JPH02237083A - 積層型圧電素子 - Google Patents
積層型圧電素子Info
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- JPH02237083A JPH02237083A JP1057472A JP5747289A JPH02237083A JP H02237083 A JPH02237083 A JP H02237083A JP 1057472 A JP1057472 A JP 1057472A JP 5747289 A JP5747289 A JP 5747289A JP H02237083 A JPH02237083 A JP H02237083A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利川分野］
本発明は、産業用ロボットのアクチュエータ、超音波モ
ータ等に使用する電気機械変換素子に関するものであり
、特に電気機械変換材料からなる薄板を、内部電極を介
して複数枚積層することにより、変位量を増大させた積
層型変位素子の改良に関するものである。
ータ等に使用する電気機械変換素子に関するものであり
、特に電気機械変換材料からなる薄板を、内部電極を介
して複数枚積層することにより、変位量を増大させた積
層型変位素子の改良に関するものである。
［従来の技術］
圧電体が電圧を印加することによるで変位することは良
く知られていることであり、この特性を利用した変位素
子は従来からアクチュエータ等の用途に広く実用されて
いる。変位素子として、より優れた機能，すなわち、よ
り大きな変位量を得るためには，圧電体を複数個積層し
てその変位量を大きくすることが考えられる。
く知られていることであり、この特性を利用した変位素
子は従来からアクチュエータ等の用途に広く実用されて
いる。変位素子として、より優れた機能，すなわち、よ
り大きな変位量を得るためには，圧電体を複数個積層し
てその変位量を大きくすることが考えられる。
このため、積層セラミックコンデンサの製造技術を応用
することによって、多数の内部電極を圧電体の内部に層
状に埋め込み、各内部電極が外部電極と一層おきに電気
的に接続されている構造の圧電積層体が提案されている
。（例えば特公昭５９−３２０４０号公報） このような構造の例を第１２図に示す。第１２図におい
て電歪材料１の内部電極２ａおよび２ｂが一定の間隔で
形成されており、一つおきに外部電極３ａおよび３ｂと
接続している。内部電極の間隔は通常のチップコンデン
サの技術で数１０ミクロン程度にすることが出来る。こ
の構造を採用すると電極間距離がせまくなるため低電圧
で駆動可能な縦効果利川の電歪効果素子が実現出来る。
することによって、多数の内部電極を圧電体の内部に層
状に埋め込み、各内部電極が外部電極と一層おきに電気
的に接続されている構造の圧電積層体が提案されている
。（例えば特公昭５９−３２０４０号公報） このような構造の例を第１２図に示す。第１２図におい
て電歪材料１の内部電極２ａおよび２ｂが一定の間隔で
形成されており、一つおきに外部電極３ａおよび３ｂと
接続している。内部電極の間隔は通常のチップコンデン
サの技術で数１０ミクロン程度にすることが出来る。こ
の構造を採用すると電極間距離がせまくなるため低電圧
で駆動可能な縦効果利川の電歪効果素子が実現出来る。
ところでこの構造では隣りあう内部電極が電歪材料を介
して重なる部分の面積は素子の断面積と比較して小さい
。従って基本的には内部電極の重なった部分は電界に応
じて変形するが、他の部分は変形せず、このため高い電
圧を印加して大きな歪を発生させると変位部分と非変位
部分との境界に大きな応力の集中が起こり、素子が機械
的に破壊する欠点がある． ［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような構造の素子において、特に第１２図のよう
に、ある層において、素子の非変位部分全面に内部電極
層が存在した場合、圧電素子自身よりも強度の弱い、圧
電素子と内部電極界面にクラックが入るという問題があ
った。また、従来の方法として例えば、特公昭６０−１
７６２８２公開に記載のように素子の表面にあらかじめ
所定の間隔で内部電極に平行に溝を形成し、変位部と非
変位部間の応力を緩和するという方法もあるが，この場
合もクラックが入ったものと同様と見ることができ，積
層型圧電素子の機械的強度を低下させるという問題があ
