JP2003258329A - 圧電アクチュエータの内部電極構造 - Google Patents
圧電アクチュエータの内部電極構造Info
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- JP2003258329A JP2003258329A JP2002061524A JP2002061524A JP2003258329A JP 2003258329 A JP2003258329 A JP 2003258329A JP 2002061524 A JP2002061524 A JP 2002061524A JP 2002061524 A JP2002061524 A JP 2002061524A JP 2003258329 A JP2003258329 A JP 2003258329A
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- piezoelectric actuator
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- internal electrode
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 積層アクチュエータ駆動時のクラック発生を
抑え、長期駆動時の信頼性が高く、製造時の分極処理に
よる層間剥離が発生することがない積層圧電アクチュエ
ータを提供する。 【解決手段】 セラミック層と内部電極とを交互に積層
した積層体と、この内部電極と電気的に接続した外部電
極を有する圧電アクチュエータにおいて、内部電極を複
数層とし、かつ、前記内部電極が複数層からなり、か
つ、外縁部の内部電極層がその内縁部の内部電極層より
も粗い格子目の電極パターンにより印刷して形成するこ
とにより、前記内部電極の電極密度がセラミック層面上
の中心部から外縁部に向かって小さくなるようにする。
このようにして、積層アクチュエータ駆動時のクラック
発生を抑え、長期駆動時の信頼性が高く、製造時の分極
処理による層間剥離が発生することがないようにする。
抑え、長期駆動時の信頼性が高く、製造時の分極処理に
よる層間剥離が発生することがない積層圧電アクチュエ
ータを提供する。 【解決手段】 セラミック層と内部電極とを交互に積層
した積層体と、この内部電極と電気的に接続した外部電
極を有する圧電アクチュエータにおいて、内部電極を複
数層とし、かつ、前記内部電極が複数層からなり、か
つ、外縁部の内部電極層がその内縁部の内部電極層より
も粗い格子目の電極パターンにより印刷して形成するこ
とにより、前記内部電極の電極密度がセラミック層面上
の中心部から外縁部に向かって小さくなるようにする。
このようにして、積層アクチュエータ駆動時のクラック
発生を抑え、長期駆動時の信頼性が高く、製造時の分極
処理による層間剥離が発生することがないようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電アクチュエー
タの内部電極構造に関するものである。さらに詳しく
は、積層体の中心部から外縁部に向かって電極密度が小
さくなるように形成された圧電アクチュエータの内部電
極構造に関するものである。
タの内部電極構造に関するものである。さらに詳しく
は、積層体の中心部から外縁部に向かって電極密度が小
さくなるように形成された圧電アクチュエータの内部電
極構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来公知の圧電アクチュエータの模式断
面図を図１として示した。図１において圧電アクチュエ
ータの内部電極２は、同一パターンからなる電極用スク
リーンを用いてセラミック粉末を含むグリーンシート上
にスクリーン印刷法により形成される。次に、この内部
電極を印刷したグリーンシートを切断し、電極が相対す
るように重ねて積層して圧着して積層体を得る。この積
層体を熱処理により脱脂してから焼成する。つぎに、内
部電極同士を外部電極３により電気的に接続するように
焼付け、これをセラミック層１の厚み１ｍｍあたり１〜
６ｋVの電圧を印加して分極処理を行って圧電アクチュ
エータを得ている。
面図を図１として示した。図１において圧電アクチュエ
ータの内部電極２は、同一パターンからなる電極用スク
リーンを用いてセラミック粉末を含むグリーンシート上
にスクリーン印刷法により形成される。次に、この内部
電極を印刷したグリーンシートを切断し、電極が相対す
