JP4335118B2 - Multilayer piezoelectric element - Google Patents

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Description

本発明は、積層型圧電素子に関するものである。   The present invention relates to a multilayer piezoelectric element.

従来の積層型圧電素子として、複数の圧電体と複数の内部電極とが交互に積層されてなる積層体と、その積層体の側面に設けられ、所定の内部電極と電気的に接続された外部電極とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１に記載された積層型圧電素子では、外部電極は、その全体が積層体の積層方向に延在するように形成されている。特許文献２に記載された積層型圧電素子では、外部電極は導電性線材からなるメッシュ部材であって、導電性接着剤により積層体の側面に固着されている。特許文献３に記載された積層型圧電素子では、外部電極はコイル状弾性部材である。
特開２０００−３４０８４９号公報 特開２００１−２１０８８４号公報 特開２００２−１７１００３号公報 As a conventional multilayer piezoelectric element, a multilayer body in which a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes are alternately stacked, and an external part provided on the side surface of the multilayer body and electrically connected to a predetermined internal electrode The thing provided with the electrode is known (for example, refer patent documents 1-3). In the multilayer piezoelectric element described in Patent Document 1, the external electrode is formed so as to extend in the stacking direction of the multilayer body. In the multilayer piezoelectric element described in Patent Document 2, the external electrode is a mesh member made of a conductive wire, and is fixed to the side surface of the multilayer body with a conductive adhesive. In the multilayer piezoelectric element described in Patent Document 3, the external electrode is a coiled elastic member.
JP 2000-340849 A Japanese Patent Laid-Open No. 2001-210884 JP 2002-171003 A

しかしながら、特許文献１〜３に記載された積層型圧電素子には、次のような問題が存在する。   However, the multilayer piezoelectric elements described in Patent Documents 1 to 3 have the following problems.

特許文献１に記載された積層型圧電素子では、外部電極の全体が積層体の積層方向に延在しているため、積層体の積層方向への変位（伸縮動作）が阻害されてしまう。また、圧電素子の製造時に分極処理が施されたり、或いは圧電素子が長期間に渡って使用されたりすると、外部電極が形成された側面から積層体の内部に至るクラックが発生し、そのクラックの発生位置で外部電極が切断されて、内部電極と外部電極との電気的な接続が断線するおそれがある。   In the multilayer piezoelectric element described in Patent Document 1, since the entire external electrode extends in the stacking direction of the multilayer body, displacement (stretching operation) of the multilayer body in the stacking direction is hindered. In addition, if a polarization process is performed at the time of manufacturing the piezoelectric element or the piezoelectric element is used for a long period of time, a crack is generated from the side surface on which the external electrode is formed to the inside of the laminate. There is a possibility that the external electrode is cut at the generation position and the electrical connection between the internal electrode and the external electrode is broken.

特許文献２，３に記載された積層型圧電素子では、外部電極はメッシュ部材或いはコイル状弾性部材であり、積層体の伸縮動作に追従し得ることから、積層体の積層方向への変位の阻害、及び内部電極と外部電極との電気的な接続の断線は抑制される。ところが、外部電極にメッシュ部材或いはコイル状弾性部材といった特殊形状の部材が採用されるため、圧電素子の構成が複雑になってしまう。   In the multilayer piezoelectric elements described in Patent Documents 2 and 3, the external electrode is a mesh member or a coiled elastic member, and can follow the expansion and contraction operation of the multilayer body, thereby inhibiting the displacement of the multilayer body in the stacking direction. And disconnection of the electrical connection between the internal electrode and the external electrode is suppressed. However, since a specially shaped member such as a mesh member or a coiled elastic member is employed for the external electrode, the configuration of the piezoelectric element becomes complicated.

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、積層体の積層方向への変位の阻害、及び内部電極と外部電極との電気的な接続の断線を単純な構成で抑制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する。   Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and inhibits displacement in the stacking direction of the laminate and disconnection of electrical connection between the internal electrode and the external electrode with a simple configuration. An object of the present invention is to provide a multilayer piezoelectric element that can be used.

上記目的を達成するために、本発明に係る積層型圧電素子は、複数の圧電体と複数の内部電極とが交互に積層されてなる積層体と、積層体の側面に設けられ、所定の内部電極と電気的に接続された第１の外部電極と、第１の外部電極の外側に設けられ、積層体の積層方向に沿って波状に延在する平板状の第２の外部電極と、を備え、側面には、積層方向と直交する方向に沿って延在する凹部が形成されており、第１の外部電極は、凹部が延在する方向に対して凹部の一方の側から他方の側に延在するように形成され、第１の外部電極と第２の外部電極とは、凹部が延在する方向に対して凹部の一方の側及び他方の側のそれぞれに位置する接続部において電気的且つ物理的に接続されており、積層体において凹部が形成された位置には、隣り合う圧電体間に介在させられ、第１の外部電極と電気的に接続されていないダミー電極が積層されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a multilayer piezoelectric element according to the present invention includes a multilayer body in which a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes are alternately stacked, a side surface of the multilayer body, and a predetermined internal structure. A first external electrode electrically connected to the electrode, and a plate-like second external electrode provided outside the first external electrode and extending in a wave shape along the stacking direction of the stacked body, The side surface is formed with a recess extending along a direction orthogonal to the stacking direction, and the first external electrode extends from one side of the recess to the other side with respect to the direction in which the recess extends. It is formed so as to extend in a first external electrode and the second external electrode, electricity in connection portion located respectively on one side and the other side of the recess with respect to the direction in which the recesses extend manner and are physically connected, in a position in which a recess is formed in the laminate, the adjacent coupling Is interposed between the piezoelectric member, the first external electrode electrically connected to non dummy electrodes, characterized in that it is laminated.

