專利名稱：壓電元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以內(nèi)部電極為中介疊積壓電體的疊層型壓電元件。詳細(xì)而言，本發(fā)明涉及具有防止內(nèi)部電極間的電荷遷移用的結(jié)構(gòu)的壓電元件。
背景技術(shù)：
以往，已知使用將內(nèi)部電極與壓電體層交替疊積的疊層型壓電體的壓電元件。
專利文獻(xiàn)1中，揭示使用這種疊層型壓電元件的壓電促動(dòng)器。圖15是示出專利文獻(xiàn)1記載的壓電促動(dòng)器的概略立體圖。壓電促動(dòng)器101具有壓電體102。壓電體102中將多個(gè)內(nèi)部電極103a～103e交替疊積。使內(nèi)部電極103a～103e在壓電體102的整個(gè)側(cè)面露出。
在壓電體102的第1側(cè)面102a形成絕緣層104a、104b、104c，使其覆蓋內(nèi)部電極103a、103c、103e的露出部分。在與第1側(cè)面102a對置的第2側(cè)面102b形成絕緣層105a、105b。將絕緣層105a、105b設(shè)置成覆蓋內(nèi)部電極103b、103d露出在側(cè)面102b的部分。
在第1、第2側(cè)面102a、102b形成外部電極106、107，使其在上下方向延伸。使外部電極106在內(nèi)部電極103b、103d的側(cè)面102a上電連接內(nèi)部電極103b、103d。另一方面，使第2外部電極107在側(cè)面102b上電連接內(nèi)部電極103a、103c、103e。
另一方面，專利文獻(xiàn)2中，揭示圖16所示的壓電促動(dòng)器。壓電促動(dòng)器111使用疊層型壓電體112。在壓電體112內(nèi)，以壓電體層為中介疊積多個(gè)內(nèi)部電極113a～113e。壓電體層112的第1側(cè)面112a在內(nèi)部電極113a、113c、113e露出到第1側(cè)面112a的部分形成凹部112c～112e。此凹部112c～112e中分別填充絕緣材料114a～114c。內(nèi)部電極113a、113c、113e露出到與第1側(cè)面112a對置的第2側(cè)面112b。另一方面，在內(nèi)部電極113b、113d露出到第2側(cè)面112b的部分也同樣設(shè)置凹部112f、112g，該凹部112f、112g也填充絕緣材料115a、115b。內(nèi)部電極113b、113d露出到第2側(cè)面112a。而且，在第1、第2側(cè)面112a、112b分別形成第1、第2外部電極116、117。
壓電促動(dòng)器101、111都在第1、第2外部電極106、107之間或第1、第2外部電極116、117之間施加電場，從而能使壓電體層在厚度方向伸縮，當(dāng)作促動(dòng)器進(jìn)行工作。
另一方面，作為疊層型壓電促動(dòng)器，也知道圖17所示的壓電促動(dòng)器。壓電促動(dòng)器121具有疊層型壓電體122。這里，壓電體122內(nèi)，在厚度方向交替配置多個(gè)內(nèi)部電極123a～123e。將內(nèi)部電極123a、123c、123e引出到第2側(cè)面122b而不到達(dá)第1側(cè)面122a。另一方面，內(nèi)部電極123b、123d露出到第1側(cè)面122a而不到達(dá)第2側(cè)面122b。因此，通過從形成在側(cè)面122a、122b的外部電極126、127施加電壓，能使其當(dāng)作促動(dòng)器進(jìn)行工作。
可是，任一壓電促動(dòng)器101、111、121，都在壓電體102、121、122的側(cè)面(即不形成外部電極的側(cè)面)露出內(nèi)部電極103a～103e、113a～113e、123a～123e。而且，厚度方向相鄰的內(nèi)部電極連接不同的電位，所以有可能在壓電體102、112、122的側(cè)面上內(nèi)部電極之間產(chǎn)生電荷遷移。
因此，專利文獻(xiàn)1中，提出的結(jié)構(gòu)用外裝樹脂覆蓋壓電體的整個(gè)側(cè)面，以便覆蓋疊層型壓電體102，即不僅內(nèi)部電極103a～103e露出在壓電體102的側(cè)面的部分，而且第1、第2外部電極106、107都得到覆蓋。這里，第1、第2外部電極被導(dǎo)線引出到外部，除引出該導(dǎo)線的部分外，壓電體的整個(gè)側(cè)面均由外裝樹脂覆蓋。
