JPH02250678A - 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
- Publication number
- JPH02250678A JPH02250678A JP1073640A JP7364089A JPH02250678A JP H02250678 A JPH02250678 A JP H02250678A JP 1073640 A JP1073640 A JP 1073640A JP 7364089 A JP7364089 A JP 7364089A JP H02250678 A JPH02250678 A JP H02250678A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric actuator
- laminated piezoelectric
- silicone oil
- laminated
- case
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- 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
【発明の詳細な説明】
イ９発明の目的
〔産業上の利用分野〕
本発明は電気的エネルギーを受けて、該電気的エネルギ
ーに比例する変位や力の機械的エネルギーに変換する圧
電素子に関し、特に圧電素子を積層させた積層型圧電ア
クチュエータに関する。
ーに比例する変位や力の機械的エネルギーに変換する圧
電素子に関し、特に圧電素子を積層させた積層型圧電ア
クチュエータに関する。
従来、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、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使用されていたが、近年位
置決め精度、応答速度、消費電力等から、前記電磁式ア
クチュエータより優れた特性を持つ積層型圧電アクチュ
エータが使用されつつある。
チュエータとして、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使用されていたが、近年位
置決め精度、応答速度、消費電力等から、前記電磁式ア
クチュエータより優れた特性を持つ積層型圧電アクチュ
エータが使用されつつある。
積層型圧電アクチュエータは、圧電セラミックス板と内
部電極板とを交互に積層して、圧電セラミックスの積層
体を成している。
部電極板とを交互に積層して、圧電セラミックスの積層
体を成している。
前記積層型圧電アクチュエータでは、その変位方向と直
交する圧電セラミックス板の断面積と、内部電極板の断
面積とを一致させる構造にすることにより、応力の集中
を無くすことが可能であり、又、製造技術の進歩により
、発生する歪み量を大きくさせることが可能となってい
る。
交する圧電セラミックス板の断面積と、内部電極板の断
面積とを一致させる構造にすることにより、応力の集中
を無くすことが可能であり、又、製造技術の進歩により
、発生する歪み量を大きくさせることが可能となってい
る。
第３図は、従来の積層型圧電アクチュエータを示すが、
該積層型圧電アクチュエータ３の側面に、互いに対向す
る一対の内部電極１２ａ及び１２ｂの縁部が露出した構
造となっている。なお第３図において、１３はガラス絶
縁部、１４は外部電極、１５はリード線である。この積
層型圧電アクチュエータ３では、上述のように、側面に
内部電極１２ａ及び１２ｂが露出しているので、他の装
置、及び内部電極同志の電気的絶縁を確保するためには
、前記側面に外部電極１４、並びに内部電極１２ａ、１
２ｂ端面表面に電気絶縁物を形成するため、前記側面を
有機系樹脂（図示せず）で外装することが一般に行われ
ている。
該積層型圧電アクチュエータ３の側面に、互いに対向す
る一対の内部電極１２ａ及び１２ｂの縁部が露出した構
造となっている。なお第３図において、１３はガラス絶
縁部、１４は外部電極、１５はリード線である。この積
層型圧電アクチュエータ３では、上述のように、側面に
内部電極１２ａ及び１２ｂが露出しているので、他の装
置、及び内部電極同志の電気的絶縁を確保するためには
、前記側面に外部電極１４、並びに内部電極１２ａ、１
２ｂ端面表面に電気絶縁物を形成するため、前記側面を
有機系樹脂（図示せず）で外装することが一般に行われ
ている。
しかしながら、積層型圧電アクチュエータの側面を有機
系樹脂で外装しても、水分の侵入、透過を防止する事は
困難であり、積層型圧電アクチュエータを高湿度の環境
下で長時間使用すると、−対の内部電極１２ａ及び１２
ｂ間の電気絶縁抵抗が低下し、甚だしくは電気的に短絡
するに至る。
系樹脂で外装しても、水分の侵入、透過を防止する事は
困難であり、積層型圧電アクチュエータを高湿度の環境
