JP2598781B2 - 積層型圧電体 - Google Patents
積層型圧電体Info
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電素子からなる板状部材を多数積層して
形成され、印加される電圧に応じて伸縮し、アクチュエ
ータとして作用する積層型圧電体に関するものである。
形成され、印加される電圧に応じて伸縮し、アクチュエ
ータとして作用する積層型圧電体に関するものである。
従来の積層型圧電体を示すものとして例えば特願昭58
-111064号がある。この出願は本願発明者らによってな
されたものであり、本願出願前に公開されている。
-111064号がある。この出願は本願発明者らによってな
されたものであり、本願出願前に公開されている。
この特願昭58-111064号の明細書に示される積層型圧
電体では、両面に電極を形成した圧電素子と金属板とを
交互に積層し、１つおきに位置する各金属板どうしを電
気的に接続したものが示されている。そしてこの圧電素
子の表面および裏面には銀ペーストを印刷することによ
り電極が形成されている。
電体では、両面に電極を形成した圧電素子と金属板とを
交互に積層し、１つおきに位置する各金属板どうしを電
気的に接続したものが示されている。そしてこの圧電素
子の表面および裏面には銀ペーストを印刷することによ
り電極が形成されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上述したような積層型圧電体について
本発明者らが種々の試験を行ったところ、非常に厳しい
使用条件、例えば1000kg/cm2以上の荷重が印加される条
件、あるいは120℃で500kg/cm2以上の荷重が印加される
条件では第２図に示すように金属電極201と圧電素子202
との界面において圧電素子202に微小クラック203が発生
するという問題が生じた。この問題について本発明者ら
が種々実験および検討をしたところ、円板状に印刷され
た金属電極201の周縁部Ａが第３図に示すように、金属
電極の平均厚さよりも高い盛り上がり部分を有してお
り、この盛り上がり部分に応力集中がおこるためにクラ
ックが発生するという原因を見出した。
本発明者らが種々の試験を行ったところ、非常に厳しい
使用条件、例えば1000kg/cm2以上の荷重が印加される条
件、あるいは120℃で500kg/cm2以上の荷重が印加される
条件では第２図に示すように金属電極201と圧電素子202
との界面において圧電素子202に微小クラック203が発生
するという問題が生じた。この問題について本発明者ら
が種々実験および検討をしたところ、円板状に印刷され
た金属電極201の周縁部Ａが第３図に示すように、金属
電極の平均厚さよりも高い盛り上がり部分を有してお
り、この盛り上がり部分に応力集中がおこるためにクラ
ックが発生するという原因を見出した。
本発明では上述したような問題点に鑑み、厳しい条件
下のもとで使用しても圧電素子の金属電極界面にクラッ
クが発生することなく、信頼性の高い積層型圧電体を提
供することを目的としている。
下のもとで使用しても圧電素子の金属電極界面にクラッ
クが発生することなく、信頼性の高い積層型圧電体を提
供することを目的としている。
尚、第３図に示すものは、金属電極201の表面に触針
を当て走査することにより、金属電極201の表面に凹凸
を調べた結果を示す図である。
を当て走査することにより、金属電極201の表面に凹凸
を調べた結果を示す図である。
本発明では、上記目的を達成するために、圧電素子か
ら成形された複数の圧電板と、この各圧電板の表面およ
び裏面に形成された金属電極と、前記複数の圧電板のそ
れぞれの間に配され、前記金属電極と電気的に接続され
る金属板とを備え、前記金属板は１つおきに位置する各
金属板どうしが電気的に接続されている積層型圧電体で
あって、前記金属電極の周囲は、前記圧電板の周囲に対
して該周囲から所定の距離隔てて内側に位置しており、
かつ、前記圧電板の表面および裏面に形成された前記金
属電極の周囲には、前記金属電極の周囲以外に対して、
高い盛り上がりが電極自体によって形成されていない積
層型圧電体とするものである。
ら成形された複数の圧電板と、この各圧電板の表面およ
び裏面に形成された金属電極と、前記複数の圧電板のそ
れぞれの間に配され、前記金属電極と電気的に接続され
る金属板とを備え、前記金属板は１つおきに位置する各
金属板どうしが電気的に接続されている積層型圧電体で
あって、前記金属電極の周囲は、前記圧電板の周囲に対
して該周囲から所定の距離隔てて内側に位置しており、
かつ、前記圧電板の表面および裏面に形成された前記金
属電極の周囲には、前記金属電極の周囲以外に対して、
高い盛り上がりが電極自体によって形成されていない積
層型圧電体とするものである。
第１図は本発明の実施例を示す積層型圧電体の斜視図
である。圧電板101はPZTセラミックなどよりなり、直径
約15mm,厚さ0.5mmの円板状部材である。