又，作為外裝樹脂，采用堿金屬和/或堿土類金屬含量小于等于800ppm的外裝樹脂。由于堿金屬和/或堿土類金屬含量小于等于800ppm，抑制堿金屬和/或堿土類金屬離子集中到負(fù)極側(cè)的內(nèi)部電極，從而認(rèn)為抑制電荷遷移。再者，關(guān)于含有堿金屬和/或堿土類金屬的樹脂材料，認(rèn)為氟樹脂或硅樹脂較佳。
另一方面，專利文獻(xiàn)2中，為了抑制電荷遷移，提出的結(jié)構(gòu)形成覆蓋層，使其覆蓋所述壓電促動(dòng)器111的壓電體112的側(cè)面。專利文獻(xiàn)2中，也在第1、第2外部電極116、117連接導(dǎo)線，并且除引出該導(dǎo)線的部分外，形成所述覆蓋層。又，所述覆蓋層由氧化銅、氧化鎳、氧化錫、氧化鋅、氧化鉻和氧化鐵中的至少1種組成，具有電絕緣性，所以認(rèn)為能防止電荷遷移。
再者，專利文獻(xiàn)3揭示在壓電促動(dòng)器的連接不同電位的電極之間連接作為另外的部件的電荷泄放單元的電路。這里，認(rèn)為通過連接電荷泄放單元使熱電效應(yīng)造成的極化度劣化得到抑制。
專利文獻(xiàn)1特開平3-12974號公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2003-17768號公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開昭60-249877號公報(bào)如上述壓電促動(dòng)器101、111、121那樣使用疊層型壓電體的壓電元件中，在內(nèi)部電極的兩側(cè)配置壓電體。壓電體一般具有熱電性。因此，疊層型壓電元件中，在溫度升高或降低時(shí)，由于熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電荷。
各壓電體層在厚度方向受到極化的壓電促動(dòng)器中，溫度升高時(shí)產(chǎn)生的電荷造成的電壓的方向與對壓電體進(jìn)行極化時(shí)加在壓電體層的電壓方向相同。而且，極化時(shí)在該方向形成飽和極化，所以即使產(chǎn)生所述熱電效應(yīng)造成的電荷，也不發(fā)生不良影響。
然而，溫度降低時(shí)產(chǎn)生的電荷造成的電壓的方向與極化時(shí)施加的電壓方向相反。因此，存在極化度因熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷而減小的問題。
而且，溫度降低時(shí)減小的極化度，在溫度接著升高時(shí)不恢復(fù)到原來的極化度。因此，可知壓電促動(dòng)器等的疊層型壓電元件重復(fù)受到溫度變化時(shí)，極化度逐漸減小。尤其是為了加大位移量，使壓電體的厚度減小，或使壓電體層的介電常數(shù)加大，或?qū)C(jī)電耦合系數(shù)取大時(shí)，熱電效應(yīng)造成的電荷量較大。因此，上述問題常更顯著。
雖然已有的壓電促動(dòng)器由于壓電體層較厚，不太能看出上述問題，但隨著近年壓電促動(dòng)器小型化不斷進(jìn)展，上述熱電效應(yīng)造成的極化度減小成為大問題。
上述專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2記載的防止電荷遷移用的外裝樹脂或覆蓋層，不能防止這種熱電效應(yīng)造成的極化度減小。
再者，上述專利文獻(xiàn)3揭示在壓電促動(dòng)器的連接不同電位的電極之間連接作為另外的部件的電荷泄放單元的電路，但這種多路結(jié)構(gòu)中，部件數(shù)量增多，而且不能進(jìn)行使用疊層型壓電元件的設(shè)備的小型化。