下で長時間使用すると、−対の内部電極１２ａ及び１２
ｂ間の電気絶縁抵抗が低下し、甚だしくは電気的に短絡
するに至る。
本発明は、水分の侵入、透過を防止し、高い湿度のある
環境下で長時間使用し経過しても、内部電極間の電気絶
縁抵抗の低下を生じない積層型圧電アクチュエータを提
供することにある。
環境下で長時間使用し経過しても、内部電極間の電気絶
縁抵抗の低下を生じない積層型圧電アクチュエータを提
供することにある。
口０発明の構成
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、高い湿度のある環境の下で長時間使用しても
電気絶縁性の高い圧電セラミックスとするもので、該圧
電セラミックスの間に互いに平行に配置された少なくと
も一対の内部電極を有する積層型圧電アクチュエータに
於て、前記積層型圧電アクチュエータの側面から外部に
露出した縁部を形成する一対の内部電極の部分の電気絶
縁を確保するため、前記積層型圧電アクチュエータの前
記側面にシリコーンオイルの層を形成し、更に該シリコ
ーンオイルの層を封止する可撓性ケースを有することを
特徴とする積層型圧電アクチュエータとするものである
。
電気絶縁性の高い圧電セラミックスとするもので、該圧
電セラミックスの間に互いに平行に配置された少なくと
も一対の内部電極を有する積層型圧電アクチュエータに
於て、前記積層型圧電アクチュエータの側面から外部に
露出した縁部を形成する一対の内部電極の部分の電気絶
縁を確保するため、前記積層型圧電アクチュエータの前
記側面にシリコーンオイルの層を形成し、更に該シリコ
ーンオイルの層を封止する可撓性ケースを有することを
特徴とする積層型圧電アクチュエータとするものである
。
即ち本発明は。
１、圧電セラミックスと該圧電セラミックスの間に交互
に平行に配置された少なくとも一対の内部電極を有し、
前記一対の内部電極は、前記圧電セラミックス側面の外
部に露出させて外部電極を形成した積層型圧電アクチュ
エータにおいて、外部電極と内部電極とを包むシリコー
ンオイルを設け、その外周に該シリコーンオイルを封止
する可撓性ケースを有することを特徴とする積層型圧電
アクチュエータ。
に平行に配置された少なくとも一対の内部電極を有し、
前記一対の内部電極は、前記圧電セラミックス側面の外
部に露出させて外部電極を形成した積層型圧電アクチュ
エータにおいて、外部電極と内部電極とを包むシリコー
ンオイルを設け、その外周に該シリコーンオイルを封止
する可撓性ケースを有することを特徴とする積層型圧電
アクチュエータ。
２、シリコーンオイルを封止する可撓性ケースは、積層
型圧電アクチュエータ全体を包む金属ケースで封止した
構造であることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電
アクチュエータ。
型圧電アクチュエータ全体を包む金属ケースで封止した
構造であることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電
アクチュエータ。
３、シリコーンオイルを封止する可撓性ケースは、圧電
セラミックスの両端部を除き樹脂ケースにより封止した
構造であることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電
アクチュエータである。
セラミックスの両端部を除き樹脂ケースにより封止した
構造であることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電
アクチュエータである。
従来の積層型圧電アクチュエータでは、該圧電アクチュ
エータを高湿度の環境下で連続使用した時、一対の内部
電極間の電気絶縁抵抗の低下の原因は、水分４が前記有
機′樹脂層を透過し、前記内部電極に付着して、前記内
部電極内に含まれる銀のイオン化を促進することによる
と推定される。
エータを高湿度の環境下で連続使用した時、一対の内部
電極間の電気絶縁抵抗の低下の原因は、水分４が前記有
機′樹脂層を透過し、前記内部電極に付着して、前記内
部電極内に含まれる銀のイオン化を促進することによる
と推定される。
表面に露出した内部電極の正極側では、Ａｇ ＝ Ａｇ
＋十ｅに 表面に露出した内部電極の負極側では Ｊｇ”十ｅ−＋ Ｊｇ で表される前記反応が進行し、負極側の表面露出内部電
極の表面に銀が正極側方向に樹枝状に成長するのが認め
られ、表面露出内部電極正極側と負極側との電極間の実
質的な距離が短くなる。従って本発明による積層型圧電
アクチュエータのシリコーンオイルの層は、前記内部電
極への水分の付着を防止し、銀のイオン化を防止する効
果がある。
＋十ｅに 表面に露出した内部電極の負極側では Ｊｇ”十ｅ−＋ Ｊｇ で表される前記反応が進行し、負極側の表面露出内部電
