JP5403170B2 - Multilayer piezoelectric actuator and piezoelectric vibration device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の内部電極がセラミック層を介して積層されている積層型のセラミック焼結体を用いた積層型圧電アクチュエータに関し、より詳細には、最外層に不活性層を有するセラミック焼結体を用いた積層型圧電アクチュエータに関する。また、本発明は、振動板を備え、振動板に積層型圧電アクチュエータが接合されている圧電振動装置に関する。 The present invention relates to a laminated piezoelectric actuator using a laminated ceramic sintered body in which a plurality of internal electrodes are laminated via a ceramic layer, and more specifically, ceramic sintered having an inactive layer as an outermost layer. The present invention relates to a laminated piezoelectric actuator using a body. The present invention also relates to a piezoelectric vibration device including a vibration plate, in which a laminated piezoelectric actuator is joined to the vibration plate.
従来、複数の内部電極が圧電セラミック層を介して積層されている積層型のセラミック焼結体を用いた積層型圧電アクチュエータや圧電ブザーなどが種々提案されている。 Conventionally, various laminated piezoelectric actuators, piezoelectric buzzers, and the like using a laminated ceramic sintered body in which a plurality of internal electrodes are laminated via a piezoelectric ceramic layer have been proposed.
例えば、下記の特許文献1には、上記積層型のセラミック焼結体に鋼板からなる振動板が貼り合わされている圧電ブザーが開示されている。ここでは、積層型のセラミック焼結体の振動板側のセラミック層が分極処理されていない。それによって、該セラミック層が緩和層とされている。従って、セラミック焼結体と振動板とからなる振動体の屈曲振動を円滑化することができるとされている。
For example,
しかしながら、特許文献1に記載の圧電ブザーを圧電アクチュエータに用いた場合、分極処理されていないセラミック層が不活性なセラミック層となる。すなわち、圧電効果に寄与しない不活性層となる。そのため、不活性層が拘束層となり、変位量が小さくなるおそれがある。
However, when the piezoelectric buzzer described in
これに対して、下記の特許文献2には、図15に示す構造を有する積層型圧電アクチュエータ1001が開示されている。積層型圧電アクチュエータ1001では、積層型のセラミック焼結体1002内に複数の第1の内部電極1003と複数の第2の内部電極1004とが積層方向において交互に配置されている。また、セラミック焼結体1002の第1の端面には、第1の外部電極1005が形成されている。セラミック焼結体1002の第2の端面には、第2の外部電極1006が形成されている。
On the other hand, the following
セラミック焼結体1002の上面には、積層方向において平面視した際に最上部の第1の内部電極1003と重なり合うように表面電極1006aが形成されている。他方、セラミック焼結体1002の下面には、表面電極は形成されていない。従って、最下部の第1の内部電極1003とセラミック焼結体1002の下面との間のセラミック層、すなわち最下層のセラミック層が不活性層とされている。この不活性層の厚みが、活性層である他のセラミック層の厚みよりも薄くされている。不活性層である最下層のセラミック層の厚みが薄くされているため、積層型圧電アクチュエータ1001の変位が拘束され難い。
A surface electrode 1006a is formed on the upper surface of the ceramic
特許文献2に記載の積層型圧電アクチュエータ1001などでは、第1,第2の外部電極1005,1006は、導電ペーストの塗布・焼き付け等により形成されることがある。この場合、図16の矢印Aで示すように、第2の外部電極1006が、セラミック焼結体1002の第2の端面から下面に至るように回り込み、回り込み部1006bが形成されることがある。回り込み部1006bの長さ(第2の外部電極1006とつながっている部分である基端から回り込み部1006bの先端までの寸法)が長い場合、回り込み部1006bが、積層方向において平面視した際に最下部の第1の内部電極1003と最下層のセラミック層を介して重なり合う。そのため、図16に示すように、不活性層である最下層のセラミック層の一部が活性部となることがある。不活性層である最下層のセラミック層の厚みが薄いため、上記活性部に、活性層である他のセラミック層に比べて高い電界が印加されることになる。そのため、高電界領域Xにおいてセラミック層が破壊されるおそれがある。
In the multilayer
また、図15に示されているように、第1,第2の内部電極1003,1004の長さ(第1,第2の内部電極1003,1004の端面側部分である基端から第1,第2の内部電極1003,1004の先端までの寸法)を短くした場合、図16に示したような回り込み部が形成されたとしても、回り込み部と、最下部の第1の内部電極1003とが、積層方向において平面視した際に最下層のセラミック層を介して重なり合わなくなる。
Further, as shown in FIG. 15, the lengths of the first and second
しかしながら、この場合には、第1,第2の内部電極1003,1004が積層方向において平面視した際に重なり合っている部分である活性部の長さ、すなわちセラミック焼結体1002の第1,第2の端面間を結ぶ方向における該活性部の長さLが短くなる。そして、該活性部の上記長さ方向両側に不活性部が存在することになり、不活性部が大きくなる。従って、積層型圧電アクチュエータ1001の変位が阻害されることとなる。
However, in this case, the length of the active portion that is the overlapping portion when the first and second
特に、積層型圧電アクチュエータ1001が屈曲モードを利用した圧電アクチュエータである場合には、第1,第2の端面側の不活性部が大きくなると、積層型圧電アクチュエータ1001の変位が大きく阻害されることとなる。
In particular, when the multilayer
なお、第1,第2の内部電極1003,1004の長さを長くした場合には、図16に示すように、積層方向において平面視した際に、最下部の第1の内部電極1003の先端側部分が回り込み部1006bと最下層のセラミック層を介して重なり合うおそれがある。
When the lengths of the first and second
本発明の目的は、最外層のセラミック層が不活性層とされており、該不活性層の厚みを薄くすることにより、変位量を高めたとしても、セラミック焼結体における破壊が生じ難い積層型圧電アクチュエータと、該積層型圧電アクチュエータを備える圧電振動装置とを提供することにある。 The object of the present invention is that the outermost ceramic layer is an inactive layer, and even if the amount of displacement is increased by reducing the thickness of the inactive layer, the ceramic sintered body is unlikely to break. Another object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator and a piezoelectric vibration device including the multilayer piezoelectric actuator.
本発明に係る積層型圧電アクチュエータは、圧電セラミックスからなり、上面、下面及び対向し合う第1,第2の端面を有するセラミック焼結体と、セラミック焼結体内に形成されており、第1の端面に引き出された複数の第1の内部電極と、セラミック焼結体内に形成されており、第2の端面に引き出された複数の第2の内部電極と、セラミック焼結体内に形成されており、第1の内部電極及び第2の内部電極とともに積層されている、複数のセラミック層と、セラミック焼結体の第1の端面に形成された第1の外部電極と、セラミック焼結体の第2の端面に形成された第2の外部電極とを備える。 The multilayer piezoelectric actuator according to the present invention is made of piezoelectric ceramics, and is formed in a ceramic sintered body having an upper surface, a lower surface and opposing first and second end surfaces, a ceramic sintered body, A plurality of first internal electrodes drawn out to the end face and formed in the ceramic sintered body, and a plurality of second internal electrodes drawn out to the second end face and formed in the ceramic sintered body A plurality of ceramic layers laminated together with the first internal electrode and the second internal electrode, a first external electrode formed on the first end face of the ceramic sintered body, and a first of the ceramic sintered body And a second external electrode formed on the end face of the second.