本發(fā)明的目的在于提供一種壓電元件，其中消除上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)，不需要其它部件，不僅能有效防止疊層型壓電元件的多個(gè)內(nèi)部電極間的電荷遷移，而且即使重復(fù)受到溫度變化時(shí)也能抑制熱電效應(yīng)造成的極化度減小。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種壓電元件，包含具有上表面、下表面和連接上表面與下表面的至少一個(gè)側(cè)面的壓電體；以及配置在所述壓電體內(nèi)平行于所述上表面和下表面，而且露出到所述側(cè)面的多個(gè)內(nèi)部電極，以所述多個(gè)內(nèi)部電極為中介疊積構(gòu)成所述壓電體的多個(gè)壓電體層，所述多個(gè)內(nèi)部電極具有連接第1電位的第1內(nèi)部電極和連接與第1電位不同的第2電位的第2內(nèi)部電極，還包含以分別電連接所述第1、第2內(nèi)部電極的方式形成在所述壓電體的側(cè)面的第1、第2外部電極，其中，還包含設(shè)置成覆蓋所述第1、第2內(nèi)部電極露出在所述側(cè)面的部分中除電連接第1、第2外部電極的部分以外的部分，而且散布導(dǎo)電粒子的防遷移用外裝材料。
本發(fā)明壓電元件的某一特定方面中，在所述壓電體的厚度方向，交替配置所述第1、第2內(nèi)部電極。
本發(fā)明壓電元件的另一特定方面中，使所述防遷移用外裝材料在覆蓋壓電體的所述第1、第2內(nèi)部電極以壓電體層為中介疊在一起的中央部變厚，在覆蓋比該中央部靠近外側(cè)的壓電體部分，使防遷移用外裝材料的厚度變小。
根據(jù)本發(fā)明壓電元件的又一特定方面，所述防遷移用外裝材料是包含合成樹脂和散布在合成樹脂中的導(dǎo)電粒子的合成樹脂材料組成物。
作為所述合成樹脂，最好使用環(huán)氧樹脂。
本發(fā)明壓電元件的再一特定方面中，對所述第1或第2內(nèi)部極的兩側(cè)的壓電體進(jìn)行極化處理，使其在厚度方向伸縮，從而構(gòu)成壓電促器。
本發(fā)明的壓電元件設(shè)置防遷移用外裝材料，使其覆蓋第1、第2內(nèi)部電極露出在壓電體側(cè)面的部分中電連接第1、第2外部電極的部分以外的部分。而且，此防遷移用外裝材料由達(dá)到防止第1、第2內(nèi)部電極間的電荷遷移的電阻性材料組成，因而能防止第1、第2內(nèi)部電極間的電荷遷移。
此外，即使壓電元件面臨重復(fù)溫度變化并因熱電效應(yīng)而產(chǎn)生電荷，也由于所述防遷移用外裝材料散布狀含有導(dǎo)電粒子，產(chǎn)生的電荷由防遷移用外裝材料中的導(dǎo)電粒子的電流路徑流出，能抑制電荷流入到壓電體層。因此，還能抑制熱電效應(yīng)造成的極化度減小。
再者，盡管含有導(dǎo)電粒子，所述防遷移用外裝材料終究是電絕緣材料，因此通過設(shè)置該防遷移用外裝材料，能可靠防止第1、第2電極間的電荷遷移。
在壓電體的厚度方向交替配置第1、第2內(nèi)部電極時(shí)，連接第1電位的第1內(nèi)部電極與連接第2電位的第2內(nèi)部電極在厚度方向相鄰，但按照本發(fā)明設(shè)置防遷移用外裝材料，從而能可靠防止第1、第2內(nèi)部電極間的電荷遷移。
防遷移用外裝材料由合成樹脂中散布導(dǎo)電粒子的合成樹脂組成時(shí)，通過在溶融狀態(tài)的合成樹脂中混勻?qū)щ娏Ｗ?，能方便地制造達(dá)到目的的防遷移用外裝材料，同時(shí)還能方便地用于壓電體的側(cè)面。
尤其是能在不超過壓電體的居里溫度的溫度范圍涂敷外裝材料并使其硬化，所以賦予外裝材料時(shí)，極化度難以減小。因此，賦予外裝材料后，不必再次對壓電體進(jìn)行極化。
所述合成樹脂是環(huán)氧樹脂時(shí)，硬化物具有適度彈性，所以即使長期驅(qū)動(dòng)壓電元件的情況下，也難以發(fā)生防遷移用外裝材料剝離。
對所述第1或第2內(nèi)部極的兩側(cè)的壓電體進(jìn)行極化處理并使其在厚度方向伸縮從而構(gòu)成壓電促動(dòng)器的情況下，不僅難以發(fā)生電極間的電荷遷移，而且即使重復(fù)受到溫度變化時(shí)，極化度也難以減小，可提供時(shí)間經(jīng)歷造成的特性劣化小的壓電促動(dòng)器。


圖1(a)是示出一本發(fā)明實(shí)施方式的壓電元件的外觀的立體圖，(b)是示出其關(guān)鍵部的局部剖切側(cè)視剖視圖，(c)是示出用于所述實(shí)施方式的壓電體的立體圖。
圖2(a)、(b)是分別說明圖1所示的實(shí)施方式的壓電體中形成的第2內(nèi)部電極和第1內(nèi)部電極用的壓電體俯視剖視圖。
圖3是示出對實(shí)施例的壓電元件施加溫度變化時(shí)的絕緣電阻IR的變化的圖。
圖4是示出對第1比較例的壓電元件施加溫度變化時(shí)的絕緣電阻IR的變化的圖。