極の表面に銀が正極側方向に樹枝状に成長するのが認め
られ、表面露出内部電極正極側と負極側との電極間の実
質的な距離が短くなる。従って本発明による積層型圧電
アクチュエータのシリコーンオイルの層は、前記内部電
極への水分の付着を防止し、銀のイオン化を防止する効
果がある。
又、シリコーンオイルの層を包む可撓性ケースによりシ
リコーンオイルを封止する事で、長期間にわたり高温度
の環境下で水分の侵入を防止し長期間にわたり使用して
も電極の電気絶縁特性を劣化することがない積層型圧電
アクチュエータとすることが出来る。
リコーンオイルを封止する事で、長期間にわたり高温度
の環境下で水分の侵入を防止し長期間にわたり使用して
も電極の電気絶縁特性を劣化することがない積層型圧電
アクチュエータとすることが出来る。
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
第１図、並びに第２図は本発明による積層型圧電アクチ
ュエータを示す。積層型圧電アクチュエータ１．２に於
て、圧電セラミックス１１は、鉛・ニッケル・ニオブ・
チタン・ジルコニウムからなる酸化物（Ｐｂ（（Ｎｉ−
Ｎｂ）Ｔｉ−Ｚｒ）０３）を出発原料として、厚膜積層
法により、断面５■鳳Ｘ５Ｈ１長さ１８ｍｍの寸法に形
成した積層型圧電アクチュエータである。
ュエータを示す。積層型圧電アクチュエータ１．２に於
て、圧電セラミックス１１は、鉛・ニッケル・ニオブ・
チタン・ジルコニウムからなる酸化物（Ｐｂ（（Ｎｉ−
Ｎｂ）Ｔｉ−Ｚｒ）０３）を出発原料として、厚膜積層
法により、断面５■鳳Ｘ５Ｈ１長さ１８ｍｍの寸法に形
成した積層型圧電アクチュエータである。
内部電極の材料は、銀・パラジウム合金を用い、内部電
極１２ａ及び１２ｂの間隔は１１５μｍ、内部電極積層
数は１５０層である。外部電極１４は銀ペーストを焼き
付けて形成しである。次にこの積層型圧電アクチュエー
タの四つの側面にシリコーンオイル２６の層を、第１図
では金属ケース２７により、第２図では樹脂ケースによ
り封止した例を示す。
極１２ａ及び１２ｂの間隔は１１５μｍ、内部電極積層
数は１５０層である。外部電極１４は銀ペーストを焼き
付けて形成しである。次にこの積層型圧電アクチュエー
タの四つの側面にシリコーンオイル２６の層を、第１図
では金属ケース２７により、第２図では樹脂ケースによ
り封止した例を示す。
第１図はアルミニウム製の円筒形の金属ケース２７で、
積層型圧電アクチュエータ全体を封入した形状を示す。
積層型圧電アクチュエータ全体を封入した形状を示す。
金属ケース内面と、圧電セラミックスの上面、下面は完
全に密接した構造としてあり、積層型圧電アクチュエー
タへの電圧印加に伴う変位量は、アルミニウム製ケース
の長さ方向の弾性変形内に設計されてありケース接続の
為のねじ部２８により圧電性セラミックスは上下面をし
めつけられており、性能劣化のない積層型圧電アクチュ
エータとしである。
全に密接した構造としてあり、積層型圧電アクチュエー
タへの電圧印加に伴う変位量は、アルミニウム製ケース
の長さ方向の弾性変形内に設計されてありケース接続の
為のねじ部２８により圧電性セラミックスは上下面をし
めつけられており、性能劣化のない積層型圧電アクチュ
エータとしである。
第２図は樹脂ケース２９により圧電性セラミックスの四
周面のみを封止した積層型圧電アクチュエータを示し、
樹脂ケースは、圧電性セラミックスの上、下面近傍の内
部電極を含まないセラミックス部にエポキシ接着剤３０
により接着しである。なお、金属ケース、又は樹脂ケー
スの内部に封入するシリコーンオイルは、フェニールメ
チルシリコーンオイル、又はジメチルシリコーンオイル
で、封入前に真空中で脱泡脱水するか、１００℃程に加
熱し脱水して使用し、又積層型圧電アクチュエータをシ
リコーンオイルで包む時も、シリコーンオイルを真空含
浸する。
周面のみを封止した積層型圧電アクチュエータを示し、
樹脂ケースは、圧電性セラミックスの上、下面近傍の内
部電極を含まないセラミックス部にエポキシ接着剤３０
により接着しである。なお、金属ケース、又は樹脂ケー
スの内部に封入するシリコーンオイルは、フェニールメ
チルシリコーンオイル、又はジメチルシリコーンオイル
で、封入前に真空中で脱泡脱水するか、１００℃程に加
熱し脱水して使用し、又積層型圧電アクチュエータをシ
リコーンオイルで包む時も、シリコーンオイルを真空含
浸する。
第１図、第２図に示す積層型圧電アクチュエータの高湿
度環境下での信頼性を調べるために、温度５０℃、相対
湿度９５％の雰囲気中で、積層型圧電アクチュエータの
、正、負電極間に直流電圧１００ｖを連続印加するエー
ジングを実施した。比較の為、第３図に示す従来構造の
積層型圧電アクチュエータについても同時にエージング
を実施した。エージングに供した試料数は、各実施例５
０個であり、その各実施例の外部電極１４間の絶縁抵抗
