JPH09172209A - Multilayer piezoelectric device and manufacturing method thereof - Google Patents

Multilayer piezoelectric device and manufacturing method thereof

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JPH09172209A
JPH09172209A JP34960495A JP34960495A JPH09172209A JP H09172209 A JPH09172209 A JP H09172209A JP 34960495 A JP34960495 A JP 34960495A JP 34960495 A JP34960495 A JP 34960495A JP H09172209 A JPH09172209 A JP H09172209A
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JP
Japan
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internal electrode
electrode layer
layer
material film
piezoelectric element
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Pending
Application number
JP34960495A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Okawa
康夫 大川
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH09172209A publication Critical patent/JPH09172209A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multilayer piezoelectric device having strong adhesion between piezoelectric material layers, preventing the piezoelectric material layer and an inner electrode layer from pealing off and having good mechanical strength. SOLUTION: A multilayer piezoelectric device 1 is formed by alternately providing piezoelectric material layers 2 made of piezoelectric ceramic and inner electrode layers 3 made of conductive material. The internal electrode layer 3 is provided by printing conductive material paste on the piezoelectric material layer 2. The internal electrode layer 3 has an electrode portion 3a (printed portion) continuously forming internal electrodes on the surface and a non-electrode portion 3b (non-printed portion) serving as a gap on the surface. The internal electrode layer 3 connects piezoelectric material layers 2, 2 putting the internal electrode layer 3 therebetween to each other through the non- electrode portion 3b.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電材料膜層と内
部電極層とを交互に積み重ねてなる積層型圧電素子、特
に電圧の印加により圧電厚さすべり効果により厚さ方向
の変位を得ることができる積層型圧電素子及びその製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laminated piezoelectric element in which piezoelectric material film layers and internal electrode layers are alternately stacked, and in particular, a displacement in the thickness direction can be obtained by a piezoelectric thickness sliding effect when a voltage is applied. And a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、電圧を印加することにより圧
電厚みすべり効果により変位を発生する圧電素子とし
て、圧電セラミック材料(例えば、チタン酸ジルコン酸
鉛PZTを主成分とする材料)からなる圧電材料膜層上
に、内部電極層(例えば、パラジウム)を印刷したもの
が知られている。かかる圧電素子において、より大きな
変位を得るために、圧電材料膜層と内部電極層とを交互
に積み重ねて、積層型に形成したものも知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a piezoelectric material made of a piezoelectric ceramic material (for example, a material containing lead zirconate titanate PZT as a main component) is used as a piezoelectric element which generates a displacement by a piezoelectric thickness sliding effect when a voltage is applied. It is known that an internal electrode layer (for example, palladium) is printed on the membrane layer. In such a piezoelectric element, in order to obtain a larger displacement, a piezoelectric material film layer and an internal electrode layer are alternately stacked to form a laminated type.

【0003】そして、そのように、圧電材料膜層と内部
電極層とを交互に積み重ねて形成した積層型圧電素子に
おいては、厚さ方向において大きな変位量が得られる
が、素子全体としての厚さが厚くなる傾向にある。その
ため、そのような積層型圧電素子を製造する場合には、
圧電材料膜層をできるだけ薄く形成するために、一般に
シート成形法が応用されており、その方法は、以下の通
りである。
In the laminated piezoelectric element in which the piezoelectric material film layers and the internal electrode layers are alternately stacked in this way, a large displacement amount can be obtained in the thickness direction, but the total thickness of the element is large. Tend to be thicker. Therefore, when manufacturing such a laminated piezoelectric element,
In order to form the piezoelectric material film layer as thin as possible, a sheet molding method is generally applied, and the method is as follows.

【0004】チタン酸ジルコン酸鉛PZTを主成分とす
る圧電セラミックス材料を所定の組成に混合し、約90
0℃の温度で仮焼成した粉末とバインダー、可塑剤等の
添加剤とを混合したスラリーを、シリコン処理されたP
ETフィルムとドクターブレードとの隙間に流し込み、
乾燥させて、約100μm程度の厚さのグリーンシート
を得る。
A piezoelectric ceramic material containing lead zirconate titanate PZT as a main component was mixed in a predetermined composition to obtain about 90
A slurry obtained by mixing powder preliminarily fired at a temperature of 0 ° C. and a binder, an additive such as a plasticizer, with silicon-treated P
Pour into the gap between the ET film and the doctor blade,
It is dried to obtain a green sheet having a thickness of about 100 μm.

【0005】次いで、このグリーンシートを所定の寸法
形状に打ち抜いて、PETフィルムから剥がした後、そ
の表面に内部電極となるパラジウムペーストをスクリー
ン印刷法により数μm程度の厚さでもって薄く塗布し、
乾燥させて、内部電極層を形成する。これを必要な枚数
だけ積み重ね、熱プレスにより圧着させて一体化した
後、約500℃の温度でバインダー成分を除去し、さら
に1200℃で2時間焼結して、所望の積層型圧電素子
となる積層体を得る。
Next, this green sheet is punched into a predetermined size and peeled off from the PET film, and then a palladium paste to be an internal electrode is thinly applied to the surface by a screen printing method with a thickness of about several μm,
Dry to form the internal electrode layer. After stacking the required number of sheets and pressing them with a hot press to integrate them, the binder component is removed at a temperature of about 500 ° C. and further sintered at 1200 ° C. for 2 hours to obtain a desired laminated piezoelectric element. Obtain a laminate.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、圧電材料膜層と内部電極層とが交互に積み重
ねられてなる方式の積層型圧電素子では、圧電材料膜層
と内部電極層との密着強度に一定の限界があるため、焼
結した後に、機械加工を加えたり電圧を印加して変形さ
せたりする等の行為により、圧電素子に応力が作用する
と、密着強度の低い部分から圧電材料膜層と内部電極層
との層間剥離が生じ、ついには機械的に破壊してしまう
という課題がある。
However, as described above, in the laminated piezoelectric element of the type in which the piezoelectric material film layers and the internal electrode layers are alternately stacked, the piezoelectric material film layers and the internal electrode layers are Since there is a certain limit to the adhesion strength, when stress is applied to the piezoelectric element due to actions such as mechanical processing or deformation by applying a voltage after sintering, the piezoelectric material will be applied from the part with low adhesion strength. There is a problem that delamination between the film layer and the internal electrode layer occurs, and eventually mechanical destruction occurs.

