JPH0358489A - 積層型圧電素子 - Google Patents
積層型圧電素子Info
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- JPH0358489A JPH0358489A JP1193522A JP19352289A JPH0358489A JP H0358489 A JPH0358489 A JP H0358489A JP 1193522 A JP1193522 A JP 1193522A JP 19352289 A JP19352289 A JP 19352289A JP H0358489 A JPH0358489 A JP H0358489A
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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
この発明は、電界により圧電材料に誘起される伸縮歪を
利用してアクチュエー夕として用いる積層型圧電素子に
関する。
利用してアクチュエー夕として用いる積層型圧電素子に
関する。
この種の積層型圧電素子は、例えば特開昭６０−８６８
８０号公報に記載されているが、第５図により改めて従
来の積層型圧電素子の一般構戒を説明する。第５図にお
いて、積層型圧電素子１０は、ジルコン酸チタン酸鉛な
どの圧電材料Ｆｉｌｌと金属膜よりなる電極層１２とが
交互に積層された積層体の上下端に電極層１２を介して
電気絶縁材料からなる保護Ｊｉｉｌ３が設けられ、電極
Ｎ１２は積層体の両側面にそれぞれ設けられた外部電極
１４に一層おきに互い違いになるように接続されている
。外部電極１４に接続されない電極Ｎ１２の他端は絶縁
材料１５により外部電極１４に対して絶縁されている。 ここで、外部電極１４に駆動電源１６から異なる極性の
電圧が印加されると、電界により各層の圧電材料層１１
に圧電縦効果による伸び歪が生じ、これら各層の歪は相
加されて積層体全体としては大きな伸び変位が得られる
。
８０号公報に記載されているが、第５図により改めて従
来の積層型圧電素子の一般構戒を説明する。第５図にお
いて、積層型圧電素子１０は、ジルコン酸チタン酸鉛な
どの圧電材料Ｆｉｌｌと金属膜よりなる電極層１２とが
交互に積層された積層体の上下端に電極層１２を介して
電気絶縁材料からなる保護Ｊｉｉｌ３が設けられ、電極
Ｎ１２は積層体の両側面にそれぞれ設けられた外部電極
１４に一層おきに互い違いになるように接続されている
。外部電極１４に接続されない電極Ｎ１２の他端は絶縁
材料１５により外部電極１４に対して絶縁されている。 ここで、外部電極１４に駆動電源１６から異なる極性の
電圧が印加されると、電界により各層の圧電材料層１１
に圧電縦効果による伸び歪が生じ、これら各層の歪は相
加されて積層体全体としては大きな伸び変位が得られる
。
ところで、このような積層型圧電素子１０において、変
位や発生力を大きくするには圧電材料層ｌ１の積層枚数
を増やす必要がある。しかし、積層枚数が多くなると素
子が細長くなって強度が低下するため、積層枚数を増や
すのには限度がある．そこで、その解決策として第５図
にも示すように、２個あるいはそれ以上の積層型圧電素
子１０を積み重ねることが考えられる。しかし、そのよ
うにすると素子ｔｏ，１０間に位置ずれが生じ、アクチ
ュエー夕としての信頼性が著しく低下する危険がある。 この発明は、複数個の積層型圧電素子を積み重ねても位
置ずれが生じないようにして、各積層型圧電素子におけ
る圧電材料層の積層枚数を抑えなを目的とするものであ
る。
位や発生力を大きくするには圧電材料層ｌ１の積層枚数
を増やす必要がある。しかし、積層枚数が多くなると素
子が細長くなって強度が低下するため、積層枚数を増や
すのには限度がある．そこで、その解決策として第５図
にも示すように、２個あるいはそれ以上の積層型圧電素
子１０を積み重ねることが考えられる。しかし、そのよ
うにすると素子ｔｏ，１０間に位置ずれが生じ、アクチ
ュエー夕としての信頼性が著しく低下する危険がある。 この発明は、複数個の積層型圧電素子を積み重ねても位
置ずれが生じないようにして、各積層型圧電素子におけ
る圧電材料層の積層枚数を抑えなを目的とするものであ
る。
上記目的を達或するために、この発明は、圧電材料層と
電極層とが交互に積層された積層体の両端に電気絶縁材
料からなる保護層が設けられ、前記電極層間に電圧が印
加されることにより前記圧電材料層が伸縮する積層型圧
