JP2001144340A - 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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- JP2001144340A JP2001144340A JP32107199A JP32107199A JP2001144340A JP 2001144340 A JP2001144340 A JP 2001144340A JP 32107199 A JP32107199 A JP 32107199A JP 32107199 A JP32107199 A JP 32107199A JP 2001144340 A JP2001144340 A JP 2001144340A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】積層体とセラミック体の境界部に生じるせん断
応力を大幅に減少させ、信頼性の高い積層型圧電アクチ
ュエータを提供する。 【解決手段】複数の圧電体１と複数の内部電極２とを交
互に積層してなる積層体３と、該積層体３の積層方向の
両端面に設けられたセラミック体４とを具備するととも
に、積層体３を、積層体中央部５と、該積層体中央部５
の両側に形成された応力緩和部７とから構成し、該応力
緩和部７における複数の圧電体１ａが同一厚みであり、
かつ、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みの１．３〜
２．５倍の厚みを有する。
応力を大幅に減少させ、信頼性の高い積層型圧電アクチ
ュエータを提供する。 【解決手段】複数の圧電体１と複数の内部電極２とを交
互に積層してなる積層体３と、該積層体３の積層方向の
両端面に設けられたセラミック体４とを具備するととも
に、積層体３を、積層体中央部５と、該積層体中央部５
の両側に形成された応力緩和部７とから構成し、該応力
緩和部７における複数の圧電体１ａが同一厚みであり、
かつ、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みの１．３〜
２．５倍の厚みを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用燃料噴射
弁、光学装置等の精密位置決め装置や振動防止用の駆動
素子等に用いられる積層型圧電アクチュエータに関す
る。
弁、光学装置等の精密位置決め装置や振動防止用の駆動
素子等に用いられる積層型圧電アクチュエータに関す
る。
【０００２】
【従来技術】従来、積層型圧電アクチュエータでは、不
活性なセラミック体と活性な積層体の境界部に応力が発
生することが知られており、セラミック体と積層体の境
界部における応力緩和を如何に低減するかが問題となっ
ている。セラミック体と積層体の境界部における応力緩
和を図ったものとして、特開平７−３０１６５号公報に
開示されたようなものが知られている。
活性なセラミック体と活性な積層体の境界部に応力が発
生することが知られており、セラミック体と積層体の境
界部における応力緩和を如何に低減するかが問題となっ
ている。セラミック体と積層体の境界部における応力緩
和を図ったものとして、特開平７−３０１６５号公報に
開示されたようなものが知られている。
【０００３】この公報に開示された積層型圧電アクチュ
エータは、積層体とセラミック体との間の境界部分にお
ける内部電極同士の重なり面積を、積層体における内部
電極同士の重なり面積よりも小さくしたものである。
エータは、積層体とセラミック体との間の境界部分にお
ける内部電極同士の重なり面積を、積層体における内部
電極同士の重なり面積よりも小さくしたものである。
【０００４】また、特開平４−１５９７８５号公報に開
示されたように、積層体とセラミック体との間の境界部
における内部電極に、導体非形成部を形成し、これらの
導体非形成部を有する内部電極間に圧電が印加されない
ようにした積層型圧電アクチュエータも知られている。
示されたように、積層体とセラミック体との間の境界部
における内部電極に、導体非形成部を形成し、これらの
導体非形成部を有する内部電極間に圧電が印加されない
ようにした積層型圧電アクチュエータも知られている。
【０００５】これらの公報に開示された積層型圧電アク
チュエータでも、同様にセラミック体と積層体の境界部
における応力緩和を図ることができる。
チュエータでも、同様にセラミック体と積層体の境界部
における応力緩和を図ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示された従来の積層型圧電アクチュエータでは、
積層体とセラミック体の境界部において、積層方向と直
角方向に生じる収縮および伸長歪みの抑制が未だ不十分
であり、セラミック体と積層体の境界部に発生するせん
断応力集中により、積層体と不活性の境界部に割れ等の
機械的な破壊が生じるという問題があった。
報に開示された従来の積層型圧電アクチュエータでは、
積層体とセラミック体の境界部において、積層方向と直
角方向に生じる収縮および伸長歪みの抑制が未だ不十分
であり、セラミック体と積層体の境界部に発生するせん
断応力集中により、積層体と不活性の境界部に割れ等の
機械的な破壊が生じるという問題があった。
【０００７】また、特開平７−３０１６５号公報に開示
された積層型圧電アクチュエータでは、内部電極形成部
と非形成部の境界にせん断応力が集中し、磁器破壊にい
たり、耐久性が劣化するという問題があった。また、特
開平４−１５９７８号公報に開示された積層型圧電アク
チュエータでも、同様の原因にて耐久性が劣化するとい
う問題があった。
された積層型圧電アクチュエータでは、内部電極形成部
と非形成部の境界にせん断応力が集中し、磁器破壊にい
たり、耐久性が劣化するという問題があった。また、特
開平４−１５９７８号公報に開示された積層型圧電アク
チュエータでも、同様の原因にて耐久性が劣化するとい
う問題があった。
