JPH01264278A - 一体型ピエゾスタック - Google Patents
一体型ピエゾスタックInfo
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- JPH01264278A JPH01264278A JP63091840A JP9184088A JPH01264278A JP H01264278 A JPH01264278 A JP H01264278A JP 63091840 A JP63091840 A JP 63091840A JP 9184088 A JP9184088 A JP 9184088A JP H01264278 A JPH01264278 A JP H01264278A
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- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 35
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/872—Connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. external electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
- H10N30/503—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure with non-rectangular cross-section orthogonal to the stacking direction, e.g. polygonal, circular
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D2121/00—Type of actuator operation force
- F16D2121/18—Electric or magnetic
- F16D2121/28—Electric or magnetic using electrostrictive or magnetostrictive elements, e.g. piezoelectric elements
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、アクチエエータ−等として用いられる一体型
ピエゾスタンクに関する。
ピエゾスタンクに関する。
一体型ピエゾスタック（あるいは積層膨圧電体）は、多
数の板状圧電素子（以下「圧電板」と呼称する）を固着
積層して形成した一体構造を有し、それによって十分な
機械的強度を確保しながら、個々の圧電板の変位を累積
してスタック全体として大きな変位を発生することがで
きる。
数の板状圧電素子（以下「圧電板」と呼称する）を固着
積層して形成した一体構造を有し、それによって十分な
機械的強度を確保しながら、個々の圧電板の変位を累積
してスタック全体として大きな変位を発生することがで
きる。
従来、このような一体化形成された構造においては、圧
電板と内部電極とが交互に積層されており、外部リード
線によって印加された作動電圧を入力端子で受は入れ、
側面リード線、金属突起を介して積層体の両端に固着さ
れたダミー板で変位を出力するよう構成されている。し
かし、側面リード線は相対的にかなり大きな剛性を有す
る。そのため金属突起は変位と逆向きに働く引張力を側
面リード線から受ける。アクチュエーターとしての作動
態様は、パルス電圧の印加によって瞬時に変位する場合
が多く、上記の引張力は衝撃力として金属突起に働くた
め、変位量が大きい場合等に大きな衝撃力によって金属
突起の破断が発生するという問題が生ずる。
電板と内部電極とが交互に積層されており、外部リード
線によって印加された作動電圧を入力端子で受は入れ、
側面リード線、金属突起を介して積層体の両端に固着さ
れたダミー板で変位を出力するよう構成されている。し
かし、側面リード線は相対的にかなり大きな剛性を有す
る。そのため金属突起は変位と逆向きに働く引張力を側
面リード線から受ける。アクチュエーターとしての作動
態様は、パルス電圧の印加によって瞬時に変位する場合
