JPH0342884A - 積層型圧電素子 - Google Patents
積層型圧電素子Info
- Publication number
- JPH0342884A JPH0342884A JP1177829A JP17782989A JPH0342884A JP H0342884 A JPH0342884 A JP H0342884A JP 1177829 A JP1177829 A JP 1177829A JP 17782989 A JP17782989 A JP 17782989A JP H0342884 A JPH0342884 A JP H0342884A
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- JP
- Japan
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- laminated
- piezoelectric element
- metal plate
- lead terminals
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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。
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〕
本発明は積層型圧電素子に係り、信頼性、特に耐湿性に
優れ低電圧動作に適した全面電極方式の構造に関するも
のである。
優れ低電圧動作に適した全面電極方式の構造に関するも
のである。
圧電セラミックスは機械的エネルギと電気的エネルギの
交換を行う性質を有しており、力学量検出用センサやア
クチュエータへの応用開発が盛んに進められている。た
だし、圧電セラミックスの印加電圧あたりの変位量が小
さいために、実用的な変位量を得るには非常に高い電圧
を印加する必要がある。そこで、圧電セラミックスの厚
さをなるべく薄くして多数枚積層する構造により、印加
電圧を低くする方法が一般的である。このような構造の
圧電素子は積層型圧電素子と呼ばれる。
交換を行う性質を有しており、力学量検出用センサやア
クチュエータへの応用開発が盛んに進められている。た
だし、圧電セラミックスの印加電圧あたりの変位量が小
さいために、実用的な変位量を得るには非常に高い電圧
を印加する必要がある。そこで、圧電セラミックスの厚
さをなるべく薄くして多数枚積層する構造により、印加
電圧を低くする方法が一般的である。このような構造の
圧電素子は積層型圧電素子と呼ばれる。
積層型圧電素子の最も進んだ製造技術にグリーンシート
法がある。この方法においては、圧電材料の粉末を適当
な溶媒に分散させ、得られたスラリをシート状に成形し
たものに電極用として金属ペーストをスクリーン印刷法
等により塗布したのち、そのシートを多数枚積層して乾
燥・焼結を行う、この製法により、圧電素子の最大伸び
率として一般的な０．１％を得るための印加電圧を１０
０ｖにまで低減することができるようになった。
法がある。この方法においては、圧電材料の粉末を適当
な溶媒に分散させ、得られたスラリをシート状に成形し
たものに電極用として金属ペーストをスクリーン印刷法
等により塗布したのち、そのシートを多数枚積層して乾
燥・焼結を行う、この製法により、圧電素子の最大伸び
率として一般的な０．１％を得るための印加電圧を１０
０ｖにまで低減することができるようになった。
このような従来のグリーンシート法による積層型圧電素
子の公知例としては、例えば、特公昭５９−３２０４０
号公報や、センサ技術第３巻第１２号（１９８３）の第
３１頁に記載の論文などがある。
子の公知例としては、例えば、特公昭５９−３２０４０
号公報や、センサ技術第３巻第１２号（１９８３）の第
３１頁に記載の論文などがある。
また、積層型圧電素子の内部応力を低減し、信頼性を向
上させた電極構造として、圧電セラミックスと電極の面
積を等しくした全面電極方式が特公昭６３−１７３５４
