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JPH07226541A - 積層型圧電素子 - Google Patents

積層型圧電素子

Info

Publication number
JPH07226541A
JPH07226541A JP6015083A JP1508394A JPH07226541A JP H07226541 A JPH07226541 A JP H07226541A JP 6015083 A JP6015083 A JP 6015083A JP 1508394 A JP1508394 A JP 1508394A JP H07226541 A JPH07226541 A JP H07226541A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conductive
protrusions
external electrode
piezoelectric element
insulating film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6015083A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuo Okawa
康夫 大川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brother Industries Ltd filed Critical Brother Industries Ltd
Priority to JP6015083A priority Critical patent/JPH07226541A/ja
Publication of JPH07226541A publication Critical patent/JPH07226541A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部電極と内部電極を一層おきに確実に接続
し、導通不良や絶縁不良を防止すると共に、外部電極と
素子本体とを強力に接着することにより、剥がれ等の不
良を防止することができる積層型圧電素子を提供するこ
と。 【構成】 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16
を形成すると共に、素子の積層方向に全ての圧電材料膜
11にかかるように絶縁膜13を形成する。さらに、そ
の上に、突起15aを有した銅箔15を外部電極として
形成し、この外部電極は、突起15aと導電性凸部16
との接触を介して内部電極12と電気的に接続される。

