JPH03270944A - 積層型圧電アクチュエータ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術（第７図） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（第１図） 作用 実施例 （ａ）　　一実施例の説明（第１図、第２図）（′ｂ）
他の実施例の説明（第３図、第４図）（Ｃ）　　別の実
施例の説明（第５図、第６図）発明の効果 〔概要〕 内部電極を設けた圧電板を積層してなる積層型圧電アク
チュエータに関し。

反対極性の外部電極と内部電極との間の絶縁特性を向上
するとともに、クラックの発生を防止し。

コストの低減を図ることを目的とし。

内部電極を設けた圧電板を積層した素子の周囲に積層方
向に沿って一対の外部電極を設け、積層方向の奇数番目
の内部電極を素子の外周で一方の外部電極に、積層方向
の偶数番目の内部電極を素子の外周で他方の外部電極に
接続した積層型圧電アクチュエータにおいて、該奇数番
目の内部電極を、該一方の外部電極との接合部のみを素
子外周に露出した電極部と、該電極部の周囲に該電極部
と接合されないダミー部とで構成し、該偶数番目の内部
電極を、該他方の外部電極との接合部のみを素子外周に
露出した電極部と、該電極部の周囲に該電極部と接合さ
れないダミー部とで構成した。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、内部電極を設けた圧電板を積層してなる積層
型圧電アクチュエータに関する。

圧電板の両面に電極を設け、電極に電圧を印加すると、
圧電板に伸びが発生する。

この伸びは微小なため、電極を設けた圧電板を積層した
素子を用いることにより、所定の変位量を得ることがで
き、アクチュエータとして利用できるＯ この上うな積層型圧電アクチュエータは、電磁マグネッ
ト等ζ二比較して、高速動作が可能であり。

例えば、プリンタの印字ヘッド用アクチュエータとして
用いられつつある。

このような積層型圧電アクチュエータでは、信頼性の高
いものが望まれている。

〔従来の技術〕

第７図は従来技術の説明図であり、第７図囚は斜視図、
第７図（Ｂ）は横面図である。

積層型圧電アクチュエータは、基板５上（＝、下面に内
部電極２を設けた圧電セラミック板１を所定数積層して
構成する。

そして、各圧電セラ安ツク板１の両面の内部電極２に高
電位差を印加するため、内部電極２に接続する一対の外
部電極３ａ　、３ｂが素子の外周に積層方向に設けられ
、リード線６に接続される。

外部電極は、陽極側外部電極３ａと陰極側外部電極３ｂ
で構成され、陽極側外部電極３ａは２例えば、積層方向
の奇数番目の内部電極２（＋）と。

素子外周で接続し、陰極側外部電極３ｂは、積層方向の
偶数番目の内部電極２（−）と、素子外周で接続されて
いる。

この外部電極３ａ、３ｂは、素子の外周に設けられ、且
つ内部電極２は圧電セラミック板１の一面全面に設けら
れるので、陽極側外部電極３ａは。

陰極側の偶数番目の内部電極２（−）の端面と接続しな
いように、また陰極側外部電極３ｂは、陽極側の奇数番
目の内部電極２（＋）の端面と接続しないように、外部
電極３ａと内部電極２（−）の端面との間に、及び外部
電極３ｂと内部電極２（＋）の端面との間に、電気絶縁
層４を設けている。

この電気絶縁層４は、−枚の圧電セラミック板ｌが１０
０〜２００ミクロンであり、微小な絶縁層であること及
び圧電セラミックスとの接着力な確保するため、ガラス
が用いられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、外部電極３ａ、３ｂには、一般に銀ペースト
を用いているが、接合力を高めるために電気絶縁層４の
ガラスとの親和性を高くする必要がある。そのため電気
絶縁性が低下するものがあり１反対極性の内部電極と外
部電極との間にＩＪ−り電流が流れ易くなって、電極間
でショートし。

