JPH098373A - 圧電振動子およびその絶縁被覆方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特に耐湿下での絶縁性が優れた圧電振動子を
提供する。本絶縁被覆法を用いた圧電振動子は、浸漬や
塗装による絶縁被覆法に比べ、電圧を印加しても放電現
象や電圧降下が生じず、長期に渡って安定した動作が得
られる。さらに、形成される絶縁層の厚みが、素子全体
にわたり比較的均一であるので、寸法精度においても優
れている。 【構成】 中間電極板の両側に、両面に表面電極を形成
した圧電セラミックスを接合させた圧電振動子におい
て、圧電板の外面電極面およびそれに挟まれた面におい
てより長い辺を有する面が、加熱収縮後の、収縮性を有
する材料からなる管状成形体により絶縁被覆されている
圧電振動子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁性が改善された圧
電振動子およびその絶縁被覆方法に関する。さらに詳し
くは、高湿下における絶縁性が改善された、寸法精度の
高い圧電振動子およびその絶縁被覆方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】セラ
ミック電子部品に対し、樹脂やガラス、顔料などの浸漬
または塗装により、その表面に絶縁被覆が行なわれてい
るが、この絶縁方法では、端部に施される絶縁層が他の
部分に比べ薄くなる、という欠点がある。このため、圧
電セラミックス板の屈曲変位運動を利用するユニモルフ
型、バイモルフ型の圧電振動子などのような、圧電セラ
ミックス主面に形成された電極と他の導電性を有する要
素とが隣接するタイプの電子部品に絶縁被覆を行うと、
十分な絶縁性、特に高湿下での絶縁性を得るのが困難で
あった。また、上記のような圧電振動子の場合、その屈
曲変位運動を外部に伝達する際、一端を被作動物体に摺
接して使用するため、圧電振動子自身にかなりの寸法精
度が必要とされるが、浸漬や塗装による絶縁被覆を行う
と、局部的に垂れや膨らみができやすく、その寸法がば
らつきやすいという欠点があった。本発明の目的は、寸
法精度が必要とされる圧電振動子において、その寸法精
度を落とすことなく、絶縁性、特に高湿下での絶縁性を
改善した圧電振動子を提供することにある。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明は、中間電極板の
両側に、両面に表面電極を形成した圧電セラミックス板
を接合させた圧電振動子において、圧電セラミックス板
の外面電極面およびそれに挟まれた面においてより長い
辺を有する面が、加熱収縮後の、熱収縮性を有する材料
からなる管状成形体により絶縁被覆されていることを特
徴とする圧電振動子およびその絶縁被覆方法である。

【０００４】本発明に係る、バイモルフ型の圧電振動子
の例を、図１から図１２をもとに説明する。図１は、圧
電振動子に対し、熱収縮性を有する材料からなる管状成
形体を配置して加熱収縮させた、本発明の圧電振動子の
一例の図（斜視図）である。図１において、中間電極板
１３の両側に、両面に表面電極１２を形成した圧電セラ
ミックス１１が、接着層１５を介して接合されたバイモ
ルフ型の圧電振動子に、加熱収縮後の、熱収縮性を有す
る材料からなる管状成形体（いわゆる収縮後の熱収縮チ
ューブ１４）により絶縁被覆されている。図２は、圧電
振動子に対し、熱収縮性を有する材料からなる管状成形
体を配置した際の、加熱前の模式図（斜視図）である。

【０００５】図３〜９は、本発明の圧電振動子におけ
る、いくつかの例を示したものである。これらのうち図
７および図８以外は、いずれも図１の斜視図において上
方からみた場合の断面図を示している。また、図１１
は、図１の斜視図において向かって右側からみた場合を
示している。

【０００６】図３は図１の例における断面図を示す。中
間電極板１３と、隣接する圧電セラミックス板の表面電
極１２との間は、接着層１５を介して導通がなしとげら
れている。ただし、中間電極板が突出している側の反対
側では、絶縁層１７により絶縁されている。以下、中間
電極板と隣接する表面電極との間の導通については同様
である。

【０００７】図４は、電気信号を取り出すため、リード
線１９を設けた場合の例である。本例においては、圧電
セラミックス板の両外面電極面が、導通端子１８により
導通されているが、反対側へは別途リード線を設けて導
通を行なっても構わない。また、図４ではリード線をと
りつけた後に、絶縁被覆層を形成しているが、後述する
実施例２のように、被覆チューブに予め穴を開けてお
き、熱収縮を行なってから、穴の部分にリード線をとり
つけてもよい。

【０００８】図５は、電気信号を取り出すため、金属板
を端子電極として、圧電セラミックス板の外面電極面と
絶縁被覆層との間に設置した場合の例である。圧電振動
子から突出した部分については、導通線として扱ってよ
いので、突出した金属板の部分は、折り曲げても構わな
い。端子電極の、外面電極面と絶縁被覆層との間の配置
については、図１１の点線に囲まれた＠の部分とするの
が通常であり、その場合の形状としては、圧電セラミッ
クス板と端子電極板との接合により生じる応力を緩和で
きるように端子電極板端部が方形を形成していない方が
好ましく、具体的には図１２に例示した形が主に使用さ
れる。なお、端子電極は、導電性を有する板状物質であ
れば、他の材質であっても金属板の代わりに使用するこ
とが可能である。

