JPH04340778A - 積層圧電アクチュエータ素子 - Google Patents
積層圧電アクチュエータ素子Info
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- JPH04340778A JPH04340778A JP3112036A JP11203691A JPH04340778A JP H04340778 A JPH04340778 A JP H04340778A JP 3112036 A JP3112036 A JP 3112036A JP 11203691 A JP11203691 A JP 11203691A JP H04340778 A JPH04340778 A JP H04340778A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
- H10N30/503—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a non-rectangular cross-section in a plane orthogonal to the stacking direction, e.g. polygonal or circular in top view
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/05—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
- H10N30/053—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes by integrally sintering piezoelectric or electrostrictive bodies and electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- 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
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- H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
- H10N30/085—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining
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-
- H—ELECTRICITY
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- H10N30/085—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining
- H10N30/088—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining by cutting or dicing
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は積層圧電アクチュエータ
素子に関し、特に、内部電極の露出部と外部電極とを電
気絶縁層で絶縁した型の積層圧電アクチュエータ素子に
関する。
素子に関し、特に、内部電極の露出部と外部電極とを電
気絶縁層で絶縁した型の積層圧電アクチュエータ素子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明の対象となる従来の積層圧電アク
チュエータ素子（以下素子と記す）の構造を示す斜視図
を図２に示す。この素子においては、銀パラジウム内部
電極１２が露出する四側面のうちの対向する二側面に、
電気絶縁層５が銀パラジウム内部電極１２の露出部とそ
の近傍の圧電セラミック３上に一層おきに交互に設けら
れている。銀パラジウム内部電極１２は銀または銀とパ
ラジウムの合金等よりなり、外部電極７によって一層お
きに電気的に接続され、はんだ９を介してリード線８に
接続されている。
チュエータ素子（以下素子と記す）の構造を示す斜視図
を図２に示す。この素子においては、銀パラジウム内部
電極１２が露出する四側面のうちの対向する二側面に、
電気絶縁層５が銀パラジウム内部電極１２の露出部とそ
の近傍の圧電セラミック３上に一層おきに交互に設けら
れている。銀パラジウム内部電極１２は銀または銀とパ
ラジウムの合金等よりなり、外部電極７によって一層お
きに電気的に接続され、はんだ９を介してリード線８に
接続されている。
【０００３】従来、圧電セラミック３は、例えばチタン
酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のような鉛系ペロブスカイト
