JP2824116B2 - 積層型圧電アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術（第７図） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（第１図） 作用 実施例 （ａ） 一実施例の説明（第１図，第２図） （ｂ） 他の実施例の説明（第３図，第４図） （ｃ） 別の実施例の説明（第５図，第６図） 発明の効果 〔概要〕 内部電極を設けた圧電板を積層してなる積層型圧電ア
クチュエータに関し， 反対極性の外部電極の内部電極との間の絶縁特性を向
上するとともに，クラックの発生を防止し，コストの低
減を図ることを目的とし， 内部電極を設けた圧電板を積層した素子の周囲に積層
方向に沿って一対の外部電極を設け，積層方向の奇数番
目の内部電極を素子の外周で一方の外部電極に，積層方
向の偶数番目の内部電極を素子の外周で他方の外部電極
に接続した積層型圧電アクチュエータにおいて，該奇数
番目の内部電極を，該一方の外部電極との接合部のみを
素子外周に露出した電極部と，該電極部の周囲に該電極
部と接合されないダミー部とで構成し，該偶数番目の内
部電極を，該他方の外部電極との接合部のみを素子外周
に露出した電極部と，該電極部の周囲に該電極部と接合
されないダミー部とで構成した。

〔産業上の利用分野〕

本発明は，内部電極を設けた圧電板を積層してなる積
層型圧力電アクチュエータに関する。

圧電板の両面に電極を設け，電極に電圧を印加する
と，圧電板に伸びが発生する。

この伸びは微小なため，電極を設けた圧電板を積層し
た素子を用いることにより，所定の変位量を得ることが
でき，アクチュエータとして利用できる。

このような積層型圧電アクチュエータは，電磁マグネ
ット等に比較して，高速動作が可能であり，例えば，プ
リンタの印字ヘッド用アクチュエータとして用いられつ
つある。

このような積層型圧電アクチュエータでは，信頼性の
高いものが望まれている。

〔従来の技術〕

第７図は従来技術の説明図であり，第７図（Ａ）は斜
視図，第７図（Ｂ）は横面図である。

積層型圧電アクチュエータは，基板５上に，下面に内
部電極２を設けた圧電セラミック板１を所定数積層して
構成する。

そして，各圧電セラミック板１の両面の内部電極２に
高電位差を印加するため，内部電極２に接続する一対の
外部電極3a,3bが素子の外周に積層方向に設けられ，リ
ード線６に接続される。

外部電極は，陽極側外部電極3aと陰極側外部電極3bで
構成され，陽極側外部電極3aは，例えば，積層方向の奇
数番目の内部電極２（＋）と，素子外周で接続し，陰極
側外部電極3bは，積層方向の偶数番目の内部電極２
（−）と，素子外周で接続されている。

この外部電極3a,3bは，素子の外周に設けられ，且つ
内部電極２は圧電セラミック板１の一面全面に設けられ
るので，陽極側外部電極3aは，陰極側の偶数番目の内部
電極２（−）の端面と接続しないように，また陰極側外
部電極3bは，陽極側の奇数番目の内部電極２（＋）の端
面と接続しないように，外周電極3aと内部電極２（−）
の端面との間に，及び外部電極3bと内部電極２（＋）の
端面との間に，電気絶縁層４を設けている。

この電気絶縁層４は，一枚の圧電セラミック板１が10
0〜200ミクロンであり，微小な絶縁層であること及び圧
電セラミックスとの接着力を確保するため，ガラスが用
いられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで，外部電極3a,3bには，一般に銀ペーストを
用いているが，接合力を高めるために電気絶縁層４のガ
ラスとの親和性を高くする必要がある。そのため電気絶
縁性が低下するものがあり，反対極性の内部電極と外部
電極との間にリーク電流が流れ易くなって，電極間でシ
ョートし，圧電素子自体が破壊するおそれがあるという
問題があった。

又，数10ミクロンの電気絶縁層４を積層数分設けねば
ならず，コストアップの原因となるという問題も生じて
いた。

従って，本発明は，反対極性の外部電極と内部電極と
の間の絶縁特性を向上するとともに，コストの低減を図
ることの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。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理図兼一実施例構成図である。

