JP2003298134A - 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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- H10N30/877—Conductive materials
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】圧電板の圧電特性の劣化の少ない積層型圧電ア
クチュエータを提供することである。 【解決手段】本発明の積層型圧電アクチュエータは、電
極層の電極材料が金属成分と電気伝導酸化物とを含んで
なることを特徴とする。すなわち、電極材料に酸素イオ
ンをキャリアとする電気伝導酸化物を添加することによ
り圧電材料中に電極から酸素を供給することで圧電板の
劣化を防止することができる。
クチュエータを提供することである。 【解決手段】本発明の積層型圧電アクチュエータは、電
極層の電極材料が金属成分と電気伝導酸化物とを含んで
なることを特徴とする。すなわち、電極材料に酸素イオ
ンをキャリアとする電気伝導酸化物を添加することによ
り圧電材料中に電極から酸素を供給することで圧電板の
劣化を防止することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、積層型圧電アクチ
ュエータに関する。
ュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電子制御サスペンション装置
等、各種機器の可動部の駆動を行うアクチュエータとし
て、電圧印加により変位する積層型圧電アクチュエータ
が用いられている。この積層型圧電アクチュエータは、
圧電材料としてのＰＺＴ粉末などに有機バインダー、可
塑剤、有機溶剤等を混合した原材料からグリーンシート
を形成するとともに、この表面に伝導性ペーストを塗布
し、これを複数枚積層してから、所定温度で焼成するこ
とにより、圧電板と内部電極層とが交互に積層されて一
体化されたものである。そして、上記電極層への通電に
より圧電板が軸方向に延びてアクチュエータとして作動
し、高精度な印加電圧−変位特性が期待できるものであ
る。
等、各種機器の可動部の駆動を行うアクチュエータとし
て、電圧印加により変位する積層型圧電アクチュエータ
が用いられている。この積層型圧電アクチュエータは、
圧電材料としてのＰＺＴ粉末などに有機バインダー、可
塑剤、有機溶剤等を混合した原材料からグリーンシート
を形成するとともに、この表面に伝導性ペーストを塗布
し、これを複数枚積層してから、所定温度で焼成するこ
とにより、圧電板と内部電極層とが交互に積層されて一
体化されたものである。そして、上記電極層への通電に
より圧電板が軸方向に延びてアクチュエータとして作動
し、高精度な印加電圧−変位特性が期待できるものであ
る。
【０００３】高電界を印加させて変位を発現させるアク
チュエータ等においては、圧電特性の信頼性は特に重要
である。従来のＰＺＴを主体とした積層型圧電アクチュ
エータでは、予め電界により分極処理を行った後に、繰
返し電界印加して駆動すると電界印加回数の増加に伴っ
て圧電定数、変位量等の圧電特性が劣化するという問題
点があった。これは分極処理された圧電板の構成元素の
濃度分布、特に正極側に局在している酸素が、圧電材料
に高電界の印加を繰返すことでその局在が緩和されるた
めと考えられている（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ
ＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ １
０７［９］８２７−８３１）。
チュエータ等においては、圧電特性の信頼性は特に重要
である。従来のＰＺＴを主体とした積層型圧電アクチュ
エータでは、予め電界により分極処理を行った後に、繰
返し電界印加して駆動すると電界印加回数の増加に伴っ
て圧電定数、変位量等の圧電特性が劣化するという問題
点があった。これは分極処理された圧電板の構成元素の
濃度分布、特に正極側に局在している酸素が、圧電材料
に高電界の印加を繰返すことでその局在が緩和されるた
めと考えられている（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ
ＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ １
０７［９］８２７−８３１）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
ような問題点に鑑み、繰返し電界印加して駆動しても圧
電板の圧電特性の劣化の少ない、すなわち、高精度な印
加電圧−変位特性が維持できる積層型圧電アクチュエー
タを提供することである。
ような問題点に鑑み、繰返し電界印加して駆動しても圧
電板の圧電特性の劣化の少ない、すなわち、高精度な印
加電圧−変位特性が維持できる積層型圧電アクチュエー
タを提供することである。
【０００５】
【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、圧電板と、内部電極層とが交互に積層さ
れてなり、内部電極層の電極材料が金属成分と電気伝導
酸化物とを含んでなることを特徴とする。すなわち、電