構造複合酸化物より成り、電気絶縁層５は６００〜８０
０℃に軟化点を持つガラス粉末を電気泳動法で所望の位
置に付着し、その後７００〜９００℃で焼成して形成し
たガラス体より成っている。また外部電極７は、銀ある
いは銀パラジウム混合粉などの金属粉末をガラス粉末と
共にビヒクル中に分散・混合して製造したペースト状物
質をスクリーン印刷法で所望の位置に塗布したあと、６
００〜８００℃で焼成して形成した金属粉末の焼結体よ
り成っている。
酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のような鉛系ペロブスカイト
構造複合酸化物より成り、電気絶縁層５は６００〜８０
０℃に軟化点を持つガラス粉末を電気泳動法で所望の位
置に付着し、その後７００〜９００℃で焼成して形成し
たガラス体より成っている。また外部電極７は、銀ある
いは銀パラジウム混合粉などの金属粉末をガラス粉末と
共にビヒクル中に分散・混合して製造したペースト状物
質をスクリーン印刷法で所望の位置に塗布したあと、６
００〜８００℃で焼成して形成した金属粉末の焼結体よ
り成っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の素子に
は特に湿度の高い環境下で絶縁破壊現象が起きやすいと
いう問題があった。以下にその理由を説明する。
は特に湿度の高い環境下で絶縁破壊現象が起きやすいと
いう問題があった。以下にその理由を説明する。
【０００５】図２に示した従来の構造の素子１をＸ−Ｙ
面に沿って切断した縦切断面の部分拡大図を図３に示す
。通常、前述の従来の構造の素子１では、圧電セラミッ
ク３，電気絶縁層５および外部電極７の熱膨張係数はそ
れぞれ表１の値をとる。
面に沿って切断した縦切断面の部分拡大図を図３に示す
。通常、前述の従来の構造の素子１では、圧電セラミッ
ク３，電気絶縁層５および外部電極７の熱膨張係数はそ
れぞれ表１の値をとる。
【０００６】
【表１】
【０００７】ここで表１の値を用いて有限要素法による
シミュレーションを行った結果、外部電極７の熱膨張係
数が圧電セラミック３の熱膨張係数および電気絶縁層５
の熱膨張係数より大きいことが原因で、外部電極７を６
００〜８００℃で焼成後冷却した素子１には、図３（ａ
）中に破線で囲んでＡで示した部位に大きな引張り応力
が働くことが確認された。ところが従来の構造の素子に
おいては、外部電極７をスクリーン印刷法で形成してい
るために図３（ｂ）に示すように、外部電極７の途切れ
部分１０が電気絶縁層５の頂上付近に生じやすく、この
とき前述した外部電極７に働く大きな引張り応力のため
に外部電極７の途切れ１０に接した電気絶縁層５にクラ
ック１１が発生しやすい。一方、従来の素子では、外部
電極７および銀パラジウム内部電極１２に銀が使用され
ているために、水蒸気の存在下で電極中の銀がイオン化
する。そして外部電極７と銀パラジウム内部電極１２と
の間に電圧が印加されるとこの銀イオンが上記のクラッ
ク１１に沿って移動し絶縁破壊現象が起る。
シミュレーションを行った結果、外部電極７の熱膨張係
数が圧電セラミック３の熱膨張係数および電気絶縁層５
の熱膨張係数より大きいことが原因で、外部電極７を６
００〜８００℃で焼成後冷却した素子１には、図３（ａ
）中に破線で囲んでＡで示した部位に大きな引張り応力
が働くことが確認された。ところが従来の構造の素子に
おいては、外部電極７をスクリーン印刷法で形成してい
るために図３（ｂ）に示すように、外部電極７の途切れ
部分１０が電気絶縁層５の頂上付近に生じやすく、この
とき前述した外部電極７に働く大きな引張り応力のため
に外部電極７の途切れ１０に接した電気絶縁層５にクラ
ック１１が発生しやすい。一方、従来の素子では、外部
電極７および銀パラジウム内部電極１２に銀が使用され
ているために、水蒸気の存在下で電極中の銀がイオン化
する。そして外部電極７と銀パラジウム内部電極１２と
の間に電圧が印加されるとこの銀イオンが上記のクラッ
ク１１に沿って移動し絶縁破壊現象が起る。
【０００８】以上述べたように、従来の構造の素子にお
いては、外部電極７の熱膨張係数が圧電セラミック３の
熱膨張係数および電気絶縁層５の熱膨張係数より大きい
ことが原因で電気絶縁層５にクラック１１が入り、銀パ
ラジウム内部電極１２および外部電極７中に含まれる銀
がクラック１１表面を移動することによって、特に湿度
が高い環境下で絶縁破壊現象が起きやすいという問題が
あった。
いては、外部電極７の熱膨張係数が圧電セラミック３の
熱膨張係数および電気絶縁層５の熱膨張係数より大きい
ことが原因で電気絶縁層５にクラック１１が入り、銀パ
ラジウム内部電極１２および外部電極７中に含まれる銀
がクラック１１表面を移動することによって、特に湿度
が高い環境下で絶縁破壊現象が起きやすいという問題が
あった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の積層圧電アクチ