号公報に記載されている。
上させた電極構造として、圧電セラミックスと電極の面
積を等しくした全面電極方式が特公昭６３−１７３５４
号公報に記載されている。
その全面電極方式積層型圧電素子の断面図を第５図及び
第６図に示す。
第６図に示す。
前者の従来技術では第５図の圧電セラミックス板１のグ
リーンシートの焼結と電極２との積層が約１３００℃で
同時に行われる。よって、電極２の材料には高温で安定
な貴金属、特に銀パラジウム（ＡｇＰｄ）合金が用いら
れることが多かった。
リーンシートの焼結と電極２との積層が約１３００℃で
同時に行われる。よって、電極２の材料には高温で安定
な貴金属、特に銀パラジウム（ＡｇＰｄ）合金が用いら
れることが多かった。
ところが、上記銀パラジウム合金の電極を用いた圧電素
子には多湿雰囲気での動作において電極の短終が発生す
るという問題点があった。この原因は、圧電素子の側面
を保護するモールド用樹脂５の内部に水が浸透して電極
間が導通するためか、あるいは、積層体と樹脂５の間に
水の層が形成され、その中に銀がイオン（Ａｇ中）とし
て溶出しそれが電界に吸引され隣りの電極付近に堆積し
て導通経路を形成するためであると考えられる。この現
象は一般にマイグレーションと呼ばれ銀電極を用いる電
気部品に共通の課題である。
子には多湿雰囲気での動作において電極の短終が発生す
るという問題点があった。この原因は、圧電素子の側面
を保護するモールド用樹脂５の内部に水が浸透して電極
間が導通するためか、あるいは、積層体と樹脂５の間に
水の層が形成され、その中に銀がイオン（Ａｇ中）とし
て溶出しそれが電界に吸引され隣りの電極付近に堆積し
て導通経路を形成するためであると考えられる。この現
象は一般にマイグレーションと呼ばれ銀電極を用いる電
気部品に共通の課題である。
一方、後者の従来技術である全面電極方式積層型圧電素
子では、第５，６図に示すように電ｗ４２と外部引出し
用リード端子３を互い違いに接続するために、電極２の
端面に沿って絶縁物４で被覆する方法が用いられている
。しかし、この方法では絶縁耐圧を稼ぐために絶縁物４
の幅及び厚さを電極２の厚さに比べて十分大きくする必
要があるため、電極間距離または圧電セラミックス板１
の厚さを小さくするのに障害となり、結果として動作電
圧の低減が困難になるという問題があった。
子では、第５，６図に示すように電ｗ４２と外部引出し
用リード端子３を互い違いに接続するために、電極２の
端面に沿って絶縁物４で被覆する方法が用いられている
。しかし、この方法では絶縁耐圧を稼ぐために絶縁物４
の幅及び厚さを電極２の厚さに比べて十分大きくする必
要があるため、電極間距離または圧電セラミックス板１
の厚さを小さくするのに障害となり、結果として動作電
圧の低減が困難になるという問題があった。
また、リード端子３を絶縁物４の凹凸の上に形成するた
め、その信頼性に問題があった。さらに工程が複雑にな
るために２歩留りが低くなり生産コストが高くなるとい
う問題もあった。
め、その信頼性に問題があった。さらに工程が複雑にな
るために２歩留りが低くなり生産コストが高くなるとい
う問題もあった。
本発明の目的は多湿雰囲気においても電極の短絡が発生
せず、特に動作電圧が低く信頼性に優れた低コストの全
面電極方式積層型圧電素子の構造を提供することにある
。
せず、特に動作電圧が低く信頼性に優れた低コストの全
面電極方式積層型圧電素子の構造を提供することにある
。
上記目的を達成するために、本発明は電極たる金属板と
してアルミニウムを主成分とする金属を用い、さらにこ
の金属板を一層おきに一対のリード端子のうちの一方の
みと電気的に接触させ、それ以外の部分で積層体の側面
に露出する部分及びもう一方のリード端子と接触する面
を、選択的に陽極酸化により酸化し、ひき続いて、電気
泳動法により封孔処理を行って電気絶縁性化合物に電気
化学的に置換させたことを特徴とするものである。
してアルミニウムを主成分とする金属を用い、さらにこ
の金属板を一層おきに一対のリード端子のうちの一方の
みと電気的に接触させ、それ以外の部分で積層体の側面
