JPH03141678A - 圧電アクチュエータ - Google Patents
圧電アクチュエータInfo
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- JPH03141678A JPH03141678A JP1279214A JP27921489A JPH03141678A JP H03141678 A JPH03141678 A JP H03141678A JP 1279214 A JP1279214 A JP 1279214A JP 27921489 A JP27921489 A JP 27921489A JP H03141678 A JPH03141678 A JP H03141678A
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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】
【産業上の利用分野】
本発明は、圧電セラミックスと微細な駆動用分割電極に
て構成される局所変形を利用する圧電アクチュエータ用
素子に関するものである。 ［従来技術１ 従来、圧電セラミックスは、電気系からＷ１械系への変
換素子、機械系から電気系への変換素子及び電気系から
機械系を経て再び電気系への変換素子として多方面の用
途に利用されて米だ。特にＰＺＴ系圧電セラミックスは
、その代表的材料の１つである。 従来、ＰＺＴ系圧電セラミックスは、主にコストの問題
から常圧焼結法により製造されたものが各用途に使用さ
れていた。これはＰＺＴ系圧電セラミックスの圧電特性
が理論密度に対し、約９５％程度の相対密度を有してい
れば実用上問題のない程度であり、常圧焼結法によって
比較的容易にその程度の密度を有する焼結体が得られる
ためである。 従って最近応用が進んだ各種圧電アクチュエータ用のＰ
ＺＴ系圧電セラミックス材料も主に常圧焼結法にて製造
されたものが利用されているのが現状である。 ［発明が解決しようとする課題１ しかしながら、従来の常圧焼結法によって製造されるＰ
ＺＴ圧電セラミックスは、その焼結体中に数％の数μｍ
〜数十μｌ程度の種々の大きさ形状の空孔を含んでいる
。 局所変形を利用した圧電アクチュエータでは、圧電セラ
ミックスに部分的な変形を生じさせる為、非常に微細な
駆動用分割電極を形成する必要があり、その電極形成面
には、表面中あな加工時のカケの存在しない平滑度及び
平面度に秀れた面が要求される。 しかしながら、従来の常圧焼結ＰＺＴ系圧電セラミツク
スでは、焼結体中に内在する空孔や空孔を起点とするい
わゆる粒子の脱落によって発生する加工時のカケの為、
駆動用分割電極の微細化を妨げでいた。 本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、局所変形を生じさせる為の微細な駆動用分割
電極を形成するためにＰＺＴ系圧電セラミックス材料と
して表面に空孔及びカケのない圧電セラミックスを使用
することによって、従来の常圧焼結ＰＺＴ系圧電セラミ
ックス材料を使用するものに較べより微細な局所変形を
生じさせるだめの微細駆動用分割電極が形成された信頼
性の高い小型の圧電アクチュエータを提供することを目
的としている。 ［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明の微細な局所変形を利
用する圧電アクチュエータは、表面空孔及び加工時に空
孔を起点とした粒子の脱落により発生するカケの無い、
研磨加工や表面コーティング等の手段により平滑度、平
面度の仕様を満足する駆動用電極形成面をもつＰＺＴ系
圧電セラミックスと、その表面上に、スパッタリング、
エツチング等の手段により形成された微細な駆動用分割
電極によって構成された構造となる。 前記駆動用電極形成面を持つＰＺＴ系圧電セラミックス
材料を実現する手段としては、常圧焼結法によって得ら
れたＰＺＴ系圧電セラミックス焼結体をＨＩＰ処理する
ことによって無空孔化するかもしくは所定のＰＺＴ系圧
電セラミックス粉末を型に充填し圧力及び熱を加えホッ
トプレスすることで無空孔圧電セラミックスを製作し、