【0007】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
で、圧電材料膜層同士の密着強度が高く、圧電材料膜層
と内部電極層との間の層間剥離を防止し、機械的強度の
高い積層型圧電素子及びその製造方法を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and has high adhesion strength between piezoelectric material film layers, prevents delamination between the piezoelectric material film layers and internal electrode layers, and improves mechanical strength. An object is to provide a high laminated piezoelectric element and a method for manufacturing the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、圧電
セラミックス材料からなる圧電材料膜層と、導電性材料
からなる内部電極層とが交互に積層されてなる積層型圧
電素子において、前記内部電極層は、内部電極をその面
上で連続的に構成する電極部分と、該面上の間隙となる
非電極部分とを有し、前記内部電極層を挟持する圧電材
料膜層同士が該非電極部分を通じて相互に連結されてい
る構成とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a laminated piezoelectric element in which a piezoelectric material film layer made of a piezoelectric ceramic material and an internal electrode layer made of a conductive material are alternately laminated. The internal electrode layer has an electrode portion that continuously forms the internal electrode on its surface and a non-electrode portion that forms a gap on the surface, and the piezoelectric material film layers that sandwich the internal electrode layer are not connected to each other. The electrodes are connected to each other through the electrode portions.

【0009】請求項1の発明によれば、内部電極層の非
電極部分を通じて、該内部電極層を挟持する圧電材料膜
層同士が相互に連結され、圧電材料膜層間の密着強度が
飛躍的に向上し、圧電材料膜層と内部電極層との間の層
間剥離が防止され、機械的強度が高まる。
According to the first aspect of the invention, the piezoelectric material film layers sandwiching the internal electrode layers are connected to each other through the non-electrode portions of the internal electrode layers, and the adhesion strength between the piezoelectric material film layers is dramatically increased. It is improved, the delamination between the piezoelectric material film layer and the internal electrode layer is prevented, and the mechanical strength is enhanced.

【0010】請求項2の発明は、請求項1の積層型圧電
素子において、前記内部電極層は、前記圧電材料膜層上
に導電性材料ペーストを印刷により塗布形成させたもの
であり、内部電極を構成する印刷部分と、該印刷を行わ
ない間隙となる非印刷部分とを有するパターンをなし、
前記内部電極層を挟持する圧電材料膜層同士が非印刷部
分を通じて相互に連結されている。
According to a second aspect of the present invention, in the laminated piezoelectric element according to the first aspect, the internal electrode layer is formed by applying a conductive material paste onto the piezoelectric material film layer by printing. Forming a pattern having a printed portion that constitutes the, and a non-printed portion that is a gap where the printing is not performed,
Piezoelectric material film layers sandwiching the internal electrode layers are connected to each other through a non-printed portion.

【0011】請求項2の発明によれば、内部電極層は、
導電材料膜上に導電性材料ペーストが印刷により塗布形
成され、印刷により簡単に形成され、また、内部電極層
の非電極部分を通じて、該内部電極層を挟持する圧電材
料膜層同士が相互に連結される。
According to the second aspect of the invention, the internal electrode layer is
A conductive material paste is applied and formed on the conductive material film by printing, and is easily formed by printing, and the piezoelectric material film layers that sandwich the internal electrode layer are interconnected through the non-electrode portion of the internal electrode layer. To be done.

【0012】請求項3の発明は、請求項1又は2の積層
型圧電素子において、前記内部電極層の各非電極部分の
幅、及び隣接する非電極部分のピッチが、前記圧電材料
膜層に現れる電界がその層全体で略一様になる所定寸法
に設定されている。
According to a third aspect of the present invention, in the laminated piezoelectric element according to the first or second aspect, the width of each non-electrode portion of the internal electrode layer and the pitch of the adjacent non-electrode portions are the same as those of the piezoelectric material film layer. The electric field that appears is set to a predetermined dimension such that it is substantially uniform throughout the layer.

【0013】請求項3の発明によれば、内部電極層の各
非電極部分の幅、及び隣接する非電極部分のピッチが、
圧電材料膜層に現れる電界をその層全体で略一様とする
所定寸法に設定され、変形を阻害する部分が偏らない。
According to the invention of claim 3, the width of each non-electrode portion of the internal electrode layer and the pitch of the adjacent non-electrode portions are
The electric field appearing in the piezoelectric material film layer is set to a predetermined dimension so as to be substantially uniform over the entire layer, and the portion that hinders deformation is not biased.

【0014】請求項4の発明は、請求項3の積層型圧電
素子において、前記内部電極層は、その各非電極部分の
幅が2〜100μmでかつ前記圧電材料膜層の厚さ以下
であり、隣接する非電極部分のピッチが前記非電極部分
の幅の2倍以上である。
According to a fourth aspect of the present invention, in the laminated piezoelectric element according to the third aspect, the width of each non-electrode portion of the internal electrode layer is 2 to 100 μm and is equal to or less than the thickness of the piezoelectric material film layer. The pitch of the adjacent non-electrode portions is twice or more the width of the non-electrode portions.

