JPH0793464B2 - 積層セラミツク圧電体 - Google Patents
積層セラミツク圧電体Info
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- JPH0793464B2 JPH0793464B2 JP61273745A JP27374586A JPH0793464B2 JP H0793464 B2 JPH0793464 B2 JP H0793464B2 JP 61273745 A JP61273745 A JP 61273745A JP 27374586 A JP27374586 A JP 27374586A JP H0793464 B2 JPH0793464 B2 JP H0793464B2
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- Japan
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- plate
- ceramic piezoelectric
- ceramic
- casing
- piezoelectric body
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
- H10N30/883—Additional insulation means preventing electrical, physical or chemical damage, e.g. protective coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は各種のアクチュエータとして用いる積層したセ
ラミック圧電体に関するものである。
ラミック圧電体に関するものである。
セラミック圧電体は応答性が良いため各種のアクチュエ
ータへの用途の研究が進められている。
ータへの用途の研究が進められている。
このように各種のアクチュエータへの用途を目的として
積層セラミック圧電体を用いる場合、従来では、第11図
に示すようにセラミック積層体１を底付円筒形状のケー
シング５内に収納するとともに、底面部5aによってセラ
ミック性の絶縁板２を介在させた状態でセラミック積層
体１の下端面1aを所定位置に固定保持している。
積層セラミック圧電体を用いる場合、従来では、第11図
に示すようにセラミック積層体１を底付円筒形状のケー
シング５内に収納するとともに、底面部5aによってセラ
ミック性の絶縁板２を介在させた状態でセラミック積層
体１の下端面1aを所定位置に固定保持している。
このような構成のものにおいて、ケーシング５の製作の
ため、金属材料を底付円筒形状に切削加工を施す場合、
加工技術の限界により底面部5aの絶縁板２への当接面5b
にうねり、突起等が生じ、当接面の平面度はどうしても
悪くなる。
ため、金属材料を底付円筒形状に切削加工を施す場合、
加工技術の限界により底面部5aの絶縁板２への当接面5b
にうねり、突起等が生じ、当接面の平面度はどうしても
悪くなる。
一方、積層セラミック圧電体を、例えば流体（特に非圧
縮性流体）の噴射用アクチュエータとして用いる場合、
アクチュエータを形成する積層セラミック圧電体の両端
面には瞬間的に膨大な力が加わる。
縮性流体）の噴射用アクチュエータとして用いる場合、
アクチュエータを形成する積層セラミック圧電体の両端
面には瞬間的に膨大な力が加わる。
従って、第11図に示すようにケーシング５にセラミック
積層体１を収納してアクチュエータとして用いる場合、
底面部5aの絶縁板２への当接面5bの平面度が充分でない
ため、当接面のうねり、突起が絶縁板２へ応力集中を招
く。ここで、絶縁板２及びセラミック圧電体はじん性が
少なく、複雑な応力集中により脆性破壊し、その部分か
ら放電を起こし、ついには機能が低下してしまうという
問題がある。
積層体１を収納してアクチュエータとして用いる場合、
底面部5aの絶縁板２への当接面5bの平面度が充分でない
ため、当接面のうねり、突起が絶縁板２へ応力集中を招
く。ここで、絶縁板２及びセラミック圧電体はじん性が
少なく、複雑な応力集中により脆性破壊し、その部分か
ら放電を起こし、ついには機能が低下してしまうという
問題がある。
本発明は以上のような問題点に鑑みてなされるもので、
大きな力が加わった場合においても絶縁板及びセラミッ
ク圧電板に亀裂が入ったり割れたりすることのない積層
セラミック圧電体を提供することを目的としている。
大きな力が加わった場合においても絶縁板及びセラミッ
ク圧電板に亀裂が入ったり割れたりすることのない積層
セラミック圧電体を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために本発明では次のように技術的
手段を講じた。
手段を講じた。
すなわち、複数のセラミック圧電板と複数の電極板とを
交互に積層して形成するとともに、電圧の印加に応じて
伸縮するセラミック積層体と、このセラミック積層体を
内部に収納するとともに、一体に設けられた底面部によ
