JPH02205371A - 積層型変位素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業用ロボットのアクチュエータ。

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、特に電気機械変換材料からなる薄板を、内部
電極を介して複数枚積層することにより、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。

〔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変位素子
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、直接若しくは薄い金属
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。

このため、最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号公報に記載のように、原料粉末
にバインダーを添加５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
方の面若しくは両面に銀−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、積層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。

第３図は上記積層型圧電素子の構成の例であり。

所謂交互電極型と称されるものである。すなわち圧電セ
ラミック材料からなる薄板１．１の間に。

正負の内部電極２ａ、２ｂを交互に挟着して積層し、内
部電極２ａ、２ｂを各々外部電極３ａ、３ｂに接続して
積層型圧電素子を構成するのである。

この場合内部電極２ａ、　　２ｂの重合する部分が変位
部ａを形成するのであるが２周辺部においては内部電極
２ａ、２ｂが重合しないため、非変位部すとなる。この
ため外部電極３ａ、３ｂに電圧を印加しても、変位部ａ
のみにおいて電界強度が大であり９非変位部すの電界強
度が小であるため。

素子全体の変形を阻害し、圧電セラミック材料固有の変
位を得ることができないという問題点がある。また上記
変位部ａと非変位部すとの境界部には大きな歪が発生し
て応力が集中するため、薄板１若しくは素子全体が割れ
るという問題点も併有している。

次に前記第３図に示すものにおける非変位部すの存在に
よる圧電変位効率の低下を解決するものとして１第４図
に示す構造の所謂全面電極型が提案されている（特開昭
５８−１９６０６８号公報等）、第４図においては同一
部分は前記第３図と同一の参照符号で示している。第４
図において、内部電極２ａ、２ｂは薄板１の表面全域に
及ぶように形成して、所要枚数を前記同様に積層する。

次に上記のようにして形成した積層体５の−の側面にお
いて、内部電極２ａ、２ｂの端縁に一層おきに（例えば
内部電極２ｂのみに）絶縁材料からなる被覆４を設ける
と共に、被覆４の上から導電性材料からなる外部電極３
ａ（図示せず）を被着させる。

一方積層体５の他の側面においては、上記被覆４を設け
なかった内部電極（例えば２ａ）の端縁に前記と同様に
被覆４を設け、その上から外部電極（図示せず）を被着
させるのである。

更に上記全面電極型のものにおける外部電極の形成手段
として第５図ｆａ）　（ｂｌ　（ｃ）に示すものが提案
されている（例えば特開昭６１−１０２０７８号、同６
１−１７４６８１号公報参照）。第５図において外部電
極を形成するには、まず第５図（ａｌに示すように積層
体５の側面に絶縁材料からなる被覆４を塗布焼付した後
、第５図（ｂｌに示すように自動カッティングマシン等
により１例えば内部電極２ａに沿って、かつ内部電極２
ａが露出するように複数個の溝６を設ける０次に第５図
ｆｃｌに示すように外部電極３ａを塗布焼付するのであ
る。なお内部電極２ｂも同様にして外部電極３ｂ（図示
せず）と接続する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記第４図に示す構成のものにおいては、
内部電極２ａ、２ｂの端縁の全幅に亘って絶縁材料から
なる被覆４を設ける必要があるため１煩雑な作業を要す
る。また上記被覆４と内部電極２ａ、２ｂとは中心が一
致しなければならないが１例えば薄板１および／または
内部電極２ａ。

２ｂの厚さの誤差累積等によって所望の位置に被覆４を
形成することができず、絶縁破壊を生ずるという問題点
がある。また薄板１の厚さがより薄くなり、１００μｍ
以下となった場合には、内部電極２ａ、２ｂの一層おき
に形成すべき被覆４の周縁部若しくは裾部が不本意に拡
大して隣接する内部電極２ａ若しくは２ｂの端縁をも被
覆することとなり、外部電極３ａ、３ｂとの導通がとれ
なくなる等の問題点も併有している。

一方第５図ｆａ）　（ｂ）　ｆｃ）に示す構成のものに
おいても。

溝６の形成に際しては、それらの位置決めが困難である
ことは前記第４図に示すものと同様である。

また内部電極２ａ、２ｂは薄板Ｉと共に積層圧着される
ため端縁部が湾曲しているため、内部電極２ａ、２ｂの
存在しない個所に溝６を形成することがあり、電圧印加
時における絶縁破壊の原因となる等の問題点がある。

