JPS5932297A - 積層圧電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 木光明【ま、振動６１）の力学ｈ１と電気量どを相！ｌ
変操りるＨｉ　’ｔＦｉ素子に関りる。従来、Ｉ幾械振
ｉＦＩノを電気１辰動に変換りる圧電素子は、電気ハ萱
変換１１１４率をａ’ｂ　＜　ｔ、たり、誘導防ＩＬを
図るｌごめ電極間の静電容（’６を大きくしたすするた
めに、ルミ月ｉ１を多層に積層し−く、構成されている
場合が多い。その１つとし支、振動方向に対しη！丘的
な発生電圧を検出づる縦［辰勅モード検出圧電素子があ
イ）。これ（，１、縦振動方向のスヂフネスの人さいこ
とを利用して共振周波数を高くとり超当波範囲；Ｌ−て
変ＪＩｌ！ｉｊＪ能な素子である。一方片持パリの振動
特性を利用しく、圧電素子に１１１１曲振動を！ｊえ、
ｌ１ｉｌ　＋ｌｌ＋　Ｊ８を肋を７ｔｆ気信号に変換づ
るバイ［ルフ型のｆｆｌ：電素子がある。これは、変換
周波数の低い可聴周波数の範囲ｒ　Ｌｌ）　ＩＥ川に限
られるが、感度が人きいという４４ｉ徴を（Ｊりる。

圧電素子を多層に椙成りるには、平へ状のＩＩ電物質の
両面に、金属層を、ｉシリ、隣接りる全１ｎＸ層間を打
機接着剤を用いて接合し、積層しくいた。接合のために
ｔＪ　、導電性銀入りのベース１〜状右機接盾剤を用い
たり、ｄうるいは、非導電性の接杓ｎｊを薄く塗イ１し
て接着さける力演が採られＣいる。

どころが、例えばレンジを土ンジンブ［１ツクに直接固
設置）、−１−ンジンの振動あるいＧ、１ノツク振動を
検出りる場合の（策に、使用される温度条イ′１が低）
品から高調に至る広範囲に波る場合に（よ、右１メ１接
着剤の軟化又は劣化による接合面の接触不良が生じＩζ
。！ことえぽ誘電率２０００の強ｉ１電体を用いて圧電
素子層を形成した場合に番、Ｌ、接合層に該素子のｊ９
さの１　／　２０００の空隙（素子層の厚さ５ｍａｎの
どき、２．５／１ｌｌｌ）が存右−りるど、ＩＪ−電気
（多層の静゛市容７１と等しい静電容絹が接合層に牛し
る。

このため、静電容Ｒ１は、？１？隙なく完全に接合しＣ
いる場合の静７ｕ容ゲの半分になる。、ｔｌＹ、つぐ前
記幅部−１−の？−ｊ隙がＪ８合層に存在するど、仝休
の静電容帛はさらに低十づる。このため、其振周波数が
ｒ晶Ｕに依存しく変化したり、静電容１１が極め（小さ
くなつＣ出力が低１＝　！Ｊる笠の問題があった。この
（１１に接合層の良否は、積層圧電素ｒの１、ｒ性に（
４傘めＣ大きな７．Ｔ！ｊをづる。

でこひ本発明はこの様な従来の欠夏；、【を改良りるた
めに成され！ごムのＣあっ−（、圧電素子を多層に１Ｉ
ｌｉ層する場合、圧電素子の両端に金属層を段り、その
隣接する金属層をろうト１けににつ【、接着りるろうイ
」り層を段【ノｌこことをＱ４ｊ　Ｉｊ５＋どしている
。

即ｌう、本発明（Ｊ、平板状圧電物質と、該平板状圧電
物質の両側に接合する金ｈＴｊ＋層どを右りる圧電糸４
層ど、 少なくとも２以上の該圧電素子層を１１°１層し、Ｆｒ
ｉ接づる前記金属層間をろう（（」り固着りるろうイ声
」け層どから成る偵層電圧累子１）ｒ　＋ら成る。

