JP2001068750A - Laminated piezoelectric actuator - Google Patents

Laminated piezoelectric actuator

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JP2001068750A
JP2001068750A JP24450499A JP24450499A JP2001068750A JP 2001068750 A JP2001068750 A JP 2001068750A JP 24450499 A JP24450499 A JP 24450499A JP 24450499 A JP24450499 A JP 24450499A JP 2001068750 A JP2001068750 A JP 2001068750A
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JP
Japan
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piezoelectric actuator
piezoelectric
active body
stacking direction
laminated piezoelectric
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JP24450499A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Setoguchi
剛 瀬戸口
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Original Assignee
Kyocera Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminated piezoelectric actuator which is capable of generating a constant displacement with the same applied voltage even if it is used in a wide range of temperature and varies in temperature due to self- heat release. SOLUTION: A laminated piezoelectric actuator is equipped with an active body 5 composed of piezoelectric plates 1 and metal plates 3 which are alternately laminated, and inactive bodies 7 which are each provided to each edge face of the active body 5. Provided that the length and linear expansion coefficient of the active body 5 in the direction of lamination and the length and linear expansion coefficient of the inactive body 7 in the direction of lamination are represented by L, α and L1, α1, respectively, are so set s to satisfy a formula, |Lα|≈|2L1α1|, where Lα and 2L1α1 are different from each other in polarity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laminated piezoelectric actuator, and is used, for example, as a precision positioning device such as an optical device, a drive element for preventing vibration, a drive element for fuel injection of an automobile engine, and the like. The present invention relates to a multilayer piezoelectric actuator.

【0002】[0002]

【従来技術】従来から、圧電板と電極とを交互に積層し
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。
2. Description of the Related Art Hitherto, a laminated piezoelectric actuator in which piezoelectric plates and electrodes are alternately laminated has been known. In such a laminated piezoelectric actuator, a voltage is applied to a piezoelectric plate and the piezoelectric plate is extended by several to several tens of μm by a reverse piezoelectric effect, and is used as a driving force source of the actuator.

【0003】このような積層型圧電アクチュエータは、
例えば、圧電板と電極とが交互に積層された活性体と、
該活性体の積層方向の両端面にそれぞれ設けられた不活
性体とを具備しており、この不活性体により、活性体に
電圧を印加することにより発生した変位を外部に伝達し
たり、また、外部との絶縁が図られていた。
[0003] Such a laminated piezoelectric actuator is
For example, an active body in which piezoelectric plates and electrodes are alternately stacked,
An inert body provided on each of both end faces in the stacking direction of the active body, and the inert body transmits a displacement generated by applying a voltage to the active body to the outside, or , Insulation from the outside was achieved.

【0004】この不活性体には、従来から、活性体と同
じ圧電材料を用いることが行われている(実開昭61−
127657号公報参照)。また、活性体と不活性体の
接合界面の信頼性を上げるために、不活性体として、弾
性率の異方性を有する材料を用いたり(特開平3−66
183号公報参照)、あるいは、駆動時における活性体
の割れを防止するために、圧電板材料中に銀を含有した
材料を用いていた(特開昭63−288074号公報参
照)。
Conventionally, the same piezoelectric material as that of the active material has been used for the inactive material (see Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 61-1986).
No. 127657). Further, in order to increase the reliability of the bonding interface between the active body and the inactive body, a material having anisotropy in elastic modulus may be used as the inactive body (Japanese Patent Laid-Open No. 3-66).
183), or a material containing silver in a piezoelectric plate material is used to prevent cracking of the active body during driving (see JP-A-63-288074).

