JPH0786655A - 積層型電気・歪変換素子および積層型セラミックアクチュエータ - Google Patents
積層型電気・歪変換素子および積層型セラミックアクチュエータInfo
- Publication number
- JPH0786655A JPH0786655A JP5251037A JP25103793A JPH0786655A JP H0786655 A JPH0786655 A JP H0786655A JP 5251037 A JP5251037 A JP 5251037A JP 25103793 A JP25103793 A JP 25103793A JP H0786655 A JPH0786655 A JP H0786655A
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- Japan
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- laminated
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- ceramic
- electric
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- Pending
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 マイグレーション、短絡・沿面放電等を確実
に防止することができ、信頼性および耐久性を向上させ
る。 【構成】 セラミック素材１と外部電極板３を交互に積
層し、この積層体の外表面全体をリン酸エステル系接着
剤１１で被覆する。
に防止することができ、信頼性および耐久性を向上させ
る。 【構成】 セラミック素材１と外部電極板３を交互に積
層し、この積層体の外表面全体をリン酸エステル系接着
剤１１で被覆する。
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・歪変換素子および積層型セラミックア
クチュエータに関するものである。
する積層型電気・歪変換素子および積層型セラミックア
クチュエータ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
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を介して電源のプラス側とマイナス側に
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とし、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
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を介して電源のプラス側とマイナス側に
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とし、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、プラスと
マイナスの電極３，３間に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、プラスと
マイナスの電極３，３間に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
を有するエポキシなどの樹脂、グリース等で素子全体を
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６３−１３
６５８１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６３−１７３５４号公報）等が提案実施さ
れている。
を有するエポキシなどの樹脂、グリース等で素子全体を
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６３−１３
６５８１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６３−１７３５４号公報）等が提案実施さ
れている。
【０００６】しかし、上記の方法はエポキシ樹脂など
による被覆は吸湿性、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。
による被覆は吸湿性、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。
【０００７】そこで、本発明者は被覆剤として各種材料
を用いて実験を行った結果、セラミック素材と化学結合
するある種の樹脂で被覆すると、接着強度が大で空隙が
でき難く、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難いことを確認した。
を用いて実験を行った結果、セラミック素材と化学結合
するある種の樹脂で被覆すると、接着強度が大で空隙が
でき難く、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難いことを確認した。
【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、マイグレーション、短絡・沿面
放電等を確実に防止することができ、信頼性および耐久
性を向上させるようにした積層型電気・歪変換素子およ
び積層型セラミックアクチュエータ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、マイグレーション、短絡・沿面
放電等を確実に防止することができ、信頼性および耐久
性を向上させるようにした積層型電気・歪変換素子およ
び積層型セラミックアクチュエータ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がリ
ン酸エステル系樹脂により被覆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。
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がリ
ン酸エステル系樹脂により被覆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。
【００１０】
【作用】本発明において、リン酸エステル系の接着剤は
リン原子に結合している水酸基が、セラミック素材の表
面で、セラミックス中の酸素原子との間に化学的な結合
を形成するという特性を持つ。これは、従来被覆剤とし
て使われてきたエポキシなどの樹脂が、対象との間に物
理的な結合しか作らないことと比較すると大変重要な意
味を持つ。というのも、沿面放電も電極材料のマイグレ
ーションも素子の表面上で起こるため、素子と被覆材の
間に水分子や電極物質の移動が起こり得るような隙間が
存在することが問題になるからである。エポキシなどに
よる物理的な接着では、このような隙間を十分になくす
ことができないのに対し、リン酸エステル系樹脂による
化学的な結合は、結合強度が大であることから、より効
果的にこの隙間をなくすことができる。したがって、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。
リン原子に結合している水酸基が、セラミック素材の表
面で、セラミックス中の酸素原子との間に化学的な結合
を形成するという特性を持つ。これは、従来被覆剤とし
て使われてきたエポキシなどの樹脂が、対象との間に物
理的な結合しか作らないことと比較すると大変重要な意
味を持つ。というのも、沿面放電も電極材料のマイグレ
ーションも素子の表面上で起こるため、素子と被覆材の
間に水分子や電極物質の移動が起こり得るような隙間が
存在することが問題になるからである。エポキシなどに
よる物理的な接着では、このような隙間を十分になくす
ことができないのに対し、リン酸エステル系樹脂による
