JPH04179286A - 積層圧電アクチュエータ - Google Patents
積層圧電アクチュエータInfo
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- JPH04179286A JPH04179286A JP2307664A JP30766490A JPH04179286A JP H04179286 A JPH04179286 A JP H04179286A JP 2307664 A JP2307664 A JP 2307664A JP 30766490 A JP30766490 A JP 30766490A JP H04179286 A JPH04179286 A JP H04179286A
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
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、積層圧電アクチュエータに関し、特に電歪効
果素子の接続部の構造に関する。
果素子の接続部の構造に関する。
第４図は従来の積層圧電アクチュエータ素子の構造を示
す横断面図である。
す横断面図である。
従来の積層圧電アクチュエータ素子は大きな変位量を得
る為に、圧電セラミックス材を１００μｍ前後の厚さに
成膜し、さらに圧電セラミックス材の表面に導電体ペー
ス１−を印刷した後、一定寸法に切断してシートを作り
、これを数十層がら数百層積層し、さらに導電体印刷し
ていないシートを数層から数十層積層しｆ：：後、焼結
を行ない、次にＪゾさを一定にする為積層面を研磨する
、その後切断、絶縁処理、リード形成を施し電極間圧Ｍ
か小さくｈ′（層数σ）多い電歪効果素子を得ていた、 しかし５、こσ）様にし−Ｃ作ちれた電工効果素子α）
変位計は、１０μ「１１〜２０１１ｍ＜ １．５０ Ｖ
印加ｎａｐ ＞程ｊ良であり、さらに人さな変位量を必
要とする場かは前記シー１−Ｏ１層数を増すことにより
可能であるが積層数を多くシ、ていくと焼結時に割れや
剥れか発生ずる。この為積層数を数百層程度にして得へ
りな電歪効果素子を複数個接着剤で接清し、金属ケース
および金属部（・イで密封して製作していた、 （、発明が解決しようとする課題〕 −・殻に電歪効果素子の変位は、電圧による圧電セラミ
ックスの縦歪を利用しているが、同時に横歪も発生して
おり、そめ大きさは電界強度に比例する。このなめ電圧
印加時においては、接着部の圧電セラミックスの電界強
度は他の圧電セラミックス部と較べ数分の−から数汀分
の一程度となり横歪も同様の差が生［、ている、圧電ア
クチュエータ素子の形状はこの横歪の差を吸収するため
１．Ｔ接着部の圧電セラミックスか凸状に変形する。従
−〕で、圧′屯アクチュエ・−夕素子を複数個接着した
場合、その接着面においては、圧電アクチュエータに電
圧が印力ＩＩされる毎に接着面ｌｊ凸状に変形しようと
し接着部近傍には大きな応力が発生ずる。このため縁り
返し電圧をオン オフするような使い方をすると接着層
か？、剥れか牛１−５たり、又は接名部近傍め圧電セラ
ミックスにクラックか発生ずるなとの欠点かある。
る為に、圧電セラミックス材を１００μｍ前後の厚さに
成膜し、さらに圧電セラミックス材の表面に導電体ペー
ス１−を印刷した後、一定寸法に切断してシートを作り
、これを数十層がら数百層積層し、さらに導電体印刷し
ていないシートを数層から数十層積層しｆ：：後、焼結
を行ない、次にＪゾさを一定にする為積層面を研磨する
、その後切断、絶縁処理、リード形成を施し電極間圧Ｍ
か小さくｈ′（層数σ）多い電歪効果素子を得ていた、 しかし５、こσ）様にし−Ｃ作ちれた電工効果素子α）
変位計は、１０μ「１１〜２０１１ｍ＜ １．５０ Ｖ
印加ｎａｐ ＞程ｊ良であり、さらに人さな変位量を必
