JPH11341838A - 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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- JPH11341838A JPH11341838A JP10138769A JP13876998A JPH11341838A JP H11341838 A JPH11341838 A JP H11341838A JP 10138769 A JP10138769 A JP 10138769A JP 13876998 A JP13876998 A JP 13876998A JP H11341838 A JPH11341838 A JP H11341838A
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Classifications
-
- 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
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 内部電極層間隔を薄くすることが可能で、且
つ内部応力の発生及び部分的な集中を防止し、変位の拘
束の緩和及び製品の破損を生じることのない積層型圧電
アクチュエータを提供すること。 【解決手段】 圧電セラミック層2と内部電極層1とを
積層した積層体7と、前記積層体7の側面に設けた外部
電極3とを備えた積層型圧電アクチュエータにおいて、
前記内部電極層1が、前記積層体7の隣り合う2面の側
面に露出するように形成し、さらに露出した前記内部電
極層1が露出していない他側面に露出した部分を有した
内部電極層1を交互に積層した。
つ内部応力の発生及び部分的な集中を防止し、変位の拘
束の緩和及び製品の破損を生じることのない積層型圧電
アクチュエータを提供すること。 【解決手段】 圧電セラミック層2と内部電極層1とを
積層した積層体7と、前記積層体7の側面に設けた外部
電極3とを備えた積層型圧電アクチュエータにおいて、
前記内部電極層1が、前記積層体7の隣り合う2面の側
面に露出するように形成し、さらに露出した前記内部電
極層1が露出していない他側面に露出した部分を有した
内部電極層1を交互に積層した。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、積層型圧電アクチ
ュエータの構造に関するものである。
ュエータの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図2は従来技術による積層型圧電アクチ
ュエータの一例を示す図であり、図2(a)は従来の積
層型圧電アクチュエータの一例の平面断面図、図2
(b)は図2(a)の積層型圧電アクチュエータの正面
断面図である。
ュエータの一例を示す図であり、図2(a)は従来の積
層型圧電アクチュエータの一例の平面断面図、図2
(b)は図2(a)の積層型圧電アクチュエータの正面
断面図である。
【0003】図2を参照すると、積層型圧電アクチュエ
ータ50は、圧電セラミック層52と内部電極層51が
交互に積層された積層体57を形成している。これら内
部電極層51は、1層おきに対向電極を形成するよう
に、外部電極53に接続されている。尚、符号54は、
外部電極53に電気接続するためのリード線である。
ータ50は、圧電セラミック層52と内部電極層51が
交互に積層された積層体57を形成している。これら内
部電極層51は、1層おきに対向電極を形成するよう
に、外部電極53に接続されている。尚、符号54は、
外部電極53に電気接続するためのリード線である。
【0004】図2(a)及び(b)に示す様な構造の積
層型圧電アクチュエータ50では、内部電極層51は素
子断面全面に形成され、1層おきに対向内部電極層を形
成する様に、素子の夫々の側面に露出した内部電極層5
1が、両側面で互い違いとなるように、一層おきに絶縁
体55を形成した後に、両側面の内部電極層51を上下
方向に横断するように外部電極53が形成されている。
この様な絶縁体55の形成方法は、内部電極層51上に
電気的に絶縁体55を形成させる方法や印刷により絶縁
体55を形成させる等の方法が一般的である。
層型圧電アクチュエータ50では、内部電極層51は素