【0005】近年、積層型圧電アクチュエータは、その
使用目的から、0℃以下の低温下や、200℃前後の高
温下など、様々な幅広い温度下で使用されるようになっ
てきている。また、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するため、さらに、積層型圧電アク
チュエータの高応答性を利用するため、より高い電圧を
高周波数で入力し、駆動を行なっているが、このような
状態で使用すると、積層型圧電アクチュエータにおい
て、自己発熱による温度上昇が発生し、その発生温度は
使用条件によって様々に変化する。このように、積層型
圧電アクチュエータは、使用環境だけではなく、その使
用条件によって生じる自己発熱によっても、様々な温度
条件下に置かれるようになってきている。
In recent years, multilayer piezoelectric actuators have been used at various low temperatures, such as a low temperature of 0 ° C. or lower and a high temperature of about 200 ° C., for the purpose of use. In addition, in order to secure a large displacement with a small laminated piezoelectric actuator and to utilize the high response of the laminated piezoelectric actuator, a higher voltage is input at a higher frequency and driving is performed. When used in such a state, a temperature rise due to self-heating occurs in the laminated piezoelectric actuator, and the generated temperature varies variously depending on use conditions. As described above, the multilayer piezoelectric actuator is placed under various temperature conditions not only due to the use environment but also due to self-heating caused by the use conditions.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな温度条件下において、上記公報に開示された積層型
圧電アクチュエータを用いると、使用環境の温度変化
や、自己発熱による温度変化によって、初期のセット状
態から温度に応じて積層型圧電アクチュエータの積層方
向の寸法変化が生じ、初期のセット状態で所定の変位が
得られる電圧を、発熱した状態で印加しても、積層型圧
電アクチュエータ全体では設定された初期の変位量を得
ることができないという問題があった。このような問題
を解決するために、発熱温度に応じて印加電圧を上げる
ことで対応することが考えられるが、この場合には、高
電圧を印加することにより圧電板が破損し易く、耐久性
を著しく低下させるという問題があった。
However, under such a temperature condition, when the laminated piezoelectric actuator disclosed in the above-mentioned publication is used, the initial set due to the temperature change of the use environment and the temperature change by self-heating. From the state, a dimensional change in the stacking direction of the multilayer piezoelectric actuator occurs according to the temperature, and even if a voltage that can obtain a predetermined displacement in the initial set state is applied in a heated state, it is set in the entire multilayer piezoelectric actuator. There is a problem that the initial displacement cannot be obtained. To solve such a problem, it is conceivable to increase the applied voltage according to the heat generation temperature. In this case, however, applying a high voltage easily breaks the piezoelectric plate, and reduces the durability. Has been significantly reduced.

【0007】即ち、本発明者は、アクチュエータ自体の
温度とアクチュエータの積層方向の長さとの関係につい
て検討した結果、温度上昇に伴って積層方向の寸法が収
縮し、例えば、−25℃の時を基準にすると100℃に
おいては0.01mm程度収縮していることを見出し
た。
That is, the present inventor has studied the relationship between the temperature of the actuator itself and the length of the actuator in the stacking direction. As a result, the size in the stacking direction shrinks as the temperature rises. It was found that at 100 ° C., it shrank by about 0.01 mm as a reference.

【0008】この現象は、積層型圧電アクチュエータに
使用される圧電磁器は、分極処理を施すことによって、
電圧を印加した際に逆圧電効果を生じて伸長するが、分
極処理を施した圧電磁器は、分極処理によって各ドメイ
ンの自発分極が揃っていた状態が、温度上昇してその材
料のキュリー温度に近づくにつれ、自発分極の向きが未
分極時の状態に戻っていくために発生していると考えて
いる。
[0008] This phenomenon is caused by the fact that the piezoelectric ceramic used in the laminated piezoelectric actuator is subjected to a polarization treatment,
When a voltage is applied, the piezoelectric ceramic expands due to the reverse piezoelectric effect.However, in the polarized piezoelectric ceramic, the state in which the spontaneous polarization of each domain is aligned by the polarization processing rises to the Curie temperature of the material. It is considered that the direction of spontaneous polarization is generated as it approaches, as it returns to the unpolarized state.

【0009】そして、積層型圧電アクチュエータ自体が
発熱することにより、圧電磁器の温度がそのキュリー温
度に近づいたり、あるいは越えたりして、一部または全
部の圧電磁器の自発分極が消失し、その結果、積層型圧
電アクチュエータの積層方向の長さが収縮するため、低
温時において所定の変位が得られる電圧を、高温となっ
た積層型圧電アクチュエータに印加しても、所定の変位
量が得られないという問題があった。
When the laminated piezoelectric actuator itself generates heat, the temperature of the piezoelectric ceramic approaches or exceeds its Curie temperature, and the spontaneous polarization of some or all of the piezoelectric ceramics disappears. Since the length of the multilayer piezoelectric actuator in the stacking direction shrinks, a predetermined displacement cannot be obtained even when a voltage at which a predetermined displacement can be obtained at a low temperature is applied to the multilayer piezoelectric actuator at a high temperature. There was a problem.

