JPH04361575A - 積層型圧電体 - 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、圧電効果を利用した圧
電アクチュエータとして用いられる積層型圧電体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、電磁力を利用したアクチュエータ
に代わって、例えば特開昭６２−２９１１８７号公報、
実開昭６４−３０８６５号公報などに開示されているよ
うに、圧電効果を利用した圧電アクチュエータが多用さ
れている。この圧電アクチュエータは発熱が少なく、ま
た小型で高速駆動が可能なため、各種の機械的駆動素子
として極めて有望である。ただ圧電効果による機械的変
位は本質的に極めて小さいので、大きな変位量を得るた
めに圧電板と電極板とが交互に多重に積層され、絶縁保
護層で被覆された構造の積層型圧電体として提供されて
いる。

【０００３】ところで圧電板と電極板とを交互に積層す
る場合、位置ずれを防止するために圧電板と電極板を接
合することが望ましい。また圧電板と電極板との導通を
確実とすることも望まれる。そこで特開昭６０−１２１
７８４号公報などには、圧電板と電極板の間に導電性の
銀ペーストなどを介在させ、このペーストの結合力を利
用して接合された積層型圧電体が開示されている。

【０００４】しかしながら銀ペーストなどを用いた積層
型圧電体では、製造工数が多大となること、電極が厚く
なること、などの要因によりコスト高となるという欠点
がある。そこで実開平２−８１０６９号公報には、熱硬
化型導電性樹脂フィルムからなる内部電極を介して圧電
板を積層し、熱圧着して形成された積層型圧電体が開示
されている。この積層型圧電体によれば、内部電極が圧
電板と密着して一体化され、電極の厚さが薄く製造も容
易であるので、コストの低減を図ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが熱硬化型導電
性樹脂フィルムからなる内部電極をもつ積層型圧電体に
あっては、使用時にマイグレーションが生じ短絡する場
合があった。本発明はこのような内部電極をもつ積層型
圧電体において、主として短絡を防止することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記した熱
硬化型導電性樹脂フィルムからなる内部電極をもつ積層
型圧電体の問題点について、その原因を追求した。その
結果、内部電極が吸水して含まれる金属成分がイオン化
し、印加電圧により電解析出するため短絡が生じること
を見出した。

【０００７】本発明の積層型圧電体は、このような知見
に基づき鋭意研究の結果完成されたものであり、圧電板
と内部電極とが交互に複数個積層された積層型圧電体に
おいて、内部電極は導電性シリコーン系樹脂から形成さ
れていることを特徴とする。圧電板は、電圧の印加によ
り歪みや応力を生じる圧電体から形成されている。例え
ばペロブスカイト結晶構造のＢａＴｉＯ３　とＰｂＴｉ
Ｏ３　又はＣａＴｉＯ３　との固溶体などの圧電体セラ
ミックスから円板形状に形成された、従来と同様のもの
が用いられる。

【０００８】内部電極は導電性シリコーン系樹脂から形
成されている。ここで導電性シリコーン系樹脂とは、公
知のシリコーン系樹脂に導電性物質を混合して導電性を
付与したものであり、市販のものを用いることができる
。このシリコーン系樹脂の硬度は従来の熱硬化型導電性
樹脂フィルムの硬度と同等以上であることが好ましいが
、場合によってはシリコーン系ゴムを用いることもでき
る。このシリコーン系樹脂は吸水率が０．０５〜０．０
６％であり、例えば熱硬化型導電性樹脂に用いられてい
るエポキシ樹脂の０．３〜１．９５％に比べて極めて小
さいので、吸水による短絡が防止される。なお、導電性
物質としては金属粉末が代表的であるが、カーボンなど
のイオン化しない導電性物質を利用するのが好ましい。 これにより万一吸水した場合にもイオン化しないので、
電解析出が防止され短絡を一層確実に防止することがで
きる。

【０００９】この内部電極は、圧電板とほぼ同一形状の
薄板状部と、複数の薄板状部を連結する橋部とからなる
形状に予め一体成形しておくことが望ましい。これによ
り積層後の内部電極どうしの接続工程を不要とすること
ができる。圧電板と内部電極とを直接重ねて積層するだ
けでは、ずれを防止できない。そこで通常は接着剤を介
して積層され、積層後接着剤を硬化させ一体化してずれ
を防止している。この接着剤としては、導電性あるいは
誘電性を有するものが用いられる。なお、この接着剤は
軟質で柔軟性に富むことが望ましい。このようにすれば
、接着剤層で圧電板と内部電極の熱膨張及び収縮の差に
よる応力が吸収され、剥離などの不具合が防止される。 また接着剤層が吸水することによる導電性物質のイオン
化を防ぐために、前述した理由と同じ理由によりシリコ
ーン系ゴム製の導電性接着剤を用いることが望ましい。

【００１０】なお、柔軟性の大きな接着剤を用いる場合
、積層体を軸方向に加圧した状態で接着剤を硬化させる
ことが望ましい。これにより圧電板の表面の凹凸に接着
剤が充分になじみ、圧電板と内部電極の間が密に充填さ
れるので、高い圧電効率が得られる。また得られた積層
型圧電体を部品に組み込む際には、軸方向に加圧して圧
縮した状態で組み込むことが望ましい。このようにすれ
ば、接着剤層は圧縮変形して外部へはみ出したり圧電板
表面の凹部内に入り込んだりするため、圧電板と内部電
極との間に介在する部分が少なくなり、接着剤層で圧電
体の変位量が吸収される割合を低減することができる。