この積層型圧電素子においては、第２の外部電極は、積層体の積層方向に沿って波状に延在すると共に、複数の接続部において第１の外部電極と電気的且つ物理的に接続されている。これにより、第２の外部電極は積層方向に伸縮性を有することとなるため、外部電極の全体が積層体の積層方向に延在しているものに比べ、積層体の積層方向への変位が阻害されるのを抑制することができる。また、積層体において第１の外部電極が設けられた側面には、積層方向と交差する方向に沿って延在する凹部が形成されている。これにより、圧電素子の製造時に分極処理が施されたり、或いは圧電素子が長期間に渡って使用されたりして第１の外部電極が切断される場合には、凹部の形成位置で積層体にクラックが発生し、その凹部の形成位置で第１の外部電極が切断されることとなる。ところが、第１の外部電極と第２の外部電極とは、凹部が延在する方向に対して凹部の一方の側及び他方の側のそれぞれに位置する接続部において電気的且つ物理的に接続されている。このため、凹部の形成位置で第１の外部電極が切断されたとしても、その第１の外部電極と電気的に接続された所定の内部電極と第２の外部電極との電気的な接続の断線を抑制することができる。更に、この積層型圧電素子においては、第２の外部電極に、積層体の積層方向に沿って波状に延在する平板状のものといった極めて簡易な部材が採用されているため、外部電極にメッシュ部材或いはコイル状弾性部材といった特殊形状の部材が採用されているものに比べ、圧電素子の構成を単純化することができる。   In this multilayer piezoelectric element, the second external electrode extends in a wave shape along the stacking direction of the multilayer body, and is electrically and physically connected to the first external electrode at a plurality of connection portions. Yes. Thereby, since the second external electrode has elasticity in the stacking direction, the displacement of the stacked body in the stacking direction is smaller than that in which the entire external electrode extends in the stacking direction of the stacked body. Inhibition can be suppressed. Moreover, the recessed part extended along the direction which cross | intersects a lamination direction is formed in the side surface in which the 1st external electrode was provided in the laminated body. As a result, when the first external electrode is cut when the piezoelectric element is subjected to a polarization process or the piezoelectric element is used for a long period of time, the laminate is formed at the position where the recess is formed. A crack occurs and the first external electrode is cut at the position where the concave portion is formed. However, the first external electrode and the second external electrode are electrically and physically connected to each other at connection portions located on one side and the other side of the recess in the direction in which the recess extends. ing. Therefore, even if the first external electrode is cut at the position where the recess is formed, the electrical connection between the predetermined internal electrode and the second external electrode electrically connected to the first external electrode Disconnection can be suppressed. Further, in this multilayer piezoelectric element, a very simple member such as a flat plate extending in a wave shape along the stacking direction of the multilayer body is employed for the second external electrode. The configuration of the piezoelectric element can be simplified as compared with a member having a special shape such as a member or a coiled elastic member.

また、凹部は、側面の一方の縁から他方の縁に渡って延在していることが好ましい。これにより、凹部の形成位置で積層体に発生するクラックが積層方向に延びるのを抑制し得るため、クラックが隣り合う内部電極間に渡って、その隣り合う内部電極同士がショートするのを防止することができる。   Moreover, it is preferable that the recessed part is extended over the other edge from one edge of a side surface. As a result, it is possible to suppress cracks occurring in the laminate at the position where the recesses are formed from extending in the stacking direction, thereby preventing the adjacent internal electrodes from shorting across the adjacent internal electrodes. be able to.

また、凹部は、積層方向から見た際に、少なくとも積層体の不活性部の全体と重なるように形成されていることが好ましい。これにより、凹部の形成位置で積層体にクラックが発生すること自体を抑制することができる。   Moreover, it is preferable that the concave portion is formed so as to overlap at least the entire inactive portion of the laminated body when viewed from the lamination direction. Thereby, it can suppress that a crack generate | occur | produces in a laminated body in the formation position of a recessed part itself.

また、凹部は、隣り合う内部電極間に形成されていることが好ましい。これにより、例えば凹部に絶縁部材を配置するなどの絶縁処理をしなくても、積層体において凹部が形成された側面に設けられた第１の外部電極と、その第１の外部電極と電気的に接続されていない内部電極とがショートするのを防止することができる。   Moreover, it is preferable that the recessed part is formed between adjacent internal electrodes. Accordingly, the first external electrode provided on the side surface in which the concave portion is formed in the stacked body, and the first external electrode and the electrical circuit can be electrically connected without performing an insulating process such as disposing an insulating member in the concave portion. It is possible to prevent a short circuit with an internal electrode that is not connected to.

また、積層体において凹部が形成された位置には、隣り合う圧電体間の接着力を低下させる接着力低下層が積層されていることが好ましい。これにより、凹部の形成位置で積層体に発生するクラックは接着力低下層に沿って延びることとなるため、クラックが隣り合う内部電極間に渡って、その隣り合う内部電極同士がショートするのを防止することができる。   Moreover, it is preferable that an adhesive strength lowering layer that reduces the adhesive strength between adjacent piezoelectric bodies is laminated at a position where the concave portion is formed in the multilayer body. As a result, cracks that occur in the laminate at the position where the recesses are formed extend along the adhesion lowering layer, so that the adjacent internal electrodes are short-circuited across the adjacent internal electrodes. Can be prevented.

本発明に係る積層型圧電素子によれば、積層体の積層方向への変位の阻害、及び内部電極と外部電極との電気的な接続の断線を単純な構成で抑制することができる。   According to the multilayer piezoelectric element according to the present invention, it is possible to suppress the displacement of the multilayer body in the stacking direction and the disconnection of the electrical connection between the internal electrode and the external electrode with a simple configuration.