圖5是示出對實(shí)施例的壓電元件進(jìn)行熱沖擊循環(huán)試驗(yàn)時(shí)的壓電常數(shù)d33的變化率的變化的圖。
圖6是示出對第2比較例的壓電元件進(jìn)行熱沖擊循環(huán)試驗(yàn)時(shí)的壓電常數(shù)d33的變化率的變化的圖。
圖7是示出在實(shí)施例和第2比較例的壓電元件中使測量電壓變化并測量絕緣電阻IR的結(jié)果的圖。
圖8是示出實(shí)施例的壓電元件中絕緣電阻與壓電常數(shù)d33的關(guān)系的圖。
圖9是示出實(shí)施例的壓電元件中使作為防遷移用外裝材料含有的導(dǎo)電粉末的添加量變化時(shí)的壓電常數(shù)d33的變化的圖。
圖10是示出實(shí)施例的壓電元件中使作為防遷移用外裝材料含有的導(dǎo)電粉末的碳粉末的添加量變化時(shí)的絕緣電阻值IR的變化率的圖。
圖11(a)、(b)是說明本發(fā)明壓電元件變換例的第2內(nèi)部電極和第1內(nèi)部電極的形狀用的壓電體的各俯視剖視圖。
圖12(a)、(b)是說明另一本發(fā)明壓電元件變換例的第2內(nèi)部電極和第1內(nèi)部電極的形狀用的壓電體的各俯視剖視圖。
圖13(a)、(b)是說明又一本發(fā)明壓電元件變換例的第2內(nèi)部電極和第1內(nèi)部電極的形狀用的壓電體的各俯視剖視圖。
圖14(a)、(b)分別是再一本發(fā)明壓電元件變換例的模式側(cè)視剖視圖和模式俯視剖視圖。
圖15是示出一例已有壓電元件的立體圖。
圖16是示出另一例已有壓電元件的立體圖。
圖17是示出又一例已有壓電元件的立體圖。
標(biāo)號說明1是壓電元件，2是壓電體，2a是上表面，2b是下表面，2c是第1側(cè)面，2d是第2側(cè)面，2e是第3側(cè)面，2f是第4側(cè)面，3a、3c、3e是第2內(nèi)部電極，3b、3d是第1內(nèi)部電極，4、5是第1、第2外部電極，6、7是防遷移用外裝材料，6A、7A是外裝材料，8是導(dǎo)電粒子，23a是第2內(nèi)部電極，23b是第1內(nèi)部電極，33a是第2內(nèi)部電極，33b是第1內(nèi)部電極，43a是第2內(nèi)部電極，43b是第1內(nèi)部電極，G1是間隙。
具體實(shí)施例方式
下面，通過參照

本發(fā)明具體實(shí)施方式
，弄清本發(fā)明。
圖1(a)是示出本發(fā)明實(shí)施方式1的壓電元件的立體圖。壓電元件1是疊層型壓電元件，用作促動(dòng)器。
壓電元件1具有壓電體2。如圖1(c)所示，壓電體2具有包含上表面2a和下表面2b的長方體形狀。壓電體2中，由第1～第4側(cè)面2c～2f連接上表面2a和下表面2b。使第1、第2側(cè)面2c、2d相互對置，第3、第4側(cè)面2e、2f相互對置。
本實(shí)施方式中，壓電體2由壓電陶瓷組成。作為使用的壓電陶瓷，無專門限定，可用鈦酸鋯酸鉛類陶瓷或鈦酸鉛類陶瓷等。
壓電體2內(nèi)，在厚度方向交替配置第1內(nèi)部電極3b、3d和第2內(nèi)部電極3a、3c、3e。配置多個(gè)內(nèi)部電極3a～3e，使其平行于上表面2a和下表面2b，而且以構(gòu)成壓電體2的壓電體層為中介疊在一起。
圖2(a)是說明第2內(nèi)部電極3a的平面形狀用的壓電體2的俯視剖視圖，圖2(b)是說明第1內(nèi)部電極3b的平面形狀用的壓電體2的俯視剖視圖。
如圖1示出的(c)所示，將第1內(nèi)部電極3b、3d引出到第1側(cè)面2c，而不到達(dá)第2側(cè)面2d。同樣，將第2內(nèi)部電極3a、3c、3e引出到第2側(cè)面2d，而不到達(dá)第1側(cè)面2c。
內(nèi)部電極3a～3e由Ag-Pd合金、A1合金等適當(dāng)?shù)慕饘贅?gòu)成。本實(shí)施方式的壓電體2中，對內(nèi)部電極3a～3e的兩側(cè)的壓電體在厚度方向上往相反方向進(jìn)行極化處理。另一方面，形成第1、第2外部電極4、5，使其覆蓋第1、第2側(cè)面。將外部電極4電連接到第1內(nèi)部電極3b、3d，將第2外部電極5電連接到第2內(nèi)部電極3a、3c、3e。
可通過利用電鍍或?yàn)R鍍等，或者通過使導(dǎo)電糊固化，賦予導(dǎo)電材料，從而形成外部電極4、5。