極材料に酸素イオンをキャリアとする電気伝導酸化物を
添加することによって、駆動中の圧電板内に内部電極層
から酸素を供給することで圧電板の劣化を防止しようと
するものである。
チュエータは、圧電板と、内部電極層とが交互に積層さ
れてなり、内部電極層の電極材料が金属成分と電気伝導
酸化物とを含んでなることを特徴とする。すなわち、電
極材料に酸素イオンをキャリアとする電気伝導酸化物を
添加することによって、駆動中の圧電板内に内部電極層
から酸素を供給することで圧電板の劣化を防止しようと
するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の積層型圧電アクチュエー
タの構成を図１に示す。すなわち本発明の積層型圧電ア
クチュエータは、圧電板２と、内部電極層３と、電導板
４と、リード線５と、絶縁材６とからなり、このように
構成された積層型圧電体１に高電圧を印加して分極処理
することにより積層型圧電アクチュエータとなしたもの
である。
タの構成を図１に示す。すなわち本発明の積層型圧電ア
クチュエータは、圧電板２と、内部電極層３と、電導板
４と、リード線５と、絶縁材６とからなり、このように
構成された積層型圧電体１に高電圧を印加して分極処理
することにより積層型圧電アクチュエータとなしたもの
である。
【０００７】圧電板は、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3を含ん
で形成することができる。すなわち、ＰｂＺｒＯ3、Ｐ
ｂＴｉＯ3等のＰＺＴ用粉末に有機バインダー、可塑
剤、有機溶剤等を適宜添加混合した原材料からシート成
形法によりグリーンシートを形成して得ることができ
る。グリーンシートの寸法はアクチュエータの用途によ
って異なるが、その厚さは２０〜５００μｍが適当であ
る。
で形成することができる。すなわち、ＰｂＺｒＯ3、Ｐ
ｂＴｉＯ3等のＰＺＴ用粉末に有機バインダー、可塑
剤、有機溶剤等を適宜添加混合した原材料からシート成
形法によりグリーンシートを形成して得ることができ
る。グリーンシートの寸法はアクチュエータの用途によ
って異なるが、その厚さは２０〜５００μｍが適当であ
る。
【０００８】内部電極層の電極材料は、金属成分と電気
伝導酸化物とからなる。金属成分としてはＡｇ、Ｐｄ、
Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ等の少なくとも１種類以
上を含むことが望ましい。また、電極材料に添加される
電気伝導酸化物は、単独の酸化物のみならず複合酸化物
をも含むことは勿論であり、ＩｒＯ2、ＯｓＯ2、ＲｈＯ
2、ＰｔＯ2、ＭｏＯ2、ＷＯ2、ＬａＯ2、ＳｎＯ2等のル
チル型結晶構造酸化物、あるいはＳｎＯ2、ＲＥＯ2、Ｍ
xＲＥＯ3、ＳｒＣｏＯ3、Ｌａ1-xＳｒxＣｏＯ3、ＳｒＩ
ｒＯ3、ＢａＰｂ1-xＢｉxＯ3等のペロブスカイト型結晶
構造酸化物、またはＬａ2ＮｉＯ4、ＬａＣｕＯ4、ＹＢ2
Ｃｕ3Ｏ7等のＫ2ＮｉＦ4型結晶構造酸化物、さらに、Ｐ
ｂ2Ｉｒ2Ｏ7-x、Ｐｂ2Ｒｕ2Ｏ7-x、Ｂｉ2Ｉｒ2Ｏ7、Ｌ
ｕ2Ｉｒ2Ｏ7等のパイロクロア型結晶構造酸化物といっ
た酸素を放出しやすい酸化物または複合酸化物の少なく
とも１種類であることが好ましい。
伝導酸化物とからなる。金属成分としてはＡｇ、Ｐｄ、
Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ等の少なくとも１種類以
上を含むことが望ましい。また、電極材料に添加される
電気伝導酸化物は、単独の酸化物のみならず複合酸化物
をも含むことは勿論であり、ＩｒＯ2、ＯｓＯ2、ＲｈＯ
2、ＰｔＯ2、ＭｏＯ2、ＷＯ2、ＬａＯ2、ＳｎＯ2等のル
チル型結晶構造酸化物、あるいはＳｎＯ2、ＲＥＯ2、Ｍ
xＲＥＯ3、ＳｒＣｏＯ3、Ｌａ1-xＳｒxＣｏＯ3、ＳｒＩ
ｒＯ3、ＢａＰｂ1-xＢｉxＯ3等のペロブスカイト型結晶
構造酸化物、またはＬａ2ＮｉＯ4、ＬａＣｕＯ4、ＹＢ2
Ｃｕ3Ｏ7等のＫ2ＮｉＦ4型結晶構造酸化物、さらに、Ｐ
ｂ2Ｉｒ2Ｏ7-x、Ｐｂ2Ｒｕ2Ｏ7-x、Ｂｉ2Ｉｒ2Ｏ7、Ｌ
ｕ2Ｉｒ2Ｏ7等のパイロクロア型結晶構造酸化物といっ
た酸素を放出しやすい酸化物または複合酸化物の少なく
とも１種類であることが好ましい。
【０００９】ここで、ＲＥは希土類元素を示し、Ｍは、
Ｍｇ、Ｎａ、Ｋ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆ
ｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒから選ばれる少なくとも１種類の元
素である。そして、電気伝導酸化物がＭxＲＥＯ3である
場合には、Ｘは１〜３の範囲であることが望ましい。ま
た、電気伝導酸化物がＬａ1-xＳｒxＣｏＯ3である場合
には、Ｘは０から０．５の範囲であることが適当であ
る。さらに、電気伝導酸化物がＢａＰｂ1-xＢｉxＯ3の
場合には、Ｘは０から０．６の範囲であることが好まし
い。電気伝導酸化物がＰｂ2Ｉｒ2Ｏ7-xあるいはＰｂ2Ｒ
ｕ2Ｏ7-xの場合には、Ｘは０から１の範囲であることが
好ましい。
Ｍｇ、Ｎａ、Ｋ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆ
ｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒから選ばれる少なくとも１種類の元