本発明においては、第1の内部電極と第2の内部電極とがセラミック焼結体内においてセラミック層を介して対向しており、第1の内部電極と第2の内部電極との間に挟まれているセラミック層が活性層とされており、複数の活性層を有し、セラミック焼結体内において、複数の第1,第2の内部電極の内、最上部に位置する内部電極とセラミック焼結体の上面との間のセラミック層が第1の不活性層、複数の第1,第2の内部電極の内、最下部に位置する内部電極とセラミック焼結体の下面との間のセラミック層が第2の不活性層とされている。 In the present invention, the first internal electrode and the second internal electrode are opposed to each other through the ceramic layer in the ceramic sintered body, and are sandwiched between the first internal electrode and the second internal electrode. The ceramic layer is an active layer, and has a plurality of active layers, and in the ceramic sintered body, among the plurality of first and second internal electrodes, the uppermost internal electrode and ceramic sintered The ceramic layer between the upper surface of the body is the first inactive layer, and the ceramic layer between the lowermost internal electrode and the lower surface of the ceramic sintered body among the plurality of first and second internal electrodes Is the second inactive layer.
また、不活性層であるセラミック層の厚みが、活性層であるセラミック層の厚みよりも薄くされており、かつ第1または第2の内部電極の長さを当該第1または第2の内部電極が引き出されている第1または第2の端面から当該第1または第2の内部電極の先端までの距離とした場合、最上部に位置する内部電極及び最下部に位置する内部電極の長さの少なくとも一方が、他の内部電極の長さよりも短くされている。また、セラミック焼結体の積層方向において平面視した際に、第1,第2の外部電極が、不活性層を介して、最上部及び最下部の内部電極のうち異なる電位に接続される内部電極と重なり合わないように形成されている。 Further, the thickness of the ceramic layer as the inactive layer is made thinner than the thickness of the ceramic layer as the active layer, and the length of the first or second internal electrode is set to the first or second internal electrode. Is the distance from the first or second end surface from which the first electrode is drawn to the tip of the first or second internal electrode, the length of the internal electrode located at the top and the length of the internal electrode located at the bottom At least one is made shorter than the length of the other internal electrode. Further, when viewed in plan in the stacking direction of the ceramic sintered body, the first and second external electrodes are connected to different potentials among the uppermost and lowermost internal electrodes via the inert layer. It is formed so as not to overlap with the electrode.
本発明に係る積層型圧電アクチュエータのある特定の局面では、第1,第2の外部電極が、セラミック焼結体の第1,第2の端面上に形成されており、セラミック焼結体の上面及び下面に至らないように設けられている。この場合には、セラミック焼結体の上下両面及び下面側の不活性層において、電界が加わり難い。従って、不活性層における破壊がより一層生じ難い。 In a specific aspect of the multilayer piezoelectric actuator according to the present invention, the first and second external electrodes are formed on the first and second end faces of the ceramic sintered body, and the upper surface of the ceramic sintered body And it is provided not to reach the lower surface. In this case, it is difficult to apply an electric field to the upper and lower surfaces and the inactive layers on the lower surface side of the ceramic sintered body. Therefore, destruction in the inactive layer is less likely to occur.
本発明に係る積層型圧電アクチュエータの他の特定の局面では、第1,第2の外部電極が、セラミック焼結体の第1,第2の端面に位置している端面部と、端面部に連なっており、かつセラミック焼結体の上面及び下面の少なくとも一方に至っている回り込み部とを有し、回り込み部が、セラミック焼結体の積層方向において平面視した際に、該回り込み部と最上部及び最下部の内部電極のうち異なる電位に接続される内部電極とが不活性層を介して重なり合わないように配置されている。このように第1,第2の外部電極に回り込み部が存在している場合であっても、セラミック焼結体の積層方向において平面視した際に、回り込み部と、最上部及び最下部の内部電極のうち異なる電位に接続される内部電極とが不活性層を介して重なり合わないように配置されているので、最上層又は最下層となる最外層のセラミック層である不活性層における破壊が生じ難い。 In another specific aspect of the multilayer piezoelectric actuator according to the present invention, the first and second external electrodes are disposed on the end surface portion located on the first and second end surfaces of the ceramic sintered body, and on the end surface portion. And a wraparound portion that reaches at least one of the upper surface and the lower surface of the ceramic sintered body, and the wraparound portion and the uppermost portion when viewed in plan in the stacking direction of the ceramic sintered body And the internal electrodes connected to different potentials among the lowermost internal electrodes are arranged so as not to overlap with each other through the inactive layer. Thus, even when the wraparound portion exists in the first and second external electrodes, the wraparound portion and the innermost portion of the uppermost portion and the lowermost portion are viewed in plan view in the stacking direction of the ceramic sintered body. Since the internal electrodes connected to different potentials of the electrodes are arranged so as not to overlap with each other through the inert layer, the breakdown in the inert layer, which is the outermost ceramic layer as the uppermost layer or the lowermost layer, is prevented. Not likely to occur.
本発明に係る積層型圧電アクチュエータのさらに別の特定の局面では、回り込み部が、他の部材と接合するための表面電極である。この場合には、表面電極を利用して、振動板や基板等に容易に実装することできる。 In still another specific aspect of the multilayer piezoelectric actuator according to the present invention, the wraparound portion is a surface electrode for joining with another member. In this case, it can be easily mounted on a diaphragm, a substrate or the like using the surface electrode.
本発明に係る積層型圧電アクチュエータのさらに別の特定の局面では、活性層を構成しているセラミック層の厚みが等しい。この場合には、不活性層以外のセラミック層を同一のセラミックグリーンシートを用いて容易に形成することができる。 In still another specific aspect of the multilayer piezoelectric actuator according to the present invention, the ceramic layers constituting the active layer have the same thickness. In this case, ceramic layers other than the inactive layer can be easily formed using the same ceramic green sheet.
本発明に係る積層型圧電アクチュエータのさらに他の特定の局面では、不活性層の厚みをL、活性層の厚みをHとしたとき、0<L≦(1/2)Hである。この場合には、不活性層による変位の拘束をより確実に抑制でき、より大きな変位量を確実に得ることが可能となる。 In still another specific aspect of the multilayer piezoelectric actuator according to the present invention, when the thickness of the inactive layer is L and the thickness of the active layer is H, 0 <L ≦ (1/2) H. In this case, restraint of displacement by the inert layer can be more reliably suppressed, and a larger displacement amount can be obtained with certainty.
本発明に係る圧電振動装置は、振動板を備え、該振動板に本発明に係る積層型圧電アクチュエータが接合されている。この場合には、本発明に従って、屈曲モードで振動する、しかも変位量の大きな圧電振動装置を提供することが可能となる。 The piezoelectric vibration device according to the present invention includes a vibration plate, and the laminated piezoelectric actuator according to the present invention is joined to the vibration plate. In this case, according to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric vibration device that vibrates in a bending mode and has a large amount of displacement.
