JP2958505B2 - 積層型圧電体素子の内部電極と外部電極の接続構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、積層型圧電体素子に
関し、詳しくは、上・下面に形成された外部電極と圧電
体層間に配設された内部電極とを電気的に接続するため
の接続構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電体を利用した積層型圧電アクチュエ
ータとしては、例えば、図４に示すように、複数の圧電
体層５１の間に部分電極構造を有する内部電極５２を配
設するとともに、圧電体層５１と内部電極５２からなる
積層体５３の、内部電極５２が引き出された側面からそ
の上・下面に回り込むように外部電極５４を配設してな
る積層型圧電体素子５５を、金属板５６を介して複数個
積み重ね、所定の金属板５６をリード線５７により接続
するとともに、ばね圧により固定した構造の積層型圧電
アクチュエータが提案されている。

【０００３】なお、上記の積層型圧電アクチュエータを
構成する積層型圧電体素子５５においては、内部電極５
２は、図５に示すように、一層おきに逆側の側面の外部
電極５４（図４）と導通するように交互に逆側の端部に
引き出されている。

【０００４】また、外部電極５４としては、内部電極５
２との導通の確実性を考慮して厚膜電極が用いられてい
る。

【０００５】そして、この積層型圧電アクチュエータに
おいては、各積層型圧電体素子５５の間に挿入された金
属板５６と各積層型圧電体素子５５の上・下面にまで回
り込むように形成された外部電極５４とを接触させるだ
けで、内部電極５２と金属板５６との導通が得られると
いう長所がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の積層型
圧電アクチュエータにおいては、積層型圧電体素子５５
の外部電極５４が積層体５３の側面から上・下面にまで
回り込むように形成されているため、図６に示すよう
に、積層体５３の角部において外部電極５４に盛上り
（こぶ）５８が発生し、積層型圧電体素子５５の上・下
面の平坦性が損われる。そのため、複数の積層型圧電体
素子５５を金属板５６を介して積み重ねた場合に、積重
ね状態（連結固定状態）が不安定になり、確実に固定す
ることができなかったり、積層型圧電アクチュエータと
して使用した場合に、外力によって破壊が生じたりする
というような問題点がある。

【０００７】この発明は、上記問題点を解決するもので
あり、積層型圧電体素子の上・下面の平坦性を損うこと
なく、上・下面に形成された外部電極と圧電体層間に配
設された内部電極とを確実に接続することが可能な積層
型圧電体素子の内部電極と外部電極の接続構造を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の積層型圧電体素子の内部電極と外部電極
の接続構造は、複数の圧電体層と、圧電体層間に配設さ
れた内部電極と、内部電極が引き出された側面、及び上
・下面に形成された外部電極とを備えてなる積層型圧電
体素子の、前記内部電極を前記上・下面の外部電極の少
なくとも一方に接続するための接続構造であって、上・
下面の外部電極に近い圧電体層にポアを形成するととも
に、その内部に導電材料を浸透させ、該導電材料及び側
面に形成された外部電極を介して、各内部電極と上・下
面の外部電極とを導通させるようにしたことを特徴とす
る。

【０００９】なお、この発明は、内部電極を上・下面の
外部電極の両方に接続する場合に限らず、内部電極を上
・下面の外部電極のいずれか一方にのみ接続する場合の
接続構造をも含むものである。

【００１０】この発明の積層型圧電体素子の内部電極と
外部電極の接続構造において、所定の圧電体層に選択的
にポアを形成するための方法としては、例えば、ポアを
形成することを意図しない圧電体層のグリーンシートに
は脱泡処理を行う一方、ポアを形成すべき圧電体層のグ
リーンシートに対しては脱泡処理を行わなかったり、あ
るいは、積極的に気泡を混入させる処理を施したりする
ことによりポアを形成する方法を用いることが可能であ
る。