が１桁以上低下した場合を不良とみなした。結果を第１
表に示す。
度環境下での信頼性を調べるために、温度５０℃、相対
湿度９５％の雰囲気中で、積層型圧電アクチュエータの
、正、負電極間に直流電圧１００ｖを連続印加するエー
ジングを実施した。比較の為、第３図に示す従来構造の
積層型圧電アクチュエータについても同時にエージング
を実施した。エージングに供した試料数は、各実施例５
０個であり、その各実施例の外部電極１４間の絶縁抵抗
が１桁以上低下した場合を不良とみなした。結果を第１
表に示す。
以下余白
第１表
第１表より明かなように、従来構造の積層型圧電アクチ
ュエータでは、エージング時間の経過に伴い水分の侵入
により外部電極１４間の電気絶縁抵抗が低下して、１０
００時間で１０％、２０００時間で３６％が不良となる
が、本発明の実施例に係る第１図、第２図に示す積層型
圧電アクチュエータでは２０００時間を過しても電気絶
縁不良の発生が認められず、従来構造の積層型圧電アク
チュエータに比べ、耐湿性が格段に優れた積層型圧電ア
クチュエータであることがわかる。
ュエータでは、エージング時間の経過に伴い水分の侵入
により外部電極１４間の電気絶縁抵抗が低下して、１０
００時間で１０％、２０００時間で３６％が不良となる
が、本発明の実施例に係る第１図、第２図に示す積層型
圧電アクチュエータでは２０００時間を過しても電気絶
縁不良の発生が認められず、従来構造の積層型圧電アク
チュエータに比べ、耐湿性が格段に優れた積層型圧電ア
クチュエータであることがわかる。
ハ０発明の効果
〔発明の効果〕
以上説明したように、正負電極を間に形成した積層圧電
性セラミックスの外部電極部分を脱水したシリコーンオ
イルにより、より外周金属ケース、又は樹脂ケースによ
り包んだ構造とした積層型圧電アクチュエータであるの
で、高湿度環境下で長時間使用しても、内部電極間の電
気絶縁抵抗の低下を生じない高信頼性の積層型圧電アク
チュエータを提供できるという効果がある。
性セラミックスの外部電極部分を脱水したシリコーンオ
イルにより、より外周金属ケース、又は樹脂ケースによ
り包んだ構造とした積層型圧電アクチュエータであるの
で、高湿度環境下で長時間使用しても、内部電極間の電
気絶縁抵抗の低下を生じない高信頼性の積層型圧電アク
チュエータを提供できるという効果がある。
第１図は本発明による積層型圧電アクチュエータで、圧
電セラミックス、並びに電極全体とシリコーンオイルと
を金属ケースにより全体を封止した断面図。 第２図は本発明による積層型圧電アクチュエータで、圧
電セラミックスの上下面を除く積層型アクチュエータ全
体と、シリコーンオイルとを樹脂ケースに封止した断面
図。 第３図は従来の積層型圧電アクチュエータを示す斜視図
。 １．２・・・本発明の積層型圧電アクチュエータ、ジ・
・・従来の積層型圧電アクチュエータ、１１・・・圧電
セラミックス、１２ａ、 １２ｂ・・・内部電極、１３
・・・ガラス絶縁部、１４・・・外部電極、１５・・・
リード線、２６・・・シリコーンオイル、２７・・・金
属ケース、２８・・・ねじ部、２９・・・樹脂ケース、
３０・・・エポキシ接着剤。 特許出願人 株式会社トーキン 第１ｒｙａ 第３図 第２図
電セラミックス、並びに電極全体とシリコーンオイルと
を金属ケースにより全体を封止した断面図。 第２図は本発明による積層型圧電アクチュエータで、圧
電セラミックスの上下面を除く積層型アクチュエータ全
体と、シリコーンオイルとを樹脂ケースに封止した断面
図。 第３図は従来の積層型圧電アクチュエータを示す斜視図
。 １．２・・・本発明の積層型圧電アクチュエータ、ジ・
・・従来の積層型圧電アクチュエータ、１１・・・圧電
セラミックス、１２ａ、 １２ｂ・・・内部電極、１３
・・・ガラス絶縁部、１４・・・外部電極、１５・・・
リード線、２６・・・シリコーンオイル、２７・・・金
属ケース、２８・・・ねじ部、２９・・・樹脂ケース、
３０・・・エポキシ接着剤。 特許出願人 株式会社トーキン 第１ｒｙａ 第３図 第２図
Claims (3)
- １．圧電セラミックスと該圧電セラミックスの間に交互
に平行に配置された少なくとも一対の内部電極を有し、
前記一対の内部電極は、前記圧電セラミックス側面の外
部に露出させて外部電極を形成した積層型圧電アクチュ
エータにおいて、外部電極と内部電極とを包むシリコー
ンオイルを設け、その外周に該シリコーンオイルを封止
する可撓性ケースを有することを特徴とする積層型圧電
アクチュエータ。 - ２．シリコーンオイルを封止する可撓性ケースは、積層
型圧電アクチュエータ全体を包む金属ケースで封止した
構造であることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電
アクチュエータ。 - ３．シリコーンオイルを封止する可撓性ケースは、圧電
セラミックスの両端部を除き樹脂ケースにより封止した