本発明は，第１図に示すように，内部電極を設けた圧
電板１を積層した素子の周囲に積層方向に沿って一対の
外部電極3a,3bを設け，積層方向の奇数番目の内部電極
を素子の外周で一方の外部電極3aに，積層方向の偶数番
目の内部電極を素子の外周で他方の外部電極3bに接続し
た積層型圧電アクチュエータにおいて，該奇数番目の内
部電極を，該一方の外部電極3aとの接合部のみを素子外
周に露出した電極部2aと，該電極部2aの周囲に該電極部
2aと接合されないダミー部2cとで構成し，該偶数番目の
内部電極を，該他方の外部電極3bとの接合部のみを素子
外周に露出した電極部2bと，該電極部2bの周囲に該電極
部2bと接合されないダミー部2dとで構成したものであ
る。

〔作用〕

本発明は，圧電板１上の内部電極として，一部分のみ
を外周に露出したパターンの電極部2a,2bを設け，露出
部分で外部電極3a,3bに接合するようにした。

外部電極3a,3bとの接合部以外では，内部電極の電極
部2a,2bが素子外周に露出していないため，反対極性の
外部電極3a,3bと接触するおそれがなく，新たに電気絶
縁層を設ける必要はない。

このため，圧電素子の外周面に電気絶縁層を設ける作
業が削除でき，コストを大幅に低減できる。

又，内部電極の電極部2a,2bが素子の外周に露出して
いないので，反対極性の電極間のリーク電流を防止で
き，電気絶縁特性が向上する。

更に，圧電板１上に電極部2a,2bが設けられてない外
周部分においては，製造の際加えられる圧力や素子駆動
の際の内部応力が加えられ，この部分の圧電板にクラッ
クが生ずるおそれがあるが，電極部2a,2bを形成する際
に同時にダミー部2c,2dを形成するので，圧力や内部応
力がダミー部2c,2dで緩和され，クラックの発生を防止
できる。

〔実施例〕

（ａ） 一実施例の説明 第２図は本発明の一実施例説明図である。

本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明す
る。

尚，第１図（Ａ）は素子断面図，第１図（Ｂ）は陰極
側内部電極の上面図，第１図（Ｃ）は陽極側内部電極の
上面図である。

内部電極は，第１図（Ｂ），（Ｃ）に示すように，一
部分20,21を除き，圧電セラミックス板１側面より,0.1m
m以上内側に引っ込んだパターンで形成される電極部2a,
2bと，その周囲に電極部2a,2bと約0.05mm離れ,0.05mm幅
の電極部2a,2bと接続されないパターンのダミー部2c,2d
とを有している。

電極部2a,2bとダミー部2c,2dは，同一の電極材料で形
成される。

陰極内部電極部2bは，第１図（Ｂ）のように，陰極外
部電極3b側（図の右側）に，素子端面まで達する突出部
21を有し，陽極内部電極部2aは，第１図（Ｃ）のよう
に，陽極外部電極3a（図の左側）に，素子端面まで達す
る突出部20を有し，各突出部20,21で陽極外部電極3a,陰
極外部電極3bに接続する。

尚，ダミー部2c,2dは，各々外部電極3a,3bに接続され
ない。

この素子を作成するには，第１図（Ａ）のように，圧
電セラミックスグリーンシート基板５にスクリーン印刷
により先づ銀−パラジウム合金ペーストで第１図（Ｃ）
の電極部2aとダミー部2cとで構成される陽極内部電極を
形成し，その上に圧電セラミックスグリーンシート１を
重ね，該シート１上にスクリーン印刷で第１図（Ｂ）の
電極部2bとダミー部2dとで構成される陰極内部電極を形
成する。

