JPS62139371A - 積層型圧電素子 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はアクチェーターあるいはセンサーとして利用可
能な積層型圧電素子の構造に関するものであるコ （従来の技術） 焼結して圧電性を有する材料に電極を印刷形成し、これ
らを積層し焼結することで得る積層型圧電素子は小型で
高精度な変位が得られるため微小′ｆ４ｍを必要とする
アクチェーターあるいは反対に圧力を加えることで電気
信号が得られるので圧力センサー１位置センサーなどと
して多くの利用が検討されている０しかし、この積層型
の圧電素子は対向する２つの電極を積層方向に交互に接
続し外部に取シ出す、いわゆるコンデンサーのように電
極を接続しなけれはならないコ 従来、この対向する電極を取シ出す方法には第６図（ａ
）＊　（ｂＬ　（ｃ）に示すような素子内部の電極６１
が積層方向に交互に位置を変えてもうけた取出し電極６
２を外部電極６３によって接続するコンデンサー型の接
続によって構成できた口しかし、電圧を与えることで発
生した圧電材料の歪は対向する電極を有する電極の間に
だけ生じるため取出し電極の部分の対同極のない部分と
の境界では、応力が発生し素子内部に微小なりラック等
を生じ、結果的に信頼性を悪くしてしまうものであった
口このようなことから素子内部の電極を素子全体に形成
される全面電極とし、これらを積層後に外部でこれらの
電極の対を接続する構造が信頼性を高めるために必要で
あった。

第７図（ａ）、（υは、この電極接続のために用いられ
た１つの方法であシ、一層おきに電極７１に絶縁物７２
を形成し、この上よシ外部電極７３を塗布することで、
対向する電極の対を外部に取出せるようＫしたものであ
る。この一層おきに絶縁物を形成する方法として電気泳
動法による絶縁形成が実用化されている。特願５７−２
２５１６８．５７−２２５１６９はこの絶縁層形成の方
法を示しておシ、イソプ四ビアアルコール中にホウケイ
酸鉛系結晶化ガラス及びコラ素を加えてホモジナイザー
等で均一分散してスラリーを作シ、このスラリーを用い
て電着と同じような方法で素子の絶縁を必要とする電極
に■極、前記スラリーを入れた檜の電極ＫＯ極を与える
ことで素子の電極部に絶縁層が付着され、これを高温で
熱処理することで良好な絶しかし、前記電気泳動法では
、一層おきに交互に絶縁層を形成するために、積層後、
素体を脱バインダ一工程を経て焼成し、この焼結素体に
片側づつ電気泳動で絶縁物を付着させ、その絶縁物を熱
処理する工程が入いるため、この絶縁形成で２回の電気
炉を通過させる必要があシ、前記素体の始めの焼成を含
めて３回、脱バインダ一工程を含めると４回の電気炉を
通す必要がある０さらに絶縁物の形成完了後に対向する
電極の対を接続するための外部電極の印刷及び、この焼
き付けが人いシ合計５回の電気炉工程が必要となる。こ
の後に素子単品となるように切断する工程を通）、リー
ド線付は及び外装工程が加えられ１つの積層型圧電素子
が得られる口このように、を気泳動による外部絶縁形成
での電極接続方法での積層型圧電素子は積層後に多くの
工程が入いるため圧電素子としての完成品に含まれる前
記工程のコストが大きく、結果的に素子の価格も高くな
ってしまう欠点があった。又、絶縁物形成の電気泳動法
ではスラリーの管理、電着の電極の管理及び電圧印加の
時間の管理等が必要であシ、これらの管理が素子の信頼
性に大きな影響を与えてしまう。

さらに、第７図の構成か、ら見られるように％との構造
の素子に電圧を加えると圧電材料の部分は電圧によって
延びが生じるが、外部電極の形成部分は延びが生じない
ため、とれが応力となって外部電極と素子内の内部電極
の間に加わ夛、積層数が多くなるほど、この応力が大き
くな）、内部電極と外部電極との接続の信頼性、あるい
は絶縁形成部分への力が絶縁形成部分にクラック等を生
じせしめることがあシ得、充分く高い信頼性を得るｋは
動作周波数あるいは、動作電圧等をある程度小さくさせ
る必要がある。

本発明の目的は、とれらの問題点を解決した積層型圧電
素子を提供することにある〇 （問題点を解決するための手段） この発明の要旨とするとζろは圧電性薄膜層と電極層と
が交互に積層され各電極層が一層おきに共通の電極に接
続されている構造を備えた積層型圧電素子において、各
電極層の一層おきの接続が圧電性薄膜層に形成されたス
ルーホールを介して行なわれることを特徴とする積層型
圧電素子であるＯ （作　用） 本発明の槓ノー屋圧電素子は単純なスルホール接続とは
異なり％ａＩ一方向に・対して、対向電極の対となる同
一側の電極間の接続が交互に位置をづらすことで接続し
たものであるため、対向電極間に加わりた電界によりて
生じた歪もスルホール部分で対向電極が形成できずに歪
の生じない部分との応力は１層の間だけであり、これが
、積Ｉ−数を増加しても累積されることはなく、大きな
応力歪となることはないロス、本発明はスルホールの穴
明け、印刷（印刷は電極パターン印刷と同時にスルホー
ル内部にも電極材がうめ込まれる）、積層のみで行え切
断加工後、脱バインダ一工程を経て、１回の焼成だけで
対向電極の対が接続された積層型圧電素子が得られる。

（実施例） 以下１図示の実施例によシ本発明の積層型圧電素子を説
明する０ まず、本発明での実施例での１つに圧電材料のグリーン
シートへの印刷積層による素子について説明する。

