JP5550378B2 - 圧電アクチュエータ - Google Patents
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れ露出するとともに、対向する他の1組の側面に前記第1の内部電極層および前記第2の内部電極層が露出した積層体と、前記対向する1組の側面の一方に前記積層体の積層方向に長く被着されて前記第1の内部電極層に電気的に接続された第1の外部電極層と、前記対向する1組の側面の他方に前記積層体の積層方向に長く被着されて前記第2の内部電極層に電気的に接続された第2の外部電極層と、前記対向する他の1組の側面の前記第1の内部電極層および前記第2の内部電極層が露出した領域を被覆した酸化物からなる被膜とを含む積層型圧電素子が、前記積層体の積層方向に伸縮可能なケースの内部に前記積層体の積層方向の両端面を前記ケースの内壁に当接させて不活性ガスとともに封入されており、前記被膜はセラミックであって、前記被膜を構成する酸化物の粒子の粒径は、不活性ガスに接している表面側よりも前記積層体に接している側の方が大きいことを特徴とするものである。
第2の内部電極層222がそれぞれ露出するとともに、対向する他の1組の側面に第1の内
部電極層221および第2の内部電極層222が露出した積層体2と、対向する1組の側面の一方に積層体2の積層方向に長く被着されて第1の内部電極層221に電気的に接続された第
1の外部電極層31と、対向する1組の側面の他方に積層体2の積層方向に長く被着されて第2の内部電極層222に電気的に接続された第2の外部電極層32と、対向する他の1組の
側面の第1の内部電極層221および第2の内部電極層222が露出した領域を被覆した酸化物からなる被膜4とを含む積層型圧電素子1が、積層体2の積層方向に伸縮可能なケース5の内部に積層体2の積層方向の両端面をケース5の内壁に当接させて不活性ガス6とともに封入されていることを特徴とするものである。
内部電極層222が露出している。
他方に積層体2の積層方向に長く被着されて第2の内部電極層222に電気的に接続された
第2の外部電極層32が形成されている。
内部電極層222とそれぞれ電気的に接続されるように、例えば銀とガラスからなる導電性
ペーストを塗布して焼き付けて形成されたものである。それぞれの外部電極層(第1の外部電極層31、第2の外部電極層32)には、それぞれリード線71が半田などによって取り付けられていて、後述のリードピン72、リード線71、第1の外部電極層31および第2の外部電極層32を介して駆動電圧を印加するようになっている。
1を駆動した際の積層体2の駆動変形(伸縮)に被膜4が追従できなくなり、被膜4自体にクラックが入り、沿面放電が発生する。このため、被膜4の厚みは5〜30μmの範囲が望ましい。
数を調整することができる。例えば、厚みは0.1〜0.2mm程度で、溝数は積層体2の高さが20mmのときは3本、積層体2の高さが40mmのときは6本程度である。
の内部には、例えば軟質ガラスなどの絶縁材532が充填されていて、リードピン72と下部
金属部材53とを絶縁して固定するとともに、外気の侵入を防いでいる。
よび第2の内部電極層222(両極)が露出した面では、被膜4が積層体2(圧電体層21)
の身代わりになって還元されるだけでなく、圧電体層21で酸素空孔が発生しても、酸素空孔が被膜4へ移動して消滅し、圧電体層21の絶縁性能を劣化させることがないという効果を奏する。
度で脱バインダー処理した後、900〜1200℃で焼成することによって積層体2が得られる
。
する。
どからなる平均粒径0.01〜100μmの酸化物の粉体を溶剤、分散剤、可塑剤およびバイン
ダーの溶液に分散させた後、3本ロールを数回通すことにより、粉体の凝集を解砕するとともに、粉体を分散させて作製可能である。また、溶剤、分散剤、酸化物の粉体が入ったボールミルを回転させ、粉体を粉砕、及び解砕した後、バインダーおよび可塑剤を投入し、更に回転させる方法でも作製可能である。
2の内部電極層222(両極)が露出した側面を浸し、引き上げた後、乾燥させて形成する
。このとき、インクの粘度や引き上げ速度を制御することにより、被膜4の厚みを制御する。
および第2の内部電極層222(両極)が露出した側面インクを印刷し、乾燥させ手形成す
