JPH01170380A - 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Info
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- JPH01170380A JPH01170380A JP62328003A JP32800387A JPH01170380A JP H01170380 A JPH01170380 A JP H01170380A JP 62328003 A JP62328003 A JP 62328003A JP 32800387 A JP32800387 A JP 32800387A JP H01170380 A JPH01170380 A JP H01170380A
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔分野の概要〕
本発明は、電気的入力エネルギーを変位や力の機械工ネ
ルキーに変換する積層型圧電アクチュエータに係り、さ
らに詳細には湿度の高い環境下においても使用可能とす
る積層型圧電アクチュエータに関するものである。
ルキーに変換する積層型圧電アクチュエータに係り、さ
らに詳細には湿度の高い環境下においても使用可能とす
る積層型圧電アクチュエータに関するものである。
精密位置決め装置や精密Ｘ−Ｙテーブルのアクチュエー
タとして、従来、ボイスコイルモータやパルスモータ等
の電磁式アクチュエータが用いられているが、近年、消
費電力、応答性９位置決め精度等から電磁式アクチュエ
ータより優れている積層型圧電アクチュエータが用いら
れつつある。
タとして、従来、ボイスコイルモータやパルスモータ等
の電磁式アクチュエータが用いられているが、近年、消
費電力、応答性９位置決め精度等から電磁式アクチュエ
ータより優れている積層型圧電アクチュエータが用いら
れつつある。
積層型圧電アクチュエータは、圧電素子断面と内部電極
面積を一致させるように構成することにより、応力集中
がなく、製造方法の進歩により発生歪を大きくすること
が可能となっている。該積層型圧電アクチュエータの構
造を第１図に示す。
面積を一致させるように構成することにより、応力集中
がなく、製造方法の進歩により発生歪を大きくすること
が可能となっている。該積層型圧電アクチュエータの構
造を第１図に示す。
第１図に示すように積層型圧電アクチュエータの外部電
極の側面では、対向内部電極が表面に露出した構造とな
っており、従って積層型圧電アクチュエータの電気絶縁
性能を向上するために側面を樹脂で外装するのが一般的
である。しかし、樹脂により外装された積層型圧電アク
チュエータを高い湿度の雰囲気中や、水分の付着する環
境下で直流電圧を印加して使用すると、有機系の樹脂に
よる外装では水分の透過を防止することは困難であり、
内部電極が露出した側面のうち、電位が正となる側の内
部電極成分の１部である銀がイオン化し、対向電極へ移
行するいわゆる銀のマイグレーションが発生し、絶縁抵
抗が劣化するという問題がある。
極の側面では、対向内部電極が表面に露出した構造とな
っており、従って積層型圧電アクチュエータの電気絶縁
性能を向上するために側面を樹脂で外装するのが一般的
である。しかし、樹脂により外装された積層型圧電アク
チュエータを高い湿度の雰囲気中や、水分の付着する環
境下で直流電圧を印加して使用すると、有機系の樹脂に
よる外装では水分の透過を防止することは困難であり、
内部電極が露出した側面のうち、電位が正となる側の内
部電極成分の１部である銀がイオン化し、対向電極へ移
行するいわゆる銀のマイグレーションが発生し、絶縁抵
抗が劣化するという問題がある。
本発明は、前記問題点を解決するためになされたもので
、湿度の高い環境下でも使用可能な積層型圧電アクチュ
エータの提供を目的とする。
、湿度の高い環境下でも使用可能な積層型圧電アクチュ
エータの提供を目的とする。
本発明は互いに対向する電極により構成されている複数
の内部電極を有する積層型圧電アクチュエータに接して
その周囲に、例えば窒化アルミニウム等の高熱伝導率高
電気絶縁特性を持つセラミックス薄板を用い、さらに該
セラミックス薄板の外側に近接して、板状のチタン酸バ
リウム系半導体発熱素子（以下発熱素子と称する）を設
け、かつ該発熱素子の電極と、前記圧電アクチュエータ
