JP3318686B2 - 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

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JP3318686B2 JP16267993A JP16267993A JP3318686B2 JP 3318686 B2 JP3318686 B2 JP 3318686B2 JP 16267993 A JP16267993 A JP 16267993A JP 16267993 A JP16267993 A JP 16267993A JP 3318686 B2 JP3318686 B2 JP 3318686B2
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良明 布田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気的エネルギーを変
位や力の機械的エネルギーに変換する積層型圧電アクチ
ュエータに関し、特に内部電極と外部電極との接続構造
に特徴を有する積層型圧電アクチュエータに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】積層型圧電アクチュエータは、圧電性セ
ラミックスの電界誘起歪みを利用したデバイスで、電極
とセラミックスを多層積層した積層セラミックスコンデ
ンサーと類似の構造が一般的である。積層セラミックコ
ンデンサーと類似の構造において、大きな変位量を得た
い場合には、セラミックスと内部電極の積層数を多くし
て積層方向に長い構造とすれば良いが、積層数を多くす
ると脱バインダーや焼結工程において、デラミネーショ
ンやクラック等の欠陥が発生するので、積層長さ寸法
は、20mm程度が限界であった。
【0003】セラミックスと内部電極の積層方向に直角
な方向を長さ方向とすれば、長い寸法の積層型圧電アク
チュエータの実現が可能で、各種の構造の提案がなされ
ている。例として、特願平3−271913号や特願平
5−71375号に記載された積層型圧電アクチュエー
タがある。
【0004】この従来の積層型圧電アクチュエータを図
4に示す。図4から明らかな様に、従来の積層型圧電ア
クチュエータは、圧電セラミックシート6と電極層7と
を交互に積層して成る棒杆状の積層体2と、積層体2の
幅方向の一端面aに設けられた第1側外部電極3と、積
層体2の幅方向の他端面bに設けられた第2側外部電極
4とを含み、電極層7は、第1側内部電極8と第2側内
部電極9とから成り、第1側内部電極8は、積層体2の
幅方向に延在し、間隔を開けて圧電セラミックシート6
上に複数配置された第1側横帯状電極80と、積層体2
の長手方向に延在し、第1側横帯状電極80に接続され
た第1側縦帯状電極81とを有し、第2側内部電極9
は、積層体2の幅方向に延在し、間隔を開けて圧電セラ
ミックシート6上に複数配置された第2側横帯状電極9
0と、積層体2の長手方向に延在し、第2側横帯状電極
90に接続された第2側縦帯状電極91とを有してい
る。
【0005】そして、従来の場合、第1側内部電極8
は、第1側縦帯状電極81と第1側外部電極3とを接続
する略L字状の第1側引出導体をも有しており、同様
に、第2側内部電極9も、第2側縦帯状電極91と第2
側外部電極4とを接続する略L字状の第2側引出導体9
2を有している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この様に、従来の積層
型圧電アクチュエータは、内部電極と外部電極との接続
の為に、第1側引出導体及び第2側引出導体が必要であ
り、これらは互いに反対方向に延びているので、圧電セ
ラミックシートの引出導体周辺部分は、分極されない。
この為、引出導体周辺部分は、圧電的に不活性であり、
この部分によって単位長さ当りのアクチュエータの変位
量が低下すると言う問題がある。更に、従来の積層型圧
電アクチュエータの場合、第1側及び第2側外部電極
は、単に、積層体の幅方向端面に互いに対向する様に設
けられているだけなので、リード線を外部電極に接続す
る際の自由度が小さく、リード線の取り扱いが煩雑にな
る場合がある。
【0007】それ故に、本発明の課題は、圧電不活性部
分が無く、単位長さ当りのアクチュエータの変位量の大
きな積層型圧電アクチュエータを提供することにある。
【0008】また、本発明のもう一つの課題は、リード
