JPH037076A - 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
- JPH037076A JPH037076A JP1139636A JP13963689A JPH037076A JP H037076 A JPH037076 A JP H037076A JP 1139636 A JP1139636 A JP 1139636A JP 13963689 A JP13963689 A JP 13963689A JP H037076 A JPH037076 A JP H037076A
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- Japan
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- ceramic
- piezoelectric actuator
- glass frit
- glass
- piezoelectric
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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０発明の目的
〔産業上の利用分野〕
ネルギーに比例して、変位や力の機械エネルギーに変換
する積層型圧電アクチュエータに関し、特に複数の対向
内部電極層を有する一体焼結型の積層型圧電アクチュー
エータに関する。
する積層型圧電アクチュエータに関し、特に複数の対向
内部電極層を有する一体焼結型の積層型圧電アクチュー
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、
位置決め精度の高精度化、応答速度の高速化、低消費電
力等の要求から、前記電磁式アクチュエータに比べて優
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、
位置決め精度の高精度化、応答速度の高速化、低消費電
力等の要求から、前記電磁式アクチュエータに比べて優
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製造技術の進歩により、そ
の変位方向に直交する圧電セラミックス板の断面積と、
圧電セラミックス板の間に積層して設けである内部電極
の断面積を一致させる構造とすることにより応力集中を
無くし、発生する歪量を大きくする事が可能となった。
の変位方向に直交する圧電セラミックス板の断面積と、
圧電セラミックス板の間に積層して設けである内部電極
の断面積を一致させる構造とすることにより応力集中を
無くし、発生する歪量を大きくする事が可能となった。
第２図は従来の積層型圧電アクチュエータＩを示すが、
圧電性セラミックス焼結体３を挟んで対向する内部電極
１２ａ、 １２ｂを設け、圧電性セラミックス焼結体３
と内部電極を積層して形成し、内部電極１２ａ、 １２
ｂの積層方向に直交する一対のセラミックス面１１ａ、
ｌｌｂと、対向する電極端面を電気絶縁するためのガ
ラス絶縁部１３、内部電極１２ａ、 １２ｂに夫々接続
する外部電極１４（一方の外部電極は図示せず）等から
構成される。又、積層型圧電アクチュエータの電気絶縁
を確保する為、前記セラミックス面１１ａ。
圧電性セラミックス焼結体３を挟んで対向する内部電極
１２ａ、 １２ｂを設け、圧電性セラミックス焼結体３
と内部電極を積層して形成し、内部電極１２ａ、 １２
ｂの積層方向に直交する一対のセラミックス面１１ａ、
ｌｌｂと、対向する電極端面を電気絶縁するためのガ
ラス絶縁部１３、内部電極１２ａ、 １２ｂに夫々接続
する外部電極１４（一方の外部電極は図示せず）等から
構成される。又、積層型圧電アクチュエータの電気絶縁
を確保する為、前記セラミックス面１１ａ。
１１ｂを除く周囲四面は１通常有機系樹脂層（図示せず
）で外装する。一方、積層型圧電アクチュエータの変位
量はミクロンの単位であり微少なので、変位方向の寸法
も高精度が要求され、製造の工程で前記セラミックス面
１１ａ、 ｌｌｂを改めて機械加工により寸法出しする
のが一般的である。
）で外装する。一方、積層型圧電アクチュエータの変位
量はミクロンの単位であり微少なので、変位方向の寸法
も高精度が要求され、製造の工程で前記セラミックス面
１１ａ、 ｌｌｂを改めて機械加工により寸法出しする