本発明に係る積層型圧電アクチュエータでは、不活性層であるセラミック層の厚みが、活性層であるセラミック層の厚みよりも薄くされているので、不活性層であるセラミック層が活性層であるセラミック層の変位をさほど拘束せず、大きな変位量を得ることができる。しかも、最上部に位置する内部電極及び最下部に位置する内部電極の長さの少なくとも一方が、他の内部電極の長さより短くされており、かつセラミック焼結体の積層方向において平面視した際に、第1,第2の外部電極が、不活性層を介して、最上部及び最下部の内部電極のうち異なる電位に接続される内部電極と重なり合わないように形成されているので、厚みの薄い不活性層において、電界印加時の破壊が生じ難い。 In the multilayer piezoelectric actuator according to the present invention, since the thickness of the ceramic layer that is the inactive layer is made thinner than the thickness of the ceramic layer that is the active layer, the ceramic layer that is the inactive layer is the ceramic that is the active layer. A large amount of displacement can be obtained without restraining the displacement of the layer so much. Moreover, at least one of the length of the internal electrode located at the top and the length of the internal electrode located at the bottom is shorter than the length of the other internal electrodes, and when viewed in plan in the stacking direction of the ceramic sintered body Further, the first and second external electrodes are formed so as not to overlap with the internal electrodes connected to different potentials among the uppermost and lowermost internal electrodes through the inactive layer. In a thin inactive layer, breakdown is hardly caused when an electric field is applied.
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
〔第1の実施形態〕
図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ1を示す正面断面図であり、図2は、その斜視図である。[First Embodiment]
Fig.1 (a) is front sectional drawing which shows the laminated
積層型圧電アクチュエータ1は、圧電セラミックスからなるセラミック焼結体2を有する。本実施形態では、セラミック焼結体2は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる。もっとも、他の圧電セラミックスによりセラミック焼結体2が形成されていてもよい。
The multilayer
セラミック焼結体2は、直方体状の形状であり、上面2aと、下面2bと、第1の端面2cと、第2の端面2dとを有する。セラミック焼結体2内には、セラミック層2e,2f,2gを含む複数のセラミック層が配置されている。セラミック焼結体2内には、上面2a及び下面2bと平行に、複数の第1の内部電極3a〜3dと、複数の第2の内部電極4a〜4dとが配置されている。複数の第1の内部電極3a〜3dは、セラミック焼結体2の第1の端面2cに引き出されている。複数の第2の内部電極4a〜4dは、セラミック焼結体2の第1の端面2cと対向している第2の端面2dに引き出されている。セラミック焼結体2内において、複数のセラミック層と、複数の第1の内部電極3a〜3dと、複数の第2の内部電極4a〜4dとが積層されている。セラミック焼結体2では、積層方向すなわち、上面2aと下面2bとを結ぶ方向において、第1の内部電極3a〜3dと、第2の内部電極4a〜4dとが交互に配置されている。
The ceramic
第1の端面2cには、第1の外部電極5が形成されている。第2の端面2dには、第2の外部電極6が形成されている。本実施形態では、第1の外部電極5は、第1の端面2cに位置している端面部5aと、端面部5aに連なっており、上面2aに至っている回り込み部5bと、端面部5aに連なっており、下面2bに至っている回り込み部5cとを有する。第2の外部電極6は、第2の端面2dに位置している端面部6aと、端面部6aに連なっており、上面2aに至っている回り込み部6bと、端面部6aに連なっており、下面2bに至っている回り込み部6cとを有する。
A first
第1,第2の内部電極3a〜3d,4a〜4dは、AgPdからなる。もっとも、第1,第2の内部電極3a〜3d,4a〜4dは、Ag、Au、Cu、Niまたはこれらの合金などの適宜の金属材料により形成することができる。
The first and second
上記第1,第2の内部電極3a〜3d,4a〜4dを有するセラミック焼結体2は、周知のセラミックス一体焼成技術により得ることができる積層型セラミック焼結体である。
The ceramic
第1,第2の外部電極5,6は、導電ペーストの塗布・焼き付けにより形成されている。もっとも、蒸着法もしくはスパッタリング法またはメッキ法等により形成されていてもよい。第1,第2の外部電極5,6は、本実施形態では、スパッタリング法により形成されている。第1,第2の外部電極5,6は、適宜の金属もしくは合金により形成することができる。セラミック焼結体2において、第1の内部電極3a〜3dのうちいずれか1つと第2の内部電極4a〜4dのうちいずれか1つとの間に挟まれている部分が、活性層として機能する。ここで、活性層とは、電界が印加されたときに、圧電効果により伸縮する部分である。セラミック焼結体2において、隣り合う活性層が積層方向において逆方向に分極処理されている。
The first and second
積層型圧電アクチュエータ1を駆動するに際しては、第1,第2の外部電極5,6間に電圧を印加する。その結果、第1の内部電極3a〜3dと、第2の内部電極4a〜4dとで挟まれた複数のセラミック層2eに電界が印加される。従って、上記電界が印加されると、積層型圧電アクチュエータ1は、第1,第2の端面2c,2dを結ぶ方向中央において、中央が上方に突出した姿態と、中央が下方に突出した姿態とをとる。すなわち、屈曲モードで変位する。
When driving the multilayer
なお、複数の活性層を構成している各セラミック層2eの厚みは等しくされている。従って、後述するように、各セラミック層2eの形成に必要なグリーンシートの種類を少なくすることができ、生産性を高めることができる。 In addition, the thickness of each ceramic layer 2e which comprises the some active layer is made equal. Therefore, as will be described later, the types of green sheets necessary for forming each ceramic layer 2e can be reduced, and productivity can be increased.
本実施形態では、最下層であり、第1の内部電極3dの下方に位置するセラミック層2fには、上記電界は印加されない。従って、セラミック層2fは不活性層である。同様に、最上層であり、第2の内部電極4aの上方に位置するセラミック層2gにも、上記電界は印加されない。すなわちセラミック層2gは、セラミック層2fと同様に不活性層である。不活性層とは、第1,第2の外部電極5,6から電圧を印加した際に、電界が印加されない層である。
In the present embodiment, the electric field is not applied to the
本実施形態の積層型圧電アクチュエータ1の特徴は、上記セラミック層2f,2gの厚みが、活性層であるセラミック層2eの厚みよりも薄くされていることにある。前述したように、不活性層は、活性層の変位を拘束するように作用する。本実施形態では、不活性層であるセラミック層2f,2gの厚みが薄いため、活性層であるセラミック層2eの変位をさほど拘束しない。従って、大きな変位量を得ることができる。
The feature of the multilayer
本実施形態の積層型圧電アクチュエータ1の他の特徴は、第1,第2の内部電極3a〜3d,4a〜4dのうち、最下部に位置している第1の内部電極3dの長さ、及び最上部に位置している第2の内部電極4aの長さが、残りの第1,第2の内部電極3a〜3c,4b〜4dよりも短いことにある。ここで、内部電極の長さとは、内部電極が引き出されているセラミック焼結体の端面から内部電極の先端までの寸法、すなわち各内部電極の第1,第2の端面2c,2dを結ぶ方向の寸法をいうものとする。
Another feature of the multilayer
また、本実施形態の積層型圧電アクチュエータ1では、第2の外部電極6の回り込み部6cは、積層方向において平面視した際に、セラミック層2fを介して第1の内部電極3dと重なり合わないように設けられている。すなわち、第1の内部電極3dの長さが、積層方向において平面視した際に、セラミック層2fを介して回り込み部6cと重なり合わないように短くされており、かつ回り込み部6cの長さが短くされている。なお、回り込み部6cの長さとは、第2の端面2dから回り込み部6cの先端、すなわち第1の端面2c側の端部までの寸法をいうものとする。第2の外部電極6の回り込み部6cと、第1の内部電極3dとは、互いに異なる電位に接続される。
