JPH04259268A - 積層型圧電素子 - Google Patents
積層型圧電素子Info
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- JPH04259268A JPH04259268A JP3020227A JP2022791A JPH04259268A JP H04259268 A JPH04259268 A JP H04259268A JP 3020227 A JP3020227 A JP 3020227A JP 2022791 A JP2022791 A JP 2022791A JP H04259268 A JPH04259268 A JP H04259268A
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電界によって圧電材料
に誘起される伸縮歪を利用し、アクチュエータとして用
いられる積層型圧電素子の構造に関する。
に誘起される伸縮歪を利用し、アクチュエータとして用
いられる積層型圧電素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、メカトロニクス機器が急速に発展
し、これに伴ない、例えば微小位置決め装置などのよう
な制御装置に、その微小な変位や発生力を利用すること
ができ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積み重ね、圧電材料
層に電界誘起歪を発生させる積層型圧電素子は、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。
し、これに伴ない、例えば微小位置決め装置などのよう
な制御装置に、その微小な変位や発生力を利用すること
ができ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積み重ね、圧電材料
層に電界誘起歪を発生させる積層型圧電素子は、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。
【０００３】この種の積層型圧電素子は、例えば図２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
。図２において、この積層型圧電素子は、ジルコン酸チ
タン酸鉛など例えば円板状の圧電材料層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
置にある側面端部において、一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充填して、絶縁層４を形成するこ
とにより電気的に絶縁し、積層体側面に露出している内
部電極層２の部分を一層おきに連結するエポキシ系導電
性Ａｇペーストの外部電極５を取り付け、この外部電極
５を覆う導電性金属箔６に半田付けしたリード線７を引
き出し、図示していない直流電源の極性の異なる端子に
、電気的に並列接続したものであり、さらに積層体の側
面全域の外周面には、ゴム弾性を持つ有機系の絶縁コー
ティング樹脂８を塗布し、積層体を電気的，機械的に保
護する構造となっている。そしてリード線７に異なる極
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１の歪が相加されて、積層体全体としてこの積層
型圧電素子に大きな伸び歪が生ずるのである。
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
。図２において、この積層型圧電素子は、ジルコン酸チ
タン酸鉛など例えば円板状の圧電材料層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
置にある側面端部において、一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充填して、絶縁層４を形成するこ
とにより電気的に絶縁し、積層体側面に露出している内
部電極層２の部分を一層おきに連結するエポキシ系導電
性Ａｇペーストの外部電極５を取り付け、この外部電極
５を覆う導電性金属箔６に半田付けしたリード線７を引
き出し、図示していない直流電源の極性の異なる端子に
、電気的に並列接続したものであり、さらに積層体の側
面全域の外周面には、ゴム弾性を持つ有機系の絶縁コー
ティング樹脂８を塗布し、積層体を電気的，機械的に保
護する構造となっている。そしてリード線７に異なる極
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１の歪が相加されて、積層体全体としてこの積層