って絶縁板を介在させた状態でセラミック積層体の一端
面を所定位置に固定保持する中空状のケーシングとを備
えた積層セラミック圧電体において、ケーシングの底面
部と絶縁板との間にケーシングの硬度以下の硬度を有す
る金属により構成されたダミー板を配設した。
交互に積層して形成するとともに、電圧の印加に応じて
伸縮するセラミック積層体と、このセラミック積層体を
内部に収納するとともに、一体に設けられた底面部によ
って絶縁板を介在させた状態でセラミック積層体の一端
面を所定位置に固定保持する中空状のケーシングとを備
えた積層セラミック圧電体において、ケーシングの底面
部と絶縁板との間にケーシングの硬度以下の硬度を有す
る金属により構成されたダミー板を配設した。
次に、第１図〜第４図を用いて本発明の一実施例を説明
する。第１図は本実施例の構成を示す断面図で、第２図
は第１図のセラミック積層体１の構成を示す分解斜視図
である。
する。第１図は本実施例の構成を示す断面図で、第２図
は第１図のセラミック積層体１の構成を示す分解斜視図
である。
第１図において、５はケーシングであって、このケーシ
ング５は例えばS45Cの焼き入れ鋼のようなかなり硬い材
質（HRC55〜63程度）の金属により構成され、底付中空
円筒形状に切削加工されている。
ング５は例えばS45Cの焼き入れ鋼のようなかなり硬い材
質（HRC55〜63程度）の金属により構成され、底付中空
円筒形状に切削加工されている。
ケーシング５内には、セラミック積層体１、絶縁板２、
ダミー板３が収納されており、セラミック積層体１、絶
縁板２、ダミー板３は熱収縮チューブ４によりケーシン
グ５の内周面5bと絶縁されている。
ダミー板３が収納されており、セラミック積層体１、絶
縁板２、ダミー板３は熱収縮チューブ４によりケーシン
グ５の内周面5bと絶縁されている。
セラミック積層体１は、第２図に示すように、円板状の
直径15mm、厚さ約0.5mmのセラミック圧電板101を薄い円
形の電極板105を間に挟在させながら円柱状に積層した
ものである。
直径15mm、厚さ約0.5mmのセラミック圧電板101を薄い円
形の電極板105を間に挟在させながら円柱状に積層した
ものである。
この円板状のセラミック圧電板101の表面及び裏面に
は、銀ペーストを各面に印刷することにより金属電極10
3が形成されている。この金属電極103は、直径約13mm、
厚さ約５μｍの円形薄膜状をなしている。
は、銀ペーストを各面に印刷することにより金属電極10
3が形成されている。この金属電極103は、直径約13mm、
厚さ約５μｍの円形薄膜状をなしている。
電極板105は導電性の良い材料、例えばステンレス等よ
りなり、直径約13mm、厚さ約20μｍの円板形状をなして
いる。そして、さらに、その外周縁部には、裏面方向に
約90゜折り曲がった舌状片部107が、120゜おきに３ケ所
形成されている。
りなり、直径約13mm、厚さ約20μｍの円板形状をなして
いる。そして、さらに、その外周縁部には、裏面方向に
約90゜折り曲がった舌状片部107が、120゜おきに３ケ所
形成されている。
上述のようなセラミック圧電板101と電極板105とを交互
に積層した状態においては、セラミック圧電板101を挟
んで互いに隣り合う電極板105は、垂直軸周りに位相が
約60゜ずれて配されている。すなわち、ある一つの電極
板105の３つの舌状舌部107が、隣り合う他の電極板105
の３つの舌状片部107のそれぞれの間に位置している。
に積層した状態においては、セラミック圧電板101を挟
んで互いに隣り合う電極板105は、垂直軸周りに位相が
約60゜ずれて配されている。すなわち、ある一つの電極
板105の３つの舌状舌部107が、隣り合う他の電極板105
の３つの舌状片部107のそれぞれの間に位置している。
そして、この金属板105のうち同位相にある電極板105、
すなわち一つおきに位置している金属板105の舌状片部1
07は、帯状金属109を溶接あるいは半田付する等して互
いに電気的に接続されている。この帯状金属109のう
ち、一連の電極板105に接続されている任意の１つは、
その長さが延長され、電極端子111を構成しており、ま
た、他連の金属板105に接続されている任意の１つも、
同じく電極端子113を構成している。この電極端子111,1
13にリード線等を介して高電圧源が接続されており、各
セラミック圧電板101は電圧が印加されることにより伸
縮する。
すなわち一つおきに位置している金属板105の舌状片部1
07は、帯状金属109を溶接あるいは半田付する等して互
いに電気的に接続されている。この帯状金属109のう
ち、一連の電極板105に接続されている任意の１つは、
その長さが延長され、電極端子111を構成しており、ま
た、他連の金属板105に接続されている任意の１つも、
同じく電極端子113を構成している。この電極端子111,1
13にリード線等を介して高電圧源が接続されており、各
セラミック圧電板101は電圧が印加されることにより伸
縮する。
第１図において、セラミック積層体１の図中下端面1a