In the multilayer
同様に、セラミック焼結体2の上方部分においても、第1の外部電極5の回り込み部5bは、積層方向において平面視した際に、セラミック層2gを介して第2の内部電極4aと重なり合わないように設けられている。すなわち、第2の内部電極4aの長さが、積層方向において平面視した際に、セラミック層2gを介して回り込み部5bと重なり合わないように短くされており、かつ回り込み部5aの長さも短くされている。第1の外部電極5の回り込み部5bと、第2の内部電極4aとは、互いに異なる電位に接続される。
Similarly, also in the upper part of the ceramic
図16に示したように、従来の積層型圧電アクチュエータ1001Aでは、最下部の第1の内部電極1003と該内部電極と異なる電位に接続される第2の外部電極1006の回り込み部1006bとの間に電界が印加され、高電界領域Xが形成されるおそれがある。そのため、最外層の薄いセラミック層において破壊が生じるおそれがあった。
As shown in FIG. 16, in the conventional multilayer piezoelectric actuator 1001A, the lowermost first
これに対して、本実施形態では、このような高電界領域がセラミック層2f,2gにおいて形成されない。そのため、相対的に厚みの薄いセラミック層2f,2gを最外層に設け、変位量を拡大したとしても、該セラミック層2f,2gにおける破壊が生じ難い。
On the other hand, in this embodiment, such a high electric field region is not formed in the
図1(b)は、第1の実施形態の変形例に係る積層型圧電アクチュエータ11を示す正面断面図である。本変形例では、第1,第2の外部電極5,6が、端面部5a,6aのみを有する。すなわち、第1の実施形態における回り込み部5b,5c,6b,6cが設けられていない。このような第1,第2の外部電極5,6は、導電ペーストの塗布・焼き付け、蒸着法またはメッキ法もしくはスパッタリング法等の適宜の方法により形成することができる。
FIG. 1B is a front cross-sectional view showing a multilayer piezoelectric actuator 11 according to a modification of the first embodiment. In the present modification, the first and second
本変形例では、回り込み部5b,5c,6b,6cが設けられていないので、セラミック層2f,2gにおいて、高電界がより一層印加され難い。すなわち、第1の内部電極3dと、該第1の内部電極3dと異なる電位に接続される第2の外部電極6とが、積層方向において平面視した際に、セラミック層2fを介して重なり得ないため、また第1の内部電極3dの先端と、第2の外部電極6との間の距離が第1の実施形態よりも遠いため、セラミック層2fに高電界がより一層印加され難い。
In the present modification, since the
同様に、第2の内部電極4aの先端と、第1の外部電極5との間の距離も第1の実施形態の場合よりも大きくされており、セラミック層2gに高電界がより一層印加され難い。従って、本変形例によれば、絶縁破壊がより一層生じ難い。
Similarly, the distance between the tip of the second
このように、本発明においては、回り込み部5b,5c,6b,6cは設けられずともよい。
Thus, in the present invention, the
図3は、本発明の第2の実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ21を示す正面断面図である。第2の実施形態では、セラミック焼結体2の下面2bにおいて、第1の外部電極5の回り込み部5cの面積が第1の実施形態の場合よりも大きくされており、すなわち回り込み部5cが、表面電極を構成している。同様に、第2の外部電極6の回り込み部6cの面積が第1の実施形態の場合よりも大きくされており、回り込み部6cも表面電極を構成している。ここで、表面電極とは、積層型圧電アクチュエータ21を他の部材、例えば後述の実施例のように振動板に接続する際に接合部分として機能する。このような接合部分として機能する表面電極は、第1の実施形態の回り込み部5c,6cに比べ大きな面積を有する必要があり、それによって、接合の信頼性を高めることができる。
FIG. 3 is a front sectional view showing a multilayer
第2の実施形態では、上記表面電極として機能する回り込み部5c,6cが形成されている。そのため、最下部の第1の内部電極3dの長さが、第1の実施形態の場合よりもより一層短くされている。すなわち、本実施形態の積層型圧電アクチュエータ21では、第1の内部電極3dと、第1の内部電極3dと異なる電位に接続される第2の外部電極6の回り込み部6cとが、積層方向において平面視した際に、不活性層であるセラミック層2fを介して重なり合わないように配置されている。この場合、表面電極として機能する回り込み部6cの面積が大きく、第1,第2の端面2c,2dを結ぶ方向の長さが長くされているので、その分だけ、第1の内部電極3dの長さが短くされている。それによって、セラミック層2fに高電界が印加され難くされている。
In the second embodiment,
このように、本発明では、回り込み部5c,6cの面積を大きくして、振動板に接続する際の接合の信頼性を高めてもよく、その場合においても、最下部の第1の内部電極3dと、第1の内部電極3dと異なる電位に接続される第2の外部電極6の回り込み部6cとが、積層方向において平面視した際に、不活性層であるセラミック層2fを介して重なり合わないように配置すればよい。
As described above, in the present invention, the area of the
次に、上記第1の実施形態の積層型圧電アクチュエータ1を振動板に貼り合わせてなる圧電振動装置であり、屈曲モードで変形する屈曲型圧電アクチュエータについての具体的な実施例を比較例と共に説明する。
Next, a specific example of a bending type piezoelectric actuator that is a piezoelectric vibration device in which the multilayer
実施例1として、図4に示す屈曲型圧電アクチュエータ31を作製した。屈曲型圧電アクチュエータ31では、振動板32上に接着剤層33を介して、前述した第1の実施形態の積層型圧電アクチュエータ1と同様の構造を有する積層型圧電アクチュエータ34が接合されている。振動板32は、積層型圧電アクチュエータ34の変位を受けて受動的に変位する。その結果、屈曲型圧電アクチュエータ31全体が屈曲モードで変位する。
As Example 1, a bending
実施例1では、振動板32として、厚み0.8mmのガラスエポキシ板を用いた。また、上記接着剤層33として、エポキシ系接着剤を用いた。
In Example 1, a glass epoxy plate having a thickness of 0.8 mm was used as the
振動板32を用いて屈曲型圧電アクチュエータ31を形成するに際し、上記振動板32の材料は、上記ガラスエポキシ板に限定されるものではない。すなわち、振動板32は、合成樹脂や金属などの適宜の材料により構成することができる。もっとも、振動板32の熱膨張係数及びヤング率は、セラミック焼結体2の熱膨張係数及びヤング率と近いものが望ましい。従って、圧電セラミックスの熱膨張係数及びヤング率を考慮すると、振動板32は、42ニッケルや低膨張ガラスエポキシからなることが望ましい。
When forming the bending
セラミック焼結体2の製造に際しては、周知のセラミックス一体焼成技術を用いた。すなわち、圧電セラミック材料を主体とするセラミックグリーンシートを用意し、該セラミックグリーンシートの上面にAgPdペーストをマザーの内部電極パターンを形成するように印刷した。なお、上記内部電極パターンの印刷に際しては、前述した最上部の第2の内部電極4a及び最下部の内部電極3dが形成される部分においては、最終的に内部電極の長さが短くなるように、マザーの内部電極パターンを印刷した。このようにして、マザーの内部電極パターンのペーストが印刷されたマザーの複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、さらに上下に他のセラミックグリーンシートよりも薄いセラミックグリーンシートを積層し、積層方向に圧着し、マザーのセラミック成形体を得た。
In manufacturing the ceramic
なお、上記実施例1では、活性層を構成するセラミックグリーンシートに比べて、不活性層を構成するセラミックグリーンシートの厚みを薄くしていた。他の方法として、活性層を構成するセラミックグリーンシートの枚数を不活性層を構成するセラミックグリーンシートの枚数よりも多くしてもよい。 In Example 1, the thickness of the ceramic green sheet constituting the inactive layer was made thinner than that of the ceramic green sheet constituting the active layer. As another method, the number of ceramic green sheets constituting the active layer may be larger than the number of ceramic green sheets constituting the inactive layer.
