JP2000294843A

JP2000294843A - 圧電素子及び積層型圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JP2000294843A
Application number: JP11101141A
Authority: JP
Inventors: Mikiya Shinohara; 幹弥篠原; Yoshio Akimune; 淑雄秋宗; Katsuhiko Onizuka; 克彦鬼塚; Makoto Higashibetsupu; 誠東別府
Original assignee: Kyocera Corp; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Kyocera Corp; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2000-10-20
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: JP4468510B2

Abstract

(57)【要約】【課題】特異な形状の内部電極を用いることなく、圧
電素子の内部電極周囲部位に印加される電界が、内部電
極周辺部で連続的に小さくなり、繰り返し駆動させても
圧電素子に亀裂が発生しない、信頼性の高い積層型アク
チュエータを提供すること。【解決手段】圧電素子基板１を内部電極層４で挟持し
て成る圧電素子である。圧電素子基板１より比誘電率の
低い低誘電率層５が、圧電素子基板１と内部電極層４の
周辺部との間に介在している。この圧電素子と金属板２
とを積層して成る積層型圧電アクチュエータである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子及びこれ
を用いた積層型圧電アクチュエータに係り、更に詳細に
は、縦効果を利用した積層型圧電アクチュエータであっ
て、例えば、自動車用エンジンの燃料噴射弁、光学装置
等の精密位置決め装置及び防振台の除振マウント等のア
クチュエータとして使用される積層型圧電アクチュエー
タに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電歪効果を応用して大きな変位量
を得るために、圧電セラミックス板と内部電極層を交互
に積層した、積層型の圧電アクチュエータの構造が提案
されている。このような積層型圧電アクチュエータの従
来例には、特開昭６２−２９９０９３号公報に開示され
ているものがあり、その構成を図５に示す。

【０００３】図５において、この積層型圧電アクチュエ
ータは、予め焼成・加工され両面にＡｇ等の焼成内部電
極層１０５が形成された圧電素子基板１０１（図５
（ｃ））と、ステンレス等の金属板１０２（図５
（ｂ））とを交互に積層することにより形成されてい
る。かかる金属板１０２は３つの舌状片部１０３を有す
るが、圧電素子基板１０１を挟んで隣接する金属板１０
２同士は、垂直軸回りに位相が約６０゜ずれて配置され
ている。即ち、ある一つの金属板１０２の３つの舌状片
部１０３が、隣り合う他の金属板１０２の３つの舌状片
部１０３のそれぞれの間に位置している（図５（ｃ）参
照）。そして、この金属板１０２のうち同位相にある金
属板１０２、即ち一つおきに配置された金属板１０２の
舌状片部１０３は、帯状金属板１０４に溶接又は半田付
けすること等により互いに電気接続されている（図５
（ａ）参照）。かかる構成を有する積層型圧電アクチュ
エータでは、上記帯状金属板１０４に電圧を印加する
と、個々の圧電素子基板１０１に電界が印加され、各圧
電素子が歪を発生して、アクチュエータとして機能す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の積層
型圧電アクチュエータにおいては、積層体を構成する個
々の圧電素子基板の両面に電界を印加するために、内部
電極層１０５を印刷焼成して作成しており、その形状を
図６（ａ）に示す。この場合、この内部電極層は、上述
の積層体側面に設けられた帯状金属板１０４と電気的に
接触しないように、圧電素子基板１０１の周辺部に余白
部分を残して被覆・形成する必要がある。このような形
状の内部電極層に電界を印加すると、圧電素子基板１０
１において、内部電極層１０５で被覆された部分のみに
電歪が発生する（図６（ｂ）参照）。