素である。そして、電気伝導酸化物がＭxＲＥＯ3である
場合には、Ｘは１〜３の範囲であることが望ましい。ま
た、電気伝導酸化物がＬａ1-xＳｒxＣｏＯ3である場合
には、Ｘは０から０．５の範囲であることが適当であ
る。さらに、電気伝導酸化物がＢａＰｂ1-xＢｉxＯ3の
場合には、Ｘは０から０．６の範囲であることが好まし
い。電気伝導酸化物がＰｂ2Ｉｒ2Ｏ7-xあるいはＰｂ2Ｒ
ｕ2Ｏ7-xの場合には、Ｘは０から１の範囲であることが
好ましい。
【００１０】上記の電気伝導酸化物は、電極材料の金属
成分と電気伝導酸化物との合計を１００重量％として１
〜２０重量％含有することが望ましい。含有量が１重量
％以下ではアクチュエータの圧電特性の劣化防止効果が
十分ではなく、また２０重量％以上では内部電極層の抵
抗率が上昇して高精度な印加電圧−変位特性が得られな
くなる。電極材料における電気伝導酸化物のより好まし
い含有量は１〜１２重量％であり、さらに好ましい範囲
は６〜１２重量％であり、一層好ましい範囲としては６
〜１０重量％である。
成分と電気伝導酸化物との合計を１００重量％として１
〜２０重量％含有することが望ましい。含有量が１重量
％以下ではアクチュエータの圧電特性の劣化防止効果が
十分ではなく、また２０重量％以上では内部電極層の抵
抗率が上昇して高精度な印加電圧−変位特性が得られな
くなる。電極材料における電気伝導酸化物のより好まし
い含有量は１〜１２重量％であり、さらに好ましい範囲
は６〜１２重量％であり、一層好ましい範囲としては６
〜１０重量％である。
【００１１】積層型圧電体１は、例えば以下の方法によ
って形成することができる。
って形成することができる。
【００１２】まず、前記のグリーンシートの片面全面に
上記の金属成分と電気伝導酸化物とからなる導電性ペー
ストをスクリーン印刷法等によって所定厚さ塗布する。
次に、この導電性ペーストが塗布されたグリーンシート
を、導電性ペーストとグリーンシートとが交互に積層さ
れるように所望の枚数積層する。そして、この多数枚積
層されたグリーンシートに荷重を掛けて圧着、乾燥して
積層体を形成する。上記積層体を脱脂後、鉛雰囲気が保
たれる二重の鞘に入れて、空気中または酸素気流中で９
００〜１２００℃、１〜５時間焼成して、内部電極層３
と圧電板２とが交互に積層されて一体化された積層型圧
電体１となす。
上記の金属成分と電気伝導酸化物とからなる導電性ペー
ストをスクリーン印刷法等によって所定厚さ塗布する。
次に、この導電性ペーストが塗布されたグリーンシート
を、導電性ペーストとグリーンシートとが交互に積層さ
れるように所望の枚数積層する。そして、この多数枚積
層されたグリーンシートに荷重を掛けて圧着、乾燥して
積層体を形成する。上記積層体を脱脂後、鉛雰囲気が保
たれる二重の鞘に入れて、空気中または酸素気流中で９
００〜１２００℃、１〜５時間焼成して、内部電極層３
と圧電板２とが交互に積層されて一体化された積層型圧
電体１となす。
【００１３】上記積層型圧電体１に、絶縁処理およびリ
ード線の取出しを行い、１００℃のシリコーンオイル中
でリード線５に１〜２ｋＶ／ｍｍの高電圧を印加して分
極処理を行って、積層型圧電アクチュエータとする。
ード線の取出しを行い、１００℃のシリコーンオイル中
でリード線５に１〜２ｋＶ／ｍｍの高電圧を印加して分
極処理を行って、積層型圧電アクチュエータとする。
【００１４】なお、上記絶縁処理は、積層型圧電体１の
一側面に表出した内部電極層３を一層おきに絶縁材６で
被覆し、積層型圧電体１の上記一側面の隣の側面に表出
し、上記絶縁材６で被覆されていない他の内部電極層３
を一層おきに絶縁材６で被覆することにより絶縁処理す
る。
一側面に表出した内部電極層３を一層おきに絶縁材６で
被覆し、積層型圧電体１の上記一側面の隣の側面に表出
し、上記絶縁材６で被覆されていない他の内部電極層３
を一層おきに絶縁材６で被覆することにより絶縁処理す
る。
【００１５】また、リード線の取出しは、絶縁材６で被
覆した積層型圧電体１の各側面に、絶縁材６で被覆され
ずに表出している各内部電極層３と接触するように電導
板４を配設し、電導板４にリード線５を接続して行う。
覆した積層型圧電体１の各側面に、絶縁材６で被覆され
ずに表出している各内部電極層３と接触するように電導
板４を配設し、電導板４にリード線５を接続して行う。
【００１６】ここで、電導板４は積層された内部電極を
接続するものであるから電気伝導性の良好な例えば銀板
などを用いるのが望ましい。また、リード線５も同様に
電気伝導性の良好なものであれば特に限定はない。絶縁
材６は、例えば絶縁用のゴムなどが例示できる。
接続するものであるから電気伝導性の良好な例えば銀板
などを用いるのが望ましい。また、リード線５も同様に
電気伝導性の良好なものであれば特に限定はない。絶縁
材６は、例えば絶縁用のゴムなどが例示できる。
【００１７】以上の積層型圧電アクチュエータの製造方
法は、製造方法の一例であって本発明の積層型圧電アク
チュエータの製造は、この方法に限定されるものはでな
い。
法は、製造方法の一例であって本発明の積層型圧電アク
チュエータの製造は、この方法に限定されるものはでな
い。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００１９】［実施例］本実施例の積層型圧電アクチュ