【0015】請求項4の発明によれば、非電極部分の幅
が圧電材料膜層の厚さ以下であるので、電界の斜め方向
の成分による効果により、遜色のない圧電変位が得られ
易くなる。また、各非電極部分の幅を2〜100μmと
小さくし、隣接する非電極部分のピッチを前記非電極部
分(間隙幅)の2倍以上とすることで、非電極部分によ
り電界がかけられなくなる領域が小さくされる。
According to the fourth aspect of the invention, since the width of the non-electrode portion is less than or equal to the thickness of the piezoelectric material film layer, it is easy to obtain comparable piezoelectric displacement due to the effect of the oblique component of the electric field. . Further, by making the width of each non-electrode portion as small as 2 to 100 μm and setting the pitch of the adjacent non-electrode portions to be twice or more the pitch of the non-electrode portions (gap width), no electric field is applied by the non-electrode portions. The area is reduced.

【0016】請求項5の発明は、請求項3又は4の積層
型圧電素子において、前記内部電極層が、一様なディン
プル状の非電極部分を有する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the laminated piezoelectric element according to the third or fourth aspect, the internal electrode layer has a uniform dimple-shaped non-electrode portion.

【0017】請求項5の発明によれば、内部電極層相互
の位置合わせをすることなく、内部電極層の電極部分と
非電極部分とが無作為に配置され、変形を阻害する部分
が偏らない。
According to the fifth aspect of the invention, the electrode portions and the non-electrode portions of the internal electrode layers are randomly arranged without aligning the internal electrode layers with each other, and the portions that hinder the deformation are not biased. .

【0018】請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれ
かの積層型圧電素子において、インクを吐出させるため
の圧力を発生させるアクチュエータとして、インクジェ
ット式印字装置のヘッドにおいて用いられるものであ
る。
According to a sixth aspect of the present invention, in the laminated piezoelectric element according to any one of the first to fifth aspects, it is used in a head of an ink jet printer as an actuator for generating a pressure for ejecting ink. .

【0019】請求項6の発明によれば、インクジェット
式印字装置のヘッドにおいて用いられ、積層型圧電素子
が、圧電厚さすべり効果によりインクを吐出させるため
の圧力を発生させるアクチュエータとして機能する。
According to the invention of claim 6, the laminated piezoelectric element used in the head of the ink jet type printing apparatus functions as an actuator for generating a pressure for ejecting ink by the piezoelectric thickness sliding effect.

【0020】請求項7の発明は、圧電セラミックス材料
からなる圧電材料膜層上に、導電性材料からなり、内部
電極層をその面上で連続的に構成する電極部分と該電極
部分の間の間隙となる非電極部分とを有する内部電極層
を形成する第1の工程と、前記内部電極層が形成された
前記圧電材料膜層を積層し、それらを加熱圧着させて一
体化させる第2の工程とを備える構成とする。
According to a seventh aspect of the present invention, a piezoelectric material film layer made of a piezoelectric ceramic material is provided on a surface of an electrode portion made of a conductive material and continuously forming an internal electrode layer on its surface. A first step of forming an internal electrode layer having a non-electrode portion to be a gap, and a second step of stacking the piezoelectric material film layers on which the internal electrode layer is formed and thermocompressing them to integrate them. And a process.

【0021】請求項7の発明によれば、第1の工程にお
いて、圧電セラミックス材料からなる圧電材料膜層上
に、導電性材料からなり、内部電極層をその面上で連続
的に構成する電極部分と該電極部分の間の間隙となる非
電極部分とを有する内部電極層が形成され、第2の工程
において、前記内部電極層が形成された前記圧電材料膜
層が積層され、それらが加熱圧着されて一体化される。
According to the invention of claim 7, in the first step, an electrode made of a conductive material on the piezoelectric material film layer made of a piezoelectric ceramics material and continuously forming an internal electrode layer on the surface thereof. An internal electrode layer having a portion and a non-electrode portion serving as a gap between the electrode portion is formed, and in a second step, the piezoelectric material film layers having the internal electrode layer formed are laminated and heated. It is crimped and integrated.

【0022】請求項8の発明は、請求項7の積層型圧電
素子の製造方法において、さらに、前記一体化された積
層物を焼結させる第3の工程を備える。
The invention of claim 8 is the method of manufacturing a laminated piezoelectric element according to claim 7, further comprising a third step of sintering the integrated laminate.

【0023】請求項8の発明によれば、第3の工程にお
いて、一体化された積層物が焼結され、密着性が高めら
れる。
According to the invention of claim 8, in the third step, the integrated laminate is sintered to improve the adhesiveness.

【0024】請求項9の発明は、請求項7又は8の積層
型圧電素子の製造方法において、前記第1の工程は、前
記電極部分をスクリーン印刷により印刷することで内部
電極層を形成する。
According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a laminated piezoelectric element according to the seventh or eighth aspect, the first step forms the internal electrode layer by printing the electrode portion by screen printing.

【0025】請求項9の発明によれば、第1の工程にお
いて、電極部分がスクリーン印刷により印刷され、内部
電極層が形成される。
According to the ninth aspect of the invention, in the first step, the electrode portions are printed by screen printing to form the internal electrode layers.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】図1は積層型圧電素子の概略構成を示す断
面図である。図1において、積層型圧電素子1は、圧電
セラミックス材料(例えば、チタン酸ジルコン酸鉛PZ
Tを主成分とする材料)からなる圧電材料膜層2と、内
部電極材料である導電性材料(例えば銀−パラジウム)
からなる内部電極層3とが交互に積層されてなる。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a laminated piezoelectric element. In FIG. 1, the laminated piezoelectric element 1 is a piezoelectric ceramic material (for example, lead zirconate titanate PZ.
A piezoelectric material film layer 2 made of a material containing T as a main component, and a conductive material (for example, silver-palladium) as an internal electrode material.
And the internal electrode layers 3 of are alternately laminated.