【0010】本発明は、広い温度範囲で使用する場合
や、自己発熱による温度変化が生じた場合でも、同じ印
加電圧では同じ変位量を発生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。
It is an object of the present invention to provide a laminated piezoelectric actuator capable of generating the same displacement with the same applied voltage even when used in a wide temperature range or when a temperature change occurs due to self-heating.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】発明の積層型圧電アクチ
ュエータは、圧電板と電極とが交互に積層された活性体
と、該活性体の積層方向の両端面にそれぞれ設けられた
不活性体とを具備する積層型圧電アクチュエータであっ
て、前記活性体の積層方向の長さをL、前記活性体の積
層方向の線膨張係数をα、前記不活性体の積層方向の長
さをL1 、前記不活性体の積層方向の線膨張係数をα1
とした時、Lαで表される値と2L1 α 1 で表される値
が異なる極性で、かつその絶対値がほぼ同一であること
を特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION A laminated piezoelectric actuator according to the present invention.
The heater is an active body in which piezoelectric plates and electrodes are alternately stacked.
And provided on both end surfaces of the active body in the laminating direction.
And a laminated piezoelectric actuator having an inert body.
The length of the active body in the stacking direction is L, and the product of the active bodies is L.
The coefficient of linear expansion in the layer direction is α, and the length of the inert body in the stacking direction is α.
L1The linear expansion coefficient of the inert body in the laminating direction is α1
And the value represented by Lα and 2L1α 1Value represented by
Have different polarities and their absolute values are almost the same.
It is characterized by.

【0012】このような構成を採用することにより、印
加電圧、印加荷重、駆動周波数などの駆動条件の変化に
伴う積層型圧電アクチュエータ自体の発熱による温度変
化が発生した場合や、雰囲気温度が変化した場合でも、
積層型圧電アクチュエータの積層方向の寸法変化が生じ
ず、このため、装置等に組み込んだ初期状態で所定の変
位が発生する電圧を、所定の温度下において印加した場
合でも初期状態と同じ変位を発生させることができ、安
定した変位量を得ることができる。
By adopting such a configuration, a temperature change due to heat generation of the laminated piezoelectric actuator itself due to a change in driving conditions such as an applied voltage, an applied load, a driving frequency, and an ambient temperature change. Even if
The dimensional change in the stacking direction of the multi-layer piezoelectric actuator does not occur. For this reason, the same displacement as in the initial state is generated even when a voltage that causes a predetermined displacement in the initial state incorporated in the device or the like is applied at a predetermined temperature. And a stable displacement amount can be obtained.

【0013】また、不活性体がAl2 3 、ZrO2
よびSi3 4 のうちいずれかを主成分とするセラミッ
クスから形成することにより、不活性体の線膨張係数が
3.0×10-6/℃以上を有しており、しかも適度な強
度および硬度を有するため、積層方向の寸法を長くする
必要がなく、不活性体を薄くすることができ、小型の積
層型圧電アクチュエータを得ることができるとともに、
発生変位量をロスすることなく伝達することができる。
Further, since the inert material is formed of ceramics containing any one of Al 2 O 3 , ZrO 2 and Si 3 N 4 as a main component, the inert material has a linear expansion coefficient of 3.0 × 10 3. -6 / ° C. or higher, and also has appropriate strength and hardness, so that it is not necessary to lengthen the dimension in the laminating direction, the inert body can be thinned, and a compact laminated piezoelectric actuator can be obtained. While being able to
The generated displacement can be transmitted without loss.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図1は本発明の積層型圧電アクチ
ュエータを示し、図2はその一部を拡大したもので、複
数の圧電板1と複数の金属板3を交互に積層した活性体
5と、この活性体5の積層方向の両端面にそれぞれ設け
られた不活性体7とから構成されている。
FIG. 1 shows a laminated piezoelectric actuator of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a part of the laminated piezoelectric actuator, in which an active body in which a plurality of piezoelectric plates 1 and a plurality of metal plates 3 are alternately laminated. 5 and inactive bodies 7 provided on both end faces of the active body 5 in the laminating direction.