如上文所述那樣構(gòu)成內(nèi)部電極3a～3e和組成壓電體2的壓電體層，而且對內(nèi)部電極3a～3e的兩側(cè)的壓電體在厚度方向上往相反方向進(jìn)行極化處理，所以可通過從外部電極4、5施加第1電位和與第1電位不同的第2電位，使其在厚度方向伸縮。即，能當(dāng)作在連接上表面2a和下表面2b的方向(即厚度方向)伸縮的促動(dòng)器進(jìn)行工作。
如圖1(a)所示，本實(shí)施方式的壓電元件1，其特征為在第3、第4側(cè)面2e、2f分別形成防遷移用外裝材料6、7。
所述防遷移用外裝材料6、7由包含合成樹脂和散布在合成樹脂中的導(dǎo)電粒子8的合成樹脂材料組成物組成，如圖1(b)中局部俯視剖視圖所示。這里，作為合成樹脂，可用環(huán)氧樹脂、硅樹脂、聚酰亞胺樹脂等適當(dāng)?shù)暮铣蓸渲?，但本?shí)施方式采用環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂的硬化物在抗?jié)裥苑矫媪己?，所以能提高抗環(huán)境變化特性，而且由于硬化物具有適度彈性，即使壓電體伸縮也難以從壓電體2的外表面剝離。
作為所述導(dǎo)電粒子8，本實(shí)施方式采用碳粒子。不過，作為導(dǎo)電粒子，也可用Ag、Au或Cu或它們的合金等的金屬粒子。
所述導(dǎo)電粒子8的散布程度需要始終控制成呈現(xiàn)電阻性，以防止電荷遷移，而且形成后面闡述的使基于熱電效應(yīng)的電荷流出的電流路徑。
即，將防遷移用外裝材料6、7形成在側(cè)面2e、2f，并且側(cè)面2e、2f上，連接第1電位的第1內(nèi)部電極3b、3d與連接第2電位的第2內(nèi)部電極3a、3c、3e相鄰。為了防止此相鄰的內(nèi)部電極之間的電荷遷移，亦即為了具有足以防止電荷遷移的絕緣電阻，可設(shè)計(jì)防遷移用外裝材料6、7的絕緣電阻值。
又，所述導(dǎo)電粒子8面臨溫度變化時(shí)起作用，形成壓電體2中產(chǎn)生的熱電電荷的電流路徑，使基于熱電電荷的電壓降低。因此，可使導(dǎo)電粒子8散布成實(shí)現(xiàn)這種性能，從而即使面臨溫度變化也能抑制熱電電荷造成的極化度減小。
可將合成樹脂溶解并混入導(dǎo)電粒子8，然后涂敷在壓電體2的側(cè)面2e、2f上，使其硬化，從而形成所述防遷移用外裝材料6、7。不過，并非專門限定防遷移用外裝材料6、7的形成方法。
本實(shí)施例中，由防遷移用外裝材料6、7覆蓋側(cè)面2e、2f的全部區(qū)域，但防遷移外裝材料6、7也可未必覆蓋側(cè)面2e、2f的全部區(qū)域。防遷移用外裝材料6、7至少僅覆蓋內(nèi)部電極3a～3e露出的部分即可。
本實(shí)施方式中，構(gòu)成不僅由防遷移用外裝材料6、7覆蓋側(cè)面2e、2f，防止電荷遷移，而且散布所述導(dǎo)電粒子8，能泄放基于熱電電荷的電流，所以能提供即使長時(shí)間使用中受到溫度變化也難以產(chǎn)生極化度減小的時(shí)間經(jīng)歷特性良好的壓電元件1。根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)例闡明這點(diǎn)。
準(zhǔn)備夾在電極之間的壓電體層的厚度分別為30微米、壓電體層的層數(shù)為70層、高2.5毫米、寬和長為1.2毫米的壓電體。再有，壓電體2中，將內(nèi)部電極3a～3e的前端與內(nèi)部電極3a～3e不露出的一方的側(cè)面2c或2d之間的間隙的距離取為0.1毫米，也就是把第1內(nèi)部電極3b、3d與第2內(nèi)部電極3a、3c、3e的重疊部分的連接第1、第2側(cè)面2c、2d的方向的長度取為1.0毫米。作為使用的材料，壓電體2取為PZT類陶瓷，內(nèi)部電極3a～3e取為Ag-Pd，并且利用Ag薄膜形成外部電極4、5。
將作為固態(tài)部分的環(huán)氧樹脂(97重量％)和作為導(dǎo)電粒子8的粒徑小于等于10微米且比重1.8的碳粒子(3重量％)與溶媒混勻而成的組成物涂敷在壓電體2的側(cè)面2e、2f并使其硬化，從而形成厚8微米的防遷移用外裝材料6、7。
為了比較，另行準(zhǔn)備除不形成外裝材料外，其它組成方式相同的第1比較例的元件。