【０００９】図６は、熱収縮性を有する材料（絶縁被覆
層）に切込みを入れ、電気信号を取り出すための金属板
を挿入可能とした例である。図７および図８は、上記同
様、絶縁被覆層に切込みを入れ、そこに電気信号を取り
出す金属板を挿入する例であるが、この場合には、圧電
セラミックス板の両外面電極面との導通を一つの端子で
行なえるよう、金属板が圧電振動子に覆いかぶさるよう
な形に設定している。この際、図８に示したように、さ
らに熱収縮性リングで金属板を一部覆う形で配置した
後、もう一度熱をかけて収縮させて固定するのが好まし
い。図９は、圧電セラミックス板の表面電極面積を、圧
電セラミックス自身が有する面積よりも狭く設定した場
合の例である。

【００１０】本発明において用いられる熱収縮性を有す
る材料としては、その内径方向収縮率が２５％以上、好
ましくは５０％以上、軸方向収縮率が１５％以下であ
り、また、その体積固有抵抗が１０¹⁴Ω・ｃｍ以上であ
るような材料が好適に使用できる。具体的には、上記収
縮特性および体積固有抵抗値を有するポリオレフィンや
ポリフッ化ビニリデン、ＰＶＣ、フッ素樹脂などであ
る。上記材料の形状としては、いわゆるチューブなどの
管状成形体が一般に用いられるが、収縮温度など、絶縁
被覆させるための他の条件と同様、それぞれの素子や実
際の条件に応じて、最適な範囲に設定すればよい。

【００１１】

【実施例】

実施例１ 厚み０．１ｍｍの燐青銅板に、長さ５０ｍｍ、幅１．４
ｍｍ、厚み０．３８ｍｍの圧電セラミックス板を２枚接
着した構造を有する圧電バイモルフ素子を、２ｍｍφ、
肉厚０．１ｍｍの熱収縮チューブ（材質：ポリオレフィ
ン）内に挿入し、１５０℃の乾燥機で、３０秒間熱をか
けることにより、チューブで完全に被覆された圧電バイ
モルフ素子を作製した。（模式的には図３参照） 熱収縮チューブで被覆した素子について、被覆部分の縦
および横方向の長さを、その素子の一辺を１０等分した
各点で、ノギスを用いてそれぞれ計測した。その結果、
縦及び横方向の長さのばらつきは、それぞれ、平均値か
ら±１．７％、１．３％の範囲内であった。次に、その
素子を３０℃、湿度９０％を維持する恒温恒湿槽内で、
３００時間静置した後、ＤＣ１３０Ｖのパルスを印加し
て変位動作を確認したが、異常は見られなかった。

【００１２】実施例２ 厚み０．０５ｍｍの燐青銅板に、長さ６０ｍｍ、幅１．
５ｍｍ、厚み０．４０ｍｍの圧電セラミックス板を２枚
接着した構造を有する圧電バイモルフ素子を、先端から
長さ方向に対して５８ｍｍの位置に０．５ｍｍφの穴を
開けた、２ｍｍφ、肉厚０．１ｍｍの熱収縮チューブ
（材質：ポリフッ化ビニリデン）内に挿入し、１５０℃
の乾燥機で、３０秒間熱をかけることにより、０．５ｍ
ｍφであった穴の部分を除き、完全にチューブで被覆さ
れた圧電バイモルフ素子を作製した。熱収縮チューブで
被覆した素子について、被覆部分の縦及び横方向の長さ
を実施例１と同様に計測したところ、縦及び横方向の長
さのばらつきは、それぞれ、平均値から±１．６％、
１．２％の範囲内であった。次に、上記チューブで被覆
されていない穴の部分に、リード線を半田付けし、その
後、実施例１と同様の変位動作試験を行ったが、異常は
見られなかった。

【００１３】実施例３ 実施例２と同様に圧電バイモルフ素子を作製する際、チ
ューブに開けた０．５ｍｍφ穴の部分から圧電セラミッ
クス板の表面電極が露出しないように、長さ５ｍｍ、幅
１ｍｍ、厚み０．０５ｍｍの燐青銅板を、チューブと表
面電極面との間にあらかじめ挿入しておく以外は同様に
操作し、燐青銅板部分の露出を除き、完全にチューブで
被覆された圧電バイモルフ素子を作製した。熱収縮チュ
ーブで被覆した素子について、被覆部分の縦及び横方向
の長さを実施例１と同様に計測したところ、縦及び横方
向の長さのばらつきは、それぞれ、平均値から±１．９
％、１．４％の範囲内であった。さらに、変異動作につ
いて、実施例１と同様の試験を行ったが、異常は見られ
なかった。

