JPH04299588A - 電歪効果素子 - Google Patents
電歪効果素子Info
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- JPH04299588A JPH04299588A JP3064235A JP6423591A JPH04299588A JP H04299588 A JPH04299588 A JP H04299588A JP 3064235 A JP3064235 A JP 3064235A JP 6423591 A JP6423591 A JP 6423591A JP H04299588 A JPH04299588 A JP H04299588A
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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
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal 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
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- 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】本発明は積層構造を有する電歪効
果素子に関し、特にその内部電極の構造に関する。
果素子に関し、特にその内部電極の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】電歪効果を用いた変位発生素子としては
、横効果を利用したバイモルフ圧電素子、縦効果を利用
した積層型素子がある。このうち積層型素子は小型で駆
動力が大きいこと、エネルギー変換効率が高いこと等の
メリットから多くの応用研究がなされている。
、横効果を利用したバイモルフ圧電素子、縦効果を利用
した積層型素子がある。このうち積層型素子は小型で駆
動力が大きいこと、エネルギー変換効率が高いこと等の
メリットから多くの応用研究がなされている。
【０００３】従来この種の積層型素子を図１に従い説明
する。すなわち、圧電セラミック１と内部電極２が交互
に積層されており、内部電極２は対向する一対の側面で
交互に絶縁ガラス３で覆われ、その上から外部電極４が
形成されており半田６により一対のリード線５が取り付
けられ、樹脂１（図示省略）により外装が形成されてい
る。リード線５の両端に電圧を印加すると、内部電極２
に挟まれたそれぞれの圧電セラミック１が変位し電歪効
果素子は垂直方向に変位する。
する。すなわち、圧電セラミック１と内部電極２が交互
に積層されており、内部電極２は対向する一対の側面で
交互に絶縁ガラス３で覆われ、その上から外部電極４が
形成されており半田６により一対のリード線５が取り付
けられ、樹脂１（図示省略）により外装が形成されてい
る。リード線５の両端に電圧を印加すると、内部電極２
に挟まれたそれぞれの圧電セラミック１が変位し電歪効
果素子は垂直方向に変位する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この構造では、セラミ
ック層と電極層が交互に積層されており、セラミック層
どうしの接合がない。このため、電極とセラミックの間
の接合力が弱く、素子に引っ張り力が働くと、内部電極
とセラミックの界面で破断してしまうという欠点があっ
た。
ック層と電極層が交互に積層されており、セラミック層
どうしの接合がない。このため、電極とセラミックの間
の接合力が弱く、素子に引っ張り力が働くと、内部電極
とセラミックの界面で破断してしまうという欠点があっ
た。
【０００５】この欠点を克服するため、たとえば特開昭
６２−１３２３８１のように電極中にセラミック粉末を
混合することにより接合強度の向上がはかられた。これ
は、内部電極内にセラミック粉末を混合することにより
、セラミックと内部電極の接触面積を大きくし、接合強
度を高めようという、いわゆるアンカー効果を狙ったも
のである。これにより従来の２倍程度の素子強度が得ら
れたが、本来のセラミックの強度には至らず、引張力が
働くとセラミックと内部電極の界面で破断するという欠
点が依然として残っている。この原因は、図１に示す構
造の従来素子の内部電極部分（ＡＡＡＡ）相当部分を拡
大して観察した様子の模式図図２に示されるように、セ
ラミック粉末が内部電極に一様に分散してしまい、アン
カー効果に寄与するセラミック粉末が少ないためと思わ
れる。
６２−１３２３８１のように電極中にセラミック粉末を
混合することにより接合強度の向上がはかられた。これ
は、内部電極内にセラミック粉末を混合することにより
、セラミックと内部電極の接触面積を大きくし、接合強
度を高めようという、いわゆるアンカー効果を狙ったも
のである。これにより従来の２倍程度の素子強度が得ら
れたが、本来のセラミックの強度には至らず、引張力が
働くとセラミックと内部電極の界面で破断するという欠
点が依然として残っている。この原因は、図１に示す構
造の従来素子の内部電極部分（ＡＡＡＡ）相当部分を拡
大して観察した様子の模式図図２に示されるように、セ
ラミック粉末が内部電極に一様に分散してしまい、アン
カー効果に寄与するセラミック粉末が少ないためと思わ
れる。
【０００６】本発明の目的は、素子の強度を従来のもの
より大幅に向上でき、衝撃に対して信頼性の高い電歪効
果素子を提供することにある。
より大幅に向上でき、衝撃に対して信頼性の高い電歪効
果素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の電歪効果素子は
、内部電極内に、内部電極の厚さの１／２〜１倍の粒径
にコントロールされた圧電セラミック粉末を１０〜２０
％含んでいる。
、内部電極内に、内部電極の厚さの１／２〜１倍の粒径
にコントロールされた圧電セラミック粉末を１０〜２０
％含んでいる。
【０００８】
【実施例】次に、本発明を図面を参照して説明する。図
１は本発明の実施例を示す縦断面図およびその（ＡＡＡ
Ａ）を拡大観察した模式図である。チタン酸ジルコン酸
鉛Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３ を主成分とする圧電体材料
の粉末に、微量の有機バインダを添加しこれを有機溶媒
中に分散させて泥漿を作り、テープキャスト法等により
膜厚約１３０μｍに形成した電歪シートを作った。次に
、内部電極用ペーストとして銀・パラジウム粉末を７：
３に混合した粉末に、平均粒径が３〜６μｍにコントロ
ールされた圧電体材料粉末を１５ｗｔ％加え、ビヒクル
とともに混練しペースト化した。この内部電極ペースト
を先の電歪シート上に約１０μｍの厚さになるようスク
リーン印刷等で被着形成した。次に、電極ペーストを印
刷していない電歪シートを３０枚、印刷した電歪シート
を１２０枚、さらに印刷していない電歪シートを３０枚
順次積層し、２００ｋｇ／ｃｍ２ の条件で熱加圧して
一体化し、約１１００℃の温度で２時間焼結した。
１は本発明の実施例を示す縦断面図およびその（ＡＡＡ
Ａ）を拡大観察した模式図である。チタン酸ジルコン酸
鉛Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３ を主成分とする圧電体材料
の粉末に、微量の有機バインダを添加しこれを有機溶媒
中に分散させて泥漿を作り、テープキャスト法等により
膜厚約１３０μｍに形成した電歪シートを作った。次に
、内部電極用ペーストとして銀・パラジウム粉末を７：
３に混合した粉末に、平均粒径が３〜６μｍにコントロ
ールされた圧電体材料粉末を１５ｗｔ％加え、ビヒクル
とともに混練しペースト化した。この内部電極ペースト
を先の電歪シート上に約１０μｍの厚さになるようスク
リーン印刷等で被着形成した。次に、電極ペーストを印
刷していない電歪シートを３０枚、印刷した電歪シート
を１２０枚、さらに印刷していない電歪シートを３０枚
順次積層し、２００ｋｇ／ｃｍ２ の条件で熱加圧して
一体化し、約１１００℃の温度で２時間焼結した。
【０００９】焼結により前記の電歪シートは図中１の圧
電セラミックに、内部電極ペーストは収縮して厚さ約６
μｍの内部電極２になり、一体化された。この焼結体の
対向する一対の側面の内部電極２上に交互に一層おきに
ガラス絶縁物３を形成した。この側面上に銀を主成分と
するペーストをスクリーン印刷等により被着形成し乾燥
後６００℃で１０分間焼成し、外部電極４を形成した。 その後リード線５をハンダ６により外部電極４に接続し
た。
電セラミックに、内部電極ペーストは収縮して厚さ約６
μｍの内部電極２になり、一体化された。この焼結体の
対向する一対の側面の内部電極２上に交互に一層おきに
ガラス絶縁物３を形成した。この側面上に銀を主成分と
するペーストをスクリーン印刷等により被着形成し乾燥
後６００℃で１０分間焼成し、外部電極４を形成した。 その後リード線５をハンダ６により外部電極４に接続し
た。
【００１０】このようにして得られた図１の素子の内部
電極部分（ＡＡＡＡ）を顕微鏡により観察したところ、
図１（ｂ）の模式図に示すように、内部電極中のセラミ
ック粉末が、内部電極をはさむ２つのセラミックを効果
的に架橋している様子が観察された。この素子を引張強
度の測定試験に供したところ、従来素子の約１．７倍の
強度を有しており、破断箇所もセラミックと内部電極の
界面の他、セラミック部分でも観察された。その比率は
半々でありこれは前記界面がセラミック母材と同等の引
張強度を有することに他ならない。
電極部分（ＡＡＡＡ）を顕微鏡により観察したところ、
図１（ｂ）の模式図に示すように、内部電極中のセラミ
ック粉末が、内部電極をはさむ２つのセラミックを効果
的に架橋している様子が観察された。この素子を引張強
度の測定試験に供したところ、従来素子の約１．７倍の
強度を有しており、破断箇所もセラミックと内部電極の
界面の他、セラミック部分でも観察された。その比率は
半々でありこれは前記界面がセラミック母材と同等の引
張強度を有することに他ならない。
【００１１】内部電極に混合するセラミックの量と素子
の引張強度の関係を調査したところ図４に示す関係が得
られた。なお、同時に示した従来の素子は、内部電極に
混合するセラミック粉末の粒径をコントロールしていな
いもので、この場合のセラミック粉末の平均粒径は約１
．５μｍであった。どちらの場合も、混合するセラミッ
ク粉末の比率が２５％以上になると、内部電極の抵抗が
増大すると同時に素子の電気特性が劣化した。これはセ
ラミックの存在により、内部電極中の導体比率が低下す
るためと思われる。
の引張強度の関係を調査したところ図４に示す関係が得
られた。なお、同時に示した従来の素子は、内部電極に
混合するセラミック粉末の粒径をコントロールしていな
いもので、この場合のセラミック粉末の平均粒径は約１
．５μｍであった。どちらの場合も、混合するセラミッ
ク粉末の比率が２５％以上になると、内部電極の抵抗が
増大すると同時に素子の電気特性が劣化した。これはセ
ラミックの存在により、内部電極中の導体比率が低下す
るためと思われる。
【００１２】内部電極に混合するセラミック粉末の平均
粒径と素子の引張強度の関係を調査したところ図５に示
す関係が得られた。１０μｍ以上の粒径のデータがない
のは、これ以上大きな粉末を混合したとき、内部電極ペ
ーストの印刷性が低下したこと及びスクリーンの目詰ま
りが起こったことにより実験を中止したためである。こ
の結果より、焼成後の内部電極の厚さの１／２以上の粒
径のセラミック粉末を混合することにより、十分な強度
が得られることがわかる。
粒径と素子の引張強度の関係を調査したところ図５に示
す関係が得られた。１０μｍ以上の粒径のデータがない
のは、これ以上大きな粉末を混合したとき、内部電極ペ
ーストの印刷性が低下したこと及びスクリーンの目詰ま
りが起こったことにより実験を中止したためである。こ
の結果より、焼成後の内部電極の厚さの１／２以上の粒
径のセラミック粉末を混合することにより、十分な強度
が得られることがわかる。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、電歪効果
素子の内部電極内に、内部電極の厚さの１／２〜１倍の
粒径にコントロールされた圧電セラミック粉末を１０〜
２０％添加することにより、内部電極を挟む２つのセラ
ミックをつなぐ架橋を効果的に形成することにより、素
子の強度を従来の約１．７倍に向上し、衝撃に対して信
頼性の高い素子を得ることができる効果を有している。
素子の内部電極内に、内部電極の厚さの１／２〜１倍の
粒径にコントロールされた圧電セラミック粉末を１０〜
２０％添加することにより、内部電極を挟む２つのセラ
ミックをつなぐ架橋を効果的に形成することにより、素
子の強度を従来の約１．７倍に向上し、衝撃に対して信
頼性の高い素子を得ることができる効果を有している。
【図１】本発明の一実施例説明用の素子の縦断面図およ
びその内部電極部分ＡＡＡＡを拡大観察した模式図であ
る。
びその内部電極部分ＡＡＡＡを拡大観察した模式図であ
る。
【図２】従来の電歪効果素子の内部電極部分の拡大観察
した模式図である。
した模式図である。
【図３】本発明および従来の電歪効果素子の内部電極に
混合したセラミック粉末の量と素子の引張強度の関係を
示すグラフである。
混合したセラミック粉末の量と素子の引張強度の関係を
示すグラフである。
【図４】内部電極に混合したセラミック粉末の平均粒径
と素子の引張強度の関係を示すグラフである。
と素子の引張強度の関係を示すグラフである。
１ 圧電セラミック
２ 内部電極
３ 絶縁ガラス
４ 外部電極
５ リード線
６ ハンダ
Claims (1)
- 【請求項１】 シート状の圧電セラミック部材と内部
電極とが交互に重ね合わされた積層焼結体の対向する一
対の側面に露出する内部電極導体の一方の端部が前記一
対の側面において互い違いに絶縁物により絶縁され、前
記内部電極導体の絶縁されていないもう一方の端部は前
記側面ごとに設けられた外部電極に接続されている電歪
効果素子において、前記積層焼結体の内部電極内に、内
部電極の厚さの１／２〜１倍の粒径にコントロールされ
た圧電セラミック粉末を１０〜２０％含むことを特徴と
する電歪効果素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3064235A JPH04299588A (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 電歪効果素子 |
| US07/859,988 US5196757A (en) | 1991-03-28 | 1992-03-30 | Multilayer piezoelectric ceramic actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3064235A JPH04299588A (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 電歪効果素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04299588A true JPH04299588A (ja) | 1992-10-22 |
Family
ID=13252264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3064235A Pending JPH04299588A (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 電歪効果素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5196757A (ja) |
| JP (1) | JPH04299588A (ja) |
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| DE10006352A1 (de) * | 2000-02-12 | 2001-08-30 | Bosch Gmbh Robert | Piezoelektrischer Keramikkörper mit silberhaltigen Innenelektroden |
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