JPH03155180A - 積層型変位素子 - Google Patents

積層型変位素子

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JPH03155180A
JPH03155180A JP1295338A JP29533889A JPH03155180A JP H03155180 A JPH03155180 A JP H03155180A JP 1295338 A JP1295338 A JP 1295338A JP 29533889 A JP29533889 A JP 29533889A JP H03155180 A JPH03155180 A JP H03155180A
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JP
Japan
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film
internal electrodes
laminated body
laminate
coating
Prior art date
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Pending
Application number
JP1295338A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeru Sadamura
定村 茂
Junichi Watanabe
純一 渡辺
Yoshiyuki Watabe
嘉幸 渡部
Takahiro Sometsugu
孝博 染次
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
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Publication of JPH03155180A publication Critical patent/JPH03155180A/ja
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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3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
yi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1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
νり材料を、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
セラミン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4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。第4図において、1は薄
板であり圧電セラミック材料によって形成し、正負の内
部電極2a、2bを交互に挟着して積層し、積層体5を
形成する。内部電極2a、2bは各々一方の端縁部が外
方に突出若しくは露出するように形成し、各々積層方向
に延設した外部電極3a、3bと接続し、リード線6を
接続する。
以上の構成により、外部電13a、3bに正負の電圧を
印加すると、前記内部型tM2a、2b間に電界が発生
し、薄板1は圧電セラミンク材料の縦効果により厚さ方
向に伸びて変位を生ずる。
次に第5図に示すものは他の積層型圧電素子の例であり
、圧電変位効率を向上させた所謂全面電極型と称される
ものである(例えば特開昭58196068号公報等参
照)、第5図において同一部分は前記第4図と同一の参
照符号で示すが、内部電極2a、2bは薄板l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の一方の側
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3a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3bを被着させるのである。以上の構成による作用
は前記第4図におけるものと同様である。
〔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、電極材料として銀系の材料を使用
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(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。
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
、!極を例えばPt、Pd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。
また銀系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1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。
以上の他にも高湿度の雰囲気における水分の侵入を防止
する手段として2例えば樹脂材料からなる被膜によるコ
ーティング手段(例えば特開昭62−88382号、特
開平1−137686号公報参照)、金属製容器内に密
