JPH04274377A - 積層圧電アクチュエータ - Google Patents
積層圧電アクチュエータInfo
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- JPH04274377A JPH04274377A JP3034903A JP3490391A JPH04274377A JP H04274377 A JPH04274377 A JP H04274377A JP 3034903 A JP3034903 A JP 3034903A JP 3490391 A JP3490391 A JP 3490391A JP H04274377 A JPH04274377 A JP H04274377A
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- Japan
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- piezoelectric actuator
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- piezoelectric
- internal electrodes
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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
に関し、特に繰り返し駆動による破断現象を改善した信
頼性の高い積層圧電アクチュエータに関する。
に関し、特に繰り返し駆動による破断現象を改善した信
頼性の高い積層圧電アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明の対象となる従来の積層圧電アク
チュエータの構造を示す断面図を図５に示す。図中１は
圧電セラミック，２は内部電極，３は外部電極である。 内部電極２は一層ごとに２つの外部電極３に交互に電気
的に接続され、さらに半田７を介してリード線６に接続
されている。リード線６間に電圧を印加すると、互いに
隣り合う内部電極２には異符号の電荷が誘起され、内部
電極２間の圧電セラミック１に電界がかかり積層方向に
変位を生じる構造に本積層圧電アクチュエータはなって
いる。
チュエータの構造を示す断面図を図５に示す。図中１は
圧電セラミック，２は内部電極，３は外部電極である。 内部電極２は一層ごとに２つの外部電極３に交互に電気
的に接続され、さらに半田７を介してリード線６に接続
されている。リード線６間に電圧を印加すると、互いに
隣り合う内部電極２には異符号の電荷が誘起され、内部
電極２間の圧電セラミック１に電界がかかり積層方向に
変位を生じる構造に本積層圧電アクチュエータはなって
いる。
【０００３】従来、圧電セラミック１はチタン酸ジルコ
ン酸塩（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、内部電極２は白金または銀パラジウム
混合物などにより成っている。また、外部電極３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
末ととも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
、６００〜８００℃で焼成し形成した金属粉末の焼結体
より成っている。
ン酸塩（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、内部電極２は白金または銀パラジウム
混合物などにより成っている。また、外部電極３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
末ととも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
、６００〜８００℃で焼成し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】この従来の積層圧電ア
クチュエータは、互いに異なる外部電極３に接続された
内部電極２にはさまれた領域の圧電セラミック（図５中
４の圧電活性部）には電界がかかるが、互いに異なる外
部電極３に接続された内部電極２にはさまれていない領
域（図５中５の圧電不活性部には電界がかからない。そ
の結果圧電活性部４は変位を生じ、圧電不活性部５は変
位を生じないため、この従来の積層圧電アクチュエータ
に電圧を印加すると、図６に示す通り、太鼓状の変形を
おこしてしまう。この際、圧電活性部４と圧電不活性部
５の境界部付近に大きな応力が作用する。この応力は積
層圧電アクチュエータの積層方向の高さが高くなるほど
著しく増大する。このため、この従来の積層圧電アクチ
ュエータにパルス波を印加し、繰り返し駆動すると、圧
電活性部４と圧電不活性部５との境界部付近からクラッ
クが発生し、積層圧電アクチュエータが破断してしまう
という問題点があった。
クチュエータは、互いに異なる外部電極３に接続された
内部電極２にはさまれた領域の圧電セラミック（図５中
４の圧電活性部）には電界がかかるが、互いに異なる外
部電極３に接続された内部電極２にはさまれていない領
域（図５中５の圧電不活性部には電界がかからない。そ
の結果圧電活性部４は変位を生じ、圧電不活性部５は変
位を生じないため、この従来の積層圧電アクチュエータ
に電圧を印加すると、図６に示す通り、太鼓状の変形を
おこしてしまう。この際、圧電活性部４と圧電不活性部
５の境界部付近に大きな応力が作用する。この応力は積