子断面全面に形成され、1層おきに対向内部電極層を形
成する様に、素子の夫々の側面に露出した内部電極層5
1が、両側面で互い違いとなるように、一層おきに絶縁
体55を形成した後に、両側面の内部電極層51を上下
方向に横断するように外部電極53が形成されている。
この様な絶縁体55の形成方法は、内部電極層51上に
電気的に絶縁体55を形成させる方法や印刷により絶縁
体55を形成させる等の方法が一般的である。
【0005】図3は従来技術による積層型圧電アクチュ
エータの他の例を示す図であり、図3(a)及び図3
(b)は従来の積層型圧電アクチュエータの他の例の内
部電極層パターンを示す図、図3(c)は(a)及び
(b)の内部電極層の積層構造を示す平面図、図3
(d)は従来の積層型圧電アクチュエータの他の一例を
示す縦断面図である。
エータの他の例を示す図であり、図3(a)及び図3
(b)は従来の積層型圧電アクチュエータの他の例の内
部電極層パターンを示す図、図3(c)は(a)及び
(b)の内部電極層の積層構造を示す平面図、図3
(d)は従来の積層型圧電アクチュエータの他の一例を
示す縦断面図である。
【0006】図3を参照すると、積層型圧電アクチュエ
ータ60は、圧電セラミック層52と内部電極層51が
交互に積層された積層体を形成している。これら内部電
極層51は、1層おきに対向電極を形成するように、外
部電極53に接続されている。尚、符号54は、外部電
極53に電気接続するためのリード線である。
ータ60は、圧電セラミック層52と内部電極層51が
交互に積層された積層体を形成している。これら内部電
極層51は、1層おきに対向電極を形成するように、外
部電極53に接続されている。尚、符号54は、外部電
極53に電気接続するためのリード線である。
【0007】また、図3に示す様な構造の積層型圧電ア
クチュエータは、図3(a)及び図3(b)に示すよう
な内部電極パターン1及び2を夫々備えた内部電極層5
1を、図3(c)及び図3(d)に示すように、圧電セ
ラミック層52を介して、交互にアクチュエータの対向
側面に露出させた積層体67を形成し、更に、対向側面
に上下方向に外部電極53を形成して、内部電極層53
を交互に夫々の外部電極と電気的に接続している。
クチュエータは、図3(a)及び図3(b)に示すよう
な内部電極パターン1及び2を夫々備えた内部電極層5
1を、図3(c)及び図3(d)に示すように、圧電セ
ラミック層52を介して、交互にアクチュエータの対向
側面に露出させた積層体67を形成し、更に、対向側面
に上下方向に外部電極53を形成して、内部電極層53
を交互に夫々の外部電極と電気的に接続している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図2に示した
積層型圧電アクチュエータでは、内部電極層51の間隔
が60μmより薄くなると、絶縁体55の形成が不可能
となるという欠点を有している。
積層型圧電アクチュエータでは、内部電極層51の間隔
が60μmより薄くなると、絶縁体55の形成が不可能
となるという欠点を有している。
【0009】また、図3に示した積層型圧電アクチュエ
ータでは、積層体67の内部電極層51の間隔はより薄
くすることが可能であるが、圧電セラミック層52は内
部電極層51で挟まれた部分では電界に応じて変位する
ものの、その他の内部電極層51で挟まれていない部分
は変位しない。これにより内部電極層51の周辺部部分
に応力が集中し、素子の変位を拘束するだけでなく、上
記応力集中部に機械的な破損を生じるという欠点があつ
た。
ータでは、積層体67の内部電極層51の間隔はより薄
くすることが可能であるが、圧電セラミック層52は内
部電極層51で挟まれた部分では電界に応じて変位する
ものの、その他の内部電極層51で挟まれていない部分
は変位しない。これにより内部電極層51の周辺部部分
に応力が集中し、素子の変位を拘束するだけでなく、上
記応力集中部に機械的な破損を生じるという欠点があつ
た。
【0010】そこで、本発明の技術的課題は、内部電極
層間隔を薄くすることが可能で、且つ内部応力の発生及
び部分的な集中を防止し、変位の拘束の緩和及び製品の
破損を生じること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。
層間隔を薄くすることが可能で、且つ内部応力の発生及
び部分的な集中を防止し、変位の拘束の緩和及び製品の