本発明は、上記従来技術に存在する問題点を解決し、圧
電変換効率が高く、かつ信軌性の高い積層型変位素子を
提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために１本発明においては路間−の
平面輪郭および接触面積に形成した電気機械変換材料か
らなる薄板と導電材料からなる内部電極とを各々複数個
交互に積層して積層体を形成し、この積層体の側面に前
記内部電極と一層おきに接続すべき１対の外部電極を設
けてなる積層型変位素子において、積層体の側面に内部
電極の端縁を被覆するように絶縁材料からなる外部電極
取付部を設け、この外部電極取付部に内部電極の端縁方
向とθなる角度でピッチ２ｄｃｏｓ　θ（ｄは内部電極
の積層ピッチ）なる複数個の溝を前記内部電極が露出す
るように設け、これら複数個の溝と交差しかつ内部電極
と接触するように導電材料からなる外部電極を設けると
共に、外部電極間のピンチを（ｄ　／　ｔａｎ　θ）ｍ
（但しｍは０を除く正の整数）に形成するという技術的
手段を採用した。

本発明において、外部電極をｎ本設けると共に。

一方の端部から０番目および偶数番目の外部電極と、同
奇数番目の外部電極とによって対を形成することができ
る。

〔作用〕

上記の構成により、内部電極と外部電極との接続を容易
かつ確実に行うことができ、絶縁破壊を生ずることのな
い高信鯨性の積層型変位素子を得ることができるのであ
る。

〔実施例〕

第１図ｆａｔ　（ｂｌ　（Ｃ１は夫々本発明の実施例に
おける外部電極形成手段を示す説明図であり、同一部分
は前記第３図ないし第５図と同一の参照符号で示す。

まず第１図ｆａ＋において複数個の薄板ｌおよび内部電
極’ｌａ、２ｂからなる積層体５を形成するには。

例えばＰｂ　（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏｓ粉末に、有機バインダ
ーとしてＰＶＢ、可塑剤としてＢＰＢＧ、有ｍ　ｆ８剤
としてトリクレンを夫々添加して混合し。

この混合材料をドクターブレード法により厚さ１００μ
ｍのシート状に形成する。次にこのシート状材料の表面
全域に内部電極を構成する銀−パラジウムペーストをス
クリーン印刷する。このようにして形成した薄板ｌを例
えば１００枚積層して圧着した後、所定の寸法形状に切
断して積層体とした０次にこの積層体を１０５０−１２
００’Ｃで１〜５時間焼成して１００角の積層体５を得
た。この積層体５の側面に、内部電極２ａ、２ｂの端縁
を被覆するように絶縁材料からなる外部電極取付部７を
設ける。なおこの外部電極取付部７は実質的には前記第
５図に示す被覆４と同様の機能を具有するのであるが１
幅寸法を被覆４より若干大に形成する。次に第１図山）
に示すように、外部電極取付部７に内部電極２ａ、２ｂ
の端縁方向とθなる角度で、ピッチ’１ｄｃｏｓ　θ（
ｄは内部電極２ａ、２ｂの積層ピッチ）なる複数個の溝
６を、前記内部電極２ａ、２ｂｌ）＜露出するように設
ける。なお溝６は自動カッティングマシン等によって設
けることができる０次に第１図（Ｃ１に示すように１対
の外部電極３ａ、３ｂを例えばスクリーン印刷により設
けるのであるが、この外部電極３ａ、３ｂは複数個の溝
６と交差しかつ内部電極２ａ、２ｂと接触するように設
ける。そして外部電極３ａと３ｂとのピッチＰを（ｄ／
ｔａｎθ）ｍ（但しｍはＯを除く正の整数）とする、第
１図（Ｃ）においてはｍ＝３の場合を示す。

上記の構成により外部電極３ａ、３ｂは各々前記内部電
極’ｌａ、　　２ｂと電気的に接続されるから。

外部電極３ａ、３ｂ間に電圧を印加すれば、積層型変位
素子として積層体５を駆動することができるのである。

第２図は本発明の他の実施例を示す要部側面図であり、
同一部分は前記第１図と同一の参照符号で示す。第２図
において、外部電極３ａおよび３ｂを各々ピンチｄ　／
　ｔａｎ　θで２本宛設けると共に。

右端から０番目と２番目の外部電極３ａを接続し。

右端から１番目と３番目の外部電極３ｂを接続して対を
形成させる。

上記の構成により、前記実施例におけると同様の作用を
期待し得るが、外部電極３ａ、３ｂを各々２本宛設けた
ことにより、内部電極’ｌａ、　　２ｂとの接続の信顧
性を大幅に向上させ得る。