圧電素子自体が破壊するおそれがあるという問題があっ
た。

又、数１０ミクロンの電気絶縁層４を積層数分設けねば
ならず、コストアップの原因となるという問題も生じて
いた。

従って２本発明は２反対極性の外部電極と内部電極との
間の絶縁特性を向上するとともに、コストの低減を図る
ことのできる積層型圧電アクチュエータを提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理図兼−実施例構成図である０ 本発明は、第１図に示すように、内部電極を設けた圧電
板１を積層した素子の周囲に積層方向に沿って一対の外
部電極３ａ、３ｂを設け、積層方向の奇数番目の内部電
極を素子の外周で一方の外部電極３ａに、積層方向の偶
数番目の内部電極を素子の外周で他方の外部電極３ｂに
接続した積層型圧電アクチュエータにおいて、該奇数番
目の内部電極を、該一方の外部電極３ａとの接合部のみ
を素子外周に露出した電極部２ａと、該電極部２ａの周
囲に該電極部２ａと接合されないダミー部２ｃとで構成
し、該偶数番目の内部電極を、該他方の外部電極３ｂと
の接合部のみを素子外周に露出した電極部２ｂと、該電
極部２ｂの周囲に該電極部２ｂと接合されないダミー部
２ｄとで構成したものである。

〔作用〕

本発明は、圧電板１上の内部電極として、一部分のみを
外周に露出したパターンの電極部２ａ。

２ｂを設け、露出部分で外部電極３ａ　、３ｂに接合す
るようにした。

外部電極３ａ、３ｂとの接合部以外では、内部電極の電
極部２ａ、２ｂが素子外周に露出していないため２反対
極性の外部電極３ａ、３ｂと接触するおそれがなく、新
たに電気絶縁層を設ける必要はない。

このため、圧電素子の外周面に電気絶縁層を設ける作業
が削除でき、コストを大幅（二低減できる。

又、内部電極の電極部２ａ　、２ｂが素子の外周に露出
していないので１反対極性の電極間のリーク電流を防止
でき、電気絶縁特性が向上する。

更に、圧電板１上の電極部２ａ、２ｂが設けられてない
外周部分においては、製造の際加えられる圧力や素子駆
動の際の内部応力が加えられ、この部分の圧電板にクラ
ックが生ずるおそれがあるが、電極部２ａ　、２ｂを形
成する際に同時にダミー部２ｃ、２ｄを形成するので、
圧力や内部応力がダミー部２ｃ、２ａで緩和され、クラ
ックの発生を防止できる。

〔実施例〕

（ａ）　　一実施例の説明 第２図は本発明の詳細な説明図である。

本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明する。

尚、第１図囚は素子断面図、第１図ＣＢ）は陰極側内部
電極の上面図、第１図（Ｑは陽極側内部電極の上面図で
ある。

内部電極は、第１図０３）　、　（Ｃ）に示すように、
一部分２０．２１を除き、圧電セラミックス板１側面よ
り、０．１■以上内側に引っ込んだパターンで形成され
る電極部２ａ、２ｂと、その周囲に電極部２ａ、２ｂと
約０．０５ｍ離れ、０．０５ｍ幅の電極部２ａ、２ｂと
接続されないパターンのダミー部２ｃ，２ｃｔと・を有
している。

電極部２ａ　、２ｂとダミー部２ｃ、２ｄは、同一の電
極材料で形成される。

陰極内部電極部２ｂは、第１図の）のように、陰極外部
電極３ｂ側（図の右側）に、素子端面まで達する突出部
２１を有し、陽極内部電極部２ａは。

第１図（Ｑのように、陽極外部電極３ａ（図の左側）に
、素子端面まで達する突出部２０を有し、各突出部２０
．２１で陽極外部電極３ａ、陰極外部電極３ｂに接続す
る。

尚、ダミー部２ｃ、２ｄは、各々外部電極３ａ。

３ｂに接続されない。

この素子を作成するには、第１図（４）のように。

圧電セラミックスグリーンシート基板５にスクリーン印
刷により先づ銀−パラジウム合金ペーストで第１図（Ｑ
の電極部２ａとダミー部２ｃとで構成される陽極内部電
極を形成し、その上に圧電セラミックスグリーンシート
１を重ね、該シート１上にスクリーン印刷で第１図ＣＢ
＋の電極部２ｂとダミー部２ｄとで構成される陰極内部
電極を形成する。