型圧電素子に大きな伸び歪が生ずるのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この種の積層型圧電素
子は、できるだけ小形化することが望ましく、したがっ
て、直接アクチュエータとしての機能を持たない保護層
３は、可能な限り薄くすることが必要である。
子は、できるだけ小形化することが望ましく、したがっ
て、直接アクチュエータとしての機能を持たない保護層
３は、可能な限り薄くすることが必要である。
【０００５】しかしながら、上記のような構造を有する
積層型圧電素子は、側面が平坦な角柱状または側面が曲
面の円柱状を呈する保護層３を用いて、外部電極５の端
部から保護層３の端部までの電気絶縁に必要な沿面距離
を長くしているために、保護層３の厚さを比較的大きく
しなければならず、このことが積層型圧電素子の小形化
を妨げる原因ともなっている。
積層型圧電素子は、側面が平坦な角柱状または側面が曲
面の円柱状を呈する保護層３を用いて、外部電極５の端
部から保護層３の端部までの電気絶縁に必要な沿面距離
を長くしているために、保護層３の厚さを比較的大きく
しなければならず、このことが積層型圧電素子の小形化
を妨げる原因ともなっている。
【０００６】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、保護層の厚さを小さくしても沿面距
離が変わることなく、電気的信頼性を維持し、しかも従
来より小形化される積層型圧電素子を提供することにあ
る。
あり、その目的は、保護層の厚さを小さくしても沿面距
離が変わることなく、電気的信頼性を維持し、しかも従
来より小形化される積層型圧電素子を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の積層型圧電素子は、保護層の外周面に機
械加工によりこの外周面を取り巻き上下面と平行な複数
の凹凸部を形成するか、または保護層の外周面に、紫外
線硬化樹脂や熱融着テープを取り付けて凹凸部を形成し
たものである。
めに、本発明の積層型圧電素子は、保護層の外周面に機
械加工によりこの外周面を取り巻き上下面と平行な複数
の凹凸部を形成するか、または保護層の外周面に、紫外
線硬化樹脂や熱融着テープを取り付けて凹凸部を形成し
たものである。
【０００８】
【作用】本発明の積層型圧電素子は、上記のように構成
したことにより、内部電極および外部電極から保護層の
端面に至る電気的絶縁に必要な沿面距離を長くすること
ができるので、保護層の厚さを薄くし、即ち、素子全体
を小形化しても従来と同じ沿面距離を確保することがで
きる。
したことにより、内部電極および外部電極から保護層の
端面に至る電気的絶縁に必要な沿面距離を長くすること
ができるので、保護層の厚さを薄くし、即ち、素子全体
を小形化しても従来と同じ沿面距離を確保することがで
きる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。
【００１０】図１は本発明の積層型圧電素子の構成を示
す模式断面図であり、図２と共通部分を同一符号で表わ
してある。図１が図２と異なる点は、図２の保護層３ａ
と図１の保護層３との形状にある。即ち、本発明の積層
型圧電素子の保護層３ａは、上下とも外周面に、それぞ
れ外周面を取り巻くように、断面がコ字状の凸部９と断
面がコ字状の凹部９ａを形成することにより、内部電極
２および外部電極５から保護層３ａの端面に至る電気的
絶縁のために必要な沿面距離を延ばしていることである
。このコ字状凸部９とコ字状凹部９ａは、図２に示した
通常の保護層３よりやや大きめの外径を持つ素材を機械
加工することによって形成され、その外周面に凸部９と
凹部９ａを上下面に平行に複数列設けた保護層３ａを得
ることができる。これら凸部９と凹部９ａの寸法は、例
えば高さ０．５ｍｍ，幅０．５ｍｍ程度の大きさに加工
することができるが、このような凸部９と凹部９ａの数
量と大きさを適当に定めることによって、凹凸のない従
来の保護層３に比べて沿面距離を２倍にすることは容易
である。したがって、従来と同じ沿面距離を保つ場合に
、保護層３ａのような形状を選択し、その厚さを１／２
にすることも容易に可能である。例えば従来の保護層３
の厚さが８ｍｍであるから、これを積層型圧電素子の構
造を図１のようにすることにより、４ｍｍまで薄くする
ことができ、これは上下の各保護層３ａについて適用さ
れるので、積層型圧電素子の全長は８ｍｍ短くなり、素
子の小形化に対して大きく寄与することになる。
す模式断面図であり、図２と共通部分を同一符号で表わ
してある。図１が図２と異なる点は、図２の保護層３ａ