線の取り扱いの容易な積層型圧電アクチュエータを提供
することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電セ
ラミックシートと電極層とを交互に積層して成る棒杆状
の積層体と、該積層体の幅方向の一端面に設けられた第
1側外部電極と、上記積層体の幅方向の他端面に設けら
れた第2側外部電極とを含み、上記電極層は、第1側内
部電極と第2側内部電極とから成り、上記第1側内部電
極は、上記積層体の幅方向に延在し、間隔を開けて上記
圧電セラミックシート上に複数配置された第1側横帯状
電極と、上記積層体の長手方向に延在し、上記第1側横
帯状電極に接続された第1側縦帯状電極とを有し、上記
第2側内部電極は、上記積層体の幅方向に延在し、間隔
を開けて上記圧電セラミックシート上に複数配置された
第2側横帯状電極と、上記積層体の長手方向に延在し、
上記第2側横帯状電極に接続された第2側縦帯状電極と
を有している積層型圧電アクチュエータにおいて、上記
第1側横帯状電極の少なくとも一部が、上記積層体の幅
方向の一端面で上記第1側外部電極に接続され、上記第
2側外部電極の近傍に位置する上記第1側横帯状電極の
端部と上記第2側外部電極との間に絶縁の為の空隙が設
けられており、上記第2側横帯状電極の少なくとも一部
が、上記積層体の幅方向の他端面で上記第2側外部電極
に接続され、上記第1側外部電極の近傍に位置する上記
第2側横帯状電極の端部と上記第1側外部電極との間に
絶縁の為の空隙が設けられていることを特徴とする積層
型圧電アクチュエータが得られる。
【0010】また、本発明によれば、上記積層型圧電ア
クチュエータにおいて、上記積層体の積層方向両端面に
それぞれセラミック層が形成され、上記第1側外部電極
及び上記第2側外部電極が上記セラミック層表面にまで
延在していることを特徴とする積層型圧電アクチュエー
タが得られ、更に、上記積層型圧電アクチュエータにお
いて、上記積層体の積層方向両端面にそれぞれ柔軟性を
有する絶縁層が形成され、上記第1側外部電極及び上記
第2側外部電極が上記絶縁層表面にまで延在しているこ
とを特徴とする積層型圧電アクチュエータが得られる。
【0011】
【作用】本発明の積層型圧電アクチュエータの場合、複
数の第1側横帯状電極の少なくとも一部は、第1側外部
電極に接続されているので、第1側縦帯状電極を通じて
全ての第1側横帯状電極は、第1側外部電極に導通する
ことになる。一方、複数の第1側横帯状電極の内、第2
側外部電極の近傍に位置するものは、その端部と第2側
外部電極との間に空隙が設けられているので、第2側外
部電極に接続されることは無く、第1側外部電極と第2
側外部電極とが短絡することが無い。同様に、複数の第
2側横帯状電極の少なくとも一部は、第2側外部電極に
接続されているので、第2側縦帯状電極を通じて全ての
第2側横帯状電極は、第2側外部電極に導通することに
なり、また、複数の第2側横帯状電極の内、第1側外部
電極の近傍に位置するものは、その端部と第1側外部電
極との間に空隙が設けられているので、第1側外部電極
に接続されることは無い。上述の空隙部分は、極小さな
ものであるので、たとえ、この空隙部分が分極されなく
とも問題と成らない。
【0012】
【実施例】図1は本発明の第1の実施例に係る積層型圧
電アクチュエータの要部の分解斜視図、図2は図1に示
す積層型圧電アクチュエータの全体の斜視図である。
【0013】図1及び図2を参照して、この積層型圧電
アクチュエータ1は、積層体2と、第1側外部電極3
と、第2側外部電極4と、セラミック層5とから成る。
【0014】積層体2は、略帯状の圧電セラミックシー
ト6と長尺な電極層7とを交互に積層して成り、棒杆状
を呈する。
【0015】電極層7には、第1側内部電極8と第2側
内部電極9とがあり、これらは、交互に積層されてい
る。第1側内部電極8は、積層体2の幅方向に延在し、
一定間隔に圧電セラミックシート6上に複数配置された
第1側横帯状電極80と、積層体2の長手方向に延在
し、第1側横帯状電極80に接続された第1側縦帯状電
極81とから成る。第2側内部電極9は、積層体2の幅
方向に延在し、一定間隔に圧電セラミックシート6に複
数配置された第2側横帯状電極90と、積層体2の長手
方向に延在し、第2側横帯状電極90に接続された第2
側縦帯状電極91とから成る。第2側横帯状電極90
は、隣り合う第1側横帯状電極80の間に位置してい
る。
【0016】図1において、積層体2の右端近傍にある