のが一般的である。
しかしながら、積層型圧電アクチュエータを位置決め装
置やＸ−Ｙテーブルへ組込む際には、内部電極積層方向
に直交する一対のセラミックス面を利用して、接着等に
より固定するのが一般的であるが、該セラミックス面が
機械的衝撃に対する強度が弱く、特にセラミックス面の
縁部へ応力が集中し易く、セラミックス面の縁部が割れ
易いという間層がある。
置やＸ−Ｙテーブルへ組込む際には、内部電極積層方向
に直交する一対のセラミックス面を利用して、接着等に
より固定するのが一般的であるが、該セラミックス面が
機械的衝撃に対する強度が弱く、特にセラミックス面の
縁部へ応力が集中し易く、セラミックス面の縁部が割れ
易いという間層がある。
本発明は、機械的衝撃に対して強度が充分で、セラミッ
クス面にひび割れや、セラミックス面の縁部での割れの
発生のない積層型圧電アクチュエータを提供することに
ある。
クス面にひび割れや、セラミックス面の縁部での割れの
発生の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１発明の構成
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、互いに対向する複数の内部電極層を有する積
層型圧電アクチュエータにおいて、内部電極積層方向に
直交する一対のセラミックス面と該セラミックス面に近
接する縁部に、圧電アクチュエータを構成する圧電セラ
ミックスと熱膨張係数がほぼ等しい硼硅酸亜鉛・鉛系ガ
ラスのガラスフリットを含む金属ペーストを焼付け、メ
タライズした構造とすることを特徴とする積層型圧電ア
クチュエータである。
層型圧電アクチュエータにおいて、内部電極積層方向に
直交する一対のセラミックス面と該セラミックス面に近
接する縁部に、圧電アクチュエータを構成する圧電セラ
ミックスと熱膨張係数がほぼ等しい硼硅酸亜鉛・鉛系ガ
ラスのガラスフリットを含む金属ペーストを焼付け、メ
タライズした構造とすることを特徴とする積層型圧電ア
クチュエータである。
即ち本発明は、圧電性セラミックス焼結体に互いに対向
する複数の内部電極層を積層し構成した積層型圧電アク
チュエータにおいて、内部電極積層方向と直交する両端
のセラミックス面と該セラミックス面の縁部を、圧電性
セラミックス焼結体とほぼ等しい熱膨張係数を有する硼
硅酸亜鉛・鉛系のガラスフリットを１〜２０重量部を含
有する金属ペーストにより、メタライズされた構造とす
ることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ。
する複数の内部電極層を積層し構成した積層型圧電アク
チュエータにおいて、内部電極積層方向と直交する両端
のセラミックス面と該セラミックス面の縁部を、圧電性
セラミックス焼結体とほぼ等しい熱膨張係数を有する硼
硅酸亜鉛・鉛系のガラスフリットを１〜２０重量部を含
有する金属ペーストにより、メタライズされた構造とす
ることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ。
本発明による積層型圧電アクチュエータは、内部電極の
積層方向に直交する両端面のセラミックス面の表面及び
近接する縁部を、熱膨張係数が積層型圧電アクチュエー
タを形成する圧電セラミックスとほぼ等しい特性を有す
る、主成分が硼酸と、硅酸と、酸化亜鉛と、酸化鉛とか
ら成る硼硅酸亜鉛・鉛系ガラスのガラスフリットを含む
金属ペーストでメタライズするものである。従って金属
ペーストを焼付けしてメタライズを行う際、ペースト中
のガラスフリットが、本来多孔質である圧電セラミック
スの内部へ拡散して多孔質層をガラス及び金属層で充填
し、積層型圧電アクチュエータ両端のセラミックス面、
及びセラミックス面に続く縁部の機械的衝撃に対する強
度を向上するものであ。
積層方向に直交する両端面のセラミックス面の表面及び
近接する縁部を、熱膨張係数が積層型圧電アクチュエー
タを形成する圧電セラミックスとほぼ等しい特性を有す
る、主成分が硼酸と、硅酸と、酸化亜鉛と、酸化鉛とか
ら成る硼硅酸亜鉛・鉛系ガラスのガラスフリットを含む
金属ペーストでメタライズするものである。従って金属
ペーストを焼付けしてメタライズを行う際、ペースト中
のガラスフリットが、本来多孔質である圧電セラミック
スの内部へ拡散して多孔質層をガラス及び金属層で充填
し、積層型圧電アクチュエータ両端のセラミックス面、