【0015】これらの圧電板1はPb(ZrTi)O3
(以下PZTと略す)を主成分とする焼結体が使用され
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1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。特に、金属成分としてPb、Zr、Ti、Z
n、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からなる圧
電磁器が望ましい。
These piezoelectric plates 1 are made of Pb (ZrTi) O 3
A sintered body containing (hereinafter abbreviated as PZT) as a main component is used, but is not limited to this, and any ceramic having piezoelectricity may be used. As the piezoelectric material constituting the piezoelectric plate 1, those piezoelectric strain constant d 33 is high is preferable. In particular, Pb, Zr, Ti, Z
Piezoelectric ceramics made of a complex perovskite compound containing n, Sb, Ni, Te and at least one of Sr and Ba are desirable.

【0016】この圧電板1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。
The thickness t of the piezoelectric plate 1 is desirably 0.2 to 0.6 mm from the viewpoint of miniaturization and application of a high voltage.

【0017】圧電板1と金属板3との間には導電性接着
層8が介装され、この導電性接着層8により、圧電板1
と金属板3が接合されている。この導電性接着層8は、
導電性ペーストを圧電板1に塗布し、400〜600℃
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とか
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1に導電性接着層8が焼き付けられる。金属板3
と導電性接着層8により内部電極が構成されている。
A conductive adhesive layer 8 is interposed between the piezoelectric plate 1 and the metal plate 3, and the conductive adhesive layer 8
And the metal plate 3 are joined. This conductive adhesive layer 8
A conductive paste is applied to the piezoelectric plate 1 and the temperature is 400 to 600 ° C.
It is formed by baking with a degree. This conductive paste is made of a conductive metal powder such as Ag and a glass component. The conductive adhesive layer 8 is baked on the piezoelectric plate 1 by melting the glass component at a high temperature. Metal plate 3
And the conductive adhesive layer 8 constitute an internal electrode.

【0018】導電性ペーストは、特に、Ag粉末を90
〜97重量%と、PbO−SiO2−B2 3 からなる
ガラス成分3〜10重量%とからなることが望ましい。
The conductive paste is, in particular, 90 g of Ag powder.
And 97% by weight, it is preferably made of a 3-10 wt% glass component consisting PbO-SiO 2 -B 2 O 3 .

【0019】金属板3には、図3に示すように、接続用
突起部3aが形成されており、圧電板1の径方向に突出
している。これらの接続用突起部3aが、図2に示した
ように交互に180度反対を向くように、金属板3が圧
電板1の間に介装されている。これらの金属板3は、そ
の接続用突起部3aの位置により正電極用電極板及び負
電極用電極板とされている。
As shown in FIG. 3, a connecting projection 3a is formed on the metal plate 3, and protrudes in the radial direction of the piezoelectric plate 1. The metal plate 3 is interposed between the piezoelectric plates 1 such that the connection projections 3a are alternately turned 180 degrees as shown in FIG. These metal plates 3 are made into an electrode plate for a positive electrode and an electrode plate for a negative electrode depending on the position of the connection projection 3a.

【0020】そして、正電極用電極板の接続用突起部3
aが隣接する正電極用電極板の接続用突起部3aに半田
付け、あるいは溶接により電気的に接続され、負電極用
電極板の接続用突起部3aが隣接する負電極用電極板の
接続用突起部3aに半田付け、あるいは溶接により電気
的に接続されている。
Then, the connection projection 3 of the positive electrode plate is formed.
a is electrically connected by soldering or welding to the connection protrusion 3a of the adjacent positive electrode plate, and the connection protrusion 3a of the negative electrode plate is for connection of the adjacent negative electrode plate. It is electrically connected to the projection 3a by soldering or welding.

【0021】使用する金属板3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。金属板3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、金属板3としては、極性の異なる他の
金属板3との短絡や放電を防止するために、活性体5の
外周面に露出しないように、圧電板1よりも小さいこと
が望ましい。
The metal plate 3 to be used has conductivity, and is preferably, for example, a metal such as silver, brass, copper, and stainless steel. The thickness of the metal plate 3 is preferably as thin as possible so as not to contribute to the displacement amount, for example, 20 to 100 μm. Further, the metal plate 3 is desirably smaller than the piezoelectric plate 1 so as not to be exposed on the outer peripheral surface of the active body 5 in order to prevent a short circuit or discharge with another metal plate 3 having a different polarity.