要とする場かは前記シー１−Ｏ１層数を増すことにより
可能であるが積層数を多くシ、ていくと焼結時に割れや
剥れか発生ずる。この為積層数を数百層程度にして得へ
りな電歪効果素子を複数個接着剤で接清し、金属ケース
および金属部（・イで密封して製作していた、 （、発明が解決しようとする課題〕 −・殻に電歪効果素子の変位は、電圧による圧電セラミ
ックスの縦歪を利用しているが、同時に横歪も発生して
おり、そめ大きさは電界強度に比例する。このなめ電圧
印加時においては、接着部の圧電セラミックスの電界強
度は他の圧電セラミックス部と較べ数分の−から数汀分
の一程度となり横歪も同様の差が生［、ている、圧電ア
クチュエータ素子の形状はこの横歪の差を吸収するため
１．Ｔ接着部の圧電セラミックスか凸状に変形する。従
−〕で、圧′屯アクチュエ・−夕素子を複数個接着した
場合、その接着面においては、圧電アクチュエータに電
圧が印力ＩＩされる毎に接着面ｌｊ凸状に変形しようと
し接着部近傍には大きな応力が発生ずる。このため縁り
返し電圧をオン オフするような使い方をすると接着層
か？、剥れか牛１−５たり、又は接名部近傍め圧電セラ
ミックスにクラックか発生ずるなとの欠点かある。
また、接着面の接着剤の材質や厚みによっては、変位量
が吸収され、接着する毎に変位置が数十パーセント程度
減少する欠点かある。
が吸収され、接着する毎に変位置が数十パーセント程度
減少する欠点かある。
本発明の目的は、繰返し電圧をオン オフするような使
い方をしても接続層から剥れを生じ／、コリ、接続層近
傍の圧電セラミックスにクラックを発生したりすること
かなく、また接続による変位置の減少がすくない積層圧
電アクチュエータを提供することに、ｈる４゜ 〔課題を解決するための手段〕 本発明り〕積層圧−Ｅアクチア、エータは、変位方向に
接続可能でか−）位置決めのり能な電工効果素子の外形
と同一・形状の内形を有する筒、１にのザボー１へ部イ
・イに電歪効果素子を複数個人れて、電歪効果素子間を
接ｒ、”刑なして固定するとい）腸徴を備えている３、 「実施例〕 次に、本発明について図面を参照して説明する。第１［
４は本発明め−・実施例の積層圧電アクチームエータの
縦断面図である。
い方をしても接続層から剥れを生じ／、コリ、接続層近
傍の圧電セラミックスにクラックを発生したりすること
かなく、また接続による変位置の減少がすくない積層圧
電アクチュエータを提供することに、ｈる４゜ 〔課題を解決するための手段〕 本発明り〕積層圧−Ｅアクチア、エータは、変位方向に
接続可能でか−）位置決めのり能な電工効果素子の外形
と同一・形状の内形を有する筒、１にのザボー１へ部イ
・イに電歪効果素子を複数個人れて、電歪効果素子間を
接ｒ、”刑なして固定するとい）腸徴を備えている３、 「実施例〕 次に、本発明について図面を参照して説明する。第１［
４は本発明め−・実施例の積層圧電アクチームエータの
縦断面図である。
、二の積層圧電アクチュエータは、サポート部！１７に
組込んｌコ複数め電歪材と内部電極が交互に積層されて
形成され／こ複数個の電歪効果素子］の両端にり−１一
端子７ａ、２ｂが取付りられている断面コグ）？型で円
ノｒチク）ステンレスからなる金属部材３と、同！−＜
１ｉｆｔ面コの字形で円形のステンレスからなる金属
部材６とか固着され、そして内径かザボー１〜部材７の
外形＝ｊ法より大きく、かつ金属部材３．６の外径とほ
ぼ同一である、材質かステンレスの伸縮機能をイ１する
へＹコースなとの金属ケース５か金属部材３，６に溶接
によりシール結合さｈて電歪効果素子１か気密封止され
ている。そして電歪効果素子］は予め一定寸法だけ伸ば
されで金属ケース５の収縮力か電歪効果素子１の積層方
向に加わるように形成されている。
組込んｌコ複数め電歪材と内部電極が交互に積層されて
