JPH0237787A

JPH0237787A - 耐湿積層型圧電素子体

Info

Publication number: JPH0237787A
Application number: JP63187617A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Kazama; 洋一郎風間
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1990-02-07

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】［産業上の利用分野コ本発明は圧電効果を示す圧電素子を幾層にも積み重ねた
積層型の圧電素子体に関し、特に湿気による破損の対策
を施した耐湿の積層型圧電素子体に関する。

この積層型圧電素子体は、直流電圧を印加すると積層方
向に荷重、および変位を生じ計測機器等に用い、、られ
ている。

［従来の技術］従来の積層型圧電素子体は、例えば特開昭８ｌ−１１５
３６２号公報に開示されており、これを第４図に示す。

この積層型圧電素子体は、円板状の圧電素子Ａを幾層に
も積み重ね、圧電素子Ａと隣の圧電素子Ａとの間に電極
取出し用の円板状の金属薄板Ｂを介在させ、金属薄板Ｂ
を一つおきにワイヤーリード３Ｐで接続し、他の金属薄
板Ｂの一つおきをワイヤーリード３Ｎで接続したもので
ある。

この積層型圧電素子体は円板状の圧電素子Ａｌ。

Ａ２．−・−Ａｍ、−、ＡＩの１個を（ただし１１１ｍ
より大きいか同じで奇数である。）この順序で圧電素子
Ａ１を上にして積み重ね、さらに隣り同志の圧電素子Ａ
ｍと圧電素子Ａｍ＋１（ただしｍは１〜Ｎ−１である）
との間、全てに圧電素子　Ａｍとほぼ同径の金属薄板Ｂ
ｍ＋　１を介在させたちのである。

さらに最上の圧電素子体Ａｔの上面に金属薄板Ｂｌを接
触して設け、最下の圧電素子Ａｊ７の下面に金属薄板Ｂ
（ｊｌ！＋１）を接触して設け、金属薄板Ｂ１にはリー
ド線４Ｐを接続し、金属薄板Ｂ（Ｎ＋１）にはリード線
４Ｎを接続する。

ここで圧電素子Ａ１はこの上面が２Ｐ１（正極）でこの
下面が２Ｎ１（負極）であり、圧電素子Ａ２は上面が２
Ｎ２（負極）で下面が２Ｐ２（正極）である。すなわち
圧電素子Ａｍはｍが奇数のとき、上面が２Ｐｍ（正極）
で下面が２Ｎｍ（負極）であり、ｍが偶数のとき、上面
が２Ｎｍ（負極）で下面が２Ｐｍ（正極）である。

従って、最上の金属薄板Ｂ１は正極で、第２番目の金属
薄板Ｂ２は負極であり、第ｍ番目の金属薄板Ｂｍはｍが
奇数のとき正極で、ｍが偶数のとき負極である。

また、最下の金属薄板Ｂ（Ｎ＋１）はｇ＋１が偶数であ
るので負極である。

ここで、金属薄板Ｂｍ（ただしｍは１〜ｊｌｌ＋１であ
る）の正極同志、および負極同志を各々接続する。すな
わち金属薄板Ｂｍのｍが奇数同志、および偶数同志のも
のをそれぞれワイヤーリード３Ｐ、およびワイヤーリー
ド３Ｎで接続する。

従って、結果的には、金属薄板Ｂｍを一つおきにそれぞ
れワイヤーリード３Ｐ、およびワイヤーリード３Ｎで接
続することになる。

［発明解決しようとする課題］以上説明した従来の積層型圧電素子体は特に湿度が高い
ときの湿気に弱く、比較的短時間のうちに破損してしま
うことが多かった。

本発明の目的は、湿気の対策を施し高湿度の雰囲気で長
時間使用しても破損しない耐湿タイプの積層型圧電素子
体を提供することである。

［課題を解決するための手段］本発明は、積層型圧電素子体に耐湿対策を付加して施し
た耐湿積層型圧電素子体であって、板状で複数層に積み
重ねた圧電素子と、この各々の圧電素子の上面と下面と
に接する正極または負極の内部電極層と、この複数層の
内部電極のうち正極同志を接続する正極層、および負極
同志を接続する負極層とを有する積層型圧電素子体に、
通電による発熱体を付加したことを特徴とする耐湿積層
型素子体である。

［作用］以上説明した本発明による耐湿積層型圧電素子体は、高
湿度の環境の元で使用しても、通電による発熱体によっ
て、積層型圧電素子体が昇温しでいるので、その内部は
相対的に湿度が下がり、高湿度による悪影響が低減され
、長時間使用しても破損しない効果がある。

