JPH0212882A - Laminated displacement element - Google Patents
Laminated displacement elementInfo
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- JPH0212882A JPH0212882A JP63162996A JP16299688A JPH0212882A JP H0212882 A JPH0212882 A JP H0212882A JP 63162996 A JP63162996 A JP 63162996A JP 16299688 A JP16299688 A JP 16299688A JP H0212882 A JPH0212882 A JP H0212882A
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- electrodes
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- internal electrodes
- displacement element
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業川口ボットの7クチユエータ。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention is a 7-cut unit for industrial Kawaguchi bots.
超音波モータ等に使用する電気機械変換素子に関するも
のであり、特に電気機械*lA材料からなる薄板を、電
極を介して複数枚積層することにより。This relates to an electromechanical transducer used in ultrasonic motors, etc., and in particular, by laminating multiple thin plates made of electromechanical *lA material via electrodes.
変位量を増大させた積層型変位素子の改良に関するもの
である。This invention relates to an improvement of a laminated displacement element that increases the amount of displacement.
(従来の技術)
従来、x−yステージの位置決め機構や制動ブレーキ等
に用いられている変位用素子に使用する積層型圧電素子
は、所定の形状に加工した圧電セラミック材料からなる
薄板に電極を設けて分極した後、直接若しくる↓薄い金
属を介して有機系の接着剤で接合する方法が採用されて
いる。しかし上記のように接着剤を使用して積層したも
のは、使用条件により、圧電素子の振動による変位を接
着剤層が吸収したり、高温の環境若しくは長期間の使用
により接着剤が劣化する等の欠点がある。(Prior Art) Conventionally, laminated piezoelectric elements used for displacement elements used in positioning mechanisms of x-y stages, brakes, etc. are made by attaching electrodes to a thin plate made of piezoelectric ceramic material processed into a predetermined shape. The method used is to attach the electrodes directly or through a thin metal using an organic adhesive after polarization. However, when stacking layers using adhesive as described above, depending on the usage conditions, the adhesive layer may absorb displacement due to vibration of the piezoelectric element, or the adhesive may deteriorate due to high temperature environment or long-term use. There are drawbacks.
このため、?l近では積層チップコンデンサ構造方式の
積層型圧電素子が実用化されている。すなわち2例えば
特公昭59−32040号公f[1に記載のように、原
料粉末にバインダーを添加、混練したペースト状の圧電
セラミック材料を、所定の厚さの薄板に形成し、この薄
板の一方の而若しくは両面に銀−パラジウム等の導電材
料を塗布して内部電極を形成する。上記薄板を所定枚数
積層して圧着し、更に所定の形状に加工した後、焼成す
ることによってセラミック化し、111体の両側面に外
部電極を形成したものである。上記構成の積層型圧電素
子は、圧電セラミック材料からなる薄板と内部電極の接
合部の密着性に優れると共に、熱的特性も安定であるた
め高温環境においても充分に使用可能であり、また長期
間に亘って劣化が極めて少ない等の利点がある。For this reason,? Recently, a multilayer piezoelectric element with a multilayer chip capacitor structure has been put into practical use. That is, 2 For example, as described in Japanese Patent Publication No. 59-32040 f [1, a paste-like piezoelectric ceramic material obtained by adding a binder to raw material powder and kneading it is formed into a thin plate of a predetermined thickness, and one side of this thin plate is An internal electrode is formed by applying a conductive material such as silver-palladium to the inside or both sides. A predetermined number of the above-mentioned thin plates were laminated and pressed together, further processed into a predetermined shape, and then fired to form a ceramic, and external electrodes were formed on both sides of the 111 body. The laminated piezoelectric element with the above structure has excellent adhesion between the thin plate made of piezoelectric ceramic material and the internal electrode, and has stable thermal properties, so it can be used satisfactorily even in high-temperature environments, and can be used for long periods of time. It has the advantage of extremely little deterioration over time.