ュエータ素子は、従来の構造の積層圧電アクチュエータ
素子に対して、内部電極材料に白金のような銀よりイオ
ン化傾向の小さい金属を用い、外部電極材料に金または
白金のような銀よりイオン化傾向の小さい金属またはこ
れを含む材料を使用することを特徴とする。
ュエータ素子は、従来の構造の積層圧電アクチュエータ
素子に対して、内部電極材料に白金のような銀よりイオ
ン化傾向の小さい金属を用い、外部電極材料に金または
白金のような銀よりイオン化傾向の小さい金属またはこ
れを含む材料を使用することを特徴とする。
【００１０】
【実施例】次に本発明の最適な実施例について図面を参
照して説明する。本発明の第１の実施例の素子の構造を
示す斜視図を図１に示す。本実施例において、圧電セラ
ミック３は
照して説明する。本発明の第１の実施例の素子の構造を
示す斜視図を図１に示す。本実施例において、圧電セラ
ミック３は
【００１１】
【００１２】で示されるペロブスカイト構造複合酸化物
よりなり、白金内部電極４は白金粉末の焼結体よりなり
、電気絶縁層５はＰｂＯ５２％ＳｉＯ２ ４２％その他
酸化物６％の鉛系ガラスより成る。金外部電極６は、８
５ｗｔ％の金粉末をガラス粉末と共にビヒクル中に分散
・混合して製造したペースト状物質をスクリーン印刷法
で所望の位置に塗布したあと、７００℃で焼成した。
よりなり、白金内部電極４は白金粉末の焼結体よりなり
、電気絶縁層５はＰｂＯ５２％ＳｉＯ２ ４２％その他
酸化物６％の鉛系ガラスより成る。金外部電極６は、８
５ｗｔ％の金粉末をガラス粉末と共にビヒクル中に分散
・混合して製造したペースト状物質をスクリーン印刷法
で所望の位置に塗布したあと、７００℃で焼成した。
【００１３】上述の実施例の素子に対して図２に示した
従来構造の素子を試作し、これと本実施例の素子との間
で信頼性試験を実施し絶縁破壊発生状況を比較した。試
作した素子は、圧電セラミック３の厚さ１０５μｍ，白
金内部電極４の総数６４層，保護層２の厚さ１．５ｍｍ
，素子の幅２ｍｍ×３ｍｍであり、試験条件は４０℃−
９０％ＲＨの環境下での１５０ＶＤＣ連続印加である。 結果を表２に示す。表２を参照すると、本発明の実施に
より電気絶縁層５での絶縁破壊が改善されることが分る
。
従来構造の素子を試作し、これと本実施例の素子との間
で信頼性試験を実施し絶縁破壊発生状況を比較した。試
作した素子は、圧電セラミック３の厚さ１０５μｍ，白
金内部電極４の総数６４層，保護層２の厚さ１．５ｍｍ
，素子の幅２ｍｍ×３ｍｍであり、試験条件は４０℃−
９０％ＲＨの環境下での１５０ＶＤＣ連続印加である。 結果を表２に示す。表２を参照すると、本発明の実施に
より電気絶縁層５での絶縁破壊が改善されることが分る
。
【００１４】
【表２】
【００１５】次に本発明の第２の実施例について述べる
。本実施例では外部電極の材料として、白金含有率８５
ｗｔ％の白金外部電極ペーストを第１の実施例と同様の
手法で検討した。ただし、外部電極の焼成は７５０℃で
行った。その信頼性試験の結果は、表２に示す第１の実
施例における結果と同様に１０００時間経過時点で不良
発生がなく、第１の実施例の金外部電極同様実用上満足
できるものであった。
。本実施例では外部電極の材料として、白金含有率８５
ｗｔ％の白金外部電極ペーストを第１の実施例と同様の
手法で検討した。ただし、外部電極の焼成は７５０℃で
行った。その信頼性試験の結果は、表２に示す第１の実
施例における結果と同様に１０００時間経過時点で不良
発生がなく、第１の実施例の金外部電極同様実用上満足
できるものであった。
【００１６】なお、以上の第１の実施例および第２の実
施例においては、外部電極を金または白金のいずれか一
方のみを含むペースト状物質を焼成して形成したが、本
発明はこれに限られるものではない。ペースト状物質は
金および白金の両方を含むものであってもよい。又、外
部電極としては上記のような焼成型のものではなく、樹
脂中に上記のような金属を分散させた樹脂硬化型導電材
料からなるものであってもよいし、更には、蒸着やスパ
ッタなどにより形成した金属膜を用いても実施例と同様
の効果が得られる。外部電極はまた、異なる金属層を多
層に積層した多層構造の外部電極であってもよいことは
勿論である。
施例においては、外部電極を金または白金のいずれか一
方のみを含むペースト状物質を焼成して形成したが、本
発明はこれに限られるものではない。ペースト状物質は
金および白金の両方を含むものであってもよい。又、外
部電極としては上記のような焼成型のものではなく、樹
脂中に上記のような金属を分散させた樹脂硬化型導電材
料からなるものであってもよいし、更には、蒸着やスパ
ッタなどにより形成した金属膜を用いても実施例と同様
の効果が得られる。外部電極はまた、異なる金属層を多
層に積層した多層構造の外部電極であってもよいことは
勿論である。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、図３（ｂ