封する手段等が試みられている。しかしながら樹脂材料
からなる被膜でコーティングしても、被膜は必ずしも非
透水性が完全でないのみならず、素子の作動により微小
なりラックを生じ、若しくはリード線との境界部に若干
の隙間を生じ、これらを介して水分が侵入する場合があ
る。
なお上記水分の侵入を阻止するために、金属層を更に介
在させる手段(特開平1−137686号公報参照)に
おいては、被膜の形成が煩雑になると共に。
素子の変位量を抑制する欠点がある。また金属製容器内
に密封した場合には、素子の変位量が抑制されるのみな
らず、全体の体積の増大を招来し更にコスト高となる欠
点がある。
更にまたガラス膜によって素子の側面を被覆する手段(
特開昭63−16685号公報参照)や、内部電極露出
部とその近傍の電歪材料上にのみ無機絶縁層を直接形成
する手段(特開平1−164080号公報参照)等の提
案もある。しかしながらガラス等の無機質からなる層を
素子の側面に単に被覆したのみでは、ピンホールおよび
/または微小クランクの存在に伴い、外気中の湿気の侵
入を完全に防止することができないのみか、変位量の大
なる素子においては変位量を抑制したり、上記無機質か
らなる層に素子の伸縮作用に起因するクラックを住する
という問題点がある。何れにしても上記従来の構成のも
のではマイグレーションを完全に防止することが困難で
あり、寿命が著しく短いという問題点がある。
本発明は、上記従来技術に存在する問題点を解決し、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
全に防止し得ると共に耐湿性の大な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9本発明においては。
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。
積層体の側面に無機質材料からなる被膜を複数層重合さ
せて形成し、被膜に存在するピンホールおよび/または
微小クラックの層間連通状態を遮断するように構成する
。という技術的手段を採用した。
本発明において、被膜の積層方向中間部に、厚さtなる
薄板の面と略平行であり、がっ2を未満。
好ましくはt未満の幅を有するスリットを設けてもよい
〔作 用] 上記構成により、積層体の側面と外気との連通状態は完
全に遮断されるため、外気中の湿気の侵入を完全に阻止
し得る。
〔実施例] 第1図(a)ないしくd)は夫々本発明の実施例を示す
斜視図であり、同一部分は前記第4図および第5図と同
一の参照符号で示す。まず第1図(a)においては、ま
ず例えばPb (Zr、Ti)03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100I!m
のシート状の薄板1に形成する。
次にこの薄板1の表面全域に内部型8ii2a、2bを
形成する銀−パラジウムペーストをスクリーン印刷する
。上記のように形成した内部電極2a。
2bを存する薄板1を交互に例えば100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し、 1
050−1200°Cで1〜5時間焼成して積層体5を
形成する。この積層体5の寸法は例えば5×5×101
01(WI若しくは10xlOxlOffi (am)
である。次にこの積層体5の相隣る側面に絶縁材料から
なる被覆?a、7bを、内部電極2a、2bを横断する
ように設ける。第1図(b)において8a。
8bは溝であり1例えばダイサー等により、被覆7a、
7bの内部電極2a、2bに対応する位置に刻設する。
第1図(C)において外部電極3a3bを被覆?a、?
b上に、前記溝8a、8bを横断するように設ければ、
外部電極3a、3bと内部電極2a、2bとを各々対応
して接続することができる。次に第1図(d)において
、9は被膜であり1積層体5の側面に、外部電極3a、
3bを回避して被着する。被膜9は例えば5iOzAl
tos、ガラス等の無機質材料からなる微粉末を液状バ
インダーと混合したペースト状とし。
数μm塗布して乾燥させ、その上に更に同様にして2回
塗布し、3層に重合させるのが好ましい。
次に外部電極3a、3bに電圧供給用のリード線(図示
せず)をはんだ付けした後、積層体5の側面全域をエポ
キシ樹脂によって更に被覆した。
上記のように構成した積層体5を、  40 ’C,9
0〜95%RHの雰囲気において直流150■を印加し
て耐久試験を実施した0表は試験時間と累積不良個数と
の関係を示し1試料個数20個に対するものである。表
において比較例は積層体5の側面に被膜9を被着させな
い従来構成のものである。
表から明らかなように、比較例においては、試験開始後
25Hr経過後に、10%、70Hr経過後に半数以上
の55%、  125Hr経過後には大半の95%が不
良となり、更に350Hr経過後には全数が不良となっ
ている。これは高湿度雰囲気の環境下において、雰囲気
中の水分が積層体5中に侵入し、所謂マイグレーション
を発生する結果。
絶縁破壊を惹起するものと認められる。これに対して実
施例のものにおいては、500Hrを経過しても不良と
なるものは皆無であり、耐湿性が極めて大であることを
示している。積層体5の側面を無機質材料からなる複数
層の被膜9にて被着した結果 ピンホールおよび/また
は微小なりラックによる水分の層間連通を阻止する作用
の現れと推定される。
第1図(e)は第1図(d)における被膜9の変形例を
示す斜視図である。第1図(elにおいては、被膜9を
