JPH02132870A - 積層圧電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電体の電歪効果を利用した積層圧電素子に
関する。圧電体に電圧を印加して圧電体に歪み（ひずみ
）を生じさせ、その歪みを変位量とした圧電アクチュエ
ータ（微動変位素子）に本発明を応用することができる
。

〔従来の技術〕

圧電素子で大きな変位量を得るために、セラミックス圧
電体板（又は層）を内部電極板（又は層）と交互に多数
積層して積層圧電素子としている。

このような圧電素子には大別して２種類あり、ひとつは
その両面に電極層を焼き付けた個々のセラミックス圧電
体板を作り、内部電極となる金属板と交互に積み重ねる
ものであり（例えば、特開昭６０−４２７９号公報参照
）、他方はグリーンシ一ト状態の圧電体層とそれに導電
体ペーストを塗布したのを多数積層し、加圧焼結して一
体化したものである（例えば、特開昭６１−９７８７９
号公報、特開昭６１−１７４６８１号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

内部電極に金属板を用いるタイプの圧電素子は、その製
造工程が次のように面倒である。まず、圧電材料〔例え
ば、Ｐｂ　（Ｚｒ．　Ｔｉｅ−．　）Ｏｚ　ＰＺＴ　〕
粉体を焼結してセラミックス片としその両面を研磨し、
そして、Ａｇ　（銀）ペーストなどの導電体ペーストを
塗布し焼き付けて個々のセラミックス圧電体板にする。

別途、所定形状の金属板を多数用意し、これらと圧電体
板とを交互に積み重ねる。次に、個々の金属板の内部電
極とリード線とを接続している．このような圧電素子に
おいては、上述のように製造工程が複雑であるだけでな
く、次のような問題点がある。それは、極薄板なので金
属板の強度が弱く、耐久性が低いこと、セラミックス圧
電体板は高硬度であって圧電素子の伸縮作動時に内部電
極金属板が磨耗し、この磨耗粉によって絶縁破壊が起こ
り、圧電体素子の信頼性が低いこと、さらには、導電体
ペーストはＡｇ　，　Ｐｔ　（白金）、Ｐｄ（パラジウ
ム）などの貴金属を用いているので高価であることであ
る。

一体化タイプの圧電素子は、圧電材料粉体をグリーンシ
一トにし、打抜きまたは切断して所定形状のグリーンシ
一ト片とし、これに内部電極層となる導電性ペーストを
印刷し、これらシート片を多数積層してから加圧焼結す
ることで圧電積層体とし、その側面に外部電極層を形成
して製造される。この場合には、上述したタイプのもの
よりも製造工程が簡略化でき、小型化が図れるが、セラ
ミックス圧電体層と内部電極層との接着力に問題があり
、この接着力が弱いと内部電極層にクラックが生じるこ
とがある。そこで、接着力を強めるために、特開昭６１
−５７８７７号公報にも開示されているように、導電体
ペースト中に圧電材料粉末を添加混合したものを使用し
ている。特開昭６１−９７８７７号公報の場合には、八
ｇペースト（８５ｗ　ｔχ）に圧電材料のニッケル・ニ
オブ酸ジルコン酸チタン酸鉛（１５ｗｔχ）を添加した
ものを用いて内部電極層としている。この場合でも、内
部電極層の熱膨張率はセラミック圧電体層の２倍以上あ
り、特に高い周波数での使用時（１００Ｈｚ以上）に圧
電材料の発熱による熱応力が内部電極層と圧電体層との
間に発生して、圧電素子としての使用応力は２００ｋｇ
／ｃｆ程度に抑えられてしまう。そして、導電体ペース
トはＡｇなどの貴金属を用いているので高価である。

本発明の目的は、一体化タイプの積層圧電素子において
、内部電極層の接着力を高め、熱応力発生を低減し、か
つより安価なものとして、耐久性、信頼性を向上させた
積層圧電素子を堤供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的が、セラミックス圧電体層と内部電極層とを
交互に積層して一体化した圧電積層体および該圧電積層
体の側面上に形成された外部電極層からなる積層圧電素
子において、前記内部電極層は導電性セラミックスであ
ることを特徴とする積層圧電素子によって達成される。

導電性セラミックスとしては、Ｓｒ（Ｆｅ．Ｍｏ）Ｏｓ
Ｂ　ａ　（　Ｐ　ｂ　＋　８　１　）　０　，などがあ
り、八ｇ粉等を混入しないのであれば、電気抵抗率が１
０２Ω／ｃｍ程度以下あるものであればよい。また、こ
の導電性セラミックス中に八ｇ粉、Ｃｕ粉などの金属粉
を混入してその導電性を高めてもよい。

