JPH03270085A - 積層圧電アクチュエータ素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧電式アクチュエータ等に使用される積層圧
電アクチュエータ素子に関するものである。

［従来技術］ 従来、この種の積層圧電アクチュエータ素子としては、
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電セラミックス
層と内部電極層とを伸縮方向に交互に積層した構造のも
のが提案されている。このような積層圧電アクチュエー
タ素子は、内部電極層に印加される電圧の極性によって
伸縮するために、その変位を利用して圧電式ドツトイン
パクトプリンターヘッドやＶＴＲヘッド等のアクチュエ
ータとして、又、超音波モータ等の振動子として用いら
れている。又、圧電セラミックス層の一層の厚みが、数
１０μｍ程度以下の厚さになると、内部電極層間の絶縁
性等が問題になるので、圧電セラミックス層の周辺部に
内部電極層のない、いわゆる圧電的不活性部が存在する
内部電極構造の積層圧電セラミックス素子が製造されて
いる。

［発明が解決しようとする課題〕 上記のような積層圧電アクチュエータ素子は、低電圧駆
動化を実現するために積層する圧電セラミックス層の一
層の厚みを薄くし、積層枚数を増すことが要求されてい
る。しかしながら、圧電セラミックス層の一層の厚みが
薄いほど、また積層枚数が多いほど、脱脂工程に於ける
脱脂体の損傷、焼結時に於ける圧電セラミックス層の不
均一性の発生等の恐れが大きくなり、信頼性が低下する
という問題があった。また、圧電セラミックス層の周辺
部に内部電極層のない、いわゆる圧電的不活性部が存在
する内部電極構造の積層圧電セラミックス素子は、電圧
印加時に前記圧電的不活性部が、変位を拘束する作用を
起こし、変位損失、変位分布、内部応力が発生する等の
問題があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、その目的は周辺部に圧電的不活性部を有する
内部電極構造の積層縦効果圧電素子サブユニットを、複
数個積み重ねて成り、隣合う積層縦効果圧電素子サブユ
ニット間を接合する接合部材の面積を、内部電極の面積
以下とする事によって、低電圧駆動の積層圧電アクチュ
エータ素子の信頼性を向上し、電圧印加時に圧電的不活
性部が変位を拘束する作用を低減し変位損失、変位分布
、内部応力の少ない低電圧駆動、高信頼性の積層圧電ア
クチュエータ素子を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明の積層圧電アクチュ
エータ素子は、電圧の印加によって圧電／電歪縦効果の
寸法歪を発生する積層圧電アクチュエータ素子に於いて
、周辺部に圧電的不活性部を有する内部電極構造の積層
縦効果圧電素子サブユニットと、隣合う前記積層縦効果
圧電素子サブユニット間を接合するための接合部の面積
が、内部電極層の面積以下である接合部材とを有し、前
記積層縦効果圧電素子サブユニットを縦効果の寸法歪を
発生する方向に前記接合部材を介在させて複数個積み重
ねている。

［作用コ 上記の構成を有する本発明の積層圧電アクチュエータ素
子によれば、周辺部に圧電的不活性部を有する内部電極
構造の積層縦効果圧電素子サブユニットを、隣合う前記
積層縦効果圧電素子サブユニット間を接合するための接
合部の面積が、内部電極層の面積以下である接合部材を
介して、縦効果の寸法歪を発生する方向に複数個積み重
ねて、所望の駆動電圧を加えて変位させる。

［実施例］ 本発明を具体化した実施例を第１図及び第２図を参照し
て説明する。積層圧電アクチュエータ素子１０は、積層
縦効果圧電素子サブユニット５と、隣合う積層縦効果圧
電素子サブユニット間を接合するための接合部材３と、
圧電セラミックス層２に駆動電圧を供給するための外部
電極６とより構成されている。

積層縦効果圧電素子サブユニット５は、厚みが２０μｍ
で面積が３．ＯＸ３．Ｏｍｍであり、はぼ正方形状のチ
タン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電セラミックス層
２に、面積２，５ｘ２．５ｍｍのほぼ正方形状の内部電
極層１と外部電極６と電気的に接続するための電極取り
出し部１１をスクリーン印刷した後、２３枚積層する。

積層縦効果圧電素子サブユニット５の高さは０．５ｍｍ
で構成される。前記積層縦効果圧電素子サブユニット５
の周辺部には約０．２５ｍｍ幅の駆動電圧の印加されな
い圧電的不活性部７か存在する。