破損を生じること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。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の技術的
課題を解決するためになされたもので、圧電セラミック
層と内部電極層とを積層した積層体と、前記積層体の側
面に設けた外部電極とを備えた積層型圧電アクチュエー
タにおいて、前記内部電極層の内の第1の内部電極層
を、前記積層体の隣り合う2面の側面に露出するように
形成し、前記第1の内部電極層に隣接する第2の内部電
極層を前記第1の内部電極層が露出した2つの側面以外
の前記積層体の2つの側面に露出した部分を有するよう
に、前記第1及び第2の内部電極層を交互に前記圧電セ
ラミック層を介して積層したことを特徴としている。
課題を解決するためになされたもので、圧電セラミック
層と内部電極層とを積層した積層体と、前記積層体の側
面に設けた外部電極とを備えた積層型圧電アクチュエー
タにおいて、前記内部電極層の内の第1の内部電極層
を、前記積層体の隣り合う2面の側面に露出するように
形成し、前記第1の内部電極層に隣接する第2の内部電
極層を前記第1の内部電極層が露出した2つの側面以外
の前記積層体の2つの側面に露出した部分を有するよう
に、前記第1及び第2の内部電極層を交互に前記圧電セ
ラミック層を介して積層したことを特徴としている。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【0013】図1は本発明の実施の形態による積層型圧
電アクチュエータの構造を示す図で、図1(a)及び
(b)は1内部電極層内の電極構造を夫々示し、(c)
は上記2パターンを積層した際の状態を表す投影図、
(d)は積層型圧電アクチュエータの断面図である。
電アクチュエータの構造を示す図で、図1(a)及び
(b)は1内部電極層内の電極構造を夫々示し、(c)
は上記2パターンを積層した際の状態を表す投影図、
(d)は積層型圧電アクチュエータの断面図である。
【0014】図1を参照すると、図1(a)及び(b)
に示す内部電極パターン1及び2を夫々備えた内部電極
層1は圧電セラミック層2を介して交互に積層されて積
層体7を形成し、この積層体7の両側面に外部電極3が
設けられている。圧電セラミック層2は、電圧を印加す
ると変位を発生させる。
に示す内部電極パターン1及び2を夫々備えた内部電極
層1は圧電セラミック層2を介して交互に積層されて積
層体7を形成し、この積層体7の両側面に外部電極3が
設けられている。圧電セラミック層2は、電圧を印加す
ると変位を発生させる。
【0015】図1(d)に示すように、内部電極層1
は、1層おきに積層体7の両側面に上下方向に延在して
設けられた外部電極3に夫々と接続されている。一般
に、外部電極3にはリード線4が接続され、リード線4
に電圧が印加される。
は、1層おきに積層体7の両側面に上下方向に延在して
設けられた外部電極3に夫々と接続されている。一般
に、外部電極3にはリード線4が接続され、リード線4
に電圧が印加される。
【0016】図1(a)及び図1(b)に示すように、
圧電セラミック層2を挟む隣接する2つの内部電極層1
(以下、夫々第1及び第2の内部電極層と呼ぶ)は、夫
々隣接する2辺が外部に露出するとともに、露出した夫
々の2辺は、第1及び第2の内部電極層1,1を積層し
たときに、積層体の水平断面である4角形の向かい合う
対辺をなすように露出する。尚、図面においては、外側
に露出しない部分を符号6にて示している。
圧電セラミック層2を挟む隣接する2つの内部電極層1
(以下、夫々第1及び第2の内部電極層と呼ぶ)は、夫
々隣接する2辺が外部に露出するとともに、露出した夫
々の2辺は、第1及び第2の内部電極層1,1を積層し
たときに、積層体の水平断面である4角形の向かい合う
対辺をなすように露出する。尚、図面においては、外側
に露出しない部分を符号6にて示している。
【0017】次に、本発明の実施の形態による積層型圧
電アクチュエータの製造の具体例について説明する。
電アクチュエータの製造の具体例について説明する。
【0018】まず、チタン酸・ジルコン酸・鉛系圧電セ
ラミックスを出発原料として厚膜積層法によって、図1
(d)に示すような素子断面5×5mm,長さ10mm
寸法の積層型圧電アクチュエータ10を製造した。内部