った． ［問題点を解決するための千段］ 本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされ
たもので、一体焼成による積層型圧電素子において、変
位部と外部電極を細いリード電極で結ぶことにより圧電
素子よりも強度の弱い圧電素子と内部電極の界面の面積
を非変位部において、本素子だけ小さくシ，圧電素子同
士を接触させ、一体化させることにより、強度保持部を
設け、非変位部分の強度も上げるという技術手段を採用
した。 さらに、上記構造の積層型圧電素子に形成され
る非変位部と変位部との間に緩衝部を設けると共に，緩
衝部における変位量が非変位部と接する部位におけるＯ
％から変位部と接する部位における１００％まで順次増
大するように形成するとより望ましい特性の素子を得る
ことができるのである。
して重なる部分の面積は素子の断面積と比較して小さい
。従って基本的には内部電極の重なった部分は電界に応
じて変形するが、他の部分は変形せず、このため高い電
圧を印加して大きな歪を発生させると変位部分と非変位
部分との境界に大きな応力の集中が起こり、素子が機械
的に破壊する欠点がある． ［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような構造の素子において、特に第１２図のよう
に、ある層において、素子の非変位部分全面に内部電極
層が存在した場合、圧電素子自身よりも強度の弱い、圧
電素子と内部電極界面にクラックが入るという問題があ
った。また、従来の方法として例えば、特公昭６０−１
７６２８２公開に記載のように素子の表面にあらかじめ
所定の間隔で内部電極に平行に溝を形成し、変位部と非
変位部間の応力を緩和するという方法もあるが，この場
合もクラックが入ったものと同様と見ることができ，積
層型圧電素子の機械的強度を低下させるという問題があ
った． ［問題点を解決するための千段］ 本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされ
たもので、一体焼成による積層型圧電素子において、変
位部と外部電極を細いリード電極で結ぶことにより圧電
素子よりも強度の弱い圧電素子と内部電極の界面の面積
を非変位部において、本素子だけ小さくシ，圧電素子同
士を接触させ、一体化させることにより、強度保持部を
設け、非変位部分の強度も上げるという技術手段を採用
した。 さらに、上記構造の積層型圧電素子に形成され
る非変位部と変位部との間に緩衝部を設けると共に，緩
衝部における変位量が非変位部と接する部位におけるＯ
％から変位部と接する部位における１００％まで順次増
大するように形成するとより望ましい特性の素子を得る
ことができるのである。
［作用］
本発明に係る積層型圧電素子によれば、一対の外部電極
の間に電圧を印加することにより、対向する複数の内部
電極に挾まれた圧電磁器素子に電界が発生し，圧′！１
素子が伸縮する。このとき、対向する内部電極の位置が
一部ずれているため電界が上下方向に一様とはならず、
そのため内部電極非被覆部と内部電極被覆部で圧電磁器
素子の変位量に差が生じる。この差は内部応力となり、
圧電磁器素子に亀裂を発生させる原因となるが、非変位
部において亀裂の発生し易い圧電素子と内部電極界面の
面積をリード電極を設けることによって減少させ、圧電
素子どうしを一体固着化することにより、強度保持部を
設けて非変位部の強度を向上させるのである。さらに、
変位部と非変位部間に緩衝部を設けることにより、変位
部から非変位部まで、変位量は除々に減少していくため
，発生する内部応力が減少し割れを防止する作用を期待
し得るのである。
の間に電圧を印加することにより、対向する複数の内部
電極に挾まれた圧電磁器素子に電界が発生し，圧′！１
素子が伸縮する。このとき、対向する内部電極の位置が
一部ずれているため電界が上下方向に一様とはならず、
そのため内部電極非被覆部と内部電極被覆部で圧電磁器
素子の変位量に差が生じる。この差は内部応力となり、
圧電磁器素子に亀裂を発生させる原因となるが、非変位
部において亀裂の発生し易い圧電素子と内部電極界面の
面積をリード電極を設けることによって減少させ、圧電
素子どうしを一体固着化することにより、強度保持部を
設けて非変位部の強度を向上させるのである。さらに、
変位部と非変位部間に緩衝部を設けることにより、変位
部から非変位部まで、変位量は除々に減少していくため