に露出する部分及びもう一方のリード端子と接触する面
を、選択的に陽極酸化により酸化し、ひき続いて、電気
泳動法により封孔処理を行って電気絶縁性化合物に電気
化学的に置換させたことを特徴とするものである。
本発明において電極材料として用いたアルミニウムは清
浄な表面を用する場合非常に活性な金属であるが、表面
が酸化されると化学的に安定ないわゆる不働態に変化す
る性質を有している。そこで、積層体の側面に露出した
アルミニウム電極のうち、リード端子と接続しない部分
を陽極酸化で酸化し、さらに電気泳動法で残存する孔を
封止することにより緻密な電気絶縁物を形成させると、
多湿雰囲気での動作中に積層体の側面が水に濡れた状態
になっても電気的な導通を起こさず、また、水中に電極
材料がイオンとして溶出してマイグレーションを起こす
こともなくなる。
浄な表面を用する場合非常に活性な金属であるが、表面
が酸化されると化学的に安定ないわゆる不働態に変化す
る性質を有している。そこで、積層体の側面に露出した
アルミニウム電極のうち、リード端子と接続しない部分
を陽極酸化で酸化し、さらに電気泳動法で残存する孔を
封止することにより緻密な電気絶縁物を形成させると、
多湿雰囲気での動作中に積層体の側面が水に濡れた状態
になっても電気的な導通を起こさず、また、水中に電極
材料がイオンとして溶出してマイグレーションを起こす
こともなくなる。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。尚
、従来例と同一構造部分には同一符号を付してその説明
を省略する。
、従来例と同一構造部分には同一符号を付してその説明
を省略する。
第１図は本発明による積層型圧電素子で、その側面をモ
ールド用樹脂で被覆する前の状態の視斜図である。また
、第２図は第１図に示した素子の平面ＡＢＣによる切り
口の断面図である。
ールド用樹脂で被覆する前の状態の視斜図である。また
、第２図は第１図に示した素子の平面ＡＢＣによる切り
口の断面図である。
応力が、加えられた場合に電気分極を生じる性質すなわ
ち圧電性を有する誘電体セラミックスは圧電セラミック
スと呼ばれ、チタン酸バリウム（Ｂａ Ｔ ｌ ０３）
−チタン酸鉛（Ｐ ｂ Ｔ ｉ ０ａ）−チタン酸ジル
コン酸鉛（Ｐｂ （Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ，）などが普及して
いる。これらの圧電セラミックスの粉末を溶剤に混合し
て得られるペーストからグリーンシートを作り、これを
成形・焼結することにより得られる圧電セラミックス板
１を第１図及び第２図に示すように複数枚用い、その各
層間に電極板２ａ、２ｂを配置し、加熱及び加圧により
積層体を得る。この積層体の側面の２箇所に電極板２ａ
、２ｂの外部引出し用リード端子３ａ、３ｂを形成し、
電極板２ａ、２ｂを一層おきにリード端子３ａ、３ｂに
交互に接続する。その際に、リード端子３ａ、３ｂで覆
われず積層体の側面に露出する電１１ｉ２ａ、２ｂの端
面を電気絶縁性化合物４ａ、４ｂたとえば酸化物や窒化
物に変化させる。
ち圧電性を有する誘電体セラミックスは圧電セラミック
スと呼ばれ、チタン酸バリウム（Ｂａ Ｔ ｌ ０３）
−チタン酸鉛（Ｐ ｂ Ｔ ｉ ０ａ）−チタン酸ジル
コン酸鉛（Ｐｂ （Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ，）などが普及して
いる。これらの圧電セラミックスの粉末を溶剤に混合し
て得られるペーストからグリーンシートを作り、これを
成形・焼結することにより得られる圧電セラミックス板
１を第１図及び第２図に示すように複数枚用い、その各
層間に電極板２ａ、２ｂを配置し、加熱及び加圧により
積層体を得る。この積層体の側面の２箇所に電極板２ａ
、２ｂの外部引出し用リード端子３ａ、３ｂを形成し、
電極板２ａ、２ｂを一層おきにリード端子３ａ、３ｂに
交互に接続する。その際に、リード端子３ａ、３ｂで覆
われず積層体の側面に露出する電１１ｉ２ａ、２ｂの端
面を電気絶縁性化合物４ａ、４ｂたとえば酸化物や窒化