【0028】前記内部電極層3は、内部電極をその面上
で連続的に構成する電極部分3aと、その面上の間隙と
なる非電極部分3bとを有する。そして、前記内部電極
層3を挟持する圧電材料膜層2,2同士が、前記非電極
部分3bを通じて相互に連結される。
The internal electrode layer 3 has an electrode portion 3a which continuously forms an internal electrode on its surface, and a non-electrode portion 3b which is a gap on the surface. Then, the piezoelectric material film layers 2 and 2 sandwiching the internal electrode layer 3 are connected to each other through the non-electrode portion 3b.

【0029】具体的には、前記内部電極層3は、圧電材
料膜層2上に導電性材料ペーストをスクリーン印刷法に
よる印刷により塗布形成されたものであり、導電性材料
ペーストが印刷により塗布され内部電極を構成する印刷
部分(電極部分3a)と、導電性材料ペーストによる印
刷を行わない間隙となる非印刷部分(非電極部分3b)
とを有するパターンをなし、該非印刷部分を通じて圧電
材料膜層2,2同士が相互に連結されている。尚、前記
内部電極層3は、このように印刷により圧電材料膜層2
上に形成されるものに限らず、単独で板状若しくはフィ
ルム状に形成されたものでもよい。また、内部電極層3
は、途中で分断されない連続的なパターンでないと、通
電できないのは勿論である。
Specifically, the internal electrode layer 3 is formed by applying a conductive material paste on the piezoelectric material film layer 2 by printing by a screen printing method, and the conductive material paste is applied by printing. A printed portion (electrode portion 3a) that constitutes the internal electrode and a non-printed portion (non-electrode portion 3b) that serves as a gap in which printing with the conductive material paste is not performed.
The piezoelectric material film layers 2 and 2 are connected to each other through the non-printed portion. The internal electrode layer 3 is formed by printing in this manner to form the piezoelectric material film layer 2
It is not limited to the one formed above, but may be one independently formed into a plate shape or a film shape. In addition, the internal electrode layer 3
Needless to say, current cannot be energized unless it is a continuous pattern that is not divided in the middle.

【0030】また、前記内部電極層3の各非電極部分3
bの幅、及び隣接する非電極部分3b,3bのピッチ
は、前記圧電材料膜層2に現れる電界がその層全体で略
一様になる所定寸法に設定されている。即ち、前記内部
電極層3は、その各非電極部分3bの幅が2μm〜10
0μmで、かつ、前記圧電材料膜層2の厚さ以下であ
り、隣接する非電極部分3b,3bのピッチが、前記非
電極部分3b(間隙となる非印刷部分)の幅の2倍以上
とされている。
Further, each non-electrode portion 3 of the internal electrode layer 3
The width of b and the pitch of the adjacent non-electrode portions 3b, 3b are set to predetermined dimensions such that the electric field appearing in the piezoelectric material film layer 2 becomes substantially uniform throughout the layer. That is, in the internal electrode layer 3, the width of each non-electrode portion 3b is 2 μm to 10 μm.
0 μm and not more than the thickness of the piezoelectric material film layer 2, and the pitch of the adjacent non-electrode portions 3b, 3b is at least twice the width of the non-electrode portions 3b (non-printed portions that serve as gaps). Has been done.

【0031】従って、前記非電極部分3bの幅が圧電材
料膜層2の厚さ以下であるので、電界の斜め方向の成分
による効果により、遜色のない圧電変位が得られ易くな
り、また、各非電極部分3bの幅を2μm〜100μm
と小さくし、隣接する非電極部分3b,3bのピッチを
前記間隙幅の2倍以上とすることで、非電極部分3bに
より電界がかけられなくなる領域を小さくしている。そ
して、電界は、電極部分3aに挟持された垂直方向にの
み発生する成分だけでなく、近接する電極部分3aと斜
め方向に発生する成分や、電極部分3aに挟持された領
域からはみ出した漏れ電界成分等も存在するので、前記
寸法であれば、圧電材料膜層2全域に略一様な電界がか
けられることになる。
Therefore, since the width of the non-electrode portion 3b is equal to or less than the thickness of the piezoelectric material film layer 2, it is easy to obtain a comparable piezoelectric displacement due to the effect of the oblique component of the electric field. The width of the non-electrode portion 3b is 2 μm to 100 μm
By making the pitch of the non-electrode portions 3b, 3b adjacent to each other twice the gap width or more, the area where the electric field cannot be applied by the non-electrode portion 3b is made small. Then, the electric field is not only the component generated only in the vertical direction sandwiched between the electrode portions 3a, but also the component generated diagonally with the adjacent electrode portion 3a, and the leakage electric field protruding from the region sandwiched between the electrode portions 3a. Since components and the like are also present, a substantially uniform electric field is applied to the entire area of the piezoelectric material film layer 2 with the above-mentioned dimensions.

【0032】さらに詳述すれば、前記内部電極層2は、
一様なディンプル状の非電極部分3bを有し、前記内部
電極層2のスクリーン印刷法による印刷パターン11
は、例えば図2に示すように、特に位置合わせを必要と
しない印刷パターンであり、黒く塗り潰された円形状部
分11a(ディンプル部分)が非印刷部分であり、非電
極部分となる。
More specifically, the internal electrode layer 2 is
A print pattern 11 having a uniform dimple-shaped non-electrode portion 3b, which is formed by screen printing of the internal electrode layer 2
For example, as shown in FIG. 2, is a print pattern that does not particularly require alignment, and the black-filled circular portion 11a (dimple portion) is a non-printed portion and is a non-electrode portion.