第1側横帯状電極80′は、他の第1側横帯状電極80
よりも若干短く成っており、これらの第1側横帯状電極
80′の一端は、積層体2の幅方向の一端面(以下、第
1側の側面と言う)aにおいて露出し、他端は、積層体
2の幅方向の他端面(以下、第2側の側面と言う)bに
おいて露出しないように成っている。また、これらの第
1側横帯状電極80′の一端は、第1側の側面aで第1
側外部電極3に接続され、他端は、第2側の側面bに露
出しないように成っているので、この他端と第2側外部
電極4との間には空隙cが生じている。この空隙cによ
って、右端近傍の第1側横帯状電極80′と第2側外部
電極4との間が絶縁され、これらの第1側横帯状電極8
0′が第2側外部電極4に接続されない様に成ってい
る。これらの第1側横帯状電極80′以外の第1側横帯
状電極80は、その両端がそれぞれ第1側の側面a、及
び第2側の側面bで露出する様に成っている。
【0017】第2側横帯状電極90も第1側横帯状電極
80と同様である。即ち、図1において、積層体2の右
端近傍にある第2側横帯状電極90′は、他の第2側横
帯状電極90よりも若干短く成っており、これらの第2
側横帯状電極90′の一端は、積層体2の第1側の側面
aにおいて露出しないように成っており、他端は、積層
体2の第2側の側面bにおいて露出するように成ってい
る。また、これらの第2側横帯状電極90′の一端は、
第2側の側面bに露出しないように成っているので、こ
の一端と第1の外部電極3との間には空隙dが生じてお
り、この空隙dによって、右端近傍の第2側横帯状電極
90′と第1側外部電極3との間が絶縁され、これらの
第2側横帯状電極90′が第1側外部電極3に接続され
ない様に成っており、また、他端は、第2側の側面bで
第2側外部電極4に接続されている。これらの第2側横
帯状電極90′以外の第2側横帯状電極90は、その両
端がそれぞれ第1側の側面a、及び第2側の側面bで露
出する様に成っている。
【0018】第1側外部電極3は、短冊状を呈し、第1
側の側面aに設けられている。第2側外部電極4は、第
2側の側面bに設けられている。
【0019】セラミック層5は、積層体2の積層方向両
端面、即ち積層体2の上下面にそれぞれ設けられてお
り、積層体2の上下面を絶縁している。
【0020】第1側外部電極3は、略帯状で、積層体2
の第1側の側面aに設けられ、その一端部30は、積層
体2の上面に設けられたセラミック層5まで延びてい
る。同様に、第2側外部電極4は、略帯状で、積層体2
の第2側の側面bに設けられ、その一端部40は、積層
体2の上面に設けられたセラミック層5まで延びてい
る。これら第1側外部電極3及び第2側外部電極4にそ
れぞれリード線が半田付けされる。
【0021】次に、本実施例の材質、寸法等について説
明する。
【0022】圧電セラミックシート6は、化学組成式が
Pb(Ni・Nb)0.5 Ti0.35Zr0.153 で表され
るチタン酸ジルコン酸鉛系磁器であり、これを出発原料
として、断面寸法5mm×5mm、長さ70mmの積層型圧電
アクチュエータ1を試作した。圧電セラミックシート6
一層の厚さは、50ミクロン、積層数は100層であ
る。一層毎に1/2ピッチずれた第1側横帯状電極80
と第2側横帯状電極90の一層当りの数は85本で、こ
れらは、積層体2の長手方向で等間隔に配置されてい
る。横帯状電極80,90の寸法は、幅100ミクロ
ン、長さは、80本が5mm、積層体2の長さ方向の右端
近傍の5本の長さが4.5mmで、横帯状電極間隔は、7
00ミクロンである。第1側及び第2側縦帯状電極8
1,91は、幅200ミクロン、長さ68mmである。セ
ラミック層5の厚さは、250ミクロンである。
【0023】本実施例の積層型圧電アクチュエータの外
径寸法とDC300ボルトの電圧印加時変位量を表1に
示した。比較のため、特願平5−71375号の構造の
積層型圧電アクチュエータの外径寸法、DC300ボル
トの電圧印加時変位量を表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】表1より明らかなように、本実施例の積層
型圧電アクチュエータ1は、従来の積層型圧電アクチュ
エータに比較し長さが短く、単位長さ当りの変位量が大
きいことが分かる。また、リード線の取り出し方向に選
択性があるので、リード線の取り扱いが容易である。
【0026】図3は本発明の第2の実施例に係る積層型
圧電アクチュエータの斜視図である。