物に変化させる。
さらに、第２図に示すようにリード端子３ａに接続する
電極２ａは、リード端子３ｂとの電気的接触を防ぐため
にその境界部で電気絶縁性化合物４ａに、リード端子３
ｂに接続する電極２ｂは、リード端子３ａとの電気的接
触を防ぐためにその境界部で電気絶縁性化合物４ｂに変
化させる。なお、各電極板２ａ、２ｂの材質はアルミニ
ウム、若しくはアルミニウムにシリコン又はマグネシウ
ム又はゲルマニウムを固溶させた合金である。そして、
特に望ましい構成は第３図に示すものであり、アルミニ
ウム合金の心材２１の画面に、心材よりも低融点のアル
ミニウム合金の表皮材２２を形威しである。
電極２ａは、リード端子３ｂとの電気的接触を防ぐため
にその境界部で電気絶縁性化合物４ａに、リード端子３
ｂに接続する電極２ｂは、リード端子３ａとの電気的接
触を防ぐためにその境界部で電気絶縁性化合物４ｂに変
化させる。なお、各電極板２ａ、２ｂの材質はアルミニ
ウム、若しくはアルミニウムにシリコン又はマグネシウ
ム又はゲルマニウムを固溶させた合金である。そして、
特に望ましい構成は第３図に示すものであり、アルミニ
ウム合金の心材２１の画面に、心材よりも低融点のアル
ミニウム合金の表皮材２２を形威しである。
以上のような電極材料及び絶縁構造を採用すると次のよ
うな効果が得られる。
うな効果が得られる。
加熱及び加圧により積層体を形成する際に、加熱温度５
８０〜６５０℃では、電極の表皮層のみ液相となるため
、アルミニウム合金電極表面の酸化皮膜は破壊し、その
活性なアルミニウム合金の液相が圧電セラミックスとの
密着及び反応を促進させる。一方、心材のアルミニウム
合金は同相のままで緻密な電極となり、一定の厚さを保
持する。
８０〜６５０℃では、電極の表皮層のみ液相となるため
、アルミニウム合金電極表面の酸化皮膜は破壊し、その
活性なアルミニウム合金の液相が圧電セラミックスとの
密着及び反応を促進させる。一方、心材のアルミニウム
合金は同相のままで緻密な電極となり、一定の厚さを保
持する。
次に、電極端面の絶縁処理方法の実施例を図４を用いて
説明する。圧電セラミックス１とそれよりも面積の小さ
いアルミニウム合金電極２を積層させて同図のような交
互積層体６を作り、その側面のうち１層おきに電極の端
面が露出する位置に仮電極１０を形成する１次にこの仮
電極１０が陽極、仮電極１０よりもイオン化傾向の大き
い金属７が陰極となるように直流電源８を接続した状態
で電解液９に侵漬する。この装置により、仮電極１０と
接続している電極２の表面が陽極酸化され多孔質の酸化
物層が形成される。ここで、電解液としては、例えば硫
酸やシュウ酸又はホウ酸などの希釈水溶液が使われる０
次に、電解液の代わりに樹脂を分散させた希釈電解液に
侵漬する電気泳動法により、陽極酸化された電極２の表
面の多孔質酸化物層の空孔の内部及び表面に樹脂が含浸
あるいは付着し、封孔処理が行われ、電極２の端面に緻
密な電気絶縁性化合物が形成される。この絶縁層により
、外部引出し用リード端子と内部電極を絶縁する。
説明する。圧電セラミックス１とそれよりも面積の小さ
いアルミニウム合金電極２を積層させて同図のような交
互積層体６を作り、その側面のうち１層おきに電極の端
面が露出する位置に仮電極１０を形成する１次にこの仮
電極１０が陽極、仮電極１０よりもイオン化傾向の大き
い金属７が陰極となるように直流電源８を接続した状態
で電解液９に侵漬する。この装置により、仮電極１０と
接続している電極２の表面が陽極酸化され多孔質の酸化
物層が形成される。ここで、電解液としては、例えば硫
酸やシュウ酸又はホウ酸などの希釈水溶液が使われる０
次に、電解液の代わりに樹脂を分散させた希釈電解液に
侵漬する電気泳動法により、陽極酸化された電極２の表
面の多孔質酸化物層の空孔の内部及び表面に樹脂が含浸
あるいは付着し、封孔処理が行われ、電極２の端面に緻
密な電気絶縁性化合物が形成される。この絶縁層により
、外部引出し用リード端子と内部電極を絶縁する。
この方法により、第５図に示す従来例における圧電セラ