【００１１】また、ポアに導電材料を浸透させる方法と
しては、上記のようにしてポアを形成した圧電体層のグ
リーンシートに導電ペーストを塗布し、焼成することに
より、圧電体層のポア内に導電材料を浸透させる方法な
どを用いることができる。

【００１２】なお、所定の圧電体層に選択的にポアを形
成するとともに、ポア内に導電材料を浸透させる方法
は、上記の方法に限られるものではなく、さらに他の方
法を用いることも可能である。

【００１３】

【作用】この発明の積層型圧電体素子の内部電極と外部
電極の接続構造においては、外部電極に近い位置にある
圧電体層に、選択的にポアを形成するとともに、その内
部に導電材料を浸透させることにより、該圧電体層に導
電性が付与される。したがって、従来の積層型圧電体素
子のように、側面に形成された外部電極（各内部電極と
導通している）を、その上・下面にまで回り込ませるこ
となく、側面に形成された外部電極と、導電性が付与さ
れた圧電体層を介して、各内部電極と上・下面の外部電
極とを導通させることが可能になる。

【００１４】それゆえ、従来の積層型圧電体素子のよう
に、積層体の側面に形成された外部電極を上・下面にま
で回り込ませた場合に見られるような、積層体の角部に
おける外部電極（厚膜電極）の盛上り（こぶ）の発生を
防止して、積層型圧電体素子の上・下面の平坦性を確保
しつつ、各内部電極と上・下面の外部電極とを確実に導
通させることが可能になる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例を示してその特徴と
するところをさらに詳しく説明する。図１は、この発明
の一実施例にかかる接続構造により内部電極と外部電極
を接続した積層型圧電体素子を示す断面図である。

【００１６】この積層型圧電体素子５は、積層された複
数の圧電体層（チタン酸ジルコン酸鉛系材料からなる圧
電体層）１と、複数の圧電体層１間に配設された内部電
極２と、複数の圧電体層１と内部電極２とを備えてなる
積層体３の内部電極２が引き出された側面に形成された
外部電極４ａ，４ｂと、積層体３の上・下面に形成され
た外部電極１４ａ，１４ｂとを備えて構成されている。

【００１７】そして、上・下面の外部電極１４ａ，１４
ｂに近い位置にある圧電体層１（すなわち最上層１（１
ａ）及びその次の圧電体層１（１ｂ）及び最下層の圧電
体層１（１ｃ）及びその次の圧電体層１（１ｄ））の中
央部にはポア１０ａ，１０ｂが形成されているととも
に、その内部には、導電材料（導通用電極）１１（１１
ａ，１１ｂ）が配設されている。なお、この実施例の積
層型圧電体素子５においては、上・下面の外部電極１４
ａ，１４ｂに最も近い内部電極２（２ａ），２（２ｃ）
は、側面の外部電極４ａ，４ｂとは導通せず、浮いた状
態で配設されており、中継電極として機能するように構
成されている。

【００１８】そして、ポア１０ａ内の導電材料１１（１
１ａ）及び中継電極として機能する内部電極２ａを介し
て、最上層から２番目の内部電極２ｂが上面の外部電極
１４ａと導通するとともに、一方の側面（左側の側面）
に引き出されて外部電極４ａに接続された各内部電極２
は、外部電極４ａ→内部電極２ｂ→導電材料１１ａ→内
部電極２ａ→導電材料１１ａという経路を経て上面の外
部電極１４ａに接続されている。

【００１９】また、ポア１０ｂ内の導電材料１１（１１
ｂ）及び中継電極として機能する内部電極２ｃを介し
て、最下層から２番目の内部電極２ｄが下面の外部電極
１４ｂに導通するとともに、他方の側面（右側の側面）
に引き出されて外部電極４ｂに接続された各内部電極２
は、外部電極４ｂ→内部電極２ｄ→導電材料１１ｂ→内
部電極２ｃ→導電材料１１ｂという経路を経て下面の外
部電極１４ｂに接続されている。