が多く、上記の引張力は衝撃力として金属突起に働くた
め、変位量が大きい場合等に大きな衝撃力によって金属
突起の破断が発生するという問題が生ずる。
本発明は、金属突起と内部電極との接合面積を増加させ
ることによって、接合力を高め金属突起の破断を防止し
、作動の安定性および耐久性の優れた一体型ビエゾスタ
ックを提供することを目的とする。
ることによって、接合力を高め金属突起の破断を防止し
、作動の安定性および耐久性の優れた一体型ビエゾスタ
ックを提供することを目的とする。
上記の目的は、本発明によれば、圧電板と内部電極とが
交互に積層した一体構造を有し、内部電極に接合されか
つ所定の側面リード線に接続された電圧印加用の金属突
起を具備する一体型ピエゾスタックにおいて、金属突起
が凹凸状の界面で内部電極に接合されていることを特徴
とする一体型ピエゾスタンクによって達成される。
交互に積層した一体構造を有し、内部電極に接合されか
つ所定の側面リード線に接続された電圧印加用の金属突
起を具備する一体型ピエゾスタックにおいて、金属突起
が凹凸状の界面で内部電極に接合されていることを特徴
とする一体型ピエゾスタンクによって達成される。
本発明の一体型ビエゾスタックにおいては、金属突起と
内部電極とが接合されている界面（接合面）が、従来の
ように平面的でなく、凹凸状であることによって、接合
面積が増加し、それに応じて接合力が増加する。
内部電極とが接合されている界面（接合面）が、従来の
ように平面的でなく、凹凸状であることによって、接合
面積が増加し、それに応じて接合力が増加する。
第１図に、本発明にしたがった一体型ビエゾスタックの
例を示す。一体型ピエゾスタック１は次のように製造さ
れる。圧電板２を内部電極２００で固着して積層体を構
成する。内部電極２００に外部から作動電圧を導く端子
として、金属突起３を積層体の側面の内部電極２００の
露出部分の表面に化学メツキ等により形成する。（すな
わちこの表面が接合面である。）その際、金属突起３は
、一つおきに積層体の同じ側面に位置するように積層体
の両側面に形成する。金属突起３を一対の側面リード線
４の各々に接続する。それによって、作動電圧を規定す
る２水準の電位の各々を内部電極２００に１つおきに印
加して各圧電板に変位を発生させることができる。
例を示す。一体型ピエゾスタック１は次のように製造さ
れる。圧電板２を内部電極２００で固着して積層体を構
成する。内部電極２００に外部から作動電圧を導く端子
として、金属突起３を積層体の側面の内部電極２００の
露出部分の表面に化学メツキ等により形成する。（すな
わちこの表面が接合面である。）その際、金属突起３は
、一つおきに積層体の同じ側面に位置するように積層体
の両側面に形成する。金属突起３を一対の側面リード線
４の各々に接続する。それによって、作動電圧を規定す
る２水準の電位の各々を内部電極２００に１つおきに印
加して各圧電板に変位を発生させることができる。
凹凸の寸法、形状、個数は特に限定する必要はなく、ピ
エゾスタックの個々の仕様に応じて、金属突起の破断を
防止するのに必要な接合力が得られるように設定するこ
とができる。
エゾスタックの個々の仕様に応じて、金属突起の破断を
防止するのに必要な接合力が得られるように設定するこ
とができる。
必要な接合力は、スタックの作動時に接合面に発生する
応力とこれに対して設計上掛は合わされる安全率に基づ
いて決定する。
応力とこれに対して設計上掛は合わされる安全率に基づ
いて決定する。
本発明の一体型ピエゾスタックの製造方法としては、従
来の方法を基本的に適用することができる。
来の方法を基本的に適用することができる。
圧電板の材質としては、−船釣にＰｂＴｉＯｓ 。
ＰｂＺｒＯｓにＰｂ（Ｃｏｌ／３Ｎｂ２／３）Ｏｓ 、
Ｐｂ（Ｚｎｌ／３Ｎｂ２／３）Ｏｓ 。
Ｐｂ（Ｚｎｌ／３Ｎｂ２／３）Ｏｓ 。
Ｐｂ（Ｎｉｌ／３Ｎｂ２／３）Ｏｚ 、 Ｐｂ（Ｙｌ／
２Ｎｂｌ／２）Ｏｓ等を固溶したもの、あるいはＮｂｚ
Ｏｓ ＪＯｓ等をドープしたものが用いられるが、圧電
効果を有するものであればよく、好ましくは圧電ｄ１．
定数の大きいものがよい。
２Ｎｂｌ／２）Ｏｓ等を固溶したもの、あるいはＮｂｚ
Ｏｓ ＪＯｓ等をドープしたものが用いられるが、圧電
効果を有するものであればよく、好ましくは圧電ｄ１．
定数の大きいものがよい。
圧電板の寸法は、−船釣に厚さ０．３〜０．５日程度、