以下、本発明に係る積層型圧電素子の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of a multilayer piezoelectric element according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図１及び図２に示されるように、積層型圧電素子１は、多角柱形状（ここでは、四角柱形状）の積層体２を備えている。積層体２は、当該積層体２の積層方向（以下、単に「積層方向」という）に平行で且つ互いに対向するように位置する第１の側面４と第２の側面６とを有している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the multilayer piezoelectric element 1 includes a multilayer body 2 having a polygonal column shape (here, a quadrangular column shape). The stacked body 2 has a first side surface 4 and a second side surface 6 which are positioned so as to be parallel to and opposed to each other in the stacking direction of the stacked body 2 (hereinafter simply referred to as “stacking direction”). .

積層体２は、圧電体３と圧電体５とが交互に積層されてなる集合体が圧電体１０を介在させて複数積層され、更に、圧電体７と圧電体９とで上下から挟み込まれるようにして構成されている。各圧電体３，５，７，９，１０は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス材料からなり、矩形薄板状に形成されている。ここでは、各圧電体３，５，７，９，１０の厚さは５０〜１００μｍである。   In the laminate 2, a plurality of aggregates in which the piezoelectric bodies 3 and the piezoelectric bodies 5 are alternately laminated are stacked with the piezoelectric bodies 10 interposed therebetween, and further, sandwiched between the piezoelectric bodies 7 and 9 from above and below. Configured. Each piezoelectric body 3, 5, 7, 9, 10 is made of, for example, a piezoelectric ceramic material mainly composed of lead zirconate titanate, and is formed in a rectangular thin plate shape. Here, the thickness of each piezoelectric material 3, 5, 7, 9, 10 is 50 to 100 μm.

積層体２は、第１の内部電極１１と第２の内部電極１３とダミー電極（接着力低下層）２０とを有している。第１の内部電極１１、第２の内部電極１３及びダミー電極２０はそれぞれ圧電体３の上面、圧電体５の上面及び圧電体１０の上面に形成されている。各電極１１，１３，２０は、例えば、銀及びパラジウムを主成分とする導電材料からなり、スクリーン印刷によりパターン形成されたものである。ここでは、各電極１１，１３，２０の厚さは０．５〜５μｍである。   The multilayer body 2 includes a first internal electrode 11, a second internal electrode 13, and a dummy electrode (adhesive force lowering layer) 20. The first internal electrode 11, the second internal electrode 13, and the dummy electrode 20 are formed on the upper surface of the piezoelectric body 3, the upper surface of the piezoelectric body 5, and the upper surface of the piezoelectric body 10, respectively. Each of the electrodes 11, 13, and 20 is made of a conductive material mainly composed of silver and palladium, for example, and is patterned by screen printing. Here, the thickness of each electrode 11,13,20 is 0.5-5 micrometers.

積層体２では、圧電体３，５を介在させて第１の内部電極１１と第２の内部電極１３とが積層されている。これにより、積層体２では、複数の圧電体３，５と複数の内部電極１１，１３とが交互に積層されることとなる。   In the laminated body 2, the first internal electrode 11 and the second internal electrode 13 are laminated with the piezoelectric bodies 3 and 5 interposed therebetween. Thereby, in the multilayer body 2, the plurality of piezoelectric bodies 3 and 5 and the plurality of internal electrodes 11 and 13 are alternately stacked.

第１の内部電極１１は、第２の側面６よりも内側から第１の側面４に露出するように形成されている。すなわち、第１の内部電極１１の第２の側面６側の端は、第２の側面６から所定の距離だけ離れて位置しており、第１の内部電極１１は、第２の側面６に露出していない。   The first internal electrode 11 is formed so as to be exposed to the first side surface 4 from the inner side than the second side surface 6. That is, the end of the first inner electrode 11 on the second side surface 6 side is located a predetermined distance away from the second side surface 6, and the first inner electrode 11 is located on the second side surface 6. Not exposed.

第２の内部電極１３は、第１の側面４よりも内側から第２の側面６に露出するように形成されている。すなわち、第２の内部電極１３の第１の側面４側の端は、第１の側面４から所定の距離だけ離れて位置しており、第２の内部電極１３は、第１の側面４に露出していない。   The second internal electrode 13 is formed so as to be exposed to the second side face 6 from the inner side than the first side face 4. That is, the end of the second inner electrode 13 on the first side surface 4 side is located a predetermined distance away from the first side surface 4, and the second inner electrode 13 is located on the first side surface 4. Not exposed.

これにより、第１の内部電極１１と第２の内部電極１３とは、積層方向から見た際に、それらの一部同士が重なることとなる。なお、圧電体３，５において当該一部同士により挟まれた部分が活性部Ａとなり、圧電体３，５において当該一部同士により挟まれていない部分が不活性部Ｂとなる（図３参照）。   Thereby, when the 1st internal electrode 11 and the 2nd internal electrode 13 are seen from the lamination direction, those parts will overlap. In the piezoelectric bodies 3 and 5, the portion sandwiched between the parts becomes the active part A, and in the piezoelectric bodies 3 and 5, the part not sandwiched by the parts becomes the inactive part B (see FIG. 3). ).

ダミー電極２０は、第１の側面４よりも内側から第２の側面６よりも内側に渡るように形成されている。すなわち、ダミー電極２０の第１の側面４側の端は、第１の側面４から所定の距離だけ離れて位置しており、ダミー電極２０の第２の側面６側の端は、第２の側面６から所定の距離だけ離れて位置している。   The dummy electrode 20 is formed so as to extend from the inner side of the first side surface 4 to the inner side of the second side surface 6. That is, the end of the dummy electrode 20 on the first side surface 4 side is located a predetermined distance away from the first side surface 4, and the end of the dummy electrode 20 on the second side surface 6 side is the second side. It is located a predetermined distance away from the side surface 6.

