JPS62211974A - 積層型圧電素子およびその製造方法 - 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、産業用ロボットのアクチュエータや圧電モー
タ等として使用される圧電変位素子に関するものであり
、特に薄板状の圧電セラミックを電極を介して複数枚積
層することにより変位量を増大せしめた積層型圧電素子
の改良およびその製造方法に係るものである。

ｒ従来の技術」 従来、マイクロホン、ピックアップ、圧電ブザー、変位
用素子等に使用される積層型圧電素子は、所定の形状に
加工した圧電セラミック薄板に電極をつけて分極したも
のを、直接あるいは薄い金属をはさんで有機系の接着剤
で接合する方法がとられていた。しかしながら、接着剤
を用いて積層した場合には、使用条件により、圧電素子
の振動による変位を接着剤層が吸収したり、高温での使
用や長期間の使用により接着剤層が劣化するなどの欠点
があった。

このため、最近では、積層チップコンデンサ構造方式の
積層型圧電素子が実用されている。すなわち、例えば特
公昭５９−３２０４０号公報に記載されているように、
原料粉末にバインダーを添加し混練したペースト状の圧
電セラミック材料を、所定の厚さの薄板に形成し、この
薄板の一方または双方の面に銀−パラジウム等の内部電
極となる導電材料を塗布し、これを所定枚数積み重ねて
圧着し、更に所定形状に切断した後、焼成してセラミッ
ク化し、積層体の両側側面に外部電極を形成した積層型
圧電素子が使用されている。かかる構造の積層型圧電素
子は、接合する圧電セラミック薄板と内部電極の接合部
の密着性に優れ、熱的にも安定で高温使用にも十分耐え
、また長期間にわたって劣化が少なくなる等の利点を有
している。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、上記積層チップコンデンサ構造方式の従
来の積層型圧電素子は、圧電変位効率または外部電極形
成の点で問題があった。例えば、第６図（ａ）に示すよ
うに、圧電セラミック材料からなる薄板６の間に正の内
部電極７ａ、負の内部電極７ｂを交互にはさんで積層し
、内部電極をそれぞれ外部電極８ａ、８ｂに接続した構
造のものは、第６図（ｂ）の平面図かられかるように内
部電極の重なり部分９が圧電セラミック薄板の全面積よ
り小となり、周辺部分１０ａ、１０ｂでは両電極が重な
っていない。このため、外部電極に電圧を印加しても、
上記内部電極の重なり部分のみ電界強度が強く周辺部分
の電界強度は弱いので、素子全体の変形を阻害し、材料
固有の変位を得ることが出来ないという欠点がある。

一方、かかる欠点を解消したものとして、例えば第７図
に示すように、圧電セラミック薄板１１の表面全域に内
部電極１２が形成されたものを多数枚積層し、その１つ
の側面において前記内部電極の端面に一層おきに絶縁物
質１３ａを塗布した上から導電性物質層１４ａを形成し
、他の一側面においては上記絶縁物質１３ａが塗布され
なかった方の内部電極の端面に絶縁物質層１３ｂを塗布
した上から導電物質層１４　、ｂを形成したものが提案
されている（特開昭５８−１９６０６８号公報等）。

しかしながら、かかる構成の積層型圧電素子の場合には
、本来、第８図（ａ）に示すように内部電極１２の位置
と絶縁物質層１３の中心とはほぼ一致しなければならな
いが、同図（ｂ）に示すように、例えば板厚誤差の累積
効果等によって塗布形成される絶縁物質層１３の中心が
ずれて、所望の絶縁層厚さく通常数１０μｍ程度の厚さ
が要求されている）が形成されず、絶縁破壊が生じるこ
とがあり、更には、圧電セラミック薄板の厚さがより薄
くなる（約１００μｍ以下程度）と、一層おきに形成さ
れる絶縁層の相隣る裾部が重畳して内部電極端面を覆い
、外部電極との導通がとれなくなる等の問題点がある。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消すべく成された
ものであり、十分な絶縁耐力を有し、内部電極と外部電
極との導通が良好で、かつ圧電効果の大きい積層型圧電
素子を提供することを目的とするものである。