【０００５】しかしながら、この状態で印加電圧が大き
くなると、圧電素子基板の内部電極層周辺から余白部分
にかけての領域で、印加される電圧の降下が急峻にな
り、その結果、電歪が発生しない余白部分と内部電極層
下部の境界に引っ張り応力が発生する。従って、かかる
積層型圧電アクチュエータを長時間駆動させると、上記
内部電極層の周囲に繰り返し応力が印加され、この部位
から亀裂１０６が発生し、圧電素子が疲労破壊に至ると
いう課題があった（図６（ｂ）参照）。

【０００６】また、この課題に対処すべく、特開平２−
３５７８５号公報には、内部電極層周囲の形状を図７
（ａ）及び（ｂ）に示すように変形し、圧電素子に印加
される電界が、内部電極層から電界の印加されない周囲
部にかけて緩やかに消失するようにすることが提案され
ている。しかしながら、図７（ａ）のように内部電極層
１０５の周囲を鋸状の形状とすると、鋸の頂点の部分に
圧電素子１０１の周囲に向かう電界が集中し、内部電極
層材料に含まれる金属イオンが圧電素子基板の周囲に向
かってエレクトロマイグレーションを起こし、積層体側
面に設置された帯状金属板１０４と短絡を生じ易くなる
という課題がある。

【０００７】一方、図７（ｂ）のように、２〜３重の極
めて幅の狭い電極パターンを通常１ｍｍ程度の幅しかな
い内部電極層１０５ｂの周囲に形成する場合には、上記
電極パターンの領域を０．５ｍｍ以下とする必要があ
り、圧電素子基板１０１の両面に形成する内部電極層の
位置を精密にあわせなければならないという製造上の課
題があり、精密な位置合わせが必要ないように上記電極
パターン領域を広く取ると、その分内部電極層面積が縮
小し、圧電素子基板の有効利用率が低下するという課題
があった。

【０００８】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、特異な形状の内部電極
を用いることなく、圧電素子基板の内部電極周囲部位に
印加される電界が、内部電極周辺部で連続的に小さくな
り、繰り返し駆動させても圧電素子基板に亀裂が発生し
ない、信頼性の高い圧電素子及びこれを用いた積層型圧
電アクチュエータを提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意検討を行った結果、圧電素子基板より
も比誘電率の低い低誘電率層を、圧電素子基板と内部電
極層の周辺部との間に介在させることにより、上記課題
が解決できることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。

【００１０】即ち、本発明の圧電素子は、圧電素子基板
を内部電極層で挟持して成る圧電素子において、上記圧
電素子基板より比誘電率の低い低誘電率層を、上記圧電
素子基板と上記内部電極層の周辺部との間に介在させて
成ることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の圧電素子の好適形態は、上
記低誘電率層の比誘電率が１０〜２０００の範囲にある
ことを特徴とする。

【００１２】更に、本発明の積層型圧電アクチュエータ
は、上述の如き複数枚の圧電素子と、上記圧電素子の間
に挟持されて該圧電素子に電気接続された、接続用突起
を有する複数枚の金属板とを積層した積層体と、この積
層体の上下端部に接合され、相互に平行な端面を有する
圧電板とを具備し、上記金属板の接続用突起を２以上の
方向に上記圧電素子の間より交互に突出させ、この接続
用突起を上記積層体の積層方向に沿って折曲して、同一
方向に突出させた他の接続用突起に接合して成る、こと
を特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明においては、積層型圧電アクチュエータ
の圧電素子基板と内部電極層の周辺部との間に、この圧
電素子基板よりも比誘電率の低い低誘電率層を介在させ
た。従って、内部電極層の周辺部において、圧電素子に
印加される電圧が好適に低減される。

