JPH1052070A - 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
- JPH1052070A JPH1052070A JP8201559A JP20155996A JPH1052070A JP H1052070 A JPH1052070 A JP H1052070A JP 8201559 A JP8201559 A JP 8201559A JP 20155996 A JP20155996 A JP 20155996A JP H1052070 A JPH1052070 A JP H1052070A
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- Japan
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- piezoelectric
- plate
- connecting member
- outer peripheral
- laminated
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】湿度が高い場合や印加電圧が高い場合でも、放
電を抑制することができる積層型圧電アクチュエータを
提供する。 【解決手段】積層された複数の圧電板11と、これらの
圧電板11の間にそれぞれ介装され、且つ導電性接着剤
により圧電板11と接合された接続用突起部16を有す
る金属薄板15とを具備し、接続用突起部16を2つの
方向に交互に圧電板11から突出させて、一方側に突出
させた複数の接続用突起部16および他方側に突出させ
た複数の接続用突起部16を、積層された圧電板11の
外周部から離間した位置で接続部材17により電気的に
接続してなり、接続部材17と圧電板11との間の空隙
31に絶縁性セラミックス32を配置し、絶縁性セラミ
ックス32とまわりとの隙間に耐水性樹脂33を充填し
てなる。
電を抑制することができる積層型圧電アクチュエータを
提供する。 【解決手段】積層された複数の圧電板11と、これらの
圧電板11の間にそれぞれ介装され、且つ導電性接着剤
により圧電板11と接合された接続用突起部16を有す
る金属薄板15とを具備し、接続用突起部16を2つの
方向に交互に圧電板11から突出させて、一方側に突出
させた複数の接続用突起部16および他方側に突出させ
た複数の接続用突起部16を、積層された圧電板11の
外周部から離間した位置で接続部材17により電気的に
接続してなり、接続部材17と圧電板11との間の空隙
31に絶縁性セラミックス32を配置し、絶縁性セラミ
ックス32とまわりとの隙間に耐水性樹脂33を充填し
てなる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、積層型圧電アクチ
ュエータに係わり、例えば、光学装置等の精密位置決め
装置や振動防止用の駆動素子等に使用される積層型圧電
アクチュエータに関するものである。
ュエータに係わり、例えば、光学装置等の精密位置決め
装置や振動防止用の駆動素子等に使用される積層型圧電
アクチュエータに関するものである。
【0002】
【従来技術】従来から、圧電板を複数枚積層して、積層
型圧電体(積層型のアクチュエータ)を作製する方法が
多数開示されている(例えば特公昭56ー50434号
公報参照)。特に圧電板の接合方法により接合状態が大
きく変化し、積層後の特性の変動が大きく、素子間での
特性ばらつきが大きくなるため様々な信頼性向上の方法
が示されている。
型圧電体(積層型のアクチュエータ)を作製する方法が
多数開示されている(例えば特公昭56ー50434号
公報参照)。特に圧電板の接合方法により接合状態が大
きく変化し、積層後の特性の変動が大きく、素子間での
特性ばらつきが大きくなるため様々な信頼性向上の方法
が示されている。
【0003】積層型の圧電アクチュエータを作製する方
法としては、同時焼成による方法がある。この同時焼成
による方法では、圧電板の厚みを薄く作製することが比
較的容易であり、印加電界を高くできるために低電圧高
変位が可能であるが、圧電板材料(例えば、Pb(Zr
Ti)O3 等のセラミックスからなる)と同時焼成を行
なうための内部電極材料としては、PdやPt等の貴金
属を使用する必要があり、積層数が増すにしたがってコ
スト高になるという問題点があった。
法としては、同時焼成による方法がある。この同時焼成
による方法では、圧電板の厚みを薄く作製することが比
較的容易であり、印加電界を高くできるために低電圧高
変位が可能であるが、圧電板材料(例えば、Pb(Zr
Ti)O3 等のセラミックスからなる)と同時焼成を行
なうための内部電極材料としては、PdやPt等の貴金
属を使用する必要があり、積層数が増すにしたがってコ
スト高になるという問題点があった。
【0004】そこで、従来、コストを低減するために、
両面に金属電極を形成した圧電板を複数積層し、金属電
極間に金属薄板を配置し、これらの金属薄板の接続用突
起部を圧電板の外周縁に対して所定の空隙を残すように
軸方向に折り曲げ、同一極性の接続用突起部を重なり合
わせて導通させ、接続用突起部と圧電板の外周縁との空
隙に合成樹脂製の櫛歯状絶縁樹脂スペーサを挿入し、こ
れを熱収縮用の絶縁チューブ内に収容した積層型圧電ア
クチュエータが開示されている(特開平4−37098
7号)。
両面に金属電極を形成した圧電板を複数積層し、金属電
極間に金属薄板を配置し、これらの金属薄板の接続用突
起部を圧電板の外周縁に対して所定の空隙を残すように
軸方向に折り曲げ、同一極性の接続用突起部を重なり合
わせて導通させ、接続用突起部と圧電板の外周縁との空