これを交互に繰返して、必要層数積層する。

次に、これに圧力をかけて焼成すると、各圧電セラミッ
クス板１の両面に陽極内部電極と陰極内部電極が設けら
れた積層圧電セラミックス板素子が構成される。

次に素子の外周面に露出している内部電極部２ａ、２ｂ
を銀ペーストで接合し、焼付けて外部電極３ａ、３ｂと
する。

即ち、第１図（４）、（Ｃ）のように、素子の図の左側
に陽極内部電極部２ａの突出部２０を接合するよう電極
ペーストを設けて、陽極外部電極３ａを形成し、第１図
囚、（Ｂ）のように素子の右側に陰極内部電極部２ｂの
突出部２１を接合するよう電極ペーストを設けて、陰極
外部電極３ｂを形成する。

そして、各外部電極３ａ、３ｂにリード端子６を接合し
て、積層圧電アクチュエータを完成する。

このように構成された積層圧電アクチュエータでは、各
陽極内部電極部２ａは、陰極外部電極３ｂ側で、各陰極
内部電極部２ｂは、陽極外部電極３ａ側で、圧電セラミ
ックス板１の側面より引っ込んでいるので、圧電セラミ
ックス板１自体が絶縁耐圧を向上させることができると
ともに、従来のように電気絶縁層４を設ける必要がない
ので。

コストも低減する。

尚、外部電極３ａ、３ｂに導電性接着剤を用いることが
できる。

次に、第２図によりダミー部２ｃ、２ｄの作用について
説明する。

前述の絶縁耐圧の向上等の目的のためであれば。

電極部２ａ　、　２ｂを設けるだけで十分である。

このような電極部２ａ、２ｂを設けると、圧電セラミッ
クス板１上の電極部２ａ　、　２ｂの設けられていない
密度の低い部分が生じる。

この部分では、第２図（４）のように、グリーンシート
の積層体を焼成する時に内部応力が集中しやすく、素子
にクラックが発生することがある。

又、素子駆動時の結晶歪みによって生ずる応力（＝よっ
て、圧電セラミックスの主に内部電極部のない部分にク
ラックが発生することがあり、素子破壊（二至る場合が
ある。

このため、焼成した積層体の製造歩留りが悪くなり、コ
ストアップにつながるとともに完成した素子の信頼性を
損なう。

そこで、この部分に電極部２ａ、２ｂと同一材料のダミ
ーパターン２ｃ，２ｄを設け、グリーンシートの積層体
を焼成する時の内部応力集中を緩和することによって素
子に発生するり２ククを防止できる。

又、素子駆動時の結晶歪みによって生ずる応力集中をダ
ミーパターン２ｃ　、　２ｄで緩和し、クラックの発生
を防止できる。

（ｂ）　　他の実施例の説明 第３図は本発明の他の実施例構成図、第４図はその内部
電極パターン図である。

図中、第１図で示したものと同一のものは同一の記号で
示しである。

この実施例は、第１図の積層型圧電アクチュエータ７−
１〜７−１２を圧電セラミックス基板５上（二円盤状に
Ｎ２ケ配置し、ワイヤドツトプリントヘッドのアクチュ
エータ７を構成したものである。

即ち２円盤状に１２ケ設けた積層型圧電アクチュエータ
７−１〜７−１２の第３図の上面にワイヤドツトビンを
立てて設け、１２ドクトのワイヤドツトヘッドを構成す
るものである。

このようなアクチュエータ７においても、＠極内都電極
部２ａは、第４図（４）のように、圧電セラミックス板
１の側面より一部分を除き内側；＝引っ込んで構成され
ており２円の外側の外部電極３ａと接合する部分で端面
に突出し、外部電極３ａと接合する。又、電極部２ａの
周囲（＝ダミー部２ｃが設けられる。

同様に、陰極内部電極部２ｂは、第４図（Ｂｌのように
、圧電セラミックス板１の側面より一部分を除き内側に
引っ込んで構成されており２円の内側の外部電極３ｂと
接合する部分で端面に突出し。

外部電極３ｂと接合する。又、電極部２ｂの周囲にダミ
ー部２ｄが設けられる。

このアクチュエータ７は２円盤形状の圧電セラミックス
グリーンシートに陰極内部電極２ｂ、２ｄ、陽極内部電
極２ａ　、２ｃをスクリーン印−１゜積層して焼成後、
外部電極３ａ、３ｂを設けて焼付けし、その後１２ケの
積眉型圧電アクチュエータフ−１〜７−１２に切断して
形成すればよい。