【００１４】即ち、内部電極層の周辺部とその下部の圧
電素子基板面の間には、圧電素子よりも比誘電率が十分
に低い低誘電率層が存在する。該低誘電率層は、印刷焼
成工法で作製できる１０μｍ程度の厚さの膜に形成して
も、厚さ数百μｍの圧電素子と同等の静電容量となるよ
うな、低い比誘電率を有するものである。そのため、こ
の領域に印加された電界は、低誘電率層と圧電素子に分
配され、圧電素子には全電圧の１／２程度しか印加され
ない。このように、内部電極層と電極周囲の余白部の境
界に、上記低誘電率層を介在させた領域を設けることに
より、圧電素子に印加される電界は、内部電極層周辺で
いったん１／２程度に低下してから、余白部で０となる
ため、この領域での引っ張り応力は緩和され、繰り返し
電界を印加しても、疲労破壊の発生を回避することがで
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電素子及び積層
型圧電アクチュエータを、図面を参照して若干の実施形
態により詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の積層型圧電アクチュエー
タの一実施形態を示す斜視図であり、図２は、このアク
チュエータの部分断面図である。図２において、このア
クチュエータでは、板状の圧電素子基板１と金属板２が
交互に積層されており、積層体３を構成している。圧電
素子基板１と金属板２との間には内部電極層４が設けら
れており、両者を接合するとともに圧電素子基板１の表
面と金属板２を電気的に接合している。また、内部電極
層４の周辺部と圧電素子基板１の間には、低誘電率層５
が形成されて、本発明の圧電素子を構成しており、内部
電極層周辺で圧電素子に印加される電圧を緩和してい
る。

【００１７】図３は、本発明の積層型圧電アクチュエー
タにおける金属板や圧電素子の構成を示した平面図であ
る。金属板２は、図３（ａ）に示す構造をしており、円
板部６と接続用突起７から成る。また、圧電素子基板１
の一方の表面には、同図（ｂ）に示すように、内部電極
層周辺部に相当する部位に、円弧状の低誘電率層５ａと
５ａ’が形成され、その上に内部電極層４が被覆形成さ
れている（図３（ｃ）参照）。この一方、圧電素子基板
１の他方の表面には、低誘電率層５ｂと５ｂ’とが、一
方の表面に形成された低誘電率層に対して９０°回転変
位した位置に形成されており、更に内部電極層が被覆さ
れている（図３（ｄ）参照）。更に、このアクチュエー
タにおいては、図３（ｅ）に示すように、金属板２と圧
電素子基板１は、接続用突起７が低誘電率層の形成され
ない部位に位置するように配置される。

【００１８】そして、本発明のアクチュエータでは、上
述のような金属板や圧電素子を積層して積層体を形成す
るが、その際、図１（ｂ）に示すように、隣接する金属
板の接続用突起８ａ、８ａ’及び８ｂ、８ｂ’が当該積
層体の軸の回りに９０°変位した位置にくるようにす
る。このように金属板２を配置することにより、積層さ
れた金属板２では一層飛びに同じ電圧を印加できるよう
になっている。即ち、図２において、積層体３の外周か
ら突出した金属板２の接続用突起７は、積層方向に沿っ
て折り曲げられ、一層おきに溶接や半田等により電気的
に接続され、外部電極８を構成する。なお、この場合、
「積層方向」とは、図１（ａ）の鉛直方向、特に鉛直下
向き方向を指すものとする。

【００１９】更に、本発明のアクチュエータでは、図１
（ａ）に示したように、外部電極８ａと８ｂに、リード
線９ａと９ｂが接続され、このリード線に電圧を印加す
ることにより、積層体３の個々の圧電素子に電圧が印加
されるように構成される。なお、積層体３の上下端部
（図１（ａ）では頂部と底部）には、不活性板１０が接
着剤により接合される。

【００２０】次に、上述した各種構成部品の材質や寸法
等について説明する。圧電素子基板１としては、チタン
酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ_３、（ＰＺＴ）を主
成分とする焼結体が挙げられるが、これに限定されるも
のではなく、圧電性を有するセラミックスであればよ
く、圧電定数ｄ_３３の大きなものを使うことが好まし
い。また、圧電素子基板１の形状は、円形でも矩形でも
よい。