エータを図１に沿って説明する。この積層型圧電アクチ
ュエータは、圧電板２と内部電極層３と銀板４（電導板
として銀板を使用した）とリード線５と絶縁ゴム６（絶
縁材として絶縁ゴムを使用した）とからなる。圧電板２
と内部電極層３は交互に積層され、また、１層おきに絶
縁された側面に銀板４を介して内部電極層３とリード線
５とが接続されている。
エータを図１に沿って説明する。この積層型圧電アクチ
ュエータは、圧電板２と内部電極層３と銀板４（電導板
として銀板を使用した）とリード線５と絶縁ゴム６（絶
縁材として絶縁ゴムを使用した）とからなる。圧電板２
と内部電極層３は交互に積層され、また、１層おきに絶
縁された側面に銀板４を介して内部電極層３とリード線
５とが接続されている。
【００２０】電極材料の金属成分としてはＡｇを用い、
電気伝導酸化物としてはルチル型結晶構造をもつＩｒＯ
2を添加してペースト状となし電極材料とした。ここで
ＩｒＯ2の含有量はＡｇとＩｒＯ2の合計を１００重量％
として１０重量％とした。
電気伝導酸化物としてはルチル型結晶構造をもつＩｒＯ
2を添加してペースト状となし電極材料とした。ここで
ＩｒＯ2の含有量はＡｇとＩｒＯ2の合計を１００重量％
として１０重量％とした。
【００２１】圧電板は、ＰｂＺｒＯ3、ＰｂＴｉＯ3等の
ＰＺＴ用粉末に有機バインダー、可塑剤、有機溶剤等を
添加混合した原材料からシート成形法により、厚さが
０．１ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ２００ｍｍのグリーン
シートを形成した。 （アクチュエータの製造方法）このグリーンシートの片
面全面に上記の導電性電極材料を含む導電性ペーストを
スクリーン印刷により所定厚さ塗布した。この導電性ペ
ーストが塗布された圧電板のグリーンシートを、１０ｍ
ｍ×１０ｍｍ×０．１ｍｍの角型片に切出し、導電性ペ
ーストとグリーンシートとが交互に積層されるように４
００枚積層し、荷重を掛けて圧着、乾燥して積層体とし
た。上記積層体を脱脂後、鉛雰囲気が保たれる鞘に入
れ、空気中で１２００℃、５時間の焼成条件で焼成し
て、内部電極層３と圧電板２とが交互に積層されて一体
化された積層型圧電体１とした。なお、焼成後の内部電
極層３の厚さは約５μｍであった。また、焼成後の積層
型圧電体１のサイズは、８ｍｍ×８ｍｍ×３４ｍｍであ
った。
ＰＺＴ用粉末に有機バインダー、可塑剤、有機溶剤等を
添加混合した原材料からシート成形法により、厚さが
０．１ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ２００ｍｍのグリーン
シートを形成した。 （アクチュエータの製造方法）このグリーンシートの片
面全面に上記の導電性電極材料を含む導電性ペーストを
スクリーン印刷により所定厚さ塗布した。この導電性ペ
ーストが塗布された圧電板のグリーンシートを、１０ｍ
ｍ×１０ｍｍ×０．１ｍｍの角型片に切出し、導電性ペ
ーストとグリーンシートとが交互に積層されるように４
００枚積層し、荷重を掛けて圧着、乾燥して積層体とし
た。上記積層体を脱脂後、鉛雰囲気が保たれる鞘に入
れ、空気中で１２００℃、５時間の焼成条件で焼成し
て、内部電極層３と圧電板２とが交互に積層されて一体
化された積層型圧電体１とした。なお、焼成後の内部電
極層３の厚さは約５μｍであった。また、焼成後の積層
型圧電体１のサイズは、８ｍｍ×８ｍｍ×３４ｍｍであ
った。
【００２２】上記の積層型圧電体１に、絶縁処理および
リード線の取出しを行い、１００℃のシリコーンオイル
中でリード線５に２ｋＶ／ｍｍの高電圧を印加して分極
処理を行って、積層型圧電アクチュエータを製造した。
なお、上記絶縁処理は、積層型圧電体１の一側面に表出
した内部電極層３を一層おきに絶縁ゴム６で被覆し、積
層型圧電体１の上記一側面の隣の側面に表出し上記絶縁
ゴム６で被覆されていない他の内部電極層３を、一層お
きに絶縁ゴム６で被覆することにより行った。また、上
記リード線の取出しは、絶縁ゴム６で被覆した積層型圧
電体１の各側面に、絶縁ゴムで６で被覆されずに表出し
ている各内部電極層３と接触するように銀板４を配設
し、銀板４にリード線５を接続して行った。 （耐久試験方法）上記積層型圧電アクチュエータについ
て、印加電圧０〜１ｋＶ／ｍｍ、周波数１００Ｈｚ、荷
重変動１０〜２０ＭＰａ、温度１５０℃の条件で耐久試
験を実施した。なお、比較のために、電気伝導酸化物を
含まないＡｇペーストのみを導電性電極材料として用い
て実施例と同様の方法で製造した積層型圧電アクチュエ
ータを比較例とした。この比較例についても実施例と同
様の条件で耐久試験を実施した。 （評価方法）上記の耐久試験を所定回数実施する毎に、
圧電板（ＰＺＴ層）の正極付近の構成元素の定量測定を
行った。元素濃度の定量測定にはＥＰＭＡ（日本電子
製、ＪＸＡ−８６００）を用い、ビーム径を１０μｍと
して、各電極面から約１０μｍ内側の圧電板内の任意の
５点を測定して平均値を求めた。測定元素は鉛、ジルコ
ニウム、チタン、酸素の４元素とした。
リード線の取出しを行い、１００℃のシリコーンオイル
中でリード線５に２ｋＶ／ｍｍの高電圧を印加して分極
処理を行って、積層型圧電アクチュエータを製造した。
なお、上記絶縁処理は、積層型圧電体１の一側面に表出
した内部電極層３を一層おきに絶縁ゴム６で被覆し、積
層型圧電体１の上記一側面の隣の側面に表出し上記絶縁
ゴム６で被覆されていない他の内部電極層３を、一層お
きに絶縁ゴム６で被覆することにより行った。また、上
記リード線の取出しは、絶縁ゴム６で被覆した積層型圧
電体１の各側面に、絶縁ゴムで６で被覆されずに表出し
ている各内部電極層３と接触するように銀板４を配設
し、銀板４にリード線５を接続して行った。 （耐久試験方法）上記積層型圧電アクチュエータについ
て、印加電圧０〜１ｋＶ／ｍｍ、周波数１００Ｈｚ、荷
重変動１０〜２０ＭＰａ、温度１５０℃の条件で耐久試
験を実施した。なお、比較のために、電気伝導酸化物を
含まないＡｇペーストのみを導電性電極材料として用い
て実施例と同様の方法で製造した積層型圧電アクチュエ
ータを比較例とした。この比較例についても実施例と同
様の条件で耐久試験を実施した。 （評価方法）上記の耐久試験を所定回数実施する毎に、
圧電板（ＰＺＴ層）の正極付近の構成元素の定量測定を
行った。元素濃度の定量測定にはＥＰＭＡ（日本電子
製、ＪＸＡ−８６００）を用い、ビーム径を１０μｍと
して、各電極面から約１０μｍ内側の圧電板内の任意の
５点を測定して平均値を求めた。測定元素は鉛、ジルコ
ニウム、チタン、酸素の４元素とした。
【００２３】また、耐久試験の所定回数毎のスタック変
位量の変化を測定した。スタック変位量は次の方法によ
って測定した。まず剛性の高いコの字型のフレームに上
記積層型圧電アクチュエータを装着し、１０ＭＰａの予
荷重を加えて治具ネジで固定した。次に積層型圧電アク
チュエータに０〜１ｋＶ／ｍｍの電界を５Ｈｚの正弦法
で加え、フレーム上部の位置変動をレーザ変位計または
ギャップセンサで測定した。 （評価結果）定量測定した構成元素のうちで、特に特徴
的な酸素濃度の変化を図２に示す。重量比でＡｇ：Ｉｒ
Ｏ2＝９：１の電極材料を使用した本発明になる積層型
圧電アクチュエータでは、繰返し電界印加回数が増加し
ても、正極近傍の酸素濃度の減少は少ない。一方、Ａｇ
ペーストのみからなる電極材料を用いた比較例の積層型
圧電アクチュエータでは、繰返し電界印加回数の増加に
従い正極近傍の酸素濃度は急激に減少している。これ
は、本発明の積層型圧電アクチュエータでは、繰返し駆
動に伴う正極付近から負極付近への酸素の移動に対し
て、正極内に添加したＩｒＯ2から酸素が補給されるこ
とにより、繰返し駆動による酸素濃度の低下を抑制でき
ることを表している。
位量の変化を測定した。スタック変位量は次の方法によ
って測定した。まず剛性の高いコの字型のフレームに上
記積層型圧電アクチュエータを装着し、１０ＭＰａの予
荷重を加えて治具ネジで固定した。次に積層型圧電アク
チュエータに０〜１ｋＶ／ｍｍの電界を５Ｈｚの正弦法
で加え、フレーム上部の位置変動をレーザ変位計または
ギャップセンサで測定した。 （評価結果）定量測定した構成元素のうちで、特に特徴
的な酸素濃度の変化を図２に示す。重量比でＡｇ：Ｉｒ
Ｏ2＝９：１の電極材料を使用した本発明になる積層型
圧電アクチュエータでは、繰返し電界印加回数が増加し
ても、正極近傍の酸素濃度の減少は少ない。一方、Ａｇ
ペーストのみからなる電極材料を用いた比較例の積層型
圧電アクチュエータでは、繰返し電界印加回数の増加に
従い正極近傍の酸素濃度は急激に減少している。これ
は、本発明の積層型圧電アクチュエータでは、繰返し駆
動に伴う正極付近から負極付近への酸素の移動に対し
て、正極内に添加したＩｒＯ2から酸素が補給されるこ
とにより、繰返し駆動による酸素濃度の低下を抑制でき
ることを表している。
【００２４】また、繰返し駆動に伴う積層型圧電アクチ
ュエータのスタック変位量の変化を図３に示す。重量比
でＡｇ：ＩｒＯ2＝９：１の電極材料を使用した本発明
になる積層型圧電アクチュエータでは、繰返し電界印加
回数が増加しても、スタック変位量の減少は極めて少な
いことが分る。一方、Ａｇペーストのみからなる電極材
料を用いた比較例の積層型圧電アクチュエータでは、繰
返し電界印加回数の増加に従ってスタック変位量は急激
に減少しており、変位の変化率の大きいことが分る。１
０9回での変位の劣化率は、本発明による積層型圧電ア
クチュエータでは２％であるが、従来技術になる比較例
では１６％であった。ここで、変位の劣化率とは、初期
スタック変位量に対する繰返し印加回数１０9回後のス
タック変位の減少率である。すなわち、本実施例では繰
返し電界印加回数が増加しても、図２に示すように正極
近傍の酸素濃度が維持されるために、圧電板内の初期の
分極状態が維持されることによって変位の劣化率が減少
したものである。 ［試験例１］上記実施例の積層型圧電アクチュエータ
で、Ａｇを主成分とする電極材料にＡｇとＩｒＯ2の合
計を１００重量％として、ＩｒＯ2を０〜３０重量％ま
で変化さて含有した圧電素子を作製した。圧電素子は実
施例と同様に、シート４００枚を積層し、８×８×３４
ｍｍの寸法とした。この圧電素子に実施例と同様の条件
で電界印加を繰返して、酸素濃度変化率と抵抗率の変化
を測定した。これらの値から各圧電素子の積層型圧電ア
クチュエータへの適用の可否を判定した。ここで、酸素
濃度変化率とは、実施例と同様の手段で測定した圧電板
内の酸素初期濃度に対する繰返し印加回数１０9回後の
酸素濃度の変化率である。また、抵抗率は、グリーンシ
ート上に印刷し焼付けて形成されたＡｇ／ＩｒＯ2電極
の長さ方向の抵抗率である。抵抗率はいわゆる四端子法
で測定した。
