JP2581712Y2 - セラミック圧電素子 - Google Patents
セラミック圧電素子Info
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本考案は、アクチュエータ等に利
用できる、電圧印加により駆動する圧電素子に関するも
のである。
用できる、電圧印加により駆動する圧電素子に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】圧電素子は、圧電体と、その両面に取り
付けた銀等の電極とよりなる構造であり、電極に電圧が
印加されると圧電体が変形することを利用して、電圧を
変位または力に変換するものである。この圧電素子は、
上記特性により自動車部品、精密工作機械等のアクチュ
エータ、ＶＣＲ、超音波発振子、さらには超音波モータ
等に利用されている。
付けた銀等の電極とよりなる構造であり、電極に電圧が
印加されると圧電体が変形することを利用して、電圧を
変位または力に変換するものである。この圧電素子は、
上記特性により自動車部品、精密工作機械等のアクチュ
エータ、ＶＣＲ、超音波発振子、さらには超音波モータ
等に利用されている。
【０００３】この圧電体の材質をセラミックスにしたセ
ラミック圧電素子は、微小駆動が可能であるため、制御
精度と応答速度の向上が必要な機器用素子として利用さ
れている。
ラミック圧電素子は、微小駆動が可能であるため、制御
精度と応答速度の向上が必要な機器用素子として利用さ
れている。
【０００４】従来のセラミック圧電素子は、図３および
図５に示すように、円板状のセラミック圧電体１の両面
に銀等よりなる一対の電極４が厚み５〜１０μｍでスク
リーン印刷で焼き付けられている。
図５に示すように、円板状のセラミック圧電体１の両面
に銀等よりなる一対の電極４が厚み５〜１０μｍでスク
リーン印刷で焼き付けられている。
【０００５】図３に示すように、上記電極４の径がセラ
ミック圧電体１の外径より小さい場合（部分電極）で
は、セラミック圧電体１に電圧を印加して駆動させると
図４に示すように電極４の端部とセラミック圧電体１と
の間に伸縮差による亀裂５および電位差による部分放電
が円周上に生じ、絶縁破壊に至ることがある。
ミック圧電体１の外径より小さい場合（部分電極）で
は、セラミック圧電体１に電圧を印加して駆動させると
図４に示すように電極４の端部とセラミック圧電体１と
の間に伸縮差による亀裂５および電位差による部分放電
が円周上に生じ、絶縁破壊に至ることがある。
【０００６】また、図５に示すように、セラミック圧電
体１の両面全体に圧電体１と外径が等しい電極４を取り
付けた場合（全面電極）には、セラミック圧電体１に電
圧を印加して駆動させると、セラミック圧電体１両面の
電極間の距離が短いため、電極間でマイグレーションに
よる沿面閃絡が生じてセラミック圧電体１が正常に機能
しなくなる。
体１の両面全体に圧電体１と外径が等しい電極４を取り
付けた場合（全面電極）には、セラミック圧電体１に電
圧を印加して駆動させると、セラミック圧電体１両面の
電極間の距離が短いため、電極間でマイグレーションに
よる沿面閃絡が生じてセラミック圧電体１が正常に機能
しなくなる。
【０００７】さらに、アクチュエータ等に利用する場
合、通常圧電素子を多数個重ね合わせ、かつ圧力を加え
て使用している。この状態では圧縮応力が発生して、圧
電体に割れが発生するという問題点もある。
合、通常圧電素子を多数個重ね合わせ、かつ圧力を加え
て使用している。この状態では圧縮応力が発生して、圧
電体に割れが発生するという問題点もある。
【０００８】
【考案が解決しようとする課題】このように、従来の部
分電極では部分放電が生じ、全面電極では沿面閃絡が生
じ、さらには圧電体に割れが発生してセラミック圧電素
子が正常に機能しないという問題点があった。
分電極では部分放電が生じ、全面電極では沿面閃絡が生
じ、さらには圧電体に割れが発生してセラミック圧電素
子が正常に機能しないという問題点があった。