電極層1の電極材料は,銀−パラジウム合金を用い、内
部電極層1は、図1(a)及び(b)に示すように、圧
電セラミック上に4端面のうち2端面には出ないように
形成した。そして、内部電極層1を形成しない部分6を
内部電極層1にそれぞれ0.5×5mm形成し、内部電
極層を50μm間隔にて1側面部に1層おきに電極が形
成されない部分が対向するように積層した。次に、素子
側面部にて上記内部電極層1を1層おきに対向内部電極
層を形成するように、両側面に外部電極3を形成し、こ
の外部電極3上にそれぞれリード線4を取り付け積層型
圧電アクチュエータとした。
ラミックスを出発原料として厚膜積層法によって、図1
(d)に示すような素子断面5×5mm,長さ10mm
寸法の積層型圧電アクチュエータ10を製造した。内部
電極層1の電極材料は,銀−パラジウム合金を用い、内
部電極層1は、図1(a)及び(b)に示すように、圧
電セラミック上に4端面のうち2端面には出ないように
形成した。そして、内部電極層1を形成しない部分6を
内部電極層1にそれぞれ0.5×5mm形成し、内部電
極層を50μm間隔にて1側面部に1層おきに電極が形
成されない部分が対向するように積層した。次に、素子
側面部にて上記内部電極層1を1層おきに対向内部電極
層を形成するように、両側面に外部電極3を形成し、こ
の外部電極3上にそれぞれリード線4を取り付け積層型
圧電アクチュエータとした。
【0019】このようにして得られた積層型圧電アクチ
ュエータ10に、40℃,90%R.H.の環境下にて
DC150Vを連続印加し、絶縁破壊するまでの時間を
計測し、平均故障時間を算出した。
ュエータ10に、40℃,90%R.H.の環境下にて
DC150Vを連続印加し、絶縁破壊するまでの時間を
計測し、平均故障時間を算出した。
【0020】比較用に、図3に示すような従来の内部電
極層構造の積層型圧電アクチュエータ形状の内部電極層
が外部電極面のみに露出しているタイプについても同様
に測定した。その結果を、下記表1に示す。尚、表1に
おいて、試料数は各10個である。
極層構造の積層型圧電アクチュエータ形状の内部電極層
が外部電極面のみに露出しているタイプについても同様
に測定した。その結果を、下記表1に示す。尚、表1に
おいて、試料数は各10個である。
【0021】
【表1】
【0022】上記表1に示すように、本発明の実施の形
態によるアクチュエータは、従来のアクチュエータに比
べて明らかに耐久性に優れていることが分る。
態によるアクチュエータは、従来のアクチュエータに比
べて明らかに耐久性に優れていることが分る。
【0023】以上説明したように、本発明の実施の形態
による積層型圧電アクチュエータ10においては、内部
電極層1の隣り合う2面が側面に露出するように形成
し、さらに露出した内部電極層1が露出していない他側
面と接する側に露出しない部分6を有する内部電極層1
を交互に積層したことにより、電極間距離を容易に薄く
することが可能で、電圧印加時の素子伸長による素子内
の内部応力の集中が大幅に改善される。
による積層型圧電アクチュエータ10においては、内部
電極層1の隣り合う2面が側面に露出するように形成
し、さらに露出した内部電極層1が露出していない他側
面と接する側に露出しない部分6を有する内部電極層1
を交互に積層したことにより、電極間距離を容易に薄く
することが可能で、電圧印加時の素子伸長による素子内
の内部応力の集中が大幅に改善される。
【0024】また、本発明の実施の形態によるアクチュ
エータによれば、素子内の内部電極層1構造を全面に近
い状態で形成することが出来き、また、対向する積層面
において内部電極層1の形成面が異なり挟まれる圧電セ
ラミック層1はほぼ全面に近い歪みを発生し、応力集中
が発生しにくい。また、素子側面に露出する内部電極層
1も同一側面に対向する内部電極層が露出する事がない
ため、素子側面上でのマイグレーション等による絶縁破
壊も防ぐことが可能である。
エータによれば、素子内の内部電極層1構造を全面に近
い状態で形成することが出来き、また、対向する積層面
において内部電極層1の形成面が異なり挟まれる圧電セ
ラミック層1はほぼ全面に近い歪みを発生し、応力集中
が発生しにくい。また、素子側面に露出する内部電極層
1も同一側面に対向する内部電極層が露出する事がない
ため、素子側面上でのマイグレーション等による絶縁破
壊も防ぐことが可能である。