【０００８】本発明は、積層体とセラミック体の境界部
に生じるせん断応力を大幅に減少させ、信頼性の高い積
層型圧電アクチュエータを提供することを目的とする。
に生じるせん断応力を大幅に減少させ、信頼性の高い積
層型圧電アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の積層型圧電アクチュエータでは、複数の圧
電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる積層体
と、該積層体の積層方向の両端面に設けられたセラミッ
ク体とを具備するとともに、前記積層体を、積層体中央
部と、該積層体中央部の両側に形成された応力緩和部と
から構成し、該応力緩和部における複数の圧電体が同一
厚みであり、かつ、前記積層体中央部の圧電体の厚みの
１．３〜２．５倍の厚みを有するものである。
に、本発明の積層型圧電アクチュエータでは、複数の圧
電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる積層体
と、該積層体の積層方向の両端面に設けられたセラミッ
ク体とを具備するとともに、前記積層体を、積層体中央
部と、該積層体中央部の両側に形成された応力緩和部と
から構成し、該応力緩和部における複数の圧電体が同一
厚みであり、かつ、前記積層体中央部の圧電体の厚みの
１．３〜２．５倍の厚みを有するものである。
【００１０】このような構成を採用することにより、単
位長さあたりの発生応力をセラミック体側に向けて徐々
に低下させて全体として分散し、実際に伸縮する積層体
と、伸縮しないセラミック体との間における応力を緩和
できる。また、応力緩和部における圧電体の厚みが同一
であるため、積層型圧電アクチュエータの圧電体として
２種の厚みの圧電体しか必要なく、多数の種類の圧電体
を準備する必要がないので製造が容易である。
位長さあたりの発生応力をセラミック体側に向けて徐々
に低下させて全体として分散し、実際に伸縮する積層体
と、伸縮しないセラミック体との間における応力を緩和
できる。また、応力緩和部における圧電体の厚みが同一
であるため、積層型圧電アクチュエータの圧電体として
２種の厚みの圧電体しか必要なく、多数の種類の圧電体
を準備する必要がないので製造が容易である。
【００１１】また、本発明の積層型圧電アクチュエータ
は、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層して
なる積層体と、該積層体の積層方向の両端面に設けられ
たセラミック体とを具備するとともに、前記積層体を、
積層体中央部と、該積層体中央部の両側に形成された応
力緩和部とから構成し、該応力緩和部における圧電体の
厚みが、該圧電体の前記積層体中央部側に隣設する圧電
体の厚みの１．０５〜１．１８倍である。
は、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層して
なる積層体と、該積層体の積層方向の両端面に設けられ
たセラミック体とを具備するとともに、前記積層体を、
積層体中央部と、該積層体中央部の両側に形成された応
力緩和部とから構成し、該応力緩和部における圧電体の
厚みが、該圧電体の前記積層体中央部側に隣設する圧電
体の厚みの１．０５〜１．１８倍である。
【００１２】このような構成を採用することにより、積
層体の応力緩和部における圧電体の単位長さあたりの変
位量を、セラミック体側にいくほどを小さくして、実際
に伸縮する積層体と、伸縮しないセラミック体との間に
おける応力を緩和できる。
層体の応力緩和部における圧電体の単位長さあたりの変
位量を、セラミック体側にいくほどを小さくして、実際
に伸縮する積層体と、伸縮しないセラミック体との間に
おける応力を緩和できる。
【００１３】さらに、複数の圧電体と複数の内部電極と
を交互に積層してなる積層体と、該積層体の積層方向の
両端面に設けられたセラミック体とを具備するととも
に、前記積層体を、積層体中央部と、該積層体中央部の
両側に形成された応力緩和部とから構成し、該応力緩和
部における圧電体の厚みが、該圧電体の前記積層体中央
部側に隣設する圧電体の厚みよりも０．００５〜０．０
２０ｍｍ厚いものである。
を交互に積層してなる積層体と、該積層体の積層方向の
両端面に設けられたセラミック体とを具備するととも
に、前記積層体を、積層体中央部と、該積層体中央部の
両側に形成された応力緩和部とから構成し、該応力緩和
部における圧電体の厚みが、該圧電体の前記積層体中央
部側に隣設する圧電体の厚みよりも０．００５〜０．０
２０ｍｍ厚いものである。
【００１４】このような構成を採用することにより、上
記と同様、積層体の応力緩和部における圧電体の単位長
さあたりの変位量をセラミック体側にいくほどを小さく
して、実際に伸縮する積層体と伸縮しないセラミック体
との間における応力を緩和できる。
記と同様、積層体の応力緩和部における圧電体の単位長
さあたりの変位量をセラミック体側にいくほどを小さく
して、実際に伸縮する積層体と伸縮しないセラミック体
との間における応力を緩和できる。
【００１５】応力緩和部には、圧電体が６〜２４層形成
されていることが望ましい。このような構成を採用する
ことにより、積層体とセラミック体との間における応力
を最小限にできる。
されていることが望ましい。このような構成を採用する
ことにより、積層体とセラミック体との間における応力
を最小限にできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の積層型圧電アクチ
ュエータを図１に基いて説明する。図１において、複数
の圧電体１と複数の内部電極２とを交互に積層してなる
積層体（活性体）３と、該積層体３の積層方向の両端面
に設けられ、電気的に接合されていないセラミック体
（不活性体）４とから構成されている。
ュエータを図１に基いて説明する。図１において、複数
の圧電体１と複数の内部電極２とを交互に積層してなる
積層体（活性体）３と、該積層体３の積層方向の両端面
に設けられ、電気的に接合されていないセラミック体
