JPH0786651A - 積層型電気・歪変換素子，積層型セラミックアクチュエータおよびその製造方法 - Google Patents
積層型電気・歪変換素子，積層型セラミックアクチュエータおよびその製造方法Info
- Publication number
- JPH0786651A JPH0786651A JP5251035A JP25103593A JPH0786651A JP H0786651 A JPH0786651 A JP H0786651A JP 5251035 A JP5251035 A JP 5251035A JP 25103593 A JP25103593 A JP 25103593A JP H0786651 A JPH0786651 A JP H0786651A
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 セラミック素材の外表面の耐電圧が大きく、
マイグレーション、短絡・沿面放電を確実に防止する。 【構成】 表裏面にそれぞれ電極２，２’が形成された
ジルコニウム酸チタン酸鉛系圧電材料素材からなるセラ
ミック圧電体１を、外部電極３を介して複数枚積層接着
して積層体を製作する。この積層体を酸化雰囲気中で酸
化処理し、酸化物１０を形成する。しかる後この積層体
の表面全体を絶縁被覆剤樹脂１１で被覆し、樹脂１１か
ら外部に突出する外部電極３を一つおきに同電位になる
ようリード線４，５で接続して積層型電気・歪変換素子
１２を構成する。
マイグレーション、短絡・沿面放電を確実に防止する。 【構成】 表裏面にそれぞれ電極２，２’が形成された
ジルコニウム酸チタン酸鉛系圧電材料素材からなるセラ
ミック圧電体１を、外部電極３を介して複数枚積層接着
して積層体を製作する。この積層体を酸化雰囲気中で酸
化処理し、酸化物１０を形成する。しかる後この積層体
の表面全体を絶縁被覆剤樹脂１１で被覆し、樹脂１１か
ら外部に突出する外部電極３を一つおきに同電位になる
ようリード線４，５で接続して積層型電気・歪変換素子
１２を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、印加電圧に応じて伸縮
する積層型電気・歪変換素子，積層型セラミックアクチ
ュエータおよびその製造方法に関するものである。
する積層型電気・歪変換素子，積層型セラミックアクチ
ュエータおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光または磁気ディスクヘッド、各
種光学装置、精密工作機械等の精密位置決め装置におい
ては、例えば特開昭６３−１３６５８１号公報「積層型
圧電体」、特公昭６３−１７３５４号公報「電歪効果素
子」等に開示されているように、圧電素子を多数積層し
て形成し、印加する電圧に応じて圧電素子を伸縮させる
ことにより微小駆動用アクチュエータとして用いること
が行われている。
種光学装置、精密工作機械等の精密位置決め装置におい
ては、例えば特開昭６３−１３６５８１号公報「積層型
圧電体」、特公昭６３−１７３５４号公報「電歪効果素
子」等に開示されているように、圧電素子を多数積層し
て形成し、印加する電圧に応じて圧電素子を伸縮させる
ことにより微小駆動用アクチュエータとして用いること
が行われている。
【０００３】図２はこのような積層型電気・歪変換素子
の基本的構成を示す断面図で、表裏面にそれぞれ電極
２，２’が形成された複数枚の薄膜状セラミック圧電体
（セラミック素子）１を銅製の金属板等からなる外部電
極３を介して積層接着し、これら外部電極３を一つおき
に同電位になるようリード線４，５を介して電源に接続
して各セラミック圧電体１を電気的に並列に接続して積
層型電気・歪変換素子６を構成し、これに高電圧（例：
１ＫＶ／ｍｍ以上）を印加することにより各セラミック
圧電体１に歪みを発生させ、逆に外力を加えて変形させ
ると外力に比例して圧電体の表面に電荷を生じて電圧を
発生させるようにしたものである。このような性質を圧
電と呼んでいる。なお、図２において７は絶縁体であ
る。
の基本的構成を示す断面図で、表裏面にそれぞれ電極
２，２’が形成された複数枚の薄膜状セラミック圧電体
（セラミック素子）１を銅製の金属板等からなる外部電
極３を介して積層接着し、これら外部電極３を一つおき
に同電位になるようリード線４，５を介して電源に接続