ラッピング等の研磨加工を施すことで前記駆動用電極形
成面とする方法がある。 また、別の方法として、常圧焼結法によって製造された
ＰＺＴ系圧電セラミックスの所定の表面にゲルマン酸鉛
（Ｐ ｂ ｓ Ｇ ｅ Ｏ５，） ”４の強誘電性プラ
スを、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法等の
方法によってコーティングし、結晶化温度以上の温度で
再溶融することで常圧焼結ＰＺＴ系圧電セラミツクスの
表面空孔を封孔処理し、前記駆動用電極形成面とする方
法がある。 ［作用］ 上記の構成を有する本発明の局所変形を利用する圧電ア
クチュエータに於いてＰＺＴ系圧電セラミックスの駆動
用電極形成面に局所変形を生じさせる為の微細パターン
に分割された駆動用分割電極が形成される。 この時ＰＺＴ系圧電セラミツクスの駆動用電極形成面が
空孔及びカケがなく平滑度、平面度に秀れた理想的な鏡
面であるので、微細化、分割精度等に制限を与えること
なく、非常に微細な分割電極が精度よく信頼性の高い状
態で形成することができる。こうして形成された電極の
一部に電圧を印加することで圧電セラミックスに局所変
形を生じさせ圧電アクチュエータとして動作させる。 前記圧電セラミックス材料として、ＰＺＴ系圧電セラミ
ックスのＨＩＰ処理材、ホットプレス材を用いた場合、
駆動用電極形成面に要求される平滑度、平面度を達成す
るためのラッピング等研磨加工の際空孔が存在しないの
で空孔を起点とする焼結体粒子の脱落によるカケの発生
が防止され理想的な鏡面が得られる。また、ＨＩＰ処理
材、ホントプレス材には表面だけではなく、内部にも空
孔が存在しないので強度が大きく局所変形による発主応
力に対して強度的信頼性を向上させる作用をも併せ持つ
。 他方、前記圧電セラミックス材料として、強誘電性ガラ
スによって封孔処理を施した材料を用いた場合、ガラス
の再溶融によって表面空孔やカケを封孔するとともに皮
膜層が形成されるため高精度の鏡面加工に匹敵する程度
の平滑度に秀れた表面状態が実現できる。また、封孔処
理する材料が強誘電性を示すのでＰＺＴ系圧電セラミッ
クスの圧電特性に悪い影響を与えることはない。 ［実施例１ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。 第１図を参照して本実施例の局所変形を利用した圧電ア
クチュエータの構成及び製法を説明する。 使用する圧電セラミックス基板として所望の形状を有す
るＰＺＴ系圧主圧電セラミックス１備する。 ＰＺＴ系圧主圧電セラミックス１て空孔の無いＨ■Ｐ処
理材又はＨＰ材を用いた場合、ラッピング、ボリシング
等の研磨加工を施すことで表面空孔及び空孔を起点とし
た粒子の脱落により発生する加工時のカケが無く、平滑
度、平面度の秀れた理想的な鏡面である駆動用電極形成
面２，２′を得る。 他方、ＰＺＴ系圧電セラミックスとして強誘電性ガラス
コーテイング材を用いる場合、空孔のある常圧焼結ＰＺ
Ｔｉ圧電セラミックスの表面に研磨加工等を施した後、
デルマン酸鉛（Ｐｂ、Ｇｅｍ、、）等の強誘電性ガラス
コーティングし、再溶融することで常圧焼結ＰＺＴ系圧
電セラミックスの表面空孔及ゾ前加工時に空孔を起点と
した粒子の脱落により発生したカケを封孔処理すること
で、理想的な鏡面である駆動用電極形成面２．２′を得
る。 次に前記の方法にて得られた駆動用電極形成面２．２′
に分極処理用の全面電極を形成し、厚み方法に分極処理
を施す。その後、全面電極のうち不必要な電極部分をエ
ツチング等の手法で除去し駆動用分割電極３を形成する
。もしくは、−旦分極処理用電極を全面除去した後、改
めて駆動用分割電極３を形成する。こうして得られた圧
電アクチュエータの駆動用分割電極３に部分的に電圧を
印加することでＰＺＴ系圧主圧電セラミックス１所的な
すべり変形を生じさせアクチュエータとして動作させる
。 ［発明の効果１ 以上詳述したことがら明らかなように、本発明によれば
、局所変形を利用した圧電アクチュエータを構成するＰ
ＺＴ系圧主圧電セラミックス材料て、駆動用電極形成面
に表面空孔及びカケのない圧電材料が使用されるので、
駆動用分割電極の微細化が高信頼性のもとに実施でき、
