JP3358669B2 - 積層型圧電セラミックアクチュエータ - Google Patents

積層型圧電セラミックアクチュエータ

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JP3358669B2
JP3358669B2 JP35839592A JP35839592A JP3358669B2 JP 3358669 B2 JP3358669 B2 JP 3358669B2 JP 35839592 A JP35839592 A JP 35839592A JP 35839592 A JP35839592 A JP 35839592A JP 3358669 B2 JP3358669 B2 JP 3358669B2
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淳一 大橋
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エヌイーシートーキン株式会社
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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、電気的入力エネルギー
を変位や力の機械的エネルギーに変換する積層型圧電セ
ラミックアクチュエータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】積層型圧電セラミックアクチュエータ
は、圧電性セラミックスの電界誘起歪を利用したデバイ
スで、図4に示すように、内部電極1、2の層と圧電セ
ラミック5の層とを多層積層した構造で、積層セラミッ
クコンデンサーと類似した構造が一般的である。従来の
積層型圧電セラミックアクチュエータの構造は、内部電
極1、2と外部電極3、4の接続のため内部電極1、2
の引き出し部周辺が圧電的に不活性とならないように同
一側面上に露出する構造となっている。そのため、一層
毎に正電極と負電極となる対向内部電極を構成するよう
交互にガラス絶縁部7を設け、その上に外部電極3、4
を形成している。斯かる構造の積層型圧電セラミックア
クチュエータは、積層方向に圧電縦効果で変位や発生力
を得ている。従って、低い印加電圧で大きな変位を得た
い場合には、薄い圧電セラミック5と内部電極1、2の
積層数を多くして、積層方向に長い構造とすればよい
が、積層数を多くすると脱バインダーや焼結において層
剥離やひび・割れなどの欠陥が生ずるため積層方向の長
さ寸法では、20mm程度が限界という問題があった。
近年、この問題を解消するため、圧電セラミック層と内
部電極層の積層方向に直交する方向に圧電縦効果で変位
する積層型圧電セラミックアクチュエータが提案され、
これは積層方向と直角な方向の長さ寸法を大きくするこ
とにより大きな変位を得ることが出来るので、各種の構
造の提案がなされている。一例として図5、図6及び図
7に示すように、圧電セラミック5の層と内部電極層が
交互に積層された角柱状の積層型圧電セラミックアクチ
ュエータ10で、図5及び図6に示すように前記内部電
極層は圧電セラミック5の層の長さ方向と直交する方向
の細長な帯状の内部電極14、15から成り、しかも、
内部電極層は、前記角柱の長さ方向に内部電極14、1
5が繰り返し形成された構造で、第1の内部電極層と第
2の内部電極層からなり、前記第1の内部電極層の内部
電極14は、角柱の側面で第1の外部電極3と接続し
(図7参照)、また、前記第2の内部電極層は、第1の
内部電極層の内部電極14間のほぼ中央に、圧電セラミ
ック5層を挟んで位置する帯状の内部電極15より成
り、しかも、前記第1の外部電極3を有する角柱の側面
と対向する側面で第2の外部電極4に接続する(図7参
照)構造の積層型圧電セラミックアクチュエータであ
る。しかしながら、前記構造の積層型圧電セラミックア
クチュエータは、外部電極3、4と内部電極14、15
の接続のため内部電極引き出し部9の周辺の圧電セラミ
ック5が圧電的に不活性となり、分極や使用時の高電圧
印加時に圧電的に不活性な内部電極の引き出し部9周辺
に応力が集中して、クラック等の欠陥が生じるという問
題があり、著しくは積層型圧電セラミックアクチュエー
タが破壊するとう問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
問題点を解消した、分極時や駆動時に破壊することが少
なく信頼性の高い積層型圧電セラミックアクチュエータ
を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧電セラミッ
クと複数の帯状の内部電極が積層された積層型圧電セラ
ミックアクチュエータであって、前記帯状の内部電極は
第1の内部電極層内の複数の第1の帯状電極と第2の内
部電極層内の複数の第2の帯状電極からなり、前記第1
の帯状電極と第2の帯状電極とは圧電セラミック層を挟
んで対抗して配置され、第1の帯状電極が第2の内部電
極層内の隣接する第2の帯状電極のアクチュエータ長手
方向の中間に位置する一方、第2の帯状電極が第1の内
部電極層内の隣接する第1の帯状電極のアクチュエータ
長手方向の中間に位置する関係にあり、前記第1の帯状
電極は第1の外部電極に外部接続し、前記第2の帯状電
極は第2の外部電極に外部接続する積層型圧電セラミッ
クアクチュエータにおいて、前記第1、2の帯状電極の
前記第1、2の外部電極にそれぞれ接続する側の端部の
幅寸法が前記第1、2の外部電極に接続しない側の端部
の幅寸法より大きいことを特徴とする積層型圧電セラミ
ックアクチュエータである。
【0005】
【作用】積層型圧電セラミックアクチュエータには、そ
の構造上外部電極と内部電極の接続のため内部電極の引
き出し部分の周辺の圧電セラミックが圧電的に不活性と
なり、その部分に応力が集中するため、外部電極と接続
する側の内部電極幅寸法を大きくすることにより、内部
電極の引き出し部周辺の圧電セラミックの電極間距離が