の外部電極とを電気的に並列に接続し構成したことを特
徴とする積層型圧電アクチュエータである。
の内部電極を有する積層型圧電アクチュエータに接して
その周囲に、例えば窒化アルミニウム等の高熱伝導率高
電気絶縁特性を持つセラミックス薄板を用い、さらに該
セラミックス薄板の外側に近接して、板状のチタン酸バ
リウム系半導体発熱素子（以下発熱素子と称する）を設
け、かつ該発熱素子の電極と、前記圧電アクチュエータ
の外部電極とを電気的に並列に接続し構成したことを特
徴とする積層型圧電アクチュエータである。
即ち、本発明による積層型圧電アクチュエータの電気回
路系統図を第２図に示す。積層型圧電アクチュエータ２
１と、発熱素子２３は電気的に並列接続している。発熱
素子２３は電気抵抗が正の温度係数を有するいわゆるＰ
ＴＣサーミスタで、電圧を印加することにより、一定温
度に発熱し保持する機能を有する。第２図において直流
電圧を印加すると、まず、電気抵抗の低い発熱素子２３
に電流が流れ２３は発熱する。２２は熱伝導性が高い窒
化アルミニウム薄板であり、発熱素子２３の発熱により
積層型圧電アクチュエータ２１を一定温度に加熱保持す
ることが可能である。発熱素子２３のＰＴＣサーミスタ
の保持温度は、チタン酸バリウム磁器の組成、特に添加
元素を変えることにより容易に調整することが可能であ
り、室温から３００℃程度の温度範囲で使用できるＰＴ
Ｃサーミスタが市販されており、１００℃近傍の保持温
度のＰＴＣサーミスタを用いることにより、積層型圧電
アクチュエータを１００℃近傍の温度に保持することが
可能である。従って、湿度の高い環境下においては本発
明による積層型圧電アクチュエータを１００℃近傍に加
熱保持することにより、積層型圧電アクチュエータの表
面の湿度を低下させることができ、周囲の温度が高い、
また水滴の生じる環境において使用し、直流電圧を印加
しても銀のマイグレーションによる絶縁抵抗の劣化を防
止した積層型圧電アクチュエータを構成するものである
。
路系統図を第２図に示す。積層型圧電アクチュエータ２
１と、発熱素子２３は電気的に並列接続している。発熱
素子２３は電気抵抗が正の温度係数を有するいわゆるＰ
ＴＣサーミスタで、電圧を印加することにより、一定温
度に発熱し保持する機能を有する。第２図において直流
電圧を印加すると、まず、電気抵抗の低い発熱素子２３
に電流が流れ２３は発熱する。２２は熱伝導性が高い窒
化アルミニウム薄板であり、発熱素子２３の発熱により
積層型圧電アクチュエータ２１を一定温度に加熱保持す
ることが可能である。発熱素子２３のＰＴＣサーミスタ
の保持温度は、チタン酸バリウム磁器の組成、特に添加
元素を変えることにより容易に調整することが可能であ
り、室温から３００℃程度の温度範囲で使用できるＰＴ
Ｃサーミスタが市販されており、１００℃近傍の保持温
度のＰＴＣサーミスタを用いることにより、積層型圧電
アクチュエータを１００℃近傍の温度に保持することが
可能である。従って、湿度の高い環境下においては本発
明による積層型圧電アクチュエータを１００℃近傍に加
熱保持することにより、積層型圧電アクチュエータの表
面の湿度を低下させることができ、周囲の温度が高い、
また水滴の生じる環境において使用し、直流電圧を印加
しても銀のマイグレーションによる絶縁抵抗の劣化を防
止した積層型圧電アクチュエータを構成するものである
。
以下本発明の実施例を図面を用い説明する。
第１図、第３図においてＰｂ （（Ｎｉ−Ｎｂ）、Ｔｉ
、Ｚｒ） ０３系の組織を持つ圧電性セラミックスを用
いて、厚膜積層法により、断面が５部５ｍｍ、長さが１
８ｍｍの寸法の積層型圧電アクチュエータを試作した。
、Ｚｒ） ０３系の組織を持つ圧電性セラミックスを用
いて、厚膜積層法により、断面が５部５ｍｍ、長さが１
８ｍｍの寸法の積層型圧電アクチュエータを試作した。
内部電極３２の材料は銀パラジウムを用い、内部電極３
２の間隔１１５μｍ、電極層数は１５０層である。
２の間隔１１５μｍ、電極層数は１５０層である。
次に該積層型圧電アクチュエータの５ Ｘ １８ｍｍの
内部電極露出面に熱伝導率１６０ｗ／ｍ Ｋ ［距離が
１ｍで温度差がＩ Ｋ（ケルビン）の時１６０Ｗの熱を
伝導するという意味］の窒化アルミニウム製で５ Ｘ
１７ｍｍの寸法で厚み０．５ｍｍの薄板１４を接着した
。さらに（Ｂａ。
内部電極露出面に熱伝導率１６０ｗ／ｍ Ｋ ［距離が