上記のようにして得たマザーのセラミック成形体を個々の積層型圧電アクチュエータ単位のセラミック成形体に切断した。個片化されたセラミック成形体を焼成し、セラミック焼結体2を得た。このセラミック焼結体2の第1,第2の端面2c,2dに第1,第2の外部電極5,6をスパッタリング法により作製した。しかる後、第1,第2の外部電極5,6間に直流電圧を印加し、積層方向において、隣り合う活性層を積層方向において逆方向に分極軸が揃うように分極処理した。
The mother ceramic molded body obtained as described above was cut into ceramic molded bodies of individual laminated piezoelectric actuator units. The individual ceramic molded body was fired to obtain a ceramic
上記のようにして積層型圧電アクチュエータ34を得、該積層型圧電アクチュエータ34を前述した振動板32に接着剤層33を介して貼り合わせた。このようにして、実施例1の屈曲型圧電アクチュエータ31を得た。
The multilayer
比較のために、図5に示した比較例1の屈曲型圧電アクチュエータ1051を用意した。屈曲型圧電アクチュエータ1051は、上記実施例1の屈曲型圧電アクチュエータ31における積層型圧電アクチュエータ34に代えて、積層型圧電アクチュエータ1052を用いたことを除いては、上記実施例1と同様である。この積層型圧電アクチュエータ1052は、セラミック焼結体1053を有する。セラミック焼結体1053は、上面と、下面と、第1の端面1053cと、第2の端面1053dとを有する。セラミック焼結体1053内では、上面及び下面と平行に、複数の第1の内部電極1054a〜1054dと、複数の第2の内部電極1055a〜1055dとが配置されている。複数の第1の内部電極1054a〜1054dは、セラミック焼結体1053の第1の端面1053cに引き出されている。複数の第2の内部電極1055a〜1055dは、セラミック焼結体1053の第1の端面1053cと対向している第2の端面1053dに引き出されている。セラミック焼結体1053では、積層方向において、第1の内部電極1054a〜1054dと、第2の内部電極1055a〜1055dとが交互に配置されている。また、隣り合うセラミック層は積層方向において逆方向に分極処理されている。
For comparison, a bending
第1の内部電極1054a〜1054dと、第2の内部電極1055a〜1055dとで挟まれているセラミック層すなわち活性層の厚みは全て等しくされている。さらに、第1の端面1053cには、第1の外部電極1056が形成されている。第2の端面1053dには、第2の外部電極1057が形成されている。ここでは、第1の外部電極1056は、第1の端面1053cに位置している端面部1056aと、端面部1056aに連なっており、セラミック焼結体1053の上面に至っているとともに、積層方向において平面視した際に、最上部の第2の内部電極1055aと重なり合うように設けられた回り込み部1056bと、端面部1056aに連なっており、セラミック焼結体1053の下面に至っている回り込み部1056cとを有する。従って、最上層のセラミック層は、活性層として作用する。同様に、第2の外部電極1057は、第2の端面1053dに位置している端面部1057aと、端面部1057aに連なっており、セラミック焼結体1053の上面に至っている回り込み部1057bと、端面部1057aに連なっており、セラミック焼結体1053の下面に至っている回り込み部1057cとを有する。回り込み部1057cが、第1の端面1053c側に延ばされており、積層方向において平面視した際に、最下部の第1の内部電極1054dとセラミック層を介して重なり合っている。よって、最下層のセラミック層も活性層として機能する。
The thicknesses of the ceramic layers, that is, the active layers sandwiched between the first internal electrodes 1054a to 1054d and the second internal electrodes 1055a to 1055d are all equal. Further, a first
積層型圧電アクチュエータ1052では、上記最外層のセラミック層が、活性層として機能しており、最外層のセラミック層は他のセラミック層と同じ厚みとされている。
In the
上記実施例1及び比較例1の屈曲型圧電アクチュエータ31,1051を、60℃の温度及び相対湿度93%の雰囲気中で±12Vの電圧を印加し、駆動し、故障するまでの時間B10を測定した。結果を下記の表1に示す。
The bending
表1から明らかなように、比較例1に比べて、実施例1によれば、故障に至るまでの時間B10を約4倍程度と長くし得ることがわかる。比較例1で比較的短い時間で故障が発生しているのは、高温高湿下において、空気中の水分が内部の活性層に到達し、内部電極におけるAgのマイグレーションが生じたことによると考えられる。実施例1では、上記第1の実施形態の積層型圧電アクチュエータ1と同様の構造を有する積層型圧電アクチュエータ34を有し、最外層のセラミック層が不活性層である。そのため、積層型圧電アクチュエータ内部の活性層に空気中の水分が到達し難く、活性層であるセラミック層においてはクラックが生じ難い。従って、積層型圧電アクチュエータ34の寿命が長くなったとものと考えられる。
As is apparent from Table 1, it can be seen that, according to Example 1, time B10 until failure can be increased to about four times as compared with Comparative Example 1. The reason why the failure occurred in the comparative example 1 in a relatively short time is considered that the moisture in the air reached the active layer inside under high temperature and high humidity, and the migration of Ag in the internal electrode occurred. It is done. In Example 1, the multilayer
次に、上記実施例1の屈曲型圧電アクチュエータ31と、図6に示す比較例2の屈曲型圧電アクチュエータ1061とを用意した。比較例2の屈曲型圧電アクチュエータ1061では、上記実施例1の屈曲型圧電アクチュエータ31における積層型圧電アクチュエータ34に代えて、積層型圧電アクチュエータ1062を用いたことを除いては、上記実施例1と同様である。そして、積層型圧電アクチュエータ1062は、比較例1の積層型圧電アクチュエータ1052と同様に、セラミック焼結体1053と、複数の第1の内部電極1054a〜1054dと、複数の第2の内部電極1055a〜1055dと、第1の外部電極1056と、第2の外部電極1057とを有する。積層型圧電アクチュエータ1062は、前述した特許文献1に記載の圧電ブザーに用いられている積層型圧電体と同様の構造を有する。
Next, the bending
比較例1では、セラミック焼結体1053の上面及び下面において、第1の外部電極1056の回り込み部1056b及び第2の外部電極1057の回り込み部1057cが、積層方向において平面視した際に、異なる電位に接続される第2の内部電極1055aまたは第1の内部電極1054dに重なるように形成されている。従って、最外層のセラミック層が活性層とされている。
In Comparative Example 1, on the upper surface and the lower surface of the
これに対して、比較例2の屈曲型圧電アクチュエータ1061では、回り込み部1056b及び回り込み部1057cは、回り込み部1056c,1057bと同様に、端面部1056a,1057aに連なっており、セラミック焼結体1053の上面または下面に至っているように形成されている。従って、最外層のセラミック層はほぼ不活性層とされている。その他の点については、比較例1と同様である。
On the other hand, in the bending type piezoelectric actuator 1061 of Comparative Example 2, the wraparound portion 1056b and the wraparound portion 1057c are connected to the
なお、実施例1では、不活性層である最外層のセラミック層の厚さは、活性層のセラミック層の厚さの1/2とされている。不活性層である最外層のセラミック層と活性層のセラミック層を同一厚みのセラミック層を用いて積層型圧電アクチュエータを製造する場合、活性層を2層のセラミック層とし不活性層を1層のセラミック層とするL=(1/2)Hとしたときが、活性層を3層のセラミック層とし不活性層を2層のセラミック層とするなど別の条件に比べて積層工程の数が最小となるため、製造が容易となり好ましい。さらに、セラミック層の厚みと材料を同一にすれば、セラミック層を同一の工程準備できるため、さらに製造が容易となりより好ましい。 In Example 1, the thickness of the outermost ceramic layer, which is an inactive layer, is ½ of the thickness of the active ceramic layer. When a laminated piezoelectric actuator is manufactured using a ceramic layer having the same thickness as the outermost ceramic layer and the active ceramic layer, which are the inactive layers, the active layer is made of two ceramic layers and the inactive layer is made of one layer. When L = (1/2) H as the ceramic layer, the number of laminating steps is minimized compared to other conditions such as three active ceramic layers and two inactive layers. Therefore, manufacturing is easy and preferable. Furthermore, if the thickness and material of the ceramic layer are the same, the ceramic layer can be prepared in the same process, which is more preferable because the manufacturing becomes easier.