【0022】そして、本発明の積層型圧電アクチュエー
タでは、図1に示したように、活性体5の積層方向の長
さをL、活性体5の積層方向における線膨張係数をα、
不活性体7の積層方向における長さをL1 、不活性体7
の積層方向における線膨張係数をα1 とした時、L×α
で示される値と、2×L1 ×α1 で示される値の極性が
異なり、その絶対値がほぼ同一とされている。ここで絶
対値がほぼ同一とは、L×αで示される値と、2×L1
×α1 で示される値の絶対値は同一であることが望まし
いが、L×α=(2×L1 ×α1 )±0.5×10-6
範囲であってもほぼ同様の効果を有する。
In the multilayer piezoelectric actuator of the present invention, as shown in FIG. 1, the length of the active body 5 in the stacking direction is L, the linear expansion coefficient of the active body 5 in the stacking direction is α,
The length of the inert body 7 in the stacking direction is L 1 , and the inert body 7
When the linear expansion coefficient was alpha 1 in the stacking direction of, L × alpha
And the polarity of the value indicated by 2 × L 1 × α 1 are different, and their absolute values are almost the same. Here, the absolute values are substantially the same, the value represented by L × α and 2 × L 1
It is desirable that the absolute value of the value represented by × α 1 is the same, but substantially the same effect is obtained even in the range of L × α = (2 × L 1 × α 1 ) ± 0.5 × 10 -6. Having.

【0023】不活性体7は、発生変位量をロスすること
なく伝達するために適度な強度、硬度を有し、また、活
性体5と外部との絶縁性を図るために、セラミックスが
好ましい。更に、積層型圧電アクチュエータの積層方向
の寸法を小さくするために、線膨張係数が3.0×10
-6/℃以上を有するもので、Al2 3 、Si3 4
ZrO2 等のセラミックスが好ましい。特に、線膨張係
数が6.0×10-6/℃以上であるAl2 3 が望まし
い。
The inert body 7 preferably has a suitable strength and hardness for transmitting the generated displacement without loss, and is preferably made of ceramics for insulating the active body 5 from the outside. Further, in order to reduce the dimension of the laminated piezoelectric actuator in the laminating direction, the linear expansion coefficient is set to 3.0 × 10
-6 / ° C. or higher, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 ,
Ceramics such as ZrO 2 are preferred. In particular, Al 2 O 3 having a linear expansion coefficient of 6.0 × 10 −6 / ° C. or more is desirable.

【0024】活性体5とガラス接合される不活性体7の
片端面には、ガラスペーストを塗布し、400〜600
℃程度で焼き付けたガラス層が形成されている。このガ
ラスペーストは、圧電板1に焼き付けられる導電性ペー
ストのガラス成分PbO−SiO2 −B2 3 からな
り、不活性体7はガラス層を介して活性体5に接合され
ている。活性体5の外周面は絶縁性樹脂9で被覆されて
いる。尚、図2では絶縁性樹脂9は省略した。
A glass paste is applied to one end surface of the inactive body 7 to be glass-bonded to the active body 5 and 400 to 600
A glass layer baked at about ° C is formed. This glass paste is composed of a glass component PbO—SiO 2 —B 2 O 3 of a conductive paste that is baked on the piezoelectric plate 1, and the inactive body 7 is joined to the active body 5 via a glass layer. The outer peripheral surface of the active body 5 is covered with an insulating resin 9. In FIG. 2, the insulating resin 9 is omitted.

【0025】尚、活性体5の上下の不活性体7が異なる
材料からなる場合であっても良い。この場合には、活性
体5の長さをL、線膨張係数をα、一方の不活性体の長
さをL1a、線膨張係数をα1a、他方の不活性体の長さを
1b、線膨張係数をα1bとすると、Lαと、L1aα1a
1bα1bとが異なる極性で、かつ絶対値がほぼ同一であ
る必要がある。
It should be noted that the inactive body 7 above and below the active body 5 may be made of different materials. In this case, the length of the active body 5 is L, the coefficient of linear expansion is α, the length of one inactive body is L 1a , the coefficient of linear expansion is α 1a , and the length of the other inactive body is L 1b. If the linear expansion coefficient is α 1b , Lα and L 1a α 1a +
It is necessary that L 1b α 1b have a different polarity and have substantially the same absolute value.