及びセラミックス面に続く縁部の機械的衝撃に対する強
度を向上するものであ。
本発明に使用する積層型圧電アクチュエータの両端面に
形成するメタライズ層のガラスフリットに用いるガラス
は、熱膨張係数が圧電性セラミックス焼結体とほぼ同じ
熱膨張係数を持つガラスで、硼酸が１５〜２５重量部、
酸化亜鉛が４０〜６０重量部。
形成するメタライズ層のガラスフリットに用いるガラス
は、熱膨張係数が圧電性セラミックス焼結体とほぼ同じ
熱膨張係数を持つガラスで、硼酸が１５〜２５重量部、
酸化亜鉛が４０〜６０重量部。
酸化鉛が２〜１０重量部、酸化ビスマスが０．１〜５重
量部、残珪酸から成り、前記組成の節回の組合せにより
圧電セラミックス焼結体の熱膨張係数とほぼ等しい値を
持つ熱膨張係数のガラスとする６又銀に対するガラスフ
リットの比率も１〜２０重量部である銀ペーストを用い
るが、銀の中に含まれるガラスフリットの量が１重量部
以下では、ガラスは圧電性セラミックス焼結体に対する
糊の役割を果たさず、又２０重量部以上ではガラスの特
性が強くなり、ひびの発生が出易くなる。
量部、残珪酸から成り、前記組成の節回の組合せにより
圧電セラミックス焼結体の熱膨張係数とほぼ等しい値を
持つ熱膨張係数のガラスとする６又銀に対するガラスフ
リットの比率も１〜２０重量部である銀ペーストを用い
るが、銀の中に含まれるガラスフリットの量が１重量部
以下では、ガラスは圧電性セラミックス焼結体に対する
糊の役割を果たさず、又２０重量部以上ではガラスの特
性が強くなり、ひびの発生が出易くなる。
以下、本発明の実施例を、より詳細に説明する。
第１図に示す本発明に係る積層型圧電アクチュエータ上
は、モル％比でＰｂ （（Ｎｉｏ、ｘｓ −Ｎｂｏ ３
ｓ）Ｔｉｏ ３５・Ｚｒｏｌｓ） ０３系圧電セラミツ
クスを出発原料として厚膜積層法により作られ、断面が
５ｍｍＸ５ｍｍ、長さが１８ｍｍの寸法の積層型圧電ア
クチュエータである。内部電極１２ａ、 １２ｂの材料
は、銀−パラジウム合金を用い、内部電極１２ａ及び１
２ｂ間の間隔は１１５μｍ、内部電極積層数は１５０で
ある。外部電極１４はガラスフリット入りの銀ペースト
を焼付けて形成しである。
は、モル％比でＰｂ （（Ｎｉｏ、ｘｓ −Ｎｂｏ ３
ｓ）Ｔｉｏ ３５・Ｚｒｏｌｓ） ０３系圧電セラミツ
クスを出発原料として厚膜積層法により作られ、断面が
５ｍｍＸ５ｍｍ、長さが１８ｍｍの寸法の積層型圧電ア
クチュエータである。内部電極１２ａ、 １２ｂの材料
は、銀−パラジウム合金を用い、内部電極１２ａ及び１
２ｂ間の間隔は１１５μｍ、内部電極積層数は１５０で
ある。外部電極１４はガラスフリット入りの銀ペースト
を焼付けて形成しである。
次いで、この積層型圧電アクチュエータの内部電極積層
方向に直交する両端面のセラミックス面１１ａ、 ｌｌ
ｂと、該セラミックス面に近接する縁部１０ａ。
方向に直交する両端面のセラミックス面１１ａ、 ｌｌ
ｂと、該セラミックス面に近接する縁部１０ａ。
１０ｂに硼硅酸亜鉛・鉛ガラスが４重量部のガラスフリ
ットを含む銀ペーストを塗布乾燥後、５５０’Ｃで３０
分熱処理焼付けし、メタライズした。
ットを含む銀ペーストを塗布乾燥後、５５０’Ｃで３０
分熱処理焼付けし、メタライズした。
本発明に用いたガラスフリットは、ガラスの熱膨張係数
が圧電性セラミックス焼結体とほぼ同じ値を持つ、酸化
亜鉛５０重量部、酸化鉛５重量部、酸化ビスマス１重量
部、硼酸１５重量部、硅酸が残重量部のガラスフリット
を用い、第１図のハツチングで示す部分にメタライズ層
を形成した。メタライズ層の厚みは、１〜２μｍ、１０
〜１５μｍ、５０〜６０μｍの３種につき実施した。し
かる後に、本発明の実施例の積層型圧電アクチュエータ
の機械的衝撃に対する強度を調査する為、メタライズし
た縁部１０ａ、 １０ｂに、厚みが０．５ｍｍ、幅が２
０１ＩＩＩｉ、長さが５０ｍｍの鋼板を用い、鋼板の厚
さ部分が衝突する様に繰り返し縁部に衝撃試験を実施し
た。繰り返しの衝撃回数は１回当たりの試験で１０回実
施し、衝撃位置を変えて１０箇所ずつ試験を実施した。
が圧電性セラミックス焼結体とほぼ同じ値を持つ、酸化
亜鉛５０重量部、酸化鉛５重量部、酸化ビスマス１重量
部、硼酸１５重量部、硅酸が残重量部のガラスフリット
を用い、第１図のハツチングで示す部分にメタライズ層
を形成した。メタライズ層の厚みは、１〜２μｍ、１０
〜１５μｍ、５０〜６０μｍの３種につき実施した。し