形成され／こ複数個の電歪効果素子］の両端にり−１一
端子７ａ、２ｂが取付りられている断面コグ）？型で円
ノｒチク）ステンレスからなる金属部材３と、同！−＜
１ｉｆｔ面コの字形で円形のステンレスからなる金属
部材６とか固着され、そして内径かザボー１〜部材７の
外形＝ｊ法より大きく、かつ金属部材３．６の外径とほ
ぼ同一である、材質かステンレスの伸縮機能をイ１する
へＹコースなとの金属ケース５か金属部材３，６に溶接
によりシール結合さｈて電歪効果素子１か気密封止され
ている。そして電歪効果素子］は予め一定寸法だけ伸ば
されで金属ケース５の収縮力か電歪効果素子１の積層方
向に加わるように形成されている。
ここで、ザボー１〜部材の形状について説明する。第２
図は、電歪効果素子接続数の長さとほぼ同じ長さで電歪
効果素子の端面１ａグ）断面積より数ｍｍ大きい中空の
広さをもつ直方体状のパイプ形状をしており、材質は絶
縁物からなる。
図は、電歪効果素子接続数の長さとほぼ同じ長さで電歪
効果素子の端面１ａグ）断面積より数ｍｍ大きい中空の
広さをもつ直方体状のパイプ形状をしており、材質は絶
縁物からなる。
才な、その側面カ一対方向は電歪効果素子のリード線が
取出せるよう切溝がついている。
取出せるよう切溝がついている。
次に、本実施例の積層圧電アクチュエータの製造方法に
ついて説明する。
ついて説明する。
プロブスカイト結晶構造をもつ多成分固溶体セラミック
粉末に有機バインダーを混合して］００Ｂ ｍ （％’
、 Ｉ魚のＪゾみのクリーンシーＩ・化し、そのＬにベ
ース１〜状の鍋内部電極導体を塗イｆ１、ｌ陀燥後、数
自層（例えは１２０層）に積層して焼結した積層体を、
ｊ−，３１川意する、こα）積層体の側面には鍋内部電
極導体の端部か露出しているので、端部を選択的に力′
ラス絶縁膜で被覆した後外部電極導体を側面に形成して
鍋内部電極導体を−・層おさに交互に接続（−で２つグ
ラクシ歯形電極を形成する。、そしてリート線／１．
ａ 、 ４ ｌ）を外部電極導体に゛（′１ヨイ・ｊて
接わＩｔ Ｕ２．１１ｔｌＩＨｒｒ’ｉ）′Ｓ幻を１Ｉ
ＩＪ脂て被覆する 、こび）ようにして製作された電歪
効果素子１を密封処理する前にセラミックス＋、＜ ｉ
＝＋の固ｊ＋ツギ、：・−リー；Ｉａ度以上ａ）温風（
例えは］５０へ１７０°ｃ）で分極か消える時間（例え
ば０．５〜２時間）なり熱処理を実施し。
粉末に有機バインダーを混合して］００Ｂ ｍ （％’
、 Ｉ魚のＪゾみのクリーンシーＩ・化し、そのＬにベ
ース１〜状の鍋内部電極導体を塗イｆ１、ｌ陀燥後、数
自層（例えは１２０層）に積層して焼結した積層体を、
ｊ−，３１川意する、こα）積層体の側面には鍋内部電
極導体の端部か露出しているので、端部を選択的に力′
ラス絶縁膜で被覆した後外部電極導体を側面に形成して
鍋内部電極導体を−・層おさに交互に接続（−で２つグ
ラクシ歯形電極を形成する。、そしてリート線／１．
ａ 、 ４ ｌ）を外部電極導体に゛（′１ヨイ・ｊて
接わＩｔ Ｕ２．１１ｔｌＩＨｒｒ’ｉ）′Ｓ幻を１Ｉ
ＩＪ脂て被覆する 、こび）ようにして製作された電歪
効果素子１を密封処理する前にセラミックス＋、＜ ｉ
＝＋の固ｊ＋ツギ、：・−リー；Ｉａ度以上ａ）温風（
例えは］５０へ１７０°ｃ）で分極か消える時間（例え
ば０．５〜２時間）なり熱処理を実施し。
た後、歌属部材（」一部）３め内側凹部面に電歪効果素
子１め外径より数ＩＴＩ ｍ人きい中空をも−）ザボー
１〜部４１’ ７か植立するように固定する。・ジ−ボ
ー１−部材のもう一方の端面７１）から電歪効果素子１
をサポート部４４７６’長さにｈぜノご数ピ分なけ挿入
する、次に、各々ζノ）電歪効果素子１のり−１・端子
＝７− ２ａ、、２ｂの内側α）端部とを半田付けて接続する。
子１め外径より数ＩＴＩ ｍ人きい中空をも−）ザボー