ミックス板１の厚さに対する制限がなくなり、動作電圧
の低減が可能になった。また従来例とは異なり積層体の
側面が平坦であるため、リード端子３の形状が滑らかに
なり断線の発生率が低くなった。さらに、多湿雰囲気で
の動作時に水が浸透してもマイグレーションや電＄１ｉ
２の短絡の発生率が低くなった。
ミックス板１の厚さに対する制限がなくなり、動作電圧
の低減が可能になった。また従来例とは異なり積層体の
側面が平坦であるため、リード端子３の形状が滑らかに
なり断線の発生率が低くなった。さらに、多湿雰囲気で
の動作時に水が浸透してもマイグレーションや電＄１ｉ
２の短絡の発生率が低くなった。
本発明によれば、積層型圧電素子の耐湿性を向上させ、
全面電極方式素子の動作電圧を下げ信頼性を向上させる
ことができるという効果が得られる。
全面電極方式素子の動作電圧を下げ信頼性を向上させる
ことができるという効果が得られる。
第１図は本発明の一実施例の積層型圧電素子の斜視図、
第２図は第１図のＡＢＣ面の断面図、第３図は積層用電
極の最も効果的な構造を示す斜視図、第４図は絶縁体層
作成方法を示す説明図、第５回は従来例になる全面電極
方式積層型圧電素子の断面図、第６図は第５図のＩＶ−
ＩＶ線断面図である。 １・・・圧電セラミックス板、２・・・電極板、３・・
・リード端子、４・・・電気絶縁性化合物。
第２図は第１図のＡＢＣ面の断面図、第３図は積層用電
極の最も効果的な構造を示す斜視図、第４図は絶縁体層
作成方法を示す説明図、第５回は従来例になる全面電極
方式積層型圧電素子の断面図、第６図は第５図のＩＶ−
ＩＶ線断面図である。 １・・・圧電セラミックス板、２・・・電極板、３・・
・リード端子、４・・・電気絶縁性化合物。
Claims (5)
- １．圧電セラミックス板と金属板とが交互に積層された
積層体と、該積層体の側面に形成され、前記金属板に交
互に接続された一対の外部引出し用のリード端子とから
成る積層型圧電素子において、 前記金属板は、アルミニウムを主成分とし、該金属板に
接続されたリード端子以外のリード端子との接触部、及
び前記積層体の側面に露出する露出部が、選択的に陽極
酸化により酸化され且つ電気泳動法によって封孔処理さ
れることによって、電気絶縁性化合物に電気化学的に置
換されたものであることを特徴とする積層型圧電素子。 - ２．圧電セラミックス板と金属板とが交互に積層された
積層体と、該積層体の側面に形成され、前記金属板に交
互に接続された一対の外部引出し用のリード端子とから
成る積層型圧電素子において、 前記圧電セラミックス板と金属板とは厚さを除く寸法が
同じであると共に、該前記金属板はアルミニウムを主成
分とし、該金属板に接続されたリード端子以外のリード
端子との接触部、及び前記積層体の側面に露出する露出
部が、選択的に陽極酸化により酸化され且つ電気泳動法
によって封孔処理されることによって、電気絶縁性化合
物に電気化学的に置換されたものであることを特徴とす
る積層型圧電素子。 - ３．圧電セラミックス板と金属板とが交互に積層された
積層体と、該積層体の側面に形成され、前記金属板に交
互に接続された一対の外部引出し用のリード端子とから
成る積層型圧電素子において、 前記金属板は、アルミニウム、もしくはアルミニウムに
シリコン又はマグネシウム又はゲルマニウムを固溶させ
た合金を用い、該金属板に接続されたリード端子以外の
リード端子との接触部、及び前記積層体の側面に露出す
る露出部が、選択的に陽極酸化により酸化され且つ電気
泳動法によって封孔処理されることによって、電気絶縁
性化合物に電気化学的に置換されたものであることを特
徴とする積層型圧電素子。 - ４．圧電セラミックス板と金属板とが交互に積層された
積層体と、該積層体の側面に形成され、前記金属板に交
互に接続された一対の外部引出し用のリード端子とから
成る積層型圧電素子において、 前記金属板は、アルミニウム合金の心材の画面に該心材
よりも低融点のアルミニウム合金の表皮材を形成したも
のであり、該金属板に接続されたリード端子以外のリー
ド端子との接触部、及び前記積層体の側面に露出する露