積層体２の各側面４，６には、積層方向と交差する方向（ここでは、積層方向と直交する方向）に沿って延在する溝状の凹部３０が複数形成されている。より具体的には、側面４に形成された凹部３０は、圧電体１０と圧電体３との境界上において、側面４の一方の縁４ａから他方の縁４ｂに渡って延在している。側面６に形成された凹部３０は、圧電体１０と圧電体３との境界上において、側面６の一方の縁６ａから他方の縁６ｂに渡って延在している。これにより、各凹部３０は、積層方向において隣り合う第１の内部電極１１と第２の内部電極１３との間に形成されることとなる。   A plurality of groove-like recesses 30 extending along the direction intersecting the stacking direction (here, the direction orthogonal to the stacking direction) are formed on each of the side surfaces 4 and 6 of the stacked body 2. More specifically, the recess 30 formed on the side surface 4 extends from one edge 4 a of the side surface 4 to the other edge 4 b on the boundary between the piezoelectric body 10 and the piezoelectric body 3. The recess 30 formed in the side surface 6 extends from one edge 6 a of the side surface 6 to the other edge 6 b on the boundary between the piezoelectric body 10 and the piezoelectric body 3. Thereby, each recessed part 30 will be formed between the 1st internal electrode 11 and the 2nd internal electrode 13 which adjoin in the lamination direction.

各凹部３０は、積層方向から見た際に、少なくとも積層体２の不活性部Ｂの全体と重なるように形成されている（図３参照）。そして、側面４に形成された凹部３０の底面には、ダミー電極２０の第１の側面４側の端が露出しており、側面６に形成された凹部３０の底面には、ダミー電極２０の第２の側面６側の端が露出している。つまり、積層体２において各凹部３０が形成された位置には、ダミー電極２０が積層されていることとなる。   Each recess 30 is formed so as to overlap at least the entire inactive part B of the stacked body 2 when viewed from the stacking direction (see FIG. 3). The end of the dummy electrode 20 on the first side surface 4 side is exposed at the bottom surface of the recess 30 formed on the side surface 4, and the bottom surface of the recess 30 formed on the side surface 6 is exposed to the dummy electrode 20. The end on the second side face 6 side is exposed. That is, the dummy electrode 20 is laminated at the position where each recess 30 is formed in the laminate 2.

積層体２の各側面４，６には、外部電極２１が設けられている。外部電極２１は、第１の外部電極２３と第２の外部電極２５とを含んで構成されている。第１の外部電極２３は、各側面４，６の一部を覆うように形成されている。第１の外部電極２３は、例えば、銀を主成分とする導電材料からなり、スクリーン印刷によりパターン形成されたものである。ここでは、第１の外部電極２３の厚さは１〜４０μｍである。   External electrodes 21 are provided on the side surfaces 4 and 6 of the laminate 2. The external electrode 21 includes a first external electrode 23 and a second external electrode 25. The first external electrode 23 is formed so as to cover a part of each of the side surfaces 4 and 6. The first external electrode 23 is made of, for example, a conductive material containing silver as a main component, and is patterned by screen printing. Here, the thickness of the first external electrode 23 is 1 to 40 μm.

第１の側面４に形成された第１の外部電極２３は、第１の側面４において、当該第１の側面４に露出する第１の内部電極１１と電気的に接続されている。第２の側面６に形成された第１の外部電極２３は、第２の側面６において、当該第２の側面６に露出する第２の内部電極１３と電気的に接続されている。   The first external electrode 23 formed on the first side surface 4 is electrically connected to the first internal electrode 11 exposed on the first side surface 4 on the first side surface 4. The first external electrode 23 formed on the second side surface 6 is electrically connected to the second internal electrode 13 exposed on the second side surface 6 on the second side surface 6.

第２の外部電極２５は、各第１の外部電極２３の外側に配置され、積層方向に沿って波状に延在している。第２の外部電極２５は、例えば、銅及びその合金、ニッケル及びその合金、ステンレス鋼或いはベリリウム銅等の導電材料、又はフレキシブル基板からなり、平板状に形成されている。導電材料にはめっきが施されていてもよい。ここでは、第２の外部電極２５の厚さは５０〜１５０μｍ程度である。   The second external electrodes 25 are disposed outside the first external electrodes 23 and extend in a wave shape along the stacking direction. The second external electrode 25 is made of, for example, a conductive material such as copper and its alloy, nickel and its alloy, stainless steel or beryllium copper, or a flexible substrate, and is formed in a flat plate shape. The conductive material may be plated. Here, the thickness of the second external electrode 25 is about 50 to 150 μm.

第２の外部電極２５は、第１の部分２５ａと第２の部分２５ｂとを有している。第１の部分２５ａは、積層方向に沿って延在し、積層方向において不連続に配置されている。第２の部分２５ｂは、積層方向と交差する方向（ここでは、積層方向と直交する方向）に沿って延在し、第１の部分２５ａ同士を繋いでいる。これにより、第２の外部電極２５は、全体として、積層方向に沿って矩形波状（すなわち、パルス波状）に延在することとなる。   The second external electrode 25 has a first portion 25a and a second portion 25b. The first portions 25a extend along the stacking direction and are discontinuously arranged in the stacking direction. The second portion 25b extends along a direction crossing the stacking direction (here, a direction orthogonal to the stacking direction), and connects the first portions 25a. Thus, the second external electrode 25 as a whole extends in a rectangular wave shape (that is, a pulse wave shape) along the stacking direction.