ュエータのスタック変位量の変化を図３に示す。重量比
でＡｇ：ＩｒＯ2＝９：１の電極材料を使用した本発明
になる積層型圧電アクチュエータでは、繰返し電界印加
回数が増加しても、スタック変位量の減少は極めて少な
いことが分る。一方、Ａｇペーストのみからなる電極材
料を用いた比較例の積層型圧電アクチュエータでは、繰
返し電界印加回数の増加に従ってスタック変位量は急激
に減少しており、変位の変化率の大きいことが分る。１
０9回での変位の劣化率は、本発明による積層型圧電ア
クチュエータでは２％であるが、従来技術になる比較例
では１６％であった。ここで、変位の劣化率とは、初期
スタック変位量に対する繰返し印加回数１０9回後のス
タック変位の減少率である。すなわち、本実施例では繰
返し電界印加回数が増加しても、図２に示すように正極
近傍の酸素濃度が維持されるために、圧電板内の初期の
分極状態が維持されることによって変位の劣化率が減少
したものである。 ［試験例１］上記実施例の積層型圧電アクチュエータ
で、Ａｇを主成分とする電極材料にＡｇとＩｒＯ2の合
計を１００重量％として、ＩｒＯ2を０〜３０重量％ま
で変化さて含有した圧電素子を作製した。圧電素子は実
施例と同様に、シート４００枚を積層し、８×８×３４
ｍｍの寸法とした。この圧電素子に実施例と同様の条件
で電界印加を繰返して、酸素濃度変化率と抵抗率の変化
を測定した。これらの値から各圧電素子の積層型圧電ア
クチュエータへの適用の可否を判定した。ここで、酸素
濃度変化率とは、実施例と同様の手段で測定した圧電板
内の酸素初期濃度に対する繰返し印加回数１０9回後の
酸素濃度の変化率である。また、抵抗率は、グリーンシ
ート上に印刷し焼付けて形成されたＡｇ／ＩｒＯ2電極
の長さ方向の抵抗率である。抵抗率はいわゆる四端子法
で測定した。
【００２５】結果を表１に示す。ＩｒＯ2の含有量を０
〜３０重量％まで変化させると、電極の厚さ方向の抵抗
率は３１×１０-6〜５５×１０-3Ω・ｃｍまで変化し
た。この抵抗率が大きいと駆動電圧が上昇して熱として
消費されるために、高精度な印加電圧−変位特性が得ら
れない。したがって、積層型圧電アクチュエータとして
は適当ではない。ここでは、抵抗率が１０-3Ω・ｃｍ以
下を合格と判定した。また、酸素変化率は、あまり大き
くては改善の意味がないので４％以下を合格とした。判
定結果を表１に○（合格）あるいは×（不合格）として
併記した。
〜３０重量％まで変化させると、電極の厚さ方向の抵抗
率は３１×１０-6〜５５×１０-3Ω・ｃｍまで変化し
た。この抵抗率が大きいと駆動電圧が上昇して熱として
消費されるために、高精度な印加電圧−変位特性が得ら
れない。したがって、積層型圧電アクチュエータとして
は適当ではない。ここでは、抵抗率が１０-3Ω・ｃｍ以
下を合格と判定した。また、酸素変化率は、あまり大き
くては改善の意味がないので４％以下を合格とした。判
定結果を表１に○（合格）あるいは×（不合格）として
併記した。
【００２６】表１からＡｇを主成分とする電極材料への
ＩｒＯ2の添加量は、１〜２０重量％が適当であること
が分った。
ＩｒＯ2の添加量は、１〜２０重量％が適当であること
が分った。
【００２７】
【表１】
【００２８】［試験例２］本試験例では、電気伝導酸化
物としてＫ2ＮｉＦ4型結晶構造を有するＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7を用いた。
物としてＫ2ＮｉＦ4型結晶構造を有するＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7を用いた。
【００２９】まず、Ａｇを主成分とする電極材料に、Ａ
ｇとＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7の合計を１００重量％として、Ｙ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7を０〜３０重量％まで変化さて含有した
圧電素子を作製した。圧電素子の寸法・形状は試験例１
と同様である。次に、これらの圧電素子に試験例１と同
様の条件で電界印加を繰返して、酸素濃度変化率と抵抗
率の変化を測定した。結果を表２に示す。表２の○ある
いは×の判定基準は試験例１と同一である。
ｇとＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7の合計を１００重量％として、Ｙ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7を０〜３０重量％まで変化さて含有した
圧電素子を作製した。圧電素子の寸法・形状は試験例１
と同様である。次に、これらの圧電素子に試験例１と同
様の条件で電界印加を繰返して、酸素濃度変化率と抵抗
率の変化を測定した。結果を表２に示す。表２の○ある
いは×の判定基準は試験例１と同一である。
【００３０】本試験例では、Ａｇを主成分とする電極材
料へのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7の添加量は、１〜１２重量％が
適当であることが分った。
料へのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7の添加量は、１〜１２重量％が
適当であることが分った。
【００３１】
【表２】
【００３２】