出部が、選択的に陽極酸化により酸化され且つ電気泳動
法によって封孔処理されることによって、電気絶縁性化
合物に電気化学的に置換されたものであることを特徴と
する積層型圧電素子。 - ５．圧電セラミックス板と金属板とが交互に積層された
積層体と、該積層体の側面に形成され、前記金属板に交
互に接続された一対の外部引出し用のリード端子とから
成る積層型圧電素子において、 前記金属板は、アルミニウム合金の心材を該心材よりも
低融点のアルミニウム合金で挟み、５８０℃〜６５０℃
で加熱形成したものであり、該金属板に接続されたリー
ド端子以外のリード端子との接触部、及び前記積層体の
側面に露出する露出部が、選択的に陽極酸化により酸化
され且つ電気泳動法によって封孔処理されることによっ
て、電気絶縁性化合物に電気化学的に置換されたもので
あることを特徴とする積層型圧電素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1177829A JPH0342884A (ja) | 1989-07-10 | 1989-07-10 | 積層型圧電素子 |
| US07/510,875 US5163209A (en) | 1989-04-26 | 1990-04-18 | Method of manufacturing a stack-type piezoelectric element |
| EP90107871A EP0395018B1 (en) | 1989-04-26 | 1990-04-25 | Stack-type piezoelectric element and process for production thereof |
| DE69020629T DE69020629T2 (de) | 1989-04-26 | 1990-04-25 | Schichtartiges piezoelektrisches Element und Verfahren zu dessen Herstellung. |
| US07/913,348 US5233260A (en) | 1989-04-26 | 1992-07-15 | Stack-type piezoelectric element and process for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1177829A JPH0342884A (ja) | 1989-07-10 | 1989-07-10 | 積層型圧電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0342884A true JPH0342884A (ja) | 1991-02-25 |
Family
ID=16037837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1177829A Pending JPH0342884A (ja) | 1989-04-26 | 1989-07-10 | 積層型圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0342884A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005072370A (ja) * | 2003-08-26 | 2005-03-17 | Ngk Insulators Ltd | 積層セラミックス電子部品及び製造方法 |
-
1989
- 1989-07-10 JP JP1177829A patent/JPH0342884A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005072370A (ja) * | 2003-08-26 | 2005-03-17 | Ngk Insulators Ltd | 積層セラミックス電子部品及び製造方法 |
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