るように重ねて積層して圧着して積層体を得る。この積
層体を熱処理により脱脂してから焼成する。つぎに、内
部電極同士を外部電極３により電気的に接続するように
焼付け、これをセラミック層１の厚み１ｍｍあたり１〜
６ｋVの電圧を印加して分極処理を行って圧電アクチュ
エータを得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の構成の
圧電アクチュエータでは内部電極により挟まれたセラミ
ック層部は分極領域となるが、端部の内部電極が形成さ
れていないセラミック層部分では非分極領域となる。し
たがって、圧電アクチュエータを駆動した場合に、前記
した分極領域と非分極領域の境界領域では変位量が大き
く異なるため、最悪の場合には応力集中によるクラック
が発生する可能性があった。さらには、分極処理時にす
でにクラックが入る可能性も高いため、製造時の分極処
理による層間剥離が発生するという課題があった。
圧電アクチュエータでは内部電極により挟まれたセラミ
ック層部は分極領域となるが、端部の内部電極が形成さ
れていないセラミック層部分では非分極領域となる。し
たがって、圧電アクチュエータを駆動した場合に、前記
した分極領域と非分極領域の境界領域では変位量が大き
く異なるため、最悪の場合には応力集中によるクラック
が発生する可能性があった。さらには、分極処理時にす
でにクラックが入る可能性も高いため、製造時の分極処
理による層間剥離が発生するという課題があった。
【０００４】そこで本発明は、この境界領域での応力集
中を緩和し、積層アクチュエータ駆動時のクラック発生
を抑え、長期駆動時の信頼性が高く、製造時の分極処理
による層間剥離が発生することがない積層圧電アクチュ
エータを提供することを目的とするものである。
中を緩和し、積層アクチュエータ駆動時のクラック発生
を抑え、長期駆動時の信頼性が高く、製造時の分極処理
による層間剥離が発生することがない積層圧電アクチュ
エータを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記した本発明の目的
は、セラミック層と内部電極とを交互に積層した積層体
と、この内部電極と電気的に接続した外部電極を有する
圧電アクチュエータにおいて、前記内部電極がセラミッ
ク層面上の中心部から外縁部に向かって電極密度が小さ
くなるように形成されていることを特徴とする圧電アク
チュエータの内部電極構造によって達成される。
は、セラミック層と内部電極とを交互に積層した積層体
と、この内部電極と電気的に接続した外部電極を有する
圧電アクチュエータにおいて、前記内部電極がセラミッ
ク層面上の中心部から外縁部に向かって電極密度が小さ
くなるように形成されていることを特徴とする圧電アク
チュエータの内部電極構造によって達成される。
【０００６】より具体的には本発明の目的は、前記内部
電極が複数の同心円からなり、かつ、該同心円の隣接外
円との直径差が隣接内円との直径差より大きく、互いに
電気的に接続していることを特徴とする圧電アクチュエ
ータの内部電極構造によって達成される。
電極が複数の同心円からなり、かつ、該同心円の隣接外
円との直径差が隣接内円との直径差より大きく、互いに
電気的に接続していることを特徴とする圧電アクチュエ
ータの内部電極構造によって達成される。
【０００７】また、前記内部電極が複数層からなり、か
つ、外縁部の内部電極層がその内縁部の内部電極層より
も粗い格子目の電極パターンにより印刷されて形成され
たものであることを特徴とする圧電アクチュエータの内
部電極構造によっても達成される。
つ、外縁部の内部電極層がその内縁部の内部電極層より
も粗い格子目の電極パターンにより印刷されて形成され
たものであることを特徴とする圧電アクチュエータの内
部電極構造によっても達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明では、セラミック層と内部
電極とを交互に積層した積層体と、この内部電極と電気
的に接続した外部電極を有する圧電アクチュエータにお
いて、前記内部電極がセラミック層面上の中心部から外
縁部に向かって電極密度（ここで、電極密度とはセラミ
ック層面の単位面積あたりに占める電極成分重量のこと
を言う。）が小さくなるように形成されていることを特
徴とする圧電アクチュエータの内部電極構造を提案して
いる。その理由は、このように内部電極をセラミック層
面上の中心部から外縁部に向かって電極密度が小さくな
るように形成すると、中心部から外縁部に向かって完全