電素子において、一方の保ｇｉ層の端面を凸形に、また
他方の保護層の端面をこの凸形と適合する凹形に形成す
るとともに、前記凸形及び前記凹形に適合する凹形及び
凸形を有する端面が平坦な支持層を前記保護層に着脱可
能に設けるものである。
電極層とが交互に積層された積層体の両端に電気絶縁材
料からなる保護層が設けられ、前記電極層間に電圧が印
加されることにより前記圧電材料層が伸縮する積層型圧
電素子において、一方の保ｇｉ層の端面を凸形に、また
他方の保護層の端面をこの凸形と適合する凹形に形成す
るとともに、前記凸形及び前記凹形に適合する凹形及び
凸形を有する端面が平坦な支持層を前記保護層に着脱可
能に設けるものである。
積層型圧電素子の一方の保護層の端面を凸形に、また他
方の保ａｉＨの端面をこの凸形に適合する凹形に形或す
ることにより、複数個の積層型圧電素子を前記凸形と前
記凹形とを順次嵌め合わせて、互いに位置ずれが生じな
いように連結することができる。また、上記凸形及び上
記凹形に適合する凹形及び凸形を有する端面が平坦な支
持層を保護層に着脱可能に設けることにより、積層型圧
電素子を複数個連結した場合に、両端に位置する積層型
圧電素子の保護層に前記支持層を装着して平坦な支持面
を形成することができる。
方の保ａｉＨの端面をこの凸形に適合する凹形に形或す
ることにより、複数個の積層型圧電素子を前記凸形と前
記凹形とを順次嵌め合わせて、互いに位置ずれが生じな
いように連結することができる。また、上記凸形及び上
記凹形に適合する凹形及び凸形を有する端面が平坦な支
持層を保護層に着脱可能に設けることにより、積層型圧
電素子を複数個連結した場合に、両端に位置する積層型
圧電素子の保護層に前記支持層を装着して平坦な支持面
を形成することができる。
以下、第１図〜第３図に基づいてこの発明の実施例を説
明する。 まず第１図において、積層型圧電素子２０は圧電材料１
ｉ２１と電極層２２とが交互に積層された積層体の上下
端に電極Ｎ２２を介して電気絶縁材料（この場合は圧電
材料層２１と同質の圧電材料が用いられている。）から
なる保護層２３Ａ及び２３Ｂが設けられて構威されてい
る。 圧電材料層２１の戒分組戒は、ＰｂＴｉＯ＋ ： ３５
．５％、ＰｂＺｒＯｚ ： １４．５％、Ｐｂ（Ｎｉ＋
ｚｓ＋Ｎｂｚ／ｓ）Ｏ，：５０％で、その戒形は次のよ
うにして行う。まず、上記組威の原料粉末をポリビニル
アルコールなどのバインダを含む溶液によく分散させ、
次にこれをスブレドライ法で乾燥して粒径約１００μｍ
のプレス用粉体を得る。次に、この粉体を直径２５ＩＩ
ＩＩＩ１の金型を使用して或形圧１．５ｔｏｎ／ｃＴａ
で重量５ｇ程度の円板に或形し、？６０″Ｃでバインダ
オフ後、１２００゜Ｃで２時間焼威し、得られた焼結体
を研磨して直径２０鴫、厚さ０．５鴫と２篩の２種類の
圧電材料板にする。 次に、厚さ０．５ｎ＋ｍの圧電材料板の表裏両面に銀電
極ペーストを塗布して電極Ｎ２２を形成し、これを順次
積層する。一方、厚さ２ｍの圧電材料板は片面を一つ（
保護層２３Ａ）は凸形に、もう一つ（保護層２３Ｂ）は
この凸形に適合する凹形に研磨し、上記０．５ｍｓの圧
電材料板の積層体の両端に平坦面を合わせるようにして
積層する。その後、これを圧力１ ｋｇ／ｃｄ、温度６
００゜Ｃで１０分間加熱して圧電材料板間の接合を行う
。 このようにして積層体が得られたら、その両側面に露出
する電極層２２の一端部に、一層おきに互い違いになる
ように機械加工により溝を形成し、この溝にエボキシ樹
脂などの絶縁材料２５を充填する。次いで、積層体の両
側面に絶縁材料２５部子２０とする。 また、上記積層型圧電素子２０とは別に、厚さ２ｎｍの
上記圧電材料板の片面を更に研磨して、つは保護層２３
Ａの凸形に適合する凹形に、もう一つは保護層２３Ｂの
凹形に適合する凸形に形成し、それぞれ支持層２７Ａ及
び２７Ｂを得る．支持層２７Ａ．２７Ｂは凸形、あるい
は凹形の金型で圧電材料板を成形した後、その表面を仕
上げて形或することも可能である。第３図及び第４図は
保護層２３Ａ及び２３Ｂの別の断面形状を示すもので、
平面形状はいずれも積層体の形状に合わせて円形あるい
は方形とする。 第１図はこのようにして得られた積層型圧電素子２０を
保護層２３Ａの凸形と２３Ｂの凹形を嵌め合わせて２個
連結し、上部の積層型圧電素子２０の保護層２３Ａに支
持層２７Ａを装着し、下部の積層型圧電素子２０の保護
層２３Ｂに支持層２７Ｂを装着して、支持面の平面出し
をしたものである。 積層型圧電素子２０を２個連結した第２図の７クチュエ