と図１の保護層３との形状にある。即ち、本発明の積層
型圧電素子の保護層３ａは、上下とも外周面に、それぞ
れ外周面を取り巻くように、断面がコ字状の凸部９と断
面がコ字状の凹部９ａを形成することにより、内部電極
２および外部電極５から保護層３ａの端面に至る電気的
絶縁のために必要な沿面距離を延ばしていることである
。このコ字状凸部９とコ字状凹部９ａは、図２に示した
通常の保護層３よりやや大きめの外径を持つ素材を機械
加工することによって形成され、その外周面に凸部９と
凹部９ａを上下面に平行に複数列設けた保護層３ａを得
ることができる。これら凸部９と凹部９ａの寸法は、例
えば高さ０．５ｍｍ，幅０．５ｍｍ程度の大きさに加工
することができるが、このような凸部９と凹部９ａの数
量と大きさを適当に定めることによって、凹凸のない従
来の保護層３に比べて沿面距離を２倍にすることは容易
である。したがって、従来と同じ沿面距離を保つ場合に
、保護層３ａのような形状を選択し、その厚さを１／２
にすることも容易に可能である。例えば従来の保護層３
の厚さが８ｍｍであるから、これを積層型圧電素子の構
造を図１のようにすることにより、４ｍｍまで薄くする
ことができ、これは上下の各保護層３ａについて適用さ
れるので、積層型圧電素子の全長は８ｍｍ短くなり、素
子の小形化に対して大きく寄与することになる。
【００１１】また、保護層３ａの外周面に形成する凸部
９と凹部９ａの断面形状は、コ字状に限ることなく、例
えば、凸部の断面がＶ字状となるように加工すれば、凹
部も断面Ｖ字状となり、コ字状とした場合と同様の効果
を得ることができる。この凹凸部の形状は絶縁の沿面距
離を長くすることにあるから、勿論その他の形状として
もよいが、加工の有利な点でコ字状またはＶ字状とする
のが妥当である。
９と凹部９ａの断面形状は、コ字状に限ることなく、例
えば、凸部の断面がＶ字状となるように加工すれば、凹
部も断面Ｖ字状となり、コ字状とした場合と同様の効果
を得ることができる。この凹凸部の形状は絶縁の沿面距
離を長くすることにあるから、勿論その他の形状として
もよいが、加工の有利な点でコ字状またはＶ字状とする
のが妥当である。
【００１２】そのほか、通常の保護層３の沿面距離を長
くするには、その外周面を機械加工して凸凹を付与する
ほかに、別の材料を取り付けることによっても可能であ
り、同等の効果が得られる。即ち、図示は省略するが、
例えば紫外線硬化樹脂を、保護層３の外周面を取り巻く
ようにして、凸部としての必要数を並列に塗布した後こ
れを硬化すること、または保護層３の外周面に、熱融着
テープを必要な数だけ巻いておき、これを加熱すること
などである。これらの場合、保護層３の外周面に盛り上
げた紫外線硬化樹脂、もしくは熱融着テープが凸部を形
成し、その先端の断面形状はほぼ半円形を呈し、外周面
自体が凹部の底として形成される。
くするには、その外周面を機械加工して凸凹を付与する
ほかに、別の材料を取り付けることによっても可能であ
り、同等の効果が得られる。即ち、図示は省略するが、
例えば紫外線硬化樹脂を、保護層３の外周面を取り巻く
ようにして、凸部としての必要数を並列に塗布した後こ
れを硬化すること、または保護層３の外周面に、熱融着
テープを必要な数だけ巻いておき、これを加熱すること
などである。これらの場合、保護層３の外周面に盛り上
げた紫外線硬化樹脂、もしくは熱融着テープが凸部を形
成し、その先端の断面形状はほぼ半円形を呈し、外周面
自体が凹部の底として形成される。
【００１３】
【発明の効果】本発明の積層型圧電素子は、保護層の外
周面に上下面と平行な、複数の凹凸列を形成してあるた
めに、内部電極および外部電極から保護層の端面に至る
電気的絶縁のために必要な沿面距離を長くすることがで
きる。保護層の凹凸部の数や大きさを適当に定めること
により、従来の凹凸部のない保護層を用いた場合に比べ
て、沿面距離を２倍にすることは容易に可能であり、し
たがって、このとき従来と同じ沿面距離を確保しようと
すれば、保護層の厚さは従来の１／２で済ませることが
できるから、素子の全長は短くなり、その小形化が実現
される。このように、本発明によれば、沿面距離と電気
的耐圧の関連を考慮した上で、保護層の外周面の凹凸の
条件により、必要に応じて保護層を所望の厚さに決定す
ることができる。
周面に上下面と平行な、複数の凹凸列を形成してあるた
めに、内部電極および外部電極から保護層の端面に至る
電気的絶縁のために必要な沿面距離を長くすることがで
きる。保護層の凹凸部の数や大きさを適当に定めること
により、従来の凹凸部のない保護層を用いた場合に比べ
て、沿面距離を２倍にすることは容易に可能であり、し