微細な局所変形を利用した圧電アクチュエータを得るこ
とができるという利点をもつ。
て構成される局所変形を利用する圧電アクチュエータ用
素子に関するものである。 ［従来技術１ 従来、圧電セラミックスは、電気系からＷ１械系への変
換素子、機械系から電気系への変換素子及び電気系から
機械系を経て再び電気系への変換素子として多方面の用
途に利用されて米だ。特にＰＺＴ系圧電セラミックスは
、その代表的材料の１つである。 従来、ＰＺＴ系圧電セラミックスは、主にコストの問題
から常圧焼結法により製造されたものが各用途に使用さ
れていた。これはＰＺＴ系圧電セラミックスの圧電特性
が理論密度に対し、約９５％程度の相対密度を有してい
れば実用上問題のない程度であり、常圧焼結法によって
比較的容易にその程度の密度を有する焼結体が得られる
ためである。 従って最近応用が進んだ各種圧電アクチュエータ用のＰ
ＺＴ系圧電セラミックス材料も主に常圧焼結法にて製造
されたものが利用されているのが現状である。 ［発明が解決しようとする課題１ しかしながら、従来の常圧焼結法によって製造されるＰ
ＺＴ圧電セラミックスは、その焼結体中に数％の数μｍ
〜数十μｌ程度の種々の大きさ形状の空孔を含んでいる
。 局所変形を利用した圧電アクチュエータでは、圧電セラ
ミックスに部分的な変形を生じさせる為、非常に微細な
駆動用分割電極を形成する必要があり、その電極形成面
には、表面中あな加工時のカケの存在しない平滑度及び
平面度に秀れた面が要求される。 しかしながら、従来の常圧焼結ＰＺＴ系圧電セラミツク
スでは、焼結体中に内在する空孔や空孔を起点とするい
わゆる粒子の脱落によって発生する加工時のカケの為、
駆動用分割電極の微細化を妨げでいた。 本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、局所変形を生じさせる為の微細な駆動用分割
電極を形成するためにＰＺＴ系圧電セラミックス材料と
して表面に空孔及びカケのない圧電セラミックスを使用
することによって、従来の常圧焼結ＰＺＴ系圧電セラミ
ックス材料を使用するものに較べより微細な局所変形を
生じさせるだめの微細駆動用分割電極が形成された信頼
性の高い小型の圧電アクチュエータを提供することを目
的としている。 ［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明の微細な局所変形を利
用する圧電アクチュエータは、表面空孔及び加工時に空
孔を起点とした粒子の脱落により発生するカケの無い、
研磨加工や表面コーティング等の手段により平滑度、平
面度の仕様を満足する駆動用電極形成面をもつＰＺＴ系
圧電セラミックスと、その表面上に、スパッタリング、
エツチング等の手段により形成された微細な駆動用分割
電極によって構成された構造となる。 前記駆動用電極形成面を持つＰＺＴ系圧電セラミックス
材料を実現する手段としては、常圧焼結法によって得ら
れたＰＺＴ系圧電セラミックス焼結体をＨＩＰ処理する
ことによって無空孔化するかもしくは所定のＰＺＴ系圧
電セラミックス粉末を型に充填し圧力及び熱を加えホッ
トプレスすることで無空孔圧電セラミックスを製作し、
ラッピング等の研磨加工を施すことで前記駆動用電極形
成面とする方法がある。 また、別の方法として、常圧焼結法によって製造された
ＰＺＴ系圧電セラミックスの所定の表面にゲルマン酸鉛
（Ｐ ｂ ｓ Ｇ ｅ Ｏ５，） ”４の強誘電性プラ
スを、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法等の
方法によってコーティングし、結晶化温度以上の温度で
再溶融することで常圧焼結ＰＺＴ系圧電セラミツクスの
表面空孔を封孔処理し、前記駆動用電極形成面とする方
法がある。 ［作用］ 上記の構成を有する本発明の局所変形を利用する圧電ア
クチュエータに於いてＰＺＴ系圧電セラミックスの駆動
用電極形成面に局所変形を生じさせる為の微細パターン
に分割された駆動用分割電極が形成される。 この時ＰＺＴ系圧電セラミツクスの駆動用電極形成面が
空孔及びカケがなく平滑度、平面度に秀れた理想的な鏡
面であるので、微細化、分割精度等に制限を与えること