１ｍで温度差がＩ Ｋ（ケルビン）の時１６０Ｗの熱を
伝導するという意味］の窒化アルミニウム製で５ Ｘ
１７ｍｍの寸法で厚み０．５ｍｍの薄板１４を接着した
。さらに（Ｂａ。
Ｂｉ、 ５ｒ）Ｔｉ０３系で転移温度が１００℃のＰＴ
Ｃサーミスタで５ Ｘ １７ｍｍの寸法の厚み１．０ｍ
ｍの発熱素子の板１５を、窒化アルミニウム薄板の外側
を樹脂により接着した。その後にＰＴＣサーミスタ１５
のサーミスタ表面電極１６と積層型圧電アクチュエータ
の外部電極を並列に接続し、エポキシ系樹脂により積層
型圧電アクチュエータ、窒化アルミニウム薄板、 ＰＴ
Ｃサーミスタ板を接着し外装樹脂１８を施した。
Ｃサーミスタで５ Ｘ １７ｍｍの寸法の厚み１．０ｍ
ｍの発熱素子の板１５を、窒化アルミニウム薄板の外側
を樹脂により接着した。その後にＰＴＣサーミスタ１５
のサーミスタ表面電極１６と積層型圧電アクチュエータ
の外部電極を並列に接続し、エポキシ系樹脂により積層
型圧電アクチュエータ、窒化アルミニウム薄板、 ＰＴ
Ｃサーミスタ板を接着し外装樹脂１８を施した。
試作した積層型圧電アクチュエータの湿度の高い雰囲気
下での信頼性を調べるために、温度６０℃。
下での信頼性を調べるために、温度６０℃。
相対湿度９５％の雰囲気中で直流電圧１００ｖを連続印
加するエージングを実施した。比校のため従来方法で作
った積層型圧電アクチュエータを同時にエージングした
結果を第１表に示す。試験に供した試料の数はそれぞれ
１００個である。また、不良発生割合はエージング時間
による累積不良率で表わす。
加するエージングを実施した。比校のため従来方法で作
った積層型圧電アクチュエータを同時にエージングした
結果を第１表に示す。試験に供した試料の数はそれぞれ
１００個である。また、不良発生割合はエージング時間
による累積不良率で表わす。
第１表
第１表より明らかなように従来方法で作った積層型圧電
アクチュエータでは銀のマイグレーションにより短絡不
良が発生し、累積エージング時間が５００時間で全数不
良となるが、本発明の製造方法による積層型圧電アクチ
ュエータでは、５００時間で２．５％の短絡不良であり
、従来方法で作った積層型圧電アクチュエータに比べて
耐湿性能が格段に優れていることがわかる。尚、本発明
の実施例では窒化アルミニウム薄板を用い説明したが窒
化アルミニウム薄板に限定する必要はなく、他の高熱伝
導性で電気絶縁特性を持つセラミックス板を用いてもよ
い。
アクチュエータでは銀のマイグレーションにより短絡不
良が発生し、累積エージング時間が５００時間で全数不
良となるが、本発明の製造方法による積層型圧電アクチ
ュエータでは、５００時間で２．５％の短絡不良であり
、従来方法で作った積層型圧電アクチュエータに比べて
耐湿性能が格段に優れていることがわかる。尚、本発明
の実施例では窒化アルミニウム薄板を用い説明したが窒
化アルミニウム薄板に限定する必要はなく、他の高熱伝
導性で電気絶縁特性を持つセラミックス板を用いてもよ
い。
以上詳細に説明したように、本発明による積層型圧電ア
クチュエータとすることにより湿度の高い使用環境下で
も、動作の信頼性が高い積層型圧電アクチュエータの提
供が可能となり、積層型圧電アクチュエータの応用分野
の拡大がはかれる。
クチュエータとすることにより湿度の高い使用環境下で
も、動作の信頼性が高い積層型圧電アクチュエータの提
供が可能となり、積層型圧電アクチュエータの応用分野
の拡大がはかれる。
第１図は、本発明による積層型圧電アクチュエータの構
造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 第２図は、本発明による積層型圧電アクチュエータの電
気回路系統図を示す。 第３図は、従来の積層型圧電アクチュエータを示す正面
図。 以下余白 １１、２１・・・積層型圧電アクチュエータ。 １２、３４・・・外部電極。１３・・・半田付きリード
線。 １４、２２・・・窒化アルミニウム薄板。 １５、２３・・・チタン酸バリウム系半導体発熱素子。 １６・・・ＰＴＣサーミスタ表面電極。 １７・・・ＰＴＣサーミスタ表面電極と積層型圧電アク
チュエータの外部電極とを並列に接続するための配線。 １８・・・外装樹脂。２４・・・端子。 ３１・・・圧電性セラミックス。３２・・・内部電極。 ３３・・・内部電極端面絶縁部。 ３５・・・半田点。３６・・・リード線。 特許出願人 東北金属工業株式会社 第１図 第２図
造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 第２図は、本発明による積層型圧電アクチュエータの電
気回路系統図を示す。 第３図は、従来の積層型圧電アクチュエータを示す正面
図。 以下余白 １１、２１・・・積層型圧電アクチュエータ。 １２、３４・・・外部電極。１３・・・半田付きリード
線。 １４、２２・・・窒化アルミニウム薄板。 １５、２３・・・チタン酸バリウム系半導体発熱素子。 １６・・・ＰＴＣサーミスタ表面電極。 １７・・・ＰＴＣサーミスタ表面電極と積層型圧電アク
チュエータの外部電極とを並列に接続するための配線。 １８・・・外装樹脂。２４・・・端子。 ３１・・・圧電性セラミックス。３２・・・内部電極。 ３３・・・内部電極端面絶縁部。 ３５・・・半田点。３６・・・リード線。 特許出願人 東北金属工業株式会社 第１図 第２図
Claims (1)
- 互いに対向電極を構成するための複数の内部電極を有す
る積層型圧電アクチュエータの周囲に接して、薄板状の
窒化アルミニウム等の電気絶縁性，高熱伝導率特性を持
つセラミックス板を置き、該高熱伝導率セラミックス板
の外側に近接して表面に電極を設けた板状の半導体発熱
素子を置き、積層型圧電アクチュエータ，セラミックス
板，半導体発熱素子を樹脂により固着して覆い、該発熱
素子の電極と前記圧電アクチュエータの外部電極とを電
気的に並列に接続し構成したことを特徴とする積層型圧
電アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62328003A JP2613408B2 (ja) | 1987-12-23 | 1987-12-23 | 積層型圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62328003A JP2613408B2 (ja) | 1987-12-23 | 1987-12-23 | 積層型圧電アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01170380A true JPH01170380A (ja) | 1989-07-05 |
| JP2613408B2 JP2613408B2 (ja) | 1997-05-28 |
Family
ID=18205423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62328003A Expired - Lifetime JP2613408B2 (ja) | 1987-12-23 | 1987-12-23 | 積層型圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2613408B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001352771A (ja) * | 2001-04-06 | 2001-12-21 | Seiko Instruments Inc | 圧電アクチュエータ |
| JP2007267591A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Infineon Technologies Sensonor As | エネルギー回収機 |
-
1987
- 1987-12-23 JP JP62328003A patent/JP2613408B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001352771A (ja) * | 2001-04-06 | 2001-12-21 | Seiko Instruments Inc | 圧電アクチュエータ |
| JP2007267591A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Infineon Technologies Sensonor As | エネルギー回収機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2613408B2 (ja) | 1997-05-28 |
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