は、絶縁板２、ダミー板３を順次介してケーシング５の
底面部5aにより所定位置に固定保持されている。
は、絶縁板２、ダミー板３を順次介してケーシング５の
底面部5aにより所定位置に固定保持されている。
絶縁板２はセラミックにより構成され、この絶縁板２は
セラミック積層体１と同径（直径15mm）で厚さ約2mmの
円板状の部材である。
セラミック積層体１と同径（直径15mm）で厚さ約2mmの
円板状の部材である。
ダミー板３は、例えばS45CあるいはSUS304等の剛性の高
い材質の金属により構成されており、その硬度はケーシ
ング５の硬度以下（HRC14〜54程度）に設定されてい
る。また、ダミー板３は、セラミック積層体１と同径
（直径15mm）で、厚さは0.5mm以上、かつ両端面は平面
度が15μｍ以下になるようにラップ加工が施されてい
る。
い材質の金属により構成されており、その硬度はケーシ
ング５の硬度以下（HRC14〜54程度）に設定されてい
る。また、ダミー板３は、セラミック積層体１と同径
（直径15mm）で、厚さは0.5mm以上、かつ両端面は平面
度が15μｍ以下になるようにラップ加工が施されてい
る。
ここで、本実施例ににおいては、ダミー板３の両端面の
平面度が15μｍ以下となるように設定してあるが、これ
は積層セラミック圧電体１をアクチュエータとして装着
するとともに、ダミー板３の平面度を変化させて伸縮回
数107回程度の試験研究を行ったところ、第３図に示す
ようにダミー板３の平面度が15μｍ以上の場合に絶縁板
２が曲げ応力により亀裂あるいは破壊し、これが原因と
なりセラミック圧電板101にクラックが発生することが
確認されたためで、そのようなことがないようにダミー
板３の平面度を15μｍ以下とした。
平面度が15μｍ以下となるように設定してあるが、これ
は積層セラミック圧電体１をアクチュエータとして装着
するとともに、ダミー板３の平面度を変化させて伸縮回
数107回程度の試験研究を行ったところ、第３図に示す
ようにダミー板３の平面度が15μｍ以上の場合に絶縁板
２が曲げ応力により亀裂あるいは破壊し、これが原因と
なりセラミック圧電板101にクラックが発生することが
確認されたためで、そのようなことがないようにダミー
板３の平面度を15μｍ以下とした。
また、本実施例においては、ダミー板３の厚み0.5mm以
上に設定してあるが、これは底面部5aと絶縁板２との間
にダミー板３を設けた積層セラミック圧電体をアクチュ
エータとして装着するとともに、ダミー板３の厚みを変
化させて伸縮回数107回程度の試験研究を行ったとこ
ろ、第４図に示すような結果が得られたためで、安全性
を考えてダミー板３の厚さを0.5mm以上とした。
上に設定してあるが、これは底面部5aと絶縁板２との間
にダミー板３を設けた積層セラミック圧電体をアクチュ
エータとして装着するとともに、ダミー板３の厚みを変
化させて伸縮回数107回程度の試験研究を行ったとこ
ろ、第４図に示すような結果が得られたためで、安全性
を考えてダミー板３の厚さを0.5mm以上とした。
次に、本実施例の作動を説明する。
本実施例の積層セラミック圧電体をアクチュエータとし
て装着し、セラミック積層体１の電極端子111,113に図
示しないリード線等を介して高電圧（1000V程度）を印
加すると、各セラミック圧電板101は伸長し、セラミッ
ク積層体１全体も積層方向に伸長する。
て装着し、セラミック積層体１の電極端子111,113に図
示しないリード線等を介して高電圧（1000V程度）を印
加すると、各セラミック圧電板101は伸長し、セラミッ
ク積層体１全体も積層方向に伸長する。
セラミック積層体１には、電圧の印加前に500kgf程度の
荷重があらかじめ加えられており、この各セラミック圧
電板101の伸長及び外部からのさらなる付加的な圧力に
よって、さらに500kgf以下の荷重が印加され、合計1000
kgf以上の荷重が加えられることになる。
荷重があらかじめ加えられており、この各セラミック圧
電板101の伸長及び外部からのさらなる付加的な圧力に
よって、さらに500kgf以下の荷重が印加され、合計1000
kgf以上の荷重が加えられることになる。
セラミック積層体１に加えられたこのような荷重は絶縁
板２及びダミー板３を介してケーシング５の底面部5aに
より支持固定される。すなわち、この荷重による反作用
力が底面部5aからダミー板３、絶縁板２、セラミック積
層体１に順次作用する。
板２及びダミー板３を介してケーシング５の底面部5aに
より支持固定される。すなわち、この荷重による反作用
力が底面部5aからダミー板３、絶縁板２、セラミック積
層体１に順次作用する。
ここで、ケーシング５の底面部5aのダミー板３への当接
面5bには、切削加工によるうねり、突起等が生じている
（通常、平面度15μｍ以上）。
面5bには、切削加工によるうねり、突起等が生じている
（通常、平面度15μｍ以上）。
従って、絶縁板２及びセラミック積層体１は、通常、こ
の突起が原因となって生じる応力集中を受ける。
の突起が原因となって生じる応力集中を受ける。