使所述實(shí)施例的壓電元件和第1比較例的壓電元件在表面上結(jié)露后受到溫度變化并接通直流4伏，以測量絕緣電阻IR的變化。作為溫度變化循環(huán)，將5℃和相對濕度60％下維持20分鐘后、改變?yōu)?5℃和相對濕度90％的條件并再次維持20分鐘的周期當(dāng)作1周期，重復(fù)該周期，對測量電壓4伏下的絕緣電阻變化進(jìn)行測量。將實(shí)施例的結(jié)果和第1比較例的結(jié)果分別示于圖3和圖4。圖3和圖4中，示出對多個(gè)樣本的測量結(jié)果。但是，圖3由于不容易看到各樣本的結(jié)果疊合，以最大值、最小值的幅度示出。
如圖3示出那樣，實(shí)施例的壓電元件1中，雖然重復(fù)20周期左右的溫度變化循環(huán)5內(nèi)，絕緣電阻IR減小若干，但其后重復(fù)100周期后，絕緣電阻IR幾乎沒有減小。即，判明抗結(jié)露性得到提高，能可靠地防止結(jié)露造成的電荷遷移。而且，樣本之間的結(jié)果偏差小。
另一方面，如圖4示出那樣，判明第1比較例的許多樣本中，在重復(fù)20周期的溫度變化循環(huán)的時(shí)間點(diǎn)，絕緣電阻IR大為減小。這是因?yàn)橛捎诮Y(jié)露造成的導(dǎo)電，即由于電荷遷移，絕緣電阻急劇減小。而且，絕緣電阻IR減小的程度由于樣本不同而大為不同。
因此，根據(jù)實(shí)施例，判明能可靠地抑制結(jié)露造成的電荷遷移。
接著，另行準(zhǔn)備第2比較例的元件，其中除使用不含有所述碳粒子的材料、即僅用環(huán)氧樹脂在側(cè)面2e、2f形成外裝材料外，與實(shí)施例相同。
第2比較例的壓電元件在測量電壓4伏下的絕緣電阻為1千兆歐，而實(shí)施例的壓電元件由于含有所述碳粒子，同樣條件下的絕緣電阻值為100兆歐。這表明碳粒子在防遷移用外裝材料中形成導(dǎo)電路徑，電荷可移動(dòng)。
接著，對上述實(shí)施例和第2比較例的壓電元件，分別將在-40℃維持30分鐘、接著在+85℃維持30分鐘的工序當(dāng)作1周期，進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)，并測量壓電常數(shù)d33的變化。圖5示出實(shí)施例的結(jié)果，圖6示出第2比較例的結(jié)果。再者，此熱沖擊試驗(yàn)中，都在實(shí)施例和第2比較例對多個(gè)樣本進(jìn)行測量。但是，圖5中由于不容易看到各樣本疊合，以最大值、最小值的幅度示出。
如圖5示出那樣，判明實(shí)施例經(jīng)過500周期后，壓電常數(shù)d33幾乎沒有變化。反之，如圖6示出那樣，判明第2比較例在不到100周期的階段壓電常數(shù)d33已大為減小。而且第2比較例中，樣本之間的偏差非常大。
于是，判明相當(dāng)于已有技術(shù)例的第2比較例中，由于溫度變化造成的熱電效應(yīng)，極化度劣化，壓電常數(shù)d33隨著熱沖擊試驗(yàn)的周期數(shù)的增加而大為減?。环粗?，實(shí)施例中幾乎沒有減小，壓電常數(shù)d33的變化率停留在5％以內(nèi)。因此，判明通過在外裝材料中散布導(dǎo)電粒子，能有效抑制熱電效應(yīng)造成的極化度減小。
圖7對實(shí)施例和比較例2的壓電元件示出使測量電壓變化并測量絕緣電阻的結(jié)果。圖7中，●表示實(shí)施例的結(jié)果，×表示第2比較例的結(jié)果。判明上述實(shí)施例的壓電元件隨著測量電壓的增加，其絕緣電阻IR減小。已知用作數(shù)字相機(jī)模件用等小型促動(dòng)器時(shí)的驅(qū)動(dòng)電壓為幾伏的程度，這樣的低電壓下，實(shí)施例的壓電元件的絕緣電阻IR大，而在相當(dāng)于熱電電場的幾十伏的電壓下，絕緣電阻IR小。驅(qū)動(dòng)時(shí)，對外部電阻而言，要求絕緣電阻大，但對相當(dāng)于熱電電場的高電壓而言，最好外裝材料的絕緣電阻小。因此，如圖7所示，判明實(shí)施例的壓電元件在低電壓的情況下絕緣電阻IR大，并且使熱電效應(yīng)造成的電流流出時(shí)的較高電壓的絕緣電阻IR小，所以形成絕緣電阻的電壓依賴性最佳狀態(tài)。
接著，圖8示出進(jìn)行100周期的取得圖5和圖6所示結(jié)果的所述熱沖擊試驗(yàn)后的絕緣電阻與壓電常數(shù)d33變化率的關(guān)系。其中，將絕緣電阻的測量電壓取為50伏。