に分極した領域から非分極領域まで分極状態すなわち電
束密度を徐々に変化することが可能となり、したがっ
て、圧電アクチュエータを駆動した場合の変位量も徐々
に変化することとなり応力集中が緩和され、クラック発
生を抑える作用があるからである。
電極とを交互に積層した積層体と、この内部電極と電気
的に接続した外部電極を有する圧電アクチュエータにお
いて、前記内部電極がセラミック層面上の中心部から外
縁部に向かって電極密度（ここで、電極密度とはセラミ
ック層面の単位面積あたりに占める電極成分重量のこと
を言う。）が小さくなるように形成されていることを特
徴とする圧電アクチュエータの内部電極構造を提案して
いる。その理由は、このように内部電極をセラミック層
面上の中心部から外縁部に向かって電極密度が小さくな
るように形成すると、中心部から外縁部に向かって完全
に分極した領域から非分極領域まで分極状態すなわち電
束密度を徐々に変化することが可能となり、したがっ
て、圧電アクチュエータを駆動した場合の変位量も徐々
に変化することとなり応力集中が緩和され、クラック発
生を抑える作用があるからである。
【０００９】以下本発明の圧電アクチュエータの製造方
法についてさらに詳細に説明する。まず、平均粒径１μ
ｍ程度に粉砕したPZT（チタンジルコン酸鉛）等を主成
分とした圧電セラミック粉体にバインダー（有機溶媒
等）を所定量配合し、混合を行い、シート成形用のスラ
リーとする。次に、このシート成形用のスラリーを用い
てドクターブレード法によるシート成形を行い、所定厚
さのセラミック層となるセラミックグリーンシートを得
て、このセラミックグリーンシート上にAg−Pdを主成分
とする電極ペーストを実施例で説明する印刷スクリーン
を用いて印刷し乾燥する。この後、電極を形成したセラ
ミックグリーンシートを積層、プレス圧着し、ダミー部
分を切断することによって積層体を得た。この積層体を
熱処理することによって有機バインダを脱脂し、その後
１０００〜１２００℃で１〜２時間の焼成を行い、得ら
れた焼成体を積層方向に垂直な方向に研磨処理を行うこ
とによってアクチュエータとして必要な平滑面とし、さ
らに内部電極を露出させた。この露出させた内部電極を
Ag電極ペーストによって外部電極を形成し、８００℃前
後で焼付け後、セラミック層１ｍｍあたり１〜４ｋVの
直流電圧を８０℃のオイルバス中で印加し、数分以上分
極処理することにより所定の大きさの積層圧電アクチュ
エータを得た。
法についてさらに詳細に説明する。まず、平均粒径１μ
ｍ程度に粉砕したPZT（チタンジルコン酸鉛）等を主成
分とした圧電セラミック粉体にバインダー（有機溶媒
等）を所定量配合し、混合を行い、シート成形用のスラ
リーとする。次に、このシート成形用のスラリーを用い
てドクターブレード法によるシート成形を行い、所定厚
さのセラミック層となるセラミックグリーンシートを得
て、このセラミックグリーンシート上にAg−Pdを主成分
とする電極ペーストを実施例で説明する印刷スクリーン
を用いて印刷し乾燥する。この後、電極を形成したセラ
ミックグリーンシートを積層、プレス圧着し、ダミー部
分を切断することによって積層体を得た。この積層体を
熱処理することによって有機バインダを脱脂し、その後
１０００〜１２００℃で１〜２時間の焼成を行い、得ら
れた焼成体を積層方向に垂直な方向に研磨処理を行うこ
とによってアクチュエータとして必要な平滑面とし、さ
らに内部電極を露出させた。この露出させた内部電極を
Ag電極ペーストによって外部電極を形成し、８００℃前
後で焼付け後、セラミック層１ｍｍあたり１〜４ｋVの
直流電圧を８０℃のオイルバス中で印加し、数分以上分
極処理することにより所定の大きさの積層圧電アクチュ
エータを得た。
【００１０】（実施例１）実施例１に関わる内部電極形
状の外観模式図を一つのセラミック層に着目して平面図
として示したものが図２である。図２において、１はセ
ラミック層面で、４はその上に形成された同心円形状の
内部電極であり、５は引き出し電極である。ここで、図
２から分かるように、実施例１の内部電極は複数の同心
円形状を構成単位としており、かつ、一つの円に着目し
その直径をＤ１とし、その隣接外円の直径をＤ２とし、
その隣接内円の直径をＤ３とすれば、Ｄ２−Ｄ１はＤ１
−Ｄ３より大きくなっている。すなわち、該同心円の隣
接外円との直径差が隣接内円との直径差より大きい。さ
らに、互いに引き出し電極により電気的に接続している
ことが分かる。なお、実施例としては示さないが、対角
線の交点を同一とする複数の長方形を構成単位として、