【００２０】したがって、この実施例の積層型圧電体素
子５においては、積層体３の側面に形成された外部電極
４ａ，４ｂを、上・下面にまで回り込ませることなく、
積層体３の側面に形成された外部電極４ａ，４ｂと内部
電極２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，及び導電材料１１ａ，１
１ｂを介して、各内部電極２と上・下面の外部電極１４
ａ，１４ｂとを導通させることが可能になる。

【００２１】それゆえ、従来の積層型圧電体素子のよう
に、積層体の側面に形成された外部電極を、上・下面に
まで回り込ませた場合に見られるような角部における外
部電極（厚膜電極）の盛上り（こぶ）の発生を防止し
て、積層型圧電体素子５の上・下面の平坦性を確保しつ
つ、内部電極２と上・下面の外部電極１４ａ，１４ｂと
を確実に導通させることが可能になる。なお、上記実施
例の積層型圧電体素子５においては、内部電極２と上・
下面の外部電極１４ａ，１４ｂとを１０Ω以下の抵抗で
導通させることができる。

【００２２】次に、上記実施例の積層型圧電体素子の製
造方法について説明する。上記積層型圧電体素子を製造
するにあたっては、通常の積層型圧電体素子の製造方法
と同様に、まず、圧電体層（グリーンシート）を製造す
るために、原料を秤量し、粉砕してバインダとともに混
合し、脱泡した後、シート状に成形し、所定の形状に打
抜く。それから、これに内部電極を印刷する。

【００２３】なお、ポアを形成することを意図しない圧
電体層のグリーンシートについては脱泡処理を施す（グ
リーンシートにポアが生じると隣接するグリーンシート
間で短絡が生じるため、通常のグリーンシートには脱泡
処理が施される）一方、ポアを形成すべき圧電体層のグ
リーンシートに対しては脱泡処理を施さないことによっ
てポアを形成する。なお、単に脱泡処理を施さないだけ
ではなく、積極的に気泡を混入させる処理（攪拌など）
を施すことにより、所定の圧電体層のグリーンシートに
ポアを形成するようにしてもよい。

【００２４】それから、グリーンシートに電極材料（例
えば導電ペースト）を所定のパターンで印刷し、各圧電
体層（グリーンシート）を積層圧着した後、所定の焼成
温度で焼成することにより積層体を得る。この積層体に
おいては、圧電体層間に所定のパターンの内部電極が配
設されているとともに、ポアの形成された所定の圧電体
層においては、そのポア内に導電材料が浸透して導電性
を有するに至っている。

【００２５】次に、得られた積層体の上・下面をラップ
し、内部電極が引き出された側面及び上・下面に外部電
極を形成する（このとき、上・下面の外部電極が積層体
の角部にまで達しないようにする）ことにより、図１に
示すような積層型圧電体素子５が得られる。

【００２６】そして、この積層型圧電体素子５は上・下
面が平坦であるため、図２に示すように、複数の積層型
圧電体素子５を金属板６を介して積み重ね、ばね圧など
の機械的な力により固定することによって積層型圧電ア
クチュエータを形成する場合、積層型圧電体素子５を安
定して積み重ねることができるため、複数の積層型圧電
体素子５を確実に連結固定して信頼性の高い積層型圧電
アクチュエータを得ることができる。

【００２７】また、図３に示すように、積層型圧電体素
子５の上・下面に、互に異なる側面に引き出された各内
部電極２が導通する２つの外部電極１４ａ，１５ａと１
４ｂ，１５ｂを形成し（但し、最上層及び最下層の圧電
体層１（１ａ），１（１ｃ）の上記外部電極１４ａ，１
４ｂ，１５ａ，１５ｂが形成された部分にはポア１２
ａ，及び１２ｂが形成され、その内部には導電材料１３
ａ，１３ｂが浸透させられている）、接合面において互
に対向する外部電極１４ａと１４ｂ、及び１５ａと１５
ｂを直接に接続させるとともに、各積層型圧電体素子５
を接着剤９により接着することにより、金属板を配設し
たり、あるいは、リード線を半田付けして側面に形成さ
れた外部電極を接続したりすることを不要にし、積層型
圧電アクチュエータの構造及び製造方法を簡略化するこ
とが可能になる。

