JPH0758373A - 積層型圧電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アクチュエータとして用いる積層型圧電素子
において、内部電極の一層おきの接続工程を簡略化する
とともに、短絡等の接続不良を防止する。 【構成】 圧電材料膜１１と内部電極１２とを交互に積
層した圧電素子において、側面に露出した内部電極１２
の端部に一層おきにニッケルメッキからなる導電性凸部
１６を形成し、その導電性凸部１６の先端を研磨して平
坦部１６ａを形成し、その上に銅粉末３１を含有した導
電膜１３を形成し、その導電膜１３を該凸部１６によっ
て部分的に圧縮させ、その圧縮した部分の導電性粒子３
１が、該凸部１６の平坦部１６ａと接触するようにし、
選択的に導電部１４とすることにより、銅箔（外部電
極）１５と導電性凸部１６ひいては内部電極１２とを電
気的に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電材料の薄膜を多数
枚積層し、電圧を印加することにより縦方向の変位を得
る積層型圧電素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】積層型圧電素子を製造する場合、内部電
極を一層おきに接続する必要があるが、従来の積層コン
デンサ方式を用いると、内部電極面積が素子の断面積よ
り小さいため電界が全面に発生せず、変位を阻害するば
かりでなく不均一な部分に応力集中が発生し、ついには
破壊するという致命的な欠点がある。また、積層時の位
置決めが難しく、多くても数十枚程度の積層枚数が限界
であり、同じ印加電圧の場合、素子の変位量は積層枚数
に比例するため、大きな変位量を発生する素子を製造す
るのは困難であった。

【０００３】この欠点を解消するために、圧電シートの
全面に電極を印刷して積層する方法、すなわち、内部電
極の面積と素子の断面積を等しくする構造が一般的にな
っているが、このよえな構造の場合、内部電極を一層お
きに接続するためには、特開昭６３−１７３５４号公報
に開示されるような方法（図９）や、特開昭６２−２１
１９７４号公報に開示されるような方法（図１０）を用
いて絶縁処理しなければならない。すなわち、図９に示
す積層型圧電素子では、一層おきにガラス等の絶縁物
（絶縁層）４１をスクリーン印刷や電気泳動法により付
着させた後、焼き付けて固着し、その上から外部電極と
なる銀ペースト４２を塗布して、内部電極４３を一層お
きに接続している。また、図１０（ａ），（ｂ）に示す
積層型圧電素子では、同じくガラス等の絶縁層５１を形
成し、一層おきに内部電極５３と絶縁層５１上に形成さ
れた外部電極５２とが電気的に接続されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９お
よび図１０に示す構造の圧電素子では、素子の側面上に
絶縁層を形成する工程と、その上から内部電極を接続す
るための外部電極の形成する工程が必要になるが、いず
れの場合も絶縁層を先に形成し、その後に外部電極を形
成することになるため、同時に行うことができず工程数
が多くなるという欠点がある。また、図９に示す構造の
圧電素子の場合、側面に露出する内部電極４３の端部に
一層おきに絶縁層４１が形成されているが、その方法と
してスクリーン印刷を用いた場合は、非常に正確な位置
精度が必要であり、印刷のズレに加えて印刷のカスレ、
滲み等で本来接続される部分が導通不良になったり、絶
縁される部分が短絡したりすることがあった。電気泳動
法の場合も、素子の駆動電圧に耐えられるだけの厚さの
絶縁層４１を均一に形成することは難しく、同じく絶縁
破壊による短絡等の問題があった。

【０００５】一方、図１０に示す構造の圧電素子では、
絶縁層５１を比較的容易に形成できるが、絶縁層５１上
の外部電極５２と内部電極５３との接続法が難しく、ス
クリーン印刷の場合では位置精度の問題に加えて、素子
面と絶縁層の段差があるため、その段差部分では導電材
ペーストの印刷が難しく、導通不良や短絡不良が問題に
なっていた。さらに、いずれの方法を用いても、絶縁層
や外部電極ペーストを高温で焼成する工程が入り、製造
コストを押し上げる原因になっていた。