（不活性体）４とから構成されている。
【００１７】そして、積層体３が、積層体中央部５と、
該積層体中央部５の両側に形成された応力緩和部７とか
ら構成され、応力緩和部７における複数の圧電体１ａが
同一厚みとされ、かつ、応力緩和部７における複数の圧
電体１ａが、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みの１．
３〜２．５倍の厚みとされている。
該積層体中央部５の両側に形成された応力緩和部７とか
ら構成され、応力緩和部７における複数の圧電体１ａが
同一厚みとされ、かつ、応力緩和部７における複数の圧
電体１ａが、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みの１．
３〜２．５倍の厚みとされている。
【００１８】これは、応力緩和部７における複数の圧電
体１ａの厚みが、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みの
１．３〜２．５倍の範囲外では、積層体３とセラミック
体４との間の境界部に生じるせん断応力が大きくなるか
らである。
体１ａの厚みが、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みの
１．３〜２．５倍の範囲外では、積層体３とセラミック
体４との間の境界部に生じるせん断応力が大きくなるか
らである。
【００１９】応力緩和部７における複数の圧電体１ａの
厚みは、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みの１．５〜
２．３０倍であることが、せん断応力を小さくするとい
う点から特に望ましい。
厚みは、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みの１．５〜
２．３０倍であることが、せん断応力を小さくするとい
う点から特に望ましい。
【００２０】応力緩和部７には、圧電体１ａが６〜２４
層形成されていることが望ましい。これは、圧電体１ａ
が６層よりも少ない場合には応力緩和効果が小さく、２
４層よりも多く形成すると、応力緩和効果が小さく、し
かも所定の変位量が得られ難くなるからである。上記理
由および所定の変位量を得るという点から、特に６〜１
２層形成することが望ましい。
層形成されていることが望ましい。これは、圧電体１ａ
が６層よりも少ない場合には応力緩和効果が小さく、２
４層よりも多く形成すると、応力緩和効果が小さく、し
かも所定の変位量が得られ難くなるからである。上記理
由および所定の変位量を得るという点から、特に６〜１
２層形成することが望ましい。
【００２１】積層体３およびセラミック体４とからなる
アクチュエータ本体の側面には、複数の内部電極２が交
互に電気的に接続した一対の外部電極９が形成されてお
り、一対の外部電極９には、リード端子Ｌがそれぞれ接
続されている。外部電極９と、この外部電極９と接続さ
れない内部電極２の端部との間には溝が形成され、この
溝に絶縁体１３が充填され、絶縁されている。
アクチュエータ本体の側面には、複数の内部電極２が交
互に電気的に接続した一対の外部電極９が形成されてお
り、一対の外部電極９には、リード端子Ｌがそれぞれ接
続されている。外部電極９と、この外部電極９と接続さ
れない内部電極２の端部との間には溝が形成され、この
溝に絶縁体１３が充填され、絶縁されている。
【００２２】圧電体１は、例えば、チタン酸ジルコン酸
鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 （以下ＰＺＴと略す）或い
は、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ3 を主成分とする圧電
セラミック材料などが使用されるが、これらに限定され
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。なお、この圧電体材料としては、圧電歪
み定数ｄ33が高いものが望ましい。また、圧電体１の厚
み、つまり内部電極２間の距離は、小型化および高い電
界を印加するという点から０．０５〜０．２５ｍｍであ
ることが望ましい。
鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 （以下ＰＺＴと略す）或い
は、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ3 を主成分とする圧電
セラミック材料などが使用されるが、これらに限定され
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。なお、この圧電体材料としては、圧電歪
み定数ｄ33が高いものが望ましい。また、圧電体１の厚
み、つまり内部電極２間の距離は、小型化および高い電
界を印加するという点から０．０５〜０．２５ｍｍであ
ることが望ましい。
【００２３】以上のように構成された積層型圧電アクチ
ュエータは、以下のようにして作製される。先ず、圧電
材料からグリーンシートを作製し、所定形状に打ち抜い
た後、内部電極ペーストを印刷して内部電極パターンを
形成する。このとき内部電極パターンは厳密な形状でな
くてもかまわない。
ュエータは、以下のようにして作製される。先ず、圧電
材料からグリーンシートを作製し、所定形状に打ち抜い
た後、内部電極ペーストを印刷して内部電極パターンを
形成する。このとき内部電極パターンは厳密な形状でな
くてもかまわない。
【００２４】この内部電極パターンが形成されたグリー
ンシートを複数積層し、この積層成形体を脱脂し、焼成
前に所定の形状に裁断する。その後、所定形状に裁断さ
れた積層成形体を所定の条件にて脱バインダ、焼成して
焼結体を得る。
ンシートを複数積層し、この積層成形体を脱脂し、焼成
前に所定の形状に裁断する。その後、所定形状に裁断さ
れた積層成形体を所定の条件にて脱バインダ、焼成して
焼結体を得る。
【００２５】この焼結体を外周加工後に、外部電極が形