ここでｆｆ電物質とは、機械的歪にＩｉ５　ｔ；　Ｕ　
、起電力をブを生りる圧電１１１！象を生じる物？ｉぐ
ある。たとえば水晶、Δ１つ１〕、ロツシエルＪ）ｉ　
′８の単結晶、チタン酸バリウ１１、チタン酸１））、
ジルコンチタン酸ｔ＜’＋等の△１３０３組成形強誘電
体圧電しラミックスが用いられる。レラミックス等のＬ
ｌ−型素子を用いる場合には、あらかじめキ１り一点イ
」近のと１１１腹から直流強電界を印加して電界冷ノ、
１１法によつ−Ｃ分（４１処理を施し偏極し’Ｃａ３　
＜必要があ〜る。以上の平板形状をしＩＪｌ、１−型素
子の両面に金Ｒｔｆ’ｉを形成りる。

金属層は、金、銀、白金、あるいはニッケル、鉄、相等
任意の金属を使用りることができる。父、表面に金属層
を形成（メタライズ）りる方法は、真空蒸着法あるいは
無電界メッキ法さらにレラミックスであれば金、銀、白
金等の焼イＮＪり法、あるいはニッケル、鉄、銅を還元
雰囲気中で焼成りる方法が取られる。その曲、１ｉ１４
熱金属焼結法、活１Ｊ［金Ｉｉ１法、厚ｌｌＱ法、助膜
ｖ１等が採用される。次に、以上の方法で形成された金
ｌｌ１１層をろう祠を用いて接着固着りる。ろう４４【
よ、一般に１〕Ｉ）と３　ｎの合金又）よ、３　ｎと八
〇の合金等′Ｃ（′さｌ二軟ろ−）、銀ろう、）￥６１
↓ろう、すΔ２銅ろう、黄銅ろ・）￥ｊ’　ＬＤ硬ろう
を用いることが（′さ、接着りる金属層の月）’ｌ　［
Ｊ、って；パ択される。ろう（Ａににる接合１ｎは、適
当な）品磨ａ３　Ｊ、び加圧下のトで形成される。この
様なｙｊ法−ぐ積層し！、：偵Ｆｔ圧電索了を第１図に
承り。圧電素子Ｍ　５１の両％ｉ面には、金１＃ＣＩ＋
’ｉ　５１　ａ　ｄ３　Ｊ、びｂｌｌｌが設りられＣい
る。同様に圧電素子に’ｉ　５２の両端面には金属層５
２ａ、５２ｂが設ｉＪられてい？）。Ｅ　シ’Ｕ　、両
Ｍ４１１２りる金属層５　ｌ　ｂ　Ｊ３Ｊ、ヒ５５２ａ
の間には、ろう４ＡにＪ：るろうｆ・１１層（３１がバ
イ１りる。同様に、他のＬ［イ（素子層Ｅ）　２　＊　
！’５３　＋　Ｊ　４間においＣもろうＩＩＵ層Ｇ２．
６３がｆｔ在りる。

以上圧電素子層の形状、層数には限定されな０層０木発
明は、積Ｉｔｓ　Ｊ「型素子の接合層に、電気７１導ｆ
１の田れかつ接着強度の強いろう（Δを用いること（ご
、Ｊ、って、各１］電素了層の両面を完全に電気０りに
接合し、接合の不十分さに吊づく、小さ４【直列静電容
量層の形成を排除したｂのＣある。