なお第１図に示す実施例においては、外部電極間のピッ
チを３　ｄ　／　ｔａｎ　４５°に形成した例を示した
が、一般に（ｄ／ｔａｎ　θ）ｍとしても作用は同様で
ある。また第２図に示すように外部電極を複数本設ける
場合における外部電極間のピッチを。

前記同様に（ｄ／ｔａｎ　θ）ｍとすることもできる。

更に内部電極および外部電極の形成手段としてスクリー
ン印刷法を使用した例について記述したが。

これに限定せず、メツキ、蒸着、塗布等の他の手段によ
っても作用は同一である。更に前記の実施例においては
、電気機械変換材料が圧電材料である場合について記述
したが、キエ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についても、前記と全く
同様な作用を期待できる。このような電歪材料としては
。

例えば。

（Ｐｂｏ、ｑ＋＊　Ｌａｏ、ｏｓｎ）（Ｚｒｏ、ｉｓ　
Ｔｔｏ、５ｓ）ｏ、＊ｔ＊　Ｏｓ　＋（Ｐｂｏ、ｏｓ　
　Ｓｒｏ、＋ｓ）　（Ｚｒｏ、ｓ＋　Ｔｉｅ、５４Ｚｎ
ｏ、ｏ＋ｔｓＮｉ・、　ｏｓｑｓ　　Ｎｂｏ、　１０）
　Ｏｓ・（Ｐｂｏ、ｓｓ　　Ｓｒｏ、＋ｓ）　　＜Ｚｒ
ｏ、ｓｏ　Ｔｌｅ、ｓｏ　　Ｚｎｅ、ｏｓＮｉｏ、ｏｓ
　　Ｎｂｏ、＋ｏ）　　Ｏｓ等を使用することができる
。

〔発明の効果〕

本発明は以上記述のような構成および作用であるから、
下記の効果を期待できる。

（１）　　外部電極取付部に設ける複数個の溝は、積層
体を形成する内部電極と交差させて設けるものであるか
ら１位置決めが極めて容易であると共に、内部電極と外
部電極との接続が確実である。

（２）外部ｉ！極を複数本設ける構成とすることにより
、前記信顛性は更に格段に向上する。

（３）　　外部電極取付部に設ける溝の数は、従来のも
のにおけるように内部電極と同数とする必要がなく、大
幅に減少させ得るから、加工工数および時間を低減し、
生産性を向上させ得る。

（４）　　積層体を形成する薄板部分に非所望な溝を形
成することがないため、電圧印加時における絶縁破壊を
防止することができ９品質および信鯨性を大幅に向上さ
せ得る。

（５）　　内部電極を薄板の全面に亘って設けた構成の
ものであるため、圧電変換効率が極めて高い。

（６）　　積層体の一方の側面に１対の外部電極を形成
するため、生産性および信転性を向上させ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ　（ｂｌ　（Ｃ）は夫々本発明の実施例に
おける外部電極形成手段を示す説明図、第２図は本発明
の他の実施例を示す要部側面図、第３図および第４図は
各々従来のｆｉ層梨型圧電素子示す要部斜視図。 第５図（ａｌ　（ｂｌ　（Ｃ１は夫々従来の外部電極形
成手段を示す説明図である。 １：薄板、２ａ、２ｂ：内部電極、３ａ、３ｂ：外部電
極、６：溝、７：外部電極取付部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）略同一の平面輪郭および接触面積に形成した電気
   機械変換材料からなる薄板と導電材料からなる内部電極
   とを各々複数個交互に積層して積層体を形成し、この積
   層体の側面に前記内部電極と一層おきに接続すべき１対
   の外部電極を設けてなる積層型変位素子において，積層
   体の側面に内部電極の端縁を被覆するように絶縁材料か
   らなる外部電極取付部を設け，この外部電極取付部に内
   部電極の端縁方向とθなる角度でピッチ２ｄｃｏｓθ（
   ｄは内部電極の積層ピッチ）なる複数個の溝を前記内部
   電極が露出するように設け、これら複数個の溝と交差し
   かつ内部電極と接触するように導電材料からなる外部電
   極を設けると共に、外部電極間のピッチを（ｄ／ｔａｎ
   θ）＿ｍ（但しｍは０を除く正の整数）に形成したこと
   を特徴とする積層型変位素子。
2. （２）外部電極をｎ本設けると共に、一方の端部から０
   番目および偶数番目の外部電極と、同奇数番目の外部電
   極とによって対を形成した請求項（１）記載の積層型変
   位素子。