成される部分の内部電極の端面部を、厚み方向に一層毎
に溝加工を施し、形成した溝に耐熱樹脂からなる絶縁体
を封入し、溝加工部上に金属粉末を含有した伸縮性耐熱
樹脂と金属板を焼き付けて、外部電極を形成し、この外
部電極上にリード線を接続し、さらに樹脂コートを施
し、積層型アクチュエータを得る。
成される部分の内部電極の端面部を、厚み方向に一層毎
に溝加工を施し、形成した溝に耐熱樹脂からなる絶縁体
を封入し、溝加工部上に金属粉末を含有した伸縮性耐熱
樹脂と金属板を焼き付けて、外部電極を形成し、この外
部電極上にリード線を接続し、さらに樹脂コートを施
し、積層型アクチュエータを得る。
【００２６】ここで、応力緩和部７における圧電体１ａ
が、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みの１．３〜２．
５倍の厚みとなるように、グリーンシートの厚みを制御
する必要がある。尚、応力緩和部７の圧電体１ａを形成
するグリーンシート厚みは、グリーンシートを複数積層
して所定の厚みにしても良い。
が、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みの１．３〜２．
５倍の厚みとなるように、グリーンシートの厚みを制御
する必要がある。尚、応力緩和部７の圧電体１ａを形成
するグリーンシート厚みは、グリーンシートを複数積層
して所定の厚みにしても良い。
【００２７】以上のように構成された積層型圧電アクチ
ュエータでは、積層体３を、積層体中央部５と、該積層
体中央部５の両側に形成された応力緩和部７とから構成
し、該応力緩和部７における複数の圧電体１ａが同一厚
みであり、かつ、応力緩和部７における複数の圧電体１
ａの厚みを、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みの１．
３〜２．５倍の厚みとしたので、応力緩和部７の圧電体
１ａは積層体３の圧電体１ｂより、圧電体１ａの厚みが
厚いため、単位磁器当たりの変位量が小さくなり、圧電
横歪みに伴う積層体３の両端とセラミック体４の境界部
に生じるせん断応力を減少できる。これによって、セラ
ミック体４と積層体３の境界部に発生するせん断応力集
中を抑制することができる。
ュエータでは、積層体３を、積層体中央部５と、該積層
体中央部５の両側に形成された応力緩和部７とから構成
し、該応力緩和部７における複数の圧電体１ａが同一厚
みであり、かつ、応力緩和部７における複数の圧電体１
ａの厚みを、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みの１．
３〜２．５倍の厚みとしたので、応力緩和部７の圧電体
１ａは積層体３の圧電体１ｂより、圧電体１ａの厚みが
厚いため、単位磁器当たりの変位量が小さくなり、圧電
横歪みに伴う積層体３の両端とセラミック体４の境界部
に生じるせん断応力を減少できる。これによって、セラ
ミック体４と積層体３の境界部に発生するせん断応力集
中を抑制することができる。
【００２８】また、応力緩和部７における圧電体１ａの
厚みが同一であるため、積層型圧電アクチュエータ全体
として２種の圧電体１ａ、１ｂの厚みしか必要なく、容
易に製造することができる。
厚みが同一であるため、積層型圧電アクチュエータ全体
として２種の圧電体１ａ、１ｂの厚みしか必要なく、容
易に製造することができる。
【００２９】図２は、本発明の他の例を示す模式図で、
この例では、応力緩和部１７における圧電体１１ａ1 の
厚みが、該圧電体１１ａ1 の積層体中央部１５側に隣設
する圧電体１１ａ2 の厚みの１．０５〜１．１８倍とさ
れている。即ち、応力緩和部１７の圧電体１１ａの厚み
は、積層体中央部１５の圧電体１１ｂの厚みより厚く形
成され、しかも、例えば、任意の圧電体１１ａ1 の厚み
は、圧電体１１ａ1 の積層体中央部１５側に隣設する圧
電体１１ａ2 の厚みの１．０５〜１．１８倍とされてい
る。
この例では、応力緩和部１７における圧電体１１ａ1 の
厚みが、該圧電体１１ａ1 の積層体中央部１５側に隣設
する圧電体１１ａ2 の厚みの１．０５〜１．１８倍とさ
れている。即ち、応力緩和部１７の圧電体１１ａの厚み
は、積層体中央部１５の圧電体１１ｂの厚みより厚く形
成され、しかも、例えば、任意の圧電体１１ａ1 の厚み
は、圧電体１１ａ1 の積層体中央部１５側に隣設する圧
電体１１ａ2 の厚みの１．０５〜１．１８倍とされてい
る。
【００３０】応力緩和部１７における圧電体１１ａ1 の
厚みを、該圧電体１１ａ1 の積層体中央部１５側に隣設
する圧電体１１ａ2 の厚みの１．０５〜１．１８倍とし
たのは、この範囲を外れる場合には、応力緩和効果が小
さいからである。特に、圧電体１１ａ1 の厚みは、該圧
電体１１ａ1 の積層体中央部１５側に隣設する圧電体１
１ａ2 の厚みの１．０７〜１．１２倍が望ましい。
厚みを、該圧電体１１ａ1 の積層体中央部１５側に隣設
する圧電体１１ａ2 の厚みの１．０５〜１．１８倍とし
たのは、この範囲を外れる場合には、応力緩和効果が小
さいからである。特に、圧電体１１ａ1 の厚みは、該圧
電体１１ａ1 の積層体中央部１５側に隣設する圧電体１
１ａ2 の厚みの１．０７〜１．１２倍が望ましい。
【００３１】また、この場合にも、上記と同様、応力緩
和部１７には、圧電体１１ａが６〜２４層、特には６〜
１２層形成されていることが望ましい。これは、圧電体
１１ａが６層よりも少ない場合には、応力緩和効果が小
さく、２４層よりも多く形成すると応力緩和効果が小さ
く、しかも所定の変位量が得られ難いからである。
和部１７には、圧電体１１ａが６〜２４層、特には６〜
１２層形成されていることが望ましい。これは、圧電体
１１ａが６層よりも少ない場合には、応力緩和効果が小
さく、２４層よりも多く形成すると応力緩和効果が小さ
く、しかも所定の変位量が得られ難いからである。
【００３２】このような積層型圧電アクチュエータで
は、積層体の応力緩和部１７における圧電体の単位長さ
あたりの変位量を、セラミック体１４側にいくほどを小