これを交互に繰返して，必要層数積層する。

次に，これに圧力をかけて焼成すると，各圧電セラミ
ックス板１の両面に陽極内部電極と陰極内部電極が設け
られた積層圧電セラミックス板素子が構成される。

次に素子の外周面に露出している内部電極部2a,2bを
銀ペーストで接合し，焼付けて外部電極3a,3bとする。

即ち，第１図（Ａ），（Ｃ）のように，素子の図の左
側に陽極内部電極部2aの突出部20を接合するよう電極ペ
ーストを設けて，陽極外部電極3aを形成し，第１図
（Ａ），（Ｂ）のように素子の右側に陰極内部電極部2b
の突出部21を接合するよう電極ペーストを設けて，陰極
外部電極3bを形成する。

そして，各外部電極3a,3bにリード端子６を接合し
て，積層圧電アクチュエータを完成する。

このように構成された積層圧電アクチュエータでは，
各陽極内部電極部2aは，陰極外部電極3b側で，各陰極内
部電極部2bは，陽極外部電極3a側で，圧電セラミックス
板１の側面より引っ込んでいるので，圧電セラミックス
板１自体が絶縁耐圧を向上させることができるととも
に，従来のように電気絶縁層４を設ける必要がないの
で，コストも低減する。

尚，外部電極3a,3bに導電性接着剤を用いることがで
きる。

次に，第２図によりダミー部2c,2dの作用について説
明する。

前述の絶縁耐圧の向上等の目的のためであれば，電極
部2a,2bを設けるだけで十分である。

このような電極部2a,2bを設けると，圧電セラミック
ス板１上の電極部2a,2bの設けられていない密度の低い
部分が生じる。

この部分では，第２図（Ａ）のように，グリーンシー
トの積層体を焼成する時に内部応力が集中しやすく，素
子にクラックが発生することがある。

又，素子駆動時の結晶歪みによって生ずる応力によっ
て，圧電セラミックスの主に内部電極部のない部分のク
ラックが発生することがあり，素子破壊に至る場合があ
る。

このため，焼成した積層体の製造歩留りが悪くなり，
コストアップにつながるとともに完成した素子の信頼性
を損なう。

そこで，この部分に電極部2a,2bと同一材料のダミー
パターン2c,2dを設け，グリーンシートの積層体を焼成
する時の内部応力集中を緩和することによって素子に発
生するクラックを防止できる。

又，素子駆動時の結晶歪みによって生ずる応力集中を
ダミーパターン2c,2dで緩和し，クラックの発生を防止
できる。

（ｂ） 他の実施例の説明 第３図は本発明の他の実施例構成図，第４図はその内
部電極パターン図である。

図中，第１図で示したものと同一のものは同一の記号
で示してある。

この実施例は，第１図の積層型圧電アクチュエータ７
−１〜７−12を圧電セラミックス基板５上に円盤状に12
ケ配置し，ワイヤドットプリントヘッドのアクチュエー
タ７を構成したものである。

即ち，円盤状に12ケ設けた積層型圧電アクチュエータ
７−１〜７−12の第３図の上面にワイヤドットピンを立
てて設け,12ドットのワイヤドットヘッドを構成するも
のである。

このようなアクチュエータ７においても，陽極内部電
極部2aは，第４図（Ａ）のように，圧電セラミックス板
１の側面より一部分を除き内側に引っ込んで構成されて
おり，円の外側の外部電極3aと接合する部分で端面に突
出し，外部電極3aと接合する。又，電極部2aの周囲にダ
ミー部2cが設けられる。

同様に，陰極内部電極部2bは，第４図（Ｂ）のよう
に，圧電セラミックス板１の側面より一部分を除き内側
に引っ込んで構成されており，円の内側の外部電極3bと
接合する部分で端面に突出し，外部電極3bと接合する。
又，電極部2bの周囲にダミー部2dが設けられる。

このアクチュエータ７は，円盤形状の圧電セラミック
スグリーンシートに陰極内部電極2b,2d,陽極内部電極2
a,2cをスクリーン印刷し，積層して焼成後，外部電極3
a,3bを設けて焼付けし，その後12ケの積層型圧電アクチ
ュエータ７−１〜７−12に切断して形成すればよい。