１〜部４１’ ７か植立するように固定する。・ジ−ボ
ー１−部材のもう一方の端面７１）から電歪効果素子１
をサポート部４４７６’長さにｈぜノご数ピ分なけ挿入
する、次に、各々ζノ）電歪効果素子１のり−１・端子
＝７− ２ａ、、２ｂの内側α）端部とを半田付けて接続する。
次に、金属ケース５の一方の開口部５ ｂと金属部材６
とを予め溶接なとてシール接合したものを用意する。次
に、金属ゲース５の開１−１部５ａから金属部材３か固
定されたザボー１へ部材７グ〕他の端面側７ｂを挿入し
て金属部材６の凹面に電歪効果素子１の端面１ｂが密着
するように治具て固定する。次に、金属部材３と金属ケ
ース５の開口部５ａとを溶接なとてシール接合して密封
を完Ｔさぜる。次に、金属部材３に取イ・１げられ／、
こり−１・端子２ａ、２ｂグ）外側グ）端子間に電歪効
果素子］が分極てきる直流電圧（例えば１５０Ｖ ｒ、
）Ｃ）を１０〜２０秒間印加して分極を行なうことによ
り電歪効果素子１か残留分極付なげ伸びた状態にする。
とを予め溶接なとてシール接合したものを用意する。次
に、金属ゲース５の開１−１部５ａから金属部材３か固
定されたザボー１へ部材７グ〕他の端面側７ｂを挿入し
て金属部材６の凹面に電歪効果素子１の端面１ｂが密着
するように治具て固定する。次に、金属部材３と金属ケ
ース５の開口部５ａとを溶接なとてシール接合して密封
を完Ｔさぜる。次に、金属部材３に取イ・１げられ／、
こり−１・端子２ａ、２ｂグ）外側グ）端子間に電歪効
果素子］が分極てきる直流電圧（例えば１５０Ｖ ｒ、
）Ｃ）を１０〜２０秒間印加して分極を行なうことによ
り電歪効果素子１か残留分極付なげ伸びた状態にする。
このときの残留分極付の伸び量に対する金属ケース５の
収縮力か電歪効用索子］グ）最大発生応力の２０〜１０
０層程度（例えは２０〜５０ｋ ｇ−ｆ ）になるよう
に金属ゲース５のバネ定数を持たせておくと、電歪効果
素子１か最大発生応力の２０〜１００層程度の力で予め
圧縮された状態で組立てられた金属ケース入り圧電アク
チア、エータか形成できる。
収縮力か電歪効用索子］グ）最大発生応力の２０〜１０
０層程度（例えは２０〜５０ｋ ｇ−ｆ ）になるよう
に金属ゲース５のバネ定数を持たせておくと、電歪効果
素子１か最大発生応力の２０〜１００層程度の力で予め
圧縮された状態で組立てられた金属ケース入り圧電アク
チア、エータか形成できる。
第３図は本発明両地の実施例び）サポート部（：ｇ’
＆ｌ）斜視図゛ζある。
＆ｌ）斜視図゛ζある。
第１ノ）実施例゛（は、ザポー１〜部材７の長さか電歪
効果素子接かの長さに応した一体のものでありｌコか、
本箱２ａ）実施例ではサポート部材７の長さを電歪効果
素子１了分の長さとほは同しにし、端面の四隅に凸凹状
の突起物をつｉ−＋、サポート部材７とおしを、接続個
数に今ぜてつなぎ合ぜられるようにした。
効果素子接かの長さに応した一体のものでありｌコか、
本箱２ａ）実施例ではサポート部材７の長さを電歪効果
素子１了分の長さとほは同しにし、端面の四隅に凸凹状
の突起物をつｉ−＋、サポート部材７とおしを、接続個
数に今ぜてつなぎ合ぜられるようにした。
この様な形状にすることにより一師類の長さのサポート
部材７たけて電歪効果素子の接続数に合せていくって゛
もつなぎ斤せ八れるという利点か得られる。
部材７たけて電歪効果素子の接続数に合せていくって゛
もつなぎ斤せ八れるという利点か得られる。
１層発明の効果〕
以上説明したように本発明は複数個σ）電歪効果素子を
接続する時、サポート材に素子を組込んて公１％う一−
スのハネ圧で圧着固定することに、にり積層圧電アクチ
ュエータに電圧を印加した時、接着部近傍の圧電セラミ
ックスと内部導電体層間の圧電セラミックスとの電界強
度の差によって生じる電歪効果素子接続部σ〕変形が防