【００２１】また、上記圧電素子基板は、その厚さを
０．２ｍｍ〜０．６ｍｍとすることが好ましい。本発明
のアクチュエータでは、予め焼結した素子基板を積層す
る関係上、板状に成形・焼結したり、ブロック体を焼結
後に板状に切り出し加工したりするが、０．２ｍｍ未満
では、非現実的であり、０．６ｍｍを超えると、高い駆
動電圧が必要になって電源が高価になるので好ましくな
い。

【００２２】金属板は、電気抵抗が低く、また後述する
導電性接着剤の焼成温度より融点の高いものであること
が好ましい。かかる金属の具体例としては、銀、真鍮、
銅、燐青銅及びステンレス等を挙げることができるが、
これらに限定されるものではない。また、上記金属板の
厚さは、金属板自体は電歪を発生しないので、積層型圧
電アクチュエータの効率の面からなるべく薄い方が好ま
しいが、積層体を構成したときに、隣接する圧電素子に
おいて、内部電極層の下層に低誘電率層を有する部位が
接触しないように、２０μｍ以上の厚さであることが好
ましい。

【００２３】なお、金属板の円板部６（図３（ａ）参
照）の直径は、積層体の作製時に低誘電率層５ａと５
ａ’に重ならない範囲で、なるべく大きな値とすること
が好ましく、この場合、円弧状の低誘電率層の内径より
０．６ｍｍ以上小さく設定することが好ましい。

【００２４】また、低誘電率層の被覆領域は、円弧形状
の場合、その外径が圧電素子基板１の周囲に０．３ｍｍ
以上の余白が残る範囲とすることが好ましい。印刷焼成
により作製する都合上、印刷誤差により圧電素子基板の
側面に達しないのを確実にするためである。なお、円弧
の幅は、電圧緩和領域の確保のため、０．５〜２ｍｍの
範囲とすると効果的である。

【００２５】また、上記圧電素子基板の同一面に２個所
設置される低誘電率層５ａと５ａ’の間隔Ｌ（図３
（ｂ）参照）は、金属板２の接続用突起７と重ならない
よう、接続用突起の幅よりも０．５ｍｍ以上広く確保す
ることが好ましい。更に、上部の内部電極層４も印刷焼
成にて作製するため、低誘電率層は５〜２０μｍ程度の
厚さであることが好ましい。

【００２６】更に、低誘電率層は、その比誘電率が、１
０〜２０００の範囲であることが好ましい。理由は以下
の通りである。図２において、内部電極層４の下部に低
誘電率層５が設置された部位は、一般に誘電率の高い圧
電素子を低誘電率層で両側から挟んだ構成となってい
る。ここで、図４に示すように、異なる比誘電率ε_ｐ、
ε_ｘを有する誘電体を三層に重ねて電界を印加したとす
ると、全誘電体層において電束密度Ｄは等しいから、各
誘電体中の電界Ｅ_ｘ，Ｅ_ｐの比は、次の（１）式に示す
ように、各々の比誘電率の逆数の比に等しい。

【００２７】

【数１】

【００２８】また、印加電圧Ｖ_Ｔは、各誘電体中の電界
Ｅ_ｘ，Ｅ_ｐにそれぞれの膜厚ｄ_ｘ，ｄ_ｐを乗じて和をと
った値となる（（２）式）。

【００２９】

【数２】

【００３０】そこで、圧電素子の比誘電率ε_ｐのＫ_ε倍
の比誘電率ε_ｘなる低誘電率層を用いたとき、圧電素子
に全電圧Ｖ_ＴのＫ_Ｖ倍の電圧が加わるとすると、簡単な
計算により、両者は次の（３）式の関係にあることがわ
かる。

【００３１】

【数３】

【００３２】ここで、本発明の目的は、積層型圧電アク
チュエータにおいて、圧電素子の内部電極層周辺から余
白にかけての領域で、圧電素子に印加される電圧の降下
が急峻になるのを抑制するものである。従って、内部電
極層４の下部に低誘電率層５が設置された部位の圧電素
子に印加される電圧は、全電圧Ｖ_Ｔ０．２５〜０．７５
であることが好ましいといえる。