【0027】図3を参照して、この積層型圧電アクチュ
エータ1は、図1及び図2の示す積層型圧電アクチュエ
ータと略同構成であるので、同じ構成部分については同
じ参照番号を付してその説明を省略し、構成の異なる部
分についてのみ説明する。
【0028】積層体2の上下面に設けられている絶縁層
10,10は、柔軟性を有するものであり、これら絶縁
層10,10の材質として、プラスチックが用いられて
いる。
【0029】第1側外部電極3は、積層体2の第1側の
側面aに設けられ、その一端部30は、積層体2の下面
に設けられた絶縁層に10まで延びている。第2の外部
電極4は、積層体2の第2側の側面bに設けられ、その
一端部は、積層体2の上面に設けられた絶縁層10にま
で延びている。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の積層型圧
電アクチュエータによれば、内部電極と外部電極の接続
のために圧電的に不活性な部分が生じることが無く、単
位長さ当りの変位量を大きくすることができる。
【0031】また、本発明の積層型圧電アクチュエータ
は、リード線の取り扱いを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の第1の実施例に係る積層型圧電
アクチュエータの要部の分解斜視図である。
【図2】図2は図1に示す積層型圧電アクチュエータの
全体の斜視図である。
【図3】図3は本発明の第2の実施例に係る積層型圧電
アクチュエータの斜視図である。
【図4】図4は従来の積層型圧電アクチュエータの斜視
図である。
【符号の説明】
1 積層型圧電アクチュエータ 2 積層体 3 第1側外部電極 4 第2側外部電極 5 セラミック層 6 圧電セラミックシート 7 電極層 8 第1側内部電極 9 第2側内部電極 80 第1側横帯状電極 90 第2側横帯状電極 a 積層体2の幅方向の一端面 b 積層体2の幅方向の他端面 c 空隙 d 空隙

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電セラミックシートと電極層とを交互
    に積層して成る棒杆状の積層体と、該積層体の幅方向の
    一端面に設けられた第1側外部電極と、上記積層体の幅
    方向の他端面に設けられた第2側外部電極とを含み、上
    記電極層は、第1側内部電極と第2側内部電極とから成
    り、上記第1側内部電極は、上記積層体の幅方向に延在
    し、間隔を開けて上記圧電セラミックシート上に複数配
    置された第1側横帯状電極と、上記積層体の長手方向に
    延在し、上記第1側横帯状電極に接続された第1側縦帯
    状電極とを有し、上記第2側内部電極は、上記積層体の
    幅方向に延在し、間隔を開けて上記圧電セラミックシー
    ト上に複数配置された第2側横帯状電極と、上記積層体
    の長手方向に延在し、上記第2側横帯状電極に接続され
    た第2側縦帯状電極とを有している積層型圧電アクチュ
    エータにおいて、上記第1側横帯状電極の少なくとも一
    部が、上記積層体の幅方向の一端面で上記第1側外部電
    極に接続され、上記第2側外部電極の近傍に位置する上
    記第1側横帯状電極の端部と上記第2側外部電極との間
    に絶縁の為の空隙が設けられており、上記第2側横帯状
    電極の少なくとも一部が、上記積層体の幅方向の他端面
    で上記第2側外部電極に接続され、上記第1側外部電極
    の近傍に位置する上記第2側横帯状電極の端部と上記第
    1側外部電極との間に絶縁の為の空隙が設けられている
    ことを特徴とする積層型圧電アクチュエータ。
  2. 【請求項2】 上記積層体の積層方向両端面にそれぞれ
    セラミック層が形成され、上記第1側外部電極及び上記
    第2側外部電極が上記セラミック層表面にまで延在して
    い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。
  3. 【請求項3】 上記積層体の積層方向両端面にそれぞれ
    柔軟性を有する絶縁層が形成され、上記第1側外部電極
    及び上記第2側外部電極が上記絶縁層表面にまで延在し
    てい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。
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