セラミック圧電体層は積層方向に伸縮（変位）させるわ
けであるが、横方向にも伸ｌｉ！（変位）するので、セ
ラミック圧電体層と内部電極層との間に剪断応力が発生
するため、それぞれのセラミック圧電体層の厚さは中央
部よりも周辺部のほうが厚くされて、発生防止が図られ
る。また、一体化の加圧焼結を行う際に、導電性セラミ
ックが圧電セラミックス中へ拡散しすぎるのを防止する
ために、あらかじめ圧電セラミックスを仮焼して仮焼セ
ラミックス圧電体層とするのが望ましい。

圧電材料がＰＺＴ系のセラミックスであれば、体化焼結
工程でｐｂｏの蒸発防止のためにｐｂｏ雰囲気を作り出
すことが行われており、導電性セラミックス中にＰｂＯ
あるいはＢｉｚＯ１などを添加して、ＰｂＯ雰囲気創出
に寄与させてもよい。

〔作　用〕

本発明では、内部電極層を導体セラミックスとしている
ので、セラミック圧電体層との接着力が強まり、かつそ
の熱膨張係数がセラミック圧電体層とほぼ同じであり発
生する熱応力は小さく、高い周波数での使用が可能とな
り、４００ｋｇ／ｃｆｆｌ程度の高応力下においても使
用できるようになる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の実施態様例によって
本発明をより詳しく説明する．第１図は、本発明に係る
積層圧電素子の概略部分断面図であり、この圧電素子は
セラミック圧電体層１と導体体セラミックスの内部電極
層２とを交互に積み重ねた圧電積層体３、その側面上に
積層方向にほぼ全長にわたって形成された外部電極層４
Ａ，４Ｂおよび内部電極Ｎ２と外部電極層４Ａ．４Ｂと
を一層おきに接続するために圧電積層体３側面上に形成
された絶縁層５Ａ．５Ｂからなる。そして、外部電極層
４Ａ．４Ｂのそれぞれにリード線（図示せず）が半田付
けなどで取り付けられている。

積層圧電素子（第１図）は次のようにして製造される。

圧電材料であるＰｂ（Ｚｒｏ．４ｓ　Ｔｉｏ．ｓｓ）０
３微粉末を所定形状（外径１５ｍｍ、中央部厚さ０．　
５　ｍｍ、周辺部厚さ０．　６　ｍｍの円板にプレス成
形し、ｐｂｏ雰囲気下で８００″Ｃにて仮焼する。導電
性セラミックスとしてＢａ（Ｐｂ６．ｚ　Ｂｉｏ．ｔ）
０：＋粉末を用い、これにＰＶＤ（ボリニ塩化ビニル）
のパイグーおよび１〜５％八ｇ粉を混ぜてペーストとし
、仮焼したセラミックス円板上に塗布する。塗布した仮
焼セラミックス円板を多数積み重ねて、加圧しながら（
加圧力：１００ｋｇ／ｄ）　１１００゜Ｃ以上の温度に
て１〜３時間で焼結し、一体化した圧電積層体を作る。

導体セラミックスと圧電セラミックスとの相互拡散層が
焼結時に生じ、その層厚さをｌＯ〜２０如となるように
焼結条件を設定する。得られた圧電積層体の側面（直径
線上での２つの側面）上に絶縁物ペースト（例えば、ガ
ラスペースト）を、第１図に示すように、一層おきにセ
ラミックス圧電体層（円板）の表出側面を覆うように印
刷塗布する。次に、従来と同じように導電体ペーストを
積層方向でほぼ全長にわたって、絶縁物ペーストを横断
するように、印刷塗布する。そして１００〜３００℃の
温度にて絶縁物ペーストおよび導電体ペーストを焼成し
て圧電積層体の側面上に焼き付けて、絶縁層および外部
電極層を形成する。この外部電極層にりード線を半田付
けにて接続することによって積層圧電素子が得られる。

さらに、この圧電素子を５０〜１５０゜Ｃのシリコンオ
イル中に浸漬させて１ｋＶＯ高／電圧を５〜１５分間印
加して、分極処理を施すことができる。

この場合のセラミックス内部電極層の電気抵抗率はＡｇ
５％添加で５Ω／　ｃｍである。なお、八ｇ無添加のと
きには５０Ω／ｃ＋ｎであり、内部電極として使用可能
である。

できてコストダウンも図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る積層圧電素子の概略部分断面図
である。 １・・・セラミック圧電体層、 ２・・・導電性セラミックの内部電極、４Ａ，４Ｂ・・
・外部電極層。 〔発明の効果〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．セラミックス圧電体層と内部電極層とを交互に積層
   して一体化した圧電積層体および該圧電積層体の側面上
   に形成された外部電極層からなる積層圧電素子において
   、前記内部電極層は導電性セラミックスであることを特
   徴とする積層圧電素子。