【００３３】また、上述した圧電素子の好適厚さ０．２
〜０．６ｍｍと低誘電率層の厚さ５〜２０μｍを前提と
して、上記式（３）で計算すると、低誘電率層の比誘電
率ε _ｘは、圧電素子の比誘電率ε_ｐの０．５〜６０％の
範囲にあることが好ましい。更に、圧電素子としてＰＺ
Ｔセラミックスを使用する場合は、その比誘電率は通常
２０００〜５０００の範囲にあるので、上述の如く、低
誘電率層の比誘電率ε_ｘは、１０〜２０００の範囲にあ
ることが好ましい。

【００３４】上記誘電率層は、ε_ｘ≦１００の範囲では
ＴｉＯ系の微粉末を、ε_ｘ≦２０００の範囲ではＢａＴ
ｉＯ_３系の微粉末を、ガラスフリットに適切な混合比に
混合して印刷焼成することにより、作製可能である。ま
た、誘電体粉末を混合するガラスフリットは、ＰｂＯ−
ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３を主成分とし、軟化点等の耐熱性が
６００℃以上のものが好ましい。６００℃未満のもので
は、後述するように、上層に内部電極層を印刷焼成する
際に、焼成温度（３００〜６００℃）で溶融してしまう
からである。

【００３５】なお、内部電極層の直径は、その周辺部分
が低誘電率層上に位置するように、低誘電率層がなす円
弧の外径よりも小さく設定されることが好ましい。内部
電極層に使用する導電性接着層用ペーストは、Ａｇ等の
金属粉末とガラス粉末を含有し、上記金属板が溶融しな
い温度（３００〜６００℃程度）でガラス粉末が溶融す
るものであることが好ましく、該ガラス粉末としてはＺ
ｎＯ−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３等が用いられるが、これに限
定されるものではない。

【００３６】次に、本実施形態の積層型圧電アクチュエ
ータの製造方法の一例について説明する。まず、圧電ア
クチュエータ用材料として適している円板状のＰＺＴ系
焼結体の両面をラッピング研磨して、直径１４ｍｍ、厚
さ０．３ｍｍの圧電セラミック板（圧電素子基板１）を
製造する。次に、粒径３μｍ以下のＢａＴｉＯ_３粉末を
ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２及びＢ _２Ｏ_３を主成分とする
ガラス粉末中に、体積含有率４０％となるように混合し
て、適切な樹脂バインダ溶剤を添加してペーストを作製
し、圧電素子基板１の表面に図３（ｂ）に示す形状を７
５０℃で印刷・焼成して、厚さ１０μｍの低誘電率層５
を形成する。

【００３７】低誘電率層は、円弧状の形状とし、外径を
１３ｍｍ、内径を１１ｍｍ、２個所の円弧状パターンの
間隔Ｌを３ｍｍとして、圧電素子基板１のそれぞれの面
（表裏面）で９０°回転変位した配置とする（図３
（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）参照）。更に、該圧電素子基
板１の両面に、Ａｇ等の金属粉末とガラス粉末を含有す
るペーストを印刷乾燥して直径１２ｍｍ、厚さ１０μｍ
の厚膜とし、５２０℃で焼成して内部電極層４を作製す
る（図３（ｅ）参照）。また、この際、内部電極層４の
周辺部幅０．５ｍｍの領域が、低誘電率層５に重なるよ
うにする。

【００３８】一方、厚さ３０μｍのＡｇ薄板を、２個所
に幅２×長さ５．５ｍｍの接続用突起部７を有する直径
９ｍｍの円板状に打ち抜き、図３（ａ）に示すような金
属板２を製造する。得られた金属板２を、低誘電率層５
ａと５ｂの間隔Ｌに接続用突起７が位置するように、圧
電素子基板１上に重ねる（図３（ｅ）参照）。

