JPH03155178A - 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、高音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、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。

［発明が解決しようとする課題］ 上記構成の積層型圧電素子においては、電子部品のよう
に電極間に直流高電圧を連続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Ｓ系の材料を使用
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、遂には絶縁破壊に至るという問題点がある。すな
わち電極を構成するＡｇは酸化しやすい元素であるが、
高湿度雰囲気においてイオン化（Ａ　ｇ　”）　Ｌ、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
。

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
、電極間の絶縁抵抗を低下させ、遂には短絡するのであ
る。このようなマイグレーションを防止する手段として
、電極を例えばＰｔ、Ｐｃｉのような高融点の貴金属材
料によって形成することも考えられるが、性能の向上は
ともかくとして、コストが高騰する結果となるので好ま
しくない。

また銀糸材料によって形成した内部電極の露出部分を、
銀より小さなマイグレーション特性を有する金属からな
る膜によって被覆するという提案がされている（例えば
特開昭６２−６２５７１号公報参照）。

しかしながら積層体に形成した後において露出部分を被
覆する作業は極めて煩雑であると共に、金属膜によって
必ずしも完全に被覆することができず、例えばピンホー
ル等を介して外部の湿気の侵入を許容することがあり、
信頼性の点で未だ不満足な点がある。

本発明は、上記従来技術に存在する問題点を解決し、コ
ストの高騰を招来することなく、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。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明においては、電気機
械変換材料からなる薄板を、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変位素子において、陽
極側外部電極に接続される内部電極の全部または周縁部
を高融点の非銀系導電材料とする、という技術手段を採
用した。

本発明における高融点の非銀系材料としては、Ａｕ、　
Ｐｔ、　Ｐｄ％Ｉ　ｒ、　Ｒｈ％Ｏｓ、、　Ｒｕの１種
若しくは２種以上またはこれらの合金を使用するとよい
。

また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望ましい。

［作用］ 高湿度雰囲気で発生するマイグレーションは。

陽極を形成する金属が水との化学反応によりイオン化し
て、印加電圧によって負電極に吸引されることによる。

陽極となる内部電極の周縁部のみ、もしくは内部電極全
部をマイグレーションの発生しない高融点金属とするこ
とにより、金属のイオン化が発生しないことから、マイ
グレーションを完全に抑制することができる。

［実施例コ 第１図は本発明の一実施例を示す要部正面図である。同
図において、１，１′は薄板であり、圧電セラミック材
料によって例えば１辺１０ｍｍ、厚さ１００１Ｍの正方
形状に形成する。２．２′は内部電極であり、後述する
導電性の材料によって形成し、薄板１の表面に設ける。

次に３は外部電極であり、導電性材料によって形成し、
前記薄板ｌを例えば１００枚積積層て形成した積層体の
両側面部に、絶縁材４を下地として一層おきに内部電極
２の端縁部を接続するように１対設ける。

次に第２図は第１図における陽極側外部電極に接続され
ている内部電極２を示す平面図、第３図は第２図におけ
るＡ−Ａ線断面図である。両図において、２ａは中間部
材であり、２ｂは縁部材である。すなわち中間部材２ａ
は、例えば従来から使用されている銀−パラジウム合金
により、例えば１辺９Ｍに形成すると共に、縁部材２ｂ
は例えばＰＬにより、前期中間部材２ａの周縁部を包囲
するように、幅０．５ｎｏの額縁状に形成すると共に、
中間部材２ａと一体に設ける。

第４図は負極側外部電極に接続されている内部電極２′
を示す平面図であり、電極部材２ａは例えば従来から使
用されている安価な銀−パラジウム合金により形成され
る。

なお、この内部電極２は、前記第１図に示す薄板１の表
面に、例えばスクリーン印刷手段によって設けることが
できる。すなわち、まずＰｂ（Ｚｒ。

Ｔｉ）Ｏ，粉末に、有機バインダー、可塑剤、有機溶剤
等を添加混合した原材料により、例えばドクターブレー
ド法により厚さ１００−の薄板１を形成する。次にこの
薄板１の表面に、銀−パラジウムペーストをスクリーン
印刷によって印刷し、第２図および第３図に示す中間部
材２ａを形成する。

更にこの中間部材２ａの周縁部に縁部材２ｂを形成する
のであるが、この場合には中間部材２ａの部分をマスキ
ングして行なうとよい。なお、中間部材２ａと縁部材２
ｂの形成順序を逆にしても良い。次に薄板１′の表面に
銀−パラジウムペーストをスクリーン印刷によって印刷
する。

上記のように形成した薄板１および１′を交互に例えば
１００枚積積層て圧着した後、１０００〜１２００℃に
おいて１〜５時間焼成することにより、−辺１０ｍｍ角
の焼結積層体を得ることができる。なおこの焼結積層体
の両側面に設けるべき外部電極３は絶縁層４を形成した
後、例えばＮ１メツキまたはＮｉ、Ａｕメツキの併用等
によって形成する。

上記の構成の積層型変位素子の薄板１を接続した外部電
極を陽極、薄板１′を接続した外部電極を負極とするこ
とにより、陽極周縁部を周縁部材２ｂによって完全に遮
断若しくは密封されるから、陽極となる内部電極の金属
イオン化を防ぎ、従って銀糸材料に特有なイグレーショ
ンの発生を完全に防止できるのである。