かつ、一つの長方形に着目しその対角線をＬ１とし、そ
の外側に隣接する長方形の対角線をＬ２とし、その内側
に隣接する長方形の対角線をＬ３ととしたときに、Ｌ２
−Ｌ１がＬ１−Ｌ３より大きくなるように内部電極を構
成しても本実施例と同等の効果が得られる。
状の外観模式図を一つのセラミック層に着目して平面図
として示したものが図２である。図２において、１はセ
ラミック層面で、４はその上に形成された同心円形状の
内部電極であり、５は引き出し電極である。ここで、図
２から分かるように、実施例１の内部電極は複数の同心
円形状を構成単位としており、かつ、一つの円に着目し
その直径をＤ１とし、その隣接外円の直径をＤ２とし、
その隣接内円の直径をＤ３とすれば、Ｄ２−Ｄ１はＤ１
−Ｄ３より大きくなっている。すなわち、該同心円の隣
接外円との直径差が隣接内円との直径差より大きい。さ
らに、互いに引き出し電極により電気的に接続している
ことが分かる。なお、実施例としては示さないが、対角
線の交点を同一とする複数の長方形を構成単位として、
かつ、一つの長方形に着目しその対角線をＬ１とし、そ
の外側に隣接する長方形の対角線をＬ２とし、その内側
に隣接する長方形の対角線をＬ３ととしたときに、Ｌ２
−Ｌ１がＬ１−Ｌ３より大きくなるように内部電極を構
成しても本実施例と同等の効果が得られる。
【００１１】（実施例２）実施例２に関わる内部電極形
状の外観模式図を一つのセラミック層に着目して平面図
として示したものが図３である。図２において、１はセ
ラミック層面であり、その上に複数層（図面では３層）
からなり、かつ、外縁部はその内縁部よりも粗い格子目
の印刷パターンの電極用スクリーンにより印刷された内
部電極層が形成されている。より具体的には、最も外縁
の内部電極（図面では６）用のスクリーンは、電極が印
刷されている部分と印刷されていない部分の面積比が
１：１となるようにし、その内縁の内部電極（図面では
７）用のスクリーンは、該面積比が２：１となるように
し、また、中心部の内部電極（図面では８）と引出し電
極（図面では５）用のスクリーンには、べたパターン
（電極が印刷されてない部分がなし。）を使用して電極
を印刷した。このようにすれば、電極密度が中心部から
外縁部に向かって小さくなる内部電極構造が得られる。
これにより得られた圧電アクチュエータの電束密度は中
央部から外縁部に向かって小さくなるために駆動時の変
位量も外縁部に向かって小さくなり応力集中を緩和する
ことができる。その結果、長期駆動時の信頼性が向上し
たアクチュエータとなる。
状の外観模式図を一つのセラミック層に着目して平面図
として示したものが図３である。図２において、１はセ
ラミック層面であり、その上に複数層（図面では３層）
からなり、かつ、外縁部はその内縁部よりも粗い格子目
の印刷パターンの電極用スクリーンにより印刷された内
部電極層が形成されている。より具体的には、最も外縁
の内部電極（図面では６）用のスクリーンは、電極が印
刷されている部分と印刷されていない部分の面積比が
１：１となるようにし、その内縁の内部電極（図面では
７）用のスクリーンは、該面積比が２：１となるように
し、また、中心部の内部電極（図面では８）と引出し電
極（図面では５）用のスクリーンには、べたパターン
（電極が印刷されてない部分がなし。）を使用して電極
を印刷した。このようにすれば、電極密度が中心部から
外縁部に向かって小さくなる内部電極構造が得られる。
これにより得られた圧電アクチュエータの電束密度は中
央部から外縁部に向かって小さくなるために駆動時の変
位量も外縁部に向かって小さくなり応力集中を緩和する
ことができる。その結果、長期駆動時の信頼性が向上し
たアクチュエータとなる。
【００１２】以上説明したように、本発明による圧電ア
クチュエータの内部電極構造は、分極時にセラミック層
部分にかかる電界を中心部から外縁部に向かって小さく
することが可能な構造であるため、積層体中心部から外
縁部に向かっての電束密度を小さくすることができる。
したがって、駆動時の中心部から外縁部に向かって変位
量が徐々に変化することから応力集中が緩和でき、この
ため層間剥離を防ぐことができるものである。
クチュエータの内部電極構造は、分極時にセラミック層
部分にかかる電界を中心部から外縁部に向かって小さく
することが可能な構造であるため、積層体中心部から外
縁部に向かっての電束密度を小さくすることができる。
したがって、駆動時の中心部から外縁部に向かって変位
量が徐々に変化することから応力集中が緩和でき、この
ため層間剥離を防ぐことができるものである。