【０００９】本考案は、上記従来技術の問題点に鑑みな
されたものであり、圧電体における亀裂や割れ、あるい
は部分放電、沿面閃絡が生じず、安定して機能を呈する
セラミック圧電素子を提供することを目的とする。
されたものであり、圧電体における亀裂や割れ、あるい
は部分放電、沿面閃絡が生じず、安定して機能を呈する
セラミック圧電素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本考案のセラミック圧電
素子は、セラミックスよりなる板状の圧電体と、該圧電
体を挟持するように圧電体の両面に配置してなる、ビッ
カース硬度Ｈｖが４０以上の金属よりなり、平面方向の
大きさが圧電体と同様である一対の板状の第１電極およ
びビッカース硬度Ｈｖが４０未満の金属よりなり、平面
方向の大きさが圧電体よりも小さい一対の板状の第２電
極とよりなり、第１電極の厚さは１〜５μｍであり、第
２電極の厚さは５〜１０μｍであることを特徴とするも
のである。
素子は、セラミックスよりなる板状の圧電体と、該圧電
体を挟持するように圧電体の両面に配置してなる、ビッ
カース硬度Ｈｖが４０以上の金属よりなり、平面方向の
大きさが圧電体と同様である一対の板状の第１電極およ
びビッカース硬度Ｈｖが４０未満の金属よりなり、平面
方向の大きさが圧電体よりも小さい一対の板状の第２電
極とよりなり、第１電極の厚さは１〜５μｍであり、第
２電極の厚さは５〜１０μｍであることを特徴とするも
のである。
【００１１】
【作用】圧電体の両極に電圧を印加した際、圧電体の両
面に配置した第１電極は、平面方向の大きさが圧電体と
同様な電極（全面電極）であるため、電極端部に電位差
による部分放電は生じない。また、圧電体は電圧印加方
向に均一に伸びるために電極端部に亀裂は生じない。さ
らに、第１電極は全面電極であるが、硬度Ｈｖが４０以
上の金属、すなわち、マイグレーションの生じない電極
材料を使用しているために圧電体端面に沿ってマイグレ
ーションも生じず、沿面閃絡による電極間の短絡も起こ
らない。
面に配置した第１電極は、平面方向の大きさが圧電体と
同様な電極（全面電極）であるため、電極端部に電位差
による部分放電は生じない。また、圧電体は電圧印加方
向に均一に伸びるために電極端部に亀裂は生じない。さ
らに、第１電極は全面電極であるが、硬度Ｈｖが４０以
上の金属、すなわち、マイグレーションの生じない電極
材料を使用しているために圧電体端面に沿ってマイグレ
ーションも生じず、沿面閃絡による電極間の短絡も起こ
らない。
【００１２】さらに、圧電体の両面に配置したビッカー
ス硬度Ｈｖが４０未満の柔軟な金属（第２電極）が駆動
時に発生する圧縮による応力集中を緩和するため、圧電
体に亀裂や割れが発生するのを抑制する。従って、圧電
素子を多数個重ね合わせた状態でも圧電体に割れは発生
しない。また、第２電極の平面方向の大きさは圧電体よ
りも小さく、一対の第２電極間の端面を介した距離が長
くなるため、マイグレーションも生じない。
ス硬度Ｈｖが４０未満の柔軟な金属（第２電極）が駆動
時に発生する圧縮による応力集中を緩和するため、圧電
体に亀裂や割れが発生するのを抑制する。従って、圧電
素子を多数個重ね合わせた状態でも圧電体に割れは発生
しない。また、第２電極の平面方向の大きさは圧電体よ
りも小さく、一対の第２電極間の端面を介した距離が長
くなるため、マイグレーションも生じない。
【００１３】
【考案の効果】本考案のセラミック圧電素子は、圧電体
における亀裂や割れ、あるいは部分放電、沿面閃絡が生
じず、安定した機能を呈する。
における亀裂や割れ、あるいは部分放電、沿面閃絡が生
じず、安定した機能を呈する。
【００１４】
【実施例】以下、本考案をより具体的にした具体例を説
明する。
明する。
【００１５】（具体例） 本考案は、図１、図２に示すように、セラミックスより
なる板状圧電体（セラミック圧電体）１の両面１１、１
２に、該圧電体を挟持するように平面方向における大き
さが圧電体と同様な一対の板状の第１電極２、および平