グリーンシートはマグネシウム−ニオブ酸鉛ｐｂ（Ｍｇ
ｌ／３Ｎｂ２／３）Ｏｓを主成分とする電歪材料の粉末
を有機バインダーとともに溶媒中に分散しスラリー状と
する。これをドクターブレードを用いた。キャスティン
グ法によって、厚さ３０μｍ〜２００μｍの均一な厚み
のセラミック生シートとする。このセラミック生シート
を６０　ｍｍ　Ｘ　４０　ｍｍの短形に打ち抜く０次に
、パンチ及びダイによって前記グリーンシートにスルホ
ールのための穴あけ加工を行う◎さらに１この穴明けの
完了したグリーンシートにスクリーン印刷機を用いて白
金ペーストを印刷する◎このとき同時にスルホール内部
にも白金ペーストがうめ込まれる口この白金ペーストが
印刷されたグリーンシートを含む複数枚のグリーンシー
トを積層圧着し、一体の積層体となし、これを素子単品
となるように切断加工し、次に脱バインダ一工程を経て
％９００℃〜１２００℃の温度で焼結し、積層型圧電素
子を得る。

第１図は１本発明の一実施例を示す積層型圧電素子の積
層構成を示すものであり、積層の最上層１１及び最下層
１２にもうけた取出し電極１３及び１４からの接続がス
ルホール１５及びスルホールにげ１６によって１層おき
に接続されるが、このとき、さらに次の対となる層の電
極へのスルホール接続が位置をづらして形成しており、
これらを積層し焼結することで対向電極の対となる電極
が接続された第２図に示す積層型圧電素子が得られる〇 第３図（ａ）＊　（ｂ）は第２図においてａ−ｂ間及び
ａ′−６１間を切断して見たときの積層断面である。こ
の図より明らかなように本元明の構造では対向する電極
間に電界が加わって延びが生じる部分とスルホールが形
成されるために延びが生じない部分との間の応力発生は
１つの層だけであり、次の層の接続は位置がづれている
ため、この応力が積層数を増加することで累積されるこ
とはない０このように電界が加えられることによって生
じる応力が１層のみで積層数の増加で累積されることが
ないため、圧電素子の内部にはクラック等の発生がなく
なシ、信頼性の高い積層型圧電素子が得られる。さらに
大きな効果は、本発明の積層型圧電素子の製造工程にお
いてグリーンシートへの穴アＩｔｆ工程、その後の電極
印刷工程、積層工程、　砺ｊカｆ′程、脱バインダー・
焼成工程のみで得られることから、内部応力の発生を除
去した圧電素子の方法としての通気泳動法による絶縁形
成の場合よシ大幅に工程を短縮でき、低コスト化が十分
に行える。

第４図（ａ）、　（ｂ）は本発明の積層構造を得るため
のスクリーン印刷パターン及びスルホール形成のパン印
刷ハターン１′〜１１’がスルホール形成用パンチ及び
ダイのパターン４３であり、各Ｎｏ。が最上層から順に
層Ｎｏ、に対応する。ここで、各スルホール形成位置は
中心線Ｘ””Ｘ’＊Ｙ−Ｙ’に対して対象位置となるよ
うに構成しており、このようにすることで同一パターン
を回転して形成し、積層するか、積層時に回転して積層
することによって最少スクリーン数及び最少スルホール
型数で構成できるＯ なお、本実施例ではスルホール形成位置を素子外形線の
内部に形成しているが、電極面積の効率からスルホール
の位置を切断線直下に形成して、第５図に示すように素
子端面５１に接続部分が出るようＫしても、前記実施例
と同様な効果が得られることは明らかである０さらにス
ルホールの点数を１個所当たシ２〜３個の複数個とすれ
ば、さらに接続の信頼性を高めることができ、又、外装
仕上げ等も信頼性向上に良好な結果を与えるであろう。

なお、外部取出し電極としては最上層と最下層に分けた
が、これを最上層あるいは最下層だけに出すことも、こ
の１層のパターンを変えるだけで可能とな夛、この場合
も前記効果が得られることは明らかである。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、信頼性の高い。

製造の容易な積層圧電素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の積層型圧電素子の積層構成図、第２図
は積層体外観斜視図、第３図（ａ）Ｉ　（ｂ）は積層体
内部の′１極の接続状態を示す断面図、第４図（ａ）。 （ｂ）はスクリーン印刷パターンとスルホール聾ツバタ
ーン例を示す図、第５図は一実施例を示す図、第６図（
ａ）＊　（ｂ）ｅ　（ｃ）は従来のコンデンサ屋積層圧
電素子構造を示す図、第７図（ａ）ｔ　（ｂ）は全面Ｉ
Ｉｔ電気泳動法による積層型圧電素子の構造例を示す因
。 図において。 １１・・・最上層シー）、１２−最下層シート、１３・
・・最上層にもうけた一方の取シ出し電極、１４・・・
最下層にもうけたもう一方の取シ出し電極。 １５・・・スルホール、１６・・・スルホールに＆−Ｊ
’、４１°°゛スルホールうめ込み部分％４２・・・ス
ルホールにげ部分、５１・・・素子端面、６１・・・内
部電極、６２・・・取シ出し電極、６３・・・外部電極
、７１・・・内部電第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧電性薄膜層と電極層とが交互に積層され各電極層が
   一層おきに共通の電極に接続されている構造を備えた積
   層型圧電素子において、各電極層の一層おきの接続が圧
   電性薄膜層に形成されたスルーホールを介して行なわれ
   ることを特徴とする積層型圧電素子。