【0025】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明による積
層型圧電アクチュエータは、内部電極層間距離が60μ
m以下の積層型圧電アクチュエータでも製造対応が可能
で、連続の電圧印加の際も素子の同一側面に内部電極層
の露出がないことにより、素子の破損・マイグレーショ
ンの発生等による素子の絶縁破壊の起こりにくい構造を
備えたいる。
層型圧電アクチュエータは、内部電極層間距離が60μ
m以下の積層型圧電アクチュエータでも製造対応が可能
で、連続の電圧印加の際も素子の同一側面に内部電極層
の露出がないことにより、素子の破損・マイグレーショ
ンの発生等による素子の絶縁破壊の起こりにくい構造を
備えたいる。
【0026】さらに、本発明によれば、内部電極層構造
をより全面電極構造に近づけることにより、素子の内部
での応力集中による機械的な素子破壊を発生しにくい積
層型圧電アクチュエータを提供することができる。
をより全面電極構造に近づけることにより、素子の内部
での応力集中による機械的な素子破壊を発生しにくい積
層型圧電アクチュエータを提供することができる。
【0027】以上より、本発明によれば、内部電極層間
距離を容易に薄くすることが可能で、耐久性に優れた積
層型圧電アクチュエータを提供することができる。
距離を容易に薄くすることが可能で、耐久性に優れた積
層型圧電アクチュエータを提供することができる。
【図1】(a)は本発明の実施の形態による積層型圧電
アクチュエータの一つの内部電極層パターンを示す図で
ある。(b)は本発明の実施の形態による積層型圧電ア
クチュエータのもう一つの内部電極層パターンを示す図
である。(c)は(a)及び(b)に示された内部電極
層パターンの積層状態を示す平面投影図である。(d)
は本発明の実施の形態による積層型圧電アクチュエータ
の縦断面図である。
アクチュエータの一つの内部電極層パターンを示す図で
ある。(b)は本発明の実施の形態による積層型圧電ア
クチュエータのもう一つの内部電極層パターンを示す図
である。(c)は(a)及び(b)に示された内部電極
層パターンの積層状態を示す平面投影図である。(d)
は本発明の実施の形態による積層型圧電アクチュエータ
の縦断面図である。
【図2】(a)は従来の積層型圧電アクチュエータの一
例を示す水平断面図である。(b)は(a)の積層型圧
電アクチュエータの正面断面図である。
例を示す水平断面図である。(b)は(a)の積層型圧
電アクチュエータの正面断面図である。
【図3】(a)及び(b)は従来の積層型圧電アクチュ
エータの他の一例の内部電極層パターンを夫々示す平面
図である。(c)は(a)及び(b)に示された内部電
極層パターンの積層状態を示す平面投影図である。
(d)は(a)の積層型圧電アクチュエータの縦断面図
である。
エータの他の一例の内部電極層パターンを夫々示す平面
図である。(c)は(a)及び(b)に示された内部電
極層パターンの積層状態を示す平面投影図である。
(d)は(a)の積層型圧電アクチュエータの縦断面図
である。
1,51 内部電極層 2,52 圧電セラミック層 3,53 外部電極 4,54 リード線 6,56 内部電極層を形成しない部分 7,57,67 積層体 10,50,60 積層型圧電アクチュエータ 55 絶縁体
Claims (1)
- 【請求項1】 圧電セラミック層と内部電極層とを積層
した積層体と、前記積層体の側面に設けた外部電極とを
備えた積層型圧電アクチュエータにおいて、前記内部電
極層の内の第1の内部電極層を、前記積層体の隣り合う
2面の側面に露出するように形成し、前記第1の内部電
極層に隣接する第2の内部電極層を前記第1の内部電極
層が露出した2つの側面以外の前記積層体の2つの側面
に露出した部分を有するように、前記第1及び第2の内
部電極層を交互に前記圧電セラミック層を介して積層し
たことを特徴とする積層型圧電アクチーエータ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10138769A JPH11341838A (ja) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | 積層型圧電アクチュエータ |
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