この実施例では、外部電極３ａ　、３ｂを円盤の内外に
設けているので、アクチュエータ７が小さくても、十分
外部電極３ａ　、３ｂの設置領域をとれる利点がある。

（Ｃ）　　別の実施例の説明 第５図は本発明の別の実施例斜視図、第６図はその内部
電極パターン構成図である０ この実施例も第３図と同様２円盤状に１２ケの積層圧電
アクチュエータ７−１〜７−１２を設け。

ワイヤドツトプリントヘッドのアクチュエータ７を構成
したものである。

但し、この実施例では２両外部電極３ａ　、　３ｂを円
盤の外側面に設けた点で第３図のものと異なる０ このため、陽極内部電極部２ａは、第６図囚のように、
外側の右端部を除き、圧電セラミックス板１の側面より
内側に引っ込んで構成されており。

外部電極３ａと接合する右端部で端面に突出し。

外部電極３ａと接合する。

同様に、陰極内部電極部２ｂは、第６図ＣＢ）のように
、外側の左端部を除き、圧電セラミックス板１の側面よ
り内側に引っ込んで構成されており。

外部電極３ｂと接合する左端部で端面に突出し。

外部電極３ｂと接合する。

このアクチュエータ７は、第３図のものと同一の製造工
程で形成される。

又、この実施例では２両外部電極３ａ　、３ｂを円盤の
外側に設けているので２面倒な内側での外部電極の形成
を行なわなくて済み２作業性が良い０上述の実施例では
、１２ビンのワイヤドツトプリントヘッドについて説明
したが、１２ピンに限らない。

又、ワイヤドツトプリントヘッドのアクチュエータ（＝
限らず、他のアクチュエータにも適用できる０ 更に、ダミー部２ｃ　、２ｄを電極部２ａ、２ｂの周囲
全体に設けているが、要するにクラックが発生しない程
度に設ければよい。

以上本発明を実施例により説明したが２本発明は本発明
の主旨に従い種々の変形が可能であり。

本発明からこれらを排除するものではない。

〔発明の効果〕

以上説明した様に７本発明によれば２次の効果を奏する
。

■　内部電極を外部電極との接合部を除き素子外周面よ
り引っ込ませて形成しているので電気絶縁耐圧特性が向
上するという効果を奏する０■　内部電極の形成と電気
絶縁層の形成を同じ工程で行なえるので面倒な作業を省
くことができ。

コストの低減が実現できるという効果を奏する。

■　内部電極部の周囲にダミー部を設けているので、製
造上や駆動時に生ずる内部応力集中を緩和でき、クラッ
クの発生を防げるという効果を奏する０ これらによって、低コストで高信頼性の積層型圧電アク
チュエータの提供が可能となる０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図兼一実施例構成図。 第２図は本発明の詳細な説明図。 第３図は本発明の他の実施例斜視図。 第４図は第３図における内部電極ノ〈ターン構成図。 第５図は本発明の別の実施例斜視図。 第６図は第５図における内部電極、＜ターン構成図。 第７図は従来技術の説明図である。 図中、１・・・圧電板。 ２ａ、２ｃ・・・内部電極部。 ２ｂ、２ｄ・・・ダミー部。 ３ａ、３ｂ・・・外部電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内部電極を設けた圧電板（１）を積層した素子の周囲に
   積層方向に沿って一対の外部電極（３ａ、３ｂ）を設け
   、積層方向の奇数番目の内部電極を素子の外周で一方の
   外部電極（３ａ）に、積層方向の偶数番目の内部電極を
   素子の外周で他方の外部電極（３ｂ）に接続した積層型
   圧電アクチュエータにおいて、 該奇数番目の内部電極を、該一方の外部電極（３ａ）と
   の接合部のみを素子外周に露出した電極部（２ａ）と、
   該電極部（２ａ）の周囲に該電極部（２ａ）と接合され
   ないダミー部（２ｃ）とで構成し、該偶数番目の内部電
   極を、該他方の外部電極（３ｂ）との接合部のみを素子
   外周に露出した電極部（２ｂ）と、該電極部（２ｂ）の
   周囲に該電極部（２ｂ）と接合されないダミー部（２ｄ
   ）とで構成したことを 特徴とする積層型圧電アクチュエータ。