第２の外部電極２５は、図３に示されるように、凹部３０が延在する方向に対して凹部３０の上側（一方の側）及び下側（他方の側）のそれぞれに位置する少なくとも１つの接続部Ｐにおいて、半田２７により不連続に第１の外部電極２３と電気的且つ物理的（すなわち、機械的）に接続されている。つまり、接続部Ｐは、凹部３０が延在する方向に沿って凹部３０を通るラインの上側（一方の側）及び下側（他方の側）のそれぞれに少なくとも１つ位置している。なお、第１の外部電極２３と第２の外部電極２５とを、各接続部Ｐにおいてスポット溶接により或いは導電性接着剤により接続してもよい。   As shown in FIG. 3, the second external electrode 25 is at least one positioned on each of the upper side (one side) and the lower side (the other side) of the concave portion 30 with respect to the direction in which the concave portion 30 extends. The two connection portions P are electrically and physically (ie, mechanically) connected to the first external electrode 23 by the solder 27. That is, at least one connecting portion P is located on each of the upper side (one side) and the lower side (the other side) of the line passing through the concave portion 30 along the direction in which the concave portion 30 extends. The first external electrode 23 and the second external electrode 25 may be connected to each connection portion P by spot welding or using a conductive adhesive.

以上のように構成された積層型圧電素子１においては、第１の側面４に形成された第１の外部電極２３と第２の側面６に形成された第１の外部電極２３との間に電圧が印加されると、第１の内部電極１１と第２の内部電極１３との間に電圧が印加されることとなる。これにより、圧電体３，５においては、活性部Ａに電界が生じ、当該活性部Ａが積層方向に変位することとなる。なお、ダミー電極２０には、第１の外部電極２３と電気的に接続されていないことから、電圧は印加されない。また、不活性部Ｂには、第１の内部電極１１と第２の内部電極１３とで挟まれていないことから、電界は生じない。   In the multilayer piezoelectric element 1 configured as described above, between the first external electrode 23 formed on the first side surface 4 and the first external electrode 23 formed on the second side surface 6. When a voltage is applied, a voltage is applied between the first internal electrode 11 and the second internal electrode 13. Thereby, in the piezoelectric bodies 3 and 5, an electric field is generated in the active part A, and the active part A is displaced in the stacking direction. Note that no voltage is applied to the dummy electrode 20 because the dummy electrode 20 is not electrically connected to the first external electrode 23. Further, since the inactive portion B is not sandwiched between the first internal electrode 11 and the second internal electrode 13, no electric field is generated.

次に、積層型圧電素子１の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the multilayer piezoelectric element 1 will be described.

まず、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス材料に有機バインダや有機溶剤等を混合して基体ペーストを作製し、その基体ペーストを用いて、各圧電体層３，５，７，９，１０となるグリーンシートを成形する。また、所定比率の銀とパラジウムとからなる金属材料（例えば、銀：パラジウム＝７：３）に有機バインダや有機溶剤等を混合して電極パターン形成用の導電ペーストを作製する。   First, a base paste is prepared by mixing a piezoelectric ceramic material mainly composed of lead zirconate titanate with an organic binder, an organic solvent, or the like, and each of the piezoelectric layers 3, 5, 7, 9 is prepared using the base paste. , 10 is formed. In addition, an organic binder, an organic solvent, or the like is mixed with a metal material (for example, silver: palladium = 7: 3) made of silver and palladium in a predetermined ratio to produce a conductive paste for forming an electrode pattern.

続いて、第１の内部電極１１に対応する電極パターン、第２の内部電極１３に対応する電極パターン、及びダミー電極２０に対応する電極パターンをそれぞれ別々のグリーンシート上に形成する。各電極パターンの形成は、上述した導電ペーストをスクリーン印刷することで行われる。なお、ダミー電極２０に対応する電極パターンが形成されたグリーンシート上において凹部３０に対応する領域には、カーボンペースト等の樹脂ペーストを塗布して樹脂層２９を形成しておく（図４参照）。   Subsequently, an electrode pattern corresponding to the first internal electrode 11, an electrode pattern corresponding to the second internal electrode 13, and an electrode pattern corresponding to the dummy electrode 20 are formed on separate green sheets. Each electrode pattern is formed by screen printing the above-described conductive paste. Note that a resin layer 29 is formed by applying a resin paste such as carbon paste in a region corresponding to the recess 30 on the green sheet on which the electrode pattern corresponding to the dummy electrode 20 is formed (see FIG. 4). .

続いて、第１の内部電極１１に対応する電極パターンが形成されたグリーンシート、第２の内部電極１３に対応する電極パターンが形成されたグリーンシート、及びダミー電極２０に対応する電極パターンが形成されたグリーンシートを上述した順序で積層し、更に、電極パターンが形成されていないグリーンシートを最外層に積層して、積層体グリーンを作製する。ここでは、グリーンシートの積層数は３５０層程度である。   Subsequently, a green sheet on which an electrode pattern corresponding to the first internal electrode 11 is formed, a green sheet on which an electrode pattern corresponding to the second internal electrode 13 is formed, and an electrode pattern corresponding to the dummy electrode 20 are formed. The green sheets thus laminated are laminated in the order described above, and further, a green sheet on which no electrode pattern is formed is laminated on the outermost layer to produce a laminate green. Here, the number of stacked green sheets is about 350 layers.

続いて、積層体グリーンを所定の温度（例えば、６０℃程度）で加熱しながら、所定の圧力（例えば、１００ＭＰａ程度）で積層方向にプレスした後、その積層体グリーンを所定の大きさに切断する。積層体グリーンの切断は、例えば、ダイヤモンドブレードにより行われる。これにより、図４及び図５に示されるように、第１の内部電極１１及び第２の内部電極１３がそれぞれ第１の側面４及び第２の側面６に露出し、樹脂層２９が第１の側面４及び第２の側面６に露出することとなる。   Subsequently, while the laminate green is heated at a predetermined temperature (eg, about 60 ° C.) and pressed in the stacking direction at a predetermined pressure (eg, about 100 MPa), the laminate green is cut into a predetermined size. To do. The laminate green is cut by, for example, a diamond blade. As a result, as shown in FIGS. 4 and 5, the first internal electrode 11 and the second internal electrode 13 are exposed at the first side face 4 and the second side face 6, respectively, and the resin layer 29 is formed in the first side face. The side surface 4 and the second side surface 6 are exposed.