【０００６】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、絶縁層を形成する工程を省き工
程を簡略化するととともに、特別な位置決めを必要とし
ないで外部電極と内部電極とを確実に接続し、導通不良
や絶縁不良を防止することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の積層型圧電素子は、その側面上に露出する内
部電極の端部に形成された導電性凸部と、圧電素子の側
面上に連続して形成されるとともに、圧縮することによ
り選択的に導電性を持たせることができる導電膜と、そ
の導電膜上に連続して形成されるとともに、前記導電性
凸部と導電膜を介して電気的に接続された外部電極とを
備え、さらに、前記導電性凸部は、その先端が平坦に形
成されている。また、導電性凸部は金属メッキにより形
成され、その先端が機械加工にて平坦に形成されてい
る。さらに、導電膜は、導電性粒子を含有する樹脂接着
剤によって構成されている。

【０００８】

【作用】上記の構成を有する本発明の積層型圧電素子
は、素子の側面において外部電極および導電膜のみがあ
るにすぎず、絶縁層の形成工程が省略できるとともに、
高温での焼成工程もないため工程が大幅に短縮される。
また、素子側面の導電性凸部によって導電膜を圧縮し、
選択的に導電性を持たせることができるため、位置決め
が不要であり、さらに、導電性凸部の先端が平坦に形成
され、導電性粒子との接触面積が増加するため、安定し
た導電性を持たせることができ、その電気的な接続をよ
り確実なものとし得る。

【０００９】また、導電性凸部は、露出している内部電
極の端部に対して金属メッキにより精度よく形成できる
とともに、その先端が機械加工によって平坦とされると
同時に、メッキによる高さの不揃いも解消され、一層お
きの内部電極をその全てにわたって確実に接続すること
ができる。

【００１０】さらに、導電膜を、導電性粒子を含有した
樹脂接着剤によって構成しているため、高温で焼き付け
たりするなどの工程が必要でなく、素子の製造コストを
抑えることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１２】図１は、本発明による積層型圧電素子の断
面図であり、圧電材料膜１１と内部電極１２とが交互に
重なる積層体の側面において、一層おきに導電性凸部１
６が形成されるとともに、素子の積層方向に全ての圧電
材料膜１１にかかるように導電膜１３が形成され、導電
性凸部１６に接して一層おきに導電部１４を持ってい
る。さらに、その導電膜１３上には外部電極として銅箔
１５が形成され、導電部１４を介して導電性凸部１６ひ
いては内部電極１２と電気的に接続されている。導電膜
１３は、導電性粒子を含有し、かつその含有濃度を膜厚
方向に連続的に変化せしめた１層構造になっている。

【００１３】次に、図１に示される積層型圧電素子の製
造方法を図２〜図７を参照して説明する。

【００１４】先ず、ＰＺＴを主成分とする圧電材料を所
望の組成に混合した後、８５０℃で仮焼成した粉末に５
重量部のバインダーと微量の可塑材および消泡剤を添加
し、有機溶媒中に分散させスラリー状にする。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
リーンシートとする。このグリーンシート上に内部電極
１２としてＰｄペーストをスクリーン印刷し、所定寸法
に打ち抜いたものを所定枚数積層し熱プレスにより一体
化する。脱脂後、約１２００℃で焼結を行い、図２に示
すように、内部電極１２が一層おきに露出するような位
置で切断した焼結体２１に、仮の外部電極２２、２３を
塗布焼き付けし、さらに別の一対の側面２４、２５が露
出するように切断する。

【００１５】そして、図３に示すように、焼結体２１の
一方の側面２４において、導電性凸部を形成する以外の
部分をテープでマスキングし、かつ他方の側面２５全体
をテープでマスキングした状態で、直流電源の負極に仮
の外部電極２２を接続してニッケルメッキ浴中に沈め
る。この状態で５０ｍＡの電流を約５分間流すと、仮の
外部電極２２につながる内部電極１２の端面にニッケル
メッキが成長し、マスキングテープを剥すと、図４に示
すように、ニッケルメッキ製の導電性凸部１６が一層お
きに形成された状態となる。

【００１６】次に、反対側の側面２５にも層をずらして
導電性凸部１６を形成するべく、すでに導電性凸部１６
が形成された側面２４の全体と、側面２５の一部分とを
テープでマスキングして保護した後、負極を仮の外部電
極２３に接続してニッケルメッキを成長させる。これに
より、側面２５においても側面２４と一層ずつずれて導
電性凸部１６が形成される。