１０個の前記積層縦効果サブユニット５を、面積が２，
５Ｘ２．５ｍｍの正方形状の有機系接着材よりなる接合
部材３を介してそれぞれ接合すれば、該接合部材３の周
辺部に約０．２５ｍｍ幅のスリット４を有する積層圧電
アクチュエータ素子１０か構成される。

本実施例の積層縦効果圧電素子サブユニット５は、圧電
セラミックス層２の一層の厚みが２０μｍと極めて薄い
が、積層枚数が２３枚と少ないため、層の厚み、結晶粒
径の均−性及び緻密化などの焼結の際の制御が容易であ
り、圧電性、絶縁特性の信頼性の低下は全く無い。更に
、−層の厚みが数１０μｍと薄い圧電セラミックス層を
持つ積層縦効果圧電素子サブユニットの積層枚数を任意
に選定できるので、信頼性の高い積層縦効果圧電素子サ
ブユニットが得られ、積層圧電アクチュエータ素子全体
の信頼性も向上する。また、この積層縦効果圧電素子サ
ブユニットは、周辺部に内部電極層のない部分を有する
ので、内部電極層間の絶縁の信頼性か高く、耐湿性も良
好となる。

上記のように構成された積層圧電アクチュエータ素子１
０は、外部電極６に６０Ｖの駆動電圧を加えた結果、７
μｍの変位を得た。他の実施例として、１０個の前記積
層縦効果サブユニット５を、面積が２．ＯＸ２．Ｏｍｍ
の接合部材３を介して接合し、該接合部材３の周辺部に
約０．５ｍｒｎ幅のスリット４を有するよう構成した積
層圧電アクチュエータ素子１０では、外部電極６に６０
Ｖの駆動電圧を加えた結果、８μｍの変位を得た。

比較例として作製した１０個の積層縦効果圧電素子サブ
ユニット５を全面接合した積層圧電アクチュエータ素子
、及び１０個の前記積層縦効果サブユニット５を、面積
が２，７Ｘ２，７ｍｍの接合部材３を介して接合し、該
接合部材３の周辺部に約０．１５ｍｍ幅のスリット４を
有する積層圧電アクチュエータ素子１０では、外部電極
６に６０ｖの駆動電圧を加えた結果、各々４．８μｍ１
５μｍの変位しか得られなかった。

従って、接合部材３の面積が内部電極層１の面積以下で
ある場合、スリット４の存在により、圧電的不活性部分
が変位を拘束する作用を低減したことが分かる。また、
スリット４の存在により、駆動時に発生する内部応力を
緩和でき、機械的な素子の破壊も防止することが出来る
。従って、信頼性が高く、低電圧駆動の積層圧電アクチ
ュエータ素子が得られる。これにより、例えばインパク
ト式圧電プリンタヘッドの駆動源に、本発明の積層圧電
アクチュエータ素子を利用する場合には、大福な低電圧
化が可能となり、モータ等と共通の電源を使用すること
が可能となりプリンタ装置の小型化、コストダウンが実
現できる。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明の積層圧
電アクチュエータ素子によれば、積層縦効果圧電素子サ
ブユニットを積み重ねて構成することで、信頼性の高い
低電圧駆動の積層圧電アクチュエータ素子が得られる。

また、この積層圧電アクチュエータ素子は、周辺部に内
部電極層のない部分を有するので、内部電極層間の絶縁
の信頼性が高く、耐湿性も良好となる。隣合う積層縦効
果圧電素子サブユニット間を接合する接合部材の面積を
、内部電極層の面積以下にして、前記接合部材の周辺部
にスリ・ソトを有するように構成したことで、電圧印加
時に圧電的不活性部が変位を拘束する作用を低減し、変
位損失、内部応力を少なくし、駆動電圧の低減、素子の
破壊を抑制することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図から第２図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は、積層圧電アクチュエータ素子を示
す概略構成図、第２図は圧電セラミックス層上の内部電
極層パターンを示す概略平面図である。 ｌ・・・内部電極層 ３・・・接合部材 ４・・・スリット

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　電圧の印加によって圧電／電歪縦効果の寸法歪を発生
   する積層圧電アクチュエータ素子に於いて、周辺部に圧
   電的不活性部を有する内部電極構造の積層縦効果圧電素
   子サブユニットと、 隣合う前記積層縦効果圧電素子サブユニット間を接合す
   るための接合部の面積が、内部電極層の面積以下である
   接合部材とを有し、 前記積層縦効果圧電素子サブユニットを縦効果の寸法歪
   を発生する方向に前記接合部材を介在させて複数個積み
   重ねたことを特徴とする積層圧電アクチュエータ素子。