、導電性粒子８０を含有しない層７７ａを突き破
って導電性凸部７５と接触し、一層置きに内部電極７２
と外部電極である銅箔７９とを電気的に接続する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような積層型圧電素子では、導電性粒子８０を含有しな
い層７７ａを突き破り、外部電極７９と内部電極７２と
を接続する媒体として導電性粒子８０を用いているた
め、次のような問題が生じた。

【０００５】導電性粒子８０の粒子の大きさには、ばら
つきがあり、その分散状態も場所により異なっているの
で、加圧されても導電性粒子８０が導電性凸部７５まで
届かず電気的に接続されない層ができたり、逆に、導電
性凸部７５のない、本来絶縁されるべき層が導通してし
まうことがあった。また、導電性粒子８０の存在により
銅箔７９の接着力が弱くなり、素子の駆動中に剥がれて
しまうことがあった。

【０００６】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、外部電極を一層置きの内部電極
に確実に接続し、導通不良や絶縁不良を防止すると共
に、外部電極の剥がれによる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。

【０００７】

【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に露出する一層置きの内
部電極の端部に形成された導電性凸部と、前記導電性凸
部が形成された積層体の前記側面の全体を覆う絶縁膜
と、その絶縁膜上に連続して形成されると共に、前記導
電性凸部を介して一層置きの内部電極と電気的に接続さ
れる外部電極とを備えた積層型圧電素子において、前記
外部電極が、導電性を有する金属線から成るメッシュに
よって構成され、前記絶縁膜の上面側から積層体に向け
て圧縮することにより、前記メッシュの金属線が前記絶
縁層を突き破って、前記各導電性凸部に接触し、一層置
きの内部電極と電気的に接続される。

【０００８】また、前記外部電極上に、板もしくは箔か
ら成る第二の外部電極を備えることが望ましい。

【０００９】

【作用】上記の構成を有する本発明の積層型圧電素子
は、絶縁膜を突き破り導電性凸部と接続する外部電極
が、一様の厚さのメッシュであり、且つメッシュを構成
する金属線も一様の太さであるため、各導電性凸部に対
して、メッシュの金属線が確実に接触し、導電性凸部を
介して内部電極と外部電極が電気的に接続され、また、
導電性凸部の形成されていない内部電極には、メッシュ
の金属線が接触しないため確実に絶縁される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１１】図１に本発明の積層型圧電素子の断面図を
示す。膜状の圧電材料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、露出する一層置きの内部電
極１２の端部に導電性凸部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１１にかかるように絶縁
膜１３が形成されている。また、絶縁膜１３の上には、
外部電極である金属製のメッシュ１７と銅箔１５が形成
され、導電性凸部１６を介して内部電極１２と電気的に
接続されている。

【００１２】以下、本発明を具体化した一実施例を図面
を参照して説明する。

【００１３】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が一層置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。

【００１４】そして、焼結体２１の一方の側面２４にお
いて、導電性凸部１６を形成する部分を残して他の全て
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３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、既に導電性凸
部１６が形成された側面２４の全体と、側面２５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。

【００１５】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４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５に示すように平坦化さ
れ、絶縁膜１３となる。

【００１６】また、焼結体２１とは別に、図６に示すよ
うに、銅箔１５の片面に＃３００〜＃４００程度の金属
製のメッシュ１７を重ね、その上から熱硬化性のエポキ
シ系接着剤１７ａを塗布したものを用意しておく。これ
を図７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１６にかかるような大きさに切断し、
メッシュ１７と絶縁膜１３とが向かい合うように仮止め
する。そして、ほぼ１８０℃に熱した一対の平面状の加
圧用治具５３（図７は一側面がわのみ図示）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
部分のみが他の部分よりも高い圧力で部分的に加圧され
ることとなる。その結果、図１に示すように加圧された
部分のみメッシュ１７の金属線が、絶縁膜１３を突き破
り、導電性凸部１６と接触し、一層置きの内部電極１２
とメッシュ１７、及びその上に配置される銅箔１５とが
接続された状態となる。この銅箔１５が、本実施例の第
二の外部電極を構成している。

【００１７】そして、互いに反対向きの各側面２４，２
５で層をずらして一層置きの各内部電極１２にメッシュ
１７及び銅箔１５を接続した焼結体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、樹脂外装及び分極処理を施して完成品と
なる。

【００１８】このように、本実施例の積層型圧電素子に
おいては、絶縁膜１３を突き破り導電性凸部１６と接続
するメッシュ１７が一様の厚さであり、且つメッシュ１
７を構成する金属線も一様の太さであるため、各導電性
凸部１６に対して、メッシュ１７の金属線が確実に接触
し、導電性凸部１６を介して内部電極１２と外部電極で
あるメッシュ１７及び銅箔１５とが電気的に接続され、
また、導電性凸部１６が形成されていない内部電極１２
には、メッシュ１７の金属線が接触しないため確実に絶
縁される。

【００１９】また、外部電極として用いるメッシュ１７
には、市販されているものを用いればよく、特殊な加工
を施す必要がないため、積層型圧電素子の製造工程を簡
素化することができる。

【００２０】さらに、本実施例の積層型圧電素子は、第
二の外部電極として、メッシュ１７の上に銅箔１５を形
成しているので、強固な積層型圧電素子を提供すること
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。例えば、ニッケルメッキの代わり
にクロムメッキや銅メッキを用いても同様の効果を得る
ことができる。また、第二の外部電極として銅箔を形成
せずに、導電性を有する金属製のメッシュのみを外部電
極として用いることも可能である。

【００２２】

【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、外部電極と内部電極を
一層置きに確実に接続することができるので、導通不良
や絶縁不良を防止することができ、また、外部電極を積
層体に強力に接着することができるので、剥がれ等の不
良を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の積層型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】導電性凸部が形成された状態の焼結体の斜視図
である。

【図４】エポキシカチオン電着塗料が電着された状態を
示す断面図である。

【図５】エポキシカチオン電着塗料が加熱により流動し
た状態を示す断面図である。

【図６】銅箔とメッシュを重ねてエポキシ系接着剤を塗
布した状態の断面図である。

【図７】メッシュを重ねた銅箔を加圧する状態を示す説
明図である。

【図８】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 １２ 内部電極 １３ 絶縁膜 １５ 銅箔 １６ 導電性凸部 １７ 金属製メッシュ

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
   た積層体の側面に露出する一層置きの内部電極の端部に
   形成された導電性凸部と、前記導電性凸部が形成された
   積層体の前記側面の全体を覆う絶縁膜と、その絶縁膜上
   に連続して形成されると共に、前記導電性凸部を介して
   一層置きの内部電極と電気的に接続される外部電極とを
   備えた積層型圧電素子において、 前記外部電極が、導電性を有する金属線から成るメッシ
   ュによって構成され、前記絶縁膜の上面側から積層体に
   向けて圧縮することにより、前記メッシュの金属線が前
   記絶縁層を突き破って、前記各導電性凸部に接触し、一
   層置きの内部電極と電気的に接続されることを特徴とす
   る積層型圧電素子。
2. 【請求項２】 前記外部電極上に、板もしくは箔から成
   る第二の外部電極を備えたことを特徴とする請求項１に
   記載の積層型圧電素子。