［実施例］本発明による耐湿積層型圧電素子体の実施例を第１図に
わかり易くするため概略化した縦断面図で示す。すなわ
ち、第１図の耐湿積層型圧電素子体は実物と比較して、
積み重ねの枚数を少なくしかつ各圧電素子の厚さと直径
との比など各寸法の比が異なる。

本実施例の耐湿積層型圧電素子体は積層型圧電素子体の
外面に電熱線を巻いたものである。

圧電素子Ａ　１．Ａ　２．・・・、Ａ９の各々は、圧電
効果を有する例えば、ＰＺＴ　［Ｐｂ　（Ｚｒ、Ｔｉ）
０３］系、あるいはＰＴ（ＰｂＴｉ０３）系等の材料か
らなり、厚さが０．１〜Ｏ０数關程の板状で直径が１０
　ｍｍ〜数ｌＯ關程の円形、またはこれと同面積径の四
角形である。

これら各々の圧電素子Ａｌ、Ａ２．・・・、Ａ９の間に
導電性の例えばＣｕ、Ａｇ、Ｎｉ等の材料からなる金属
薄板Ｂ　１．Ｂ　２．・・・、Ｂ８の各々を挾む。金属
薄板Ｂ　１．Ｂ　２．−、　Ｂ　８な厚さが０．０５關
〜０．２ｍｍ程の板状で圧電素子Ａとほぼ同じ円形、ま
たは四角形である。

従って、圧電素子Ａ１の下面と圧電素子Ａ２の上面との
間にそれぞれの面に接して金属薄板Ｂ１を挾み、同様に
圧電素子Ａ２の下面と圧電素子Ａ３の上面との間にそれ
ぞれの面に接して金属薄板Ｂ２を挟み、同様にこれを繰
返し最後に圧電素子Ａ８の下面と圧電素子Ａ９の上面と
の間にそれぞれの面に接して金属薄板Ｂ８を挟む。

これら金属薄板Ｂｌ、Ｂ２．・・・、Ｂ８は導電性の金
属薄板に限らず、圧電素子Ａ　１．Ａ　２．・・・′、
Ａ９の上面あるいは、下面に施した導電性金属のメツキ
層であってもよく、すなわち圧電素子Ａ　１．Ａ　２．
・・・Ａ９の各々の間に形成された内部電極層であれば
よい。

次に圧電素子ＡＩの上面を正極、この下面を負極とし、
圧電素子Ａ２の上面を負極、この下面を正極とする。以
下圧電素子Ａ　Ｉ、Ａ　２．・・・、Ａ９の対向する下
面と上面とを同極として、圧電素子へ８の上面が負極、
この下面が正極となり、最下の圧電素子Ａ９の上面が正
極で、この下面が負極である。

従って金属薄板Ｂ１と金属薄板Ｂ３と金属薄板Ｂ５と金
属薄板Ｂ７とが負極となりこれらを接続する外部電極層
（負極層）３Ｎを設け、同じく金属薄板Ｂ２と金属薄板
Ｂ４と金属薄板Ｂ６と金属薄板８とが正極となりこれら
を接続する外部電極層（正極層）を設ける。

ここで金属薄板Ｂ　１．Ｂ　３．Ｂ　５．Ｂ　７は負極
であるので外部電極層の正極層と、また金属薄板Ｂ２゜
Ｂ　４．Ｂ　６．Ｂ　８は正極であるので外部電極層の
負極層と第１図あるいは第２図に示すようにこれらの間
に電気絶縁材を介在させて接触しないようにする。

以上説明した積層型圧電素子体を斜視図で示したのが第
３図である。

この積層型圧電素子体の側面外周に絶縁被覆電熱線を巻
き電熱コイルＣとする。この裸電熱線は材料がＮｉ−Ｆ
ｅ系合金、あるいは銅系合金で、線径が太くなく直径０
．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ程とする。また、積層型圧電素
子体の全体を均一に約１０℃〜１５℃前後昇温するよう
に絶縁被覆電熱線を巻いた電熱コイルＣはほぼ等ピッチ
で熱容量は少量でよい。

また、積層型圧電素子体と絶縁被覆電熱線との間に、均
一に昇温するため、あるいは絶縁被覆電熱線を巻き易く
するため、何かを介在させてもよい。

また、第２実施例として積層型圧電素子体に絶縁被覆電
熱線を巻くのではなく、その側面外周に薄板状の通電に
よる発熱体を等間隔で固定してもよい。

この通電による発熱体は、絶縁被覆電熱線を薄板状にし
たもの、あるいは薄板状の面発熱体、例えば多数の発熱
素子が入った樹脂製ヒータ、同じくセラミックヒータな
どである。この第２実施例においても面発熱体は小熱容
量でよい。

以上説明した実施例、および第２実施例の耐湿積層型圧
電素子体は次に説明する作用により湿度が高い雰囲気中
で使用しても長時間破損せずに耐える効果がある。

積層型圧電素子体はこれを機能させるためこのリード線
間に直流電圧を印加するが、高湿度、湿度７０〜８０％
以上の環境の元にこの印加を行うと次のような現象が起
る。すなわち、一種の電気分解作用により積層型圧電素
子体の電極層の金属が樹枝状あるいは染み状に移行成長
し、正極層、負極層間の絶縁物の表面や内部に移行成長
し、正電極層と負電極層との間の絶縁抵抗を低下させた
り、短絡させて破損する現象が起ることがある。

そこで、積層型圧電素子体を完全に樹脂で覆つたものを
作製し、高湿度の環境の元で直流電圧を印加し作動させ
テストしたところ、樹脂で覆っていない積層型圧電素子
体に比較すると長い時間使用可能であるが、まだ十分な
時間ではなかった。

そこで、さらに本実施および第２実施例の耐湿積層型圧
電素子体を作製し、高湿度の環境の元で直流電圧を印加
し作動させテストしたところ、十分長い時間使用可能で
あった。

これは、次のような理由によると考えられる。

まず、積層型圧電素子体の電極層間の絶縁低下、および
短絡は、電極層金属が樹枝状、あるいは染み状に移行成
長することによって起る。

この電極層金属の移行成長は、積層型圧電素子体への直
流電圧の印加とその高湿度の環境下との２条件の元に起
る。従って、積層型圧電素子体が直流電圧を印加、作動
していないときは高湿度であっても問題ない。すなわち
、積層型圧電素子体に直流電圧を印加、それが作動して
いるときのみに低湿度であればよい。

さらに湿気については、説明すれば次のとおりである。

湿度が、５０〜６０％以下であれば、積層型圧電素子体
への直流電圧の印加を行っても電極層金属の樹枝状、あ
るいは染み状の移行成長があまり進行しない。

一方、湿度が７０％以上になると電極層金属の移行成長
が湿度の高まりと共に急激に速まる。

以上の現象により、積層型圧電素子をこの印加作動時に
のみ昇温するとこの相対的な湿度が下がり、この電極層
金属の樹枝状、あるいは染み状の移行成長が極めて遅く
なる。例えば、温度３０℃で湿度９０％の雰囲気をｌＯ
℃昇温すると、大気圧における湿り空気線図より４０℃
で相対湿度的５２％の雰囲気となり、この湿度は、電極
層金属の移行成長があまり進行しない湿度である。

従って、積層型圧電素子体への直流電圧印加時すなわち
、その作動時に積層型圧電素子体を約１０℃〜１５℃前
後昇温する僅かの熱量で電極層金属間の絶縁が低下した
り短絡することがなく、積層型圧電素子体は長時間、高
い湿度の雰囲気で使用しても破損しない。

［発明の効果］以上説明したとおり本発明による耐湿積層型圧電素子体
は長時間使用しても絶縁が低下したり短絡して破損する
ことがない効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の縦断面図、第２図も本実施例の部分
の縦断面図、第３図は本実施例の製作途中のものの斜視
図、第ζ図は従来例の斜視図であ乞る。Ａ・・・圧電素子　　３Ｐ・・・外部電極層（正極層）
Ｂ・・・内部電極層　３Ｎ・・・外部電極層（負極層）
Ｃ・・・電熱コイル第１図第３図俤４　図第２図

Claims

【特許請求の範囲】１）板状で複数層に積み重ねた圧電素子と、この各々の
圧電素子の上面と下面とに接する正極または負極の内部
電極層と、この複数層の内部電極層のうち正極同志を接
続する正極層、および負極同志を接続する負極層とを有
する積層型圧電素子体に、通電による発熱体を付加する
ことを特徴とする耐湿積層型圧電素子体。２）特許請求の範囲第１項の耐湿積層型圧電素子体にお
いて、前記通電による発熱体は電熱線でこの電熱線を前
記積層型圧電素子体の外面に巻いたことを特徴とする耐
湿積層型圧電素子体。