【００１７】次いで、導電性凸部１６の先端に平坦部１
６аを形成するべく、研磨などの機械加工により、側面
２４，２５の各導電性凸部１６の先端を削り、高さを均
一に揃える。

【００１８】焼結体２１とは別に、図５に示すように銅
箔１５上に平均粒径２０〜３０μｍの銅粉末（導電性粒
子）３１を含有させた樹脂接着剤、たとえば、熱硬化性
のエポキシ系接着剤を７０μｍ程度の厚さに均一に塗布
し、硬化温度よりも低い温度で加熱して軟化状態にし、
銅粉末（導電性粒子）３１を比重差により沈降させ、さ
らに半硬化の状態にする。これによって、銅粉末（導電
性粒子）３１の含有濃度を膜厚方向に連続的に変化せし
めた１層構造の導電膜１３、すなわち、銅箔１５に近い
がわほど銅粉末（導電性粒子）３１の含有濃度が高く、
銅箔１５から離れるほど含有濃度が低くなり、ついには
銅粉末（導電性粒子）３１をほとんど含有しない、ある
いは全く含有しない１層構造の導電膜１３を形成する。

【００１９】次に、この導電膜１３を素子一個分の必要
寸法に切断し、たとえば、素子の幅より狭い幅で切断
し、導電性凸部１６が形成された焼結体２１の側面２
４、２５に、それぞれ導電性凸部１６にかかるような長
さで仮止めする。そして、一対の平面状の加圧用治具
（図６は一側面がわのみ図示）３５で挟み、均一に荷重
をかけながら全体を１５０℃で３０分間加熱すると、導
電性凸部１６の存在により、その凸部付近の導電膜１３
のみが圧縮されて、図６に示すように、銅箔１５がわに
位置する含有濃度の高い銅粉末（導電性粒子）３１が、
含有濃度の低い部分を突き破って導電性凸部１６の平坦
部１６ａと接触し、かつ外部電極である銅箔１５とも接
触して、導電部１４となり、さらに、導電膜１３が熱に
より硬化して、同膜１３および銅箔１５が素子本体に接
着され、一層おきに内部電極１２と銅箔１５とが電気的
に接続された形となる。

【００２０】このように、対向する側面で層をずらして
一層おきに接続された焼結体２１は、図７に破線で示す
位置で素子１個分に切断された後、銅箔１５の一部に電
力供給用のリード線を取り付け、樹脂外装および分極処
理を施して完成品となる。

【００２１】なお、導電膜１３は、図８に他の実施例と
して示すような２層構造の導電膜３３であつてもよい。
すなわち、図８に示すように、銅箔１５上に平均粒径２
０〜３０μｍの銅粉末（導電性粒子）３１を含有させた
樹脂接着剤、たとえば、熱硬化性のエポキシ系接着剤を
５０μｍ程度の厚さに均一に塗布し、硬化温度よりも低
い温度で加熱して半硬化の状態にし、さらに、その上に
接着剤のみを同様に均一に塗布、加熱して半硬化させ
る。これによって、銅粉末（導電性粒子）３１を含有し
たエポキシ系接着剤からなる層３３ａと、エポキシ系接
着剤のみからなる層３３ｂとの、２層構造の導電膜３３
を形成する。

【００２２】そして、前実施例と同様に、導電性凸部１
６が形成された焼結体２１の側面２４、２５に、それぞ
れ導電性凸部１６にかかるように導電膜３３を仮止めし
た状態で、一対の平面状の加圧用治具で挟み、均一に荷
重をかけながら全体を１５０℃で３０分間加熱すると、
導電性凸部１６の存在により、その凸部付近の導電膜３
３のみが圧縮されて、層３３ａに含有される銅粉末（導
電性粒子）３１が、粒子を含有しない層３３ｂを突き破
って、導電性凸部１６の平坦部１６ａと接触し、かつ、
外部電極である銅箔１５とも接触して、導電部１４とな
り、さらに、導電膜３３の各層３３ａ，３３ｂが熱によ
り硬化して、銅箔１５とともに素子本体に接着され、一
層おきに内部電極１２と銅箔１５とが電気的に接続され
た形となる。

