JPH02237084A - 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，直接も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
環境も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
層型変位素子が実用化されている。すなわち、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、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成形し、この薄板の一
方の面もしくは両面にＡｇ−Ｐｄ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。

上記構成の積層型変位素子は、熱的特性が安定であるた
め高温環境においても充分に使用可能であり、また長期
間に亘って劣化が少ない等の利点がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の積層型変位素子においては、
寿命その他の点においていくつかの問題点がある．例え
ば第１０図に示すように、圧電セラミック材料からなる
薄板１ａ、１ｂの間に正負の内部電ＪｆｊＡ２ａ，２ｂ
を交互に接着して積層し、内部電極２ａ，２ｂを各々外
Ｓ電極３ａ，３ｂに接続して積層型変位素子を構成する
のである。

この場合，内部電極２ａ，２ｂが対向する部分が変位部
ａを形成するのであるが，周辺部においては、内部電極
２ａ，２ｂが対向しないため、非変位部ｂとなる．した
がって、・前記変位ｓａと非変位部ｂ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もしくは
素子全体が割れるという問題点がある。

本発明は、上記従来技術に存在する課題を解決し、割れ
がなくかつ信頼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千段
］ 上記従来技術に存在する問題点を解決するために，本発
明においては、電気機械変換材料からなる薄板を、この
薄板と略同一形状の内部電極を介して複数枚積層し、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
刻の外部電極を設けた積層型圧電素子において、少なく
とも一側面に補強材を配設するという技術的手段を採用
したのである。

また本発明においては、外部電極を設けた側面で代表さ
れる非変位部と、内部電極の自出端（外部電極に接続さ
れた端部に相対向する他端部）で代表される変位部との
間に、電極存在比率が前記変位部における１００％から
前記非変位部におけるＯ％まで順次低下するように部分
電極を配設すると、より望ましい特性の素子を得ること
ができるのである。

［作用］ 本発明によれば、補強材により積層体薄板の強度保持部
が形成されるのである。

さらに、本発明によれば、部分電極をもつ構成により、
緩衝部が形成され、割れを防止する作用を期待し得るの
である． ［実施例］ 以下、本発明を実施例に基づいて、より詳しく説明する
． （実施例１） 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ＢＰＢＧ，有機溶剤としてト
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１００μｒｎのシート状に形
成した．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し
た。なお、必要に応じリード部及び部分電極も上記内部
電極の印刷時に同時に印刷することも可能である。上記
薄板を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．次にこの積層体を１０５０〜１
１５０℃で１〜５時間焼成して１〇一角の焼結積層体を
得た。

次に、前記焼結積層体の一対の非変位部に銀ペーストを
スクリーン印刷し、７００℃で焼付けし，外部電極とし
た。次に少なくとも一側面にアルミナより成る補強材を
エボキシ樹脂により接着し、第１図〜第３図に示すよう
な、構成の積層型変位素子を得た。

第１図は本発明による積層型変位素子の要部斜視図、第
２図はその分解斜視図，第３図は薄板ｌの平面図である
． 第３図において、３ａ，３ｂはアルミナ板から成る補強
材であり、内部電極２ａ（２ｂ）の非変位部ｂ側の外側
面に、エボキン系接着剤５により接着して設ける． このように補強材３を設けたことにより、従来のいわゆ
る交互電極型において、交互電極の取り出し付近の薄板
間の接着強度を増加し、非変位部ｂと変位部ａとの境界
に発生する大なる歪による応力集中による電極界面から
の割れの発生を防止するのである。

