JPH0491664A - 積層縦効果圧電素子 - Google Patents
積層縦効果圧電素子Info
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- JPH0491664A JPH0491664A JP2209444A JP20944490A JPH0491664A JP H0491664 A JPH0491664 A JP H0491664A JP 2209444 A JP2209444 A JP 2209444A JP 20944490 A JP20944490 A JP 20944490A JP H0491664 A JPH0491664 A JP H0491664A
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- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 9
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/04—Constructional details
- H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
-
- 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
- H10N30/503—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure with non-rectangular cross-section orthogonal to the stacking direction, e.g. polygonal, circular
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】
［産業上の利用分野コ
本発明は、電圧の印加によって、圧電・電歪縦効果の寸
法歪を発生する積層縦効果圧電素子に関する。
法歪を発生する積層縦効果圧電素子に関する。
［従来技術］
従来、この種の積層縦効果圧電素子としては、チタン酸
ジルコン酸鉛系の圧電セラミックス層と内部電極層とを
縦方向に交互に積層した構造のものが提案されている。
ジルコン酸鉛系の圧電セラミックス層と内部電極層とを
縦方向に交互に積層した構造のものが提案されている。
この積層縦効果圧電素子は内部電極層に印加される電圧
の極性に応じて伸縮するため、その変位を利用して圧電
式ドツトインパクトプリンタヘッドや微小位置決め用ア
クチュエータとして利用されている。
の極性に応じて伸縮するため、その変位を利用して圧電
式ドツトインパクトプリンタヘッドや微小位置決め用ア
クチュエータとして利用されている。
このような積層縦効果圧電素子は、製造工程上の加工性
の為圧電セラミックス層の形状が正方形、長方形のもの
が製造されていた。
の為圧電セラミックス層の形状が正方形、長方形のもの
が製造されていた。
第４図はその一例で圧電セラミックス層１１ｃの形状が
一辺の長さ３ｍｍの正方形であり、その面積は９ｍｍ２
である。内部電極１２ｃは正方形で０．２５ｍｍ幅の圧
電的不活性部分１３ｃを有するように形成されている。
一辺の長さ３ｍｍの正方形であり、その面積は９ｍｍ２
である。内部電極１２ｃは正方形で０．２５ｍｍ幅の圧
電的不活性部分１３ｃを有するように形成されている。
またこの周縁の一部には外部より電荷を供給するための
供給部１４ｃが取り付けられる。積層時にはその供給部
１４ｃを互い違いに並べ、正電極と負電極の供給部が異
なる面に並んだ状態で露出する様にする。
供給部１４ｃが取り付けられる。積層時にはその供給部
１４ｃを互い違いに並べ、正電極と負電極の供給部が異
なる面に並んだ状態で露出する様にする。
［発明が解決しようとする課題］
上記積層縦効果圧電素子は、その低電圧駆動化を実現す
るため、積層する圧電セラミックス層の厚みを薄くし積
層枚数を増すことが要求されている。圧電セラミックス