である。圧電板101はPZTセラミックなどよりなり、直径
約15mm,厚さ0.5mmの円板状部材である。
この圧電板101の表面および裏面には金属電極103が印
刷することにより、形成されている。これら金属電極10
3は第１図から明白なように、その外周囲は、圧電板101
の外周囲に対して該周囲から所定の距離隔てて内側に位
置している。
刷することにより、形成されている。これら金属電極10
3は第１図から明白なように、その外周囲は、圧電板101
の外周囲に対して該周囲から所定の距離隔てて内側に位
置している。
この金属電極103が印刷された圧電板101の上下には金
属板105が配されている。この金属板105は圧電板101と
ほぼ同一の形状を有する円板形状であり、その外周部に
は下方に向かって折れ曲がる３つの舌状片107が３ヶ所
等間隔に形成されている。
属板105が配されている。この金属板105は圧電板101と
ほぼ同一の形状を有する円板形状であり、その外周部に
は下方に向かって折れ曲がる３つの舌状片107が３ヶ所
等間隔に形成されている。
このような金属電極103が表面，裏面に形成された圧
電板101と、金属板105とをそれぞれ交互に積層すること
により、積層型圧電体100が形成されている。なお、圧
電板101を挟んで互いに隣接する金属板105は、その舌状
片107が互いに60度ずれた位置にて配されている。そし
てこの金属板105は、１つおきに位置する各金属板の舌
状片107がリード板113によって連結されている。なお、
舌状片107とリード板113とは半田付け、あるいは溶接な
どの手段により連結されている。
電板101と、金属板105とをそれぞれ交互に積層すること
により、積層型圧電体100が形成されている。なお、圧
電板101を挟んで互いに隣接する金属板105は、その舌状
片107が互いに60度ずれた位置にて配されている。そし
てこの金属板105は、１つおきに位置する各金属板の舌
状片107がリード板113によって連結されている。なお、
舌状片107とリード板113とは半田付け、あるいは溶接な
どの手段により連結されている。
また前記リード板113のうち任意の１つは、上方に向
かってその長さが延長され、電極端子115を形成してい
る。またこの電極端子115が連結された一連の金属板105
と異なる一連の電極板105に連結されたリード板113のう
ちの任意の１つは、同じように上方に向けて延長され、
電極端子117を構成している。そしてこの電極端子115,1
17のうちどちらか一方にプラスの電圧が印加され、また
他方にはマイナスの電圧が印加されるようになってい
る。
かってその長さが延長され、電極端子115を形成してい
る。またこの電極端子115が連結された一連の金属板105
と異なる一連の電極板105に連結されたリード板113のう
ちの任意の１つは、同じように上方に向けて延長され、
電極端子117を構成している。そしてこの電極端子115,1
17のうちどちらか一方にプラスの電圧が印加され、また
他方にはマイナスの電圧が印加されるようになってい
る。
金属電極103は直径13mm,厚さが３〜10ミクロンの円形
薄膜形状をなしている。この金属電極103は有機溶剤を
混合することによって銀ペーストを希釈し、その希釈し
た銀ペーストを圧電板101の表面および裏面にスクリー
ン印刷する。そしてしかるのち500〜650℃で焼付を行な
うことにより圧電板101の表面および裏面に形成されて
いる。
薄膜形状をなしている。この金属電極103は有機溶剤を
混合することによって銀ペーストを希釈し、その希釈し
た銀ペーストを圧電板101の表面および裏面にスクリー
ン印刷する。そしてしかるのち500〜650℃で焼付を行な
うことにより圧電板101の表面および裏面に形成されて
いる。
本実施例では、銀ペーストはデュポン製の銀ペースト
7713を用いており、また有機溶剤としてはデュポン性の
シンナーを用いており、このシンナーを銀ペーストに15
Wt％添加している。第５図は有機溶剤の添加量と金属電
極周縁（Ａ）の盛り上がり量の関係を示す図である。こ
の第５図に示すように有機溶剤の添加量が０〜10Wt％の
間におては、エッヂの盛り上がりが生じており、また添
加量が10ウェート％以上ではエッヂの盛り上がり量が０
となっていることがわかる。
7713を用いており、また有機溶剤としてはデュポン性の
シンナーを用いており、このシンナーを銀ペーストに15
Wt％添加している。第５図は有機溶剤の添加量と金属電
極周縁（Ａ）の盛り上がり量の関係を示す図である。こ
の第５図に示すように有機溶剤の添加量が０〜10Wt％の
間におては、エッヂの盛り上がりが生じており、また添
加量が10ウェート％以上ではエッヂの盛り上がり量が０
となっていることがわかる。
第４図は本実施例の金属電極103表面の凹凸状態を示
す図である。この図からもわかるように、本実施例では
金属電極103の周縁部Ａには、周縁部Ａ以外の盛り上が
りに対して高い盛り上がりが生じていない。