なく、非常に微細な分割電極が精度よく信頼性の高い状
態で形成することができる。こうして形成された電極の
一部に電圧を印加することで圧電セラミックスに局所変
形を生じさせ圧電アクチュエータとして動作させる。 前記圧電セラミックス材料として、ＰＺＴ系圧電セラミ
ックスのＨＩＰ処理材、ホットプレス材を用いた場合、
駆動用電極形成面に要求される平滑度、平面度を達成す
るためのラッピング等研磨加工の際空孔が存在しないの
で空孔を起点とする焼結体粒子の脱落によるカケの発生
が防止され理想的な鏡面が得られる。また、ＨＩＰ処理
材、ホントプレス材には表面だけではなく、内部にも空
孔が存在しないので強度が大きく局所変形による発主応
力に対して強度的信頼性を向上させる作用をも併せ持つ
。 他方、前記圧電セラミックス材料として、強誘電性ガラ
スによって封孔処理を施した材料を用いた場合、ガラス
の再溶融によって表面空孔やカケを封孔するとともに皮
膜層が形成されるため高精度の鏡面加工に匹敵する程度
の平滑度に秀れた表面状態が実現できる。また、封孔処
理する材料が強誘電性を示すのでＰＺＴ系圧電セラミッ
クスの圧電特性に悪い影響を与えることはない。 ［実施例１ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。 第１図を参照して本実施例の局所変形を利用した圧電ア
クチュエータの構成及び製法を説明する。 使用する圧電セラミックス基板として所望の形状を有す
るＰＺＴ系圧主圧電セラミックス１備する。 ＰＺＴ系圧主圧電セラミックス１て空孔の無いＨ■Ｐ処
理材又はＨＰ材を用いた場合、ラッピング、ボリシング
等の研磨加工を施すことで表面空孔及び空孔を起点とし
た粒子の脱落により発生する加工時のカケが無く、平滑
度、平面度の秀れた理想的な鏡面である駆動用電極形成
面２，２′を得る。 他方、ＰＺＴ系圧電セラミックスとして強誘電性ガラス
コーテイング材を用いる場合、空孔のある常圧焼結ＰＺ
Ｔｉ圧電セラミックスの表面に研磨加工等を施した後、
デルマン酸鉛（Ｐｂ、Ｇｅｍ、、）等の強誘電性ガラス
コーティングし、再溶融することで常圧焼結ＰＺＴ系圧
電セラミックスの表面空孔及ゾ前加工時に空孔を起点と
した粒子の脱落により発生したカケを封孔処理すること
で、理想的な鏡面である駆動用電極形成面２．２′を得
る。 次に前記の方法にて得られた駆動用電極形成面２．２′
に分極処理用の全面電極を形成し、厚み方法に分極処理
を施す。その後、全面電極のうち不必要な電極部分をエ
ツチング等の手法で除去し駆動用分割電極３を形成する
。もしくは、−旦分極処理用電極を全面除去した後、改
めて駆動用分割電極３を形成する。こうして得られた圧
電アクチュエータの駆動用分割電極３に部分的に電圧を
印加することでＰＺＴ系圧主圧電セラミックス１所的な
すべり変形を生じさせアクチュエータとして動作させる
。 ［発明の効果１ 以上詳述したことがら明らかなように、本発明によれば
、局所変形を利用した圧電アクチュエータを構成するＰ
ＺＴ系圧主圧電セラミックス材料て、駆動用電極形成面
に表面空孔及びカケのない圧電材料が使用されるので、
駆動用分割電極の微細化が高信頼性のもとに実施でき、
微細な局所変形を利用した圧電アクチュエータを得るこ
とができるという利点をもつ。
第１図から第３図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は局所変形を利用した圧電アクチュエ
ータの構成例を示す図であり、第２図はＨＩＰ処理材又
はＨＰ材質の無空孔のＰＺＴ系圧主圧電セラミックス材
料いた圧電アクチュエータの表面の一部を示す断面図で
あり、第３図は表面を強誘電性ガラス等で封孔処理した
ＰＺＴ系圧主圧電セラミックス材料いた圧電アクチュエ
ータの表面の一部を示す断面図であり、第４図は従来の
空孔を含む常圧焼結ＰＺＴ系圧電セラミックス材料を用
いた圧電アクチュエータの表面の一部を示す断面図であ
る。 １・・・ＰＺＴ系圧電セラミックス、２・・・駆動用電
極形成面、３・・・駆動用分割電極、４・・・ＨＩＰ処
理又はＨＰ、ＰＺＴ系圧電セラミックス、５・・・強誘
電性プラス層、６・・・常圧焼結ＰＺＴ系圧電セラミッ