このようにして得た素子に２００Ｖの電圧を１０分間印
加して分極処理を行い、特性を評価した６本実施例では
補強材の構成例としてアルミナを示したが、アルミナに
限定されることなく、絶縁性を示す無機材料、有機材料
で構成しても同様の効果が得られるものである． （実施例２） 第４図〜第６図は前記実施例ｌにおける補強材として導
電性補強材を使うことにより、補強材を外部電極を兼用
した例わ示す図である．焼結積層体の非変位ｓｂ側の外
側面にリン青銅からなる導電性補強材３ａ，３ｂを銀粉
末をフィラーとして混入したエボキシ樹脂からなる導電
性接着剤により取付けた．本実施例では導電性補強材の
構成例としてリン青銅のものを示したが、リン青銅に限
定されることなく、導電性を示す無材材料或いは有材材
料で構成しても同様の効果が得られるものである． （実施例３） 第７図〜第９図は内部電極の非変位部に応力緩衝部材を
配設した例を示す薄板ｌの平面図である．同一部分は第
４図〜第６図と同一参照符号で示す，まず、第７図にお
いて，２１は前記応力緩衝部であり、内部電極２ａ（２
ｂ）の端部を複数の三角形状に形成する．すなわち内部
電極２ａ（２ｂ）の近傍においては幅を広く、端縁部番
コおいては、幅を狭く形成する。以上の構成により，部
分電極２１においては内ｓｌ！極２ａ（２ｂ）における
程ではないが、三角形状の幅に相当する変位を発生する
から、変位の緩衝部を形成することができるのである． 上記緩衝部により、非変位部ｂと変位部ａとの間に発生
する大なる歪を解消し、従って応力集中による薄板ｌ，
更には変位素子全体の破壊を防止するのである． 第８図に示すものは，緩衝部の電極２ｌを円によって形
成したもの、第９図は緩衝部の電極２ｌを複数の縞で形
成したものであり、何れも前記同様の変位緩衝作用があ
る．そして部分電極２１相互間及び部分電極２ｌと内部
電極２ａ（２ｂ）とを接続する導通部材を設ける． 本実施例においては，部分電極の構成例として、縞、三
角、円形のものを示したが、これらの形状に限定される
ことなく、他の任意の形状を選定することができ、要す
るに非変位部と変位部との間に電極存在率が変位部にお
ける１００％から非変位部におけるＯ％まで順次低下す
るように形成すればよい。

第１１図は変位量と駆動回数との関係を示す図である。

なお，比較のために，上記と同一の圧電セラミック薄板
材料を使用して、第１０図に示す構成の積層型変位素子
を作成した。第１１図から明らかなように、本発明のも
のを示すＡは従来のものを示すＢより，振動回数すなわ
ち寿命を大幅に向上していることが認められる。なお従
来のものは第１１図Ｂ，　（約１０’回の駆動）におい
て絶縁砿壊を起こした。

以上の実施例では内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
ずメッキ，蒸着、塗布等の他の手段によっても作用は同
一である． 以上の実施例は、電気機械変換材料が圧電材料の場合で
あるが、キュリー温度が室温付近であるため分極の必要
がなく、ヒステリシスが少ない等の特徴をもつ電歪材料
についても全く同様な効果が確認できた。

この電歪材料は、たとえば、 （Ｐ　ｂ＠　＊＠１　＠　Ｌａ．−＠＠４　）（　Ｚ　
ｆ’６　ａ＠＠　Ｔ　ｌ＠　ａ＠＠　）＠　．＠１　＠
　０２、（Ｐ　ｂ＠＋＠＠　Ｓ　ｒ　＠　．１＠）（Ｚ
　ｒ　＠　＋６１　Ｔ　ｌ　＠　−＠＠　Ｚ　ｎ＠　１
＠１１６Ｎｉ，．。ｔｓ　Ｎ　ｂ，．，，）Ｏ，、（Ｐ
　ｂ，．，，　Ｓ　ｒ，．，，）（Ｚ　ｒ，．，，　Ｔ
　ｉ．．，，　Ｚ　ｎ，．．，Ｎ　ｔ．．．，Ｎ　ｂｅ
．＋ｓ）Ｏｓ等である．［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
、基本的には作成が極めて容易な交互電極如構成であり
ながら、寿命を大幅に向上させることができる．また非
変位部と変位部との間に緩衝部を形成するため、歪の増
大もしくは応力集中による割れ等の発生を皆無とするこ
とができ、信頼性を大幅に向上し得るという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す要部斜視図、第２図は補
強材構成の斜視図、第３図は補強相構成の平面図、第４
図は本発明の他の実施例を示す要部斜視図、第５図は導
電性補強材構成の斜視図、第６図は導電性補強材構成の
平面図、第７図〜第９図は緩衝部形成の例を示す平面図
、第１０図は従来の積層型変位素子を示す要部斜視図、
第１１図は変位量と駆動回数との関係を示す図である。 ｌ：薄板、２：内部電極、３二補強材、４：外部電極、
５：エボキシ樹脂、ａ：変位部、ｂ：非変位部、２ｌ：
部分電極、３１：導電性補強材、５ｌ：導電性接着剤． 第 図 α褒侮ト ｂ　非疵植部 埠１ｏ図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気機械変換材料からなる薄板を、この薄板と略
   同一形状の内部電極を介して複数枚積層してなる積層体
   であり、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圧電素子におい
   て、少なくとも一側面に補強材を設置したことを特徴と
   する積層型変位素子。
2. （２）補強材が導電材料からなる請求項１記載の積層型
   変位素子。