す図である。この図からもわかるように、本実施例では
金属電極103の周縁部Ａには、周縁部Ａ以外の盛り上が
りに対して高い盛り上がりが生じていない。
以上のようにして構成された積層型圧電体100につい
て本発明者らは次の２項目の実験を行った。
て本発明者らは次の２項目の実験を行った。
実験１ 常温で1000kg/cm2の荷重を10時間加える。
実験２ 120℃で500kg/cm2の荷重を100時間加える。
このような実験を行った。そしてこのような実験の
後、圧電板101に発生するクラックの割合を調査した。
この結果を表１に示す。
後、圧電板101に発生するクラックの割合を調査した。
この結果を表１に示す。
この表からもわかるように、本発明の実施例1,実施例
2,実施例３では実験1,実験２の両方の実験においても、
クラックの発生率は１〜６％と非常に低いことがわか
る。これは、金属電極103の周縁部に盛り上がりがない
ため、積層型圧電体100に加えられた荷重が金属電極103
全面で均一に受けることができるためである。
2,実施例３では実験1,実験２の両方の実験においても、
クラックの発生率は１〜６％と非常に低いことがわか
る。これは、金属電極103の周縁部に盛り上がりがない
ため、積層型圧電体100に加えられた荷重が金属電極103
全面で均一に受けることができるためである。
なお、表１に示す比較例は銀ペーストを希釈せず、そ
のままの状態で圧電板101の表面および裏面に印刷し、
金属電極103を形成したものである。このような比較例
では実験１および実験２ともに非常に高いクラック発生
率を示していることがわかる。これは上述したように金
属電極103の周縁部に金属電極の盛り上がりが生じてお
り、この部分に荷重の集中が起こっているためであると
考えられる。
のままの状態で圧電板101の表面および裏面に印刷し、
金属電極103を形成したものである。このような比較例
では実験１および実験２ともに非常に高いクラック発生
率を示していることがわかる。これは上述したように金
属電極103の周縁部に金属電極の盛り上がりが生じてお
り、この部分に荷重の集中が起こっているためであると
考えられる。
次に本発明の第２実施例について説明する。第２実施
例では金属電極103の材料をニッケルとし、メッキ法に
より厚さ３〜７ミクロンとなるように形成した。このよ
うにメッキ法により金属電極103を形成する場合におい
ても、金属電極103の周縁部に金属電極の平均厚さより
も高い盛り上がりが生じることはなく、前述の第１実施
例と同様にクラックの発生を抑えることができる。
例では金属電極103の材料をニッケルとし、メッキ法に
より厚さ３〜７ミクロンとなるように形成した。このよ
うにメッキ法により金属電極103を形成する場合におい
ても、金属電極103の周縁部に金属電極の平均厚さより
も高い盛り上がりが生じることはなく、前述の第１実施
例と同様にクラックの発生を抑えることができる。
なお、電極材料としてはニッケル以外に銅，亜鉛など
を用いることも可能である。
を用いることも可能である。
次に本発明の第３実施例について説明する。この第３
実施例では金属電極103の材料を銀とし、スパッタ法に
より厚さ１〜５ミクロンとなるように形成した。このよ
うにスパッタ法により形成した金属電極103において
も、前述の２つの実施例と同様周縁部の盛り上がりが生
じないため、クラックの発生を低く抑えることができ
る。
実施例では金属電極103の材料を銀とし、スパッタ法に
より厚さ１〜５ミクロンとなるように形成した。このよ
うにスパッタ法により形成した金属電極103において
も、前述の２つの実施例と同様周縁部の盛り上がりが生
じないため、クラックの発生を低く抑えることができ
る。
なお、この第３実施例ではスパッタ法を用いている
が、蒸着法を用いても同様な効果が得られる。また電極
材料も導電材料ならずれを用いることも電極材料であれ
ば、特に限定されるものではない。
が、蒸着法を用いても同様な効果が得られる。また電極
材料も導電材料ならずれを用いることも電極材料であれ
ば、特に限定されるものではない。
なお、積層型圧電体100自身の作動については、従来
公知のものと同様であるので、説明を省略する。
公知のものと同様であるので、説明を省略する。
以上述べたように、本発明によれば、金属電極周囲部
分において該圧電板に、その圧電板の軸方向に加えられ
た荷重が集中的に印加されることがなく、従って金属電
極の存在する部分の該圧電板の伸び量と、該金属電極の
存在しない部分の該圧電板の伸び量との差から内部応力
としての作動応力が発生する態様の積層型圧電体におい
て、特に顕著に発生する、該金属電極の周囲部分と圧電
板との界面における該圧電板の微小クラックを回避する
ことができる。この結果として、信頼性の高い積層型圧
電体を提供することができる。
分において該圧電板に、その圧電板の軸方向に加えられ
た荷重が集中的に印加されることがなく、従って金属電
極の存在する部分の該圧電板の伸び量と、該金属電極の