，発生する内部応力が減少し割れを防止する作用を期待
し得るのである。
［実施例］
以下，本発明を実施例に基づいて、より詳細に説明する
。
。
（実施例１）
第１図および第２図は、本発明による積層型圧電素子の
一実施例を示す概略構成説明図である。
一実施例を示す概略構成説明図である。
Ｐｂ （Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ，を主成分とする圧電材料の仮
焼粉末に微量の有機バインダーを添加し、これを有機溶
媒中に分赦させてスラリーを準備し、該スラリーをドク
ターブレード法により所定の厚みに引き延ばして薄板状
の圧電材料ｌを作製した。
焼粉末に微量の有機バインダーを添加し、これを有機溶
媒中に分赦させてスラリーを準備し、該スラリーをドク
ターブレード法により所定の厚みに引き延ばして薄板状
の圧電材料ｌを作製した。
次いで、この圧電材料ｌの片側表面に白金ペーストをス
クリーン印刷して、内部電極２を形成した．この内部電
極２が形成された圧電材料ｌを所定の枚数積層し、熱プ
レスにより一体化した後、約１２５０℃の温度で焼結し
て、圧電材料ｌと内部電極２とが交互に積層された圧電
体を得た．次に、得られた積層体の側面を所定寸法に切
断し、仕上げ加工してから、積層型圧電体の側面に第１
図に示すように、Ａｇペーストによって一対の外部電極
を形成した。
クリーン印刷して、内部電極２を形成した．この内部電
極２が形成された圧電材料ｌを所定の枚数積層し、熱プ
レスにより一体化した後、約１２５０℃の温度で焼結し
て、圧電材料ｌと内部電極２とが交互に積層された圧電
体を得た．次に、得られた積層体の側面を所定寸法に切
断し、仕上げ加工してから、積層型圧電体の側面に第１
図に示すように、Ａｇペーストによって一対の外部電極
を形成した。
なお、第２図において、４は強度保持部であり、外部電
極３ａを設けた側面に接続される内部電極２ａ（２ｂ）
の非変位部ｂに当接するように設ける。この強度保持部
４を設けたことにより、従来のいわゆる交互電極型にお
いて、交互電極の取り出し付近の薄板間の接着強度を増
加し、非変位部ｂと変位部ａとの境界に発生する大なる
歪による応力集中による電極界面からの割れの発生を防
止するのである． 上述のよ・うにして作製された本発
明積層型圧電素子の平面図を第３図および第７図に示す
．寸法は５ｍＸ５■ＸｌＯＩＩＩＩＩ１で、内部電極間
隔は１００μｍである．また内部電極の非変位部を通り
、外部電極に接続されるリード電極５ｄおよび５ｂの幅
は約０．１ｍｍであるので、非変位部に占める内部電極
の面積の比率は非常にに小さいものとすることができる
。
極３ａを設けた側面に接続される内部電極２ａ（２ｂ）
の非変位部ｂに当接するように設ける。この強度保持部
４を設けたことにより、従来のいわゆる交互電極型にお
いて、交互電極の取り出し付近の薄板間の接着強度を増
加し、非変位部ｂと変位部ａとの境界に発生する大なる
歪による応力集中による電極界面からの割れの発生を防
止するのである． 上述のよ・うにして作製された本発
明積層型圧電素子の平面図を第３図および第７図に示す
．寸法は５ｍＸ５■ＸｌＯＩＩＩＩＩ１で、内部電極間
隔は１００μｍである．また内部電極の非変位部を通り
、外部電極に接続されるリード電極５ｄおよび５ｂの幅
は約０．１ｍｍであるので、非変位部に占める内部電極
の面積の比率は非常にに小さいものとすることができる
。
（実施例２）
第４図〜第６図、第８図〜第ｌＯ図は前記第３図および
第７図に示した強度保持部にそれぞれ緩衝部材を配設し
た例を示す薄板ｌの平面図である。
第７図に示した強度保持部にそれぞれ緩衝部材を配設し
た例を示す薄板ｌの平面図である。
同一部分は第１図と同一参照符号で示す。
まず、第４図及び第８図において、２１は応力緩和電極
であり、複数の三角形状に形成する。すなわち内部電極
２ａ（２ｂ）の近傍においては幅を広く端縁部において
は幅を狭く形成する。
であり、複数の三角形状に形成する。すなわち内部電極
２ａ（２ｂ）の近傍においては幅を広く端縁部において
は幅を狭く形成する。
以上の構成により，部分電極２１においては、内部電極
２ａ（２ｂ）における程ではないが、三角形状の幅に相
当する変位を発生するから、変位の緩衝部を形成するこ
とができるのである。
２ａ（２ｂ）における程ではないが、三角形状の幅に相
当する変位を発生するから、変位の緩衝部を形成するこ
とができるのである。
上記緩衝部により、非変位部ｂと変位部ａとの間に発生