続いて、積層体グリーンを所定の温度（例えば、４００℃程度）で脱脂（すなわち、脱バインダ）した後、所定の温度（例えば、１１００℃程度）で所定の時間（例えば、２時間程度）焼成することで、図６に示されるように、樹脂層２９が飛んで凹部３０が形成された積層体２を得る。   Subsequently, the laminate green is degreased (that is, debindered) at a predetermined temperature (for example, about 400 ° C.), and then fired at a predetermined temperature (for example, about 1100 ° C.) for a predetermined time (for example, about 2 hours). By doing so, as shown in FIG. 6, the laminated body 2 in which the resin layer 29 jumps and the recess 30 is formed is obtained.

続いて、積層体２の各側面４，６に、銀を主成分とする導電ペーストをスクリーン印刷した後、所定の温度（例えば、７００℃程度）で焼き付けて、第１の外部電極２３を形成する。なお、第１の外部電極２３の形成には、スパッタリング法や無電解めっき法等を適用してもよい。   Subsequently, a conductive paste mainly composed of silver is screen-printed on each of the side surfaces 4 and 6 of the multilayer body 2 and then baked at a predetermined temperature (for example, about 700 ° C.) to form the first external electrode 23. To do. Note that a sputtering method, an electroless plating method, or the like may be applied to the formation of the first external electrode 23.

続いて、用意した第２の外部電極２５を、半田付けにより各接続点Ｐにおいて第１の外部電極２３と接続する。第２の外部電極２５は、例えば、ニッケル合金からなる板材にスズめっきを施し、矩形波形状に加工することで得られる。   Subsequently, the prepared second external electrode 25 is connected to the first external electrode 23 at each connection point P by soldering. The second external electrode 25 is obtained, for example, by applying tin plating to a plate material made of a nickel alloy and processing it into a rectangular wave shape.

最後に、分極処理（例えば、温度１２０℃の環境下で、強度が２ｋＶ／ｍｍになるように３分間にわたって電界を印加する）を施して、積層型圧電素子１を得る。   Finally, polarization processing (for example, applying an electric field for 3 minutes so that intensity | strength will be 2 kV / mm in the environment of temperature 120 degreeC) is performed, and the laminated piezoelectric element 1 is obtained.

以上説明したように、積層型圧電素子１においては、第２の外部電極２５は、積層方向に沿って波状に延在すると共に、複数の接続部Ｐにおいて第１の外部電極２３と電気的且つ物理的に接続されている。これにより、第２の外部電極２５は積層方向に伸縮性を有することとなるため、外部電極の全体が積層体の積層方向に延在しているものに比べ、積層体２の積層方向への変位が阻害されるのを抑制することができる。   As described above, in the multilayer piezoelectric element 1, the second external electrode 25 extends in a wave shape along the stacking direction and is electrically connected to the first external electrode 23 at the plurality of connection portions P. It is physically connected. As a result, the second external electrode 25 has elasticity in the stacking direction, so that the entire external electrode extends in the stacking direction of the stack as compared to the stacking direction of the stack 2. It can suppress that displacement is inhibited.

また、積層体２において第１の外部電極２３が形成された側面４，６には、積層方向と交差する方向に沿って延在する凹部３０が形成されている。これにより、圧電素子１の製造時に分極処理が施されたり、或いは圧電素子１が長期間に渡って使用されたりして第１の外部電極２３が切断される場合には、凹部３０の形成位置で積層体２にクラックが発生し、その凹部３０の形成位置で第１の外部電極２３が切断されることとなる。ところが、第１の外部電極２３と第２の外部電極２５とは、凹部３０が延在する方向に対して凹部３０の上側及び下側のそれぞれに位置する接続部Ｐにおいて電気的且つ物理的に接続されている。このため、凹部３０の形成位置で第１の外部電極２３が切断されたとしても、その第１の外部電極２３と電気的に接続された第１の内部電極１１又は第２の内部電極１３と第２の外部電極２５との電気的な接続の断線を抑制することができる。   In addition, the side surfaces 4 and 6 on which the first external electrode 23 is formed in the stacked body 2 are formed with recesses 30 extending along the direction intersecting the stacking direction. Accordingly, when the first external electrode 23 is cut when a polarization process is performed at the time of manufacturing the piezoelectric element 1 or the piezoelectric element 1 is used for a long period of time, the position where the recess 30 is formed. Thus, a crack is generated in the laminate 2, and the first external electrode 23 is cut at the position where the recess 30 is formed. However, the first external electrode 23 and the second external electrode 25 are electrically and physically connected to each other at the connection portions P located on the upper side and the lower side of the concave portion 30 with respect to the direction in which the concave portion 30 extends. It is connected. Therefore, even if the first external electrode 23 is cut at the position where the recess 30 is formed, the first internal electrode 11 or the second internal electrode 13 electrically connected to the first external electrode 23 The disconnection of the electrical connection with the second external electrode 25 can be suppressed.

更に、積層型圧電素子１においては、第２の外部電極２５に、積層方向に沿って波状に延在する平板状のものといった極めて簡易な部材が採用されているため、外部電極にメッシュ部材或いはコイル状弾性部材といった特殊形状の部材が採用されているものに比べ、圧電素子１の構成を単純化することができる。   Furthermore, in the multilayer piezoelectric element 1, a very simple member such as a flat plate extending in a wave shape along the stacking direction is employed for the second external electrode 25. The structure of the piezoelectric element 1 can be simplified as compared with a member using a specially shaped member such as a coiled elastic member.