存在しない部分の該圧電板の伸び量との差から内部応力
としての作動応力が発生する態様の積層型圧電体におい
て、特に顕著に発生する、該金属電極の周囲部分と圧電
板との界面における該圧電板の微小クラックを回避する
ことができる。この結果として、信頼性の高い積層型圧
電体を提供することができる。
第１図は本発明の実施例を示す斜視図、第２図は従来例
を示す平面図、第３図は従来の金属電極の厚さを示す実
験結果を示す図、第４図は本発明実施例の金属電極の厚
さの実験結果を示す図、第５図は有機溶剤の添加量と、
エッヂの盛り上がりの実験結果を示す図である。 101……圧電板,103……金属電極,105……金属板。
を示す平面図、第３図は従来の金属電極の厚さを示す実
験結果を示す図、第４図は本発明実施例の金属電極の厚
さの実験結果を示す図、第５図は有機溶剤の添加量と、
エッヂの盛り上がりの実験結果を示す図である。 101……圧電板,103……金属電極,105……金属板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 哲史 刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電装株 式会社内 (72)発明者 藤井 章 刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電装株 式会社内 (72)発明者 向井 寛克 刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電装株 式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−78179（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−121784（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】圧電素子から成形された複数の圧電板と、 この各圧電板の表面および裏面に形成された金属電極
と、 前記複数の圧電板のそれぞれの間に配され、前記金属電
極と電気的に接続される金属板とを備え、 前記金属板は１つおきに位置する各金属板どうしが電気
的に接続されている積層型圧電体であって、 前記金属電極の周囲は、前記圧電板の周囲に対して該周
囲から所定の距離隔てて内側に位置しており、かつ、 前記圧電板の表面および裏面に形成された前記金属電極
の周囲には、前記金属電極の周囲以外に対して、高い盛
り上がりが電極自体によって形成されていないことを特
徴とする積層型圧電体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61135806A JP2598781B2 (ja) | 1986-06-11 | 1986-06-11 | 積層型圧電体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61135806A JP2598781B2 (ja) | 1986-06-11 | 1986-06-11 | 積層型圧電体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62291187A JPS62291187A (ja) | 1987-12-17 |
| JP2598781B2 true JP2598781B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=15160254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61135806A Expired - Fee Related JP2598781B2 (ja) | 1986-06-11 | 1986-06-11 | 積層型圧電体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2598781B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0740613B2 (ja) * | 1983-12-05 | 1995-05-01 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 積層型圧電体の製造方法 |
| JPS6178179A (ja) * | 1984-09-25 | 1986-04-21 | Nippon Soken Inc | 積層型圧電体 |
-
1986
- 1986-06-11 JP JP61135806A patent/JP2598781B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62291187A (ja) | 1987-12-17 |
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