上記実施例1及び比較例2の屈曲型圧電アクチュエータ31,1061の変位量を、±12Vの電圧を印加して、第1,第2の端面を結ぶ方向を長さ方向としたときに、屈曲型圧電アクチュエータ31,1061の長さ方向中央における変位量を求めた。その結果、比較例2では、変位量は79μmであった。これに対して、実施例1では、変位量は87μmであった。従って、不活性層の厚みが薄くされることにより、実施例1によれば、変位量を拡大し得ることがわかる。
The amount of displacement of the bending
なお、比較例2では、回り込み部1056bと、最上部の第2の内部電極1055aとが、積層方向において平面視した際に、最上層のセラミック層の一部を介して重なり合っている部分が存在する。同様に、回り込み部1057cと、最下部の第1の内部電極1054dとが、積層方向において平面視した際に、最下層のセラミック層の一部を介して重なり合っている部分が存在する。従って、最外層は不活性層であるが、不活性層の一部が活性部となる。 In Comparative Example 2, there is a portion where the wraparound portion 1056b and the uppermost second internal electrode 1055a overlap with each other through part of the uppermost ceramic layer when viewed in plan in the stacking direction. To do. Similarly, when the wraparound portion 1057c and the lowermost first internal electrode 1054d are viewed in a plan view in the stacking direction, there is a portion where the wraparound portion 1057c overlaps with part of the lowermost ceramic layer. Therefore, although the outermost layer is an inactive layer, a part of the inactive layer becomes an active part.
よって、前述したように、この活性部となる部分に高い電界が印加されると、最外層のセラミック層において圧電効果により印加される電界に応じて発生する応力及び圧電アクチュエータの変位による応力によって、セラミックス層に破壊が生じるおそれがある。特に、内部電極に挟まれる活性層より厚みが薄く、破壊耐力が小さくなる最外層のセラミックス層に活性部と非活性部とが混在すれば、高電界が印加される活性部と非活性部との境界で発生する応力差と圧電アクチュエータの変位による応力とが重なり合うため、相対的に厚みが薄い最外層のセラミックス層に破壊が生じやすい。 Therefore, as described above, when a high electric field is applied to the active portion, the stress generated by the electric field applied by the piezoelectric effect in the outermost ceramic layer and the stress due to the displacement of the piezoelectric actuator, There is a possibility that the ceramic layer may be broken. In particular, if the active portion and the inactive portion are mixed in the outermost ceramic layer having a thickness smaller than that of the active layer sandwiched between the internal electrodes and having a low fracture strength, the active portion and the inactive portion to which a high electric field is applied Since the stress difference generated at the boundary between and the stress due to the displacement of the piezoelectric actuator overlap, the outermost ceramic layer having a relatively small thickness is likely to be broken.
次に、上記実施例1の屈曲型圧電アクチュエータ31と、図7に示す比較例3の屈曲型圧電アクチュエータ1071とを用意した。比較例3の屈曲型圧電アクチュエータ1071では、上記実施例1の屈曲型圧電アクチュエータ31における積層型圧電アクチュエータ34に代えて、積層型圧電アクチュエータ1072を用いたことを除いては、上記実施例1と同様である。積層型圧電アクチュエータ1072は、最外層のセラミック層の厚みが他のセラミック層の厚みの1/2とされていることを除いては、比較例2の屈曲型圧電アクチュエータ1061の積層型圧電アクチュエータ1062と同様の構造を有する。この構造は、前述した特許文献2に記載の積層型圧電アクチュエータと同様の構造である。
Next, the bending
上記実施例1の屈曲型圧電アクチュエータ31及び比較例3の屈曲型圧電アクチュエータ1071に、抗電界の2倍の直流電圧を印加し、セラミック焼結体を分極した。すなわち、第1,第2の外部電極間に抗電界の2倍の電圧を印加し、活性層として機能するセラミック層を積層方向に分極した。その結果、比較例3の屈曲型圧電アクチュエータ1071に用いた積層型圧電アクチュエータ1072では、10個のサンプルにおいて、10個とも故障し、実施例1の屈曲型圧電アクチュエータ31に用いた積層型圧電アクチュエータ34では、10個のサンプル中故障した数は0であった。なお、故障とは、分極処理に際し、隣り合う電極間に短絡が生じた数をいうものとする。
A DC voltage twice the coercive electric field was applied to the bending
上記のように、比較例3の屈曲型圧電アクチュエータ1071に用いた積層型圧電アクチュエータ1072において、故障が生じたのは、以下の理由によると考えられる。すなわち、最外層のセラミック層の厚みが薄くされているため、回り込み部1056bと最上部の第2の内部電極1055aとが積層方向において平面視した際に最上層のセラミック層の一部を介して重なり合っている部分B及び回り込み部1057cと最下部の第1の内部電極1054dとが積層方向において平面視した際に最下層のセラミック層の一部を介して重なり合っている部分Dにおいて高電界が印加される。従って、短絡が生じたと考えられる。
As described above, the failure of the multilayer
これに対して、実施例1では、上記のように、最上部の第2の内部電極4aと、回り込み部5bとが、積層方向において平面視した際に、最上層のセラミック層を介して重なり合っておらず、かつ最下部の第1の内部電極3dと、回り込み部6cとが、積層方向において平面視した際に、最下層のセラミック層を介して重なり合っていない。従って、高電界が最外層のセラミック層すなわち不活性層に加わらない。よって、分極に際しての故障が生じていないと考えられる。
On the other hand, in Example 1, as described above, the uppermost second