面方向における大きさが圧電体よりも小さい一対の板状
の第２電極３が配置してなるセラミック圧電素子であ
る。
なる板状圧電体（セラミック圧電体）１の両面１１、１
２に、該圧電体を挟持するように平面方向における大き
さが圧電体と同様な一対の板状の第１電極２、および平
面方向における大きさが圧電体よりも小さい一対の板状
の第２電極３が配置してなるセラミック圧電素子であ
る。
【００１６】なお、本考案において、電極の平面方向に
おける大きさとは、電極が板状であるため電極の広がっ
た方向の大きさを意味する。例えば、電極が円板状の場
合、外径をさす。
おける大きさとは、電極が板状であるため電極の広がっ
た方向の大きさを意味する。例えば、電極が円板状の場
合、外径をさす。
【００１７】第１電極は、硬度Ｈｖが４０以上の金属よ
りなる。該金属としては、ニッケル、白金、タングステ
ン、パラジウム等が挙げられ、それらのうちの少なくと
も１種を使用する。第１電極は、平面方向の大きさが圧
電体と同様で圧電体の全面に配置する全面電極となる
が、マイグレーションを生じない材料であるため、圧電
体端面に沿ってマイグレーションも生じず、沿面閃絡に
よる電極間の短絡も起こらない。
りなる。該金属としては、ニッケル、白金、タングステ
ン、パラジウム等が挙げられ、それらのうちの少なくと
も１種を使用する。第１電極は、平面方向の大きさが圧
電体と同様で圧電体の全面に配置する全面電極となる
が、マイグレーションを生じない材料であるため、圧電
体端面に沿ってマイグレーションも生じず、沿面閃絡に
よる電極間の短絡も起こらない。
【００１８】第２電極は、硬度Ｈｖが４０未満の金属よ
りなる。該金属としては、銀、金、アルミニウム、銅等
が挙げられ、それらのうちの少なくとも１種を使用す
る。第２電極は、柔軟な金属よりなるため、駆動時に発
生する圧縮による応力集中を緩和して、圧電体に亀裂や
割れが発生するのを抑制する。また、平面方向の大きさ
が圧電体よりも小さいため、一対の第２電極間の圧電体
端面を介した距離が長くなり、マイグレーションが生じ
ない。
りなる。該金属としては、銀、金、アルミニウム、銅等
が挙げられ、それらのうちの少なくとも１種を使用す
る。第２電極は、柔軟な金属よりなるため、駆動時に発
生する圧縮による応力集中を緩和して、圧電体に亀裂や
割れが発生するのを抑制する。また、平面方向の大きさ
が圧電体よりも小さいため、一対の第２電極間の圧電体
端面を介した距離が長くなり、マイグレーションが生じ
ない。
【００１９】圧電体の両面に第１電極と第２電極とを配
置する形態としては、図１に示すように、圧電体１の両
面上に第１電極２を配置し、さらに第１電極１上に第２
電極３を配置した形態、あるいは、逆に図２に示すよう
に、圧電体１の両面上に第２電極３を配置し、さらに第
２電極３上に第１電極２を配置した形態がある。また、
圧電体の片面の配置は第１電極、次に第２電極の順と
し、圧電体の反対面の配置は第２電極、次に第１電極の
順とした形態でもよい。なお、図２に示すような圧電体
の上に第２電極、次に第１電極を配置する形態では、第
１電極の平面方向における大きさが第２電極の平面方向
における大きさよりも大きいため、第１電極の第２電極
よりも大きな部分は、圧電体上に直接配置されることに
なる。
置する形態としては、図１に示すように、圧電体１の両
面上に第１電極２を配置し、さらに第１電極１上に第２
電極３を配置した形態、あるいは、逆に図２に示すよう
に、圧電体１の両面上に第２電極３を配置し、さらに第
２電極３上に第１電極２を配置した形態がある。また、
圧電体の片面の配置は第１電極、次に第２電極の順と
し、圧電体の反対面の配置は第２電極、次に第１電極の
順とした形態でもよい。なお、図２に示すような圧電体
の上に第２電極、次に第１電極を配置する形態では、第
１電極の平面方向における大きさが第２電極の平面方向
における大きさよりも大きいため、第１電極の第２電極
よりも大きな部分は、圧電体上に直接配置されることに
なる。