ー夕をＯ〜４００Ｖ， ２＋｛ｚで駆動実験したとこ
ろ、変位及び発生力は積層型圧電素子２０が１個の場合
のほぼ２倍となり、その値は駆動を繰り返してもほとん
ど変化しなかった．これに対して、従来の積層型圧電素
子１０を第５図のように２個重ねて同様に実験したとこ
ろ、変位及び発生力は初期はほぼ２倍になったが徐々に
低下し、５０〜６０万回で保護層１３部分が破壊した。 なお、図示実施例では支持層２７Ａ，２７Ｂの材質を
圧電材料層２１と同じにしたが、他の材質、例えばアル
ミナやジルコニアなどで代用することも可能である。
明する。 まず第１図において、積層型圧電素子２０は圧電材料１
ｉ２１と電極層２２とが交互に積層された積層体の上下
端に電極Ｎ２２を介して電気絶縁材料（この場合は圧電
材料層２１と同質の圧電材料が用いられている。）から
なる保護層２３Ａ及び２３Ｂが設けられて構威されてい
る。 圧電材料層２１の戒分組戒は、ＰｂＴｉＯ＋ ： ３５
．５％、ＰｂＺｒＯｚ ： １４．５％、Ｐｂ（Ｎｉ＋
ｚｓ＋Ｎｂｚ／ｓ）Ｏ，：５０％で、その戒形は次のよ
うにして行う。まず、上記組威の原料粉末をポリビニル
アルコールなどのバインダを含む溶液によく分散させ、
次にこれをスブレドライ法で乾燥して粒径約１００μｍ
のプレス用粉体を得る。次に、この粉体を直径２５ＩＩ
ＩＩＩ１の金型を使用して或形圧１．５ｔｏｎ／ｃＴａ
で重量５ｇ程度の円板に或形し、？６０″Ｃでバインダ
オフ後、１２００゜Ｃで２時間焼威し、得られた焼結体
を研磨して直径２０鴫、厚さ０．５鴫と２篩の２種類の
圧電材料板にする。 次に、厚さ０．５ｎ＋ｍの圧電材料板の表裏両面に銀電
極ペーストを塗布して電極Ｎ２２を形成し、これを順次
積層する。一方、厚さ２ｍの圧電材料板は片面を一つ（
保護層２３Ａ）は凸形に、もう一つ（保護層２３Ｂ）は
この凸形に適合する凹形に研磨し、上記０．５ｍｓの圧
電材料板の積層体の両端に平坦面を合わせるようにして
積層する。その後、これを圧力１ ｋｇ／ｃｄ、温度６
００゜Ｃで１０分間加熱して圧電材料板間の接合を行う
。 このようにして積層体が得られたら、その両側面に露出
する電極層２２の一端部に、一層おきに互い違いになる
ように機械加工により溝を形成し、この溝にエボキシ樹
脂などの絶縁材料２５を充填する。次いで、積層体の両
側面に絶縁材料２５部子２０とする。 また、上記積層型圧電素子２０とは別に、厚さ２ｎｍの
上記圧電材料板の片面を更に研磨して、つは保護層２３
Ａの凸形に適合する凹形に、もう一つは保護層２３Ｂの
凹形に適合する凸形に形成し、それぞれ支持層２７Ａ及
び２７Ｂを得る．支持層２７Ａ．２７Ｂは凸形、あるい
は凹形の金型で圧電材料板を成形した後、その表面を仕
上げて形或することも可能である。第３図及び第４図は
保護層２３Ａ及び２３Ｂの別の断面形状を示すもので、
平面形状はいずれも積層体の形状に合わせて円形あるい
は方形とする。 第１図はこのようにして得られた積層型圧電素子２０を
保護層２３Ａの凸形と２３Ｂの凹形を嵌め合わせて２個
連結し、上部の積層型圧電素子２０の保護層２３Ａに支
持層２７Ａを装着し、下部の積層型圧電素子２０の保護
層２３Ｂに支持層２７Ｂを装着して、支持面の平面出し
をしたものである。 積層型圧電素子２０を２個連結した第２図の７クチュエ
ー夕をＯ〜４００Ｖ， ２＋｛ｚで駆動実験したとこ
ろ、変位及び発生力は積層型圧電素子２０が１個の場合
のほぼ２倍となり、その値は駆動を繰り返してもほとん
ど変化しなかった．これに対して、従来の積層型圧電素
子１０を第５図のように２個重ねて同様に実験したとこ
ろ、変位及び発生力は初期はほぼ２倍になったが徐々に
低下し、５０〜６０万回で保護層１３部分が破壊した。 なお、図示実施例では支持層２７Ａ，２７Ｂの材質を
圧電材料層２１と同じにしたが、他の材質、例えばアル
ミナやジルコニアなどで代用することも可能である。
この発明によれば、複数個の積層型圧電素子を互いに位
置ずれを生しさせることなく連結することが可能となる
ので、各素子の圧電材料層の積層枚数を適正に抑えなが
ら、アクチュエー夕としての変位、発生力を大きくする
ことができ、しかも素子が１個の場合と同等の耐久性を
得ることができる。
置ずれを生しさせることなく連結することが可能となる
ので、各素子の圧電材料層の積層枚数を適正に抑えなが
ら、アクチュエー夕としての変位、発生力を大きくする
ことができ、しかも素子が１個の場合と同等の耐久性を
得ることができる。
第１図はこの発明の実施例の縦断面図、第２図は第１図
の積層型圧電素子を２個連結した状態の縦断面図、第３