）のクラック１１の上下にある電極を、金あるいは白金
などのイオン化傾向の小さい材質とすることにより、水
蒸気の存在下でクラック１１表面を金属イオンが移動し
電気絶縁層５において絶縁破壊現象が発生するのを防ぎ
、信頼性の高い積層圧電アクチュエータ素子を提供でき
るという効果を有する。
）のクラック１１の上下にある電極を、金あるいは白金
などのイオン化傾向の小さい材質とすることにより、水
蒸気の存在下でクラック１１表面を金属イオンが移動し
電気絶縁層５において絶縁破壊現象が発生するのを防ぎ
、信頼性の高い積層圧電アクチュエータ素子を提供でき
るという効果を有する。
【図１】本発明の積層圧電アクチュエータ素子の構造を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図２】従来の積層圧電アクチュエータ素子の構造を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図３】図２に示す積層圧電アクチュエータ素子Ｘ−Ｙ
断面図の部分拡大図である。
断面図の部分拡大図である。
１ 積層圧電アクチュエータ素子３ 圧電
セラミック ４ 白金内部電極 ５ 電気絶縁層 ６ 金外部電極 ７ 外部電極 ８ リード線 ９ はんだ １０ 外部電極の途切れ １１ クラック １２ 銀パラジウム内部電極
セラミック ４ 白金内部電極 ５ 電気絶縁層 ６ 金外部電極 ７ 外部電極 ８ リード線 ９ はんだ １０ 外部電極の途切れ １１ クラック １２ 銀パラジウム内部電極
Claims (4)
- 【請求項１】 全面に導電性の内部電極が被着形成さ
れた圧電効果を示すセラミックシートを複数枚積層し焼
結して得た積層焼結体の前記内部電極が露出した四側面
のうち対向する二側面に、電気絶縁層を前記内部電極の
露出部とその近傍のセラミック上に一層おきに互い違い
に設け、前記二側面上に導電性の外部電極を形成してな
る積層圧電アクチュエータ素子において、前記内部電極
が、銀のイオン化傾向よりも小なるイオン化傾向を有す
る金属よりなり、前記外部電極が、銀のイオン化傾向よ
りも小なるイオン化傾向を有する金属よりなることを特
徴とする積層圧電アクチュエータ素子。 - 【請求項２】 全面に導電性の内部電極が被着形成さ
れた圧電効果を示すセラミックシートを複数枚積層し焼
結して得た積層焼結体の前記内部電極が露出した四面側
のうち対向する二側面に、電気絶縁層を前記内部電極の
露出部とその近傍のセラミック上に一層おきに互い違い
に設け、前記二側面上に導電性の外部電極を形成してな
る積層圧電アクチュエータ素子において、前記内部電極
が、銀のイオン化傾向よりも小なるイオン化傾向を有す
る金属よりなり、前記外部電極が、銀のイオン化傾向よ
りも小なるイオン化傾向を有する金属を含む材料よりな
ることを特徴とする積層圧電アクチュエータ素子。 - 【請求項３】 請求項１記載の積層圧電アクチュエー
タ素子において、前記内部電極は白金よりなり、前記外
部電極は、白金および金のいずれか一方からなることを
特徴とする積層圧電アクチュエータ素子。 - 【請求項４】 請求項２記載の積層圧電アクチュエー
タ素子において、前記内部電極は白金よりなり、前記外
部電極は、少なくとも白金および金のいずれか一方を含
む材料からなることを特徴とする積層圧電アクチュエー
タ素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3112036A JPH04340778A (ja) | 1991-01-30 | 1991-05-17 | 積層圧電アクチュエータ素子 |
| US07/828,221 US5252883A (en) | 1991-01-30 | 1992-01-30 | Laminated type piezoelectric actuator |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1024291 | 1991-01-30 | ||
| JP3112036A JPH04340778A (ja) | 1991-01-30 | 1991-05-17 | 積層圧電アクチュエータ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04340778A true JPH04340778A (ja) | 1992-11-27 |
Family
ID=26345483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3112036A Pending JPH04340778A (ja) | 1991-01-30 | 1991-05-17 | 積層圧電アクチュエータ素子 |
Country Status (2)
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