する大なる歪を解消し、従って応力集中による薄板１、
更には変位素子全体の破壊を防止するのである， 第５図及び第９図に示すものは部分電極２１を複数の円
によって形成したもの，第６図及び第ｌＯ図は部分電極
２ｌを複数の縞で形成したものであり、何れも前記同様
の変位緩衝作用がある。そして、部分電極２ｌ相互間お
よび部分電極２１と内部電極２ａ（２ｂ）とを接続する
導通部材を設ける。
する大なる歪を解消し、従って応力集中による薄板１、
更には変位素子全体の破壊を防止するのである， 第５図及び第９図に示すものは部分電極２１を複数の円
によって形成したもの，第６図及び第ｌＯ図は部分電極
２ｌを複数の縞で形成したものであり、何れも前記同様
の変位緩衝作用がある。そして、部分電極２ｌ相互間お
よび部分電極２１と内部電極２ａ（２ｂ）とを接続する
導通部材を設ける。
本実施例においては、部分電極の構成例として縞、三角
、円形のものを示したが、これらの形状に限定されるこ
となく、他の任意の形状を選定することができ、要する
に非変位部と変位部との間に電極存在率が変位部におけ
るｌＯＯ％から非変位部におけるＯ％まで順次低下する
ように形成すればよい． 上記のようにして作製した積層型圧ｌｌ素子に、２００
■の電圧をｌＯ分間印加して分極処理を行い特性を測定
した。第１１図は変位量と駆動回数との関係を示す図で
ある。なお比較例として、第１２図に示される従来構造
の関係も載せた。第１１図から明らかなように本実施例
を示すＡは比較例のものを示すＢより同一印加電圧に対
する変位量が２０〜３０％大であると共に駆動回数すな
わち寿命が大幅に向上していることが認められる。
、円形のものを示したが、これらの形状に限定されるこ
となく、他の任意の形状を選定することができ、要する
に非変位部と変位部との間に電極存在率が変位部におけ
るｌＯＯ％から非変位部におけるＯ％まで順次低下する
ように形成すればよい． 上記のようにして作製した積層型圧ｌｌ素子に、２００
■の電圧をｌＯ分間印加して分極処理を行い特性を測定
した。第１１図は変位量と駆動回数との関係を示す図で
ある。なお比較例として、第１２図に示される従来構造
の関係も載せた。第１１図から明らかなように本実施例
を示すＡは比較例のものを示すＢより同一印加電圧に対
する変位量が２０〜３０％大であると共に駆動回数すな
わち寿命が大幅に向上していることが認められる。
なお第１１図におけるＢ，は積層型圧電体素子のクラッ
クにより，外部電極が断線した点である。
クにより，外部電極が断線した点である。
［発明の効果］
本発明は、以上記述のような構成および作用であるから
、基本的には作製が極めて容易な交互電極の構成であり
ながら寿命を大幅に向上させることができる。また非変
位部と変位部との間に緩衝部を形成するため、歪の増大
もしくは応力集中による割れ等の発生を皆無とすること
ができ、信頼性を大幅に向上し得るという効果がある。
、基本的には作製が極めて容易な交互電極の構成であり
ながら寿命を大幅に向上させることができる。また非変
位部と変位部との間に緩衝部を形成するため、歪の増大
もしくは応力集中による割れ等の発生を皆無とすること
ができ、信頼性を大幅に向上し得るという効果がある。
第１図は本発明の実施例を示す要部斜視図、第２図は強
度保持部構成の斜視図、第３図および第７図は強度保持
部形成の例を示す平面図、第４図〜第６図及び第８図〜
第１０図は緩衝部形成の例を示す平面図、第１１図は本
実施例および従来構造の場合の変位量と駆動回数との関
係を示す図、第１２図は従来の積層型変位素子を示す要
部斜視図である。 ■ ：薄板、 ２：内部電極、 ２１；外部電極、 ４ ： 強度保持部、 ５：リード部、 ６：絶縁部、 ７：補 茅 図 強材、 ａ：変位部、 ｂ＝非変位部。 部分電極 第 口 と括翠逐皐２２ 第 図 第 図 埠 図 第 図 ネ 図 第 図 第 図 第１０図
度保持部構成の斜視図、第３図および第７図は強度保持
部形成の例を示す平面図、第４図〜第６図及び第８図〜
第１０図は緩衝部形成の例を示す平面図、第１１図は本
実施例および従来構造の場合の変位量と駆動回数との関
係を示す図、第１２図は従来の積層型変位素子を示す要
部斜視図である。 ■ ：薄板、 ２：内部電極、 ２１；外部電極、 ４ ： 強度保持部、 ５：リード部、 ６：絶縁部、 ７：補 茅 図 強材、 ａ：変位部、 ｂ＝非変位部。 部分電極 第 口 と括翠逐皐２２ 第 図 第 図 埠 図 第 図 ネ 図 第 図 第 図 第１０図