構造であることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電
アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1073640A JPH02250678A (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 積層型圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1073640A JPH02250678A (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 積層型圧電アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02250678A true JPH02250678A (ja) | 1990-10-08 |
Family
ID=13524094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1073640A Pending JPH02250678A (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 積層型圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02250678A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0468571U (ja) * | 1990-10-25 | 1992-06-17 | ||
| US6731048B2 (en) | 2000-12-28 | 2004-05-04 | Denso Corporation | Piezoelectric actuator with insulating member separate from piezoelectric device |
| US7429815B2 (en) * | 2006-06-23 | 2008-09-30 | Caterpillar Inc. | Fuel injector having encased piezo electric actuator |
| JP2011511433A (ja) * | 2008-01-10 | 2011-04-07 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | 圧電アクチュエータユニット |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5185390A (ja) * | 1974-10-03 | 1976-07-26 | Physics Int Co |
-
1989
- 1989-03-23 JP JP1073640A patent/JPH02250678A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5185390A (ja) * | 1974-10-03 | 1976-07-26 | Physics Int Co |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0468571U (ja) * | 1990-10-25 | 1992-06-17 | ||
| US6731048B2 (en) | 2000-12-28 | 2004-05-04 | Denso Corporation | Piezoelectric actuator with insulating member separate from piezoelectric device |
| US7429815B2 (en) * | 2006-06-23 | 2008-09-30 | Caterpillar Inc. | Fuel injector having encased piezo electric actuator |
| US8240014B2 (en) | 2006-06-23 | 2012-08-14 | Caterpillar Inc. | Method of manufacturing a fuel injector having an encased piezo electric actuator |
| JP2011511433A (ja) * | 2008-01-10 | 2011-04-07 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | 圧電アクチュエータユニット |
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