JPH03270283A - 積層型圧電素子 - Google Patents
積層型圧電素子Info
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- JPH03270283A JPH03270283A JP2071207A JP7120790A JPH03270283A JP H03270283 A JPH03270283 A JP H03270283A JP 2071207 A JP2071207 A JP 2071207A JP 7120790 A JP7120790 A JP 7120790A JP H03270283 A JPH03270283 A JP H03270283A
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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〕
本発明は電界ｌこよりて圧電材料に誘起される伸縮歪を
利用し、アクチュエータとして用いられる積層重圧電素
子に関する。
利用し、アクチュエータとして用いられる積層重圧電素
子に関する。
近年メカトロニクス機器が急速に発展し、これに伴なっ
て例えは微小位置決め装置などの制御装置に、微小な変
位や発生力を利用する圧電アクチュエータの開発も盛ん
である。特に厚さ方向に分極された圧電材料をその分極
方向が互いに対向するようにスタックとして検みｌね、
圧電材料層に電界誘起歪を発生させる積層重圧電素子は
、小さな電圧によって大きな変位を得ることができるの
でその有用性が注目されている。
て例えは微小位置決め装置などの制御装置に、微小な変
位や発生力を利用する圧電アクチュエータの開発も盛ん
である。特に厚さ方向に分極された圧電材料をその分極
方向が互いに対向するようにスタックとして検みｌね、
圧電材料層に電界誘起歪を発生させる積層重圧電素子は
、小さな電圧によって大きな変位を得ることができるの
でその有用性が注目されている。
この糧の積層重圧電素子は例えば第２図にその構造を模
式断面図により示したものが知られている。第２図にお
いて、この積層重圧電素子はジルコン酸チタン酸鉛など
の圧電材料層１と、金属を主成分とする導電性の内部電
極層２とが交互に多数積層された積層体の上下両端面に
、内部電極層２を介して圧電材料層１と同質の材料から
なる保護層３を設けてあり、各内部電極層２は積層体の
中心軸に関して互いに反対位置にある平行ｇ４面端部に
おいて、−層おきに機械加工によりあけたスリットに縦
方向で左右非対称となるようにシリコーン系樹脂などを
兄事して、絶縁層４を形成することにより電気的番こ絶
蔽し、ｌｌｉ面に膳出している内部電極層２を一層おき
に遅結するエポキシ系導電性Ｍペーストの外部電極５を
取り付け、この外部電極５からリード１１６を用いて図
示してない直流電源の極性の異なる端子７、７ ａ ４
ｒ−電気的に並列Ｉｌ絖した構造となっており、さらに
積層体の偶面全域に亘りで外周面にゴム弾性をもつ有機
系の絶縁コーティング樹脂８を塗布して、積層体側面に
露出する各内部電極層２間の沿面絶縁と、この積層重圧
電素子のｍ墳汚染からの保護がなされている。そして１
流電源端子７．７ａ４こ異なる極性の電圧を印加したと
き、圧電材料層１内に生じた電界による圧電縦効果の伸
び歪が積層方向に発生し。
式断面図により示したものが知られている。第２図にお
いて、この積層重圧電素子はジルコン酸チタン酸鉛など
の圧電材料層１と、金属を主成分とする導電性の内部電
極層２とが交互に多数積層された積層体の上下両端面に
、内部電極層２を介して圧電材料層１と同質の材料から
なる保護層３を設けてあり、各内部電極層２は積層体の
中心軸に関して互いに反対位置にある平行ｇ４面端部に
おいて、−層おきに機械加工によりあけたスリットに縦
方向で左右非対称となるようにシリコーン系樹脂などを
兄事して、絶縁層４を形成することにより電気的番こ絶
蔽し、ｌｌｉ面に膳出している内部電極層２を一層おき
に遅結するエポキシ系導電性Ｍペーストの外部電極５を
取り付け、この外部電極５からリード１１６を用いて図
示してない直流電源の極性の異なる端子７、７ ａ ４
ｒ−電気的に並列Ｉｌ絖した構造となっており、さらに
積層体の偶面全域に亘りで外周面にゴム弾性をもつ有機
系の絶縁コーティング樹脂８を塗布して、積層体側面に
露出する各内部電極層２間の沿面絶縁と、この積層重圧
電素子のｍ墳汚染からの保護がなされている。そして１
流電源端子７．７ａ４こ異なる極性の電圧を印加したと
き、圧電材料層１内に生じた電界による圧電縦効果の伸
び歪が積層方向に発生し。
各圧電材料層ｌの歪が相加されて積層体全体としてこの
積層重圧電素子に大きな１甲び歪が生ずるのである。
積層重圧電素子に大きな１甲び歪が生ずるのである。
〔発明が解決しようとする！ＩＩＭＥ
しかしながら１以上の＆層型圧電累子に用いられている
保護層３に関して次のような問題がある。
保護層３に関して次のような問題がある。
保護層３は圧電材料層１との接合時に、残留応力の発生
や残留応力に起因する接合不良が起きるのを防ぐために
、両者の熱ｌ＃張係数を合わせるようにして圧電材料Ｎ
ｋ１と同じ材料を用いている。
や残留応力に起因する接合不良が起きるのを防ぐために
、両者の熱ｌ＃張係数を合わせるようにして圧電材料Ｎ
ｋ１と同じ材料を用いている。
ところが、圧電材料層１は圧電効果は大きいが、強度的
には一般に他の金属やセラミックスに比べて低いので、