、外部電極とリード線との接続部9a、9bを除いて、
積層体5の側面の略全域に被着させたものである。この
ように構成することにより、製作がより容易になると共
に、耐湿効果も更に向上することが確認できた。
第2図は本発明の他の実施例を示す要部斜視図である。
第2図において10はスリットであり。
積層体5の積層方向中間部の被膜9の一部を分断するよ
うに設ける。
第3図(alは第2図におけるスリット10の近傍の状
態を示す拡大断面図である。第3図(alにおいて、ス
リット10は薄板1の面と平行に設けると共に1幅t3
を薄板lの厚さをtとした場合にLs<2L、好ましく
はus<Lに形成する。なおスリット10を設ける位置
は、(−)側の内部電極(例えば2b)に沿うように設
ける。
上記のように構成することにより、特に積層体5におけ
る薄板1の積層数が大である場合、すなわち変位量が大
である場合において、被膜9の割れを誘発するのを防止
すると共に、変位量の抑制作用を防止するのに有効であ
る。この場合(−)側である内部電極2bの一部が露出
するが1マイグレーシヨンに寄与するAg゛イオンは(
+)側の内部電極(例えば2a)に発生するため、特に
問題はない。すなわち(+)側の内部電極(例えば2a
)を被膜9によって完全に被覆している限りにおいて、
マイグレーシコンによる不都合は完全に阻止できる。
第3図(blはスリット10の変形例を示す拡大断面図
である。第3図(b)においてスリット10は被膜9の
一部を残存させた状態に形成する。このような態様は1
例えば被膜9をスクリーン印刷によって形成する場合に
おいて現れるものであるが作用については前記第3図(
a)に示すものと同様である。
本実施例においては、第1図に示す構成の全面TaWt
型の例について記述したが、第4図に示す交互電極型の
ものについても、また第5図に示す構成の全面電極型の
ものについても当然に適用可能である。また薄板および
内部電極の平面投影形状は矩形以外に、正方形3円形、
楕円形その他の幾何学的形状とすることができる。なお
上記の実施例においては、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2
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9例えば
(Pbo、q+b Lao、owJ(Zro、as T
io、zs)o、vtq Os +(Pbo、 ss 
Sro、 +s) (Zro、 5lTi、o、 34
 Zno、 o+zs)fig、 o3tSNbo、 
+a) 03(Pbo、 as Sro、 +s) (
Zro、 so Tie、 so Zno、 asNi
o、 os Nbo、 to) O!等を使用すること
ができる。
また無機質材料からなる被膜を3層重合させる例につい
て記述したが、被膜は少なくとも2層以上重合させれば
よい。また被膜の形成手段としては、ペースト塗りの他
、スパッタ、スプレー、スクリーン印刷等の他の公知の
手段を適用できる。
〔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、
内部電極を完全に密封することができマイグレーション
を完全に防止し、耐湿性を飛躍的に向上させ得る。また
変位量の大なる素子においても変位量を抑制することな
(、かつ被膜にクラックを生ずることなく2本来固有の
伸wi機能を発揮させ得るという効果がある。
第 2 凹 晃 5
【図面の簡単な説明】
第1図(a)ないしくd)は夫々本発明の実施例を示す
斜視図、第1図(e)は第1図(ロ)における被膜の変
形例を示す斜視図、第2図は本発明の他の実施例を示す
要部斜視図、第3図(a)は第2図におけるスリットの
近傍の状態を示す要部拡大断面図、第3図(b)はスリ
ットの変形例を示す拡大断面図、第4図および第5図は
各々従来の積層型変位素子の例を模式的に示す側面図で
ある。 1:薄板、5:積層体、9:被膜、10ニスリント。 第 4 図 第 5 (2)

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, 積層体の側面に無機質材料からなる被膜を複数層重合さ
    せて形成し,被膜に存在するピンホールおよび/または
    微小クラックの層間連通状態を遮断するように構成した
    ことを特徴とする積層型変位素子。
  2. (2)被膜の積層方向中間部に,厚さtなる薄板の面と
    略平行であり,かつ2t未満,好ましくはt未満の幅を
    有するスリットを設けた請求項(1)記載の積層型変位
    素子。
JP1295338A 1989-11-14 1989-11-14 積層型変位素子 Pending JPH03155180A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003008092A (ja) * 2001-06-20 2003-01-10 Mutsuo Munekata 積層型圧電素子とその製造方法ならびに積層型圧電素子用封止材料
US6845920B2 (en) 2001-04-19 2005-01-25 Denso Corporation Piezoelectric element and injector using the same
JP2008004764A (ja) * 2006-06-22 2008-01-10 Fujitsu Ltd 圧電アクチュエータおよびその製造方法、磁気ディスク装置

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