【0033】従って、積層作業をする際において、内部
電極層3,3同士の相対的位置関係について特に注意す
る必要がなく、積層構造とすれば各内部電極層3の電極
パターンがランダムに配置されることとなり、圧電厚さ
すべり効果による変形を阻害する非電極部分3bが特定
部位に偏らない。
Therefore, it is not necessary to pay particular attention to the relative positional relationship between the internal electrode layers 3 and 3 during the stacking work. In the case of the stacked structure, the electrode patterns of the internal electrode layers 3 are randomly arranged. As a result, the non-electrode portion 3b that inhibits the deformation due to the piezoelectric thickness sliding effect is not biased to a specific portion.

【0034】ところで、一般的には積層型圧電素子1の
用途によって内部電極層3における電極部分3aの割合
(面積)を決定すればよいが、電界に乱れが生じて圧電
厚さすべり効果による変形を阻害することがないよう
に、内部電極層3の電極部分3a同士の重複部分をでき
るだけ増加させることが望ましいので、例えば応力が殆
ど作用しない用途に使用するような場合には、内部電極
層3の殆どが電極部分3aとなり非電極部分3bが殆ど
ないような印刷パターンを用いて内部電極層をスクリー
ン印刷法により形成すればよい。
By the way, in general, the ratio (area) of the electrode portions 3a in the internal electrode layer 3 may be determined depending on the application of the laminated piezoelectric element 1, but the electric field is disturbed and the piezoelectric thickness is deformed by the sliding effect. Since it is desirable to increase the overlapping portion of the electrode portions 3a of the internal electrode layer 3 as much as possible so as not to hinder the internal electrode layer 3, for example, when the internal electrode layer 3 is used for the application in which stress hardly acts. Of the internal electrode layers may be formed by the screen printing method using a printing pattern in which most of the electrode portions are the electrode portions 3a and the non-electrode portions 3b are almost absent.

【0035】上記のように構成すれば、内部電極層3
が、内部電極をその面上で連続的に構成する電極部分3
a(印刷部分)と、その面上の間隙となる非電極部分3
b(非印刷部分)とを有し、該非電極部分3bを通じ
て、内部電極層3を上下において挟持する圧電材料膜層
2,2同士が相互に連結されているので、相互に連結さ
れている圧電材料膜層2,2間の密着強度が飛躍的に向
上し、それによって圧電材料膜層2,2とそれらに挟持
される内部電極層3との間の密着強度も向上し、圧電材
料膜層2と内部電極層3との間の層間剥離を防止するこ
とが可能となる。従って、積層型圧電素子1の、変形に
対する機械的強度も高まる。
With the above structure, the internal electrode layer 3
However, the electrode portion 3 that continuously forms the internal electrode on its surface
a (printed portion) and the non-electrode portion 3 that becomes a gap on the surface
b (non-printed portion), and the piezoelectric material film layers 2 and 2 that sandwich the internal electrode layer 3 in the upper and lower sides are connected to each other through the non-electrode portion 3b. The adhesion strength between the material film layers 2 and 2 is remarkably improved, and thereby the adhesion strength between the piezoelectric material film layers 2 and 2 and the internal electrode layer 3 sandwiched therebetween is also improved. It is possible to prevent delamination between 2 and the internal electrode layer 3. Therefore, the mechanical strength of the laminated piezoelectric element 1 against deformation is also increased.

【0036】また、前記積層型圧電素子1を製造する際
に、スクリーン印刷により印刷される内部電極層3は、
一様なディンプル状の非電極部分を有し、位置合わせを
特に必要としないパターンであるので、積層する際内部
電極層3相互についてパターンの位置合わせを考慮する
必要がなくなり、内部電極層3を印刷により簡単に形成
することができる。換言すれば、位置合わせを必要とし
ないということは、内部電極層3の電極部分3aと非電
極部分3bとが無作為に配置されるということであり、
それによって圧電厚さすべり効果による変形を阻害する
おそれのある非電極部分3bが内部電極層3の特定の部
分に偏らないことになり、圧電厚さすべり効果による変
形を阻害することなく、圧電材料膜層2と内部電極層3
との間の層間剥離を防止することが可能となる。
Further, when the laminated piezoelectric element 1 is manufactured, the internal electrode layer 3 printed by screen printing is
Since the pattern has a uniform dimple-shaped non-electrode portion and does not particularly require alignment, it is not necessary to consider the alignment of the patterns with respect to each other when laminating, and the internal electrode layer 3 is It can be easily formed by printing. In other words, no alignment is required means that the electrode portion 3a and the non-electrode portion 3b of the internal electrode layer 3 are randomly arranged.
As a result, the non-electrode portion 3b that may hinder the deformation due to the piezoelectric thickness sliding effect is not biased to a specific portion of the internal electrode layer 3, and the piezoelectric material does not hinder the deformation due to the piezoelectric thickness sliding effect. Membrane layer 2 and internal electrode layer 3
It is possible to prevent delamination between the and.

【0037】続いて、前記積層型圧電素子1を製造する
方法について説明する。 −第1の工程− 圧電セラミックス材料からなる圧電材料膜層上に、導電
性材料からなり内部電極層をその面上で連続的に構成す
る電極部分と該電極部分の間の間隙となる非電極部分と
を有する内部電極層を形成する。
Next, a method of manufacturing the laminated piezoelectric element 1 will be described. —First Step— On a piezoelectric material film layer made of a piezoelectric ceramic material, an electrode portion made of a conductive material and continuously forming an internal electrode layer on its surface, and a non-electrode forming a gap between the electrode portions. And an internal electrode layer having a portion.