隙に合成樹脂製の櫛歯状絶縁樹脂スペーサを挿入し、こ
れを熱収縮用の絶縁チューブ内に収容した積層型圧電ア
クチュエータが開示されている(特開平4−37098
7号)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平4−370
987号に開示された積層型圧電アクチュエータでは、
接続用突起部と圧電板の外周縁との空隙に合成樹脂製の
櫛歯状絶縁スペーサを挿入しているため、接続用突起部
と他の金属電極との短絡を防止できるが、未だスペーサ
と圧電板とはわずかな隙間があり、圧電板の外周面に沿
った沿面放電を有効に防止できず、この圧電アクチュー
タでは未だ放電が生じ易く、特に湿度が高い場合には顕
著に生じ易く、積層型圧電アクチュエータが破損し易い
という問題があった。
987号に開示された積層型圧電アクチュエータでは、
接続用突起部と圧電板の外周縁との空隙に合成樹脂製の
櫛歯状絶縁スペーサを挿入しているため、接続用突起部
と他の金属電極との短絡を防止できるが、未だスペーサ
と圧電板とはわずかな隙間があり、圧電板の外周面に沿
った沿面放電を有効に防止できず、この圧電アクチュー
タでは未だ放電が生じ易く、特に湿度が高い場合には顕
著に生じ易く、積層型圧電アクチュエータが破損し易い
という問題があった。
【0006】また、接続用突起部と圧電板の外周縁との
空隙に挿入される櫛歯状絶縁スペーサが合成樹脂製であ
ったため、耐薬品性に弱いという問題があった。
空隙に挿入される櫛歯状絶縁スペーサが合成樹脂製であ
ったため、耐薬品性に弱いという問題があった。
【0007】また、近年、小型の圧電アクチュエータで
大きな変位量を確保するため、より高い電圧を印加する
ことが行われるが、上記特開平4−370987号の圧
電アクチュエータでは、高い電圧を印加すると沿面放電
の可能性がさらに高くなり、破損し易いという問題があ
った。
大きな変位量を確保するため、より高い電圧を印加する
ことが行われるが、上記特開平4−370987号の圧
電アクチュエータでは、高い電圧を印加すると沿面放電
の可能性がさらに高くなり、破損し易いという問題があ
った。
【0008】さらに、圧電板が積層された積層圧電体の
外周面が露出していたため、この部分における放電が発
生する虞があった。
外周面が露出していたため、この部分における放電が発
生する虞があった。
【0009】本発明は、湿度が高い場合や印加電圧が高
い場合でも、放電を抑制することができる積層型圧電ア
クチュエータを提供することを目的とする。
い場合でも、放電を抑制することができる積層型圧電ア
クチュエータを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の積層型圧電アク
チュエータは、積層された複数の圧電板と、これらの圧
電板の間にそれぞれ介装され、且つ導電性接着剤により
前記圧電板と接合された接続用突起部を有する金属薄板
とを具備し、前記接続用突起部を2つの方向に交互に前
記圧電板から突出させて、一方側に突出させた複数の接
続用突起部および他方側に突出させた複数の接続用突起
部を、前記積層された圧電板の外周部から離間した位置
でそれぞれ接続部材により電気的に接続してなる積層型
圧電アクチュエータであって、前記接続部材と前記積層
された圧電板の外周部との間に形成された空隙に絶縁性
セラミックスを配置するとともに、該絶縁性セラミック
スと圧電板の外周部、金属薄板の接続用突起部、および
接続部材との間に耐水性樹脂を充填してなるものであ
る。
チュエータは、積層された複数の圧電板と、これらの圧
電板の間にそれぞれ介装され、且つ導電性接着剤により
前記圧電板と接合された接続用突起部を有する金属薄板
とを具備し、前記接続用突起部を2つの方向に交互に前
記圧電板から突出させて、一方側に突出させた複数の接
続用突起部および他方側に突出させた複数の接続用突起
部を、前記積層された圧電板の外周部から離間した位置
でそれぞれ接続部材により電気的に接続してなる積層型
圧電アクチュエータであって、前記接続部材と前記積層
された圧電板の外周部との間に形成された空隙に絶縁性
セラミックスを配置するとともに、該絶縁性セラミック
スと圧電板の外周部、金属薄板の接続用突起部、および
接続部材との間に耐水性樹脂を充填してなるものであ
る。
【0011】ここで、全体が耐水性樹脂からなる耐水性
被覆層で被覆されていることが望ましく、また、全体が
耐電圧材料からなる耐電圧被覆層で被覆され、さらに、
耐水性樹脂からなる耐水性被覆層で被覆されていること
が望ましい。
被覆層で被覆されていることが望ましく、また、全体が
耐電圧材料からなる耐電圧被覆層で被覆され、さらに、
耐水性樹脂からなる耐水性被覆層で被覆されていること
が望ましい。
【0012】
【作用】本発明の積層型圧電アクチュエータでは、接続
部材と圧電板の外周部との間の空隙には絶縁性セラミッ
クスが配置され、さらに、絶縁性セラミックスと圧電板
の外周部、金属薄板の接続用突起部、および接続部材と
の間には耐水性樹脂が充填されているので、正極側の接
続用突起部と他の負極側の金属薄板との絶縁性を確保し
て、沿面放電を抑制でき、これにより、高い電圧を圧電
板に印加し、大きい変位量を確保することができる。
部材と圧電板の外周部との間の空隙には絶縁性セラミッ
クスが配置され、さらに、絶縁性セラミックスと圧電板
の外周部、金属薄板の接続用突起部、および接続部材と
の間には耐水性樹脂が充填されているので、正極側の接
続用突起部と他の負極側の金属薄板との絶縁性を確保し
て、沿面放電を抑制でき、これにより、高い電圧を圧電
板に印加し、大きい変位量を確保することができる。
【0013】また、金属薄板の接続用突起部を折曲し
て、同じ極性を有する接続用突起部同士を接続する場合
でも、固体の絶縁セラミックスを配置するため、変形し
易い金属薄板を所定寸法通りに折曲することが可能とな
り、金属薄板の折曲作業を容易に行うことができる。
て、同じ極性を有する接続用突起部同士を接続する場合
でも、固体の絶縁セラミックスを配置するため、変形し
易い金属薄板を所定寸法通りに折曲することが可能とな
り、金属薄板の折曲作業を容易に行うことができる。
【0014】さらに、接続部材と圧電板の外周部との間
の空隙に、従来の合成樹脂製のスペーサに代えて絶縁セ
ラミックスを配置したので、油等に対する耐薬品性が向
上するとともに、絶縁セラミックスと、圧電板の外周
部、金属薄板の接続用突起部、および接続部材との間に
は耐水性樹脂が充填されているので、ごみや金属等の異
物の侵入を防止でき、正極側の接続用突起部と他の負極
側の金属薄板との絶縁性を確保できる。
の空隙に、従来の合成樹脂製のスペーサに代えて絶縁セ
ラミックスを配置したので、油等に対する耐薬品性が向
上するとともに、絶縁セラミックスと、圧電板の外周
部、金属薄板の接続用突起部、および接続部材との間に
は耐水性樹脂が充填されているので、ごみや金属等の異
物の侵入を防止でき、正極側の接続用突起部と他の負極
側の金属薄板との絶縁性を確保できる。
【0015】また、本発明の積層型圧電アクチュエータ
では、全体が耐水性樹脂からなる耐水性被覆層により被
覆されているため、放電をさらに防止でき、また、耐水
性樹脂からなる耐水性被覆層による被覆とともに、絶縁
性セラミックスと圧電板の外周部、金属薄板の接続用突
起部、および接続部材との間に耐水性樹脂を充填する作
業を同時に行うことができるので製造も容易である。
では、全体が耐水性樹脂からなる耐水性被覆層により被
覆されているため、放電をさらに防止でき、また、耐水
性樹脂からなる耐水性被覆層による被覆とともに、絶縁
性セラミックスと圧電板の外周部、金属薄板の接続用突
起部、および接続部材との間に耐水性樹脂を充填する作
業を同時に行うことができるので製造も容易である。
【0016】さらに、積層圧電体を耐電圧材料からなる
耐電圧被覆層で被覆した後、耐水性樹脂からなる耐水性
被覆層で被覆することにより、この耐水性被覆層により
積層圧電体の沿面放電を抑制でき、さらにまた、放電し
た場合でも耐電圧被覆層により圧電板の破損を防止でき
る。
耐電圧被覆層で被覆した後、耐水性樹脂からなる耐水性
被覆層で被覆することにより、この耐水性被覆層により
積層圧電体の沿面放電を抑制でき、さらにまた、放電し
た場合でも耐電圧被覆層により圧電板の破損を防止でき
る。
【0017】また、本発明では、接合部における機械的
損失を小さくすることができるため、電界印加時に発生
する変位ヒステリシスが小さく、繰り返し使用後の変位
量の低下が小さく、寿命の長い圧電アクチュエータを提
供することができる。
損失を小さくすることができるため、電界印加時に発生
する変位ヒステリシスが小さく、繰り返し使用後の変位
量の低下が小さく、寿命の長い圧電アクチュエータを提
供することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は本発明の積層型圧電アクチ
ュエータを示すもので、符号11は円板状の圧電板を示
している。これらの圧電板11はPb(ZrTi)O3
(以下PZTと略す)を主成分とする焼結体である。
ュエータを示すもので、符号11は円板状の圧電板を示
している。これらの圧電板11はPb(ZrTi)O3
(以下PZTと略す)を主成分とする焼結体である。
【0019】圧電板を構成する圧電材料は、例えば、チ
タン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス材
料などが使用されるが、これに限定されるものではな
く、圧電性を有するセラミックスであれば何れでも良
い。この圧電板を構成する圧電材料としては、圧電歪み
定数d33が高いものが望ましい。
タン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス材
料などが使用されるが、これに限定されるものではな
く、圧電性を有するセラミックスであれば何れでも良
い。この圧電板を構成する圧電材料としては、圧電歪み
定数d33が高いものが望ましい。
【0020】特に、金属成分としてPb、Zr、Ti、
Zn、Sb、Ni、Teと、SrおよびBaのうち少な
くとも一種を含む複合ペロブスカイト型化合物であっ
て、これらの金属元素のモル比による組成式を、Pb
1-x-y Srx Bay (Zn1/3 Sb2/3 )a (Ni1/2
Te1/2 )b ZrcTi1-a-b-c O3 と表わした時、
x,y,a,b,cのモル比が、0≦x≦0.12、0
≦y≦0.12、0<x+y、0.05≦a≦0.1
2、0≦b≦0.015、0.43≦c≦0.52を満
足する基本成分100重量部に対して、等モル比からな
るPbOおよびNb2 O5 を合量で0.2〜1.2重量
部添加含有してなる圧電磁器組成物が望ましい。
Zn、Sb、Ni、Teと、SrおよびBaのうち少な
くとも一種を含む複合ペロブスカイト型化合物であっ
て、これらの金属元素のモル比による組成式を、Pb
1-x-y Srx Bay (Zn1/3 Sb2/3 )a (Ni1/2
Te1/2 )b ZrcTi1-a-b-c O3 と表わした時、
x,y,a,b,cのモル比が、0≦x≦0.12、0
≦y≦0.12、0<x+y、0.05≦a≦0.1
2、0≦b≦0.015、0.43≦c≦0.52を満
足する基本成分100重量部に対して、等モル比からな
るPbOおよびNb2 O5 を合量で0.2〜1.2重量
部添加含有してなる圧電磁器組成物が望ましい。
【0021】この圧電板の厚みtは、小型化および高い
電圧を印加するという点から、0.2〜0.6mmであ
ることが望ましい。
電圧を印加するという点から、0.2〜0.6mmであ
ることが望ましい。
【0022】そして、複数の圧電板11が積層されてお
り、その間には2層の導電性接着層13が形成され、そ
れらの導電性接着層13間には金属薄板15が介装され
ている。これらの金属薄板15には、図2に示すよう
に、接続用突起部16および接続部材17が一体的に形
成されており、圧電板11の径方向に突出している。ま
た、接続用突起部16は、図1に示したように交互に1
80度反対を向くように、金属薄板15が圧電板11の
間に介装されており、これらの金属薄板15は、その接
続用突起部16の位置により正電極用金属薄板19,負
電極用金属薄板21とされている。そして、正電極用金
属薄板19の接続用突起部16が接続部材17により相
互に電気的に接続され、また負電極用金属薄板21の接
続用突起部16が接続部材17により相互に電気的に接
続されている。この図1では、接続用突起部16と接続
部材17が一体的に形成されており、金属薄板15の接
続用突起部16の先端部が折曲され、その折曲部が接続
部材17とされている。
り、その間には2層の導電性接着層13が形成され、そ
れらの導電性接着層13間には金属薄板15が介装され
ている。これらの金属薄板15には、図2に示すよう
に、接続用突起部16および接続部材17が一体的に形
成されており、圧電板11の径方向に突出している。ま
た、接続用突起部16は、図1に示したように交互に1
80度反対を向くように、金属薄板15が圧電板11の
間に介装されており、これらの金属薄板15は、その接
続用突起部16の位置により正電極用金属薄板19,負
電極用金属薄板21とされている。そして、正電極用金
属薄板19の接続用突起部16が接続部材17により相
互に電気的に接続され、また負電極用金属薄板21の接
続用突起部16が接続部材17により相互に電気的に接
続されている。この図1では、接続用突起部16と接続
部材17が一体的に形成されており、金属薄板15の接
続用突起部16の先端部が折曲され、その折曲部が接続
部材17とされている。
【0023】使用する金属薄板15は導電性を有するも
ので、例えば、銀、真鍮、銅、ステンレス等の金属が好
ましい。金属薄板15の厚さは、変位量に寄与しないた
めにできるだけ薄いもの、例えば、20〜50μmのも
のが好ましい。また、金属薄板15としては、他の金属
薄板15との短絡や放電を防止するために、積層圧電体
の外周面に露出しないように、圧電板11よりも小さい
ことが望ましい。
ので、例えば、銀、真鍮、銅、ステンレス等の金属が好
ましい。金属薄板15の厚さは、変位量に寄与しないた
めにできるだけ薄いもの、例えば、20〜50μmのも
のが好ましい。また、金属薄板15としては、他の金属
薄板15との短絡や放電を防止するために、積層圧電体
の外周面に露出しないように、圧電板11よりも小さい
ことが望ましい。
【0024】金属薄板15の接続用突起部16および接
続部材17を構成する部分は、図2に示すように、縦1
〜3mm、横1mm以上が望ましい。
続部材17を構成する部分は、図2に示すように、縦1
〜3mm、横1mm以上が望ましい。
【0025】接続部材17の長さaは0.5〜2.4m
mが望ましい。これは、接続部材17の長さaが0.5
mmより短い場合には接続不良が生じ易く、接続部材1
7の長さaが2.4mmより長い場合には当接部が3重
に接合されることがあるからである。
mが望ましい。これは、接続部材17の長さaが0.5
mmより短い場合には接続不良が生じ易く、接続部材1
7の長さaが2.4mmより長い場合には当接部が3重
に接合されることがあるからである。
【0026】さらに、他の接続部材17との当接部分の
長さbは0.2〜1.2mmが望ましい。これは、bが
0.2mmより短い場合には接続不良が生じ易く、bが
1.2mmより長い場合には3重に接合されることがあ
り、空隙部の距離cを圧迫し、放電が発生し易くなるか
らである。
長さbは0.2〜1.2mmが望ましい。これは、bが
0.2mmより短い場合には接続不良が生じ易く、bが
1.2mmより長い場合には3重に接合されることがあ
り、空隙部の距離cを圧迫し、放電が発生し易くなるか
らである。
【0027】接続部材17と積層圧電体の外周部との距
離cは、0.2〜0.6mmが望ましい。これは、cが
0.2mmより短い場合には.放電が生じ易く、cが
0.6mmより長い場合には放電が発生しにくくなるも
のの、積層型圧電アクチュエータ自体が大型化するから
である。
離cは、0.2〜0.6mmが望ましい。これは、cが
0.2mmより短い場合には.放電が生じ易く、cが
0.6mmより長い場合には放電が発生しにくくなるも
のの、積層型圧電アクチュエータ自体が大型化するから
である。
【0028】圧電板11の厚みtと、接続部材17の長
さa、当接部分の長さb、距離cとの関係は、接続部材
17の長さaが厚みtの約4倍、当接部分の長さbが厚
みtより大きく、厚みtの2倍より小さく、さらに、距
離cは厚みtとほぼ同じか、それ以上であることが望ま
しい。
さa、当接部分の長さb、距離cとの関係は、接続部材
17の長さaが厚みtの約4倍、当接部分の長さbが厚
みtより大きく、厚みtの2倍より小さく、さらに、距
離cは厚みtとほぼ同じか、それ以上であることが望ま
しい。
【0029】導電性接着層13は、上記したように、導
電性接着層用ペーストを圧電板11に塗布し乾燥するこ
とにより形成されるが、この導電性接着層用ペースト
は、Ag等の金属粉末とガラス成分を含有し、400〜
600℃程度で溶融するものが望ましい。これは、積層
時に加圧加熱すると導電性接着層用ペーストに含有され
るガラス成分が溶融し、圧電板11同士を強固に接合
し、高電界の繰り返し印加によって発生する界面での剥
離等を防止することができ、積層型圧電体の信頼性を向
上できるからである。導電性接着層用ペーストは、特
に、Ag粉末を40〜60重量%と、PbO−SiO2
−B2 O3 からなるガラス成分40〜60重量%とから
なることが望ましい。
電性接着層用ペーストを圧電板11に塗布し乾燥するこ
とにより形成されるが、この導電性接着層用ペースト
は、Ag等の金属粉末とガラス成分を含有し、400〜
600℃程度で溶融するものが望ましい。これは、積層
時に加圧加熱すると導電性接着層用ペーストに含有され
るガラス成分が溶融し、圧電板11同士を強固に接合
し、高電界の繰り返し印加によって発生する界面での剥
離等を防止することができ、積層型圧電体の信頼性を向
上できるからである。導電性接着層用ペーストは、特
に、Ag粉末を40〜60重量%と、PbO−SiO2
−B2 O3 からなるガラス成分40〜60重量%とから
なることが望ましい。
【0030】そして、接続部材17と圧電板11の外周
部との間の空隙31には、空隙形状に加工された絶縁性
セラミックス32が挿入され、さらに絶縁性セラミック
ス32と圧電板11の外周部、金属薄板15の接続用突
起部16、および接続部材17との間には、隙間がない
ように耐水性樹脂33で充填されている。使用される絶
縁性セラミックス32は、絶縁性の高いセラミックスで
あればいずれでも良く、例えばAl2 O3 等の酸化物
や、圧電板11と同一材料でも用いることができる。
部との間の空隙31には、空隙形状に加工された絶縁性
セラミックス32が挿入され、さらに絶縁性セラミック
ス32と圧電板11の外周部、金属薄板15の接続用突
起部16、および接続部材17との間には、隙間がない
ように耐水性樹脂33で充填されている。使用される絶
縁性セラミックス32は、絶縁性の高いセラミックスで
あればいずれでも良く、例えばAl2 O3 等の酸化物
や、圧電板11と同一材料でも用いることができる。
【0031】使用される耐水性樹脂33は、絶縁性が高
く、常温から200℃までの温度で硬化できる有機樹脂
であればどのようなものでも良いが、絶縁性が高く、充
填し易いという点からシリコン系樹脂やエポキシ系樹脂
であることが望ましい。
く、常温から200℃までの温度で硬化できる有機樹脂
であればどのようなものでも良いが、絶縁性が高く、充
填し易いという点からシリコン系樹脂やエポキシ系樹脂
であることが望ましい。
【0032】空隙31に絶縁性セラミックス32を挿入
し、さらに、絶縁性セラミックス32と圧電板11の外
周部、接続用突起部16および接続部材17との間に隙
間がないように耐水性樹脂33で充填するには、粘度等
の条件を調整し、空隙31内に耐水性樹脂33が流れこ
んでいくようにすることが必要である。耐水性樹脂33
を刷毛等で塗布したり、ペースト中に浸漬することによ
り充填できる。
し、さらに、絶縁性セラミックス32と圧電板11の外
周部、接続用突起部16および接続部材17との間に隙
間がないように耐水性樹脂33で充填するには、粘度等
の条件を調整し、空隙31内に耐水性樹脂33が流れこ
んでいくようにすることが必要である。耐水性樹脂33
を刷毛等で塗布したり、ペースト中に浸漬することによ
り充填できる。
【0033】また、本発明では、図3に示すように、積
層型圧電アクチュエータ全体の外周面が耐水性樹脂から
なる耐水性被覆層35で被覆されていることが望まし
い。これは、積層圧電体における沿面放電を防止できる
からである。しかしながら、湿度等が高い場所で使用す
る場合には、この部分で一旦放電すると被覆した樹脂が
炭化して導通し、圧電板11が破損し、圧電アクチュエ
ータが使用不可能となる虞がある。このため、図4に示
すように、積層型圧電アクチュエータ全体の外周面を耐
電圧性材料からなる耐電圧被覆層37で被覆した後、耐
水性被覆層35により被覆することが望ましい。この耐
電圧被覆層37により、放電が生じた場合でも圧電板1
1の破損を防止できる。尚、圧電板11の外周部、接続
用突起部16および接続部材17の外面を全て耐電圧被
覆層37および耐水性被覆層35で被覆することが望ま
しい。
層型圧電アクチュエータ全体の外周面が耐水性樹脂から
なる耐水性被覆層35で被覆されていることが望まし
い。これは、積層圧電体における沿面放電を防止できる
からである。しかしながら、湿度等が高い場所で使用す
る場合には、この部分で一旦放電すると被覆した樹脂が
炭化して導通し、圧電板11が破損し、圧電アクチュエ
ータが使用不可能となる虞がある。このため、図4に示
すように、積層型圧電アクチュエータ全体の外周面を耐
電圧性材料からなる耐電圧被覆層37で被覆した後、耐
水性被覆層35により被覆することが望ましい。この耐
電圧被覆層37により、放電が生じた場合でも圧電板1
1の破損を防止できる。尚、圧電板11の外周部、接続
用突起部16および接続部材17の外面を全て耐電圧被
覆層37および耐水性被覆層35で被覆することが望ま
しい。
【0034】耐水性樹脂としては、上記空隙充填用の樹
脂と同様のものが使用でき、このような耐水性被覆層
は、空隙の充填と同時に行うことができる。耐水性被覆
層は、耐水性樹脂を刷毛等で塗布したり、ペースト中に
浸漬して形成できる。耐水性被覆層の厚みは、耐水性向
上という点で50μm以上であることが望ましい。
脂と同様のものが使用でき、このような耐水性被覆層
は、空隙の充填と同時に行うことができる。耐水性被覆
層は、耐水性樹脂を刷毛等で塗布したり、ペースト中に
浸漬して形成できる。耐水性被覆層の厚みは、耐水性向
上という点で50μm以上であることが望ましい。
【0035】また、耐電圧材料としては、例えば、加熱
接合温度(400〜600℃)で溶融するPbO−Si
O2 −B2 O3 ガラスが望ましい。このような耐電圧材
料は、予め圧電板の外周面に耐電圧被覆層を形成し、こ
のような圧電板を積層し、加圧しながら加熱して圧電板
同士を接合すると同時に、圧電板の外周面の耐電圧被覆
層が溶融し、積層圧電体全面を耐電圧材料で被覆するこ
とができる。また、耐電圧材料としてAl2 O3 等のセ
ラミックフィラー入りエポキシ樹脂であっても良い。
接合温度(400〜600℃)で溶融するPbO−Si
O2 −B2 O3 ガラスが望ましい。このような耐電圧材
料は、予め圧電板の外周面に耐電圧被覆層を形成し、こ
のような圧電板を積層し、加圧しながら加熱して圧電板
同士を接合すると同時に、圧電板の外周面の耐電圧被覆
層が溶融し、積層圧電体全面を耐電圧材料で被覆するこ
とができる。また、耐電圧材料としてAl2 O3 等のセ
ラミックフィラー入りエポキシ樹脂であっても良い。
【0036】このような積層型圧電アクチュエータは、
圧電板11の両面にそれぞれ導電性ペーストを塗布し、
この導電性接着層用ペーストを乾燥させ、焼き付けた
後、複数の圧電板11の間、即ち、上記導電性接着層用
ペースト間に接続用突起部16を有する金属薄板15を
介装して積層し、この後加熱しながら加圧し、複数の圧
電板11を相互に接合し、圧電板11と金属薄板15と
の間に導電性接着層13を形成することにより形成され
る。
圧電板11の両面にそれぞれ導電性ペーストを塗布し、
この導電性接着層用ペーストを乾燥させ、焼き付けた
後、複数の圧電板11の間、即ち、上記導電性接着層用
ペースト間に接続用突起部16を有する金属薄板15を
介装して積層し、この後加熱しながら加圧し、複数の圧
電板11を相互に接合し、圧電板11と金属薄板15と
の間に導電性接着層13を形成することにより形成され
る。
【0037】そして、圧電板11を挟持している正電極
用金属薄板19および負電極用金属薄板21の接続用突
起部16をそれぞれ接続する。即ち、先ず、正電極用金
属薄板19の接続用突起部16の間、および負電極用金
属薄板21の接続用突起部16の間に絶縁性セラミック
ス32を配置し、正電極用金属薄板19の接続部材17
を折曲して接続部材17同士を電気的に接続し、負電極
用金属薄板21の接続部材17を折曲して接続部材17
同士を電気的に接続し、絶縁性セラミックス32とまわ
りとの隙間に耐水性樹脂33を充填することにより製造
される。接続部材17同士はハンダや溶接により接合さ
れる。
用金属薄板19および負電極用金属薄板21の接続用突
起部16をそれぞれ接続する。即ち、先ず、正電極用金
属薄板19の接続用突起部16の間、および負電極用金
属薄板21の接続用突起部16の間に絶縁性セラミック
ス32を配置し、正電極用金属薄板19の接続部材17
を折曲して接続部材17同士を電気的に接続し、負電極
用金属薄板21の接続部材17を折曲して接続部材17
同士を電気的に接続し、絶縁性セラミックス32とまわ
りとの隙間に耐水性樹脂33を充填することにより製造
される。接続部材17同士はハンダや溶接により接合さ
れる。
【0038】尚、本発明の積層型圧電アクチュエータは
円柱状や四角柱、六角柱等どのような多角形状であって
も良い。
円柱状や四角柱、六角柱等どのような多角形状であって
も良い。
【0039】
実施例1 Pb1-x-y Srx Bay (Zn1/3 Sb2/3 )a (Ni
1/2 Te1/2 )b Zrc Ti1-a-b-c O3 と表わした
時、x=0.04、y=0.02、a=0.075、b
=0.005、c=0.47を満足する基本成分100
重量部に対して、等モル比からなるPbOおよびNb2
O5 を合量で0.5重量部添加含有した焼結体の両面を
研磨して、直径20mm、厚み0.5mmの円板状の圧
電板11を形成した。この圧電板11の両主面に、Ag
粉末55重量%、PbO−SiO2−B2 O3 ガラス4
5重量%の電気伝導性ペーストを10μmの厚みになる
ように印刷した後、100℃にて乾燥し、520℃で焼
き付けた。厚さ25μmのAg製薄板を、図2に示した
ような2mm×2mmの突起部を有する直径20mmの
円形に打ち抜き、金属薄板15とし、この金属薄板15
を圧電板11の間に挟み込み、圧電板11を100層積
層して積層型圧電体を形成した。
1/2 Te1/2 )b Zrc Ti1-a-b-c O3 と表わした
時、x=0.04、y=0.02、a=0.075、b
=0.005、c=0.47を満足する基本成分100
重量部に対して、等モル比からなるPbOおよびNb2
O5 を合量で0.5重量部添加含有した焼結体の両面を
研磨して、直径20mm、厚み0.5mmの円板状の圧
電板11を形成した。この圧電板11の両主面に、Ag
粉末55重量%、PbO−SiO2−B2 O3 ガラス4
5重量%の電気伝導性ペーストを10μmの厚みになる
ように印刷した後、100℃にて乾燥し、520℃で焼
き付けた。厚さ25μmのAg製薄板を、図2に示した
ような2mm×2mmの突起部を有する直径20mmの
円形に打ち抜き、金属薄板15とし、この金属薄板15
を圧電板11の間に挟み込み、圧電板11を100層積
層して積層型圧電体を形成した。
【0040】尚、金属薄板15の接続用突起部16は一
層おきに同じ位置にくるように、他方は180度反対側
に来るように配置した。圧電板11を100層積層した
圧電板は、位置ずれが生じないように軽く圧力を加えた
後、積層体の上部に約4kgの重りを乗せて、600
℃、1時間で加圧接合した。
層おきに同じ位置にくるように、他方は180度反対側
に来るように配置した。圧電板11を100層積層した
圧電板は、位置ずれが生じないように軽く圧力を加えた
後、積層体の上部に約4kgの重りを乗せて、600
℃、1時間で加圧接合した。
【0041】次に、図1に示したように、接続用突起部
16の間に2mm×1mm×0.2mmに加工した圧電
板と同一材質の絶縁セラミックス32を配置し、圧電板
11の径方向に突出した接続用突起部16に形成された
接続部材17を軸方向に折曲げ、一層おいた隣の接続部
材17とハンダにより接続し、正電極用金属薄板19の
接続用突起部16同士を接続部材17により電気的に接
続するとともに、負電極用金属薄板21の接続用突起部
16同士を接続部材17により電気的に接続した。
16の間に2mm×1mm×0.2mmに加工した圧電
板と同一材質の絶縁セラミックス32を配置し、圧電板
11の径方向に突出した接続用突起部16に形成された
接続部材17を軸方向に折曲げ、一層おいた隣の接続部
材17とハンダにより接続し、正電極用金属薄板19の
接続用突起部16同士を接続部材17により電気的に接
続するとともに、負電極用金属薄板21の接続用突起部
16同士を接続部材17により電気的に接続した。
【0042】接続部材17の長さaは1.5mmであ
り、他の接続部材17との当接部分の長さbは1.0m
mであり、接続部材17と積層圧電体の外周部との距離
cは、0.3mmとした。
り、他の接続部材17との当接部分の長さbは1.0m
mであり、接続部材17と積層圧電体の外周部との距離
cは、0.3mmとした。
【0043】これを80℃のシリコンオイル中で3kv
/mmの直流電圧を30分間印加して分極処理を行なっ
た。
/mmの直流電圧を30分間印加して分極処理を行なっ
た。
【0044】この後、絶縁性セラミックス32と圧電板
11の外周部、接続用突起部16および接続部材17と
の間に隙間がないようにエポキシ樹脂で充填し、120
℃において1時間加熱して硬化させた。
11の外周部、接続用突起部16および接続部材17と
の間に隙間がないようにエポキシ樹脂で充填し、120
℃において1時間加熱して硬化させた。
【0045】得られた積層型圧電アクチュエータに50
0Vの直流電圧を印加した結果、40μmの変位量が得
られた。更にこのアクチュエータに0Vから+500V
の交流電界を10Hzの周波数にて印加した結果、印加
回数3×107 回まで40μmの変位量を維持した。
0Vの直流電圧を印加した結果、40μmの変位量が得
られた。更にこのアクチュエータに0Vから+500V
の交流電界を10Hzの周波数にて印加した結果、印加
回数3×107 回まで40μmの変位量を維持した。
【0046】さらに、本発明の積層型圧電アクチュエー
タ100個を、湿度95%の大気中で、0Vから+50
0Vの交流電界を10Hzの周波数にて1×107 回印
加した場合でも、全く放電が生じず、破損もしなかっ
た。
タ100個を、湿度95%の大気中で、0Vから+50
0Vの交流電界を10Hzの周波数にて1×107 回印
加した場合でも、全く放電が生じず、破損もしなかっ
た。
【0047】これに対して、圧電アクチュエータの接続
部材17と圧電板11の外周部との間の空隙31に、エ
ポキシ樹脂を充填することなく、絶縁樹脂スペーサを挿
入したアクチュエータを作製し、これに500Vの直流
電圧を印加した結果、40μmの変位量が得られた。更
にこの圧電アクチュエータを10個作製し、0Vから+
500Vの交流電界を10Hzの周波数にて1×106
回印加した結果、沿面放電のため2個が破損した。
部材17と圧電板11の外周部との間の空隙31に、エ
ポキシ樹脂を充填することなく、絶縁樹脂スペーサを挿
入したアクチュエータを作製し、これに500Vの直流
電圧を印加した結果、40μmの変位量が得られた。更
にこの圧電アクチュエータを10個作製し、0Vから+
500Vの交流電界を10Hzの周波数にて1×106
回印加した結果、沿面放電のため2個が破損した。
【0048】尚、変位量の測定は、試料を防振台上に固
定し、試料上面にアルミニウム箔を張り付けて、レーザ
ー変位計により、素子の中心部及び周囲部3箇所で測定
した値の平均値で評価した。
定し、試料上面にアルミニウム箔を張り付けて、レーザ
ー変位計により、素子の中心部及び周囲部3箇所で測定
した値の平均値で評価した。
【0049】実施例2 また、本発明者等は、実施例1の積層型圧電アクチュエ
ータの外周面にエポキシ樹脂を厚み200μmで被覆し
た図3に示す圧電アクチュエータについて、上記と同様
に交流電界印加試験を行った結果、1×108 回印加し
た場合でも放電は生じず、破損もしなかった。
ータの外周面にエポキシ樹脂を厚み200μmで被覆し
た図3に示す圧電アクチュエータについて、上記と同様
に交流電界印加試験を行った結果、1×108 回印加し
た場合でも放電は生じず、破損もしなかった。
【0050】実施例3 また、本発明者等は、実施例1の積層型圧電アクチュエ
ータの外周面にPbO−SiO2 −B2 O3 ガラスから
なる厚み10μmの耐電圧被覆層、この耐電圧層の表面
にエポキシ樹脂からなる耐水性樹脂層を厚み200μm
で被覆した、図4に示す圧電アクチュエータについて、
上記と同様に交流電界印加試験を行った結果、1×10
9 回印加した場合でも放電は生じず、破損もしなかっ
た。
ータの外周面にPbO−SiO2 −B2 O3 ガラスから
なる厚み10μmの耐電圧被覆層、この耐電圧層の表面
にエポキシ樹脂からなる耐水性樹脂層を厚み200μm
で被覆した、図4に示す圧電アクチュエータについて、
上記と同様に交流電界印加試験を行った結果、1×10
9 回印加した場合でも放電は生じず、破損もしなかっ
た。
【0051】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、接
続用突起部と他の金属薄板との絶縁性を確保して放電を
抑制でき、これにより、高い電圧を圧電板に印加し、大
きい変位量を確保することができる。また、圧電板が複
数積層された積層圧電体の外周面に耐水性被覆層を被覆
することにより、放電をさらに防止でき、また、耐水性
樹脂の被覆とともに接続部材と積層圧電板の外周部との
間の空隙の充填を同時に行うことができるので製造も容
易である。さらに、アクチュエータを耐電圧材料で被覆
した後、耐水性樹脂で被覆したので、この耐水性樹脂に
より積層圧電体の沿面放電を抑制でき、さらにまた、放
電した場合でも耐電圧材料の被覆層により圧電板の破損
を防止できる。よって、湿度が高い場合や印加電圧が高
い場合でも、放電を抑制することができる。
続用突起部と他の金属薄板との絶縁性を確保して放電を
抑制でき、これにより、高い電圧を圧電板に印加し、大
きい変位量を確保することができる。また、圧電板が複
数積層された積層圧電体の外周面に耐水性被覆層を被覆
することにより、放電をさらに防止でき、また、耐水性
樹脂の被覆とともに接続部材と積層圧電板の外周部との
間の空隙の充填を同時に行うことができるので製造も容
易である。さらに、アクチュエータを耐電圧材料で被覆
した後、耐水性樹脂で被覆したので、この耐水性樹脂に
より積層圧電体の沿面放電を抑制でき、さらにまた、放
電した場合でも耐電圧材料の被覆層により圧電板の破損
を防止できる。よって、湿度が高い場合や印加電圧が高
い場合でも、放電を抑制することができる。
【図1】本発明の円柱状の積層型圧電アクチュエータを
示す縦断面図である。
示す縦断面図である。
【図2】図1の金属薄板を示す平面図である。
【図3】耐水性樹脂層が形成された本発明の積層型圧電
アクチュエータを示す縦断面図である。
アクチュエータを示す縦断面図である。
【図4】耐水性樹脂層および耐電圧層が形成された本発
明の積層型圧電アクチュエータを示す縦断面図である。
明の積層型圧電アクチュエータを示す縦断面図である。
【符号の説明】 11・・・圧電板 13・・・導電性接着層 15・・・金属薄板 16・・・接続用突起部 17・・・接続部材 19・・・正電極用金属薄板 21・・・負電極用金属薄板 31・・・空隙 32・・・絶縁性セラミックス 33・・・耐水性樹脂 35・・・耐水性被覆層 37・・・耐電圧被覆層 t・・・圧電板の厚み a・・・接続部材長さ b・・・当接部分の長さ c・・・接続部材と積層圧電体の外周部との距離
フロントページの続き (72)発明者 鬼塚 克彦 鹿児島県国分市山下町1番4号 京セラ株 式会社総合研究所内
Claims (3)
- 【請求項1】積層された複数の圧電板と、これらの圧電
板の間にそれぞれ介装され、且つ導電性接着剤により前
記圧電板と接合された接続用突起部を有する金属薄板と
を具備し、前記接続用突起部を2つの方向に交互に前記
圧電板から突出させて、一方側に突出させた複数の接続
用突起部および他方側に突出させた複数の接続用突起部
を、前記積層された圧電板の外周部から離間した位置で
それぞれ接続部材により電気的に接続してなる積層型圧
電アクチュエータであって、前記接続部材と前記積層さ
れた圧電板の外周部との間に形成された空隙に絶縁性セ
ラミックスを配置するとともに、該絶縁性セラミックス
と前記圧電板の外周部、前記金属薄板の接続用突起部、
および前記接続部材との間に耐水性樹脂を充填してなる
ことを特徴とする積層型圧電アクチュエータ。 - 【請求項2】全体が耐水性樹脂からなる耐水性被覆層で
被覆されている請求項1記載の積層型圧電アクチュエー
タ。 - 【請求項3】全体が耐電圧材料からなる耐電圧被覆層で
被覆され、さらに、耐水性樹脂からなる耐水性被覆層で
被覆されている請求項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 |
|---|---|---|---|
| JP8201559A JPH1052070A (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | 積層型圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8201559A JPH1052070A (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | 積層型圧電アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1052070A true JPH1052070A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=16443066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8201559A Pending JPH1052070A (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | 積層型圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1052070A (ja) |
-
1996
- 1996-07-31 JP JP8201559A patent/JPH1052070A/ja active Pending
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