上記構成の積層型圧電素子においては、11極間に直流
高電圧を印加して変位を得るという使用形態の場合には
、電極材料として根糸の材料を使用すると、高湿度雰囲
気において所謂マイグレーションを生じ、逐には絶縁破
壊に至るという問題点がある。すなわち1rt、極を構
成するAgは高湿度雰囲気においてイオン化(Ag+)
し、印加電圧によって負電極に吸引され、負電極側に堆
積する。In the laminated piezoelectric element having the above structure, when a DC high voltage is applied between the 11 electrodes to obtain displacement, using root thread material as the electrode material prevents so-called migration in a high humidity atmosphere. There is a problem in that this may occur and eventually lead to dielectric breakdown. In other words, at 1rt, Ag constituting the pole is ionized (Ag+) in a high humidity atmosphere.
However, it is attracted to the negative electrode by the applied voltage and is deposited on the negative electrode side.
このような堆積物は時間の経過と共に杉葉状に成長して
、′1!極間の絶縁抵抗を低下させ、逐には短絡するの
である。このようなマイグレーションの発生は特に外気
に曝されている外部電極において著しい。上記のような
マイグレーションを防止する手段として、非銀系の材料
によって電1蛋を形成することも考えられるが、この場
合にはコストの高騰を招来する結果となるため好ましく
ない。また外部″N、+ffiを密着強度が大である銀
ペースト焼付けによって形成した後、電解ニッケルメッ
キ等を施して外気と遮断する提案がされている(例えば
特開昭62−62571号公報参照)、シかしながら電
解ニッケルメッキ法によって形成した被IWにはピンホ
ールが多いため、外部の湿気の侵入を許容し。Over time, these deposits grow into cedar leaf shapes and form '1! This lowers the insulation resistance between the electrodes and eventually causes a short circuit. The occurrence of such migration is particularly remarkable in the external electrodes exposed to the outside air. As a means to prevent the above-mentioned migration, it is possible to form the electrodes from a non-silver material, but this is not preferable as it would result in an increase in cost. There has also been a proposal to form the external "N, +ffi" by baking a silver paste with high adhesion strength, and then apply electrolytic nickel plating or the like to isolate it from the outside air (for example, see Japanese Patent Laid-Open No. 62-62571). However, since the IW formed by electrolytic nickel plating has many pinholes, it allows moisture to enter from the outside.
外部電極を形成する銀のマイグレーションを生ずるとい
う問題点がある。更に1Rffi極を使用−Uず。There is a problem that migration of silver forming the external electrode occurs. Furthermore, 1Rffi pole is used.
ニッケルメンキによって積層体の側面に外部電極を直接
的に形成する手段も12案されている(例えば特公昭6
3−.1327号公報参照)。しかしながら積J(1型
圧電素子に適用した場合には密着強度が低く。Twelve methods have also been proposed for directly forming external electrodes on the side surfaces of the laminate using nickel coatings (for example,
3-. (See Publication No. 1327). However, when applied to a type 1 piezoelectric element, the product J (adhesion strength is low).
信頼性の点で不満足であるという問題点がある。There is a problem that reliability is unsatisfactory.
本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し、密着
強度の大なる外部電極を有すると共に。The present invention solves the problems existing in the prior art described above, and has an external electrode with high adhesion strength.
マイグレーションを完全に防止し得る積層型変位素子を
提供することを目的とする。It is an object of the present invention to provide a laminated displacement element that can completely prevent migration.
上記の目的を達成するために5本発明においては、電気
機械変換材料からなる薄板を、導電性金属材料からなる
内部電極を介して複数枚交互に積層し、その側面に前記
内部電極と交互に一層おきに接続すべき一対の外部電極
を設けた積層型変位素子において5内部電極を非銀系材
料によって形成すると共に、外部電極をPd若しくはP
tの少なくとも一方とガラスフリットとからなる層とN
若しくはCuの少なくとも一方からなる層とを積層して
形成する。という技術的手段を採用した。In order to achieve the above object, in the present invention, a plurality of thin plates made of an electromechanical conversion material are alternately laminated with internal electrodes made of a conductive metal material interposed therebetween, and a plurality of thin plates made of an electromechanical conversion material are stacked alternately with the internal electrodes on the side surfaces thereof. In a laminated displacement element having a pair of external electrodes to be connected every other layer, five internal electrodes are formed of a non-silver material, and the external electrodes are made of Pd or Pd.
a layer consisting of at least one of t and glass frit;
Alternatively, it is formed by laminating a layer made of at least one of Cu. A technical method was adopted.