【発明の効果】本発明の積層型圧電アクチュエータは、
内部電極の電極材料に酸素イオンをキャリアとする電気
伝導酸化物が添加されている。このため、繰返し高電界
を印加してもＰＺＴ系酸化物からなる圧電板の圧電特性
の劣化が防止され、積層型圧電アクチュエータとしての
信頼性を維持することができる。これは、繰返し駆動に
伴う正極付近から負極付近への酸素の移動に対して、正
極内に添加した酸化物から酸素が補給されるために、繰
返し駆動による酸素濃度の低下を抑制できるからであ
る。
内部電極の電極材料に酸素イオンをキャリアとする電気
伝導酸化物が添加されている。このため、繰返し高電界
を印加してもＰＺＴ系酸化物からなる圧電板の圧電特性
の劣化が防止され、積層型圧電アクチュエータとしての
信頼性を維持することができる。これは、繰返し駆動に
伴う正極付近から負極付近への酸素の移動に対して、正
極内に添加した酸化物から酸素が補給されるために、繰
返し駆動による酸素濃度の低下を抑制できるからであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層型圧電アクチュエータの概略を示
す図である。
す図である。
【図２】耐久試験における繰返し電界印加回数による正
極近傍での酸素濃度変化を示すグラフである。○は実施
例であり、□は比較例の場合である。
極近傍での酸素濃度変化を示すグラフである。○は実施
例であり、□は比較例の場合である。
【図３】耐久試験における繰返し電界印加回数によるス
タック変位の変化を示すグラフである。○は実施例であ
り、□は比較例の場合である。
タック変位の変化を示すグラフである。○は実施例であ
り、□は比較例の場合である。
１：積層型圧電体 ２：圧電板 ３：内部電極層 ４：
電導板 ５：リード線６：絶縁材
電導板 ５：リード線６：絶縁材
Claims (8)
- 【請求項１】圧電板と、内部電極層とが交互に積層され
た積層型圧電アクチュエータであって、前記内部電極層
の電極材料が金属成分と電気伝導酸化物とを含んでなる
ことを特徴とする積層型圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】前記電気伝導酸化物は、ＩｒＯ2、Ｏｓ
Ｏ2、ＲｈＯ2、ＰｔＯ2、ＭｏＯ2、ＷＯ2、ＬａＯ2、Ｓ
ｎＯ2のルチル型結晶構造酸化物の少なくとも１種類で
ある請求項１記載の積層型圧電アクチュエータ。 - 【請求項３】前記電気伝導酸化物は、ＳｎＯ2、ＲＥ
Ｏ2、ＭxＲＥＯ3、ＳｒＣｏＯ3、Ｌａ1-xＳｒxＣｏ
Ｏ3、ＳｒＩｒＯ3、ＢａＰｂ1-xＢｉxＯ3のペロブスカ
イト型結晶構造酸化物の少なくとも１種類であり、ここ
で、ＲＥは希土類元素を示し、Ｍは、Ｍｇ、Ｎａ、Ｋ、
Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ
から選ばれる少なくとも１種類の元素である請求項１記
載の積層型圧電アクチュエータ。 - 【請求項４】前記電気伝導酸化物は、Ｌａ2ＮｉＯ4、Ｌ
ａＣｕＯ4、ＹＢ2Ｃｕ 3Ｏ7のＫ2ＮｉＦ4型結晶構造酸化
物の少なくとも１種類である請求項１記載の積層型圧電
アクチュエータ。 - 【請求項５】前記電気伝導酸化物は、Ｐｂ2Ｉｒ
2Ｏ7-x、Ｐｂ2Ｒｕ2Ｏ7-x、Ｂｉ2Ｉｒ2Ｏ7、Ｌｕ2Ｉｒ2
Ｏ7のパイロクロア型結晶構造酸化物の少なくとも１種
類である請求項１記載の積層型圧電アクチュエータ。 - 【請求項６】前記金属成分と前記電気伝導酸化物との合
計を１００重量％として、該電気伝導酸化物を１〜２０
重量％含有する請求項１ないし請求項５のいずれかに記
載の積層型圧電アクチュエータ。 - 【請求項７】前記圧電板は、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3を
含む請求項１ないし６のいずれかに記載の積層型圧電ア
クチュエータ。 - 【請求項８】前記金属成分は、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒ
ｈ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕからなる群から選択される少
なくとも１種を含む請求項１ないし７のいずれかに記載
の積層型圧電アクチュエータ。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP2003004237A JP2003298134A (ja) | 2002-01-31 | 2003-01-10 | 積層型圧電アクチュエータ |
| US10/346,100 US6756720B2 (en) | 2002-01-31 | 2003-01-17 | Laminated piezoelectric actuator |
| EP03001136A EP1333506A3 (en) | 2002-01-31 | 2003-01-20 | Laminated piezoelectric actuator |
| CN03102210A CN1435899A (zh) | 2002-01-31 | 2003-01-28 | 叠层式压电致动器 |
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Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002023759 | 2002-01-31 | ||