かる後に、本発明の実施例の積層型圧電アクチュエータ
の機械的衝撃に対する強度を調査する為、メタライズし
た縁部１０ａ、 １０ｂに、厚みが０．５ｍｍ、幅が２
０１ＩＩＩｉ、長さが５０ｍｍの鋼板を用い、鋼板の厚
さ部分が衝突する様に繰り返し縁部に衝撃試験を実施し
た。繰り返しの衝撃回数は１回当たりの試験で１０回実
施し、衝撃位置を変えて１０箇所ずつ試験を実施した。
比較の為、従来構造の積層型圧電アクチュエータについ
ても同様の試験を実施した。試験結果を第１表に示す。
ても同様の試験を実施した。試験結果を第１表に示す。
以下余白
第１表 〔割れの発生の有無〕
第１表に示す割れは、割れの長さが０．５ｍｍ以上、深
さ５０ミ知ン以上のものを割れとし計測した。
さ５０ミ知ン以上のものを割れとし計測した。
第１表より明かな様に、比較例の従来の積層型圧電アク
チュエータは１０箇所中９箇所に割れの発生が認められ
るが１本発明による積層型圧電アクチュエータでは、メ
タライズの厚みが１０μｍ以上の時は１箇所のみの割れ
の発生が認められるのみであり、本発明の実施例により
機械的衝撃に対する強度向上が認められる。尚、本発明
の実施例の金属は銀を用いた例で示したが、銀基外の、
金、白金、又は銀とこれ等金属との合金を用いてもよく
、全長ペーストを圧電性セラミックスにメタライズ記 する時の焼付は時のガス雰囲気を非酸化性雰囲気で行う
時は、金属として、ニッケル、又は銅を用いても本発明
と同じ効果が得られる事は当然である。
チュエータは１０箇所中９箇所に割れの発生が認められ
るが１本発明による積層型圧電アクチュエータでは、メ
タライズの厚みが１０μｍ以上の時は１箇所のみの割れ
の発生が認められるのみであり、本発明の実施例により
機械的衝撃に対する強度向上が認められる。尚、本発明
の実施例の金属は銀を用いた例で示したが、銀基外の、
金、白金、又は銀とこれ等金属との合金を用いてもよく
、全長ペーストを圧電性セラミックスにメタライズ記 する時の焼付は時のガス雰囲気を非酸化性雰囲気で行う
時は、金属として、ニッケル、又は銅を用いても本発明
と同じ効果が得られる事は当然である。
ハ６発明の効果
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の積層型圧電アク升ユニー
タは、積層したセラミックスの両端面及び端面の縁部に
、均一に硼硅酸亜鉛・鉛系ガラスのガラスフリットを含
む金属ペーストを焼付けした構造の積層型圧電アクチュ
エータであり、機械的衝撃に対する強度の向上がなされ
、より高品質の積層型圧電アクチュエータの提供が可能
となり、応用分野の拡大が計れる。
タは、積層したセラミックスの両端面及び端面の縁部に
、均一に硼硅酸亜鉛・鉛系ガラスのガラスフリットを含
む金属ペーストを焼付けした構造の積層型圧電アクチュ
エータであり、機械的衝撃に対する強度の向上がなされ
、より高品質の積層型圧電アクチュエータの提供が可能
となり、応用分野の拡大が計れる。
第１図は、本発明による積層型圧電アクチュエータの斜
視図。 第２図は、従来構造の積層型圧電アクチュエータの斜視
図。 １・・・本発明の積層型圧電アクチュエータ、２・・・
従来の積層型圧電アクチュエータ、３・・・圧電性セラ
ミックス焼結体、１０ａ、 １０ｂ・・・縁部、ｌｌａ
、 ｌｌｂ・・・セラミックス面、１２ａ、 １２ｂ・
・・内部電極、１３・・・ガラス絶縁部、１４・・・外
部電極、２１・・・メタライズ部。
視図。 第２図は、従来構造の積層型圧電アクチュエータの斜視
図。 １・・・本発明の積層型圧電アクチュエータ、２・・・
従来の積層型圧電アクチュエータ、３・・・圧電性セラ
ミックス焼結体、１０ａ、 １０ｂ・・・縁部、ｌｌａ
、 ｌｌｂ・・・セラミックス面、１２ａ、 １２ｂ・
・・内部電極、１３・・・ガラス絶縁部、１４・・・外
部電極、２１・・・メタライズ部。
Claims (1)
- １． 圧電性セラミックス焼結体に互いに対向する複数
の内部電極層を積層し構成した積層型圧電アクチュエー
タにおいて、内部電極積層方向と直交する両端のセラミ
ックス面と該セラミックス面の縁部を、圧電性セラミッ
クス焼結体とほぼ等しい熱膨張係数を有する硼硅酸亜鉛
・鉛系のガラスフリットを１〜２０重量部を含有する金
属ペーストにより、メタライズされた構造とすることを