小さくなり、印加される電界強度が強まるため、圧電的
に活性となり、応力の集中を緩和すると考えられ、又、
本発明は、内部電極層を印刷成膜する際の内部電極のパ
ターンを変更するだけで応力集中を緩和できる構造にで
きる。
【0006】
【実施例】本発明の積層型圧電セラミックアクチュエー
タの構造について図1、図2、図3及び図7で説明す
る。図1は、本発明の実施例の積層型圧電セラミックア
クチュエータの積層状態を模式的に説明する部分外観斜
視図、図2は、本発明の実施例の積層型圧電セラミック
アクチュエータの外部電極形成前の部分正面図、図3
は、本発明の実施例の積層型圧電セラミックアクチュエ
ータの外部電極形成後の外観斜視図、図7は、図3の中
央断面側面図である。本発明の実施例では、圧電セラミ
ックとして化学組成式がPbTiZrO3で表されるチ
タン酸ジルコン酸鉛系を用いた圧電セラミック5の層と
銀−パラジウム系の内部電極1、2の層を用いて、断面
寸法5mm×5mm、長さ70mmで積層数が100層
の積層型圧電セラミックアクチュエータを用いた。圧電
セラミック5層の厚さは50μmとし、内部電極1、2
が外部に露出しない側の幅寸法即ち外部電極3、4と接
続していない側の帯状の内部電極の幅寸法11を200
μm、長さ3.5mmで、内部電極1、2が外部に露出
する側の幅寸法即ち外部電極と接続する側の帯状の内部
電極の引き出し部の幅寸法12を400μm、引き出し
部分の長さ13を0.75mmの台形状の引き出し部9
とし、内部電極1、2の間隔を内部電極が外部に露出し
ない側で600μm、圧電セラミック5の層の長さ方向
の内部電極の繰り返し数を80本とし、各内部電極層内
の帯状の内部電極1、2は互いに対向する内部電極層内
の帯状内部電極の中間に位置するように配置して積層し
た。外部電極3、4は、積層型圧電セラミックアクチュ
エータ10の長さ方向の側面で、内部電極1、2の引き
出し部9が露出している向かい合った側面に形成した
(図3、図7参照)。上記により作成された積層型圧電
セラミックアクチュエータをDC350Vでの分極工程
と、耐湿負荷試験を実施した時の不良発生状況を調べ
た。比較例として、図5、図6、図7に示すように外部
電極3、4と接続する側の帯状の内部電極14、15の
引き出し部分9の幅寸法を大きくしていない積層型圧電
セラミックアクチュエータで、他の条件は実施例と同一
として作成し、これを同時に耐湿負荷試験を行い不良の
発生状況を調べた、その結果を表1に示す。試験条件と
しては、試験環境40℃−90%RH、印加電圧DC3
00Vとし各々50個の試料について試験した。
【0007】
【表1】
【0008】表1より明かなように、本発明による積層
型圧電セラミックアクチュエータは、比較例の従来品と
比較して分極時の不良率が約1/3に低下し、耐湿負荷
試験の不良率が著しく改善されていることがわかる。更
に、この構成とすることにより外部電極との接続部の面
積が従来のものより増大しているので断線不良の低減に
も効果があり、信頼性を向上できた。
【0009】
【発明の効果】本発明により、分極時や駆動時に破壊す
ることが少なく、信頼性の高い積層型圧電セラミックア
クチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の積層型圧電セラミックアクチ
ュエータの積層状態を模式的に説明する部分外観斜視
図。
【図2】本発明の実施例の積層型圧電セラミックアクチ
ュエータの外部電極形成前の部分正面図。
【図3】本発明の実施例の積層型圧電セラミックアクチ
ュエータの外部電極形成後の外観斜視図。
【図4】従来の積層方向駆動型の積層型圧電セラミック
アクチュエータの外観斜視図。
【図5】従来の積層方向と直交する方向に駆動する積層
型圧電セラミックアクチュータの積層状態を模式的に説
明する部分外観斜視図。
【図6】従来の積層方向と直交する方向に駆動する積層
型圧電セラミックアクチュータの部分正面図。
【図7】図1の実施例及び図5の従来の例の積層型圧電
セラミックアクチュエータの外部電極加工後の断面側面
図。
【符号の説明】
1 (第1の)内部電極 2 (第2の)内部電極 3 (第1の)外部電極 4 (第2の)外部電極 5 圧電セラミック 6 保護層 7 ガラス絶縁部 8 リード線 9 (内部電極の)引き出し部 10 積層型圧電セラミックアクチュエータ 11 外部電極と接続していない側の帯状の内部電極
の幅寸法 12 外部電極と接続する側の帯状の内部電極の引き
出し部の幅寸法 13 引き出し部分の長さ 14 (第1の)内部電極 15 (第2の)内部電極 16 帯状の内部電極の幅寸法

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電セラミックと複数の帯状の内部電極
    が積層された積層型圧電セラミックアクチュエータであ
    って、前記帯状の内部電極は第1の内部電極層内の複数
    の第1の帯状電極と第2の内部電極層内の複数の第2の
    帯状電極からなり、前記第1の帯状電極と第2の帯状電
    極とは圧電セラミック層を挟んで対抗して配置され、第
    1の帯状電極が第2の内部電極層内の隣接する第2の帯
    状電極のアクチュエータ長手方向の中間に位置する一
    方、第2の帯状電極が第1の内部電極層内の隣接する第
    1の帯状電極のアクチュエータ長手方向の中間に位置す
    る関係にあり、前記第1の帯状電極は第1の外部電極に
    外部接続し、前記第2の帯状電極は第2の外部電極に外
    部接続する積層型圧電セラミックアクチュエータにおい
    て、前記第1、2の帯状電極の前記第1、2の外部電極
    にそれぞれ接続する側の端部の幅寸法が前記第1、2の
    外部電極に接続しない側の端部の幅寸法より大きいこと
    を特徴とする積層型圧電セラミックアクチュエータ。
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