以下、本発明を実施例に暴づい−Ｃさらに訂ｉｄｉ　す
る。圧電物質として、ジルコンチタンＦｉｌｌ　ｔ＜＋
　＋−川）（Ｔ＋　、Ｚｒ　）０３を主成分とりるけフ
ミックス粉末を右（幾バインダーと１昆合し、平板状に
成形し、１３００℃で２１１ｉ’ｉ間焼結さけた。この
様【こし、で多数の圧電層を作成し、イの圧電層の両面
に、銀を主成分に、ｔＪ、うりい耐力ラスのフリツトを
ｌｌｉ！　Ｎしてベース１〜状にし、１）り記圧電Ｕラ
ミックスの両面にスクリーン印刷し、約８００℃で焼成
し・銀台屈層を形成した。その後、両面に金属層を右り
る圧電素子層を２層積層し、その間に銀ろうをｆｔ在さ
点濡度から２ｋｖ／ｍｍの直流電界を加えで、７１ｉ弄
冷却法によって分極処Ｊｌｌを行４Ｔつだ。この俤に２
層のルミ層をろう（＝Ｊ　ＧＪ開固着くバイしルノ型ｑ
月り型素子を形成した。尚、該バイモルフ型の圧電素子
を直列型にして使用づる場合にＧｊｌ、第２図に承り様
に、各圧？ｔ２累了素子偏１〜方向が相！ｉに逆向さに
なる様に接合りる。一方該バイモルノ型のルミ素ｒを並
列型にし−（使用りる場合には、り１３図に示づＪ：う
に圧電素子層の鴫１（→ｉ〕°ｉ向が同一方向に４ｒる
様に接合する。以上の実施例の如８、バイ七ルノ型の圧
電メ・、ｒの他、第４図に承り様に、圧電メ・；子層を
ｍｔ　１４ｉ　ｉｊ向が相ｎに逆方向に４ｒる様に、ろ
うイ」接合層を介しく多数（１１１層し、ろうイ：Ｊ接
合層を電極どし乙、１つｉＦ＋さの電（船をそれそ゛れ
同電位に接続しく、並列型の縦１ｋｖ勤子に形成りるこ
と６（さる。

次にこの様に形成したバイモルフ４１“１のハル水子を
用い（、共娠周波数の）ん目立変化の割合を測定しｌこ
。これを第５図に承り。第５図のれＬ　Ｑ１＋は、共ｊ
駅別波数の変化／、ｉ１合を承りらのｅあり、２　！ｊ
−Ｃの」（）１６周波数ど１２０Ｔンの共ＪｋＱ周波数
どの２ｆｆｉを表しＩζｂのである。又、横軸は、従来
のイｊ（幾接着剤を用い（接合した場合の圧電素子の１
″Ｊ竹ど比較りるためにイｉ　（ＸＩＩ接着層σ月９８
をどったもの（゛ある・イして、有機接着層の厚さが、
０の所に木５こ明にＪ、る、ろうイζ１層をイｊりるバ
イモルフ型の圧電素子のＦｔ性が記され（いる。これに
よれば、従来のｒ′ｉ間接着層の厚さが厚くなればそれ
に比例しく’Ｊｌ−賑周波数周波数が大きくなることが
分る。これ【、１１、湿度変化により、右１幾接着層が
軟化し、ぞの接合間の接合層Ｇ１が小さくなる方向に変
動りるため（゛あるど思われる。イれに夕Ｊ　Ｌ、　’
Ｕ　、ろうｆＪ　’、Ｊ　７″ｉｔ人によ−る場合には
、周波数変動が１００１１ｚど非常に小さいものが１１
７られ１．：ｎ又周波数変動はろうイ・１接合層の厚さ
には無関係でＣ６っだ。

次に本発明による接合層を形成したパイじルノ型の圧電
素子を土ンジンのノックレンリとして使用りる場合の検
出素ｒの具体例を第６図Ｊ３Ｊ、び第７図に記＋ｈｉ　
！Ｊる。第（３図はノックレンリの釘Ｌｌｌｌｉ面図で
ｉｌウリ、第７図ｔよイの横断面図（ある。圧電素子５
は、イの支持部５′にＪ３いて、表面に銀の電極層をイ
ｊりるアルミノｅ作成された絶縁７１板３　Ｊ５よび金
属製の支持プレー１〜（３にＪ、っＣ１秋持されζいる
。支持プレート６（、Ｌじスフににす、ベース２に固着
されＣ圧７ｈ素子５を支持している。ベース２は六角ヂ
コーブ１２の聞１１部に配設され（いる。−ｈ六角チュ
ーブ１２の他の端部は、該レンリを上ンジン７１］ツク
に取りｒ・１りるためのネジ部１３３に接合し、六角チ
」−ノ１２どネジ部１３Ｉよ一体どなリハウシング１を
形成し−（いる。又、へ−ス２の上端部にＬＬ、樹脂製
二１ネクター９がインリ゛−１〜成形ににり配設されて
いる。ルミ素−ｊ−の両端Ｃ花生りる出力は、圧電素子
Ｌ５の一端面金属層が接０１Ｊる基板に３１の電極を介
し−（係合金属’Ｉ　Ｊ３にびリード線１／Ｉを介して
ターミノ゛ル１０から夕１部に取り出される（１；にな
っＣいる。、又、圧電ｌｈ　Ｊ”５）の他端面金属層は
、これに接触りる支持プレー１〜Ｇ　Ａ３　Ｊ、びビス
７、ベース２おＪ、びハウジング１をｆｒ　１ノ（’　
Ｊ−ンジンに）７−スされ（いる。