【００１３】
【発明の効果】本発明によると、圧電アクチュエータの
電極端部での応力集中を緩和することによって、内部ク
ラックの発生を防止し、長期駆動時の信頼性が向上した
アクチュエータを提供することができる。
電極端部での応力集中を緩和することによって、内部ク
ラックの発生を防止し、長期駆動時の信頼性が向上した
アクチュエータを提供することができる。
【図１】圧電アクチュエータの模式断面図である。
【図２】本発明の実施例１に関わる内部電極の外観模式
図
図
【図３】本発明の実施例２に関わる内部電極の外観模式
図
図
１ セラミック層
２ 内部電極
３ 外部電極
４ 同心円形状の内部電極
５ 引き出し電極
６ 最も外縁の内部電極
Claims (3)
- 【請求項１】 セラミック層と内部電極とを交互に積層
した積層体と、この内部電極と電気的に接続した外部電
極を有する圧電アクチュエータにおいて、前記内部電極
がセラミック層面上の中心部から外縁部に向かって電極
密度が小さくなるように形成されていることを特徴とす
る圧電アクチュエータの内部電極構造。 - 【請求項２】 前記内部電極が複数の同心円からなり、
かつ、該同心円の隣接外円との直径差が隣接内円との直
径差より大きく、互いに電気的に接続していることを特
徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータの内部電極
構造。 - 【請求項３】 前記内部電極が複数層からなり、かつ、
外縁部の内部電極層がその内縁部の内部電極層よりも粗
い格子目の電極パターンにより印刷されて形成されたも
のであることを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュ
エータの内部電極構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002061524A JP2003258329A (ja) | 2002-03-07 | 2002-03-07 | 圧電アクチュエータの内部電極構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002061524A JP2003258329A (ja) | 2002-03-07 | 2002-03-07 | 圧電アクチュエータの内部電極構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003258329A true JP2003258329A (ja) | 2003-09-12 |
Family
ID=28670358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002061524A Pending JP2003258329A (ja) | 2002-03-07 | 2002-03-07 | 圧電アクチュエータの内部電極構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003258329A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011511410A (ja) * | 2008-02-05 | 2011-04-07 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 反射性の電気活性ポリマアクチュエータを備える照明装置 |
| JP2011134943A (ja) * | 2009-12-25 | 2011-07-07 | Taiheiyo Cement Corp | 電子部品の内部電極の製造方法 |
-
2002
- 2002-03-07 JP JP2002061524A patent/JP2003258329A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011511410A (ja) * | 2008-02-05 | 2011-04-07 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 反射性の電気活性ポリマアクチュエータを備える照明装置 |
| JP2011134943A (ja) * | 2009-12-25 | 2011-07-07 | Taiheiyo Cement Corp | 電子部品の内部電極の製造方法 |
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