次に、上記実施例1の屈曲型圧電アクチュエータ31と図8に示す比較例4の屈曲型圧電アクチュエータ1081とを用意し、変位量を対比した。比較例4の屈曲型圧電アクチュエータ1081では、上記実施例1の屈曲型圧電アクチュエータ31における積層型圧電アクチュエータ34とは異なる構造の積層型圧電アクチュエータを用いたことを除いては、上記実施例1と同様である。比較例4の屈曲型圧電アクチュエータ1081の積層型圧電アクチュエータは、セラミック焼結体1082を有する。セラミック焼結体1082は、上面と、下面と、第1の端面1082cと、第2の端面1082dとを有する。セラミック焼結体1082内において、上面及び下面と平行に、複数の第1の内部電極1083a〜1083cと、複数の第2の内部電極1084a〜1084cとが配置されている。複数の第1の内部電極1083a〜1083cは、セラミック焼結体1082の第1の端面1082cに引き出されている。複数の第2の内部電極1084a〜1084cは、セラミック焼結体1082の第1の端面1082cと対向している第2の端面1082dに引き出されている。セラミック焼結体1082では、積層方向において、第1の内部電極1083a〜1083cと、第2の内部電極1084a〜1084cとが交互に配置されているとともに、積層方向において平面視した際に、セラミック層を介して重なり合っている。また、隣り合うセラミック層は積層方向において逆方向に分極処理されている。さらに、第1,第2の内部電極1083a〜1083c,1084a〜1084cが積層されている部分の上方において、第1,第2のダミー電極1085,1086が配置されている。第1,第2のダミー電極1085,1086は、それぞれ、第1の端面1082c及び第2の端面1082dに引き出されている。
Next, the bending
第1,第2のダミー電極1085,1086は、セラミック焼結体1082の長さ方向中央において対向されている。同様に、第1,第2の内部電極1083a〜1083c,1084a〜1084cが積層されている部分の下方においても、第1,第2のダミー電極1087,1088が第1,第2のダミー電極1085,1086と同様に構成されている。
The first and
ここでは、第1の内部電極1083a〜1083c及び第2の内部電極1084a〜1084cが積層方向において平面視した際にセラミック層を介して重なり合っている部分が活性部である。そして、第2のダミー電極1086と、最上部の第1の内部電極1083aとが積層方向において平面視した際にセラミック層を介して積層方向において平面視した際に重なり合っている部分も活性層として機能する。同様に、第1のダミー電極1087と、最下部の第2の内部電極1084cとが積層方向において平面視した際に重なり合っている部分も活性層として機能する。なお、第1,第2の外部電極1089,1090は、実施例1の第1,第2の外部電極5,6と同様に構成されている。
Here, the portion where the first internal electrodes 1083a to 1083c and the second internal electrodes 1084a to 1084c overlap with each other through the ceramic layer when viewed in plan in the stacking direction is the active portion. When the
上記実施例1の屈曲型圧電アクチュエータ31及び比較例4の屈曲型圧電アクチュエータ1081に、±12Vの電圧を印加した際の変位量を求めたところ、比較例4では、81μmであったのに対し、実施例1によれば、前述した比較例2との対比の場合と同様に87μmであった。
The displacement amount when a voltage of ± 12 V was applied to the bending
従って、比較例4では、変位量が小さいのに対し、実施例1によれば、変位量を効果的に高め得ることがわかる。これは、比較例4では、ダミー電極1085の下方部分のセラミック層及びダミー電極1088の上方部分のセラミック層も不活性層として機能し、それによって変位が拘束されるためと考えられる。
Therefore, it can be seen that the displacement amount is small in Comparative Example 4, whereas the displacement amount can be effectively increased according to Example 1. This is presumably because in Comparative Example 4, the ceramic layer below the
〔第2の実施形態〕
図9は、本発明の第2の実施形態に係る屈曲型圧電アクチュエータ51を示す正面断面図である。第2の実施形態に係る屈曲型圧電アクチュエータ51では、振動板52上に、積層型圧電アクチュエータ53が接着剤層54を介して接合されている。振動板52は、絶縁性基板52aの表面に電極膜52b,52cが形成されている構造を有する。この電極膜52b,52c上に、接着剤層54を介して、積層型圧電アクチュエータ53が接合されている。[Second Embodiment]
FIG. 9 is a front sectional view showing a bending type piezoelectric actuator 51 according to the second embodiment of the present invention. In the bending type piezoelectric actuator 51 according to the second embodiment, a laminated
ここでは、図1(b)に示した積層型圧電アクチュエータ11と同様に、第1,第2の外部電極5,6の回り込み部5c,6cが、回り込み部5b,6bに比べて大きな面積を有し、表面電極として機能するように形成されている。この回り込み部5c,6cが、それぞれ、電極膜52b,52cに接合されている。その他の構造は、第2の実施形態に係る屈曲型圧電アクチュエータ51は実施例1の屈曲型圧電アクチュエータ31と同様である。ここでは、回り込み部5c,6cが大きな面積を有するため、電極膜52b,52cに対して確実に接合することができる。
Here, similarly to the multilayer piezoelectric actuator 11 shown in FIG. 1B, the
本実施形態においても、その他の構造は実施例1と同様であるため、大きな変位量を得ることができ、かつAg等のマイグレーションを効果的に抑制することができる。 Also in this embodiment, since the other structure is the same as that of Example 1, a large amount of displacement can be obtained and migration of Ag or the like can be effectively suppressed.
〔第3の実施形態〕
図10は、本発明の第3の実施形態に係る屈曲型圧電アクチュエータ61を示す正面断面図である。[Third Embodiment]
FIG. 10 is a front sectional view showing a bending
屈曲型圧電アクチュエータ61は、第2の実施形態とは逆に、セラミック焼結体2の上面側における回り込み部5b,6bの面積が相対的に大きくされて、表面電極として機能するように構成されている。他方、下面側の回り込み部5c,6cは、その面積が相対的に小さく、通常の回り込み部とされている。その他の点については、実施例1の屈曲型圧電アクチュエータ31と同様である。第3の実施形態では、セラミック焼結体2の上面側において、比較的大きな面積を有し、表面電極として機能する回り込み部5b,6bが設けられているので、セラミック焼結体2の上面側において外部との電気的接続を容易に行うことができる。
Contrary to the second embodiment, the bending
この場合においても、回り込み部5bと、互いに電気的に絶縁され異なる電位に接続される最上部の第2の内部電極4aとは、積層方向において平面視した際に、最上層のセラミック層を介して重なり合っていない。従って、上記実施例1と同様に、大きな変位量を得ることができ、かつ不活性層のセラミック層の破壊も生じ難い。
Also in this case, the wraparound portion 5b and the uppermost second
〔変形例〕
図11は、本発明の圧電アクチュエータのさらに他の変形例を説明するための正面断面図であり、図12は、その内部構造を模式的に示す斜視図である。[Modification]
FIG. 11 is a front sectional view for explaining still another modified example of the piezoelectric actuator of the present invention, and FIG. 12 is a perspective view schematically showing the internal structure thereof.
