JPH0786654A - 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
- JPH0786654A JPH0786654A JP5251034A JP25103493A JPH0786654A JP H0786654 A JPH0786654 A JP H0786654A JP 5251034 A JP5251034 A JP 5251034A JP 25103493 A JP25103493 A JP 25103493A JP H0786654 A JPH0786654 A JP H0786654A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 絶縁被覆剤樹脂とセラミックスの化学結合を
可能にすることにより、接着強度が大で空隙が生じ難
く、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
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。この積層体をシランカップ
リング剤をエタノールに溶かした溶液中に浸漬した後、
乾燥器中で乾燥する。しかる後この積層体の表面全体を
絶縁被覆剤樹脂１０で被覆する。樹脂１０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１１を構成
する。
可能にすることにより、接着強度が大で空隙が生じ難
く、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
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。この積層体をシランカップ
リング剤をエタノールに溶かした溶液中に浸漬した後、
乾燥器中で乾燥する。しかる後この積層体の表面全体を
絶縁被覆剤樹脂１０で被覆する。樹脂１０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１１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
することにより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
することにより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。
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】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、絶縁被覆剤樹脂とセラミックスの化学結合を可能
にすることにより、接着強度が大で空隙が生じ難く、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。
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、絶縁被覆剤樹脂とセラミックスの化学結合を可能
にすることにより、接着強度が大で空隙が生じ難く、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。
【０００８】
【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の外表面はシ
ランカップリング処理されており、かつ絶縁被覆剤樹脂
でコートされているものである。また第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の外表面にシランカップ
リング処理を行う工程と、シランカップリング処理後前
記セラミック素材の外表面を絶縁被覆剤樹脂でコートす
る工程とを備えたものである。
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の外表面はシ
ランカップリング処理されており、かつ絶縁被覆剤樹脂
でコートされているものである。また第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の外表面にシランカップ
リング処理を行う工程と、シランカップリング処理後前
記セラミック素材の外表面を絶縁被覆剤樹脂でコートす
る工程とを備えたものである。
【０００９】
【作用】本発明において、シランカップリング処理は無
機物であるセラミック素材と有機物である絶縁被覆剤樹
脂の界面を化学結合でつなぐことができる。したがっ
て、接着強度が大きく、短絡・沿面放電の原因となる空
隙の発生を防ぐ。シランカップリング処理は、適当な溶
媒に溶かしたシランカップリング剤に積層型電気・歪変
換素子を所要時間浸漬し、浸漬後乾燥し、しかる後絶縁
被覆剤を通常処理にてコートすればよい。絶縁被覆剤樹
脂は水分、導電性のゴミ等の付着を防止する。
機物であるセラミック素材と有機物である絶縁被覆剤樹
脂の界面を化学結合でつなぐことができる。したがっ
て、接着強度が大きく、短絡・沿面放電の原因となる空
隙の発生を防ぐ。シランカップリング処理は、適当な溶
媒に溶かしたシランカップリング剤に積層型電気・歪変
換素子を所要時間浸漬し、浸漬後乾燥し、しかる後絶縁
被覆剤を通常処理にてコートすればよい。絶縁被覆剤樹
脂は水分、導電性のゴミ等の付着を防止する。
【００１０】
【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
シランカップリング剤をエタノールに溶かした溶液中に
浸漬した後、１２０°Ｃの乾燥器中で乾燥し、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１０を厚さ０．５ｍｍで通常処理にて被覆し、樹脂１
０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１１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１１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。な
お、１２は各セラミック圧電体１のシランカップリング
処理された外側面部である。
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
シランカップリング剤をエタノールに溶かした溶液中に
浸漬した後、１２０°Ｃの乾燥器中で乾燥し、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１０を厚さ０．５ｍｍで通常処理にて被覆し、樹脂１
０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１１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１１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。な
お、１２は各セラミック圧電体１のシランカップリング
処理された外側面部である。