【００３９】この圧電素子基板１と金属板２の組み合わ
せを９９枚用い、図１と図２に示すように、圧電素子基
板１と金属板２を交互に積層して、金属板２の接続用突
起７が一層おきに同じ位置（真上又は真下）に来るよう
に、９０゜ずつずらして配置された積層体３を組み上げ
る（図１及び図２参照）。また、積層体３の上下端部
（頂面及び底面）には、内部電極層４の形成に使用した
Ａｇペーストを予め印刷焼成した不活性板１０を配設す
る（図１（ａ）参照）。次いで、上述のようにして組み
上げた積層体３を、適切な荷重で加圧しながら、５２０
℃、３０分で内部電極層を再溶融させ接合する。

【００４０】次に、積層体３の外周側面に突出した接続
用突起７を積層体の軸方向（積層方向）に折り曲げ、一
層おいた隣の接続用突起部７に半田で接合して、外部電
極８を形成する（図２参照）。このように、積層体３の
外周側面の４個所に外部電極８を形成することにより、
積層体を構成する１００枚の金属板２は、外部電極８ａ
と８ａ’により電気的に接続された５０枚の金属板２
と、外部電極８ｂと８ｂ’により電気的に接続され、上
記金属板５０枚とは圧電素子１を隔てて絶縁されている
他方の５０枚の金属板２との２組に分けられる（図１
（ａ））。

【００４１】更に、外部電極８ａと８ｂの上にリード線
９ａと９ｂを半田により接合し、積層体３の外周側面を
シリコーン樹脂で被覆し、脱泡処理を行い、外部電極と
積層体側面の間隙に樹脂を完全に充填させた後、硬化さ
せる。そして、積層体３の上下単板（不活性板１０）を
研削加工することにより、上下面の平行度を調整する。
しかる後、かかる積層体３を８０℃のシリコーンオイル
中に浸漬し、直流電源の正極にリード線９ａを、負極に
９ｂを接続し、圧電素子基板１に３ｋＶ／ｍｍの電界を
３０分間印加して圧電素子基板１を分極処理し、本実施
形態の積層型圧電アクチュエータを得る。

【００４２】

【実施例】（実施例）上述の製造工程により得られた積
層型圧電アクチュエータに、分極時の電界と同方向に５
００Ｖの直流電圧を印加したところ、４０μｍ以上の変
位が得られ、アクチュエータとして正常に機能すること
を確認した。更に、本実施例の積層型圧電アクチュエー
タ１０個を、湿度９５％の環境で、０Ｖから５００Ｖの
交流電界を５０Ｈｚの周波数で印加し、１×１０^８回連
続駆動したが、圧電素子に亀裂は発生せず、全て正常に
動作した。

【００４３】（比較例）低誘電率層５を設けず、圧電素
子基板１の表面に内部電極層４を直接作製した以外は、
すべて実施例と同じ構成を採用して本例の積層型圧電ア
クチュエータを製造した。得られたアクチュエータに、
３ｋＶ／ｍｍの電界を３０分間印加して分極した結果、
５００Ｖの直流電圧により４０μｍの変位が得られた。
しかし、実施例と同様の条件下で、０Ｖから５００Ｖの
交流電界を５０Ｈｚの周波数で印加して１×１０^７回連
続駆動した結果、１０個のうち７個に短絡が発生して駆
動しなくなった。また、短絡したアクチュエータの積層
体側面を観察した結果、亀裂が発生している圧電素子が
認められ、この部位を切断して観察したところ、内部電
極層の周囲に亀裂が発生し、破断面で短絡が発生してい
た。