さくして、実際に伸縮する積層体と、伸縮しないセラミ
ック体１４との間における応力を緩和できる。
は、積層体の応力緩和部１７における圧電体の単位長さ
あたりの変位量を、セラミック体１４側にいくほどを小
さくして、実際に伸縮する積層体と、伸縮しないセラミ
ック体１４との間における応力を緩和できる。
【００３３】図３は、本発明のさらに他の例を示す模式
図で、ここでは応力緩和部２７における圧電体２１ａ1
の厚みが、該圧電体２１ａ1 の積層体中央部側に隣設す
る圧電体２１ａ2 の厚みよりも０．００５〜０．０２０
ｍｍ厚く形成されている。
図で、ここでは応力緩和部２７における圧電体２１ａ1
の厚みが、該圧電体２１ａ1 の積層体中央部側に隣設す
る圧電体２１ａ2 の厚みよりも０．００５〜０．０２０
ｍｍ厚く形成されている。
【００３４】即ち、応力緩和部２７の圧電体２１ａの厚
みは、積層体中央部２５の圧電体２１ｂの厚みより厚く
形成され、しかも、例えば、任意の圧電体２１ａ1 の厚
みは、圧電体２１ａ1 の積層体中央部２５側に隣設する
圧電体２１ａ2 の厚みよりも０．００５〜０．０２０ｍ
ｍ厚く形成されている。
みは、積層体中央部２５の圧電体２１ｂの厚みより厚く
形成され、しかも、例えば、任意の圧電体２１ａ1 の厚
みは、圧電体２１ａ1 の積層体中央部２５側に隣設する
圧電体２１ａ2 の厚みよりも０．００５〜０．０２０ｍ
ｍ厚く形成されている。
【００３５】応力緩和部２７における圧電体２１ａ1 の
厚みを、該圧電体２１ａ1 の積層体中央部２５側に隣設
する圧電体２１ａ2 の厚みよりも０．００５〜０．０２
０ｍｍ厚く形成したのは、この範囲を外れる場合には応
力緩和効果が小さいからである。特に、圧電体２１ａ1
の厚みは、該圧電体２１ａ1 の積層体中央部２５側に隣
設する圧電体２１ａ2 の厚みよりも０．００８〜０．０
１４ｍｍ厚くすることが望ましい。
厚みを、該圧電体２１ａ1 の積層体中央部２５側に隣設
する圧電体２１ａ2 の厚みよりも０．００５〜０．０２
０ｍｍ厚く形成したのは、この範囲を外れる場合には応
力緩和効果が小さいからである。特に、圧電体２１ａ1
の厚みは、該圧電体２１ａ1 の積層体中央部２５側に隣
設する圧電体２１ａ2 の厚みよりも０．００８〜０．０
１４ｍｍ厚くすることが望ましい。
【００３６】また、この場合にも、上記と同様の理由か
ら、応力緩和部２７には、圧電体２１ａが６〜２４層形
成されていることが望ましい。
ら、応力緩和部２７には、圧電体２１ａが６〜２４層形
成されていることが望ましい。
【００３７】このような積層型圧電アクチュエータで
も、上記と同様、積層体の応力緩和部２７における圧電
体の単位長さあたりの変位量を、セラミック体側にいく
ほどを小さくして、実際に伸縮する積層体と、伸縮しな
いセラミック体との間における応力を緩和できる。
も、上記と同様、積層体の応力緩和部２７における圧電
体の単位長さあたりの変位量を、セラミック体側にいく
ほどを小さくして、実際に伸縮する積層体と、伸縮しな
いセラミック体との間における応力を緩和できる。
【００３８】本発明者等は、図１に示す積層型圧電アク
チュエータについて、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚
みｔｅに対する、応力緩和部７の圧電体１ａの厚さｔｂ
の比と、セラミック体４と積層体５の境界部に生じる最
大応力との関係を、応力緩和部７の圧電体１ａの積層数
毎に解析し、その結果を図４に示した。尚、積層体５の
積層方向の長さ、内部電極２の厚み、積層体５の圧電体
１の積層数は一定とした。
チュエータについて、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚
みｔｅに対する、応力緩和部７の圧電体１ａの厚さｔｂ
の比と、セラミック体４と積層体５の境界部に生じる最
大応力との関係を、応力緩和部７の圧電体１ａの積層数
毎に解析し、その結果を図４に示した。尚、積層体５の
積層方向の長さ、内部電極２の厚み、積層体５の圧電体
１の積層数は一定とした。
【００３９】この図４より、応力緩和部７の圧電体１ａ
の厚さｔｂが、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みｔｅ
の１．３〜２．５倍の厚みを有する時に最大応力が１３
ＭＰａ程度以下となり、応力緩和部７の圧電体１ａの厚
さｔｂが、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みｔｅの
１．５〜２．３０倍の厚みを有する時に８〜１２ＭＰａ
となり、応力緩和部７の圧電体１ａの厚さが、積層体中
央部５の圧電体１ｂの厚みｔｅの１．９倍程度の厚みを
有する時に８ＭＰａと最小となることが判る。
の厚さｔｂが、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みｔｅ
の１．３〜２．５倍の厚みを有する時に最大応力が１３
ＭＰａ程度以下となり、応力緩和部７の圧電体１ａの厚
さｔｂが、積層体中央部５の圧電体１ｂの厚みｔｅの
１．５〜２．３０倍の厚みを有する時に８〜１２ＭＰａ
となり、応力緩和部７の圧電体１ａの厚さが、積層体中
央部５の圧電体１ｂの厚みｔｅの１．９倍程度の厚みを
有する時に８ＭＰａと最小となることが判る。
【００４０】また、応力緩和部の圧電体の積層数につい
ては、６〜２４層積層した時に応力緩和効果が大きく、
６〜１２層積層した時に最も応力緩和効果が大きいこと
が判る。
ては、６〜２４層積層した時に応力緩和効果が大きく、
６〜１２層積層した時に最も応力緩和効果が大きいこと
が判る。
【００４１】また、図２に示す積層型圧電アクチュエー
タについて、応力緩和部１７の圧電体１１ａの厚さを、
セラミック体側に向けて所定の倍率で厚くした場合（応
力緩和部の圧電体厚さ間公比）、即ち、応力緩和部１７
の圧電体１１ａ1 の厚みを、積層体中央部側に隣設する
圧電体１１ａ2 の厚みの所定倍とした場合に、セラミッ
ク体１４と積層体１５の境界部に生じる最大応力がどの