【００１１】

【発明の作用及び効果】本発明の積層型圧電体では、導
電性シリコーン系樹脂から形成された内部電極が用いら
れている。シリコーン系樹脂は吸水性がきわめて小さい
ので、吸水による導電性金属のイオン化が防止され、ひ
いては短絡を防止することができる。また内部電極は金
属製の電極板に比べて軟質であるため、圧電板と密着し
て空隙の発生がない。したがって高い圧電効率が得られ
、偏荷重も防止される。そして導電ペーストなどを用い
る必要がないので製造が容易となり、低コストとなる。

【００１２】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 （実施例）図１〜図４は本実施例の積層型圧電体を示す
ものである。この積層型圧電体は、圧電板１と、内部電
極２及び絶縁被覆層３とから構成されている。

【００１３】圧電板１は、直径１０ｍｍ、厚さ０．５ｍ
ｍの円板状にＰＺＴから形成され、圧電定数（ｄ３３）
が５５０×１０−１２　ｍ／ｖの特性を有している。内
部電極２はシリコーン系ゴムから形成され、図３に示す
ように複数の薄板状部２０とその薄板状部２０を連結す
る長尺状の橋部２１とをもち、薄板状部２０はそれぞれ
平行で同軸的に圧電板１の２枚分の間隔を隔てて列設さ
れている。

【００１４】そして内部電極２は２個一対で設けられ、
圧電板１と薄板状部２０とが交互にそれぞれ５０層及び
５１層積層されて、全体がエポキシ樹脂からなる絶縁被
覆層３で被覆されている。以下、この積層型圧電体の製
造方法を説明する。まず、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）を主成分とする粉末に、ポリビニルブチラールなど
の結合剤とアセトンなどの溶剤を加えてスラリーとする
。これをドクターブレード法などでグリーンシートに成
形し、所定形状に打ち抜いた後、空気中１３００℃で焼
成し圧電板１を得る。

【００１５】次に熱加硫型導電性シリコーン系ゴム（「
シリコーンＳＲＸ５３９Ｕ」東レダウコーニング社製）
から、型成形により図３に示す櫛形状の内部電極２を形
成する。なお、この熱加硫型導電性シリコーン系ゴムに
は、カーボンを主とする非金属系導電性粉末が配合され
ている。この内部電極２は図３に示すように２個一対で
用いられ、一方の内部電極の対向する一対の薄板状部２
０の間に他方の薄板状部２０’が位置して、橋部２１、
２１’は積層体の外周で１８０度反対側に位置している
。そして一方の薄板状部２０と他方の薄板状部２０’の
間にそれぞれ圧電板１が配置される。ここで圧電板１の
表裏両表面には、図示しない軟質導電性シリコーン系ゴ
ムよりなる接着剤（「シリコーンＳＥ９１４０」東レダ
ウコーニング社製）が１μｍの膜厚で塗布され、圧電板
１と薄板状部２０、２０’とはこの接着剤層を介して積
層される。

【００１６】次に積層体を軸方向両側から図２及び図４
に矢印で示すように押圧しながら加熱して接着剤層を硬
化させ、全体を一体的に接合する。その後、積層体の周
囲全体に熱硬化性エポキシ樹脂をコーティングし、１５
０℃で３０分保持して硬化させて絶縁被覆層３を形成す
る。このようにして得られた本実施例の積層型圧電体は
、約４ＭＰａ（０．４ｋｇｆ／ｍｍ２　）の力で軸方向
に予備圧縮されながら部品に組付けられる。すると接着
剤層は圧電体１と薄板状部２０との間からはみ出したり
、深さ２〜３μｍ程度の圧電体１表面の凹部内を充填す
る。したがって圧電体１と薄板状部２０との間に残る接
着剤層は僅かとなるので、電圧印加時の圧電体１の変位
が接着剤層で吸収される割合が小さく、高い圧電効率が
得られる。

【００１７】この積層体では、一対の橋部２１、２１’
の間に電圧が印加され、圧電アクチュエータとして利用
される。そして内部電極２は吸水性が極めて小さく、万
一吸水しても内部電極中の導電性粉末はイオン化しない
ので、電解析出がなく短絡が防止されている。 （試験例）なお、本実施例で接着剤として用いた軟質の
シリコーン系ゴムと、一般のエポキシ樹脂系接着剤につ
いて、サーマルショック試験を行った。試験方法は、２
枚のステンレス板の間にガラス板を挟みそれぞれを接着
剤で接着した５層構造の試験片を作成し、−４０℃１時
間〜８０℃１時間の冷熱サイクルを行いながら引張り剪
断接着強さを測定した。そして接着剤層とガラス板との
界面における亀裂の発生の有無を調査した。結果を表１
に示す。

【００１８】

【表１】 　　表１より、シリコーン系ゴム接着剤は剪断強さでは
エポキシ樹脂系接着剤に劣るものの、冷熱サイクルによ
る試験片の膨張・収縮の動きによく追従し、亀裂の発生
がない。したがって積層型圧電体の接着剤として用いれ
ば、熱膨張・収縮による亀裂の発生が防止され、初期の
圧電特性を長期間持続できることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の積層型圧電体の模式的な断
面図である。

【図２】図１の要部の斜視図である。

【図３】図１の内部電極の模式的な断面図である。

【図４】図１の積層型圧電体を製造する際の一工程を示
す説明図である。

【符号の説明】

１：圧電板　　　　　　　　２：内部電極　　　　　　
　　３：絶縁被覆層 ２０：薄板状部　　　　２１：橋部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧電板と内部電極とが交互に複数個積
   層された積層型圧電体において、該内部電極は導電性シ
   リコーン系樹脂から形成されていることを特徴とする積
   層型圧電体。