して各セラミック圧電体１を電気的に並列に接続して積
層型電気・歪変換素子６を構成し、これに高電圧（例：
１ＫＶ／ｍｍ以上）を印加することにより各セラミック
圧電体１に歪みを発生させ、逆に外力を加えて変形させ
ると外力に比例して圧電体の表面に電荷を生じて電圧を
発生させるようにしたものである。このような性質を圧
電と呼んでいる。なお、図２において７は絶縁体であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような積層型電気
・歪変換素子においては、圧電素子または電歪素子から
なるセラミック素材に大変位量を与える場合、素子の両
端に１ＫＶ／ｍｍ以上の大きな電界をかける必要があ
り、その大電界がかかるセラミック素材の側面に水分や
導電性のゴミが付着していると、短絡・沿面放電が起こ
りやすく信頼性が著しく低下するという問題があった。
すなわち、セラミック素材の電極膜として通常、銀・ニ
ッケルなどが用いられるが僅かでも湿気が存在すると、
電界がかかっている素材側面において、正電極から金属
イオンが生成し、それが電気的に引き寄せられ負電極で
電子をもらい金属が析出する。このような現象をマイグ
レーションと呼んでいる。マイグレーションが起こると
電極間距離が短くなってゆき、絶縁性が低下する。それ
が原因で短絡・沿面放電が起き易くなる。また、マイグ
レーションが生じた部分に空隙が存在すると短絡・沿面
放電は特に起き易くなる。
・歪変換素子においては、圧電素子または電歪素子から
なるセラミック素材に大変位量を与える場合、素子の両
端に１ＫＶ／ｍｍ以上の大きな電界をかける必要があ
り、その大電界がかかるセラミック素材の側面に水分や
導電性のゴミが付着していると、短絡・沿面放電が起こ
りやすく信頼性が著しく低下するという問題があった。
すなわち、セラミック素材の電極膜として通常、銀・ニ
ッケルなどが用いられるが僅かでも湿気が存在すると、
電界がかかっている素材側面において、正電極から金属
イオンが生成し、それが電気的に引き寄せられ負電極で
電子をもらい金属が析出する。このような現象をマイグ
レーションと呼んでいる。マイグレーションが起こると
電極間距離が短くなってゆき、絶縁性が低下する。それ
が原因で短絡・沿面放電が起き易くなる。また、マイグ
レーションが生じた部分に空隙が存在すると短絡・沿面
放電は特に起き易くなる。
【０００５】そこで、その対策として、例えば絶縁性
を有する樹脂・グリースなどで被覆し外部の湿気の侵入
を防止する方法、セラミック圧電素子間の空隙および
セラミック圧電素子の側面に粘稠性の絶縁物質を配設す
る方法（上記特開昭６３−１３６５８１号公報）、積
層チップの一方の側面において内部電極の端面に一層お
きに絶縁物質が塗布された上から一方の電極となる導電
性物質を形成し、他方の側面において前記一方の側面に
おいて絶縁物質が塗布されなかった内部電極板の端面に
一層おきに絶縁物質が塗布された上から他方の電極とな
る導電性物質を形成する方法（上記特公昭６３−１７３
５４号公報）等が提案実施されている。
を有する樹脂・グリースなどで被覆し外部の湿気の侵入
を防止する方法、セラミック圧電素子間の空隙および
セラミック圧電素子の側面に粘稠性の絶縁物質を配設す
る方法（上記特開昭６３−１３６５８１号公報）、積
層チップの一方の側面において内部電極の端面に一層お
きに絶縁物質が塗布された上から一方の電極となる導電
性物質を形成し、他方の側面において前記一方の側面に
おいて絶縁物質が塗布されなかった内部電極板の端面に
一層おきに絶縁物質が塗布された上から他方の電極とな
る導電性物質を形成する方法（上記特公昭６３−１７３
５４号公報）等が提案実施されている。
【０００６】しかし、上記の方法は通常樹脂が吸湿
性、透湿性を有するため、僅かな湿気も問題となるマイ
グレーションの防止に対しては十分とは云えず、また有
機物である樹脂と無機物であるセラミックスとの界面は
化学結合ができにくいため、接着強度が弱く空隙ができ
易いという欠点を有する。一方、上記，の方法はい
ずれも絶縁物質を薄い圧電素子の側面に部分的に塗布形
成する必要があるため、高い位置決め精度が要求され、
作業が面倒であるという問題があった。
性、透湿性を有するため、僅かな湿気も問題となるマイ
グレーションの防止に対しては十分とは云えず、また有