この積層重圧電素子を使用する際に、例えばパルス電圧
などによる急速な変位を起こさせると、負荷＠部材と接
触する保１１ＩＮｊＩ３の端面における耐磨耗性や耐衝
撃性などが十分でなく、保護層３の端面ｉこクラックな
どが入り、その結果素子の特性を劣化させる。
には一般に他の金属やセラミックスに比べて低いので、
この積層重圧電素子を使用する際に、例えばパルス電圧
などによる急速な変位を起こさせると、負荷＠部材と接
触する保１１ＩＮｊＩ３の端面における耐磨耗性や耐衝
撃性などが十分でなく、保護層３の端面ｉこクラックな
どが入り、その結果素子の特性を劣化させる。
本発明は上述の点に息みてなされたものであり。
その目的は上下＆ＩｊＭ端面の耐磨耗性や耐衝撃性を向
上させ、機械要素の一郁として用いる場合に高い信頼性
を有する積層重圧電素子を提供することにある。
上させ、機械要素の一郁として用いる場合に高い信頼性
を有する積層重圧電素子を提供することにある。
上記の課題をＳ決するために本発明の積層重圧電素子は
、よ下保護層の１２Ｉｉｉ面にプラズマ浴射などにより
コーティングした金属酸化物、炭化物、もしくは炭化＠
／金金属すメクトなどのセラミックス被膜を肩するもの
である。
、よ下保護層の１２Ｉｉｉ面にプラズマ浴射などにより
コーティングした金属酸化物、炭化物、もしくは炭化＠
／金金属すメクトなどのセラミックス被膜を肩するもの
である。
本発明の積層重圧電素子は上記のように保護層端１ｉｉ
ｔこ溶射被膜を形成したことにより、保＠層端面に繰り
返し応力や衝撃がぶわりた場合に、大きな硬さと高い靭
性を持つ溶射被膜が保護層南面の磨耗や亀裂の発生を防
止する役割を果たす。
ｔこ溶射被膜を形成したことにより、保＠層端面に繰り
返し応力や衝撃がぶわりた場合に、大きな硬さと高い靭
性を持つ溶射被膜が保護層南面の磨耗や亀裂の発生を防
止する役割を果たす。
以下本発明を実施例に基づき説明する。
第１図は本発明の積層重圧電素子の構成を示す模式断面
図であり、第２図と共通部分を同一符号で表わしである
。ｌ！！１図かられかるように本発明の積層重圧電素子
では、上下の保護層３の端面に溶射被膜９を形成してあ
り、その他のＷ４或は従来素子と同様である。この溶射
１［９は溶射材料として安定化ジルコニア（９２％Ｚｒ
０２８％Ｙ２ｋｇ ）を用い、プラズマ浴射法により形
成したものである。
図であり、第２図と共通部分を同一符号で表わしである
。ｌ！！１図かられかるように本発明の積層重圧電素子
では、上下の保護層３の端面に溶射被膜９を形成してあ
り、その他のＷ４或は従来素子と同様である。この溶射
１［９は溶射材料として安定化ジルコニア（９２％Ｚｒ
０２８％Ｙ２ｋｇ ）を用い、プラズマ浴射法により形
成したものである。
プラズマ浴射を行なうに先立ち、前処理としてサンドブ
ラストにより保護ｗＩ３の表面粗さを均一にし、溶射材
の原料は粒度分布が５〜２５ｐｔｎ程度の粉末を用いた
。溶射後の膜厚は０２〜０．３ｍｓとするが、このまま
では表面の凹凸が大きいので、平面。
ラストにより保護ｗＩ３の表面粗さを均一にし、溶射材
の原料は粒度分布が５〜２５ｐｔｎ程度の粉末を用いた
。溶射後の膜厚は０２〜０．３ｍｓとするが、このまま
では表面の凹凸が大きいので、平面。
研磨とラッピングにより溶射被１［９の最終膜薄を０．
１ｆｉとした。
１ｆｉとした。
保護層３の上に設ける溶射被膜９は、大きな硬さと靭性
を兼備しているものがよく、上記の安定化ジルコニアな
どの酸化物のほかにも、例えば粒子間の結合力の強いチ
タニア、チタン酸アルミ、または軟らかいマトリックス
中に硬い粒子が分散している炭化物と金属からなるサー
メットなどを用いるのが好適である。
を兼備しているものがよく、上記の安定化ジルコニアな
どの酸化物のほかにも、例えば粒子間の結合力の強いチ
タニア、チタン酸アルミ、または軟らかいマトリックス
中に硬い粒子が分散している炭化物と金属からなるサー
メットなどを用いるのが好適である。
以上のようにして溶射被膜９を形成した保護層３を備え
た本発明の積層重圧電素子を金属製のシリンターに入れ
、負荷荷ｌをかけて直流パルス電圧を周期的に印加する
寿命賦験を行なった結果。
た本発明の積層重圧電素子を金属製のシリンターに入れ
、負荷荷ｌをかけて直流パルス電圧を周期的に印加する
寿命賦験を行なった結果。
保護層３にクラックや欠けが生ずることなく、本発明の
積層重圧電素子は従来素子に比べて３〜５倍の寿命を有
することが明らかとなった。
積層重圧電素子は従来素子に比べて３〜５倍の寿命を有
することが明らかとなった。
本発明の積層重圧電素子は、積層体の上下保護層の端面
に、実施例で述べたように高い硬さと靭性を兼備したセ
ラミックス溶射被膜を形成することにより、保護層端面
の機械的性質が強化され、この積層重圧電素子を別の保
持部材に接触させ。
に、実施例で述べたように高い硬さと靭性を兼備したセ
ラミックス溶射被膜を形成することにより、保護層端面
の機械的性質が強化され、この積層重圧電素子を別の保
持部材に接触させ。
パルス電圧を周期的に印加して駆動する場合、保護層に
機械的な摩擦力や圧縮力または衝撃力などが加わっても
、保護層にクラックや欠けが生ずることなく、従来の積
層重圧電素子に比べて高寿命と高信頼性を有する積層重
圧電素子を得ることができた。
機械的な摩擦力や圧縮力または衝撃力などが加わっても
、保護層にクラックや欠けが生ずることなく、従来の積
層重圧電素子に比べて高寿命と高信頼性を有する積層重
圧電素子を得ることができた。
１１！１図は本発明の積層重圧電素子の構成を示すａ武
