JP2613408B2 - 積層型圧電アクチュエータ - Google Patents
積層型圧電アクチュエータInfo
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔分野の概要〕 本発明は、電気的入力エネルギーを変位や力の機械エ
ネルギーに変換する積層型圧電アクチュエータに係り、
さらに詳細には湿度の高い環境下においても使用可能と
する積層型圧電アクチュエータに関するものである。
ネルギーに変換する積層型圧電アクチュエータに係り、
さらに詳細には湿度の高い環境下においても使用可能と
する積層型圧電アクチュエータに関するものである。
精密位置決め装置や精密Ｘ−Ｙテーブルのアクチュエ
ータとして、従来、ボイスコイルモータやパルスモータ
等の電磁式アクチュエータが用いられている。しかし、
近年、消費電力，応答性，位置決め制度等から電磁式ア
クチュエータより優れている積層型圧電アクチュエータ
が用いられつつある。
ータとして、従来、ボイスコイルモータやパルスモータ
等の電磁式アクチュエータが用いられている。しかし、
近年、消費電力，応答性，位置決め制度等から電磁式ア
クチュエータより優れている積層型圧電アクチュエータ
が用いられつつある。
従来の積層型圧電アクチュエータの構造を第３図に示
す。従来の積層型圧電アクチュエータ37は、第３図に示
すように、積層された圧電素子31の積層面の面積と内部
電極32の面積を一致させるように構成することにより、
応力集中がなく、発生歪を大きくすることが可能となっ
ている。前記積層型圧電アクチュエータ37の各々積層さ
れた圧電素子31の両面の外部電極34では、内部電極32が
表面に露出した構造となるので、積層型圧電アクチュエ
ータ37の電気絶縁の性能を向上するために内部電極32の
端部の絶縁部33を樹脂で外装するのが一般的である。そ
の後、外部電極34にリード線36を半田付け35で取り付け
る。しかし、前記樹脂により外装された積層型圧電アク
チュエータ37を高い湿度の雰囲気中や、水分の付着する
環境下で直流電圧を印加して使用すると、有機系の樹脂
による外装では水分の透過を防止することは困難であ
る。また、内部電極32が露出した側面のうち、電位が正
となる側の内部電極の成分の一部である銀がイオン化
し、対向電極へ移行するいわゆる銀のマイグレーション
が発生し、絶縁抵抗が劣化するという問題がある。
す。従来の積層型圧電アクチュエータ37は、第３図に示
すように、積層された圧電素子31の積層面の面積と内部
電極32の面積を一致させるように構成することにより、
応力集中がなく、発生歪を大きくすることが可能となっ
ている。前記積層型圧電アクチュエータ37の各々積層さ
れた圧電素子31の両面の外部電極34では、内部電極32が
表面に露出した構造となるので、積層型圧電アクチュエ
ータ37の電気絶縁の性能を向上するために内部電極32の
端部の絶縁部33を樹脂で外装するのが一般的である。そ
の後、外部電極34にリード線36を半田付け35で取り付け
る。しかし、前記樹脂により外装された積層型圧電アク
チュエータ37を高い湿度の雰囲気中や、水分の付着する
環境下で直流電圧を印加して使用すると、有機系の樹脂
による外装では水分の透過を防止することは困難であ
る。また、内部電極32が露出した側面のうち、電位が正
となる側の内部電極の成分の一部である銀がイオン化
し、対向電極へ移行するいわゆる銀のマイグレーション
が発生し、絶縁抵抗が劣化するという問題がある。
本発明は、前記問題点を解決し、高い湿度の雰囲気中
や水分の付着する環境下でも使用でき、銀のマイグレー
ションが発生せず、絶縁抵抗が劣化しない積層型圧電ア
クチュエータを提供することを目的とする。
や水分の付着する環境下でも使用でき、銀のマイグレー
ションが発生せず、絶縁抵抗が劣化しない積層型圧電ア
クチュエータを提供することを目的とする。
本発明は、第１図に示すように、互いに対向する電極
からなる複数の内部電極10を有する、各々圧電素子８を
積層した積層型圧電アクチュエータ11であって、積層型
圧電アクチュエータ11に接して、その周囲に、例えば窒
化アルミニウム等の高熱伝導率を有し、かつ高電気絶縁
特性を持つ矩形板状のセラミックス薄板14を２個用い、
さらに２個の該セラミツクス薄板14の外側に近接して、
矩形板状のチタン酸バリウム系の半導体発熱素子15（以
下発熱素子と称する）を設け、かつPTCサーミスタであ
る該発熱素子15の表面電極16と、前記積層型圧電アクチ
ュエータ11の外部電極12とを電気的に並列に配線17で接
続し、前記外部電極12に半田付け９により、リード線13
を連結した構成とすることを特徴とする積層型圧電アク
チュエータ11である。
からなる複数の内部電極10を有する、各々圧電素子８を
積層した積層型圧電アクチュエータ11であって、積層型
圧電アクチュエータ11に接して、その周囲に、例えば窒
化アルミニウム等の高熱伝導率を有し、かつ高電気絶縁
特性を持つ矩形板状のセラミックス薄板14を２個用い、
さらに２個の該セラミツクス薄板14の外側に近接して、
矩形板状のチタン酸バリウム系の半導体発熱素子15（以
下発熱素子と称する）を設け、かつPTCサーミスタであ
る該発熱素子15の表面電極16と、前記積層型圧電アクチ
ュエータ11の外部電極12とを電気的に並列に配線17で接
続し、前記外部電極12に半田付け９により、リード線13
を連結した構成とすることを特徴とする積層型圧電アク
チュエータ11である。
また、本発明による前記積層型圧電アクチュエータ11
の電気回路系統図を第２図に示す。積層型圧電アクチュ
エータ11と、発熱素子15は電気的に配列接続している。
発熱素子15は電気抵抗が正の温度係数を有するいわゆる
PTCサーミスタで、電圧を印加することにより、一定温
度に発熱し保持する機能を有する。第２図において、直
流電圧を印加すると、まず、電気抵抗の低い発熱素子15
に電流が流れ、前記発熱素子15は発熱する。19は熱伝導
率が高い窒化アルミニウム薄板であり、発熱素子15の発
熱により積層型圧電アクチュエータ11を一定温度に加熱
保持することが可能である。発熱素子15のPTCサーミス
タの保持温度は、チタン酸バリウム磁器の組成におい
て、特に添加元素を変えることにより容易に調製するこ
とが可能である。室温から300℃程度の温度範囲で使用
できるPTCサーミスタが市販されている。このうち100℃
近傍の保持温度のPTCサーミスタを用いることにより、
積層型圧電アクチュエータを100℃近傍の温度に保持す
ることが可能である。従って、温度の高い環境下におい
ては本発明による積層型圧電アクチュエータを100℃近
傍に加熱保持することにより、積層型圧電アクチュエー
タの表面の湿度を低下させることができ、周囲の温度が
高い、また水滴の生じる環境において使用し、直流電圧
を印加しても銀のマイグレーションによる絶縁抵抗の劣
化を防止できる積層型圧電アクチュエータを構成するも
のである。
の電気回路系統図を第２図に示す。積層型圧電アクチュ
エータ11と、発熱素子15は電気的に配列接続している。
発熱素子15は電気抵抗が正の温度係数を有するいわゆる
PTCサーミスタで、電圧を印加することにより、一定温
度に発熱し保持する機能を有する。第２図において、直
流電圧を印加すると、まず、電気抵抗の低い発熱素子15
に電流が流れ、前記発熱素子15は発熱する。19は熱伝導
率が高い窒化アルミニウム薄板であり、発熱素子15の発
熱により積層型圧電アクチュエータ11を一定温度に加熱
保持することが可能である。発熱素子15のPTCサーミス
タの保持温度は、チタン酸バリウム磁器の組成におい
て、特に添加元素を変えることにより容易に調製するこ
とが可能である。室温から300℃程度の温度範囲で使用
できるPTCサーミスタが市販されている。このうち100℃
近傍の保持温度のPTCサーミスタを用いることにより、
積層型圧電アクチュエータを100℃近傍の温度に保持す
ることが可能である。従って、温度の高い環境下におい
ては本発明による積層型圧電アクチュエータを100℃近
傍に加熱保持することにより、積層型圧電アクチュエー
タの表面の湿度を低下させることができ、周囲の温度が
高い、また水滴の生じる環境において使用し、直流電圧
を印加しても銀のマイグレーションによる絶縁抵抗の劣
化を防止できる積層型圧電アクチュエータを構成するも
のである。
以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図においてPb｛Ni−Nb）,Ti,Zr｝O3系の組織を持
つ圧電素子８を用いて、厚膜積層法により、断面が５×
5mm,長さが18mmの寸法の積層型圧電アクチュエータ11を
試作した。内部電極10の材料は銀パラジウムを用い、内
部電極10の間隔115μm,電極層数は150層である。
つ圧電素子８を用いて、厚膜積層法により、断面が５×
5mm,長さが18mmの寸法の積層型圧電アクチュエータ11を
試作した。内部電極10の材料は銀パラジウムを用い、内
部電極10の間隔115μm,電極層数は150層である。
次に該積層型圧電アクチュエータ11の５×18mmの内部
電極10の露出面に熱伝導率160W/m・Ｋ［距離が1mで温度
差が1K（ケルビン）の時160Wの熱を伝導するという意
味］の窒化アルミニウム製で５×17mmの寸法で厚み0.5m
mのセラミックス薄板14を接着した。さらに（Ba,Bi,S
r）TiO3系で転移温度が100℃のPTCサーミスタで５×17m
mの寸法の厚み1.0mmの発熱素子15の板で窒化アルミニウ
ム製のセラミックス薄板14の外側を樹脂により接着し
た。この後にPTCサーミスタの表面電極16と積層型圧電
アクチュエータ11の外部電極12を並列に接続し、エポキ
シ系樹脂により積層型圧電アクチュエータ11,窒化アル
ミニウム製のセラミックス薄板14,発熱素子15のPTCサー
ミスタ板に外装樹脂18を施した。
電極10の露出面に熱伝導率160W/m・Ｋ［距離が1mで温度
差が1K（ケルビン）の時160Wの熱を伝導するという意
味］の窒化アルミニウム製で５×17mmの寸法で厚み0.5m
mのセラミックス薄板14を接着した。さらに（Ba,Bi,S
r）TiO3系で転移温度が100℃のPTCサーミスタで５×17m
mの寸法の厚み1.0mmの発熱素子15の板で窒化アルミニウ
ム製のセラミックス薄板14の外側を樹脂により接着し
た。この後にPTCサーミスタの表面電極16と積層型圧電
アクチュエータ11の外部電極12を並列に接続し、エポキ
シ系樹脂により積層型圧電アクチュエータ11,窒化アル
ミニウム製のセラミックス薄板14,発熱素子15のPTCサー
ミスタ板に外装樹脂18を施した。
試作した上記積層型圧電アクチュエータの湿度の高い
雰囲気下での信頼性を調べるために、温度60℃，相対湿
度95％の雰囲気中で直流電圧100Vを連続印加するベージ
ンクを施した。比較例として従来の積層型圧電アクチュ
エータ37を同時にエージングした結果を第１表に示す。
試験に供した試料の数はそれぞれ100個である。また、
不良発生割合はエージング時間による累積不良率を表わ
す。
雰囲気下での信頼性を調べるために、温度60℃，相対湿
度95％の雰囲気中で直流電圧100Vを連続印加するベージ
ンクを施した。比較例として従来の積層型圧電アクチュ
エータ37を同時にエージングした結果を第１表に示す。
試験に供した試料の数はそれぞれ100個である。また、
不良発生割合はエージング時間による累積不良率を表わ
す。
第１表より明らかなように比較例としての従来の積層
型圧電アクチュエータでは、銀のマイグレーションによ
り短絡不良が発生し、累積エージング時間が500時間で
全数不良となる。本発明による積層型圧電アクチュエー
タでは、500時間で2.5％の短絡不良であり、従来の積層
型圧電アクチュエータに比べて耐湿性能が格段に優れて
いることがわかる。尚、本発明の実施例では窒化アルミ
ニウム製のセラミック薄板を用い説明したが、窒化アル
ミニウム薄板に限定する必要はなく、他の高熱伝導性で
電気絶縁特性を持つセラミックス板を用いてもよい。
型圧電アクチュエータでは、銀のマイグレーションによ
り短絡不良が発生し、累積エージング時間が500時間で
全数不良となる。本発明による積層型圧電アクチュエー
タでは、500時間で2.5％の短絡不良であり、従来の積層
型圧電アクチュエータに比べて耐湿性能が格段に優れて
いることがわかる。尚、本発明の実施例では窒化アルミ
ニウム製のセラミック薄板を用い説明したが、窒化アル
ミニウム薄板に限定する必要はなく、他の高熱伝導性で
電気絶縁特性を持つセラミックス板を用いてもよい。
以上詳細に説明したように、本発明による積層型圧電
アクチュエータとすることにより湿度の高い水分の付着
する使用環境下でも使用でき、銀のマイグレーションが
発生しないすぐれた絶縁抵抗を有する信頼性が高い積層
型圧電アクチュエータの提供が可能となり、積層型圧電
アクチュエータの応用分野の拡大がはかれる。
アクチュエータとすることにより湿度の高い水分の付着
する使用環境下でも使用でき、銀のマイグレーションが
発生しないすぐれた絶縁抵抗を有する信頼性が高い積層
型圧電アクチュエータの提供が可能となり、積層型圧電
アクチュエータの応用分野の拡大がはかれる。
第１図は、本発明による積層型圧電アクチュエータの構
造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 第２図は、本発明による積層型圧電アクチュエータの電
気回路系統図を示す。 第３図は、従来の積層型圧電アクチュエータを示す正面
図。 8,31……圧電素子。9,35……半田付け。10,32……内部
電極。 11,37……積層型圧電アクチュエータ。 12,34……外部電極。13……リード線。14……セラミッ
クス薄板。 15……（チタン酸バリウム系半導体）発熱素子。 16……表面電極。17……配線。18……外装樹脂。19……
窒化アルミニウム薄板。 20……端子。33……絶縁部。36……リード線。
造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 第２図は、本発明による積層型圧電アクチュエータの電
気回路系統図を示す。 第３図は、従来の積層型圧電アクチュエータを示す正面
図。 8,31……圧電素子。9,35……半田付け。10,32……内部
電極。 11,37……積層型圧電アクチュエータ。 12,34……外部電極。13……リード線。14……セラミッ
クス薄板。 15……（チタン酸バリウム系半導体）発熱素子。 16……表面電極。17……配線。18……外装樹脂。19……
窒化アルミニウム薄板。 20……端子。33……絶縁部。36……リード線。
Claims (1)
- 【請求項１】互いに対向電極を構成する複数の内部電極
を有する積層型圧電アクチュエータの周囲に接して、薄
板状の窒化アルミニウム等の電気絶縁性，高熱伝導率特
性を持つセラミツク薄板を配置し、該セラミツク薄板の
外側に近接して表面に電極を設けた板状の半導体発熱素
子を配置し、積層型圧電アクチュエータ，セラミックス
薄板，半導体発熱素子の順にこれらを樹脂により固定し
て覆い、前記発熱素子の表面電極と前記積層型圧電アク
チュエータの外部電極とを電気的に並列に接続したこと
を特徴とする積層型圧電アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62328003A JP2613408B2 (ja) | 1987-12-23 | 1987-12-23 | 積層型圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62328003A JP2613408B2 (ja) | 1987-12-23 | 1987-12-23 | 積層型圧電アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01170380A JPH01170380A (ja) | 1989-07-05 |
| JP2613408B2 true JP2613408B2 (ja) | 1997-05-28 |
Family
ID=18205423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62328003A Expired - Lifetime JP2613408B2 (ja) | 1987-12-23 | 1987-12-23 | 積層型圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2613408B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3354925B2 (ja) * | 2001-04-06 | 2002-12-09 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 圧電アクチュエータ |
| DE602006009761D1 (de) * | 2006-03-28 | 2009-11-26 | Infineon Technologies Sensonor | Vorrichtung zum Sammeln von Energie |
-
1987
- 1987-12-23 JP JP62328003A patent/JP2613408B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01170380A (ja) | 1989-07-05 |
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