機物である樹脂と無機物であるセラミックスとの界面は
化学結合ができにくいため、接着強度が弱く空隙ができ
易いという欠点を有する。一方、上記，の方法はい
ずれも絶縁物質を薄い圧電素子の側面に部分的に塗布形
成する必要があるため、高い位置決め精度が要求され、
作業が面倒であるという問題があった。
【０００７】そこで、本発明者はセラミック素材の表面
状態を変えて種々の実験を行った結果、表面を絶縁体で
ある酸化物で被覆すると、表面での電気化学反応である
沿面放電やマイグレーションが起きにくいことを確認し
た。
状態を変えて種々の実験を行った結果、表面を絶縁体で
ある酸化物で被覆すると、表面での電気化学反応である
沿面放電やマイグレーションが起きにくいことを確認し
た。
【０００８】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点および実験結果に基づいてなされたもので、そ
の目的とするところは、セラミック素材の外表面に絶縁
酸化物を形成するという簡単な構成により、耐電圧を増
大させ、マイグレーション、短絡・沿面放電を確実に防
止し得るようにした積層型電気・歪変換素子，積層型セ
ラミックアクチュエータおよびその製造方法を提供する
ことにある。
の問題点および実験結果に基づいてなされたもので、そ
の目的とするところは、セラミック素材の外表面に絶縁
酸化物を形成するという簡単な構成により、耐電圧を増
大させ、マイグレーション、短絡・沿面放電を確実に防
止し得るようにした積層型電気・歪変換素子，積層型セ
ラミックアクチュエータおよびその製造方法を提供する
ことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明に係る積層型電気・歪変換素子は、表裏
面に電極が形成された圧電材料もしくは電歪材料からな
る複数枚のセラミック素材を積層接着した積層型電気・
歪変換素子において、前記セラミック素材は外表面に酸
化物が形成されているものである。第２の発明に係る積
層型セラミックアクチュエータは、第１の発明に係る積
層型電気・歪変換素子を使用したものである。第３の発
明に係る積層型電気・歪変換素子の製造方法は、表裏面
に電極が形成された圧電材料もしくは電歪材料からなる
複数枚のセラミック素材を積層接着する工程と、この積
層接着されたセラミック素材を酸化雰囲気中で酸化処理
し酸化物を形成する工程とからなるものである。
め、第１の発明に係る積層型電気・歪変換素子は、表裏
面に電極が形成された圧電材料もしくは電歪材料からな
る複数枚のセラミック素材を積層接着した積層型電気・
歪変換素子において、前記セラミック素材は外表面に酸
化物が形成されているものである。第２の発明に係る積
層型セラミックアクチュエータは、第１の発明に係る積
層型電気・歪変換素子を使用したものである。第３の発
明に係る積層型電気・歪変換素子の製造方法は、表裏面
に電極が形成された圧電材料もしくは電歪材料からなる
複数枚のセラミック素材を積層接着する工程と、この積
層接着されたセラミック素材を酸化雰囲気中で酸化処理
し酸化物を形成する工程とからなるものである。
【００１０】
【作用】本発明において、セラミック素材の外表面を絶
縁体である酸化物で被覆すると、酸化物で被覆しない場
合に比べて耐電圧が大きく、外表面での電気化学反応で
あるマイグレーションや沿面放電の発生は少ない。外表
面の酸化処理方法としては、酸素雰囲気中やオゾン雰囲
気中等で酸化処理を施すことが適当である。
縁体である酸化物で被覆すると、酸化物で被覆しない場
合に比べて耐電圧が大きく、外表面での電気化学反応で
あるマイグレーションや沿面放電の発生は少ない。外表
面の酸化処理方法としては、酸素雰囲気中やオゾン雰囲
気中等で酸化処理を施すことが適当である。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明に係る積層型電気・歪変
換素子の一実施例を示す断面図である。なお、図中図２
と同一構成部材のものに対しては同一符号をもって示
す。また、図における各部の厚み、大きさは理解を容易
にするため誇張して示しており、実際の寸法とは異な
る。本実施例は、ジルコニウム酸チタン酸鉛系圧電材料
素材からなる表裏面にそれぞれ電極２，２’が形成され
た複数枚の薄膜状セラミック圧電体１を銅製の金属板等
からなる外部電極３を介して積層接着し、この積層体を