しかし、本実施例では、底面部5aと絶縁板２との間には
ケーシングの硬度以下の硬度を有するダミー板３が配設
されているので、当接面5bの突起をダミー板３が吸収
し、絶縁板２及びセラミック積層体１に突起が原因とな
って生じる応力集中を伝達させない。従って、絶縁板２
及びセラミック圧電板101が亀裂したり破壊したりする
ことがなく、耐久性が大幅に向上する。
ケーシングの硬度以下の硬度を有するダミー板３が配設
されているので、当接面5bの突起をダミー板３が吸収
し、絶縁板２及びセラミック積層体１に突起が原因とな
って生じる応力集中を伝達させない。従って、絶縁板２
及びセラミック圧電板101が亀裂したり破壊したりする
ことがなく、耐久性が大幅に向上する。
なお、ダミー板３に、第５図及び第６図に示すように、
面と面との交わりの角に斜面Ｃあるいは丸みＲを形成す
ることにより、ダミー板３の角に応力の集中するのを緩
和し、はめあいを容易にするようにしてもよい。ただ
し、ＣおよびＲの設定範囲はセラミック圧電板101の外
径と金属電極103の外径との関係により決定する。つま
り、各セラミック圧電体101に加えられる荷重は、金属
電極103のみに加わるので、この関係に基づいてＣおよ
びＲの設定範囲を決定する。従って、本実施例において
は、セラミック圧電体101の外径が15mmで、金属電極の
外径が13mmであるので、ＣおよびＲの設定範囲はダミー
板３の端面より1mm以内とする。
面と面との交わりの角に斜面Ｃあるいは丸みＲを形成す
ることにより、ダミー板３の角に応力の集中するのを緩
和し、はめあいを容易にするようにしてもよい。ただ
し、ＣおよびＲの設定範囲はセラミック圧電板101の外
径と金属電極103の外径との関係により決定する。つま
り、各セラミック圧電体101に加えられる荷重は、金属
電極103のみに加わるので、この関係に基づいてＣおよ
びＲの設定範囲を決定する。従って、本実施例において
は、セラミック圧電体101の外径が15mmで、金属電極の
外径が13mmであるので、ＣおよびＲの設定範囲はダミー
板３の端面より1mm以内とする。
また、第７図に示すように、ケーシング５の底面部5aの
外周部に環状溝６を形成することにより、当接面5bのラ
ップ加工を可能とし、この当接面5bの平面度を高めて、
応力集中による絶縁板２及びセラミック圧電体101の亀
裂あるいは破壊をさらに防止し、積層セラミック圧電体
の耐久性及び信頼性をより確実なものとすることができ
る。
外周部に環状溝６を形成することにより、当接面5bのラ
ップ加工を可能とし、この当接面5bの平面度を高めて、
応力集中による絶縁板２及びセラミック圧電体101の亀
裂あるいは破壊をさらに防止し、積層セラミック圧電体
の耐久性及び信頼性をより確実なものとすることができ
る。
なお、ダミー板３に当接する当接面5bの径は、第８図に
示すように、金属電極７の径よりも若干大きいことが必
要である。第８図は、第７図に示す構成の積層セラミッ
ク圧電体をアクチュエータとして装着するとともに、当
接面5bの径ｒを変化させて伸縮回数107回程度の試験研
究を行った結果得られた、当接面5bの径とクラック発生
率との関係を示す関係図である。第８図から明らかなよ
うに、当接面5bの径が、金属電極103の径（13mm）より
小さいと応力集中をきたし、亀裂あるいは破壊の原因と
なる。また、当接面5bの径が金属電極103の径と等しく
しても、セラミック積層体１がケーンング５内で若干ず
れる可能性があるため、亀裂あるいは破壊を完全に防止
することができない。
示すように、金属電極７の径よりも若干大きいことが必
要である。第８図は、第７図に示す構成の積層セラミッ
ク圧電体をアクチュエータとして装着するとともに、当
接面5bの径ｒを変化させて伸縮回数107回程度の試験研
究を行った結果得られた、当接面5bの径とクラック発生
率との関係を示す関係図である。第８図から明らかなよ
うに、当接面5bの径が、金属電極103の径（13mm）より
小さいと応力集中をきたし、亀裂あるいは破壊の原因と
なる。また、当接面5bの径が金属電極103の径と等しく
しても、セラミック積層体１がケーンング５内で若干ず
れる可能性があるため、亀裂あるいは破壊を完全に防止
することができない。
さらに、環状溝６の形状については、第９図〜第11図に
示すように、角部において斜面Ｃあるいは丸みＲを形成
しても良い。
示すように、角部において斜面Ｃあるいは丸みＲを形成
しても良い。
以上説明したように、本発明によれば、底面部と絶縁板
との間にケーシングの硬度以下の硬度を有するダミー板
を配設するという簡単な構成により、使用時に発生する
絶縁板及びセラミック圧電板の亀裂や破壊を防止して耐
久性の優れた積層セラミック圧電体が得られる。
との間にケーシングの硬度以下の硬度を有するダミー板
を配設するという簡単な構成により、使用時に発生する
絶縁板及びセラミック圧電板の亀裂や破壊を防止して耐
久性の優れた積層セラミック圧電体が得られる。
第１図〜第６図は本発明の一実施例に関するもので、第
１図は本実施例の構成を示す断面図、第２図は第１図の
セラミック積層体１の構成を示す分解斜視図、第３図は
ダミー板３の平面度とクラック発生率との関係を示す関
係図、第４図はダミー板３の厚さｔとクラック発生率と
の関係を示す関係図、第５図及び第６図は各々ダミー板
３の変形例を示す正面図、第７図〜第11図は本発明の他
の実施例に関するもので、第７図は本実施例の構成を示
す断面図、第８図は当接面5bの径ｒとクラック発生率と
の関係を示す関係図、第９図〜第11図は各々第７図の環
状溝６の変形例を示す図、第12図は従来の構成を示す断
面図である。 １……セラミック積層体,101……セラミック圧電板,105
……電極板,2……絶縁板,3……ダミー板,5……ケーシン
グ,5a……底面部。
１図は本実施例の構成を示す断面図、第２図は第１図の
セラミック積層体１の構成を示す分解斜視図、第３図は
ダミー板３の平面度とクラック発生率との関係を示す関
係図、第４図はダミー板３の厚さｔとクラック発生率と
の関係を示す関係図、第５図及び第６図は各々ダミー板
３の変形例を示す正面図、第７図〜第11図は本発明の他
の実施例に関するもので、第７図は本実施例の構成を示
す断面図、第８図は当接面5bの径ｒとクラック発生率と
の関係を示す関係図、第９図〜第11図は各々第７図の環
状溝６の変形例を示す図、第12図は従来の構成を示す断
面図である。 １……セラミック積層体,101……セラミック圧電板,105
……電極板,2……絶縁板,3……ダミー板,5……ケーシン
グ,5a……底面部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 哲史 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 三輪 直人 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−42183（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】複数のセラミック圧電板と複数の電極板と
を交互に積層して形成するとともに、電圧の印加に応じ
て伸縮するセラミック圧電体と、 このセラミック圧電体を内部に収納するとともに、一体
に設けられた積層体によって絶縁板を介在させた状態で
前記セラミック積層体の一端面を所定位置に固定保持す
る中空状のケーシングとを備えた積層セラミック圧電体
において、 前記ケーシングの底面部と前記絶縁板との間に前記ケー
シングの硬度以下の硬度を有するダミー板を配設したこ
とを特徴とする積層セラミック圧電体。 - 【請求項２】前記ダミー板は0.5mm以上の厚みを有する
ダミー板であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の積層セラミック圧電体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61273745A JPH0793464B2 (ja) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | 積層セラミツク圧電体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61273745A JPH0793464B2 (ja) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | 積層セラミツク圧電体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63127587A JPS63127587A (ja) | 1988-05-31 |
| JPH0793464B2 true JPH0793464B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=17531979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61273745A Expired - Lifetime JPH0793464B2 (ja) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | 積層セラミツク圧電体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0793464B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0732271B2 (ja) * | 1986-08-07 | 1995-04-10 | 日本電装株式会社 | 積層型圧電体 |
-
1986
- 1986-11-17 JP JP61273745A patent/JPH0793464B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63127587A (ja) | 1988-05-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |