JPH03155177A - 積層型変位素子 - 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、産業用ロボットのアクチュエータ、超音波モ
ータ等に使用する電気機械変換素子に関するものであり
、特に電気機械変換材料からなる薄板を、電極を介して
複数枚積層することにより、変位量を増大させた積層型
変位素子の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、Ｘ−Ｙステージの位置決め機構や制動ブレーキ等
に用いられている変位用素子に使用する積層型圧電素子
は、所定の形状に加工した圧電セラミック材料からなる
薄板に電極を設けて分極した後、直接若しくは薄い金属
を介して有機系の接着剤で接合する方法が採用されてい
る。しかし上記のように接着剤を使用して積層したもの
は、使用条件により、圧電素子の振動による変位を接着
剤層が吸収したり、高温の環境若しくは長期間の使用に
より接着剤が劣化する等の欠点がある。

このため、最近では積層チップコンデンサ構造方式の積
層型圧電素子が実用化されている。すなわち、例えば特
公昭５９−３２０４０号公報に記載のように、原料粉末
にバインダーを添加、混練したベースト状の圧電セラミ
ック材料を、所定の厚さの薄板に形成し、この薄板の一
方の面若しくは両面に銀−パラジウム等の導電材料を塗
布して内部電極を形成する。上記薄板を所定枚数積層し
て圧着し、更に所定の形状に加工した後、焼成すること
によってセラミック化し、積層体の両側面に外部電極を
形成したものである。上記構成の積層型圧電素子は、圧
゛ａセラミック材料からなる薄板と内部電極の接合部の
密着性に優れると共に、熱的特性も安定であるため高温
環境においても充分に使用可能であり、また長期間に亘
って劣化が極めて少ない等の利点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記構成の積層型圧電素子においては、電子部品のよう
に電極間に直流高電圧を連続印加して変位を得るという
使用形態の場合には、電極材料として銀糸の材料を使用
すると、高湿度雰囲気において所謂マイグレーションを
生じ、遂には絶縁破壊に至るという問題点がある。すな
わち電極を構成するＡｇは酸化しやすい元素であるが、
高湿度雰囲気においてイオン化（Ａｇ”）Ｌ、、印加電
圧によって負電極に吸引され、負電極側に堆積する。

このような堆積物は時間の経過と共に杉葉状に成長して
、電極間の絶縁抵抗を低下させ、遂には短絡するのであ
る。このようなマイグレーションを防止する手段として
、電極を例えばＰｔ、Ｐｄのような高融点の貴金属材料
によって形成することも考えられるが、性能の向上はと
もかくとして、コストが高騰する結果となるので好まし
くない。

或いは耐水性に優れた無機材料を素子の側面に形成する
という方法もあるが、電歪効果による素子の伸縮が生じ
ると、無機絶縁層にクラックが生じて、絶縁性を失った
り、無機絶縁層によって電歪効果が小さくなるなどの不
具合が生じ、実用化が困難であった。

これは電歪効果素子が電圧を印加することによって伸縮
するが、無機絶縁層は伸縮しないため、無機絶縁層と電
歪効果素子の界面に歪を生じるためと考えられる。

これを解決する方法として伸縮可能な軟らかい有機材料
による絶縁層形成が考えられるが、有機物による絶縁で
はセラミック、金属などの接着性が少なく、有機材料自
身の耐湿性などが無機材料に比べ悪いため、特に高電圧
が加わるような電歪素子の絶縁としては実用化が困難で
ある。

本発明は、上記従来技術に存在する問題点を解決し、コ
ストの高騰を招来することなく、マイグレーションを完
全に防止し得る積層型変位素子を提供することをｕ的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明においては、電気機
械変換材料からなる薄板を、導電性金属材料からなる内
部電極を介して複数枚交互に積層してなる積層体であり
、その側面に前記内部電極と交互に一層おきに接続すべ
き一対の外部電極を設けた積層型変位素子において、陽
極側外部電極に接続された銀糸材料からなる内部電極板
露出部とその近傍の電気機械変換材料上のみに無機絶縁
層を匝接形成するという技術手段を採用した。

〔作　用〕

高湿度性雰囲気で発生するマイグレーションは、陽極を
形成する金属が水との化学反応によりイオン化して、印
加電圧によって負電極に吸収されることによる。

陽極となる内部電極板の露出部とその近傍の電気機械変
換材料上に無機絶縁層を形成することにより、陽極とな
る内部電極への水分の侵入を遮断し、マイグレーション
を完全に抑制することができる。また、絶縁層を本発明
のように分割することによって、絶縁層に加わる伸びは
ほとんどなく、さらに曲げ応力も加わらなくなる。従っ
て、電歪効果素子を伸縮させた場合でも、絶縁層にクラ
ック、ハクリなどの問題を生ずることを全くなくすこと
が可能となった。

［実施例〕 本発明の構造について実施例に基づいて説明する。まず
、チタン酸ジルコン酸鉛　Ｐｂ（Ｔｉ。

Ｚｒ）○、を主成分とする電気機械変換材料の粉末を有
機バインダーとともに溶媒中に分散しスラリー状とする
。これをドクターブレードを用いた、キャスティング法
によって、＊さ３０趨〜２００ｐの均一な厚さのセラミ
ック生シートとする。

このセラミック生シートを６０ｍｍＸ４０ｍｍの矩形に
打ち抜き、表面に銀・パラジウムペーストをスクリーン
印刷法によって内部電極材料として印刷する。

このセラミック生シートを含む複数枚のセラミック生シ
ートを積層圧着し、一体の積層体となす。

この積層体を９００℃〜１２００℃の温度で焼結し、焼
結した積層体とする。

この焼結体を５ｍｍＸ５ｉｕｎの矩形状ダイヤモンドカ
ッターを用いて小片に切断する。

この後、電気泳動法、或いはスクリーン印刷法等により
所定の場所に無機絶縁層を形成し、さらに外８５電極を
形成し積層型変位素子とした。第１図に本発明の一実施
例を示す斜視図、第２図は同じく本発明の一実施例を示
す断視図であるが、図に示すように、陽極側外部電極に
接続された内部電極の露出部は外部′！！極との接続個
所意外は完全に無機絶縁層により被覆されているので、
外気侵入によるマイグレーションの発生は完全に抑制さ
れる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のような構成および作用であるから陽極
となる内部電極の金属イオン化を抑制し、マイグレーシ
ョンを完全に防止することができる。

また、無機絶縁層が独立しているため、積層型変位素子
に電圧を印加し素子を伸縮させても伸縮に伴う無機絶縁
層のクラック発生が全く起こさない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は同じ
く本発明の一実施例を示す断面図である。 １：電気機械変換材料 ２：内部電極 ３：無機絶縁層 ４．４’　　：外部電極 図面の浄書（内容に変更なし） 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気機械変換材料からなる薄板を、導電性金属材
   料からなる内部電極を介して複数枚交互に積層してなる
   積層体であり、その側面に前記内部電極と交互に一層お
   きに接続すべき一対の外部電極を設けた積層型変位素子
   において、陽極側外部電極に接続された内部電極板露出
   部とその近傍の電気機械変換材料上のみに無機絶縁層が
   直接形成されていることを特徴とする積層型変位素子。