４−１られす、繰り返し電圧をオン オフさぜな場合に
おいてもセラミックスにクラックか入−）なり又、接続
部かずれ落ちたりするのを防止する効果かある。
接続する時、サポート材に素子を組込んて公１％う一−
スのハネ圧で圧着固定することに、にり積層圧電アクチ
ュエータに電圧を印加した時、接着部近傍の圧電セラミ
ックスと内部導電体層間の圧電セラミックスとの電界強
度の差によって生じる電歪効果素子接続部σ〕変形が防
４−１られす、繰り返し電圧をオン オフさぜな場合に
おいてもセラミックスにクラックか入−）なり又、接続
部かずれ落ちたりするのを防止する効果かある。
又、電歪効果素子接続に接着剤を用いないことにより接
着工数の大巾な低減かでき、接着硬化時の熱応力による
接着界面の破損の防止効果もある。
着工数の大巾な低減かでき、接着硬化時の熱応力による
接着界面の破損の防止効果もある。
第１図は、本発明カー実施側力積層圧電アクチュエータ
の縦断面図、第２図は第１図に示しな電歪効果素子接続
時の斜視図、第３図は本発明の他の実施例に使用するサ
ポート部Ｈの斜視図、第４図は従来の金属ケース入り圧
電アクチ・Ｌエータめ縦断面図である。 １・・・電歪効果素子、２ａ、、２））・・リード端子
、３．６・金属部材、４ ；ｔ 、 ４Ｆ）・・・リー
ド線、５゜８．０．、、金属ケース、５ａ、５ｂ−開口
部、７・・ザボー１〜部材、７、−ｉ、 ７ ｔ、−、
＋ 端面、１０・ハンダ、１１・・接着剤、 代理人 弁理上 内 原 ）”ノ１′−］ｌ− □ ６令属昔ｐ＋′７
の縦断面図、第２図は第１図に示しな電歪効果素子接続
時の斜視図、第３図は本発明の他の実施例に使用するサ
ポート部Ｈの斜視図、第４図は従来の金属ケース入り圧
電アクチ・Ｌエータめ縦断面図である。 １・・・電歪効果素子、２ａ、、２））・・リード端子
、３．６・金属部材、４ ；ｔ 、 ４Ｆ）・・・リー
ド線、５゜８．０．、、金属ケース、５ａ、５ｂ−開口
部、７・・ザボー１〜部材、７、−ｉ、 ７ ｔ、−、
＋ 端面、１０・ハンダ、１１・・接着剤、 代理人 弁理上 内 原 ）”ノ１′−］ｌ− □ ６令属昔ｐ＋′７
Claims (3)
- １．圧電セラミック層と内部電極導体とを交互に積層し
た電歪効果素子を複数個つなぎ合せ、金属ケースと金属
部材により密封してなる積層圧電アクチュエータにおい
て、前記電歪効果素子を変位方向に複数固接続並びに位
置決めを可能とし、対向する側面にそれぞれの電歪効果
素子を接続するためのリード線を取出せる切溝を有する
サポート部材を備えることを特徴とする積層圧電アクチ
ュエータ。 - ２．前記サポート部材が電歪効果素子の接続数の長さと
ほぼ同じ長さで電歪効果素子の端面の断面積より僅かに
大きい中空の広さを持つ直方体状のパイプ形状を有し、
その側面に対向する方向にリード線取出し用の切溝を有
し、絶縁物からなることを特徴とする請求項１記載の積
層圧電アクチュエータ。 - ３．前記サポート部材が電歪効果素子の１個分の長さと
ほぼ同じ長さを有し、その端面の四隅に凸状の突起物、
他の端面に前記突起物を挿入できる凹部を備え、接続個
数に合せてつなぎ合せて使用することを特徴とする請求
項１および請求項２記載の積層圧電アクチュエータ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2307664A JPH04179286A (ja) | 1990-11-14 | 1990-11-14 | 積層圧電アクチュエータ |
| US07/791,433 US5208506A (en) | 1990-11-14 | 1991-11-13 | Laminated piezoelectric actuator |
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