【００１１】このようにセラミック圧電体１の外側面を
シランカップリング処理すると、無機物であるセラミッ
ク圧電体１と有機物である絶縁被覆剤樹脂１０の界面を
化学結合させることができる。したがって、シランカッ
プリング処理を行わず単に絶縁被覆剤樹脂をコートした
場合に比べて接着強度が大きく、空隙の発生を防止する
ことができる。
シランカップリング処理すると、無機物であるセラミッ
ク圧電体１と有機物である絶縁被覆剤樹脂１０の界面を
化学結合させることができる。したがって、シランカッ
プリング処理を行わず単に絶縁被覆剤樹脂をコートした
場合に比べて接着強度が大きく、空隙の発生を防止する
ことができる。
【００１２】上記構成からなる積層型電気・歪変換素子
１１を恒温恒槽の中に入れて４０°Ｃで９０％の雰囲気
を設定した。さらに、この素子１１に１３００Ｖ／ｍｍ
の電界を印加し、放電するまでの時間を測定した。比較
例として、シランカップリング処理を行わない積層型電
気・歪変換素子の結果と併せて、表１に掲げる。
１１を恒温恒槽の中に入れて４０°Ｃで９０％の雰囲気
を設定した。さらに、この素子１１に１３００Ｖ／ｍｍ
の電界を印加し、放電するまでの時間を測定した。比較
例として、シランカップリング処理を行わない積層型電
気・歪変換素子の結果と併せて、表１に掲げる。
【００１３】
【表１】
【００１４】この表１から明らかなようにシランカップ
リング処理した本発明による積層型電気・歪変換素子１
１においては放電するまでの時間が処理しないものに比
べて長くなっていることが分かる。
リング処理した本発明による積層型電気・歪変換素子１
１においては放電するまでの時間が処理しないものに比
べて長くなっていることが分かる。
【００１５】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。
【００１６】
【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シラン
カップリング処理後絶縁被覆剤樹脂をコートしたので、
素子と樹脂とを化学結合させることができ、接着強度を
増大させることができる。また、化学結合のため空隙が
生じず、短絡・沿面放電を防止することができ、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、
シランカップリング処理は素子をシランカップリング液
中に所要時間浸漬し、しかる後乾燥すればよいため、作
業が簡単で、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シラン
カップリング処理後絶縁被覆剤樹脂をコートしたので、
素子と樹脂とを化学結合させることができ、接着強度を
増大させることができる。また、化学結合のため空隙が
生じず、短絡・沿面放電を防止することができ、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、
シランカップリング処理は素子をシランカップリング液
中に所要時間浸漬し、しかる後乾燥すればよいため、作
業が簡単で、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。
【図面の簡単な説明】
【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】従来の積層型電気・歪変換素子の基本的構成を
示す断面図である。
示す断面図である。
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 絶縁被覆剤樹脂 １１ 積層型電気・歪変換素子 １２ シランカップリング処理された外表面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村松 研一 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の外表面はシランカップリング処理
されており、かつ絶縁被覆剤樹脂でコートされている特
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の外
表面にシランカップリング処理を行う工程と、シランカ
ップリング処理後前記セラミック素材の外表面を絶縁被
覆剤樹脂でコート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 |
|---|---|---|---|
| JP5251034A JPH0786654A (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 |
|---|---|---|---|
| JP5251034A JPH0786654A (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 |
|---|---|
| JPH0786654A true JPH0786654A (ja) | 1995-03-31 |
Family
ID=17216635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5251034A Pending JPH0786654A (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) | JPH0786654A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002185054A (ja) * | 2000-12-18 | 2002-06-28 | Honda Motor Co Ltd | 圧電エラストマー複合材料及びその製造方法 |
| EP1619730A1 (de) | 2004-07-21 | 2006-01-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Verbessern der Langzeitstabilität eines piezoelektrischen Aktors und piezoelektrischer Aktor |
-
1993
- 1993-09-14 JP JP5251034A patent/JPH0786654A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002185054A (ja) * | 2000-12-18 | 2002-06-28 | Honda Motor Co Ltd | 圧電エラストマー複合材料及びその製造方法 |
| EP1619730A1 (de) | 2004-07-21 | 2006-01-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Verbessern der Langzeitstabilität eines piezoelektrischen Aktors und piezoelektrischer Aktor |
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