この実施例では，外部電極3a,3bを円盤の内外に設け
ているので，アクチュエータ７が小さくても，十分外部
電極3a,3bの設置領域をとれる利点がある。

（ｃ） 別の実施例の説明 第５図は本発明の別の実施例斜視図，第６図はその内
部電極パターン構成図である。

この実施例も第３図と同様，円盤状に12ケの積層圧電
アクチュエータ７−１〜７−12を設け，ワイヤドットプ
リントヘッドのアクチュエータ７を構成したものであ
る。

但し，この実施例では，両外部電極3a,3bを円盤の外
側面に設けた点で第３図のものと異なる。

このため，陽極内部電極部2aは，第６図（Ａ）のよう
に，外側の右端部を除き，圧電セラミックス板１の側面
より内側に引っ込んで構成されており，外部電極3aと接
合する右端部で端面に突出し，外部電極3aと接合する。

同様に，陰極内部電極部2bは，第６図（Ｂ）のよう
に，外側の左端部を除き，圧電セラミックス板１の側面
より内側に引っ込んで構成されており，外部電極3bと接
合する左端部で端面に突出し，外部電極3bと接合する。

このアクチュエータ７は，第３図のものと同一の製造
工程で形成される。

又，この実施例では，両外部電極3a,3bを円盤の外側
に設けているので，面倒な内側での外部電極の形成を行
なわなくて済み，作業性が良い。

上述の実施例では,12ピンのワイヤドットプリントヘ
ッドについて説明したが,12ピンに限らない。

又，ワイヤドットプリントヘッドのアクチュエータに
限らず，他のアクチュエータにも適用できる。

更に，ダミー部2c,2dを電極部2a,2bの周囲全体に設け
ているが，要するにクラックが発生しない程度に設けれ
ばよい。

以上本発明を実施例により説明したが，本発明は本発
明の主旨に従い種々の変形が可能であり，本発明からこ
れらを排除するものではない。

〔発明の効果〕

以上説明した様に，本発明によれば，次の効果を奏す
る。

内部電極を外部電極との接合部を除き素子外周面よ
り引っ込ませて形成しているので電気絶縁耐圧特性が向
上するという効果を奏する。

内部電極の形成と電気絶縁層の形成を同じ工程で行
なえるので面倒な作業を省くことができ，コストの低減
が実現できるという効果を奏する。

内部電極部の周囲にダミー部を設けているので，製
造上や駆動時に生ずる内部応力集中を緩和でき，クラッ
クの発生を防げるという効果を奏する。

これらによって，低コストで高信頼性の積層型圧電ア
クチュエータの提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図兼一実施例構成図， 第２図は本発明の一実施例説明図， 第３図は本発明の他の実施例斜視図， 第４図は第３図における内部電極パターン構成図， 第５図は本発明の別の実施例斜視図， 第６図は第５図における内部電極パターン構成図， 第７図は従来技術の説明図である。 図中,1……圧電板， 2a,2c……内部電極部， 2b,2d……ダミー部， 3a,3b……外部電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/295 B06B 1/06 H02N 2/00 H01L 41/083

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部電極を設けた圧電板（１）を積層した
   素子の周囲に積層方向に沿って一対の外部電極（3a,3
   b）を設け，積層方向の奇数番目の内部電極を素子の外
   周で一方の外部電極（3a）に，積層方向の偶数番目の内
   部電極を素子の外周で他方の外部電極（3b）に接続した
   積層型圧電アクチュエータにおいて， 該奇数番目の内部電極を，該一方の外部電極（3a）との
   接合部のみを素子外周に露出した電極部（2a）と，該電
   極部（2a）の周囲に該電極部（2a）と接合されないダミ
   ー部（2c）とで構成し， 該偶数番目の内部電極を，該他方の外部電極（3b）との
   接合部のみを素子外周に露出した電極部（2b）と，該電
   極部（2b）の周囲に該電極部（2b）と接合されないダミ
   ー部（2d）とで構成したことを 特徴とする積層型圧電アクチュエータ。