「問題点を解決するための手段」 上記目的を達成するために本発明は、一方または双方の
表面全域に導電物質層を有する圧電セラミック薄板を前
記導電物質層が内部電極を構成するようにして複数枚積
層することによって構成された積層体であって、前記積
層された各圧電セラミック薄板端面および各内部電極端
面を覆うように前記積層体の側面に設けられた絶縁物質
からなる絶縁層と、該絶縁層上に形成された導電物質層
からなる一対の外部電極と、前記内部電極と前記外部電
極とをそれぞれ一層おきに交互に電気的に接続するため
のリード部とを有することを特徴とするものである。

本発明において、上記絶縁層、外部電極およびリード部
は、上記積層体の一側面または二以上の任意の側面に形
成してよいが、−側面にのみ形成した場合には、これら
部材の形成が極めて容易であること、リード線の取りだ
し方に制限があるような素子の利用形態の用途の場合に
適する等の特別の効果がある。

また、本発明は、その構成上絶縁層の形成が圧電セラミ
ック薄板の厚さに影響されないために、従来の方式では
実現が困難であった厚さが１００μｍ以下の圧電セラミ
ック薄板を用いても積層体が形成出来るために、より積
層枚数を増加出来るので更に高変位特性を示す圧電素子
が実現できるという利点がある。

上記構成の本発明の圧電積層体は、例えば次のようにし
て製造することが出来るものである。すなわち、所望組
成に配合された圧電セラミックス原料粉にバインダーお
よび有機溶剤等を添加混合し、シート状に形成後その表
面に内部電極を形成したものを複数枚積み重ね焼結して
積層体となし、該積層体の側面の一部に絶縁層を形成し
た後、該絶縁層上に、一対の外部電極と多数のリード部
とを内部電極が交互にかつ一層おきにそれぞれの外部電
極に接続されるように形成することにより製造される。

本発明において、絶縁層、外部電極およびリード部は、
たとえば厚膜法で絶縁体ペーストまたは導体ペーストを
スクリーン印刷したのち焼成することによって形成され
る。外部電極とリード部とは、同時に印刷することもで
きるが、外部電極を形成した後、別にこれと接続するよ
うにリード部を形成してもよい。

「実　施　例」 以下、本発明を実施例に基づいて、より詳細に説明する
。

実施例１ 第１図は、本発明の一実施例を示す積層型圧電素子の側
面図である。図において、１は圧電セラミック薄板、２
は内部電極をそれぞれ示す。まず、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）
Ｏ，粉に、有機バインダーとしてＰＶＢ、可塑剤として
ＢＰＢＧ、有機溶剤としてトリクレンをそれぞれ添加し
、この材料をドクターブレード法により１００μｍ厚さ
のシート状に形成した。次に、このシート状材料の表面
全域に内部電極材料となる銀−パラジウムペーストをス
クリーン印刷し、これを１００枚積み重ねて圧着した後
、所定の寸法形状に切断した。得られた積層体を１２０
０〜ｂ 体を得た。次に、第１図に示すように、得られた焼結体
の一側面に積層方向と平行に絶縁物質としてガラスペー
ストをスクリーン印刷した後焼成して幅３ｍｍ、厚さ４
０μｍ、長さが積層体高さにほぼ等しい一対の絶縁物質
層３を形成し、この絶縁物質層上にそれぞれ銀ペースト
をスクリーン印刷し、幅２ＩＩＩ１１、厚さ１０μｍの
一対の外部電極４を形成すると同時に、前記外部電極３
に一端が接続され多端は積層体側面に露出している内部
電極の１つに接続される巾８０μ■、厚さ１０μ重、長
さ３ｍｍのリード部５も形成し、次いで焼成した。この
際、前記一対の外部電極と内部電極とは、内部電極が一
層おきに１方の外部電極に接続され、他方の外部電極に
は他の外部電極に接続されていない内部電極が一層おき
に接続されるようにリード部を形成したものである。

このようにして得られた素子に、２００　Ｖの電圧を１
０分間印加して分極処理を行った。次に、印加電圧と変
位量の関係について測定したところ第３図に曲線Ａで示
すような特性であった。尚、比較のために本実施例と同
一の圧電セラミック薄板材料を用いて、先に述べた第７
図に示す構成の素子を作成し、その印加電圧と変位量の
関係を測定したところ、低電圧印加時における変位量に
は殆ど差異が認められなかった。しかしながら、心材と
の絶縁耐力には大幅な差異があり、印加電圧が約１５０
ｖで絶縁破壊を生じ、実用には供し得ないものであった
。

また、上記本発明の実施例によれば、外部電極とリード
部とが同時に形成され一体化されているため、極めて信
頼性に富む素子が実現できるとともに製造工程が簡略化
できるという利点がある。