オゾン中室温で酸化処理を施して酸化物１０を形成し、
しかる後この積層体の表面全体にアクリル樹脂等の絶縁
被覆剤樹脂１１を厚さ０．５ｍｍで通常処理にて被覆
し、樹脂１１から外部に突出する外部電極３を一つおき
に同電位になるようリード線４，５で接続して積層型電
気・歪変換素子１２を製作したものである。そして、こ
のような構成からなる積層型電気・歪変換素子１２は、
電源に接続され各セラミック圧電体１の電極２，２’間
に高電圧が印加されることで伸縮し、装置可動部を微小
駆動させる積層型セラミックアクチュエータとして用い
られる。
詳細に説明する。図１は本発明に係る積層型電気・歪変
換素子の一実施例を示す断面図である。なお、図中図２
と同一構成部材のものに対しては同一符号をもって示
す。また、図における各部の厚み、大きさは理解を容易
にするため誇張して示しており、実際の寸法とは異な
る。本実施例は、ジルコニウム酸チタン酸鉛系圧電材料
素材からなる表裏面にそれぞれ電極２，２’が形成され
た複数枚の薄膜状セラミック圧電体１を銅製の金属板等
からなる外部電極３を介して積層接着し、この積層体を
オゾン中室温で酸化処理を施して酸化物１０を形成し、
しかる後この積層体の表面全体にアクリル樹脂等の絶縁
被覆剤樹脂１１を厚さ０．５ｍｍで通常処理にて被覆
し、樹脂１１から外部に突出する外部電極３を一つおき
に同電位になるようリード線４，５で接続して積層型電
気・歪変換素子１２を製作したものである。そして、こ
のような構成からなる積層型電気・歪変換素子１２は、
電源に接続され各セラミック圧電体１の電極２，２’間
に高電圧が印加されることで伸縮し、装置可動部を微小
駆動させる積層型セラミックアクチュエータとして用い
られる。
【００１２】このような構成からなる積層型電気・歪変
換素子１２において、セラミック圧電体１の外表面に形
成された絶縁体である酸化物１０は、表面を酸化処理し
ない場合に比べて耐電圧が大きく、電気化学反応である
マイグレーションや沿面放電を防止することができる。
換素子１２において、セラミック圧電体１の外表面に形
成された絶縁体である酸化物１０は、表面を酸化処理し
ない場合に比べて耐電圧が大きく、電気化学反応である
マイグレーションや沿面放電を防止することができる。
【００１３】上記構成からなる積層型電気・歪変換素子
１２を恒温恒湿槽の中に入れて４０°Ｃで９０％の雰囲
気を設定した。さらに、同じ積層型電気・歪変換素子を
酸化処理せずにエポキシ樹脂で厚さ０．５ｍｍ被覆した
ものも比較のため加速耐久試験を行った。さらに、アク
チュエーターに１３００Ｖ／ｍｍの電界を印加し続けた
ところ、酸化処理を行った積層型電気・歪変換素子で
は、１０００時間以上たっても放電が１度も起こらない
ことが確認されたが、酸化処理を行わない積層型電気・
歪変換素子では 約５００時間で放電が認められた。
１２を恒温恒湿槽の中に入れて４０°Ｃで９０％の雰囲
気を設定した。さらに、同じ積層型電気・歪変換素子を
酸化処理せずにエポキシ樹脂で厚さ０．５ｍｍ被覆した
ものも比較のため加速耐久試験を行った。さらに、アク
チュエーターに１３００Ｖ／ｍｍの電界を印加し続けた
ところ、酸化処理を行った積層型電気・歪変換素子で
は、１０００時間以上たっても放電が１度も起こらない
ことが確認されたが、酸化処理を行わない積層型電気・
歪変換素子では 約５００時間で放電が認められた。
【００１４】なお、上記実施例は外部電極３を銅製の金
属板によって形成した場合を示したが、これに限らずセ
ラミック圧電体１の側面に沿って銀ペーストを塗布焼成
し、これを外部電極としたものであってもよい。
属板によって形成した場合を示したが、これに限らずセ
ラミック圧電体１の側面に沿って銀ペーストを塗布焼成
し、これを外部電極としたものであってもよい。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る積層型
電気・歪変換素子は、セラミック素材の外表面を酸化処
理し酸化物を形成したので、耐電圧が増大し、電気化学
反応であるマイグレーションや沿面放電を防止すること
ができる。したがって、素子の信頼性および耐久性を向
上させることができる。また、酸化処理は素子を酸化雰
囲気中に所要時間入れておくだけでよいため、絶縁被覆
剤樹脂で部分的に被覆する従来方法に比べて作業が著し