層の一層の厚みを薄くした場合、層間絶縁や電極材のマ
イグレーションに対処するため、圧電セラミックス層全
面に電極を設けることはできない。このため電極は前記
圧電セラミックス層の周囲０．２ｍｍはど残して設けら
れる。このため周辺部に駆動時においても伸縮作用の無
い圧電的不活性部分が形成される。このためこの圧電不
活性部は駆動時において、素子全体の伸縮を抑制する効
果（クランピング効果）を発生する。このクランピング
効果によって変位損失、不均一な変位分布、内部応力の
発生が生じる。特に圧電セラミックス層が正方形、長方
形等四角形のものでは、そのコーナ一部に於て大きなり
ランピング効果を有していた。
るため、積層する圧電セラミックス層の厚みを薄くし積
層枚数を増すことが要求されている。圧電セラミックス
層の一層の厚みを薄くした場合、層間絶縁や電極材のマ
イグレーションに対処するため、圧電セラミックス層全
面に電極を設けることはできない。このため電極は前記
圧電セラミックス層の周囲０．２ｍｍはど残して設けら
れる。このため周辺部に駆動時においても伸縮作用の無
い圧電的不活性部分が形成される。このためこの圧電不
活性部は駆動時において、素子全体の伸縮を抑制する効
果（クランピング効果）を発生する。このクランピング
効果によって変位損失、不均一な変位分布、内部応力の
発生が生じる。特に圧電セラミックス層が正方形、長方
形等四角形のものでは、そのコーナ一部に於て大きなり
ランピング効果を有していた。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、従来の積層縦効果圧電素子の圧電セラミック
ス層の外形形状を五角形以上の多角形化、望ましくは円
形にすることにより圧電的不活性部分によるクランピン
グ効果を緩和し、変位損失、変位分布の不均一性、内部
応力の発生を低減した積層縦効果圧電素子を提供するこ
とを目的としている。
のであり、従来の積層縦効果圧電素子の圧電セラミック
ス層の外形形状を五角形以上の多角形化、望ましくは円
形にすることにより圧電的不活性部分によるクランピン
グ効果を緩和し、変位損失、変位分布の不均一性、内部
応力の発生を低減した積層縦効果圧電素子を提供するこ
とを目的としている。
［課題を解決するための手段］
この目的を達成するために、本発明の積層縦効果圧電素
子は、五角形以上の多角形又は楕円形若しくは円形の形
状を有する圧電セラミックス層と、その圧電セラミック
ス層と相似形の形状を有する圧電セラミックス層より小
面積の内部電極層とを縦方向に交互に必要枚数積層した
構造となっている。
子は、五角形以上の多角形又は楕円形若しくは円形の形
状を有する圧電セラミックス層と、その圧電セラミック
ス層と相似形の形状を有する圧電セラミックス層より小
面積の内部電極層とを縦方向に交互に必要枚数積層した
構造となっている。
［作用コ
上記の構成を有する本発明の積層縦効果圧電素子では、
圧電セラミックス層の形状を多角形化、円形化し、相似
形の内部電極を設けることで、四角形のものに比べ、各
内角の角度が増し、中心と各頂点を結ぶ直線上の圧電的
不活性部分の幅が減少する。このため各コーナ一部近傍
の圧電的不活性部分によるクランピング効果を低減させ
ることができる。楕円形、円形形状では、コーナ一部は
存在しないので周辺部の圧電的不活性部分によるクラン
ピング効果は−様なものになる。また楕円形、円形形状
では、内部電極に対する圧電的不活性部分の面積割合も
小さくなるのでクランピング効果は低減される。従って
、電圧印加によって伸縮する内部電極の存在する圧電セ
ラミックス層部分の変位を拘束する周辺部の圧電的不活
性部分のクランピング効果が低減される。また圧電的不
活性部分の存在は、四角形形状の場合と同様に、圧電セ
ラミックスの一層の厚みを薄くした場合の層間絶縁や電
極材のマイグレーション等の問題を解決する。
圧電セラミックス層の形状を多角形化、円形化し、相似
形の内部電極を設けることで、四角形のものに比べ、各
内角の角度が増し、中心と各頂点を結ぶ直線上の圧電的
不活性部分の幅が減少する。このため各コーナ一部近傍