直径（あるいは−辺の長さ）５〜２０鶴程度である。
直径（あるいは−辺の長さ）５〜２０鶴程度である。
内部電極を形成する材料は、圧電板を十分な機械的強度
で固着できる導電性ペーストであり、銀ペースト等が用
いられる。
で固着できる導電性ペーストであり、銀ペースト等が用
いられる。
一体化形成後の内部電極の厚さは、３〜２０Ｉｎａが望
ましく、６〜１２−が更に望ましい、厚さが３−未満に
なると化学めっき等による金属突起の形成が困難となり
、また２０１！ｍを超えると、例えば厚さを２５−にし
ようとすると、スクリーン印刷特約５０ｎの膜層にしな
ければならず、多量の銀ペーストを必要とし高価になる
とともに、ビニシスタンクの全長を長くするか、圧電板
の積層枚数を数枚減らさなければならないので好ましく
ない。
ましく、６〜１２−が更に望ましい、厚さが３−未満に
なると化学めっき等による金属突起の形成が困難となり
、また２０１！ｍを超えると、例えば厚さを２５−にし
ようとすると、スクリーン印刷特約５０ｎの膜層にしな
ければならず、多量の銀ペーストを必要とし高価になる
とともに、ビニシスタンクの全長を長くするか、圧電板
の積層枚数を数枚減らさなければならないので好ましく
ない。
〔実施例１〕
圧電板２に（材質： ＰｂＴｉ０．およびＰｂＺｒＯｓ
を主体とし、少量のＰｂ（Ｙ＋ｚ□Ｎｂｔｚ□）０．を
固溶させた材料、寸法：厚さ０．５ ｔｍ、直径１５鶴
）第２図の様に金属突起形成部分周辺２１０がちどり状
になるよう製版しておいた＃１５０スクリーンをあて、
銀ペースト（Ｔｉ（ｈ等を含有した耐酸銀ペーストが望
ましい）を片面に印刷した。
を主体とし、少量のＰｂ（Ｙ＋ｚ□Ｎｂｔｚ□）０．を
固溶させた材料、寸法：厚さ０．５ ｔｍ、直径１５鶴
）第２図の様に金属突起形成部分周辺２１０がちどり状
になるよう製版しておいた＃１５０スクリーンをあて、
銀ペースト（Ｔｉ（ｈ等を含有した耐酸銀ペーストが望
ましい）を片面に印刷した。
この圧電板を控え部分が交互になるように積層し、ホッ
トプレス（２〜４ｋｇ／ｃＪ（平均３ｋｇ／ａＪ）、６
００〜６５０℃（平均６３０℃））シて固着し外研削後
、スタックに金属突起を形成した。
トプレス（２〜４ｋｇ／ｃＪ（平均３ｋｇ／ａＪ）、６
００〜６５０℃（平均６３０℃））シて固着し外研削後
、スタックに金属突起を形成した。
Ｎｉ −Ｐ合金の化学メツキによる金属突起を次のよう
に形成した。
に形成した。
まず無電解メツキをしたくない部分をマスキング剤（キ
クヤ研材薬品製）などでマスクし、メンキしたい部分だ
けを露出させた。そして、アルカリ脱脂液（ヘンケル白
水社製）でアルカリ脱脂を行い、水洗いした後、塩酸（
１対ｌ）に、１〜２分つけ、水洗いし、約８０℃の次亜
リン酸ソーダに約１０分間漬けた。そして、金属突起の
高さが５０〜１００ ミクロンメートルになるまで約９
０℃の５６８０または５７９０などの無電解メツキ液（
日本カニゼン社製）に浸漬した。そしてメツキが完了し
た後マスクを取り除いた。
クヤ研材薬品製）などでマスクし、メンキしたい部分だ
けを露出させた。そして、アルカリ脱脂液（ヘンケル白
水社製）でアルカリ脱脂を行い、水洗いした後、塩酸（
１対ｌ）に、１〜２分つけ、水洗いし、約８０℃の次亜
リン酸ソーダに約１０分間漬けた。そして、金属突起の
高さが５０〜１００ ミクロンメートルになるまで約９
０℃の５６８０または５７９０などの無電解メツキ液（
日本カニゼン社製）に浸漬した。そしてメツキが完了し
た後マスクを取り除いた。
なお、内部電極のちどり状パターンの範囲は、全面に及
んでもかまわないが、高荷重で使用するスタックでは、
荷重集中により変位量が減るため、金属突起を製作する
周辺のみちどり状とし、残りは全面にした方が有利であ
る。
んでもかまわないが、高荷重で使用するスタックでは、
荷重集中により変位量が減るため、金属突起を製作する
周辺のみちどり状とし、残りは全面にした方が有利であ
る。
また、ちどりの形状は第２図では四角形にしているが、
三角形、楕円など型にとられれない、またオープンスペ
ース（ちどり状に印刷されてない部分）の１つ当りの大
きさとしては、０．１〜０．７鰭角程度が好ましい。
三角形、楕円など型にとられれない、またオープンスペ
ース（ちどり状に印刷されてない部分）の１つ当りの大
きさとしては、０．１〜０．７鰭角程度が好ましい。
さらに、金属突起形成面は、ホットプレス接着後、いっ
たん研削するため、常に、金属突起と内部電極の接合面
が凹凸となるように、オープンスペースの連なりの向き
と金属突起形成面の向きは、平行、直角または４５°と
ならないように、（好ましくは６０°または３０”近く
がよい）、ちどり状の内部電極を形成した方がよい。
たん研削するため、常に、金属突起と内部電極の接合面
が凹凸となるように、オープンスペースの連なりの向き
と金属突起形成面の向きは、平行、直角または４５°と
ならないように、（好ましくは６０°または３０”近く
がよい）、ちどり状の内部電極を形成した方がよい。
この様にして製作した金属突起３と内部電極２００との
接合面は、第３図に示したように凹凸状となっており、
従来の平面的な接合に比べて接合面積が増えている。
接合面は、第３図に示したように凹凸状となっており、
従来の平面的な接合に比べて接合面積が増えている。
この金属突起にワイヤーを半田付けしスタックを固定し
て引張り強度を測定した。結果を第１表に示す。
て引張り強度を測定した。結果を第１表に示す。
〔実施例２〕
圧電板２の表面には第４図の様に１部控え部２１を設け
て銀ペーストを９４００スクリーンにて印刷し、裏面に
は、表面より全周０．２〜０．３ ｖｓ控えて＃２００
スクリーンにて２回印刷・乾燥をした。
て銀ペーストを９４００スクリーンにて印刷し、裏面に
は、表面より全周０．２〜０．３ ｖｓ控えて＃２００
スクリーンにて２回印刷・乾燥をした。
控え部２１の控え量は、外研削後の状態にてＯ，ＯＳ鰭
程度となるように調整した。次に、控え部分が交互にか
つ表面と裏面が向きあうように積層し、ホットプレス接
着し外研削してスタックとした。
程度となるように調整した。次に、控え部分が交互にか
つ表面と裏面が向きあうように積層し、ホットプレス接
着し外研削してスタックとした。
このスタックに実施例１と同様にマスキング、前処理お
よびめっき処理を施し金属突起を形成した。
よびめっき処理を施し金属突起を形成した。
このスタックの金属突起と内部電極の接合面は、第５図
に示したように金属突起下部にできる隆起部の底および
片側面であるので、従来法より面積が増加した。この金
属突起にワイヤーを半田付けしスタックを固定して引張
り強度を測定した。結果を第１表に示す。
に示したように金属突起下部にできる隆起部の底および
片側面であるので、従来法より面積が増加した。この金
属突起にワイヤーを半田付けしスタックを固定して引張
り強度を測定した。結果を第１表に示す。
実施例１と同様にしてスタックを作製した。ただし、銀
ペーストのスクリーン印刷については、金属突起形成部
分周辺は単に従来のように必要な控え部分のみを形成す
るようにし、特別なパターンは印刷しなかった。
ペーストのスクリーン印刷については、金属突起形成部
分周辺は単に従来のように必要な控え部分のみを形成す
るようにし、特別なパターンは印刷しなかった。
この様にして作製したスタックについて、実施例１およ
び２と同様に、金属突起の引張り強度を測定した。結果
を第１表に示す。
び２と同様に、金属突起の引張り強度を測定した。結果
を第１表に示す。
第 １ 表 （単位ｇｆ）
第１表から、実施例１の引張り強度は平均（Ｘ）で１０
７．５ｇｆ、であり、従来例の平均３７．５ｇｆに対し
て２．８倍程高くすることができた。また、実施例２に
ついては、平均２７０ｇｆであり、従来例の７．２倍に
高くすることができた。
７．５ｇｆ、であり、従来例の平均３７．５ｇｆに対し
て２．８倍程高くすることができた。また、実施例２に
ついては、平均２７０ｇｆであり、従来例の７．２倍に
高くすることができた。
作動時に発生する最大の静的引張り応力は、ＦＥＭ解析
（２次元平面歪モデル）によって計算すると０．２９ｋ
ｇ／ｍ”であり、これを平坦な接合面（４ｍＸ１０ｍ）
に働く静的引張り応力に換算すると１１．６ｇｆである
。衝撃力の場合、この静的な力のほぼ３倍程度であると
見積もられるので、３５ｇｆ程度である。
（２次元平面歪モデル）によって計算すると０．２９ｋ
ｇ／ｍ”であり、これを平坦な接合面（４ｍＸ１０ｍ）
に働く静的引張り応力に換算すると１１．６ｇｆである
。衝撃力の場合、この静的な力のほぼ３倍程度であると
見積もられるので、３５ｇｆ程度である。
以上に説明したように、本発明の一体型ピエゾスタック
は、金属突起と内部電極との接合界面が凹凸であること
によって接合強度が高められ、極めて安全率が向上して
いるので、金属突起の破断を確実に防止することができ
、作動の安定性および耐久性が著しく向上する。
は、金属突起と内部電極との接合界面が凹凸であること
によって接合強度が高められ、極めて安全率が向上して
いるので、金属突起の破断を確実に防止することができ
、作動の安定性および耐久性が著しく向上する。
第１図は本発明にしたがった一体型ピエゾスタックの斜
視図、 第２図は本発明にしたがった圧電板の斜視図、第３図は
本発明にしたがった一体型ビエゾスタンクを内部電極の
面に沿って切断した斜視図、第４図は本発明にしたがっ
た圧電板の斜視図、および 第５図は本発明にしたがった一体型ビエゾスタックの縦
断面図である。 ２・・・圧電板、 ２００・・・内部電極、３・
・・金属突起。
視図、 第２図は本発明にしたがった圧電板の斜視図、第３図は
本発明にしたがった一体型ビエゾスタンクを内部電極の
面に沿って切断した斜視図、第４図は本発明にしたがっ
た圧電板の斜視図、および 第５図は本発明にしたがった一体型ビエゾスタックの縦
断面図である。 ２・・・圧電板、 ２００・・・内部電極、３・
・・金属突起。
Claims (1)
- １、圧電板と内部電極とが交互に積層した一体構造を有
し、該内部電極に接合されかつ所定の側面リード線に接
続された電圧印加用の金属突起を具備する一体型ピエゾ
スタックにおいて、該金属突起が凹凸状の界面で該内部
電極に接合されていることを特徴とする一体型ピエゾス
タック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63091840A JP2707586B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 一体型ピエゾスタック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63091840A JP2707586B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 一体型ピエゾスタック |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01264278A true JPH01264278A (ja) | 1989-10-20 |
| JP2707586B2 JP2707586B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=14037786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63091840A Expired - Lifetime JP2707586B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 一体型ピエゾスタック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2707586B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001284668A (ja) * | 2000-03-29 | 2001-10-12 | Kyocera Corp | 積層型圧電素子及び圧電アクチュエータ並びに噴射装置 |
| JP2012019245A (ja) * | 2003-09-30 | 2012-01-26 | Epcos Ag | セラミック多層構成素子の製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58196075A (ja) * | 1982-05-11 | 1983-11-15 | Nec Corp | 電歪効果素子 |
| JPS6188246U (ja) * | 1984-11-15 | 1986-06-09 |
-
1988
- 1988-04-15 JP JP63091840A patent/JP2707586B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2707586B2 (ja) | 1998-01-28 |
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