本変形例の圧電アクチュエータ71は、振動板72上に接着剤層75を介して接合されている積層型圧電アクチュエータを有する。該積層型圧電アクチュエータは、セラミック焼結体2Aを有する。セラミック焼結体2A内に、第1の内部電極3a,3bと第2の内部電極4a,4bとがセラミック層を介して交互に積層されている。図12に示すように、第1の内部電極3a,3bは、セラミック焼結体2Aの長さ方向一端側の端面に延ばされた電極引き出し部を有する。電極引き出し部は、第1の内部電極3a,3bの他の部分よりも幅が狭くされている。また、第2の内部電極4a,4bも、セラミック焼結体2Aの長さ方向一端側の端面に延ばされた電極引き出し部を有する。この電極引き出し部も、第2の内部電極4a,4bの他の部分よりも幅が狭くされている。そして、図12に示すように、セラミック焼結体2Aの上記一端側の端面に、第1の端面電極73及び第2の端面電極74が形成されている。第1の端面電極73は、第1の内部電極3a,3bの電極引き出し部に電気的に接続されるように設けられている。同様に、第2の端面電極74は、第2の内部電極4a,4bの電極引き出し部に電気的に接続されるように設けられている。本変形例では、上記のように、第1の内部電極3a,3b及び第2の内部電極4a,4bがセラミック焼結体2Aの長さ方向一端側の端面に引き出されている。そして、該端面において、第1の内部電極3a,3bが第1の端面電極73に、第2の内部電極4a,4bが第2の端面電極74に電気的に接続されている。よって、セラミック焼結体2Aの長さ方向一端側において外部との電気的接続を図ることができる。
The
本変形例においても、セラミック焼結体2Aの不活性層である最外層のセラミック層を活性層である他のセラミック層よりも薄くし、かつ第1,第2の内部電極3a,3b,4a,4bのうち、最上部に位置している第2の内部電極4aの長さ、及び最下部に位置している第1の内部電極3bの長さが、他の内部電極よりも短くすることで、第1の端面電極73の回り込み部が積層方向において平面視した際に最上層のセラミック層を介して第2の内部電極4aと重なり合わないように設けられ、第2の端面電極74の回り込み部が積層方向において平面視した際に最下層のセラミック層を介して第1の内部電極3bと重なり合わないように設けられていることにより、実施例1〜3と同様の効果を得ることができる。
Also in this modification, the outermost ceramic layer that is an inactive layer of the ceramic
図13は、本発明の圧電アクチュエータのさらに他の変形例を示す正面断面図である。本変形例の圧電アクチュエータ81は、振動板82上に、接着剤層83を介して接合されている。積層型圧電アクチュエータを有する。本変形例では、圧電アクチュエータ71と同様に、セラミック焼結体2A内に、第1の内部電極3a,3b及び第2の内部電極4a,4bとがセラミック層を介して交互に積層されている。セラミック焼結体2A内に、第1の内部電極3a,3bと第2の内部電極4a,4bとがセラミック層を介して交互に積層されている。積層方向において平面視した際に、内部電極同士がセラミック層を介して重なり合っている部分が活性層を構成している。また、本変形例では、セラミック焼結体2Aの最下層のセラミック層である不活性層2hの厚みが他のセラミック層の厚みよりも薄くさている。また、不活性層2hと隣接している最下部の第1の内部電極3bの長さが、第1の内部電極3aよりも短くされていることで、第2の端面電極6の回り込み部が積層方向において平面視した際に不活性層2hを介して第1の内部電極3bと重なり合わないように設けられており、最上層のセラミック層と隣接している最上部の第2の内部電極4aの長さが、第2の内部電極4bよりも短くされていることで、第1の端面電極5の回り込み部が積層方向において平面視した際に最上層のセラミック層を介して第2の内部電極4aと重なり合わないように設けられている。従って、本実施形態においても、実施例1〜3と同様の効果を得ることができる。もっとも、前述した第1の実施形態のように、上下に厚みの薄い不活性層が設けられることが望ましい。
FIG. 13 is a front sectional view showing still another modification of the piezoelectric actuator of the present invention. The
図13では、セラミック焼結体2Aの最下層に、不活性層2hが設けられていたが、図14に示す変形例の圧電アクチュエータ91のように、最上層に厚みが相対的に薄い不活性層2iが設けられてもよい。
In FIG. 13, the
1…圧電アクチュエータ
2,2A…セラミック焼結体
2a…上面
2b…下面
2c…第1の端面
2d…第2の端面
2e…セラミック層
2f…セラミック層
2g…セラミック層
2h…不活性層
2i…不活性層
3a〜3d…第1の内部電極
4a〜4d…第2の内部電極
5…第1の外部電極
5a…端面部
5b,5c…回り込み部
6…第2の外部電極
6a…端面部
6b,6c…回り込み部
11…積層型圧電アクチュエータ
21…積層型圧電アクチュエータ
31…屈曲型圧電アクチュエータ
32…振動板
33…接着剤層
34…積層型圧電アクチュエータ
51…屈曲型圧電アクチュエータ
52…振動板
52a…絶縁性基板
52b,52c…電極膜
53…積層型圧電アクチュエータ
54…接着剤層
61…屈曲型圧電アクチュエータ
71…圧電アクチュエータ
73…第1の端面電極
74…第2の端面電極
81…圧電アクチュエータ
82…振動板
91…圧電アクチュエータDESCRIPTION OF
Claims (7)
前記セラミック焼結体内に形成されており、前記第1の端面に引き出された複数の第1の内部電極と、
前記セラミック焼結体内に形成されており、前記第2の端面に引き出された複数の第2の内部電極と、
前記セラミック焼結体内に形成されており、前記第1の内部電極及び前記第2の内部電極とともに積層されている、複数のセラミック層と、
前記セラミック焼結体の第1の端面に形成された第1の外部電極と、
前記セラミック焼結体の第2の端面に形成された第2の外部電極とを備え、
前記第1の内部電極と前記第2の内部電極とがセラミック焼結体内において前記セラミック層を介して対向しており、前記第1の内部電極と第2の内部電極との間に挟まれているセラミック層が活性層とされており、複数の活性層を有し、前記セラミック焼結体内において、前記複数の第1,第2の内部電極の内、最上部に位置する内部電極とセラミック焼結体の上面との間のセラミック層が第1の不活性層、前記複数の第1,第2の内部電極の内、最下部に位置する内部電極とセラミック焼結体の下面との間のセラミック層が第2の不活性層とされており、
前記不活性層であるセラミック層の厚みが、前記活性層であるセラミック層の厚みよりも薄くされており、かつ第1または第2の内部電極の長さを当該第1または第2の内部電極の引き出されている第1または第2の端面から当該第1または第2の内部電極の先端までの距離とした場合、前記最上部に位置する内部電極及び最下部に位置する内部電極の長さの少なくとも一方が、他の内部電極の長さよりも短くされており、
前記セラミック焼結体の積層方向において平面視した際に、前記第1,第2の外部電極が、不活性層を介して、最上部及び最下部の前記内部電極のうち異なる電位に接続される内部電極と重なり合わないように形成されている、積層型圧電アクチュエータ。A ceramic sintered body made of piezoelectric ceramics, having an upper surface, a lower surface and opposing first and second end surfaces;
A plurality of first internal electrodes formed in the ceramic sintered body and led out to the first end face;
A plurality of second internal electrodes formed in the ceramic sintered body and led out to the second end face;
A plurality of ceramic layers formed in the ceramic sintered body and laminated together with the first internal electrode and the second internal electrode;
A first external electrode formed on the first end face of the ceramic sintered body;
A second external electrode formed on the second end face of the ceramic sintered body,
The first internal electrode and the second internal electrode are opposed to each other through the ceramic layer in the ceramic sintered body, and are sandwiched between the first internal electrode and the second internal electrode. The ceramic layer is an active layer, and has a plurality of active layers, and the inner electrode located on the top of the plurality of first and second inner electrodes and the ceramic firing in the ceramic sintered body. The ceramic layer between the upper surface of the bonded body is a first inactive layer, and the inner electrode located at the bottom of the plurality of first and second internal electrodes and the lower surface of the ceramic sintered body The ceramic layer is the second inert layer;
The thickness of the ceramic layer, which is the inactive layer, is made thinner than the thickness of the ceramic layer, which is the active layer, and the length of the first or second internal electrode is set to the first or second internal electrode. The length of the internal electrode located at the top and the internal electrode located at the bottom when the distance from the drawn first or second end surface to the tip of the first or second internal electrode At least one of them is shorter than the length of the other internal electrode,
When viewed in plan in the stacking direction of the ceramic sintered body, the first and second external electrodes are connected to different potentials among the uppermost and lowermost internal electrodes via an inert layer. A laminated piezoelectric actuator formed so as not to overlap with internal electrodes.
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