【0026】[0026]

【実施例】PZT焼結体の両面を研磨して、直径20m
m、厚み0.1mmの円板状の圧電板1を形成した。こ
の圧電板1の両主面に、Ag粉末97重量%、PbO−
SiO2 −B2 3 を主成分とするガラス3重量%の導
電性ペーストを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。
Example: Both sides of a PZT sintered body were polished to a diameter of 20 m.
A disk-shaped piezoelectric plate 1 having a thickness of 0.1 mm and a thickness of 0.1 mm was formed. 97% by weight of Ag powder, PbO-
A conductive paste of 3% by weight of glass containing SiO 2 —B 2 O 3 as a main component was printed to a thickness of 10 μm, dried at 100 ° C., and baked at 520 ° C.

【0027】厚さ15μmのAg板を、図3に示したよ
うな2mm×2mmの突起部3aを有する直径19mm
の円形に打ち抜いて、金属板3とし、この金属板3を圧
電板1の間に挟み込み、圧電板1を100層積層して積
層型圧電体を形成した。金属板3の接続用突起部3aは
一層おきに同じ位置にくるように交互に配置した。
An Ag plate having a thickness of 15 μm is slid to a 19 mm diameter having a protrusion 3 a of 2 mm × 2 mm as shown in FIG.
The metal plate 3 was punched out into a circle, and the metal plate 3 was sandwiched between the piezoelectric plates 1, and 100 layers of the piezoelectric plates 1 were laminated to form a laminated piezoelectric body. The connecting projections 3a of the metal plate 3 were alternately arranged so as to be at the same position every other layer.

【0028】また、金属板3の両端面に配置される不活
性体7は、表1に示すように、Al2 3 、Si3 4
およびZrO2 、並びに上記圧電板1と同一材料(未分
極)で作製した。これらの−20〜200℃までの積層
方向の線膨張係数および積層方向の長さを表1に記載し
た。
As shown in Table 1, the inert bodies 7 disposed on both end faces of the metal plate 3 are made of Al 2 O 3 , Si 3 N 4
And ZrO 2 , and the same material (unpolarized) as the piezoelectric plate 1. Table 1 shows the coefficient of linear expansion in the laminating direction and the length in the laminating direction from −20 to 200 ° C.

【0029】これらの不活性体7の両面を研磨して、直
径を20mmの不活性体7を形成した。これらの不活性
体7の片端面にPbO−SiO2 −B2 3 のガラスペ
ーストを10μmの厚みになるように印刷した後、10
0℃にて乾燥し、520℃で焼き付けた。この不活性体
7を積層型圧電体の上下に配置し、位置ずれが生じない
ように軽く圧力を加えた後、不活性体7の上部に約3k
gの重りを乗せて、600℃、1時間で加圧接合した。
Both sides of the inert body 7 were polished to form the inert body 7 having a diameter of 20 mm. After printing a glass paste of PbO—SiO 2 —B 2 O 3 on one end surface of these inert bodies 7 to a thickness of 10 μm,
Dried at 0 ° C and baked at 520 ° C. The inert body 7 is arranged above and below the laminated piezoelectric body, and a slight pressure is applied so as not to cause a displacement.
g was put thereon and pressure-bonded at 600 ° C. for 1 hour.

【0030】次に、図2に示したように、圧電板1の径
方向に突出した接続用突起部3aの先端部を軸方向に各
々折曲げ、折り曲げた先端部を半田で接続した。また、
シリコン系樹脂からなる絶縁性樹脂9を、活性体5の外
周面に被覆した。
Next, as shown in FIG. 2, the distal ends of the connecting projections 3a protruding in the radial direction of the piezoelectric plate 1 were each bent in the axial direction, and the bent distal ends were connected with solder. Also,
The outer peripheral surface of the active body 5 was coated with an insulating resin 9 made of a silicon-based resin.

【0031】これを80℃のシリコンオイル中で2kv
/mmの直流電圧を30分間印加して分極処理を行なっ
た。得られたこれらの積層型圧電アクチュエータに20
0Vの直流電圧を印加した結果、すべて20μmの変位
量が得られた。
[0031] 2kv in silicon oil at 80 ° C
/ Mm DC voltage was applied for 30 minutes to perform polarization processing. 20 to these obtained laminated piezoelectric actuators.
As a result of applying a DC voltage of 0 V, displacement amounts of 20 μm were all obtained.