Claims (2)
- （１）圧電素子と、内部電極が交互に複数積層され、こ
の内部電極面積は圧電素子面積より若干小さくされ、変
位部内部電極は非変位部を通じて圧電素子側面に露出し
、内部電極は１層おきに外部電極により並列接続されて
おり、非変位部を通って外部電極と変位部内部電極を導
通するリード電極面積は非変位部面積よりも小さくされ
、非変位部の内部電極の存在しない部分で、上下の圧電
素子同士が一体化されている、一体焼成による積層型電
圧素子。 - （２）請求項１記載の積層型圧電素子において形成され
る変位部と非変位部の間に変位緩衝部を設けると共に、
変位緩衝部における変位量が、非変位部と接する部位に
おける０％から変位部に接する部位における１００％ま
で順次増大するように形成したことを特徴とする積層型
圧電素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1057472A JPH02237083A (ja) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | 積層型圧電素子 |
| DE69007315T DE69007315T2 (de) | 1989-03-09 | 1990-04-03 | Optisches Beugungsgitter und optische Aufnahme- und Abtastvorrichtung, die das optische Beugungsgitterelement enthalten. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1057472A JPH02237083A (ja) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | 積層型圧電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02237083A true JPH02237083A (ja) | 1990-09-19 |
Family
ID=13056642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1057472A Pending JPH02237083A (ja) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | 積層型圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02237083A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04116167U (ja) * | 1991-03-28 | 1992-10-16 | 日本電気株式会社 | 厚み振動圧電磁器トランス |
| JP2006041281A (ja) * | 2004-07-28 | 2006-02-09 | Kyocera Corp | 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置 |
| JP2008112809A (ja) * | 2006-10-30 | 2008-05-15 | Kyocera Corp | 積層型圧電素子、これを備えた噴射装置、及びこれを備えた燃料噴射システム |
| JP2010507222A (ja) * | 2006-10-20 | 2010-03-04 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータユニット及びその製造方法 |
| JP2019153734A (ja) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | 太陽誘電株式会社 | 積層型圧電素子 |
| US20210104658A1 (en) * | 2019-10-08 | 2021-04-08 | Tdk Corporation | Multilayer piezoelectric device |
-
1989
- 1989-03-09 JP JP1057472A patent/JPH02237083A/ja active Pending
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