【0038】具体的には、まず、チタン酸ジルコン酸鉛
(PZT)を主成分とする圧電セラミックス材料を所定
の組成でもって混合した後、850℃の温度で仮焼成し
た粉末に、5重量部のバインダー、微量の可塑剤及び消
泡材を添加し、それから、有機溶媒中に分散させて、ス
ラリー状とする。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、グリーンシートを得る。次
いで、このグリーンシート上に、内部電極材料となる銀
ーパラジウムペーストを、図2に示すような印刷パター
ン11を持つ版を用いてスクリーン印刷法により印刷す
る。 −第2の工程− 前記内部電極層が形成された前記圧電材料膜層を積層
し、それらを加熱圧着させて一体化させる。
Specifically, first, 5 parts by weight of a powder obtained by mixing a piezoelectric ceramic material containing lead zirconate titanate (PZT) as a main component with a predetermined composition and then calcination at a temperature of 850 ° C. The binder, a small amount of plasticizer and a defoaming agent are added, and then dispersed in an organic solvent to form a slurry. This slurry is formed into a predetermined thickness by the doctor blade method to obtain a green sheet. Next, a silver-palladium paste which will be an internal electrode material is printed on this green sheet by a screen printing method using a plate having a printing pattern 11 as shown in FIG. —Second Step— The piezoelectric material film layers on which the internal electrode layers are formed are stacked, and they are thermocompression bonded to be integrated.

【0039】具体的には、第1の工程における印刷後、
内部電極材料の印刷が施されたグリーンシートを所定の
寸法形状に打ち抜き、そして所定の寸法形状に打ち抜い
たものを必要な枚数だけ積み重ね、それらを熱プレスに
より加熱圧着させて一体化する。 −第3の工程− 第2の工程において、加熱圧着により一体化された積層
物を焼結させる。
Specifically, after printing in the first step,
The green sheets printed with the internal electrode material are punched out into a predetermined size and shape, and the necessary number of punched out green sheets are stacked, and they are heat-pressed by a hot press to be integrated. —Third Step— In the second step, the laminated body integrated by thermocompression bonding is sintered.

【0040】具体的には、第2の工程において熱プレス
による加熱圧着により一体化された積層物を、まず、5
00℃の温度でもって脱脂し、その後、約1200℃で
焼結を行う。 −第4の工程− 第3の工程において焼結して得られた積層焼結体に対し
て、用途に応じて必要な仕上げ加工を施す。
Specifically, the laminated product integrated by thermocompression bonding by hot pressing in the second step is first subjected to 5
Degreasing is performed at a temperature of 00 ° C., and then sintering is performed at about 1200 ° C. —Fourth Step— The laminated sintered body obtained by sintering in the third step is subjected to necessary finishing according to the application.

【0041】具体的には、仕上げ加工としては、例えば
切断研磨、ショットブラスト等が施される。
Specifically, as finishing processing, for example, cutting and polishing, shot blasting and the like are performed.

【0042】このようにして必要な仕上げ加工が施され
た積層焼結体は、例えばインクジェット式印字装置の印
字ヘッドにおいて、圧電厚さすべり効果によりインクを
吐出させるための圧力を発生させるアクチュエータとし
て用いることができるほか、ドット式印字ヘッドにおけ
る同様なアクチュエータ等の各種の広範囲の用途に利用
することができる。
The laminated sintered body thus subjected to the necessary finishing processing is used as an actuator for generating a pressure for ejecting ink by the piezoelectric thickness sliding effect in a print head of an ink jet type printing apparatus, for example. In addition, it can be used for various wide-ranging applications such as a similar actuator in a dot type print head.

【0043】前記実施の形態においては、内部電極層3
は、一様なディンプル状の非電極部分を有するようにし
ているが、本発明はそれに限定されるものではなく、位
置合わせを特に必要としないものであれば、ディンプル
状に代えて、例えばメッシュ状、ストライプ状とするこ
ともできる。
In the above embodiment, the internal electrode layer 3
Has a uniform dimple-shaped non-electrode portion, but the present invention is not limited thereto, and if the alignment is not particularly required, instead of the dimple shape, for example, a mesh is used. It can also be formed into a stripe shape or a stripe shape.

【0044】また、前記実施の形態において、内部電極
層を、スクリーン印刷法による印刷により圧電材料膜層
上に形成するようにしているが、内部電極層の形成はス
クリーン印刷法によるものに限定されるものではなく、
内部電極層として、内部電極をその面上で連続的に構成
する電極部分と、その面上の間隙となる非電極部分とを
有するものであれば、前記非電極部分を通じて、内部電
極層を挟持する圧電材料膜層同士を相互に連結させるこ
とが可能であるので、例えば焼付法、スパッタ法、蒸着
法等の周知の方法により内部電極層を形成することもで
きる。
Further, in the above-mentioned embodiment, the internal electrode layer is formed on the piezoelectric material film layer by printing by the screen printing method, but the formation of the internal electrode layer is not limited to the screen printing method. Not something
If the internal electrode layer has an electrode portion that continuously forms the internal electrode on its surface and a non-electrode portion that forms a gap on the surface, the internal electrode layer is sandwiched through the non-electrode portion. Since it is possible to connect the piezoelectric material film layers to each other, the internal electrode layers can be formed by a known method such as a baking method, a sputtering method, or a vapor deposition method.