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】従来、積層型の圧電素子を製造する場
合、内部電極を一層おきに外部電極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ことは困難であった。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、即ち、内部電極の面積と素子の面積を等し
くする構造が一般的になっている。そして、その一例と
して、図8及び図9に示すような方法が考えられてい
る。
【0003】まず、図8(a)に示すように、内部電極
72が印刷された膜状の圧電材料71を一層おきに内部
電極72の端部が露出するように積層し、焼結して焼結
体70を形成する。そして、内部電極72の端部が一層
おきに露出している側面に仮の外部電極73,74を塗
布し、その仮の外部電極73を陰極として電気メッキを
行うと、図8(b)に示すように、電気メッキ法による
導電性凸部75が一層おきに形成された状態となる。
【0004】以下、焼結体70の縦断面図で説明する。
図9(a)に示すように、導電性凸部75及び内部電極
72の端部に電着塗装法等により樹脂成分76を電着さ
せ、150℃前後で焼き付けすると、図9(b)に示す
ように、絶縁層77が形成される。
【0005】一方、図9(c)に示すように、熱圧着が
可能で、且つ加圧部分のみ一方向への導電性を持ち、導
電性粒子80を含有した異方性導電膜78と、外部電極
となる銅箔79とを貼り合わせたものを用意し、図9
(d)に示すように、熱圧着すると、異方性導電膜78
は導電性凸部75と対向した部分のみが他の部分より高
い圧力で部分的に加圧されることになり、その結果、高
い圧力で加圧された部分の導電性粒子80が絶縁層77
を突き破り、導電性凸部75及び銅箔79と接触するこ
とになり、一層置きの内部電極72が銅箔79に電気的
に接続される。
【0006】同様の方法で、反対側の側面で層をずらし
て一層おきの内部電極と銅箔とを接続した焼結体70
は、リード線の取り付け、樹脂外装及び分極処理等の工
程を経て完成品となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような積層型圧電素子では、絶縁層77を突き破り、外
部電極79と内部電極75とを接続する媒体として導電
性粒子80を用いているため、次のような問題が生じ
た。
【0008】導電性粒子80の粒子の大きさには、ばら
つきがあり、その分散状態も場所により異なっているの
で、加圧されても導電性粒子80が導電性凸部75まで
届かず電気的に接続されない層ができたり、逆に、導電
性凸部75のない、本来絶縁されるべき層が導通してし
まうことあった。また、導電性粒子80の存在により銅
箔79の接着力が弱くなり、素子の駆動中に剥がれてし
まうことがあった。
【0009】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、外部電極を一層置きの内部電極
に確実に接続し、導通不良や絶縁不良を防止すると共
に、外部電極と素子本体とを強力に接着することによ
り、剥がれ等の不良を防止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している。
【0010】
【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、圧電材料と内部電極とが
交互に積層されている積層体の側面において、一層おき
の内部電極の端部に形成された導電性凸部と、前記導電
性凸部が形成された積層体の前記側面の全体を覆う絶縁
膜と、前記積層体と対向する面に高さが一様に等しい多
数の突起を有し、前記絶縁膜の上面側から積層体に向け
て圧縮することにより、前記各突起が前記絶縁膜を突き
破り、前記各導電性凸部に接触する前記突起を介して前
記内部電極と電気的に接続される外部電極とを備えてい
る。
【0011】また、前記外部電極の各突起の幅を前記導
電性凸部の幅より狭く形成することが望ましい。
【0012】さらに、隣合う前記各導電性凸部同志の間
に前記突起が複数個存在するような間隔で、前記各突起
を外部電極に配列することが望ましい。
【0013】
【作用】上記の構成を有する本発明の積層型圧電素子
は、前記絶縁膜を突き破り導電性凸部と接触する突起
が、外部電極と一体的に形成されており、しかも高さが
一様に等しく形成されているので、各導電性凸部に対し
て、少なくとも一つの前記突起が確実に接触し、導電性
凸部を介して内部電極と外部電極とが電気的に接続さ
れ、導電性凸部の形成されていない内部電極には、前記
突起が接触しないため確実に絶縁される。
【0014】
【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を図面を参
照して説明する。
【0015】図1に本発明による積層型圧電素子の断面
図を示す。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16
が形成されると共に、素子の積層方向に全ての圧電材料
膜11にかかるように絶縁膜13が形成されている。さ
らに、その上には、突起15aを有した銅箔15が、外
部電極として形成され、この外部電極は、導電性凸部1
6を介して内部電極12と電気的に接続されている。
【0016】次に、図1に示される積層型圧電素子の製
造方法について図面を参照して説明する。
【0017】まず、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を
主成分とする圧電材料を所望の組成に混合した後、85
0℃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(パラジウ
ム)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。
【0018】そして、焼結体21の一方の側面24にお
いて、導電性凸部16を形成する部分を残して他の全て
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3に示すよう
に、ニッケルメッキ製の導電性凸部16が一層置きに形
成された状態となる。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、既に導電性凸