化学的な結合は、結合強度が大であることから、より効
果的にこの隙間をなくすことができる。したがって、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。
【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内部電極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
体の表面全体に歯科用のリン酸エステル系接着剤（例：
クラレ製パナビアＥＸ）１１を厚さ０．５ｍｍで被覆硬
化させ、この樹脂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、リード線４，５が電源に接続され隣接する外部
電極３，３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内部電極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
体の表面全体に歯科用のリン酸エステル系接着剤（例：
クラレ製パナビアＥＸ）１１を厚さ０．５ｍｍで被覆硬
化させ、この樹脂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、リード線４，５が電源に接続され隣接する外部
電極３，３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の外表面を被
覆するリン酸エステル系接着剤１１はリン原子に結合し
ている水酸基が、セラミック素材１の表面で、セラミッ
クス中の酸素原子との間に化学的な結合を形成するとい
う特性を持つ。化学的結合は、従来被覆剤として使われ
てきたエポキシなどの樹脂とセラミック素材１との物理
的結合に比べて結合強度が大きく、空隙の発生を防止す
ることができる。したがって、空隙に起因して素子表面
上で起こる沿面放電や電極材料のマイグレーションを確
実に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の外表面を被
覆するリン酸エステル系接着剤１１はリン原子に結合し
ている水酸基が、セラミック素材１の表面で、セラミッ
クス中の酸素原子との間に化学的な結合を形成するとい
う特性を持つ。化学的結合は、従来被覆剤として使われ
てきたエポキシなどの樹脂とセラミック素材１との物理
的結合に比べて結合強度が大きく、空隙の発生を防止す
ることができる。したがって、空隙に起因して素子表面
上で起こる沿面放電や電極材料のマイグレーションを確
実に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、素子１２に１３００Ｖ／ｍｍの
電界を印加し続けたところ、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。比較とし
て、同じ積層型電気・歪変換素子をエポキシ樹脂で厚さ
０．５ｍｍ被覆したものに対しても耐久試験を行ったと
ころ、こちらのほうは同様の条件で５００時間程度で放
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、素子１２に１３００Ｖ／ｍｍの
電界を印加し続けたところ、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。比較とし
て、同じ積層型電気・歪変換素子をエポキシ樹脂で厚さ
０．５ｍｍ被覆したものに対しても耐久試験を行ったと
ころ、こちらのほうは同様の条件で５００時間程度で放
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・歪変換素子および積層型セラミックアクチュエー
タは、セラミック素材の外表面をリン酸エステル系樹脂
によって被覆し、化学的結合を得るようにしたので、結
合強度がエポキシ樹脂などにおける物理的結合に比べて
結合強度が大で、隙間の発生を防止することができる。
したがって、マイグレーションや沿面放電が起こり難
く、素子、アクチュエータの信頼性および耐久性を著し
く向上させることができる。
電気・歪変換素子および積層型セラミックアクチュエー
タは、セラミック素材の外表面をリン酸エステル系樹脂
によって被覆し、化学的結合を得るようにしたので、結
合強度がエポキシ樹脂などにおける物理的結合に比べて
結合強度が大で、隙間の発生を防止することができる。
したがって、マイグレーションや沿面放電が起こり難
く、素子、アクチュエータの信頼性および耐久性を著し
く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】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 酸化物 １１ リン酸エステル系接着剤 １２ 積層型電気・歪変換素子
Claims (2)
- 【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がリン酸エステル系樹脂に
より被覆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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5251037A JPH0786655A (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | 積層型電気・歪変換素子および積層型セラミックアクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5251037A JPH0786655A (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | 積層型電気・歪変換素子および積層型セラミックアクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0786655A true JPH0786655A (ja) | 1995-03-31 |
Family
ID=17216681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5251037A Pending JPH0786655A (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | 積層型電気・歪変換素子および積層型セラミックアクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0786655A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7765660B2 (en) | 2005-11-28 | 2010-08-03 | Fujifilm Corporation | Method of manufacturing a multilayered piezoelectric element having internal electrodes and side electrodes |
-
1993
- 1993-09-14 JP JP5251037A patent/JPH0786655A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7765660B2 (en) | 2005-11-28 | 2010-08-03 | Fujifilm Corporation | Method of manufacturing a multilayered piezoelectric element having internal electrodes and side electrodes |
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