【0045】[0045]

【発明の効果】請求項1の発明は、前記のように、内部
電極層の非電極部分を通じて、該内部電極層を挟持する
圧電材料膜層同士を相互に連結するようにしているの
で、圧電材料膜層間の密着強度が飛躍的に向上し、圧電
材料膜層と内部電極層との間の層間剥離を防止すること
ができ、機械的強度が高まる。
According to the first aspect of the invention, as described above, the piezoelectric material film layers sandwiching the internal electrode layers are mutually connected through the non-electrode portions of the internal electrode layers. The adhesion strength between the material film layers is dramatically improved, delamination between the piezoelectric material film layer and the internal electrode layer can be prevented, and the mechanical strength is increased.

【0046】請求項2の発明は、内部電極層を、導電材
料膜上に導電性材料ペーストを印刷により塗布形成する
ようにしているので、内部電極層を印刷により簡単に形
成することができ、また、内部電極層の非電極部分を通
じて、該内部電極層を挟持する圧電材料膜層同士を相互
に連結することができる。
According to the second aspect of the present invention, since the internal electrode layers are formed by applying the conductive material paste on the conductive material film by printing, the internal electrode layers can be easily formed by printing. Further, the piezoelectric material film layers sandwiching the internal electrode layers can be connected to each other through the non-electrode portions of the internal electrode layers.

【0047】請求項3の発明は、内部電極層の各非電極
部分の幅、及び隣接する非電極部分のピッチを、圧電材
料膜層に現れる電界がその層全体で略一様になる所定寸
法に設定しているので、変形を阻害する部分が偏らな
い。
According to a third aspect of the present invention, the width of each non-electrode portion of the internal electrode layer and the pitch of the adjacent non-electrode portions are set to a predetermined value such that the electric field appearing in the piezoelectric material film layer is substantially uniform throughout the layer. Since it is set to, the part that hinders deformation is not biased.

【0048】請求項4の発明は、非電極部分の幅を圧電
材料膜層の厚さ以下としているので、電界の斜め方向の
成分による効果により、遜色のない圧電変位が得られ易
くなる。また、各非電極部分の幅を2〜100μmと
し、隣接する非電極部分のピッチを前記非電極部分の幅
の2倍以上としているので、非電極部分により電界がか
けられなくなる領域を小さくすることが可能となる。
According to the fourth aspect of the present invention, the width of the non-electrode portion is set to be equal to or less than the thickness of the piezoelectric material film layer. Therefore, due to the effect of the oblique component of the electric field, comparable piezoelectric displacement can be easily obtained. Further, the width of each non-electrode portion is set to 2 to 100 μm, and the pitch of the adjacent non-electrode portions is set to be twice the width of the non-electrode portions or more, so that the area where the electric field is not applied by the non-electrode portions is reduced. Is possible.

【0049】請求項5の発明は、内部電極層が一様なデ
ィンプル状の非電極部分を有するようにしているので、
内部電極層相互の位置合わせを考慮することなく、内部
電極層を簡単に製造することができ、また、電極部分と
非電極部分とが無作為に配置され、圧電厚さすべり効果
による変形を阻害する部分が偏らない。
According to the fifth aspect of the invention, since the internal electrode layer has a uniform dimple-shaped non-electrode portion,
The internal electrode layers can be easily manufactured without considering the mutual alignment of the internal electrode layers, and the electrode parts and the non-electrode parts are randomly arranged to prevent deformation due to the piezoelectric thickness sliding effect. The part to do is not biased.

【0050】請求項6の発明は、インクジェット式印字
装置のヘッドにおいて用い、インクを吐出させるための
圧力を発生させるアクチュエータとして機能させるよう
にしているので、簡単にインクを吐出させることができ
る。
The invention of claim 6 is used in the head of an ink jet type printing apparatus, and is made to function as an actuator for generating a pressure for ejecting ink, so that ink can be ejected easily.

【0051】請求項7の発明は、第1の工程において、
圧電セラミックス材料からなる圧電材料膜層上に、導電
性材料からなり、内部電極層をその面上で連続的に構成
する電極部分と該電極部分の間の間隙となる非電極部分
とを有する内部電極層を形成し、第2の工程において、
前記内部電極層が形成された前記圧電材料膜層を積層
し、それらを加熱圧着して一体化するようにしているの
で、請求項1〜6の積層型圧電素子を簡単に製造するこ
とができる。
According to a seventh aspect of the invention, in the first step,
An internal structure having an electrode part made of a conductive material and continuously forming an internal electrode layer on its surface, and a non-electrode part forming a gap between the electrode parts, on a piezoelectric material film layer made of a piezoelectric ceramic material. Forming an electrode layer and in a second step,
Since the piezoelectric material film layers on which the internal electrode layers are formed are laminated and they are thermocompression bonded to be integrated, the laminated piezoelectric element according to any one of claims 1 to 6 can be easily manufactured. .

【0052】請求項8の発明は、さらに、第3の工程に
おいて、一体化された積層物を焼結するようにしている
ので、密着性が高められる。
Further, in the eighth aspect of the present invention, since the integrated laminate is sintered in the third step, the adhesion is improved.

【0053】請求項9の発明は、第1の工程において、
電極部分をスクリーン印刷により印刷して内部電極層を
形成するようにしているので、内部電極層の形成を簡単
に行うことができる。
According to a ninth aspect of the invention, in the first step,
Since the electrode portions are printed by screen printing to form the internal electrode layers, the internal electrode layers can be easily formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る積層型圧電素子の概略構成を示す
断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a laminated piezoelectric element according to the present invention.