| JP2002-23759 | 2002-01-31 | ||
| JP2003004237A JP2003298134A (ja) | 2002-01-31 | 2003-01-10 | 積層型圧電アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003298134A true JP2003298134A (ja) | 2003-10-17 |
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ID=26625662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003004237A Pending JP2003298134A (ja) | 2002-01-31 | 2003-01-10 | 積層型圧電アクチュエータ |
Country Status (5)
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|---|---|
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| EP (1) | EP1333506A3 (ja) |
| JP (1) | JP2003298134A (ja) |
| KR (1) | KR20030066401A (ja) |
| CN (1) | CN1435899A (ja) |
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| JP2005243677A (ja) * | 2004-02-24 | 2005-09-08 | Kyocera Corp | 積層型電子部品とその製造方法およびこれを用いた噴射装置 |
| JP2007188963A (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Tdk Corp | 導電ペースト及びそれを用いた積層型セラミック素子の製造方法 |
| JP4880696B2 (ja) * | 2005-11-30 | 2012-02-22 | デルファイ・テクノロジーズ・ホールディング・エス．アー．エール．エル． | 強誘電体の耐久性に対する改良 |
| JP2013080887A (ja) * | 2011-10-04 | 2013-05-02 | Fujifilm Corp | 圧電体素子及びその製造方法、並びに液体吐出ヘッド |
| JP2013080886A (ja) * | 2011-10-04 | 2013-05-02 | Fujifilm Corp | 圧電体素子及びその製造方法 |
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| JP4431891B2 (ja) * | 2004-12-28 | 2010-03-17 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子、圧電アクチュエーター、圧電ポンプ、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンター、表面弾性波素子、薄膜圧電共振子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、および電子機器 |
| CN100426547C (zh) * | 2006-04-11 | 2008-10-15 | 中北大学 | 铝基叠层高过载压电驱动器 |
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| JP5212059B2 (ja) * | 2008-03-14 | 2013-06-19 | パナソニック株式会社 | 電圧非直線性抵抗体組成物および積層バリスタ |
| JP5329863B2 (ja) * | 2008-07-31 | 2013-10-30 | 富士フイルム株式会社 | 圧電素子及び圧電素子の製造方法、液体吐出装置 |
| CN103280523B (zh) * | 2013-06-18 | 2015-03-25 | 厦门乃尔电子有限公司 | 高温压电元件电极制作方法及压电元件结构 |
| CN110100384B (zh) * | 2016-12-29 | 2022-11-01 | 索尼公司 | 致动器及其制造方法 |
| CN106821463B (zh) * | 2017-02-28 | 2019-04-30 | 优超医疗科技（徐州）有限公司 | 一种实时显示穿刺针位置的超声图像引导系统及其使用方法 |
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| WO1989010813A1 (en) * | 1988-05-13 | 1989-11-16 | Research Corporation Technologies, Inc. | Ceramic electrode material and electrical devices formed therewith |
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