ように変化するかを、応力緩和部１７の圧電体１１ａの
積層数毎に解析し、その結果を図５に示した。尚、この
場合も、積層体の積層方向の長さ、内部電極の厚み、積
層体の圧電体の積層数は一定とした。
タについて、応力緩和部１７の圧電体１１ａの厚さを、
セラミック体側に向けて所定の倍率で厚くした場合（応
力緩和部の圧電体厚さ間公比）、即ち、応力緩和部１７
の圧電体１１ａ1 の厚みを、積層体中央部側に隣設する
圧電体１１ａ2 の厚みの所定倍とした場合に、セラミッ
ク体１４と積層体１５の境界部に生じる最大応力がどの
ように変化するかを、応力緩和部１７の圧電体１１ａの
積層数毎に解析し、その結果を図５に示した。尚、この
場合も、積層体の積層方向の長さ、内部電極の厚み、積
層体の圧電体の積層数は一定とした。
【００４２】また、積層体中央部１５に最も近い応力緩
和部１７の圧電体１１ａの厚みは、応力緩和部１７の圧
電体１１ａの厚みの関係と同様、積層体中央部１５の圧
電体１１ｂの厚みよりも図５に示す比率だけ厚さした。
和部１７の圧電体１１ａの厚みは、応力緩和部１７の圧
電体１１ａの厚みの関係と同様、積層体中央部１５の圧
電体１１ｂの厚みよりも図５に示す比率だけ厚さした。
【００４３】この図５より、圧電体１１ａ1 の厚みが、
積層体中央部側に隣設する圧電体１１ａ2 の厚みの１．
０５〜１．１８倍である時に最大応力が１３ＭＰａ程度
以下と最小となり、応力緩和部１７の圧電体１１ａの積
層数については、６〜２４層有する場合に最大応力が最
小となる点を有することが理解でき、また、積層数が増
加する程、比率が小さくても応力が最小となることが理
解できる。
積層体中央部側に隣設する圧電体１１ａ2 の厚みの１．
０５〜１．１８倍である時に最大応力が１３ＭＰａ程度
以下と最小となり、応力緩和部１７の圧電体１１ａの積
層数については、６〜２４層有する場合に最大応力が最
小となる点を有することが理解でき、また、積層数が増
加する程、比率が小さくても応力が最小となることが理
解できる。
【００４４】さらに、図３に示す積層型圧電アクチュエ
ータについて、応力緩和部２７の圧電体２１ａの厚さを
セラミック体側に向けて所定の差で厚くした場合（応力
緩和部の圧電体厚さ間公差）、即ち、圧電体２１ａ1 の
厚みを、積層体中央部側に隣設する圧電体２１ａ2 の厚
みより所定厚さ分だけ厚くした場合に、セラミック体２
４と積層体２５の境界部に生じる最大応力がどのように
変化するかを、応力緩和部２７の圧電体２１ａの積層数
毎に解析し、その結果を図６に示した。尚、この場合
も、積層体の積層方向の長さ、内部電極の厚み、積層体
の圧電体の積層数は一定とした。
ータについて、応力緩和部２７の圧電体２１ａの厚さを
セラミック体側に向けて所定の差で厚くした場合（応力
緩和部の圧電体厚さ間公差）、即ち、圧電体２１ａ1 の
厚みを、積層体中央部側に隣設する圧電体２１ａ2 の厚
みより所定厚さ分だけ厚くした場合に、セラミック体２
４と積層体２５の境界部に生じる最大応力がどのように
変化するかを、応力緩和部２７の圧電体２１ａの積層数
毎に解析し、その結果を図６に示した。尚、この場合
も、積層体の積層方向の長さ、内部電極の厚み、積層体
の圧電体の積層数は一定とした。
【００４５】また、積層体中央部２５に最も近い応力緩
和部２７の圧電体２１ａの厚みは、応力緩和部２７の圧
電体２１ａの厚みの関係と同様、積層体中央部２５の圧
電体２１ｂの厚みより図６に示す分だけ厚くした。
和部２７の圧電体２１ａの厚みは、応力緩和部２７の圧
電体２１ａの厚みの関係と同様、積層体中央部２５の圧
電体２１ｂの厚みより図６に示す分だけ厚くした。
【００４６】この図６より、圧電体２１ａ1 の厚みが、
積層体中央部側に隣設する圧電体２１ａ2 の厚みより
０．００５〜０．０２０ｍｍ厚い時に最大応力が１３Ｍ
Ｐａ程度以下と最小となり、６〜２４層の時最大応力が
最小となる点を有することが理解でき、また、積層数が
２層の時には応力緩和効果が小さいことが判る。
積層体中央部側に隣設する圧電体２１ａ2 の厚みより
０．００５〜０．０２０ｍｍ厚い時に最大応力が１３Ｍ
Ｐａ程度以下と最小となり、６〜２４層の時最大応力が
最小となる点を有することが理解でき、また、積層数が
２層の時には応力緩和効果が小さいことが判る。
【００４７】
【発明の効果】以上のように、本発明の積層型圧電アク
チュエータでは、積層体を、積層体中央部と、該積層体
中央部の両側に形成された応力緩和部とから構成し、該
応力緩和部における複数の圧電体が同一厚みであり、か
つ、積層体中央部の圧電体の厚みの１．３〜２．５倍の
厚みとすることにより、または、応力緩和部における圧
電体の厚みを、該圧電体の積層体中央部側に隣設する圧
電体の厚みの１．０５〜１．１８倍とすることにより、
さらには、応力緩和部における圧電体の厚みを、該圧電
体の積層体中央部側に隣設する圧電体の厚みよりも０．
００５〜０．０２０ｍｍ厚くすることにより、積層体と
セラミック体の境界近傍に発生するせん断応力を抑制す
ることができ、これによって、高温の使用環境下、高い
印加電界で高速で連続駆動させる場合においても、高い
信頼性を得ることができる。
チュエータでは、積層体を、積層体中央部と、該積層体
中央部の両側に形成された応力緩和部とから構成し、該
応力緩和部における複数の圧電体が同一厚みであり、か
つ、積層体中央部の圧電体の厚みの１．３〜２．５倍の
厚みとすることにより、または、応力緩和部における圧
電体の厚みを、該圧電体の積層体中央部側に隣設する圧
電体の厚みの１．０５〜１．１８倍とすることにより、
さらには、応力緩和部における圧電体の厚みを、該圧電
体の積層体中央部側に隣設する圧電体の厚みよりも０．
００５〜０．０２０ｍｍ厚くすることにより、積層体と
セラミック体の境界近傍に発生するせん断応力を抑制す
ることができ、これによって、高温の使用環境下、高い
印加電界で高速で連続駆動させる場合においても、高い
信頼性を得ることができる。
【図１】本発明の積層型圧電アクチュエータの模式図で
ある。
ある。