【００２０】圧電体の材質としては、ＰＺＴ（チタン酸
ジルコン酸鉛）、ＢａＴｉＯ3 等、圧電作用を呈するセ
ラミックスであればどのようなものでもよい。
ジルコン酸鉛）、ＢａＴｉＯ3 等、圧電作用を呈するセ
ラミックスであればどのようなものでもよい。
【００２１】セラミック圧電体は、外径φ５〜２０ｍ
ｍ、厚さ０．２〜１．０ｍｍの円板形のものがよい。
ｍ、厚さ０．２〜１．０ｍｍの円板形のものがよい。
【００２２】第１電極は、厚さが１〜５μｍであり、円
板形が望ましい。これより厚いものでは、圧電体が電極
により拘束されて圧電体の特性が低下するおそれがあ
る。圧電体上に第１電極を配置する方法としては、無電
解メッキ、蒸着、あるいは印刷等で取り付ける方法があ
る。
板形が望ましい。これより厚いものでは、圧電体が電極
により拘束されて圧電体の特性が低下するおそれがあ
る。圧電体上に第１電極を配置する方法としては、無電
解メッキ、蒸着、あるいは印刷等で取り付ける方法があ
る。
【００２３】また、第２電極は、厚さが５〜１０μｍで
あり、外径φ３〜１８ｍｍの円板形が望ましい。第２電
極を配置する方法としては、第１電極の場合と同様、無
電解メッキ、蒸着、あるいは印刷等で取り付ける方法が
ある。
あり、外径φ３〜１８ｍｍの円板形が望ましい。第２電
極を配置する方法としては、第１電極の場合と同様、無
電解メッキ、蒸着、あるいは印刷等で取り付ける方法が
ある。
【００２４】本考案のセラミック圧電素子は、自動車部
品、工作機械等のアクチュエータ、超音波発振子等に利
用することができる。
品、工作機械等のアクチュエータ、超音波発振子等に利
用することができる。
【００２５】以下、本考案の実施例を説明する。
【００２６】（実施例） 実施例１ 圧電体となるセラミックスの微粉末をプレスで成形し、
その後ＣＩＰ（冷間静水圧プレス）、脱脂を行い、さら
に電気炉で１２００℃、４時間焼成した。この焼結体を
外径φ１５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍに加工し、表面を＃６
００の砥石で仕上げてセラミック圧電体を作製した。こ
のセラミック圧電体の両面全体に第１電極としてのニッ
ケルを無電解メッキにより膜厚３μｍで取り付け、さら
にその上に第２電極としての銀をスクリーン印刷により
外径φ１３ｍｍ、膜厚７μｍで取り付けた。これによ
り、図１に示すように、圧電体１の両面にニッケルより
なる第１電極２およびその表面に銀よりなる第２電極３
が付着・配置してなるセラミック圧電素子を作製した。
その後ＣＩＰ（冷間静水圧プレス）、脱脂を行い、さら
に電気炉で１２００℃、４時間焼成した。この焼結体を
外径φ１５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍに加工し、表面を＃６
００の砥石で仕上げてセラミック圧電体を作製した。こ
のセラミック圧電体の両面全体に第１電極としてのニッ
ケルを無電解メッキにより膜厚３μｍで取り付け、さら
にその上に第２電極としての銀をスクリーン印刷により
外径φ１３ｍｍ、膜厚７μｍで取り付けた。これによ
り、図１に示すように、圧電体１の両面にニッケルより
なる第１電極２およびその表面に銀よりなる第２電極３
が付着・配置してなるセラミック圧電素子を作製した。
【００２７】得られたセラミック圧電素子を５０枚、お
よび圧電素子間に外部電極として厚さ１０μｍのＳＵＳ
板を配置して積層し、この積層体に応力４０ＭＰａ、駆
動電圧−２００〜６００Ｖの交流を１０7 回加える耐久
試験を行った。なお、比較のため、圧電体の両面上に銀
電極が付着・配置してなる従来のセラミック圧電素子に
ついても上記と同様にして耐久試験を行った。
よび圧電素子間に外部電極として厚さ１０μｍのＳＵＳ
板を配置して積層し、この積層体に応力４０ＭＰａ、駆
動電圧−２００〜６００Ｖの交流を１０7 回加える耐久
試験を行った。なお、比較のため、圧電体の両面上に銀
電極が付着・配置してなる従来のセラミック圧電素子に