【0032】比較例として、不活性体7に圧電板1と同
一材料を使用し、その寸法L1 をSi3 4 からなる不
活性体7と同一の8.2mmとした圧電アクチュエータ
の場合についても、200Vの直流電圧を印加した結
果、20μmの変位量が得られた。
As a comparative example, a piezoelectric actuator in which the same material as the piezoelectric plate 1 is used for the inactive body 7 and the dimension L 1 of which is 8.2 mm, which is the same as the inactive body 7 made of Si 3 N 4. Also, as a result of applying a DC voltage of 200 V, a displacement amount of 20 μm was obtained.

【0033】さらに、これらのアクチュエータを炉中に
投入し、印可電圧0Vで雰囲気温度を−20〜200℃
に変化させ、積層型圧電アクチュエータの積層方向の寸
法変化を測定した。その結果を図4に示す。
Further, these actuators were put into a furnace, and the atmosphere temperature was set to -20 to 200 ° C. at an applied voltage of 0 V.
And the dimensional change of the laminated piezoelectric actuator in the laminating direction was measured. FIG. 4 shows the results.

【0034】尚、不活性体7の長さL1 は、表1のNo.
1〜3に示すように、本実施例における活性体5の線膨
張係数αを−5.0×10-6/℃、活性体5の積層方向
の長さ11.515mmの場合の温度範囲−20〜20
0℃におけるLαと、不活性体7の積層方向の線膨張係
数をα1 、積層方向の長さをL1 とした時、2L1 α1
で示される値の極性が異なり、その絶対値がほぼ同一と
なるように設定した。
The length L 1 of the inactive substance 7 is determined by the No. 1 in Table 1.
As shown in 1-3, the temperature range in the case where the linear expansion coefficient α of the active body 5 in the present embodiment is −5.0 × 10 −6 / ° C. and the length of the active body 5 in the stacking direction is 11.515 mm− 20-20
Assuming that Lα at 0 ° C., the linear expansion coefficient of the inert body 7 in the stacking direction is α 1 , and the length in the stacking direction is L 1 , 2L 1 α 1
Are set so that the polarities of the values indicated by are different and their absolute values are almost the same.

【0035】また、活性体5の−20〜200℃までの
積層方向の線膨張係数αを測定した。活性体5は、上記
と同様にして作製したもの、即ち、圧電板1と金属板3
とを導電性ペーストを介して接合し、圧電板1を100
層積層して作製し、80℃のシリコンオイル中で2kv
/mmの直流電圧を30分間印加して分極処理を行な、
線膨張係数αを測定した。この結果、活性体5の−20
〜200℃までの積層方向の線膨張係数αは−5.0×
10-6/℃であった。
Further, the linear expansion coefficient α of the activated body 5 in the laminating direction from -20 to 200 ° C. was measured. Activator 5 was prepared in the same manner as above, that is, piezoelectric plate 1 and metal plate 3
Are bonded via a conductive paste, and the piezoelectric plate 1 is
2kv in 80 ℃ silicone oil
/ Mm DC voltage is applied for 30 minutes to perform polarization processing.
The linear expansion coefficient α was measured. As a result, -20 of Activator 5
The linear expansion coefficient α in the laminating direction up to 200 ° C. is −5.0 ×
It was 10 -6 / ° C.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】本発明の積層型圧電アクチュエータ(図4
(b)〜(d))の寸法変化は、−20〜200℃にお
いてほとんどないものの、比較として作製した積層型圧
電アクチュエータ(図4(a))は温度上昇とともに、
寸法が収縮していることが判る。
The laminated piezoelectric actuator of the present invention (FIG. 4)
Although the dimensional changes of (b) to (d)) hardly occur at -20 to 200 ° C., the laminated piezoelectric actuator (FIG. 4A) manufactured as a comparison increases with temperature.
It can be seen that the dimensions are shrinking.

【0038】また、これらのアクチュエータに0〜+2
00Vの直流電界を印加し、各温度下での変位量を測定
した結果、本発明の積層型圧電アクチュエータでは、各
温度下での寸法変化が小さいため、各温度下で安定した
変位量が得られていることが判る。−20〜200℃に
おける変位量の変動幅は0.005mm以内であり、一
方、比較例では0.01mm程度変動していることが判
る。
Further, these actuators are provided with 0 to +2
As a result of applying a DC electric field of 00V and measuring the amount of displacement at each temperature, the laminated piezoelectric actuator of the present invention has a small dimensional change at each temperature, so that a stable amount of displacement at each temperature can be obtained. It turns out that it is. It can be seen that the variation width of the displacement amount at −20 to 200 ° C. is within 0.005 mm, while in the comparative example, it varies by about 0.01 mm.