第５図は本発明の第２の構成例であり、陽極側外部電極
に接続される内部電極２を示すものである。本構成では
内部電極２全体を白金或いはパラジウム等の高融点の非
銀系材料とし、負極側外部電極に接続される内部電極２
′は先の実施例と同じ第４図としたものであり、第１の
実施例よりさらに信頼性の増す構造である。

第６図は本発明の第３の実施例であり、同一部分は、前
記第１図ないし第３図と同一の参照符号で示す。同図に
おいて、内部電極２は薄板１の全面に設けることなく、
一方の側面部近傍に空白部を設けた、所謂交互電極型に
形成する。

次に第７図は第６図における陽極側外部電極に接続する
内部電極２を示す平面図、第８図は第６図におけるＢ−
Ｂ線断面図である。両図において、縁部材２ｂは平面図
においてコ字形に形成し、方の縁辺部を開放した形状と
する。なお上記縁辺部を開放した側の対辺距離Ｑ′は、
他の対辺距離Ωより小に形成し、例えば絶縁部材２ｂの
幅寸法Ｗに相当する寸法差とする。すなわち、Ｑ′≦２
−Ｗとするのがよい。

第９図は負極側外部電極に接続される内部電極２′を示
す、前記実施例と同様に内部電極２を形成した薄板１と
内部電極２′を印刷した薄板１を第６図に示すように、
薄板１は絶縁材２ｂが陽極となる外部電極と接続するよ
うに配置して、薄板１′は負極となる外部電極と接続で
きるように交互に積層して圧着し、前記同様の焼結後、
第１図に示すように外部電極３を設けて積層圧電素子と
する。

上記の構成により、薄板１の側面の一部には厳密には例
えば内部電極２の厚さに相当する間隙を生ずることにな
るが、内部電極２の厚さは通常２〜３−の極めて微少厚
さであると共に、薄板１の焼成前における圧着、および
焼成時における部分的膨張等によって前記の間隙は実質
的には閉塞される。従って外気侵入によるマイグレーシ
ョンの発生は殆んど認められない。但し厳しい仕様が要
求される場合には、内部電極２の厚さに相当するスペー
サを介装挟着させるとよい。

本実施例においては、薄板および内部電極の平面外径輪
郭形状が正方形である場合を示したが。

正方形以外の円形、矩形その他の幾何学的形状を任意に
選定することができる。なお内部電極を構成する縁部材
の幅寸法は可能な限り小に形成するのが好ましい。また
交互電極型式の場合には上記縁部材をコ字型に形成する
ものの他、額縁状に形成したものを使用してもよい。但
しこの場合には−の縁辺の幅寸法を小に形成するか、内
部電極の幅寸法を左右において異なる寸法に形成する等
により、薄板を積層した場合に内部電極の縁辺が積層体
の側面において一層おきに出現するようにする必要があ
る。次に陽極となる内部電極またはその縁部材を構成す
る材料としては、マイグレーション特性の小なる材料で
あることを要するが、薄板と共に焼成した場合にも変質
することのない、耐酸化性および高融点特性を必要とす
る。従って前記のような高融点材料で形成することが好
ましい。また薄板を形成する電気機械変換材料とじては
、本実施例に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、
キューリー温度が室温より低いため、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期待できる。このよう
な電歪材料としては１例えば、 （Ｐｂ＠４１＠Ｌａ１．＠＄４）（Ｚｒ＠＋ｌｌＴｌ＠
、ｍｓ）＠、ｌｆｆ！０１１（Ｐｂ、　１．　、　Ｓｒ
。、１ｉ）（Ｚｒ。、５ＩＴｌ＠、５４Ｚｎ。、＊＋ａ
ａＮｌｅ、５ｓｔｓＮｂ、１．、）Ｏ，。

（Ｐｂ＊、５ｓＳｒ＊、＋ｊ（Ｚｒ。、５Ｊｉｅ、５ｅ
ｚｎ＊、ｍｓ［。、。

Ｎｂ、、、、）Ｏ。

等を使用することができる。

［発明の効果］ 本発明は、以上のような構成および作用であるから陽極
となる内部電極の金属イオン化を抑制し、マイグレーシ
ョンを完全に防止することができる。

また、陽極側内部電極のみを非銀系導電材料とした場合
の電極材のコストは全内部電極を非銀糸導電材料とした
場合のコストの半額であり、陽極内部電極の縁部材は僅
少であるから極めて安価にマイグレーションの発生しな
い高信頼性積層型変位素子の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部正面図、第２図は
第１図における陽極側内部電極を示す平面図、第３図は
第２図におけるＡ−Ａ線断面図、第４図は第１図におけ
る負極側内部電極を示す平面図、第５図は本発明の第２
の実施例の陽極側内部電極を示す平面図、第６図は本発
明の第３の実施例を示す要部正面図、第７図は第６図に
おける陽極側内部電極を示す平面図、第８図は第７図に
おけるＢ−Ｂ線断面図、第９図は第６図における負極側
内部電極を示す平面図である。 １．１°　；薄板、２．　２’　　：内部電極、２ａ：
中間部材、２ｂ：縁部材、３：外部電極第 第　　２

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、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変位素子
   において、陽極側外部電極に接続される内部電極の周縁
   部または内部電極の全部を高融点の非銀系導電材料とし
   たことを特徴とする積層型変位素子。
2. （２）上記高融点の非銀系材料がＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉ
   ｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕの１種若しくは２種以上またはこ
   れらの合金である請求項１記載の積層型変位素子。