たがって、このとき従来と同じ沿面距離を確保しようと
すれば、保護層の厚さは従来の１／２で済ませることが
できるから、素子の全長は短くなり、その小形化が実現
される。このように、本発明によれば、沿面距離と電気
的耐圧の関連を考慮した上で、保護層の外周面の凹凸の
条件により、必要に応じて保護層を所望の厚さに決定す
ることができる。
【図１】本発明の積層型圧電素子の構造を示す模式断面
図
図
【図２】従来の積層型圧電素子の構造を示す模式断面図
１ 圧電材料層
２ 内部電極層
３ 保護層
３ａ 保護層
４ 絶縁層
５ 外部電極
６ 導電性金属箔
７ リード線
８ 絶縁コーティング樹脂
９ 凸部
９ａ 凹部
Claims (6)
- 【請求項１】積層された複数個の圧電材料層の間にそれ
ぞれ埋め込まれた内部電極層を有し上下両端に内部電極
層を介して保護層を設けた積層体，この積層体の内部電
極層側端部で交互に形成された絶縁層を含む二つの側面
の双方に接続され内部電極層と一層おきに電気的な導通
を可能とする二つの外部電極，これら外部電極の外面に
接着した二つの導電性金属箔，およびこれら各金属箔と
これに接合された電圧印加用リード線を含む全側面を電
気絶縁性コーティング樹脂で被覆した積層型圧電素子に
おいて、前記保護層外周面に、この外周面を取り巻き上
下面と平行な複数の凹凸部を有することを特徴とする積
層型圧電素子。 - 【請求項２】請求項１記載の積層型圧電素子において、
凹凸部の断面形状がコ字状であることを特徴とする積層
型圧電素子。 - 【請求項３】請求項１記載の積層型圧電素子において、
凹凸部の断面形状がＶ字状であることを特徴とする積層
型圧電素子。 - 【請求項４】請求項１ないし３記載の積層型圧電素子に
おいて、凹凸部は保護層を機械加工して形成したもので
あることを特徴とする積層型圧電素子。 - 【請求項５】請求項１記載の積層型圧電素子において、
保護層外周面の凹凸部は紫外線硬化樹脂を塗布硬化し形
成したものであることを特徴とする積層型圧電素子。 - 【請求項６】請求項１記載の積層型圧電素子において、
保護層外周面の凹凸部は熱融着テープを巻き付けて加熱
し形成したものである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 |
|---|---|---|---|
| JP3020227A JPH04259268A (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | 積層型圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3020227A JPH04259268A (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | 積層型圧電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04259268A true JPH04259268A (ja) | 1992-09-14 |
Family
ID=12021285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3020227A Pending JPH04259268A (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | 積層型圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04259268A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011093293A1 (ja) | 2010-01-26 | 2011-08-04 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子およびその製造方法、ならびにこの積層型圧電素子を備えた噴射装置、燃料噴射システム |
-
1991
- 1991-02-14 JP JP3020227A patent/JPH04259268A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011093293A1 (ja) | 2010-01-26 | 2011-08-04 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子およびその製造方法、ならびにこの積層型圧電素子を備えた噴射装置、燃料噴射システム |
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