【0039】尚、圧電板1と、これと同一材料を用いた
不活性体7とは線膨張係数が全く異なるが、これは、圧
電板1は分極しており、不活性体7は未分極であるから
である。
The linear expansion coefficient of the piezoelectric plate 1 is completely different from that of the inactive body 7 using the same material. This is because the piezoelectric plate 1 is polarized and the inactive body 7 is unpolarized. Because it is.

【0040】また、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
ザー変位計により評価した。
The displacement was measured by fixing the sample on a vibration isolator, attaching an aluminum foil to the upper surface of the sample, and using a laser displacement meter.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の積層型圧電
アクチュエータでは、雰囲気温度の変化や、印加電圧、
印加荷重、駆動周波数などの駆動条件の変化に伴う積層
型圧電アクチュエータ自体の発熱による温度変化が発生
した場合でも、装置等に組み込んだ初期状態より積層方
向の寸法変化が生じないため、所定の温度下において、
安定した変位量を得ることができる。また、不活性体の
材質をAl2 3 、ZrO2 、Si3 4 を主成分とす
るセラミックスで作製することにより、積層方向の寸法
を長くする必要がないため、小型の積層型圧電アクチュ
エータを得ることができる。
As described above in detail, in the multilayer piezoelectric actuator of the present invention, the change in ambient temperature, the applied voltage,
Even when a temperature change occurs due to heat generation of the laminated piezoelectric actuator itself due to a change in driving conditions such as an applied load and a driving frequency, a dimensional change in a laminating direction does not occur from an initial state incorporated in a device or the like. Below,
A stable displacement can be obtained. In addition, since the inert material is made of ceramics containing Al 2 O 3 , ZrO 2 , and Si 3 N 4 as main components, it is not necessary to lengthen the dimension in the stacking direction. Can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の積層型圧電アクチュエータの概念断面
図である。
FIG. 1 is a conceptual sectional view of a laminated piezoelectric actuator of the present invention.

【図2】図1の一部を拡大して示す断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a part of FIG. 1;

【図3】金属板に接続用突起を設けた平面図である。FIG. 3 is a plan view in which connection projections are provided on a metal plate.

【図4】雰囲気温度と積層型圧電アクチュエータの積層
方向の寸法変化、および変位量との関係を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an ambient temperature, a dimensional change in a stacking direction of a stacked piezoelectric actuator, and a displacement amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・圧電板 3・・・金属板 5・・・活性体 7・・・不活性体 8・・・導電性接着層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric plate 3 ... Metal plate 5 ... Active body 7 ... Inactive body 8 ... Conductive adhesive layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】圧電板と電極とを交互に積層した活性体
と、該活性体の積層方向の両端面にそれぞれ設けた不活
性体とを具備する積層型圧電アクチュエータであって、
前記活性体の積層方向の長さをL、前記活性体の積層方
向の線膨張係数をα、前記不活性体の積層方向の長さを
1 、前記不活性体の積層方向の線膨張係数をα1 とし
た時、Lαで表される値と2L1 α1 で表される値が、
異なる極性で、かつその絶対値がほぼ同一であることを
特徴とする積層型圧電アクチュエータ。
1. A laminated piezoelectric actuator comprising: an active body in which piezoelectric plates and electrodes are alternately stacked; and inactive bodies provided on both end faces in the stacking direction of the active body, respectively.
The length of the active body in the stacking direction is L, the linear expansion coefficient of the active body in the stacking direction is α, the length of the inert body in the stacking direction is L 1 , the linear expansion coefficient of the inert body in the stacking direction when was the alpha 1, the value represented by the values and 2L 1 alpha 1, represented by L [alpha,
A laminated piezoelectric actuator having different polarities and substantially the same absolute value.
【請求項2】不活性体がAl2 3 、ZrO2 およびS
3 4 のうちいずれかを主成分とするセラミックスか
らな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。
2. An inert substance comprising Al 2 O 3 , ZrO 2 and S
2. The multilayer piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the multilayer piezoelectric actuator is made of a ceramic containing any one of i 3 N 4 as a main component.
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