図及び第４図はそれぞれ保護層形状の変形例を示す縦断
面図、第５図は従来例の縦断面図である。 ２０・・・積層型圧電素子、２１・・・圧電材料層、２
２・・・電極層、２３Ａ，２３Ｂ・・・保護層、２４・
・・外部電極、２７Ａ，２７Ｂ・・・支持層．第 ］ 図 第 ２ 図 ２３Ａ ２３Ｂ （Ａ） （Ｂ） 第 ３ 図 （Ａ） （Ｂ） 箪 ４ 図
の積層型圧電素子を２個連結した状態の縦断面図、第３
図及び第４図はそれぞれ保護層形状の変形例を示す縦断
面図、第５図は従来例の縦断面図である。 ２０・・・積層型圧電素子、２１・・・圧電材料層、２
２・・・電極層、２３Ａ，２３Ｂ・・・保護層、２４・
・・外部電極、２７Ａ，２７Ｂ・・・支持層．第 ］ 図 第 ２ 図 ２３Ａ ２３Ｂ （Ａ） （Ｂ） 第 ３ 図 （Ａ） （Ｂ） 箪 ４ 図
Claims (1)
- １）圧電材料層と電極層とが交互に積層された積層体の
両端に電気絶縁材料からなる保護層が設けられ、前記電
極層間に電圧が印加されることにより前記圧電材料層が
伸縮する積層型圧電素子において、一方の保護層の端面
を凸形に、また他方の保護層の端面をこの凸形と適合す
る凹形に形成するとともに、前記凸形及び前記凹形に適
合する凹形及び凸形を有する端面が平坦な支持層を前記
保護層に着脱可能に設け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 |
|---|---|---|---|
| JP1193522A JPH0358489A (ja) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | 積層型圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1193522A JPH0358489A (ja) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | 積層型圧電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0358489A true JPH0358489A (ja) | 1991-03-13 |
Family
ID=16309473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1193522A Pending JPH0358489A (ja) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | 積層型圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0358489A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5349474A (en) * | 1992-01-13 | 1994-09-20 | Olympus Optical Co., Ltd. | Rear converter lens |
| US5706927A (en) * | 1994-09-22 | 1998-01-13 | Konami Co., Ltd. | Token discriminating device |
| WO2010106190A1 (de) * | 2009-03-20 | 2010-09-23 | Epcos Ag | Piezoaktor in vielschichtbauweise |
-
1989
- 1989-07-26 JP JP1193522A patent/JPH0358489A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5349474A (en) * | 1992-01-13 | 1994-09-20 | Olympus Optical Co., Ltd. | Rear converter lens |
| US5706927A (en) * | 1994-09-22 | 1998-01-13 | Konami Co., Ltd. | Token discriminating device |
| WO2010106190A1 (de) * | 2009-03-20 | 2010-09-23 | Epcos Ag | Piezoaktor in vielschichtbauweise |
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