断面図、第２図は従来の積層重圧電素子の構成を示す模
式断面図である。 】：圧電材料層、２：ｐ９部電極層、３：保護層。 ４＝絶絶縁、５：外部電極、６：リード線。
断面図、第２図は従来の積層重圧電素子の構成を示す模
式断面図である。 】：圧電材料層、２：ｐ９部電極層、３：保護層。 ４＝絶絶縁、５：外部電極、６：リード線。
Claims (1)
- １）それぞれ内部電極層を埋め込んで複数個積み重ねた
圧電材料層の上下両端部に保護層を接合した積層体を有
する積層重圧電素子であって、前記保護層の端面にセラ
ミックスの溶射被膜を形成したことを特徴とする積層型
圧電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2071207A JPH03270283A (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 積層型圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2071207A JPH03270283A (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 積層型圧電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03270283A true JPH03270283A (ja) | 1991-12-02 |
Family
ID=13454004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2071207A Pending JPH03270283A (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 積層型圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03270283A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11145526A (ja) * | 1997-11-11 | 1999-05-28 | Nikon Corp | 電気機械変換素子，電気機械変換効果応用素子及びその製造法 |
| JP2012508461A (ja) * | 2008-11-11 | 2012-04-05 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | 多層構造の圧電アクチュエータ、及び圧電アクチュエータにおける外部電極を固定する方法 |
| WO2012057327A1 (ja) * | 2010-10-28 | 2012-05-03 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子およびそれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム |
-
1990
- 1990-03-20 JP JP2071207A patent/JPH03270283A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11145526A (ja) * | 1997-11-11 | 1999-05-28 | Nikon Corp | 電気機械変換素子，電気機械変換効果応用素子及びその製造法 |
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| US9059392B2 (en) | 2008-11-11 | 2015-06-16 | Epcos Ag | Piezoelectric actuator of a multilayer design and method for fastening an outer electrode in a piezoelectric actuator |
| US9825215B2 (en) | 2008-11-11 | 2017-11-21 | Epcos Ag | Method of forming a piezoelectric actuator |
| WO2012057327A1 (ja) * | 2010-10-28 | 2012-05-03 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子およびそれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム |
| JP5465337B2 (ja) * | 2010-10-28 | 2014-04-09 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子およびそれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム |
| US9353714B2 (en) | 2010-10-28 | 2016-05-31 | Kyocera Corporation | Multi-layer piezoelectric element, and injection device and fuel injection system using the same |
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