ついても上記と同様にして耐久試験を行った。
【００２８】その結果、従来の素子では、１０7 回駆動
すると圧電体に割れが発生し、また電極端部に放電の跡
が見られた。それに対して、本実施例の素子では、１０
7 回駆動しても割れあるいは放電の跡は見られず、さら
に駆動回数を増やして３×１０8 回駆動しても全く圧電
体に割れ、放電跡は生じなかった。
すると圧電体に割れが発生し、また電極端部に放電の跡
が見られた。それに対して、本実施例の素子では、１０
7 回駆動しても割れあるいは放電の跡は見られず、さら
に駆動回数を増やして３×１０8 回駆動しても全く圧電
体に割れ、放電跡は生じなかった。
【００２９】また、本実施例において第１電極をパラジ
ウム、白金、タングステン、第２電極を金、アルミニウ
ム、銅に変えて上記と同様な耐久試験を行ったが、いず
れのものも上記本実施例と同様に、割れ、放電跡は全く
見られなかった。
ウム、白金、タングステン、第２電極を金、アルミニウ
ム、銅に変えて上記と同様な耐久試験を行ったが、いず
れのものも上記本実施例と同様に、割れ、放電跡は全く
見られなかった。
【００３０】また、本実施例において第１電極の取り付
けをメッキに代えて蒸着で行い、それ以外は上記と同様
にして作製した素子についても同様な耐久試験を行った
が、上記本実施例と同様に、割れ、放電跡は全く見られ
なかった。
けをメッキに代えて蒸着で行い、それ以外は上記と同様
にして作製した素子についても同様な耐久試験を行った
が、上記本実施例と同様に、割れ、放電跡は全く見られ
なかった。
【００３１】実施例２ 実施例１と同様な方法で作製したセラミック圧電体の両
面にセラミック圧電体より小さい外径φ１３ｍｍ、膜厚
７μｍの銀よりなる第２電極をスクリーン印刷により取
り付けた。その上に、圧電体全面に外径φ１５ｍｍ、膜
厚３μｍのニッケルよりなる第１電極を無電解メッキに
より取り付けた。これにより、図２に示すように、圧電
体１の両面に銀よりなる第２電極３およびその表面にニ
ッケルよりなる第１電極２が付着・配置してなるセラミ
ック圧電素子を作製した。なお、圧電体の外径φ１３〜
１５ｍｍの外周部はニッケルよりなる第１電極２が付着
・配置してなる。
面にセラミック圧電体より小さい外径φ１３ｍｍ、膜厚
７μｍの銀よりなる第２電極をスクリーン印刷により取
り付けた。その上に、圧電体全面に外径φ１５ｍｍ、膜
厚３μｍのニッケルよりなる第１電極を無電解メッキに
より取り付けた。これにより、図２に示すように、圧電
体１の両面に銀よりなる第２電極３およびその表面にニ
ッケルよりなる第１電極２が付着・配置してなるセラミ
ック圧電素子を作製した。なお、圧電体の外径φ１３〜
１５ｍｍの外周部はニッケルよりなる第１電極２が付着
・配置してなる。
【００３２】得られた圧電素子を実施例１と同様にし
て、積層し、耐久試験を行った。
て、積層し、耐久試験を行った。
【００３３】その結果、本実施例の素子は、１０7 回駆
動しても割れあるいは放電の跡は見られず、さらに駆動
回数を増やして３×１０8 回駆動しても全く圧電体に割
れ、放電跡は生じなかった。
動しても割れあるいは放電の跡は見られず、さらに駆動
回数を増やして３×１０8 回駆動しても全く圧電体に割
れ、放電跡は生じなかった。
【００３４】また、本実施例において第１電極をパラジ
ウム、白金、タングステン、第２電極を金、アルミニウ
ム、銅に変えて上記と同様な耐久試験を行ったが、いず
れのものも上記本実施例と同様に、割れ、放電跡は全く
見られなかった。
ウム、白金、タングステン、第２電極を金、アルミニウ
ム、銅に変えて上記と同様な耐久試験を行ったが、いず
れのものも上記本実施例と同様に、割れ、放電跡は全く
見られなかった。
【００３５】また、本実施例において第１電極の取り付
けをメッキに代えて蒸着で行い、それ以外は上記と同様
にして作製した素子についても同様な耐久試験を行った
が、上記本実施例と同様に、割れ、放電跡は全く見られ
なかった。
けをメッキに代えて蒸着で行い、それ以外は上記と同様