【００４４】以上、本発明を好適実施形態及び実施例に
より詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形
実施が可能である。例えば、金属板の接続用突起７は２
本のみならず、３本以上とすることが可能であり、これ
に対応して、低誘電率層の間隔Ｌの個数を調整すればよ
い。また、積層体３の形状は円柱状に限定されるもので
はなく、多角柱状であってもよく、かかる形状に対応し
て、低誘電率層のパターン形状や間隔Ｌの個数を調整す
ればよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電素子基板よりも比誘電率の低い低誘電率層を、圧電
素子基板と内部電極層の周辺部との間に介在させること
としたため、特異な形状の内部電極を用いることなく、
圧電素子基板の内部電極周囲部位に印加される電界が、
内部電極周辺部で連続的に小さくなり、繰り返し駆動さ
せても圧電素子基板に亀裂が発生しない、信頼性の高い
圧電素子及びこれを用いた積層型圧電アクチュエータを
提供することができる。

【００４６】即ち、本発明の積層型圧電アクチュエータ
は、印刷内部電極層の周辺部と圧電素子基板との間に、
圧電素子基板よりも比誘電率の低い低誘電率層を介在さ
せたことにより、低誘電率層下部の圧電素子に印加され
る電界が緩和され、圧電素子の内部電極層周辺部から周
囲の余白部へかけての印加電界の変化が穏やかになるた
め、特異な形状の内部電極層を採用することなく、従来
圧電素子に亀裂が発生していたような駆動電圧で長時間
駆動させても、圧電素子の内部電極層周囲部に亀裂が発
生することのない、信頼性が高い積層型圧電アクチュエ
ータが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層型圧電アクチュエータの一実施例
を示す斜視図及び上部端面図である。

【図２】図１に示す積層型圧電アクチュエータの部位Ａ
を軸方向に切断した部分断面図である。

【図３】図１に示す積層型圧電アクチュエータに使用さ
れる部品の形状を示す平面図である。

【図４】比誘電率ε_ｐの誘電体を比誘電率ε_ｘなる誘電
体で挟んだ積層構造の誘電体において、各誘電体に印加
される電界の分布を示す説明図である。

【図５】従来の積層型圧電アクチュエータの一例を示す
斜視図である。

【図６】従来の積層型圧電アクチュエータを構成する圧
電素子に電圧が印加された状態を示す横断面図及び縦断
面図であって、内部電極層の形状及び印加電圧により電
歪が発生した状態を示す。

【図７】図６に示す内部電極層の部位Ａの従来例を示す
部分平面図である。

【符号の説明】

１圧電素子基板２金属板３積層体４内部電極層５低誘電率層６円板部７接続用突起部８ａ、８ａ’、８ｂ、８ｂ’ 外部電極９ａ、９ｂリード線１０不活性板１０１圧電素子基板１０２金属板１０３舌状片部１０４帯状金属板１０５内部電極層１０６亀裂Ａ積層型圧電アクチュエータの部位

フロントページの続き (72)発明者秋宗淑雄神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者鬼塚克彦鹿児島県国分市山下町１番４号京セラ株式会社総合研究所内 (72)発明者東別府誠鹿児島県国分市山下町１番４号京セラ株式会社総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子基板を内部電極層で挟持して成
る圧電素子において、上記圧電素子基板より比誘電率の
低い低誘電率層を、上記圧電素子基板と上記内部電極層
の周辺部との間に介在させて成ることを特徴とする圧電
素子。
【請求項２】上記低誘電率層の比誘電率が１０〜２０
００の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の圧電
素子。
【請求項３】請求項１又は２記載の複数枚の圧電素子
と、上記圧電素子の間に挟持されて該圧電素子に電気接
続された、接続用突起を有する複数枚の金属板とを積層
した積層体と、この積層体の上下端部に接合され、相互に平行な端面を
有する圧電板とを具備し、上記金属板の接続用突起を２以上の方向に上記圧電素子
の間より交互に突出させ、この接続用突起を上記積層体
の積層方向に沿って折曲して、同一方向に突出させた他
の接続用突起に接合して成る、ことを特徴とする積層型
圧電アクチュエータ。