【図2】内部電極層の印刷パターンの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a print pattern of an internal electrode layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 積層型圧電素子 2 圧電材料膜層 3 内部電極層 3a 電極部分(印刷部分) 3b 非電極部分(非印刷部分) 11 印刷パターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multilayer piezoelectric element 2 Piezoelectric material film layer 3 Internal electrode layer 3a Electrode part (printed part) 3b Non-electrode part (non-printed part) 11 Printing pattern

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電セラミックス材料からなる圧電材料
膜層と、導電性材料からなる内部電極層とが交互に積層
されてなる積層型圧電素子において、 前記内部電極層は、内部電極をその面上で連続的に構成
する電極部分と、該面上の間隙となる非電極部分とを有
し、前記内部電極層を挟持する圧電材料膜層同士が該非
電極部分を通じて相互に連結されていることを特徴とす
る積層型圧電素子。
1. A laminated piezoelectric element comprising a piezoelectric material film layer made of a piezoelectric ceramic material and an internal electrode layer made of a conductive material, which are alternately laminated, wherein the internal electrode layer has internal electrodes on its surface. That the piezoelectric material film layers that sandwich the internal electrode layer are connected to each other through the non-electrode portion. Characteristic multilayer piezoelectric element.
【請求項2】 前記内部電極層は、前記圧電材料膜層上
に導電性材料ペーストを印刷により塗布形成させたもの
であり、内部電極を構成する印刷部分と、該印刷を行わ
ない間隙となる非印刷部分とを有するパターンをなし、
前記内部電極層を挟持する圧電材料膜層同士が非印刷部
分を通じて相互に連結されているところの請求項1記載
の積層型圧電素子。
2. The internal electrode layer is formed by applying a conductive material paste onto the piezoelectric material film layer by printing, and serves as a printed portion forming the internal electrode and a gap where the printing is not performed. Form a pattern with non-printed parts,
The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the piezoelectric material film layers sandwiching the internal electrode layers are connected to each other through a non-printed portion.
【請求項3】 前記内部電極層の各非電極部分の幅、及
び隣接する非電極部分のピッチは、前記圧電材料膜層に
現れる電界がその層全体で略一様になる所定寸法に設定
されているところの請求項1又は2記載の積層型圧電素
子。
3. The width of each non-electrode portion of the internal electrode layer and the pitch of adjacent non-electrode portions are set to a predetermined dimension such that an electric field appearing in the piezoelectric material film layer is substantially uniform throughout the layer. The laminated piezoelectric element according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】 前記内部電極層は、その各非電極部分の
幅が2〜100μmでかつ前記圧電材料膜層の厚さ以下
であり、隣接する非電極部分のピッチが前記非電極部分
の幅の2倍以上であるところの請求項3記載の積層型圧
電素子。
4. The internal electrode layer has a width of each non-electrode portion of 2 to 100 μm and not more than a thickness of the piezoelectric material film layer, and a pitch of adjacent non-electrode portions is a width of the non-electrode portion. 4. The laminated piezoelectric element according to claim 3, which is at least twice as large as the above.
【請求項5】 前記内部電極層は、一様なディンプル状
の非電極部分を有するところの請求項3又は4記載の積
層型圧電素子。
5. The multilayer piezoelectric element according to claim 3, wherein the internal electrode layer has a uniform dimple-shaped non-electrode portion.
【請求項6】 インクを吐出させるための圧力を発生さ
せるアクチュエータとして、インクジェット式印字装置
のヘッドにおいて用いられるものであるところの請求項
1〜5のいずれかに記載の積層型圧電素子。
6. The laminated piezoelectric element according to claim 1, wherein the laminated piezoelectric element is used in a head of an ink jet printer as an actuator for generating a pressure for ejecting ink.
【請求項7】 圧電セラミックス材料からなる圧電材料
膜層上に、導電性材料からなり、内部電極層をその面上
で連続的に構成する電極部分と該電極部分の間の間隙と
なる非電極部分とを有する内部電極層を形成する第1の
工程と、 前記内部電極層が形成された前記圧電材料膜層を積層
し、それらを加熱圧着させて一体化させる第2の工程と
を備えることを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
7. A non-electrode which is made of a conductive material on a piezoelectric material film layer made of a piezoelectric ceramic material, and which serves as a gap between electrode portions which continuously form internal electrode layers on the surface thereof. A first step of forming an internal electrode layer having a portion, and a second step of stacking the piezoelectric material film layers having the internal electrode layer formed thereon and thermocompressing them to integrate them. A method for manufacturing a laminated piezoelectric element, comprising:
【請求項8】 さらに、前記一体化された積層物を焼結
させる第3の工程を備えるところの請求項7記載の積層
型圧電素子の製造方法。
8. The method for manufacturing a laminated piezoelectric element according to claim 7, further comprising a third step of sintering the integrated laminate.
【請求項9】 前記第1の工程は、前記電極部分をスク
リーン印刷により印刷することで内部電極層を形成する
ところの請求項7又は8記載の積層型圧電素子の製造方
法。
9. The method of manufacturing a laminated piezoelectric element according to claim 7, wherein the first step forms the internal electrode layer by printing the electrode portion by screen printing.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004266154A (en) * 2003-03-03 2004-09-24 Tdk Corp Stacked piezoelectric element
JP2011134943A (en) * 2009-12-25 2011-07-07 Taiheiyo Cement Corp Method of manufacturing internal electrode of electronic component
CN102723433A (en) * 2012-06-01 2012-10-10 广州市番禺奥迪威电子有限公司 Improved multilayer piezoelectric transduction element
JP2013012657A (en) * 2011-06-30 2013-01-17 Tdk Corp Piezoelectric element

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