層圧電アクチュエータの積層方向の高さが高くなるほど
著しく増大する。このため、この従来の積層圧電アクチ
ュエータにパルス波を印加し、繰り返し駆動すると、圧
電活性部４と圧電不活性部５との境界部付近からクラッ
クが発生し、積層圧電アクチュエータが破断してしまう
という問題点があった。
【０００５】本発明の目的は、圧電活性部と圧電不活性
部の境界部付近に作用する応力を小さくでき、その結果
パルス波による繰り返し駆動の際の破断現象を改善した
信頼性の高い積層圧電アクチュエータを提供することに
ある。
部の境界部付近に作用する応力を小さくでき、その結果
パルス波による繰り返し駆動の際の破断現象を改善した
信頼性の高い積層圧電アクチュエータを提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の積層圧電アクチ
ュエータは、シート状の圧電セラミックと内部電極を交
互に積層し、その内部電極が一層ごとに積層方向垂直な
４側面のうちの２側面に互い違いに露出し２組の内部電
極を構成し、その２組の内部電極が２側面上に形成され
た外部電極によって接続された圧電アクチュエータユニ
ットを、その圧電アクチュエータユニットの圧電セラミ
ックと内部電極との積層方向にさらに複数個積層した圧
電アクチュエータユニット積層体と、その圧電アクチュ
エータ積層体の個々のユニットを構造的かつ電気的に接
続する可とう性を有する導電性物質とを有することを特
徴として構成される。
ュエータは、シート状の圧電セラミックと内部電極を交
互に積層し、その内部電極が一層ごとに積層方向垂直な
４側面のうちの２側面に互い違いに露出し２組の内部電
極を構成し、その２組の内部電極が２側面上に形成され
た外部電極によって接続された圧電アクチュエータユニ
ットを、その圧電アクチュエータユニットの圧電セラミ
ックと内部電極との積層方向にさらに複数個積層した圧
電アクチュエータユニット積層体と、その圧電アクチュ
エータ積層体の個々のユニットを構造的かつ電気的に接
続する可とう性を有する導電性物質とを有することを特
徴として構成される。
【０００７】なお、作用について説明する。本発明の積
層圧電アクチュエータに電圧を印加すると図２に示すよ
うに、本発明では従来の積層圧電アクチュエータよりも
相対的に高さの低い積層圧電アクチュエータユニット９
を複数個接続した構造をしている。高さが低いために、
図２に示す通り前述の従来例の図６の太鼓状の変形の程
度も小さく、従って圧電活性部４と圧電不活性部５の境
界付近に作用する応力も小さい。その結果、本発明の積
層圧電アクチュエータをパルス波で繰り返し駆動しても
破断することがなく、信頼性が飛躍的に向上する。
層圧電アクチュエータに電圧を印加すると図２に示すよ
うに、本発明では従来の積層圧電アクチュエータよりも
相対的に高さの低い積層圧電アクチュエータユニット９
を複数個接続した構造をしている。高さが低いために、
図２に示す通り前述の従来例の図６の太鼓状の変形の程
度も小さく、従って圧電活性部４と圧電不活性部５の境
界付近に作用する応力も小さい。その結果、本発明の積
層圧電アクチュエータをパルス波で繰り返し駆動しても
破断することがなく、信頼性が飛躍的に向上する。
【０００８】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明する
。図１は本発明の一実施例の積層圧電アクチュエータの
模式的縦断面図である。チタン酸ジルコン酸塩（ＰＺＴ
）を主成分とする圧電セラミック粉末に、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、テープキャスト法により膜厚約１３０μｍの圧電セ
ラミックシートを作った。さらに圧電セラミックシート
上に銀パラジウム粉末を７：３に混合したペーストを約
１０μｍの厚さになるようスクリーン印刷で被着形成し
た。次のこのシートを１９枚積層し、最後に上記ペース
トを印刷していない圧電シートを乗せ、２００ｋｇ／ｃ
ｍ２ の条件で熱加圧して一体化し、各積層圧電アクチ
ュエータ単位に切断後、約１１００℃２時間の条件で焼
成し積層圧電アクチュエータユニット９を作製した。こ
れにより上記圧電セラミックシートが圧電セラミック１
に、銀パラジウム粉末ペーストが内部電極２となる。試
作した積層圧電アクチュエータユニット９は縦５ｍｍ横
５ｍｍ高さ２ｍｍであった。
。図１は本発明の一実施例の積層圧電アクチュエータの
模式的縦断面図である。チタン酸ジルコン酸塩（ＰＺＴ
）を主成分とする圧電セラミック粉末に、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、テープキャスト法により膜厚約１３０μｍの圧電セ
ラミックシートを作った。さらに圧電セラミックシート
上に銀パラジウム粉末を７：３に混合したペーストを約
１０μｍの厚さになるようスクリーン印刷で被着形成し
た。次のこのシートを１９枚積層し、最後に上記ペース
トを印刷していない圧電シートを乗せ、２００ｋｇ／ｃ
ｍ２ の条件で熱加圧して一体化し、各積層圧電アクチ
ュエータ単位に切断後、約１１００℃２時間の条件で焼
成し積層圧電アクチュエータユニット９を作製した。こ
れにより上記圧電セラミックシートが圧電セラミック１
に、銀パラジウム粉末ペーストが内部電極２となる。試
作した積層圧電アクチュエータユニット９は縦５ｍｍ横
５ｍｍ高さ２ｍｍであった。
【０００９】次にこの積層圧電アクチュエータユニット
９を、内部電極２の露出している側面をそろえて１０個
積層し、その側面上に導電性のエポキシ系接着剤を塗布
し、１５０℃１時間の条件で硬化してリード線６ととも