如圖8示出那樣，判明本實(shí)施例的絕緣電阻IR小，從而壓電常數(shù)d33的變化率小，因此極化度的減小得到抑制。
上述實(shí)施例中，使作為外裝材料6、7的導(dǎo)電粒子8的碳粒子的添加量不僅為3重量％，而且變化為0.5重量％、2.0重量％、4.0重量％和7.0重量％，并測量壓電常數(shù)d33的變化率和絕緣電阻IR。圖9和圖10示出壓電常數(shù)d33的變化率和絕緣電阻IR與導(dǎo)電粒子添加量的關(guān)系。
如圖9示出那樣，判明導(dǎo)電粒子添加量增加時(shí)，使抗熱電性提高，壓電常數(shù)d33的變化率小。不過，絕緣電阻IR則隨導(dǎo)電粒子添加量增大而減小。因此，為了提高絕緣電阻，最好導(dǎo)電粒子少；為了防止熱電效應(yīng)造成的極化度良好，最好導(dǎo)電粒子添加量大。對兩者進(jìn)行斟酌，則導(dǎo)電粒子添加量最好在合成樹脂和導(dǎo)電粒子的總計(jì)100重量％中0.5～4.0重量％的范圍。
上述實(shí)施方式的壓電元件中，將第1、第2內(nèi)部電極3a～3e設(shè)置成第3、第4側(cè)面2e、2f的一方露出，但也可用各種模式的內(nèi)部電極，如圖11～圖13所示。圖11(a)、(b)中，第2內(nèi)部電極23a和第1內(nèi)部電極23b分別露出在壓電體2的第3側(cè)面2e，但與第4側(cè)面2f之間隔開間隙G1。即，設(shè)置L狀的間隙G1。這時(shí)，可僅設(shè)第3側(cè)面2e的防遷移用外裝材料6，可以第4側(cè)面2f側(cè)不設(shè)防遷移用外裝材料7。
如圖12(a)、(b)所示，可分別將第2內(nèi)部電極33a和第1內(nèi)部電極33b引出到側(cè)面2c和側(cè)面2d的一部分。
也可如圖13(a)、(b)所示，分別將第2內(nèi)部電極43a和第1內(nèi)部電極43b引出在壓電體2的1個(gè)側(cè)面2c。即，可將第1、第2內(nèi)部電極引出到長方體狀的壓電體2的4個(gè)側(cè)面中的1個(gè)側(cè)面上局部不同的區(qū)域。這時(shí)，將第1、第2外部電極形成得在側(cè)面2d上相互不接觸。也就是說，也將第1、第2外部電極形成在1個(gè)側(cè)面2d。
圖14是示出再一本發(fā)明壓電元件變化率的概略側(cè)視剖視圖。
圖1(a)～(c)所示實(shí)施方式的壓電元件1中，將外裝材料6A、7A按均等的厚度設(shè)置在整個(gè)壓電體2的側(cè)面2e、2f。與此相反，如圖14的變換例所示，可使外裝材料6A、7A在中央部相對較厚，在中央部的外側(cè)的區(qū)域相對較薄。這里，中央部含義為第1內(nèi)部電極3b、3d和連接與第1內(nèi)部電極不同的電位的第2內(nèi)部電極3a、3c、3e以壓電體層為中介疊在一起的部分，周邊部則指比所述中央部靠近壓電體厚度方向外側(cè)的區(qū)域。
如上文所述，外裝材料6A、7A的厚度在周邊部小的情況下，不容易產(chǎn)生外裝材料6A、7A從壓電體2的厚度方向兩端剝離，也就是不容易產(chǎn)生外裝材料6A、7A從側(cè)面2e、2f與上表面2a、下表面2b的端線或其附近剝離。因此，能穩(wěn)定地提供特性偏差小、可靠性良好的壓電元件。
再者，圖14(a)中，相對于外裝材料6A、7A的中央部，將所述周邊部配置在壓電體2的上表面2a側(cè)和下表面2b側(cè)，也就是配置在上下方向外側(cè)，但不限于此。例如圖14(b)所示的變換例中，使外裝材料6B、7B在壓電體的側(cè)面2e、2f上的中央部相對較厚，在位于橫向兩側(cè)的周邊部上厚度小。再者，圖14(b)的中央部是指圖1(a)和(c)中第1內(nèi)部電極3b、3d和第2內(nèi)部電極3a、3c、3e與壓電體層重疊的部分露出在側(cè)面2e、2d的部分，周邊部是指位于比該中央部靠近側(cè)面2c側(cè)和側(cè)面2d側(cè)的部分。這樣使外裝材料的厚度在中央部相對較大、在周邊部相對較小的結(jié)構(gòu)可在壓電體2的上下方向具有厚度分布，也可在橫向(即連接側(cè)面2c和側(cè)面2d的方向)具有厚度分布，還可同時(shí)使用這兩種分布。
最好使所述外裝材料6A、7A、6B、7B的中央部的厚度平均值大于等于周邊部的厚度平均值的2倍。
而且，為了又防止電荷遷移又防止熱電效應(yīng)造成的極化度減小，最好外裝材料具有某種程度的厚度，例如最好至少使其為8微米左右。與此相對應(yīng)，周邊部由于不進(jìn)行以壓電體層為中介疊合連接不同電位的內(nèi)部電極，即使外裝材料的厚度相對較小，也不容易產(chǎn)生電荷遷移和熱電效應(yīng)造成的極化度減小，所以沒有問題。
再者，如上文所述，說明了使用內(nèi)部電極隔著間隙地與形成連接另一電位的外部電極的側(cè)面隔開的壓電體2的例子，但如圖15和圖16所示，在壓電體的側(cè)面形成絕緣層的結(jié)構(gòu)或在壓電體的側(cè)面形成凹部、并且在凹部填充絕緣材料的結(jié)構(gòu)的壓電元件中，也能應(yīng)用本發(fā)明。
又，上述實(shí)施方式中，壓電體具有長方體的形狀，但也可具有圓柱狀或圓盤狀等形狀；這時(shí)，側(cè)面為一圓筒狀曲面。
上述實(shí)施方式中，說明了壓電促動(dòng)器，但本發(fā)明也能廣泛用于將內(nèi)部電極與壓電體層疊積的疊層型壓電元件。因此，也能用于壓電振子等。
權(quán)利要求
1.一種壓電元件，包含具有上表面、下表面和連接上表面與下表面的至少一個(gè)側(cè)面的壓電體；以及配置在所述壓電體內(nèi)平行于所述上表面和下表面，而且露出到所述側(cè)面的多個(gè)內(nèi)部電極，以所述多個(gè)內(nèi)部電極為中介疊積構(gòu)成所述壓電體的多個(gè)壓電體層，所述多個(gè)內(nèi)部電極具有連接第1電位的第1內(nèi)部電極和連接與第1電位不同的第2電位的第2內(nèi)部電極，還包含以分別電連接所述第1、第2內(nèi)部電極的方式形成在所述壓電體的側(cè)面的第1、第2外部電極，其特征在于，還包含設(shè)置成覆蓋所述第1、第2內(nèi)部電極露出在所述側(cè)面的部分中除電連接第1、第2外部電極的部分以外的部分，而且散布導(dǎo)電粒子的防遷移用外裝材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的壓電元件，其特征在于，在所述壓電體的厚度方向，交替配置所述第1、第2內(nèi)部電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的壓電元件，其特征在于，使所述防遷移用外裝材料在覆蓋壓電體的所述第1、第2內(nèi)部電極以壓電體層為中介疊在一起的中央部的部分變厚，在覆蓋比該中央部更靠近外側(cè)的壓電體部分的部分，使防遷移用外裝材料的厚度變小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的壓電元件，其特征在于，所述防遷移用外裝材料是包含合成樹脂和散布在合成樹脂中的導(dǎo)電粒子的合成樹脂材料組成物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的壓電元件，其特征在于，所述合成樹脂是環(huán)氧樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的壓電元件，其特征在于，對所述第1或第2內(nèi)部電極的兩側(cè)的壓電體層進(jìn)行極化處理，使其在厚度方伸縮，從而構(gòu)成壓電促動(dòng)器。
全文摘要
提供一種不僅能防止內(nèi)部電極間的電荷遷移而且在重復(fù)施加溫度變化時(shí)也難以產(chǎn)生極化度減小造成的劣化的、使用疊層型壓電體的壓電元件。其中，壓電元件(1)在以壓電層為中介疊積連接第1電位的第1內(nèi)部電極(3b、3d)和連接與第1電位不同的第2電位的第2內(nèi)部電極(3a、3c、3e)的疊層型壓電體(2)的第1、第2側(cè)面(2c、2d)，分別形成第1、第2外部電極(4、5)，并設(shè)置散布狀含有導(dǎo)電粒子以不僅能防止相鄰內(nèi)部電極間的電荷遷移而且還抑制熱電效應(yīng)引起的極化度減小的防遷移用外裝材料(6、7)，使其覆蓋第3、第4側(cè)面(2e、2f)。
文檔編號H01L41/187GK101091263SQ20068000128
公開日2007年12月19日 申請日期2006年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月2日
發(fā)明者西村俊雄 申請人:株式會(huì)社村田制作所