る。このとき、インクの粘度、メッシュの厚みおよびスキージの移動速度などにより、被膜27の厚みを制御する。
体51とSUS304製の上部金属部材52とをレーザー溶接によって溶接する。
界を印加し、積層体2(圧電体層21)を分極することによって、本実施の形態の圧電アクチュエータが完成する。
主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、バインダー及び可塑剤を混合したセラミックスラリーを作製し、ドクターブレード法で厚み150μmの圧電体層となるセラミックグリ
ーンシートを作製した。
た。
た後、1000℃で200分間焼成した。積層体2は直方体状であり、その大きさは、端面が縦
5mm、横5mmであり、高さが35mmであった。
主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末にバインダー及び可塑剤を加えてペーストを作製し、被膜の厚みが20μmとなるように、スクリーン印刷にて、内部電極層の両極が露出している積層体の対向する1組の側面に印刷し、その後、1000℃で焼成し、積層体の対向
する1組の側面に被膜を形成した。
〜800℃程度の温度で焼き付け処理して外部電極層を形成した後、半田付けにて、リード
線を接続した。
製し、この筒体と上部金属部材とをレーザー溶接で溶接し、これを下部金属部材に接着した積層型圧電素子に被せ、所定の荷重で筒体を下部金属部材側に引っ張り、積層型圧電素子に荷重を印加した後、筒体と下部金属部材とが重なったところをレーザー溶接で溶接し、積層型圧電素子の封止を行なった。
チュエータにおいて、積層方向に50μmの変位量(初期変位量)が得られた。
なる被膜の内側にある両極の内部電極が露出した部分で、圧電体層の表面が還元されて内部電極間が短絡したことによる。
μmの変位量にほとんど変化はなく、圧電アクチュエータとして必要な有効変位量を維持しており、圧電体層の表面が還元されず、内部電極間が短絡せずに長期間安定して駆動することができることがわかる。
21・・・圧電体層
221・・・第1の内部電極層
222・・・第2の内部電極層
31・・・第1の外部電極層
32・・・第2の外部電極層
4・・・被膜
5・・・ケース
51・・・筒体
52・・・上部金属部材
53・・・下部金属部材
531・・・貫通孔
532・・・絶縁材
6・・・不活性ガス
71・・・リード線
72・・・リードピン
Claims (4)
- 複数の圧電体層が積層されるとともに該圧電体層の層間に第1の内部電極層および第2の内部電極層が1層おきに交互に形成されてなり、対向する1組の側面の一方に前記第1の内部電極層が、他方に前記第2の内部電極層がそれぞれ露出するとともに、対向する他の1組の側面に前記第1の内部電極層および前記第2の内部電極層が露出した積層体と、
前記対向する1組の側面の一方に前記積層体の積層方向に長く被着されて前記第1の内部電極層に電気的に接続された第1の外部電極層と、
前記対向する1組の側面の他方に前記積層体の積層方向に長く被着されて前記第2の内部電極層に電気的に接続された第2の外部電極層と、
前記対向する他の1組の側面の前記第1の内部電極層および前記第2の内部電極層が露出した領域を被覆した酸化物からなる被膜とを含む積層型圧電素子が、
前記積層体の積層方向に伸縮可能なケースの内部に前記積層体の積層方向の両端面を前記ケースの内壁に当接させて不活性ガスとともに封入されており、
前記被膜はセラミックであって、前記被膜を構成する酸化物の粒子の粒径は、不活性ガスに接している表面側よりも前記積層体に接している側の方が大きいことを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 前記酸化物が圧電体であることを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記圧電体が、前記圧電体層の圧電体材料と同じであることを特徴とする請求項2に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記圧電体および前記圧電体層の圧電体材料が、いずれもチタン酸ジルコン酸鉛であることを特徴とする請求項3に記載の圧電アクチュエータ。
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