【図２】本発明の他の積層型圧電アクチュエータの一部
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図３】本発明のさらに他の積層型圧電アクチュエータ
の一部を示す模式図である。
の一部を示す模式図である。
【図４】積層体中央部の圧電体の厚みに対する応力緩和
部の圧電体の厚みの比と、セラミック体と積層体の境界
近傍に生じる最大応力との関係を示すグラフである。
部の圧電体の厚みの比と、セラミック体と積層体の境界
近傍に生じる最大応力との関係を示すグラフである。
【図５】等比的に応力緩和部の圧電体の厚みを増加させ
た場合の比率と、セラミック体と積層体の境界近傍に生
じる最大応力との関係を示すグラフである。
た場合の比率と、セラミック体と積層体の境界近傍に生
じる最大応力との関係を示すグラフである。
【図６】等差的に応力緩和部の圧電体の厚みを増加させ
た場合の厚み差と、セラミック体と積層体の境界近傍に
生じる最大応力との関係を示すグラフである。
た場合の厚み差と、セラミック体と積層体の境界近傍に
生じる最大応力との関係を示すグラフである。
１、１１、２１・・・圧電体 ２・・・内部電極 ３、１３、２３・・・積層体 ５、１５、２５・・・積層体中央部 ７、１７、２７・・・応力緩和部 ４、１４、２４・・・セラミック体
Claims (4)
- 【請求項１】複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に
積層してなる積層体と、該積層体の積層方向の両端面に
設けられたセラミック体とを具備するとともに、前記積
層体を、積層体中央部と、該積層体中央部の両側に形成
された応力緩和部とから構成し、該応力緩和部における
複数の圧電体が同一厚みであり、かつ、前記積層体中央
部の圧電体の厚みの１．３〜２．５倍の厚みを有するこ
とを特徴とする積層型圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に
積層してなる積層体と、該積層体の積層方向の両端面に
設けられたセラミック体とを具備するとともに、前記積
層体を、積層体中央部と、該積層体中央部の両側に形成
された応力緩和部とから構成し、該応力緩和部における
圧電体の厚みが、該圧電体の前記積層体中央部側に隣設
する圧電体の厚みの１．０５〜１．１８倍であることを
特徴とする積層型圧電アクチュエータ。 - 【請求項３】複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に
積層してなる積層体と、該積層体の積層方向の両端面に
設けられたセラミック体とを具備するとともに、前記積
層体を、積層体中央部と、該積層体中央部の両側に形成
された応力緩和部とから構成し、該応力緩和部における
圧電体の厚みが、該圧電体の前記積層体中央部側に隣設
する圧電体の厚みよりも０．００５〜０．０２０ｍｍ厚
いことを特徴とする積層型圧電アクチュエータ。 - 【請求項４】応力緩和部には、圧電体が６〜２４層形成
されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいず
れかに記載の積層型圧電アクチュエータ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32107199A JP3881484B2 (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 積層型圧電アクチュエータ |
| DE10042893A DE10042893A1 (de) | 1999-08-31 | 2000-08-31 | Laminiertes piezoelektrisches Stellglied |
| US09/653,091 US6414417B1 (en) | 1999-08-31 | 2000-08-31 | Laminated piezoelectric actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32107199A JP3881484B2 (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 積層型圧電アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001144340A true JP2001144340A (ja) | 2001-05-25 |
| JP3881484B2 JP3881484B2 (ja) | 2007-02-14 |
Family
ID=18128493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32107199A Expired - Fee Related JP3881484B2 (ja) | 1999-08-31 | 1999-11-11 | 積層型圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3881484B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002252386A (ja) * | 2001-02-15 | 2002-09-06 | Ceramtec Ag Innov Ceramic Eng | 圧電セラミック多層アクチュエーター |
| WO2006135013A1 (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-21 | Kyocera Corporation | 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置 |
| JP2007027692A (ja) * | 2005-06-15 | 2007-02-01 | Kyocera Corp | 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置 |