特徴とする積層型圧電アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1139636A JP2849615B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 積層型圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1139636A JP2849615B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 積層型圧電アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH037076A true JPH037076A (ja) | 1991-01-14 |
| JP2849615B2 JP2849615B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=15249895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1139636A Expired - Lifetime JP2849615B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 積層型圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2849615B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5389851A (en) * | 1990-07-30 | 1995-02-14 | Fujitsu Limited | Laminated piezoelectric element |
| US6507140B1 (en) * | 1999-06-19 | 2003-01-14 | Robert Bosch Gmbh | Piezoelectric actuator with an outer electrode that is adapted for thermal expansion |
| JP2011003574A (ja) * | 2009-06-16 | 2011-01-06 | Kyocera Corp | 積層型圧電素子、これを用いた噴射装置および燃料噴射システム |
-
1989
- 1989-05-31 JP JP1139636A patent/JP2849615B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5389851A (en) * | 1990-07-30 | 1995-02-14 | Fujitsu Limited | Laminated piezoelectric element |
| US6507140B1 (en) * | 1999-06-19 | 2003-01-14 | Robert Bosch Gmbh | Piezoelectric actuator with an outer electrode that is adapted for thermal expansion |
| JP2003502870A (ja) * | 1999-06-19 | 2003-01-21 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 圧電アクチュエータ |
| JP4996026B2 (ja) * | 1999-06-19 | 2012-08-08 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 圧電アクチュエータ |
| JP2011003574A (ja) * | 2009-06-16 | 2011-01-06 | Kyocera Corp | 積層型圧電素子、これを用いた噴射装置および燃料噴射システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2849615B2 (ja) | 1999-01-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081113 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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