また、側面４に形成された凹部３０は、側面４の一方の縁４ａから他方の縁４ｂに渡って延在しており、同様に、側面６に形成された凹部３０は、側面６の一方の縁６ａから他方の縁６ｂに渡って延在している。これにより、各凹部３０の形成位置で積層体２に発生するクラックが積層方向に延びるのを抑制し得るため、クラックが隣り合う第１の内部電極１１と第２の内部電極１３との間に渡って、その隣り合う第１の内部電極１１と第２の内部電極１３とがショートするのを防止することができる。   Further, the recess 30 formed on the side surface 4 extends from one edge 4 a of the side surface 4 to the other edge 4 b, and similarly, the recess 30 formed on the side surface 6 corresponds to one of the side surfaces 6. Extends from one edge 6a to the other edge 6b. Thereby, since it can suppress that the crack which generate | occur | produces in the laminated body 2 at the formation position of each recessed part 30 extends in the lamination direction, between the 1st internal electrode 11 and the 2nd internal electrode 13 which a crack adjoins. It is possible to prevent the adjacent first internal electrode 11 and second internal electrode 13 from short-circuiting.

また、各凹部３０は、積層方向から見た際に、少なくとも積層体２の不活性部Ｂの全体と重なるように形成されている。これにより、凹部３０の形成位置で積層体２にクラックが発生すること自体を抑制することができる。   Moreover, each recessed part 30 is formed so that it may overlap with the whole inactive part B of the laminated body 2 at least when it sees from a lamination direction. Thereby, it can suppress that a crack generate | occur | produces in the laminated body 2 in the formation position of the recessed part 30 itself.

また、各凹部３０は、隣り合う第１の内部電極１１と第２の内部電極１３との間に形成されている。これにより、例えば凹部３０に絶縁部材を配置するなどの絶縁処理をしなくても、積層体２において各凹部３０が形成された側面４，６に形成された第１の外部電極２３と、その第１の外部電極２３と電気的に接続されていない第１の内部電極１１又は第２の内部電極１３とがショートするのを防止することができる。   Each recess 30 is formed between the adjacent first internal electrode 11 and second internal electrode 13. Accordingly, the first external electrode 23 formed on the side surfaces 4 and 6 where the concave portions 30 are formed in the laminated body 2 without performing an insulating process such as disposing an insulating member in the concave portion 30, for example. It is possible to prevent the first internal electrode 11 or the second internal electrode 13 that is not electrically connected to the first external electrode 23 from being short-circuited.

また、積層体２において各凹部３０が形成された位置には、ダミー電極２０が積層されている。これにより、ダミー電極２０を介して隣り合う圧電体３と圧電体１０との接着力が低下するため、凹部３０の形成位置で積層体２に発生するクラックはダミー電極２０に沿って延びることとなる。従って、クラックが隣り合う第１の内部電極１１と第２の内部電極１３との間に渡って、その隣り合う第１の内部電極１１と第２の内部電極１３とがショートするのを防止することができる。   In addition, the dummy electrode 20 is stacked at the position where the concave portions 30 are formed in the stacked body 2. Thereby, since the adhesive force between the piezoelectric body 3 and the piezoelectric body 10 that are adjacent to each other via the dummy electrode 20 is reduced, a crack generated in the multilayer body 2 at the formation position of the recess 30 extends along the dummy electrode 20. Become. Therefore, the adjacent first internal electrode 11 and second internal electrode 13 are prevented from short-circuiting between the first internal electrode 11 and the second internal electrode 13 adjacent to the crack. be able to.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。   The present invention is not limited to the embodiment described above.

例えば、積層体２の形状は、多角柱形状に限られず、円柱形状であってもよい。そして、積層体２において外部電極２１が設けられる側面は、互いに対向するように位置する２つの側面に限られず、隣り合う２つの側面であってもよい。なお、積層体２が円柱形状である場合には、外部電極２１は、互いに接触しない位置であれば、側面の任意の領域に設けられる。   For example, the shape of the laminated body 2 is not limited to a polygonal column shape, and may be a cylindrical shape. And the side surface in which the external electrode 21 is provided in the laminated body 2 is not limited to two side surfaces positioned so as to face each other, but may be two adjacent side surfaces. In addition, when the laminated body 2 is cylindrical, the external electrode 21 is provided in the arbitrary area | region of a side surface, if it is a position which does not contact mutually.

また、第２の外部電極２５は、積層方向に沿って矩形波状に延在するものに限られず、積層方向に沿って三角波状に延在するものであってもよいし、積層方向に沿って正弦波状に延在するものであってもよい。このように、積層方向に沿って波状に延在するものであれば、第２の外部電極２５は、積層方向への伸縮性を有することとなる。   The second external electrode 25 is not limited to a rectangular wave extending along the stacking direction, and may be a triangular wave extending along the stacking direction, or along the stacking direction. It may extend in a sine wave shape. Thus, if it extends in a wavy shape along the stacking direction, the second external electrode 25 has elasticity in the stacking direction.

また、第１の内部電極１１は、第２の側面６に設けられる外部電極２１と電気的に絶縁されるのであれば、第２の側面６に露出してもよい。同様に、第２の内部電極１３は、第１の側面４に設けられる外部電極２１と電気的に絶縁されるのであれば、第１の側面４に露出してもよい。   Further, the first internal electrode 11 may be exposed on the second side face 6 as long as it is electrically insulated from the external electrode 21 provided on the second side face 6. Similarly, the second internal electrode 13 may be exposed on the first side face 4 as long as it is electrically insulated from the external electrode 21 provided on the first side face 4.