【００２３】この他、本発明は上述した実施例に限定さ
れるものではなく、その主旨を逸脱しない限り種々の変
更を加えることができる。たとえば、導電性粒子３１と
して、銅粉末を用いる代わりに、ニッケル粉末やアル
ミ、インバー合金、銀粉末などの金属粉末を用いてもよ
いし、それらの導電性粒子を適当に混合して用いてもよ
い。また、圧電材料の膜厚などに応じて、導電性粒子の
形状、粒径等も種々変更できる。さらに、銅箔１５の一
方をそのまま延長すればリード線の代わりになる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明の積層型圧電素子は、絶縁層を形成する工程が省略さ
れ、高温での焼成工程もないため大幅に工程を削減で
き、素子の製造コストを抑えることができる。また、素
子側面の導電性凸部によって導電膜を圧縮し、その導電
膜に含有した導電性粒子を導電性凸部に接触させ、選択
的に導電性を持たせることができるため、位置決めが不
要であり、製作がきわめて容易である。さらに、導電性
凸部の先端が平坦に形成され、導電膜に含有した導電性
粒子との接触面積が増加するため、安定した導電性を持
たせることができ、電気的な接続をより確実なものとし
得る。

【００２５】また、導電性凸部は、露出している内部電
極の端部に対して金属メッキにより精度よく形成できる
とともに、その先端が機械加工にて平坦とされ、かつ、
メッキによる高さの不揃いも解消されるので、一層おき
の内部電極をその全てにわたって確実に接続することが
できる。

【００２６】さらに、導電膜を、導電性粒子を含有した
樹脂接着剤によって構成しているため、高温で焼き付け
たりするなどの工程が必要でなく、素子の製造コストを
抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例を示す積層型圧電素子
の断面図である。

【図２】図２は切断された積層焼結体の斜視図である。

【図３】図３は積層焼結体をテープでマスキングした状
態の斜視図である。

【図４】図４は導電性凸部が形成された状態の積層焼結
体の斜視図である。

【図５】図５は銅箔と１層構造の導電膜とを示す断面図
である。

【図６】図６は導電膜および銅箔を加圧する状態の説明
図である。

【図７】図７は導電膜及び銅箔が形成された状態の積層
焼結体の斜視図である。

【図８】図８は他の実施例を示す銅箔と２層構造の導電
膜の断面図である。

【図９】図９は従来の積層型圧電素子の断面図である。

【図１０】図１０は従来の他の積層型圧電素子を示すも
ので、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＢーＢ線断面
図である。

【符号の説明】

１１ 圧電材料膜 １２ 内部電極 １３ 導電膜 １４ 導電部 １５ 銅箔（外部電極） １６ 導電性凸部 １６ａ 平坦部 ３１ 銅粉末（導電性粒子） ３３ 導電膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料と内部電極とが交互に積層され
   ている積層型圧電素子であって、 その積層型圧電素子の側面に露出する内部電極の端部に
   形成された導電性凸部と、 積層型圧電素子の側面上に連続して形成されるととも
   に、圧縮することにより選択的に導電性を持たせること
   ができる導電膜と、 その導電膜上に連続して形成されるとともに、前記導電
   性凸部と導電膜を介して電気的に接続された外部電極と
   を備え、 さらに、前記導電性凸部は、その先端が平坦に形成され
   ていることを特徴とする積層型圧電素子。
2. 【請求項２】 導電性凸部が金属メッキにより形成され
   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。
3. 【請求項３】 導電性凸部の先端が機械加工にて平坦に
   形成されていることを特徴とする請求項２記載の積層型
   圧電素子。
4. 【請求項４】 導電膜は、導電性粒子を含有する樹脂接
   着剤からなる層と、樹脂接着剤のみからなる層との、２
   層構造であることを特徴とする請求項１ないし３のいず
   れかに記載の積層型圧電素子。
5. 【請求項５】 導電膜は、導電性粒子を含有する濃度を
   膜厚方向に変化せしめた１層構造であることを特徴とす
   る請求項１ないし３のいずれかに記載の積層型圧電素
   子。