クス、７・・・内部空孔、８・・・表面空孔、９・・・
カケ。
すもので、第１図は局所変形を利用した圧電アクチュエ
ータの構成例を示す図であり、第２図はＨＩＰ処理材又
はＨＰ材質の無空孔のＰＺＴ系圧主圧電セラミックス材
料いた圧電アクチュエータの表面の一部を示す断面図で
あり、第３図は表面を強誘電性ガラス等で封孔処理した
ＰＺＴ系圧主圧電セラミックス材料いた圧電アクチュエ
ータの表面の一部を示す断面図であり、第４図は従来の
空孔を含む常圧焼結ＰＺＴ系圧電セラミックス材料を用
いた圧電アクチュエータの表面の一部を示す断面図であ
る。 １・・・ＰＺＴ系圧電セラミックス、２・・・駆動用電
極形成面、３・・・駆動用分割電極、４・・・ＨＩＰ処
理又はＨＰ、ＰＺＴ系圧電セラミックス、５・・・強誘
電性プラス層、６・・・常圧焼結ＰＺＴ系圧電セラミッ
クス、７・・・内部空孔、８・・・表面空孔、９・・・
カケ。
Claims (3)
- １．圧電セラミックス及び駆動用分割電極にて構成され
る圧電アクチュエータ素子に於て、その圧電セラミック
ス材料の電極が形成される表面に、空孔及びカケの無い
材料にて構成されることを特徴とする局所変形を利用し
た圧電アクチュエータ。 - ２．特許請求の範囲第１項に於いて、表面空孔の無い圧
電セラミックス材料としてＰＺＴ系圧電セラミックスの
ＨＩＰ（熱間静水圧成形）処理材又はＨＰ（ホットプレ
ス、熱間一軸成形）材を用いることを特徴とする圧電ア
クチュエータ。 - ３．特許請求の範囲第１項に於いて、表面空孔の無い圧
電セラミックス材料として常圧焼結ＰＺＴ系圧電セラミ
ックスの電極形成面をデルマン酸鉛（Ｐｂ＿５Ｇｅ＿３
Ｏ＿１＿１）等の強誘電性ガラスでコーティングするこ
とにより封孔処理した材料を用いることを特徴とする圧
電アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1279214A JPH03141678A (ja) | 1989-10-26 | 1989-10-26 | 圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1279214A JPH03141678A (ja) | 1989-10-26 | 1989-10-26 | 圧電アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03141678A true JPH03141678A (ja) | 1991-06-17 |
Family
ID=17608020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1279214A Pending JPH03141678A (ja) | 1989-10-26 | 1989-10-26 | 圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03141678A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002084768A (ja) * | 2000-09-08 | 2002-03-22 | Toto Ltd | 静電アクチュエータ |
| JP2002141569A (ja) * | 2000-08-03 | 2002-05-17 | Tokin Ceramics Corp | マイクロアクチュエータ素子 |
-
1989
- 1989-10-26 JP JP1279214A patent/JPH03141678A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002141569A (ja) * | 2000-08-03 | 2002-05-17 | Tokin Ceramics Corp | マイクロアクチュエータ素子 |
| JP2002084768A (ja) * | 2000-09-08 | 2002-03-22 | Toto Ltd | 静電アクチュエータ |
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