ツメ上の様にしくパイ［ルノ型り月上電素子を用いて−
Ｅ−ンジンのノックヒンリ゛を構成りることかできる。

以上要りるに本発明は、積層し／、：　Ｉ＋−型素子の
接合層をろう材によつ（形成したｂ　Ｏ）　’（−ある
。このため、木ざξ明圧電素子は、低湿７）ｓ　＋う高
温に至る８１、Ｃの広範囲の温度条（’ｌ　（”使用づ
ることができ、有Ｉ幾接着剤を使用していた時のＪ、う
な劣化＋ＪＪ：る検出不良を起づことがない。又接合層
がａ気密性の金属層どこれを接合するろうイ」すＶｌか
ら（・さＣいるため、接合層の爪気伝導性が極めて良く
、ｔＬ　３にの如き接合層の静電容量効果をｄ′ｊ滅さ
Ｌ！イν（二どができる。このため、経時的に安定した
、凸感度の積層圧電素子を１！することか可能（゛ある
。

【図面の簡単な説明】

１１１図は、本発明にかかる積層圧電素子の一構成を示
しＩこ斜視図Ｃある。第２図＋Ｉ３よび相；３：・イ１
は本発明の具体的実施例に係るパイしルノ’ｌ’ｌ１１
電素子の接合のｈ法を示す説明図である。り）７１図は
、本発明の他の実施例に係る積層月［型素子の１１°１
１成図である。第５図は本発明にかかる一実／ＩＯｉ例
に１ｊずくバイモルフ型圧電素子の共撮周波数の１１．
Ａ度変化を従来の右（幾接着剤を右りる圧電素子の特性
ど比較しで、表示したグラフである。第６図、１３Ｊ、
ひ第７図は前記第一実施例に基ずく圧゛型素子を上ンジ
ンのノックレンリどして使用する場合のノンクヒンザの
構成図を示したものＣあり、このうｌ′）第６図は縦断
１ｒｉｉ図、１７図にＬ横断面図ぐある。 ５・・・積層ルｆｆ素子 ５１　＋　　５２　＋　５３＋　５４・・・圧？ｈ素了
層５ｉａ、５１ｂ−・・金１ｆｆＸ１１ （ｉｌ、０２，０３・・・ろう（・１層特ｎ出願人　　
口木電装株式会社 代Ｊ！Ｊ１人　　弁理士　　大川　広 間　　　ブを埋土　　藤谷　條 同　　　弁Ｊ！Ｉ＋　−１丸１１１明人第２図 方 第３図　　向 方 第４図　　１ 振動ガ四 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）平板状圧電物７′１と、該平板状圧電物質の両側
   面に１ｕ含りる金属層どをずｊりるｊ上？ｔｆ素子層ど
   、少’Ｊ　＜ど゛ｂ２以−１−の該ルミ素子層を積層し
   、隣接覆る前記金ｊ爪層間をろう（ｑり固着するろう（
   ＝Ｊ　ＬＪＫりどから成る情誼電圧素子。
2. （２）前ｆｉｔ！　Ｊ、Ｅ　ｎ”ｌ物質は、Ｊ、［電性
   レンミックス／Ｊｌ　ｌら成ることを１．′１徴どする
   特５り請求の）１０囲第１　Ｊｊｉ記載の１内層１■電
   素子。