【００２８】なお、上記実施例では、上・下面の外部電
極が形成される最上層とその次の圧電体層、及び最下層
とその次の圧電体層にポアを形成し、その内部に導電材
料を浸透させて導電性を付与した場合（図１）と、最上
層と最下層の圧電体層にのみポアを形成し、その内部に
導電材料を浸透させて導電性を付与した場合（図３）に
ついて説明したが、この発明において、選択的にポアを
形成し、その内部に導電材料を浸透させて導電性を付与
すべき圧電体層はこれらに限られるものではなく、必要
に応じて上・下面の外部電極に近い複数の圧電体層に導
電材料を浸透せしめて導電性を付与するように構成する
ことも可能である。なお、その場合には、より導通性を
得やすくするために、ポアの形成された各グリーンシー
トに電極材料を印刷することが好ましい。

【００２９】なお、この発明は、その他の点においても
上記実施例に限定されるものではなく、圧電体層を構成
する材料の種類や組成、あるいは圧電体層の具体的な形
状や積層数、ポアに浸透させるべき導電材料の種類、内
部電極及び外部電極の構成材料やそのパターンなどに関
し、発明の要旨の範囲内において、種々の応用、変形を
加えることができる。

【００３０】

【発明の効果】上述のように、この発明の積層型圧電体
素子の内部電極と外部電極の接続構造は、上・下面の外
部電極に近い圧電体層にポアを形成するとともに、その
内部に導電材料を浸透させ、該導電材料及び側面に形成
された外部電極を介して、各内部電極と上・下面の外部
電極とを導通させるようにしているので、従来の積層型
圧電体素子のように、外部電極を側面から上・下面にま
で回り込ませて形成する必要がなくなり、上・下面の平
坦性を確保しつつ、上・下面に形成された外部電極と圧
電体層間に配設された内部電極とを確実に接続すること
が可能になる。

【００３１】したがって、複数の積層型圧電体素子を積
み重ねて積層型圧電アクチュエータを構成する場合に、
積層型圧電体素子の積重ね（連結固定）の安定性に優
れ、かつ外力によって破壊したりすることがなく、信頼
性の高い積層型圧電アクチュエータを得ることが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる積層型圧電体素子
を示す断面図である。

【図２】この発明の一実施例にかかる積層型圧電体素子
を積み重ねて構成した積層型圧電アクチュエータの要部
を示す断面図である。

【図３】この発明の一実施例にかかる積層型圧電体素子
を積み重ねて構成した他の積層型圧電アクチュエータの
要部を示す断面図である。

【図４】従来の積層型圧電アクチュエータを示す断面図
である。

【図５】従来の積層型圧電アクチュエータを構成する積
層型圧電体素子の内部電極のパターンを示す分解斜視図
である。

【図６】従来の積層型圧電アクチュエータの要部を示す
断面図である。

【符号の説明】

１ 圧電体層 ２ 内部電極 ３ 積層体 ４ａ，４ｂ 側面に形成された外
部電極 ５ 積層型圧電体素子 ６ 金属板 ９ 接着剤 １０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂ ポア １１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂ 導電材料 １４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ 上・下面に形成さ
れた外部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 41/083

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の圧電体層と、圧電体層間に配設さ
   れた内部電極と、内部電極が引き出された側面、及び上
   ・下面に形成された外部電極とを備えてなる積層型圧電
   体素子の、前記内部電極を前記上・下面の外部電極の少
   なくとも一方に接続するための接続構造であって、 上・下面の外部電極に近い圧電体層にポアを形成すると
   ともに、その内部に導電材料を浸透させ、該導電材料及
   び側面に形成された外部電極を介して、各内部電極と上
   ・下面の外部電極とを導通させるようにしたことを特徴
   とする積層型圧電体素子の内部電極と外部電極の接続構
   造。