実施例２ 実施例１と同様な方法で、厚さ８０μｍのシート状圧電
セラミック薄板を作成し、これに電極材料を塗布した後
１２５枚積層し、実施例１と同様にして積層体を得た。

次に、第４図に示すように、積層体の一側面のみに幅４
ｍｍ、厚さ４０μｍの比較的幅広の一つの絶縁物質層３
′を形成し、その上に外部電極４′となる一対の導電物
質層を形成した。

次いで、前記絶縁物質層３′の両側に、内部電極２がそ
れぞれ交互にかつ一層おきに前記一対の外部電極４′に
接続されるようにリード部５′をスクリーン印刷し、次
いで焼成して形成した。

このようにして得られた積層型圧電素子の変位特性を調
べたところ、第３図の曲線Ｂで示すように実施例１のも
のより更に優れた特性を示した。

すなわち、本発明によれば、より薄い圧電セラミック薄
板を用いて積層体が形成できるため、積層枚数が多くな
るのでより大きな変位量を取り出すことが出来るという
利点がある。

尚、比較のために、第７図に示すような構成のものを、
所定の絶縁耐力を得るために絶縁層の厚さを４０μｍと
して作成しようとしたが、そのためには絶縁層の幅が約
８０μｍ程度となること、および圧電セラミック薄板の
板厚誤差も加わって、内部電極が一層おきに露出されな
い箇所が発生し、所望の動作をする積層型圧電体は実現
できなかった。

「発明の効果」 以上詳述したように、本発明によれば、十分な絶縁耐力
を有し、低電圧駆動でも十分な変位量が＝１１− 得られる圧電効果の良好な積層型圧電素子が実現できる
ため、その工業上の効果は大である。

４、図面の簡単な説明　　　　゛ 第１図は本発明の一実施例を示す積層型圧電素子の側面
図、第２図は第１図におけるｘ−ｘ’部分断面平面図、
第３図は本発明の実施例における印加電圧と変位量の関
係を示す曲線図、第４図は本発明の他の実施例を示す積
層型圧電素子の側面図、第５図は第４図におけるｘ−ｘ
’部分断面平面図、第６図は積層チップコンデンサ構造
方式の従来の積層型圧電素子の側面図および平面図、第
７図は従来の全面電極構造積層型圧電素子の斜視図、第
８図は第７図の構造の積層型圧電素子における圧電セラ
ミックス薄板の板厚と絶縁層の関係を説明するための部
分拡大断面図である。

１；６；１１：圧電セラミック薄板、２；７；１２：内
部電極、３；３’；１３：絶縁層、４；４’；１０；１
４：外部電極、５　；　５　”：リード−３２へ− １ｐ−へ 手続補正書（絃）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方または双方の表面全域に内部電極が形成され
   た圧電セラミック薄板を複数枚積層してなる積層体の側
   面に、絶縁層を介して一対の外部電極と、前記内部電極
   を一層おきに前記外部電極の一方に電気的に接続すると
   ともに、前記内部電極のうちの前記外部電極に接続され
   ていない方の内部電極を一層おきに他方の外部電極に電
   気的に接続するリード部とが設けられていることを特徴
   とする積層型圧電素子。
2. （２）上記絶縁層、外部電極、およびリード部が、上記
   積層体の一側面にのみ設けられていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の積層型圧電素子。
3. （３）上記絶縁層、外部電極、およびリード部がスクリ
   ーン印刷により形成されたものであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の積層型圧電素
   子。
4. （４）上記外部電極とリード部が一体に形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のい
   ずれかに記載の積層型圧電素子。
5. （５）上記圧電セラミック薄板の厚さが１００μｍ以下
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４
   項のいずれかに記載の積層型圧電素子。
6. （６）所望組成に配合された圧電セラミックス原料粉に
   バインダーおよび有機溶剤等を添加混合し、シート状に
   形成後その表面に内部電極を形成したものを複数枚積み
   重ね焼結して積層体となし、該積層体の側面の一部に絶
   縁層を形成した後、該絶縁層上に、一対の外部電極と多
   数のリード部とを内部電極が交互にかつ一層おきにそれ
   ぞれの外部電極に接続されるように形成することを特徴
   とする積層型圧電素子の製造方法。
7. （７）上記外部電極とリード部とを同時にスクリーン印
   刷することを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の積
   層型圧電素子の製造方法。