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。
【0019】洗浄後、直流電源の負極を仮の外部電極2
2、23に接続し、所定量の顔料を添加したエポキシカ
チオン電着塗料浴中に沈め、100Vの電圧を2分間か
けると、図4に示すように、導電性凸部16が形成され
ている内部電極12は、導電性凸部16の表面に、エポ
キシカチオン電着塗料が電着し、導電性凸部16が形成
されていない内部電極12は、その端部にエポキシカチ
オン電着塗料が電着する。その後、オーブン中で150
℃で30分間加熱処理すると、エポキシ樹脂成分が硬化
する過程で流動性を持つため、図5に示すように平坦化
され、絶縁膜13となる。
【0020】また、焼結体21とは別に、図6に示すよ
うに、ローラー等で加工することにより銅箔15の片面
に突起15aを多数形成し、その表面に熱硬化性のエポ
キシ系接着剤を塗布したものを用意しておく。この突起
15aは、導電性凸部16の幅の約4分の1程度の幅で
形成され、また、隣合う導電性凸部16同志の間にこの
突起15aが3個程度存在するような間隔で形成されて
いる。
【0021】これを図7に示すように焼結体21の側面
24、25にそれぞれの導電性凸部にかかるような大き
さに切断し、突起15aと絶縁膜13とが向かい合うよ
うに仮止めする。そして、ほぼ180℃に熱した一対の
平面状の加圧用治具(図7は一側面がわのみ図示)53
ではさみ、数kgの荷重をかけて熱圧着すると、導電性
凸部の部分のみが他の部分よりも高い圧力で部分的に加
圧され、その結果、図1に示すように高い圧力で加圧さ
れた部分のみ銅箔15の突起15aが、絶縁膜13を突
き破り、導電性凸部16と接触し、一層置きの内部電極
12が銅箔15とが接続された状態となる。
【0022】そして、互いに反対向きの各側面24,2
5で層をずらして一層置きの各内部電極12に銅箔15
を接続した焼結体21は、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。
【0023】このように、本実施例の積層型圧電素子に
おいては、絶縁膜13を突き破り導電性凸部16と接触
する突起15aが、外部電極15と一体的に形成されて
おり、しかも高さが一様に等しく形成されているので、
各導電性凸部16に対して、少なくとも一つの突起15
aが確実に接触し、導電性凸部を介して内部電極12と
外部電極15が電気的に接続され、また、導電性凸部1
6の形成されていない内部電極12には、突起15aが
接触しないため確実に絶縁される。
【0024】また、突起15aを有していることによ
り、従来と比較して、外部電極15と素子本体との接着
面積が増加し、外部電極15と素子本体とを強力に接着
することができるので、剥がれ等の不良を防止すること
ができる。
【0025】さらに、本実施例においては、各突起15
aを導電性凸部16の幅の約4分の1程度の幅で、比較
的狭く形成しているので、絶縁膜13を突き破りやす
く、比較的弱い圧力で内部電極12と銅箔15を接続す
ることができる。そして、突起15aは、隣合う導電性
凸部16同志の間に、3個程度存在するような間隔で形
成されているので、導電性凸部16の数に対して、突起
15aが多数存在し、その配列方向に位置決めすること
なく銅箔15を圧着しても、いずれかの突起15aを各
導電性凸部16に確実に接触させることができる。
【0026】尚、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。例えば、ニッケルメッキの代わり
にクロムメッキや銅メッキを用いても同様の効果を得る
ことができる。また、一層置きの各導電性凸部に接続可
能であれば、突起の数、幅及び間隔は任意に変更可能で
あり、その形状は、矩形だけでなく、先端が細くなった
山型形状や波型形状に形成しても良い。
【0027】
【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によれば、外部電極と内部電極と
を一層おきに確実に接続することができるので、導通不
良や絶縁不良の発生を防止することができ、また、外部
電極を積層体に強力に接着することができるので、剥が
れ等の不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例の積層型圧電素子の断面図である。
【図2】切断された積層焼結体の斜視図である。
【図3】導電性凸部が形成された状態の焼結体の斜視図
である。
【図4】エポキシカチオン電着塗料が電着された状態を
示す断面図である。
【図5】エポキシカチン電着塗料が加熱により流動した
状態を示す断面図である。
【図6】突起が形成された銅箔の断面図である。
【図7】突起を形成した銅箔を積層体に加圧する状態を
示す説明図である。
【図8】従来の積層型圧電素子の説明図である。
【図9】従来の積層型圧電素子の説明図である。
【符号の説明】
11 圧電材料膜 12 内部電極 13 絶縁膜 15 銅箔 15a 突起 16 導電性凸部

Claims (3)

    【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
    ている積層体の側面において、 一層おきの内部電極の端部に形成された導電性凸部と、 前記導電性凸部が形成された積層体の前記側面の全体を
    覆う絶縁膜と、 前記積層体と対向する面に高さが一様に等しい多数の突
    起を有し、前記絶縁膜の上面側から積層体に向けて圧縮
    されることにより、前記各突起が前記絶縁膜を突き破
    り、前記各導電性凸部に接触する前記突起を介して前記
    内部電極と電気的に接続される外部電極と、 を備えたことを特徴とする積層型圧電素子。
  2. 【請求項2】 前記外部電極の各突起の幅を前記導電性
    凸部の幅より狭く形成したことを特徴とする請求項1に
    記載の積層型圧電素子。
  3. 【請求項3】 隣合う前記各導電性凸部同志の間に前記
    突起が複数個存在するような間隔で、前記各突起を外部
    電極に配列したことを特徴とする請求項1に記載の積層
    型圧電素子。
JP6015083A 1994-02-09 1994-02-09 積層型圧電素子 Pending JPH07226541A (ja)

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