【００１４】比較例 実施例１記載の圧電バイモルフ素子に、シリコン樹脂を
平均厚みで０．１ｍｍディップコートし、１５０℃に
て、１時間乾燥させ、シリコン樹脂被覆圧電バイモルフ
素子を作製した。得られたシリコン樹脂被覆素子につい
て、被覆部分の縦及び横方向の長さを実施例１と同様に
計測したところ、縦及び横方向の長さのばらつきは、そ
れぞれ、平均値から±８．３％、６．５％の幅を有して
いた。次に、３０℃、９０％湿度を維持する恒温恒湿槽
内で、３００時間静置した後、ＤＣ１３０Ｖのパルスを
印加して変位動作を確認したところ、放電現象が生じて
しまい、印加した電圧がかからなかった。

【００１５】

【発明の効果】本発明に係る圧電振動子は、その絶縁被
覆の手段として、熱収縮性を有する材料からなる管状成
形体を用いているので、従来の浸漬法や塗装法に比べ、
特に耐湿下での絶縁性が優れており、電圧を印加しても
放電現象が生じない。従って、電圧降下も生じず、長期
に渡って安定した動作が得られる。さらに、形成される
絶縁層の厚みが、素子全体にわたり比較的均一であるの
で、寸法精度の優れた圧電振動子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の圧電振動子の一例を示す斜視図。

【図２】 熱収縮チューブを挿入し、熱をかける前の状
態を示した圧電振動子を示す模式図（斜視図）。

【図３】 図１の圧電振動子を、上から見た場合の断面
図。

【図４】 図３において、電極端子としてリード線を用
いた場合の一例を示す断面図。

【図５】 図３において、電極端子として金属板を用い
た場合の一例を示す断面図。

【図６】 図３において、絶縁層の一部に切込みを入
れ、板状電極端子を挟み込んだ場合の例を示した断面
図。

【図７】 熱収縮後のチューブに切込みを入れ、一つの
金属板電極端子を挟み込む場合の模式図（斜視図）。

【図８】 熱収縮後のチューブに切込みを入れ、一つの
金属板電極端子を挟み込み、さらに熱収縮性リングを用
いて金属板を固定する場合の模式図（斜視図）。

【図９】 圧電振動子における圧電セラミックス板の表
面電極面積を狭く設定した場合の一例を示す断面図。

【図１０】 ディップコートによる絶縁被覆を行なった
圧電振動子（比較例）の例を示す断面図。

【図１１】 電極端子として金属板を用いる場合の、絶
縁被覆層と表面電極面との間に挟んだ金属板の位置の模
式図。

【図１２】 図１１における金属板の形状の例。

【符号の説明】

１１：圧電セラミックス板、１２：圧電セラミックス板
の表面電極、１３：中間電極板（共通電極板）、１４：
収縮性を有する材料からなる管状成形体の加熱収縮後の
絶縁層、１５：接着層、１６：加熱収縮前の収縮性を有
する材料からなる管状成形体、１７：絶縁層、１８：導
通端子、１９：リード線、２０：電極端子用金属板、２
１：切込み、２２：ディップコートによる絶縁層（比較
例）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中間電極板の両側に、両面に表面電極を
   形成した圧電セラミックス板を接合させた圧電振動子に
   おいて、圧電セラミックス板の両外面電極面およびそれ
   に挟まれた面においてより長い辺を有する面が、加熱収
   縮後の、収縮性を有する材料からなる管状成形体により
   絶縁被覆されていることを特徴とする圧電振動子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の圧電振動子において、圧
   電セラミックス板の外面電極面の絶縁被覆部に、切欠部
   または切込み部が設けられていることを特徴とする圧電
   振動子。
3. 【請求項３】 絶縁被覆と外部電極との間に、電気信号
   を取り出すための端子電極が設置されていることを特徴
   とする請求項１記載の圧電振動子。
4. 【請求項４】 絶縁被覆と外部電極との間に設置されて
   いる端子電極が金属板であり、その金属板の端部が、方
   形を形成していないことを特徴とする請求項３の圧電振
   動子。
5. 【請求項５】 熱収縮性を有する材料が、内径方向収縮
   率２５％以上、軸方向収縮率１５％以下、体積固有抵抗
   が１０¹⁴Ω・ｃｍ以上である、ポリオレフィン、ポリフ
   ッ化ビニリデン、ＰＶＣ、フッ素樹脂から選ばれた少な
   くとも一つ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の
   圧電振動子。
6. 【請求項６】 中間電極板の両側に、両面に表面電極を
   形成した圧電セラミックス板を接合させた圧電振動子
   へ、熱収縮性を有する材料からなる管状成形体を用い
   て、圧電セラミックス板の外面電極面およびそれに挟ま
   れた面においてより長い辺を有する面が覆われるように
   配置し、その後、加熱収縮させて絶縁被覆することを特
   徴とする圧電振動子の絶縁被覆方法。