にして作製した素子についても同様な耐久試験を行った
が、上記本実施例と同様に、割れ、放電跡は全く見られ
なかった。
【図１】本実施例のセラミック圧電素子を示す一部切欠
き斜視図
き斜視図
【図２】本実施例のセラミック圧電素子を示す一部切欠
き斜視図
き斜視図
【図３】従来のセラミック圧電素子を示す一部切欠き斜
視図
視図
【図４】従来のセラミック圧電素子において亀裂が発生
した状態を示す平面図
した状態を示す平面図
【図５】従来のセラミック圧電素子を示す一部切欠き斜
視図
視図
【符号の説明】 １ 圧電体 ２ 第１電極 ３ 第２電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−188916（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−276913（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 41/09
Claims (1)
- 【請求項１】 セラミックスよりなる板状の圧電体と、
該圧電体を挟持するように圧電体の両面に配置してな
る、ビッカース硬度Ｈｖが４０以上の金属よりなり、平
面方向の大きさが圧電体と同様である一対の板状の第１
電極およびビッカース硬度Ｈｖが４０未満の金属よりな
り、平面方向の大きさが圧電体よりも小さい一対の板状
の第２電極とよりなり、第１電極の厚さは１〜５μｍで
あり、第２電極の厚さは５〜１０μｍであることを特徴
とするセラミック圧電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1992033507U JP2581712Y2 (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | セラミック圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1992033507U JP2581712Y2 (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | セラミック圧電素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0585058U JPH0585058U (ja) | 1993-11-16 |
| JP2581712Y2 true JP2581712Y2 (ja) | 1998-09-24 |
Family
ID=12388462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1992033507U Expired - Fee Related JP2581712Y2 (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | セラミック圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2581712Y2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58188916A (ja) * | 1982-04-20 | 1983-11-04 | Fujitsu Ltd | 圧電振動子 |
| JPH04276913A (ja) * | 1991-03-05 | 1992-10-02 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電基板 |
-
1992
- 1992-04-20 JP JP1992033507U patent/JP2581712Y2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0585058U (ja) | 1993-11-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |