JPH11214759A - 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
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- JPH11214759A JPH11214759A JP10011553A JP1155398A JPH11214759A JP H11214759 A JPH11214759 A JP H11214759A JP 10011553 A JP10011553 A JP 10011553A JP 1155398 A JP1155398 A JP 1155398A JP H11214759 A JPH11214759 A JP H11214759A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】不活性体と圧電板との境界部分における応力集
中を十分緩和して、境界部分の応力破壊を防止できる積
層型圧電アクチュエータを提供する。 【解決手段】複数の圧電板１１と複数の金属薄板１４と
を交互に積層し、該金属薄板１４を導電性接着剤により
各圧電板１１に接合した積層体１と、該積層体１上下に
それぞれ絶縁性接着剤により接合された不活性体１８と
を具備するとともに、金属薄板１４に形成された接続用
突起部１５を交互に少なくとも２方向に突出せしめ、同
一方向に突出した接続用突起部１５同士を電気的に接続
してなる積層型圧電アクチュエータであって、積層体１
と不活性体１８との絶縁性接着剤による接合面積Ｓ
1 が、積層体１の圧電板１１の不活性体１８側の面の面
積Ｓ2 よりも小さいものである。
中を十分緩和して、境界部分の応力破壊を防止できる積
層型圧電アクチュエータを提供する。 【解決手段】複数の圧電板１１と複数の金属薄板１４と
を交互に積層し、該金属薄板１４を導電性接着剤により
各圧電板１１に接合した積層体１と、該積層体１上下に
それぞれ絶縁性接着剤により接合された不活性体１８と
を具備するとともに、金属薄板１４に形成された接続用
突起部１５を交互に少なくとも２方向に突出せしめ、同
一方向に突出した接続用突起部１５同士を電気的に接続
してなる積層型圧電アクチュエータであって、積層体１
と不活性体１８との絶縁性接着剤による接合面積Ｓ
1 が、積層体１の圧電板１１の不活性体１８側の面の面
積Ｓ2 よりも小さいものである。
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、自動車用エンジンの燃料
噴射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、自動車用エンジンの燃料
噴射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、内部電極ペーストが塗布された
圧電板を複数枚積層して積層体を形成した積層型圧電ア
クチュエータが知られている。このような積層型圧電ア
クチュエータは、圧電板に電圧を印加して逆圧電効果に
よって圧電板を数〜数十μｍ伸長させ、アクチュエータ
の駆動力源とするものである。
圧電板を複数枚積層して積層体を形成した積層型圧電ア
クチュエータが知られている。このような積層型圧電ア
クチュエータは、圧電板に電圧を印加して逆圧電効果に
よって圧電板を数〜数十μｍ伸長させ、アクチュエータ
の駆動力源とするものである。
【０００３】従来の積層型圧電アクチュエータでは、圧
電的に活性な部分（積層体）の上下両端に圧電的に不活
性な部分（不活性体）を強固に接合した構造を有する。
電的に活性な部分（積層体）の上下両端に圧電的に不活
性な部分（不活性体）を強固に接合した構造を有する。
【０００４】従来、圧電板と金属薄板を交互に積層した
積層体と、該積層体の上下にそれぞれ絶縁性接着剤によ
り接合された一対の不活性体とを具備するとともに、金
属薄板に形成された接続用突起部を２方向に突出せし
め、同一方向に突出した前記接続用突起部同士を電気的
に接続してなる積層型圧電アクチュエータが知られてい
る。
積層体と、該積層体の上下にそれぞれ絶縁性接着剤によ
り接合された一対の不活性体とを具備するとともに、金
属薄板に形成された接続用突起部を２方向に突出せし
め、同一方向に突出した前記接続用突起部同士を電気的
に接続してなる積層型圧電アクチュエータが知られてい
る。
【０００５】また、近年では、小型の積層型圧電アクチ
ュエータで大きな変位量を確保し、更により早い駆動を
行うため、 高電圧、 高周波数での駆動が行われている。
ュエータで大きな変位量を確保し、更により早い駆動を
行うため、 高電圧、 高周波数での駆動が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
積層型圧電アクチュエータでは、圧電的に活性な部分
（積層体）と、圧電的に不活性で機械的エネルギーを伝
達する部分（不活性体）とが全面で強固に接合されてい
たために、積層型圧電アクチュエータに高電圧を高周波
数で印可し長時間駆動した場合には、不活性体と積層体
との境界部分に大きな応力集中が起こり、不活性体また
は積層体の圧電板が破損してしまうという問題があっ
た。これにより、不活性体が剥離したり、積層型圧電ア
クチュエータが作動しなくなるという問題があった。
積層型圧電アクチュエータでは、圧電的に活性な部分
（積層体）と、圧電的に不活性で機械的エネルギーを伝
達する部分（不活性体）とが全面で強固に接合されてい
たために、積層型圧電アクチュエータに高電圧を高周波
数で印可し長時間駆動した場合には、不活性体と積層体
との境界部分に大きな応力集中が起こり、不活性体また
は積層体の圧電板が破損してしまうという問題があっ
た。これにより、不活性体が剥離したり、積層型圧電ア
クチュエータが作動しなくなるという問題があった。
【０００７】そして、近年においては、積層型圧電アク
チュエータの積層体の最上層及び最下層の不活性体近傍
における内部電極層の重なり面積を、他の圧電的に活性
な活性体における内部電極層の重なり面積よりも小さく
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７−３０１６５号公報参照）。
チュエータの積層体の最上層及び最下層の不活性体近傍
における内部電極層の重なり面積を、他の圧電的に活性
な活性体における内部電極層の重なり面積よりも小さく
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７−３０１６５号公報参照）。
【０００８】このような積層型圧電アクチュエータで
は、不活性体近傍では活性体よりも変位量が小さくなる
ため、不活性体に伝達される応力をある程度小さくで
き、積層体と不活性体との境界部分に生ずる応力集中を
ある程度緩和できるものの、不活性体が積層体の上下全
面に接合されているため、積層体の変位による応力が不
活性体へ大きく伝達され、積層体と不活性体の境界部分
に生ずる応力集中が未だ大きいという問題があった。こ
れにより、高電圧高周波での長時間の駆動で、不活性体
や積層体においてクラックや破断が生じ易いという問題
があった。
は、不活性体近傍では活性体よりも変位量が小さくなる
ため、不活性体に伝達される応力をある程度小さくで
き、積層体と不活性体との境界部分に生ずる応力集中を
ある程度緩和できるものの、不活性体が積層体の上下全
面に接合されているため、積層体の変位による応力が不
活性体へ大きく伝達され、積層体と不活性体の境界部分
に生ずる応力集中が未だ大きいという問題があった。こ
れにより、高電圧高周波での長時間の駆動で、不活性体
や積層体においてクラックや破断が生じ易いという問題
があった。
【０００９】本発明は、高い印加電圧で高速で作動する
場合でも、不活性体と積層体との境界部分における応力
集中を十分緩和して、積層体と不活性体の境界部分にお
ける応力破壊を防止し、信頼性を向上し、且つ特性の安
定した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。
場合でも、不活性体と積層体との境界部分における応力
集中を十分緩和して、積層体と不活性体の境界部分にお
ける応力破壊を防止し、信頼性を向上し、且つ特性の安
定した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、複数の圧電板と複数の金属薄板とを交互
に積層し、該金属薄板を導電性接着剤により前記各圧電
板に接合した積層体と、該積層体の上下にそれぞれ絶縁
性接着剤により接合された不活性体とを具備するととも
に、前記金属薄板に形成された接続用突起部を交互に少
なくとも２方向に突出せしめ、同一方向に突出した前記
接続用突起部同士を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、前記積層体と前記不活性体との
絶縁性接着剤による接合面積が、前記圧電板の不活性体
側の面の面積よりも小さいものである。
チュエータは、複数の圧電板と複数の金属薄板とを交互
に積層し、該金属薄板を導電性接着剤により前記各圧電
板に接合した積層体と、該積層体の上下にそれぞれ絶縁
性接着剤により接合された不活性体とを具備するととも
に、前記金属薄板に形成された接続用突起部を交互に少
なくとも２方向に突出せしめ、同一方向に突出した前記
接続用突起部同士を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、前記積層体と前記不活性体との
絶縁性接着剤による接合面積が、前記圧電板の不活性体
側の面の面積よりも小さいものである。
【００１１】ここで、積層体と不活性体との絶縁性接着
剤による接合面積が、前記圧電板の不活性体側の面の面
積の６０〜９０％であることが望ましい。
剤による接合面積が、前記圧電板の不活性体側の面の面
積の６０〜９０％であることが望ましい。
【００１２】
【作用】本発明の積層型圧電アクチュエータでは、圧電
的に活性な圧電板と金属薄板とからなる積層体と、この
積層体の上下に配設される不活性体との接合面積を、圧
電体の面積よりも小さくしたので、積層体と不活性体は
部分的に接合されることになり、変位する積層体により
不活性体に伝達される応力が低減され、積層体と不活性
体との境界部分における応力集中を抑制でき、不活性体
または積層体端面の破損を防止できる。
的に活性な圧電板と金属薄板とからなる積層体と、この
積層体の上下に配設される不活性体との接合面積を、圧
電体の面積よりも小さくしたので、積層体と不活性体は
部分的に接合されることになり、変位する積層体により
不活性体に伝達される応力が低減され、積層体と不活性
体との境界部分における応力集中を抑制でき、不活性体
または積層体端面の破損を防止できる。
【００１３】また、積層体と不活性体との絶縁性接着剤
による接合面積を、積層体の圧電板における不活性体側
の面の面積の６０〜９０％としたので、積層体に不活性
体を確実に接合できるとともに、積層体により不活性体
に伝達される応力をさらに低減できる。
による接合面積を、積層体の圧電板における不活性体側
の面の面積の６０〜９０％としたので、積層体に不活性
体を確実に接合できるとともに、積層体により不活性体
に伝達される応力をさらに低減できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１および図２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１は積層体を示
している。尚、図１では絶縁性樹脂については省略し
た。積層体１は、図３に示すような金属薄板１４と、図
４に示すような両面に導電性接着剤層１２が形成された
圧電板１１とを交互に積層して構成されている。つま
り、圧電板１１間には金属薄板１４が介装されており、
これらの金属薄板１４は導電性接着剤層１２により両側
に配設された圧電板１１に接合されている。
圧電アクチュエータを示すもので、符号１は積層体を示
している。尚、図１では絶縁性樹脂については省略し
た。積層体１は、図３に示すような金属薄板１４と、図
４に示すような両面に導電性接着剤層１２が形成された
圧電板１１とを交互に積層して構成されている。つま
り、圧電板１１間には金属薄板１４が介装されており、
これらの金属薄板１４は導電性接着剤層１２により両側
に配設された圧電板１１に接合されている。
【００１５】圧電板１１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でも良
い。この圧電板１１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。
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でも良
い。この圧電板１１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。
【００１６】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。
【００１７】この圧電板１１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。
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。
【００１８】圧電板１１の両面に形成される導電性接着
剤層１２は、導電性ペーストを圧電板１１に塗布し４０
０〜６００℃程度で焼き付けることにより形成される。
この導電性ペーストは、Ａｇ等の導電性の金属粉末とガ
ラス成分からなっており、ガラス成分を高温で溶融する
ことにより圧電板１１に焼き付けられる。この導電性ペ
ーストは、特に、Ａｇ粉末を７０〜９８重量％と、Ｐｂ
Ｏ−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 からなるガラス成分２〜３０重
量％とからなることが望ましい。
剤層１２は、導電性ペーストを圧電板１１に塗布し４０
０〜６００℃程度で焼き付けることにより形成される。
この導電性ペーストは、Ａｇ等の導電性の金属粉末とガ
ラス成分からなっており、ガラス成分を高温で溶融する
ことにより圧電板１１に焼き付けられる。この導電性ペ
ーストは、特に、Ａｇ粉末を７０〜９８重量％と、Ｐｂ
Ｏ−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 からなるガラス成分２〜３０重
量％とからなることが望ましい。
【００１９】金属薄板１４には、図３に示すように、１
８０度の角度をなして１対の接続用突起部１５が形成さ
れており、上下に配置された金属薄板１４の接続用突起
部１５とは、図１に示したように、９０度の角度をなす
ように金属薄板１４が圧電板１１の間に介装されてい
る。これらの金属薄板１４は、その接続用突起部１５の
位置により正電極用金属薄板および負電極用金属薄板と
されている。同一方向に突出した接続用突起部１５同士
は、半田付け、溶接等により電気的に接続され、正電極
用外部電極および負電極用外部電極を形成している。
８０度の角度をなして１対の接続用突起部１５が形成さ
れており、上下に配置された金属薄板１４の接続用突起
部１５とは、図１に示したように、９０度の角度をなす
ように金属薄板１４が圧電板１１の間に介装されてい
る。これらの金属薄板１４は、その接続用突起部１５の
位置により正電極用金属薄板および負電極用金属薄板と
されている。同一方向に突出した接続用突起部１５同士
は、半田付け、溶接等により電気的に接続され、正電極
用外部電極および負電極用外部電極を形成している。
【００２０】使用する金属薄板１４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１４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、２０〜１００μｍの
ものが好ましい。また、金属薄板１４としては、他の金
属薄板１４との短絡や放電を防止するために、積層体の
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１４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、２０〜１００μｍの
ものが好ましい。また、金属薄板１４としては、他の金
属薄板１４との短絡や放電を防止するために、積層体の
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。
【００２１】そして、積層体１の上下面には、圧電的に
不活性で機械的エネルギーを伝達する不活性体１８が、
絶縁性接着剤層２２によりそれぞれ接合されている。積
層体１と不活性体１８との絶縁性接着剤による接合面
積、即ち、図５および図６に示すように、絶縁性接着剤
層２２の面積Ｓ1 は積層体１の圧電板１１の面積Ｓ2 よ
りも小とされている。尚、図６では、接続用突起部１５
および絶縁性樹脂１７については省略した。積層体１と
不活性体１８との絶縁性接着剤による接合面積Ｓ1 は、
積層体１の圧電板１１における不活性体１８側の面の面
積Ｓ2 との比（Ｓ1 ／Ｓ2 ×１００）が６０〜９０％で
あることが望ましく、特には、アクチュエータの弾性率
を大きくするという点から７５〜９０％であることが望
ましい。
不活性で機械的エネルギーを伝達する不活性体１８が、
絶縁性接着剤層２２によりそれぞれ接合されている。積
層体１と不活性体１８との絶縁性接着剤による接合面
積、即ち、図５および図６に示すように、絶縁性接着剤
層２２の面積Ｓ1 は積層体１の圧電板１１の面積Ｓ2 よ
りも小とされている。尚、図６では、接続用突起部１５
および絶縁性樹脂１７については省略した。積層体１と
不活性体１８との絶縁性接着剤による接合面積Ｓ1 は、
積層体１の圧電板１１における不活性体１８側の面の面
積Ｓ2 との比（Ｓ1 ／Ｓ2 ×１００）が６０〜９０％で
あることが望ましく、特には、アクチュエータの弾性率
を大きくするという点から７５〜９０％であることが望
ましい。
【００２２】絶縁性接着剤による接合面積Ｓ1 を、積層
体１の圧電板１１における不活性体１８側の面の面積Ｓ
2 の６０〜９０％が望ましいのは、不活性体１８と積層
体１の駆動中に発生する応力集中を十分に緩和できるか
らであり、圧電板１１の面積Ｓ2 に対して６０％より小
さい場合は、アクチュエータの弾性率が小さくなり、加
圧した状態で作動させる場合縮み、変位が小さくなるか
らであり、９０％より大きい場合は積層体１と不活性体
１８の境界部に応力集中が発生し易くなり、 クラックお
よび破断が生じ易くなるからである。積層体１と不活性
体１８との接合は、不活性体１８の片面に、例えば、ガ
ラスペーストからなる絶縁性接着剤を塗布し、４００〜
６００℃程度で焼き付けた絶縁性接着剤層２２を形成
し、積層体１に不活性体１８を積層した後、加熱するこ
とにより、積層体１の両端面に不活性体１８が絶縁性接
着剤層２２を介して接合される。ガラスペーストは、圧
電板１１に焼き付けられる導電性ペーストのガラス成分
ＰｂＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 と同一ガラス成分から形成
されている。
体１の圧電板１１における不活性体１８側の面の面積Ｓ
2 の６０〜９０％が望ましいのは、不活性体１８と積層
体１の駆動中に発生する応力集中を十分に緩和できるか
らであり、圧電板１１の面積Ｓ2 に対して６０％より小
さい場合は、アクチュエータの弾性率が小さくなり、加
圧した状態で作動させる場合縮み、変位が小さくなるか
らであり、９０％より大きい場合は積層体１と不活性体
１８の境界部に応力集中が発生し易くなり、 クラックお
よび破断が生じ易くなるからである。積層体１と不活性
体１８との接合は、不活性体１８の片面に、例えば、ガ
ラスペーストからなる絶縁性接着剤を塗布し、４００〜
６００℃程度で焼き付けた絶縁性接着剤層２２を形成
し、積層体１に不活性体１８を積層した後、加熱するこ
とにより、積層体１の両端面に不活性体１８が絶縁性接
着剤層２２を介して接合される。ガラスペーストは、圧
電板１１に焼き付けられる導電性ペーストのガラス成分
ＰｂＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 と同一ガラス成分から形成
されている。
【００２３】不活性体１８は、積層体１の端面に形成さ
れている金属薄板１４に接合しても良いし、圧電板１１
に接合しても良いが、特には金属薄板１４に接合するこ
とが望ましい。絶縁性接着剤による接合面積Ｓ1 は、図
６に示したように、金属薄板１４の面積よりも小さいこ
とが望ましい。
れている金属薄板１４に接合しても良いし、圧電板１１
に接合しても良いが、特には金属薄板１４に接合するこ
とが望ましい。絶縁性接着剤による接合面積Ｓ1 は、図
６に示したように、金属薄板１４の面積よりも小さいこ
とが望ましい。
【００２４】そして、図２に示したように、積層体１の
外周面および、不活性体１８の一部の外周面を絶縁性樹
脂１７で被覆するとともに、絶縁性接着剤で接合されて
いない圧電板１１と不活性体１８の間の隙間、圧電板１
１の相互間および圧電板外周面と接続用突起部１５との
間の空隙にも、同様に絶縁性樹脂１７が、隙間がないよ
うに充填されている。充填方法としては、粘度等の条件
を調整し、真空脱法など減圧下で空隙内に絶縁性樹脂１
７を充分に充填することが必要である。また絶縁性樹脂
１７については弾性率の低い材料を充填することが望ま
しい。さらに、絶縁性接着剤が充填されていない、つま
り絶縁性接着剤層２２が形成されていない積層体１と不
活性体１８との間にも、図２に示すように弾性率の低い
絶縁性樹脂１７が充填されているため、積層体１と不活
性体１８の間に発生する応力集中を緩和できる。
外周面および、不活性体１８の一部の外周面を絶縁性樹
脂１７で被覆するとともに、絶縁性接着剤で接合されて
いない圧電板１１と不活性体１８の間の隙間、圧電板１
１の相互間および圧電板外周面と接続用突起部１５との
間の空隙にも、同様に絶縁性樹脂１７が、隙間がないよ
うに充填されている。充填方法としては、粘度等の条件
を調整し、真空脱法など減圧下で空隙内に絶縁性樹脂１
７を充分に充填することが必要である。また絶縁性樹脂
１７については弾性率の低い材料を充填することが望ま
しい。さらに、絶縁性接着剤が充填されていない、つま
り絶縁性接着剤層２２が形成されていない積層体１と不
活性体１８との間にも、図２に示すように弾性率の低い
絶縁性樹脂１７が充填されているため、積層体１と不活
性体１８の間に発生する応力集中を緩和できる。
【００２５】
【実施例】Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy （Ｚｎ1/3 Ｓ
ｂ2/3 ）a （Ｎｉ1/2 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Ｐｂ
ＯおよびＮｂ2 Ｏ5 を合量で０．５重量部添加含有した
ＰＺＴ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。
ｂ2/3 ）a （Ｎｉ1/2 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Ｐｂ
ＯおよびＮｂ2 Ｏ5 を合量で０．５重量部添加含有した
ＰＺＴ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。
【００２６】この圧電板１１の両主面に、図４に示した
ように、Ａｇ粉末９７重量％、ＰｂＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ2
Ｏ3 を主成分とするガラス３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、導電性接着剤層１２
を形成した。
ように、Ａｇ粉末９７重量％、ＰｂＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ2
Ｏ3 を主成分とするガラス３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、導電性接着剤層１２
を形成した。
【００２７】厚さ２５μｍのＡｇ製薄板を、図３に示し
たような２ｍｍ×２ｍｍの接続用突起部１５を有する直
径１９ｍｍの円形に打ち抜き、接続用突起部１５を有す
る金属薄板１４を形成し、金属薄板１４を圧電板１１の
間に挟み込み、圧電板１１を１００層積層して積層体１
を形成した。尚、金属薄板１４の接続用突起部１５は一
層おきに同じ位置にくるように、交互に配置した。
たような２ｍｍ×２ｍｍの接続用突起部１５を有する直
径１９ｍｍの円形に打ち抜き、接続用突起部１５を有す
る金属薄板１４を形成し、金属薄板１４を圧電板１１の
間に挟み込み、圧電板１１を１００層積層して積層体１
を形成した。尚、金属薄板１４の接続用突起部１５は一
層おきに同じ位置にくるように、交互に配置した。
【００２８】また、上記ＰＺＴ焼結体を用い、直径２０
ｍｍ、厚み５ｍｍの円柱状の不活性体１８を作製した。
これらの不活性体１８の片面に、上記導電性ペーストの
ガラス材料と同じ、ＰｂＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 の絶縁
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、絶縁性接着
剤２２を形成した。その際、絶縁性接着剤層２２の印刷
面積Ｓ1 と圧電板１１の面積Ｓ2 との比（Ｓ1 ／Ｓ2 ）
を表１に示すように変化させた。
ｍｍ、厚み５ｍｍの円柱状の不活性体１８を作製した。
これらの不活性体１８の片面に、上記導電性ペーストの
ガラス材料と同じ、ＰｂＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 の絶縁
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、絶縁性接着
剤２２を形成した。その際、絶縁性接着剤層２２の印刷
面積Ｓ1 と圧電板１１の面積Ｓ2 との比（Ｓ1 ／Ｓ2 ）
を表１に示すように変化させた。
【００２９】そして、これらの不活性体１８を積層体１
に積層し、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３ｋｇの重りを乗せて、６００
℃、１時間で加圧接合した。
に積層し、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３ｋｇの重りを乗せて、６００
℃、１時間で加圧接合した。
【００３０】次に、図１に示したように、圧電板１１の
径方向に突出した接続用突起部１５の先端部を軸方向に
各々折曲げ、折り曲げた先端部をハンダで接続し、それ
ぞれ正電極用外部電極および負電極用外部電極とした。
また、絶縁性樹脂１７として絶縁性を有するシリコンゴ
ムを用い、図１に示したように積層体１および不活性体
１８の外周面を被覆した。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
処理を行ない、積層型圧電アクチュエータを作製した。
径方向に突出した接続用突起部１５の先端部を軸方向に
各々折曲げ、折り曲げた先端部をハンダで接続し、それ
ぞれ正電極用外部電極および負電極用外部電極とした。
また、絶縁性樹脂１７として絶縁性を有するシリコンゴ
ムを用い、図１に示したように積層体１および不活性体
１８の外周面を被覆した。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
処理を行ない、積層型圧電アクチュエータを作製した。
【００３１】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。そして、このアクチュエータに０Ｖから＋５０
０Ｖの直流電界を５０Ｈｚの周波数にて印加し、印加回
数１×１０8 回まで駆動を行い、１０6 回ごとに積層体
１と不活性体１８の境界部分でのクラックおよび破断を
目視により行なった。また、積層型圧電アクチュエータ
の弾性率を応力−歪み特性から算出した。その結果を表
１に記載した。
０Ｖの直流電圧を印加した結果、４０μｍの変位量が得
られた。そして、このアクチュエータに０Ｖから＋５０
０Ｖの直流電界を５０Ｈｚの周波数にて印加し、印加回
数１×１０8 回まで駆動を行い、１０6 回ごとに積層体
１と不活性体１８の境界部分でのクラックおよび破断を
目視により行なった。また、積層型圧電アクチュエータ
の弾性率を応力−歪み特性から算出した。その結果を表
１に記載した。
【００３２】
【表１】
【００３３】この表１から、本発明の積層型圧電アクチ
ュエータでは、印加回数１×１０8回まで駆動を行った
場合でも積層体１と不活性体１８の境界ではクラックお
よび破断は見られなかった。特に、Ｓ1 ／Ｓ2 が６０％
以上である場合には、弾性率が３０ＧＰａ以上であり、
積層型圧電アクチュエータを加圧下状態で用いる場合に
も縮む量が小さく、必要とされる変位量を得ることがで
きる。
ュエータでは、印加回数１×１０8回まで駆動を行った
場合でも積層体１と不活性体１８の境界ではクラックお
よび破断は見られなかった。特に、Ｓ1 ／Ｓ2 が６０％
以上である場合には、弾性率が３０ＧＰａ以上であり、
積層型圧電アクチュエータを加圧下状態で用いる場合に
も縮む量が小さく、必要とされる変位量を得ることがで
きる。
【００３４】尚、表１の試料Ｎo.１は、絶縁性接着剤層
２２の印刷面積Ｓ1 と圧電板１１の面積Ｓ2 との比（Ｓ
1 ／Ｓ2 ）が１００％の場合であり、この場合には５０
０Ｖの直流電圧を印加した結果、４０μｍの変位量が得
られるものの、０Ｖから＋５００Ｖの直流電界を５０Ｈ
ｚの周波数にて作動した結果、１×１０6 回の印加で積
層体１と不活性体１８の境界において破断が発生し、そ
れ以上の駆動が不可能となった。
２２の印刷面積Ｓ1 と圧電板１１の面積Ｓ2 との比（Ｓ
1 ／Ｓ2 ）が１００％の場合であり、この場合には５０
０Ｖの直流電圧を印加した結果、４０μｍの変位量が得
られるものの、０Ｖから＋５００Ｖの直流電界を５０Ｈ
ｚの周波数にて作動した結果、１×１０6 回の印加で積
層体１と不活性体１８の境界において破断が発生し、そ
れ以上の駆動が不可能となった。
【００３５】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。
【００３６】
【発明の効果】本発明の積層型圧電アクチュエータで
は、圧電的に活性な圧電板と金属薄板とからなる積層体
と、この積層体の上下に配設される不活性体との接合面
積を、圧電体の面積よりも小さくしたので、積層体と不
活性体は部分的に接合されることになり、変位する積層
体により不活性体に伝達される応力が低減され、積層体
と不活性体との境界部分における応力集中を抑制でき、
不活性体または積層体端面の破損を防止できる。
は、圧電的に活性な圧電板と金属薄板とからなる積層体
と、この積層体の上下に配設される不活性体との接合面
積を、圧電体の面積よりも小さくしたので、積層体と不
活性体は部分的に接合されることになり、変位する積層
体により不活性体に伝達される応力が低減され、積層体
と不活性体との境界部分における応力集中を抑制でき、
不活性体または積層体端面の破損を防止できる。
【図１】本発明の積層型圧電アクチュエータの側面図で
ある。
ある。
【図２】図１の積層型圧電アクチュエータの断面図であ
る。
る。
【図３】図１の金属薄板を示す平面図である。
【図４】圧電板に導電性接着剤層が形成されている状態
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図５】不活性体に絶縁性接着剤層が形成されている状
態を示す説明図である。
態を示す説明図である。
【図６】図１のＡ−Ａ線の断面図である。
１・・・積層体 １１・・・圧電板 １２・・・導電性接着剤層 １４・・・金属薄板 １５・・・接続用突起部 １８・・・不活性体 ２２・・・絶縁性接着剤層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芦田 幸喜 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 (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 (2)
- 【請求項１】複数の圧電板と複数の金属薄板とを交互に
積層し、該金属薄板を導電性接着剤により前記各圧電板
に接合した積層体と、該積層体の上下にそれぞれ絶縁性
接着剤により接合された不活性体とを具備するととも
に、前記金属薄板に形成された接続用突起部を交互に少
なくとも２方向に突出せしめ、同一方向に突出した前記
接続用突起部同士を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、前記積層体と前記不活性体との
絶縁性接着剤による接合面積が、前記圧電板の不活性体
側の面の面積よりも小さいことを特徴とする積層型圧電
アクチュエータ。 - 【請求項２】積層体と不活性体との絶縁性接着剤による
接合面積が、前記圧電板の不活性体側の面の面積の６０
〜９０％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 |
|---|---|---|---|
| JP10011553A JPH11214759A (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | 積層型圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10011553A JPH11214759A (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | 積層型圧電アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11214759A true JPH11214759A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=11781149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10011553A Pending JPH11214759A (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | 積層型圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11214759A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7567020B2 (en) | 2007-03-07 | 2009-07-28 | Denso Corporation | Laminated piezoelectric element including adhesive layers having small thickness and high adhesive strength |
-
1998
- 1998-01-23 JP JP10011553A patent/JPH11214759A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7567020B2 (en) | 2007-03-07 | 2009-07-28 | Denso Corporation | Laminated piezoelectric element including adhesive layers having small thickness and high adhesive strength |
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