本発明における電気機械変換材料としては圧電材料若し
くは電歪材料を使用するのが好ましい。As the electromechanical conversion material in the present invention, it is preferable to use a piezoelectric material or an electrostrictive material.
上記の構成により、ガラスフリットと電気機械変換材料
との間に化学的結合状態を創出することができ、密着強
度を増大させ得るという作用が1す11、Niできる。With the above configuration, a chemical bonding state can be created between the glass frit and the electromechanical conversion material, and the adhesion strength can be increased.
なお外部電極としての導電機能は、ガラスフリット中の
Pdおよび/またはPLとNi若しくはCuのメツキ層
によって羅保することができる。Note that the conductive function as an external electrode can be protected by a plating layer of Pd and/or PL and Ni or Cu in the glass frit.
図は本発明の実施例を模式的に示す要部斜視説明図であ
る。同図においてlは)111板であり、圧電セラミッ
ク材料によりI 12710mIII、 l’i[さ1
00 p mの正方形状に形成する。2は内部電極であ
り、パラジウムによって薄板lの間に介装させて形成す
る。まずPb (Zr、Ti)O,粉末に、有機バイン
ダーとしてPVB、可塑剤としてBr’BC。The figure is a perspective explanatory view of essential parts schematically showing an embodiment of the present invention. In the figure, l is )111 plate, and piezoelectric ceramic material is used to make I12710mIII, l'i[sa1
00 p m square shape. Reference numeral 2 denotes an internal electrode, which is made of palladium and is interposed between the thin plates 1. First, Pb(Zr,Ti)O, powder, PVB as an organic binder, and Br'BC as a plasticizer.
有機溶剤としてトリクレンを夫々添加して充分に混合し
た後5 ドクターブレード法によって厚さ100μmの
シート状に加工する。次にこのシート状素材の表面に前
記内部電極2を形成するパラジウl、ペーストをスクリ
ーン印刷する。この場合。After adding trichlene as an organic solvent and mixing thoroughly, the mixture is processed into a sheet with a thickness of 100 μm using a doctor blade method. Next, a palladium paste for forming the internal electrodes 2 is screen printed on the surface of this sheet material. in this case.
シート状素材の一方の縁辺に非印刷部を設け°ζ形成す
ると5図に示す所謂交互電極を構成するのに有効である
。上記のようにして形成したシート状素材を1例えば1
00枚積積層て圧着した後、所定の寸法形状に切断して
積層体とする。次にこの積層体を1150〜1250℃
において1〜5時間焼成することにより、1辺10mm
角の焼結積層体とする。Providing a non-printed portion on one edge of the sheet-like material to form a non-printed portion is effective in constructing a so-called alternating electrode as shown in FIG. For example, 1 piece of the sheet-like material formed as described above
After laminating 00 sheets and pressing them together, they are cut into a predetermined size and shape to form a laminate. Next, this laminate was heated to 1150-1250°C.
By baking for 1 to 5 hours at
A corner sintered laminate.
図において3は外部電極であり、前記内部電極2の一方
の端縁部を一層おきに接続して一対に形成する。すなわ
ちP d若しくはPLの少なくとも一方1重世%と、融
点が580℃である鉛系のガラスフリット2重量%とを
含有するセルロース系ペーストをスクリーン印刷によっ
て前記積層体の内部電極2が一層おきに現れている側面
に印刷した後。In the figure, reference numeral 3 denotes external electrodes, which are formed into a pair by connecting one end edge of the internal electrodes 2 every other layer. That is, the internal electrodes 2 of the laminate are formed every other layer by screen printing a cellulose-based paste containing 1% by weight of at least one of Pd or PL and 2% by weight of lead-based glass frit having a melting point of 580°C. After printing on the exposed side.
80〜100℃で10分間乾燥し、電気炉内に装入して
600℃、20分間の焼付処理を行う、この焼付処理に
よって薄板lを形成するPb(Zr。The Pb (Zr) material is dried at 80 to 100°C for 10 minutes, placed in an electric furnace, and subjected to baking treatment at 600°C for 20 minutes.Thin plate 1 is formed by this baking process.
T’i)O,とガラスフリッI・との反応層を生成する
と共に、ガラスフリット中にI’dおよび/またはPt
が均一に析出した層を生成することができる。上記焼付
処理後、80℃の無電解ニッゲルメソキ液若しくは無電
解銅メツ;1−液に10分間浸漬してニッケル膜若しく
は銅11りを生成させれば2図に示す一対の外部電極3
,3を形成することができる。4はリード線であり、上
記のようにし°ζ形成した外部電極3にはんだ5を介し
て電気的に接続する。なお比較のために外部電極3を、
従来型式の銀ペースト塗布焼付後ニッケルメッキして形
成したものを製作し、特性の比較を行った。この結果、
従来のものにおいては外部電極3の密着強度は38 k
g/ cJに留まったのに対し1本実施例のものはNi
、Cu何れの場合も50 J / ad以上を示すこと
を確認した。また40℃、90%相対湿度の雰囲気にお
いて、直流電圧150 Vを印加し1000時間経過後
の状態を調査したところ、従来のものにおいてはマイグ
レーシラン発生により、20個中18個が絶縁破壊した
のに対し、本実施例のものには絶縁破壊が皆無であるこ
とを確認した。T'i) O, and glass frit I.
can produce a uniformly deposited layer. After the above-mentioned baking treatment, a pair of external electrodes 3 shown in Fig. 2 can be formed by immersing the nickel film or copper film in 80°C electroless nickel solution or electroless copper solution for 10 minutes.
, 3 can be formed. Reference numeral 4 denotes a lead wire, which is electrically connected to the external electrode 3 formed as described above via a solder 5. For comparison, the external electrode 3 is
A conventional type of silver paste coating and baking followed by nickel plating was manufactured and the characteristics were compared. As a result,
In the conventional type, the adhesion strength of the external electrode 3 is 38 k.
g/cJ, whereas in the case of this example, Ni
It was confirmed that 50 J/ad or more was exhibited in both cases of Cu and Cu. In addition, in an atmosphere of 40°C and 90% relative humidity, we applied a DC voltage of 150 V and investigated the state after 1000 hours, and found that 18 out of 20 of the conventional products suffered dielectric breakdown due to migration silane generation. In contrast, it was confirmed that there was no dielectric breakdown in the case of this example.
本実施例においては、hv仮の平面輪郭形状が正方形で
ある例について記述したが、正方形以外に円形、他の四
辺形その他の幾何学的形状であっても作用は同一である
。また内部電極の形式については3本実施例におりる交
互電極の他に、所謂全面電極としてもよいことは当然で
ある。次に薄板を形成する電気機械変換材料としては1
本実施例を示すジルコン酸チタン酸鉛のような圧電セラ
ミック材料のみでなく、他の圧電材料は勿論のこと。In this embodiment, an example has been described in which the hv provisional planar contour shape is a square, but the same effect can be obtained even if the shape is a circle, another quadrilateral, or any other geometric shape other than a square. As for the type of internal electrodes, it goes without saying that in addition to the alternating electrodes used in the three embodiments, so-called full-surface electrodes may also be used. Next, the electromechanical conversion material that forms the thin plate is 1
Not only piezoelectric ceramic materials such as lead zirconate titanate shown in this embodiment, but also other piezoelectric materials can be used.
キュリー温度が室温より低いため1分極の必要がなく、
かつ変位量が大であると共にヒス・テリシスが少ない等
の特徴を有する電歪材料を使用した積層型変位素子につ
いても、前記と全く同様な作用を!IJI侍できる。こ
のような電歪材料としては1例えば。Since the Curie temperature is lower than room temperature, there is no need for single polarization.
Moreover, a laminated displacement element using an electrostrictive material, which has characteristics such as a large displacement amount and low hysteresis, has exactly the same effect as described above! IJI samurai can do it. One example of such an electrostrictive material is:
(P bo、qIb Lao、aua ) (Zro
、&、 Ti6,25)o、 qqq O1・
(Pbo、、as Sro、+s) (Zro、s
+ Tlo、saZ no、o+zs N ! o
、osり5 Nbo、+e)Ox 。(P bo, qIb Lao, aua) (Zro
, &, Ti6,25)o, qqq O1・ (Pbo,, as Sro, +s) (Zro, s
+ Tlo, saZ no, o+zs N! o
, osri5 Nbo, +e)Ox.
(P lla、es S ro、+s) (Z r
6,5a T io、a。(P lla, es S ro, +s) (Z r
6,5a T io, a.
Z n6.6s N i a、os N bo、+
o) Oi +等を使用することができる。また内部電
極を形成する材料としては、パラジウムの他にl) t
その他の高融点金属を含む非銀系材料を使用することが
できる。Z n6.6s Ni a, os N bo, +
o) Oi + etc. can be used. In addition to palladium, other materials for forming the internal electrodes include l) t
Non-silver based materials including other refractory metals can be used.
本発明は1以上記述のような構成および作用であるから
、積層型変位素子のマイグレーシヨンを完全に防止する
ことができると共に、外部電極の積層体に対する密着強
度を、ガラスフリフトによる化学的結合作用により大幅
に向上させることができ、積層型変位素子の信鎖性をj
lり躍的に増大させ得るという効果がある。Since the present invention has the structure and operation as described above, it is possible to completely prevent migration of the laminated displacement element, and the adhesion strength of the external electrode to the laminated body can be increased by chemical bonding by glass lift. It is possible to significantly improve the reliability of the multilayer displacement element by
The effect is that it can be dramatically increased.
図は本発明の実施例を模式的に示す要部斜視説明図であ
る。
l:薄板、2:内部電極、3:外部電極。The figure is a perspective explanatory view of essential parts schematically showing an embodiment of the present invention. l: thin plate, 2: internal electrode, 3: external electrode.
Claims (3)
料からなる内部電極を介して複数枚交互に積層し,その
側面に前記内部電極と交互に一層おきに接続すべき一対
の外部電極を設けた積層型変位素子において,内部電極
を非銀系材料によって形成すると共に,外部電極をPd
若しくはPtの少なくとも一方とガラスフリットとから
なる層とNi若しくはCuの少なくとも一方からなる層
とを積層して形成したことを特徴とする積層型変位素子
。(1) A plurality of thin plates made of an electromechanical conversion material are alternately stacked with internal electrodes made of a conductive metal material interposed therebetween, and a pair of external electrodes to be connected to the internal electrodes alternately every other layer is attached to the side surfaces of the thin plates. In the multilayer displacement element provided, the internal electrodes are made of a non-silver material, and the external electrodes are made of Pd.
Alternatively, a laminated displacement element characterized in that it is formed by laminating a layer made of at least one of Pt and glass frit, and a layer made of at least one of Ni or Cu.
記載の積層型変位素子。(2) Claim (1) in which the electromechanical conversion material is a piezoelectric material
The laminated displacement element described above.
記載の積層型変位素子。(3) Claim (1) in which the electromechanical conversion material is an electrostrictive material.
The laminated displacement element described above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63162996A JPH0212882A (en) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | Laminated displacement element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63162996A JPH0212882A (en) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | Laminated displacement element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0212882A true JPH0212882A (en) | 1990-01-17 |
Family
ID=15765218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63162996A Pending JPH0212882A (en) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | Laminated displacement element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0212882A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011109119A (en) * | 2011-01-05 | 2011-06-02 | Kyocera Corp | Laminated piezoelectric element, and spraying device using the same |
-
1988
- 1988-06-30 JP JP63162996A patent/JPH0212882A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011109119A (en) * | 2011-01-05 | 2011-06-02 | Kyocera Corp | Laminated piezoelectric element, and spraying device using the same |
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