JPH04253384A - 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】

【０００１】

【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、超音波モーター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。

【０００２】

【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
クス材料からなる薄板に電極を設けて分極した後、直接
あるいは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。

【０００３】このため最近では積層チップコンデンサー
の製法を応用し、積層型変位素子を作製する方法が実用
化されている。すなわち例えば特公昭５９−３２０４０
１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ス材料を、所定
の厚さの薄片に成形し、この薄片の一方の面もしくは両
面に銀・パラジウム等の導体材料を塗布して内部電極を
形成し、前記薄板を複数枚積層して圧着し、更に所定の
形状に加工した後、焼成することによりセラミックス化
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、圧電セラミックス材料か
らなる薄板と内部電極の接合部分の密着性に優れている
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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の積層型変位
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、高湿雰囲気に
おいていわゆるマイグレーションを生じ、ついには絶縁
破壊に至るという問題点がある。即ち電極を構成するＡ
ｇ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収
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、ついには短絡するのである。

【０００５】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，Ｐｄの様な高融点の貴金
属材料によって形成することが考えられるが、接合強度
が低い、コストが高い等の問題点がある。また、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
よって上記側面に露出する銀電極を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）
が、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出来ず例えばピンホール等を介し
て外部の湿気の進入を許容することがあり、信頼性の点
で不満足な点がある。

【０００６】本発明は、上記従来技術に存在する問題点
を解決し、マイグレーションを完全に防止し、かつ、接
合強度が大きい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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明においては、電気機械変換材料からなる薄板
を、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、前記内部電極の材質として
白金１００重量％に対してニッケルを２重量％以上から
７０重量％以下まで混合した白金ニッケル合金を用いる
、という技術的手段を採用した。

【０００８】

【作用】上記の構成により、高湿度雰囲気で直流高電圧
を連続印加してもマイグレーションは発生しない。また
、白金とニッケルは合金を形成し、かつニッケルは圧電
セラミックスと酸素を介して結合することから接合強度
の極めて高い積層型変位素子とすることができる。さら
に、ニッケルを混合することにより電極コストを低減す
ることができる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す要部正面図であ
る。同図において１は薄板であり、圧電セラミックス材
料によって例えば一辺１０ｍｍ、厚さ１００μｍの正方
形状に形成する。２は内部電極であり、後述する白金・
ニッケル合金で形成し、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１を例えば１００枚積層して形成した積層体の両側面
部に内部電極２の端縁部を接続するように１対設ける。

【００１０】積層型変位素子は例えば以下の工程により
作成する。チタン酸ジルコン酸鉛〔Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ３〕系の粉末に、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各々添
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１００μｍのシート上の薄板１に形成する。次い
でこの薄板１の表面に白金・ニッケルペーストをスクリ
ーン印刷して内部電極２を形成する。所定枚数の薄板１
を積層、圧着して一体化した後、１１５０〜１２５０℃
の温度で焼結し、焼結後外部電極３を、例えばニッケル
メッキまたは白金ペースト等で作成する。表１には前記
のようにして作成した積層素子の接合強度を示す。表１
から明らかなように白金にニッケルを混合することで接
合強度が大幅に向上することがわかる。なお、ニッケル
の混合量が白金に対して２重量％より少ない場合には接
合強度の向上が得られず、７０重量％を越える場合には
内部電極括弧の酸化が発生し電極として使用できない。

【００１１】

【表１】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＊を
付したものは比較例

【００１２】次にＮｏ．３の組成の
内部電極で作成した積層型変位素子の４０℃、相対湿度
９０％の条件下での耐湿試験を実施した。素子の表面を
エポキシ樹脂でコーティングし、１５０Ｖの直流電流を
印加した。１０００時間の試験を行った後絶縁破壊した
素子は皆無であった。一方、比較のために実施した内部
電極が銀・パラジウムの積層型変位素子は５００時間以
内で全ての素子が絶縁破壊した。

【００１３】図２は、本発明の別の実施例であり、同一
部分は前記図１と同一の参照符号で示す。図２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、いわゆる交互電極型に形成
する。前記実施例と同様にして薄板１上に内部電極２を
形成した後、内部電極２が図２のように内部電極２が欠
如する側が交互に対辺となるように積層して圧着し、前
記同様の焼結後、図２に示す様に外部電極３を設けて積
層型変位素子とする。上記の構成により、薄板１の側面
の一部には厳密にいえば内部電極２の厚さに相当する間
隔を生じることになるが、内部電極２の厚さは通常２〜
３μｍの極めて微小厚さであると共に、薄板１の焼結前
における圧着、および焼結時における部分的膨張等によ
って前記の間隔は実質的には閉塞される。本実施例で作
成した積層型変位素子の耐湿試験を実施したが、前記実
施例と同様に絶縁破壊した素子は皆無であった。

【００１４】本実施例ではチタン酸ジルコン酸鉛の例を
示したが、他の圧電材料は勿論のこと、キュリー温度が
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
とまったく同様な作用を期待できる。

【００１５】

【発明の効果】本発明は、以上記述のような構成および
作用であるからマイグレーションの発生を完全に防止す
ることができ、かつ、接合強度が大きいことから信頼性
の高い積層型変位素子を提供するものである。さらに、
ニッケルを混合することによりコストの高騰を防止する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例における積層型変位素子
の要部正面図である。

【図２】図２は本発明の別の実施例における要部正面図
である。

【符号の説明】

１　　薄板 ２　　内部電極 ３　　外部電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、前記内部電極の材質として白金１
   ００重量％に対してニッケルを２重量％以上から７０重
   量％以下まで混合した白金ニッケル合金を用いたことを
   特徴とする積層型変位素子。