また、側面４に形成された凹部３０は、側面４の一方の縁４ａから他方の縁４ｂに渡って延在するものに限られず、同様に、側面６に形成された凹部３０は、側面６の一方の縁６ａから他方の縁６ｂに渡って延在するものに限られない。更に、各凹部３０は、積層方向から見た際に、少なくとも積層体２の不活性部Ｂの全体と重なるように形成されるものに限られない。つまり、凹部３０が、積層体２の側面４，６において、積層方向と交差する方向に沿って延在するものであれば、積層体２にクラックが発生する位置を凹部３０の形成位置に制御することができる。   Further, the concave portion 30 formed on the side surface 4 is not limited to one extending from one edge 4a of the side surface 4 to the other edge 4b. Similarly, the concave portion 30 formed on the side surface 6 It is not limited to one extending from one edge 6a to the other edge 6b. Furthermore, each recessed part 30 is not restricted to what is formed so that it may overlap with the whole inactive part B of the laminated body 2, when it sees from the lamination direction. That is, if the recess 30 extends along the direction intersecting the stacking direction on the side surfaces 4 and 6 of the stacked body 2, the position at which the crack is generated in the stacked body 2 is controlled to the formation position of the recessed section 30. can do.

また、積層体２において凹部３０が形成された位置に積層されるものはダミー電極２０に限られず、圧電体３，１０と異なる材料からなる層等、隣り合う圧電体３と圧電体１０との接着力を低下させ得る接着力低下層であればよい。なお、積層体２において凹部３０が形成された位置に、ダミー電極２０等の接着力低下層が積層されなくても、積層体２にクラックが発生する位置を凹部３０の形成位置に制御することができる。   In addition, what is laminated at the position where the concave portion 30 is formed in the laminated body 2 is not limited to the dummy electrode 20, and a layer made of a material different from that of the piezoelectric bodies 3 and 10, and the like. Any adhesive strength lowering layer that can reduce the adhesive strength may be used. In addition, the position where the crack is generated in the laminate 2 is controlled to the position where the recess 30 is formed even if the adhesive strength lowering layer such as the dummy electrode 20 is not laminated at the position where the recess 30 is formed in the laminate 2. Can do.

また、積層体２の側面４，６に機械加工を施すことにより、凹部３０を形成してもよい。   Further, the recess 30 may be formed by machining the side surfaces 4 and 6 of the laminate 2.

本発明に係る積層型圧電素子の一実施形態の斜視図である。1 is a perspective view of an embodiment of a multilayer piezoelectric element according to the present invention. 図１に示された積層型圧電素子の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the multilayer piezoelectric element shown in FIG. 1. 図１に示された積層型圧電素子の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the multilayer piezoelectric element shown in FIG. 図１に示された積層型圧電素子の製造方法における積層体グリーンの切断後の積層体の分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the laminate after cutting the laminate green in the method for manufacturing the laminate-type piezoelectric element shown in FIG. 1. 図１に示された積層型圧電素子の製造工程における積層体グリーンの切断後の積層体の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the laminate after cutting the laminate green in the manufacturing process of the multilayer piezoelectric element shown in FIG. 1. 図１に示された積層型圧電素子の製造工程における脱脂・焼成後の積層体の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the laminated body after degreasing and baking in the manufacturing process of the multilayer piezoelectric element shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１…積層型圧電素子、２…積層体、３，５…圧電体、４…第１の側面、４ａ，６ａ…一方の縁、４ｂ，６ｂ…他方の縁、６…第２の側面、１１…第１の内部電極、１３…第２の内部電極、２０…ダミー電極、２３…第１の外部電極、２５…第２の外部電極、３０…凹部、Ｂ…不活性部、Ｐ…接続部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laminated piezoelectric element, 2 ... Laminated body, 3, 5 ... Piezoelectric body, 4 ... 1st side surface, 4a, 6a ... One edge, 4b, 6b ... The other edge, 6 ... 2nd side surface, 11 ... 1st internal electrode, 13 ... 2nd internal electrode, 20 ... Dummy electrode, 23 ... 1st external electrode, 25 ... 2nd external electrode, 30 ... Recessed part, B ... Inactive part, P ... Connection part .

Claims (4)

複数の圧電体と複数の内部電極とが交互に積層されてなる積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、所定の前記内部電極と電気的に接続された第１の外部電極と、
前記第１の外部電極の外側に設けられ、前記積層体の積層方向に沿って波状に延在する平板状の第２の外部電極と、を備え、
前記側面には、前記積層方向と直交する方向に沿って延在する凹部が形成されており、
前記第１の外部電極は、前記凹部が延在する方向に対して前記凹部の一方の側から他方の側に延在するように形成され、
前記第１の外部電極と前記第２の外部電極とは、前記凹部が延在する方向に対して前記凹部の一方の側及び他方の側のそれぞれに位置する接続部において電気的且つ物理的に接続されており、
前記積層体において前記凹部が形成された位置には、隣り合う前記圧電体間に介在させられ、前記第１の外部電極と電気的に接続されていないダミー電極が積層されていることを特徴とする積層型圧電素子。 A laminate in which a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes are alternately laminated;
A first external electrode provided on a side surface of the laminate and electrically connected to the predetermined internal electrode;
A flat plate-like second external electrode provided outside the first external electrode and extending in a wave shape along the stacking direction of the laminate,
The side surface is formed with a recess extending along a direction orthogonal to the stacking direction,
The first external electrode is formed so as to extend from one side of the recess to the other side with respect to a direction in which the recess extends.
The first external electrode and the second external electrode are electrically and physically connected to each other at connection portions located on one side and the other side of the recess with respect to a direction in which the recess extends. Connected ,
A dummy electrode that is interposed between the adjacent piezoelectric bodies and is not electrically connected to the first external electrode is laminated at a position where the concave portion is formed in the multilayer body. Laminated piezoelectric element. 前記凹部は、前記側面の一方の縁から他方の縁に渡って延在していることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電素子。   The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the concave portion extends from one edge of the side surface to the other edge. 前記凹部は、前記積層方向から見た際に、少なくとも前記積層体の不活性部の全体と重なるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の積層型圧電素子。   3. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the concave portion is formed so as to overlap at least the entire inactive portion of the multilayer body when viewed from the laminating direction. 前記凹部は、隣り合う前記内部電極間に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の積層型圧電素子。
The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the concave portion is formed between the adjacent internal electrodes.
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