く簡単で、面倒な位置決め作業等を必要とせず、生産性
を向上させることができる。
電気・歪変換素子は、セラミック素材の外表面を酸化処
理し酸化物を形成したので、耐電圧が増大し、電気化学
反応であるマイグレーションや沿面放電を防止すること
ができる。したがって、素子の信頼性および耐久性を向
上させることができる。また、酸化処理は素子を酸化雰
囲気中に所要時間入れておくだけでよいため、絶縁被覆
剤樹脂で部分的に被覆する従来方法に比べて作業が著し
く簡単で、面倒な位置決め作業等を必要とせず、生産性
を向上させることができる。
【図１】本発明に係る積層型電気・歪変換素子の一実施
例を示す断面図である。
例を示す断面図である。
【図２】積層型電気・歪変換素子の基本的構成を示す断
面図である。
面図である。
１ セラミック圧電体 ２，２’ 内部電極 ３ 外部電極 ４ リード線 ５ リード線 ６ 積層型電気・歪変換素子 １０ 酸化物 １１ 絶縁被覆剤樹脂 １２ 積層型電気・歪変換素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉野 邦彦 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内
Claims (3)
- 【請求項１】 表裏面に電極が形成された圧電材料もし
くは電歪材料からなる複数枚のセラミック素材を積層接
着した積層型電気・歪変換素子において、 前記セラミック素材は外表面に酸化物が形成されている
ことを特徴とする積層型電気・歪変換素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の積層型電気・歪変換素子
を使用したことを特徴とする積層型セラミックアクチュ
エータ。 - 【請求項３】 表裏面に電極が形成された圧電材料もし
くは電歪材料からなる複数枚のセラミック素材を積層接
着する工程と、この積層接着されたセラミック素材を酸
化雰囲気中で酸化処理し酸化物を形成する工程とからな
ることを特徴とする積層型電気・歪変換素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5251035A JPH0786651A (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | 積層型電気・歪変換素子，積層型セラミックアクチュエータおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5251035A JPH0786651A (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | 積層型電気・歪変換素子，積層型セラミックアクチュエータおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0786651A true JPH0786651A (ja) | 1995-03-31 |
Family
ID=17216650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5251035A Pending JPH0786651A (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | 積層型電気・歪変換素子，積層型セラミックアクチュエータおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0786651A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011171485A (ja) * | 2010-02-18 | 2011-09-01 | Kyocera Corp | 圧電アクチュエータ |
-
1993
- 1993-09-14 JP JP5251035A patent/JPH0786651A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011171485A (ja) * | 2010-02-18 | 2011-09-01 | Kyocera Corp | 圧電アクチュエータ |
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