に一体化し、素子長２０ｍｍの積層圧電アクチュエータ
を作製した。
９を、内部電極２の露出している側面をそろえて１０個
積層し、その側面上に導電性のエポキシ系接着剤を塗布
し、１５０℃１時間の条件で硬化してリード線６ととも
に一体化し、素子長２０ｍｍの積層圧電アクチュエータ
を作製した。
【００１０】図２は、本実施例の積層圧電アクチュエー
タに電圧を印加した際の変形を示す模式的断面図である
。前述した通り、複数個の積層圧電アクチュエータユニ
ット９に分割されているため、１ユニット当りの高さは
図５に示す従来構造の積層圧電アクチュエータよりも低
い。その結果、圧電活性部４と圧電不活性部５が隣接し
ていることに起因する太鼓状の変形は、図６に示す従来
構造の積層圧電アクチュエータの変形よりも小さく、さ
らに圧電活性部４と圧電不活性部５との境界部に作用す
る応力も小さい。
タに電圧を印加した際の変形を示す模式的断面図である
。前述した通り、複数個の積層圧電アクチュエータユニ
ット９に分割されているため、１ユニット当りの高さは
図５に示す従来構造の積層圧電アクチュエータよりも低
い。その結果、圧電活性部４と圧電不活性部５が隣接し
ていることに起因する太鼓状の変形は、図６に示す従来
構造の積層圧電アクチュエータの変形よりも小さく、さ
らに圧電活性部４と圧電不活性部５との境界部に作用す
る応力も小さい。
【００１１】上述の本発明の積層圧電アクチュエータ（
サイズは縦約５ｍｍ，横約５ｍｍ，高さ２０ｍｍ）を５
０個試作し、従来構造の積層圧電アクチュエータ（サイ
ズは縦約５ｍｍ，横約５ｍｍ，高さ２０ｍｍ）５０個と
ともに１５０Ｖ３０Ｈｚの正弦波を印加する繰り返し寿
命試験を行った。その結果を図４に示す。繰り返し駆動
に対する信頼性が大きく改善されているのがわかる。
サイズは縦約５ｍｍ，横約５ｍｍ，高さ２０ｍｍ）を５
０個試作し、従来構造の積層圧電アクチュエータ（サイ
ズは縦約５ｍｍ，横約５ｍｍ，高さ２０ｍｍ）５０個と
ともに１５０Ｖ３０Ｈｚの正弦波を印加する繰り返し寿
命試験を行った。その結果を図４に示す。繰り返し駆動
に対する信頼性が大きく改善されているのがわかる。
【００１２】図３は、本発明の他の実施例の積層圧電ア
クチュエータの縦断面図である。第１の実施例と全く同
様の工法、構造で積層圧電アクチュエータユニット９を
試作した。次に積層圧電アクチュエータユニット９の内
部電極２が露出している２つの側面に、銀粉末とガラス
粉末とをビヒクル中に分散・混合して製造したペースト
をスクリーン印刷にて塗布し、約６００℃１時間の条件
で焼成し、内部電極２を電気的に接続した。
クチュエータの縦断面図である。第１の実施例と全く同
様の工法、構造で積層圧電アクチュエータユニット９を
試作した。次に積層圧電アクチュエータユニット９の内
部電極２が露出している２つの側面に、銀粉末とガラス
粉末とをビヒクル中に分散・混合して製造したペースト
をスクリーン印刷にて塗布し、約６００℃１時間の条件
で焼成し、内部電極２を電気的に接続した。
【００１３】次にこの積層圧電アクチュエータユニット
９を、上記の外部電極３を塗布した側面をそろえて１０
個積層し、その接続部付近に導電性のエポキシ系接着剤
を塗布し、１５０℃１時間の条件で硬化した。このエポ
キシ系接着剤は、外部電極３間の電気的接続，積層圧電
アクチュエータユニット９間の構造的接続をするもので
ある。最後に適当な外部電極３上にリード線６を半田づ
けして完成した。
９を、上記の外部電極３を塗布した側面をそろえて１０
個積層し、その接続部付近に導電性のエポキシ系接着剤
を塗布し、１５０℃１時間の条件で硬化した。このエポ
キシ系接着剤は、外部電極３間の電気的接続，積層圧電
アクチュエータユニット９間の構造的接続をするもので
ある。最後に適当な外部電極３上にリード線６を半田づ
けして完成した。
【００１４】本発明の第２の実施例の積層圧電アクチュ
エータ（サイズは縦約５ｍｍ，横約５ｍｍ，高さ２０ｍ
ｍ）を５０個試作し、実施例１の混合同様１５０Ｖ３０
Ｈｚの正弦波を印加する繰り返し寿命試験を行った。そ
の結果を図４に示す。実施例１同様顕著な効果が得られ
ているのがわかる。
エータ（サイズは縦約５ｍｍ，横約５ｍｍ，高さ２０ｍ
ｍ）を５０個試作し、実施例１の混合同様１５０Ｖ３０
Ｈｚの正弦波を印加する繰り返し寿命試験を行った。そ
の結果を図４に示す。実施例１同様顕著な効果が得られ
ているのがわかる。
【００１５】本実施例においては導電性エポキシ系接着
剤を用いたが、これは可とう性を持ち積層圧電アクチュ
エータユニット９を電気的に接続できる導電性物質であ
ればこれに限定されることはない。
剤を用いたが、これは可とう性を持ち積層圧電アクチュ
エータユニット９を電気的に接続できる導電性物質であ
ればこれに限定されることはない。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、積層圧電
アクチュエータを複数の積層圧電アクチュエータユニッ
トに分割し、これらを導電性物質で接続した構造をして
いるため、ユニット単体での高さは相対的に低く、その
結果圧電活性部と圧電不活性部の境界部付近に作用する
応力も小さい。従って本発明、パルス波による繰り返し
駆動の際の破断現象を改善した、信頼性の高い積層圧電
アクチュエータを提供できるという効果を有する。
アクチュエータを複数の積層圧電アクチュエータユニッ
トに分割し、これらを導電性物質で接続した構造をして
いるため、ユニット単体での高さは相対的に低く、その
結果圧電活性部と圧電不活性部の境界部付近に作用する
応力も小さい。従って本発明、パルス波による繰り返し
駆動の際の破断現象を改善した、信頼性の高い積層圧電
アクチュエータを提供できるという効果を有する。
【図１】本発明の一実施例の模式的縦断面図である。
【図２】本発明の図１の実施例に電圧を印加したときの
変形を示す模式的縦断面図である。
変形を示す模式的縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施例の模式的断面図である。
【図４】本発明の実施例１，実施例２および従来例の繰
り返し寿命試験結果を示す図である。
り返し寿命試験結果を示す図である。
【図５】従来の積層圧電アクチュエータの一例の模式的
縦断面図である。
縦断面図である。
【図６】従来の積層圧電アクチュエータの一例に電圧を
印加した際の変形を現す模式的縦断面図である。
印加した際の変形を現す模式的縦断面図である。
１ 圧電セラミック
２ 内部電極
３ 外部電極
４ 圧電活性部
５ 圧電不活性部
６ リード線
７ 半田
８ 導電性接着剤
Claims (2)
- 【請求項１】 シート状の圧電セラミックと内部電極
を交互に積層し、前記内部電極が一層ごとに積層方向垂
直な４側面のうちの２側面に互い違いに露出し２組の内
部電極を構成し、該２組の内部電極が前記２側面上に形
成された外部電極によって接続された圧電アクチュエー
タユニットを、該圧電アクチュエータユニットの圧電セ
ラミックと内部電極との積層方向にさらに複数個積層し
た圧電アクチュエータユニット積層体と、該圧電アクチ
ュエータユニット積層体の個々のユニットを構造的かつ
電気的に接続する可とう性を有する導電性物質とを有す
ることを特徴とする積層圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】 前記導電性物質が導電性接着剤である
ことを特徴とする請求項１記載の積層圧電アクチュエー
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3034903A JPH04274377A (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 積層圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3034903A JPH04274377A (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 積層圧電アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04274377A true JPH04274377A (ja) | 1992-09-30 |
Family
ID=12427148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3034903A Pending JPH04274377A (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 積層圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04274377A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1233461A3 (de) * | 2001-02-15 | 2005-05-11 | Ceram Tec Ag Innovative Ceramic Engineering | Piezokeramischer Vielschichtaktor mit einem Übergangsbereich zwischen dem aktiven Bereich und dem inaktiven Kopf- und Fussbereich |
| US6994762B2 (en) * | 2003-02-10 | 2006-02-07 | The Boeing Company | Single crystal piezo (SCP) apparatus and method of forming same |
| EP2043170A3 (de) * | 2007-09-27 | 2010-01-27 | Robert Bosch GmbH | Piezoaktormodul mit mehreren untereinander verbundenen Piezoaktoren und ein Verfahren zu dessen Herstellung |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63153870A (ja) * | 1986-12-17 | 1988-06-27 | Nec Corp | 電歪効果素子 |
| JPS6433980A (en) * | 1987-07-30 | 1989-02-03 | Toyota Motor Corp | Lamination type piezoelectric body |
-
1991
- 1991-03-01 JP JP3034903A patent/JPH04274377A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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| JPS63153870A (ja) * | 1986-12-17 | 1988-06-27 | Nec Corp | 電歪効果素子 |
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