| JP2007043094A (ja) * | 2005-06-28 | 2007-02-15 | Kyocera Corp | 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置 |
| JP2007059697A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Tdk Corp | 積層型圧電素子 |
| WO2007037377A1 (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-05 | Kyocera Corporation | 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置 |
| US7309945B2 (en) * | 2004-02-03 | 2007-12-18 | Denso Corporation | Laminated-type piezoelectric element and a manufacturing method thereof |
| US7509716B2 (en) | 2005-01-06 | 2009-03-31 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method for manufacturing piezoelectric actuator |
| JP2014127710A (ja) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Taiheiyo Cement Corp | 圧電素子 |
-
1999
- 1999-11-11 JP JP32107199A patent/JP3881484B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2012134528A (ja) * | 2001-02-15 | 2012-07-12 | Ceramtec Ag Innovative Ceramic Engineering | 圧電セラミック多層アクチュエーター |
| US7309945B2 (en) * | 2004-02-03 | 2007-12-18 | Denso Corporation | Laminated-type piezoelectric element and a manufacturing method thereof |
| US7509716B2 (en) | 2005-01-06 | 2009-03-31 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method for manufacturing piezoelectric actuator |
| JP4803039B2 (ja) * | 2005-01-06 | 2011-10-26 | 株式会社村田製作所 | 圧電アクチュエータの製造方法及び圧電アクチュエータ |
| JP2007027692A (ja) * | 2005-06-15 | 2007-02-01 | Kyocera Corp | 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置 |
| WO2006135013A1 (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-21 | Kyocera Corporation | 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置 |
| US8441174B2 (en) | 2005-06-15 | 2013-05-14 | Kyocera Corporation | Multilayer piezoelectric element and injector using the same |
| US8648517B2 (en) | 2005-06-15 | 2014-02-11 | Kyocera Corporation | Multilayer piezoelectric element and injector using the same |
| JP2007043094A (ja) * | 2005-06-28 | 2007-02-15 | Kyocera Corp | 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置 |
| JP2007059697A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Tdk Corp | 積層型圧電素子 |
| WO2007037377A1 (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-05 | Kyocera Corporation | 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置 |
| US8288921B2 (en) | 2005-09-29 | 2012-10-16 | Kyocera Corporation | Multilayer piezoelectric element and injector using the same |
| JP2014127710A (ja) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Taiheiyo Cement Corp | 圧電素子 |
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|---|---|
| JP3881484B2 (ja) | 2007-02-14 |
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