の圧電的不活性部分によるクランピング効果を低減させ
ることができる。楕円形、円形形状では、コーナ一部は
存在しないので周辺部の圧電的不活性部分によるクラン
ピング効果は−様なものになる。また楕円形、円形形状
では、内部電極に対する圧電的不活性部分の面積割合も
小さくなるのでクランピング効果は低減される。従って
、電圧印加によって伸縮する内部電極の存在する圧電セ
ラミックス層部分の変位を拘束する周辺部の圧電的不活
性部分のクランピング効果が低減される。また圧電的不
活性部分の存在は、四角形形状の場合と同様に、圧電セ
ラミックスの一層の厚みを薄くした場合の層間絶縁や電
極材のマイグレーション等の問題を解決する。
なお内部電極の面積、言い換えれば圧電的不活性部分の
幅は圧電セラミックス層の一層の厚み、駆動電圧、使用
環境などの条件によって決まるものである。
幅は圧電セラミックス層の一層の厚み、駆動電圧、使用
環境などの条件によって決まるものである。
［実施例コ
本発明をプリンタの印字ワイヤを駆動するための圧電ア
クチュエータに用いられる積層縦効果圧電素子に具体化
した第１及び第２の実施例を図面を参照して説明する。
クチュエータに用いられる積層縦効果圧電素子に具体化
した第１及び第２の実施例を図面を参照して説明する。
本実施例の積層縦効果圧電素子が取り付けられる圧電ア
クチュエータの構成を示す第２図において本体フレーム
２２はＵ字形のインバー合金を用いる。そしてそのＵ字
形の一方の腕部に板ばね２６が取り付けられている。こ
の板ばね２６はその板ばね２６と平行に取り付けられた
板ばね２７及び傾動体２８とによりＵ字形に一体形成さ
れている。そしてその板ばね２７は可動子２５に接続さ
れている。可動子２５の下部には本発明の適用された積
層縦効果圧電素子ｌが取り付けられている。
クチュエータの構成を示す第２図において本体フレーム
２２はＵ字形のインバー合金を用いる。そしてそのＵ字
形の一方の腕部に板ばね２６が取り付けられている。こ
の板ばね２６はその板ばね２６と平行に取り付けられた
板ばね２７及び傾動体２８とによりＵ字形に一体形成さ
れている。そしてその板ばね２７は可動子２５に接続さ
れている。可動子２５の下部には本発明の適用された積
層縦効果圧電素子ｌが取り付けられている。
また傾動体２８は傾動アーム３０に取り付けられ、その
先端に印字ワイヤ３１が取り付けられている。
先端に印字ワイヤ３１が取り付けられている。
この圧電アクチュエータにおいて、積層縦効果圧電素子
１の圧電あるいは電歪効果による縦方向への膨張により
、前記可動子２５が上方に移動する。
１の圧電あるいは電歪効果による縦方向への膨張により
、前記可動子２５が上方に移動する。
すると両板ばね２７，２８が変形し、傾動体が反時計回
りに傾く。すると傾動アーム１０が同方向に傾き、その
結果印字ワイヤ３１が上方に突き出される。
りに傾く。すると傾動アーム１０が同方向に傾き、その
結果印字ワイヤ３１が上方に突き出される。
次に上記積層縦効果圧電素子１の構成を説明する。
この形状として種々のものが考えられるが、ここでは第
１図に八角柱形状のもの（第１実施例）を、第３図に円
柱形状のもの（第２実施例）を示す。また第４図は比較
の為に示す従来より用いられた四角柱形状のもので、［
従来の技術］の欄において説明したものである。
１図に八角柱形状のもの（第１実施例）を、第３図に円
柱形状のもの（第２実施例）を示す。また第４図は比較
の為に示す従来より用いられた四角柱形状のもので、［
従来の技術］の欄において説明したものである。
第１図、第３図、第４図に図示する積層縦効果圧電素子
は圧電セラミックス層１１ａ、ｌｌｂ。
は圧電セラミックス層１１ａ、ｌｌｂ。
１１ｃと内部電極１２ ａ、 １２ ｂ、 １２ ｃと
が縦方向に交互に必要枚数積層された構造である。そし
て同一の幅の圧電不活性部が周囲に設けられている。こ
の圧電不活性部の幅は加工精度によりその最小値が決定
されるもので、第１図、第３図。
が縦方向に交互に必要枚数積層された構造である。そし
て同一の幅の圧電不活性部が周囲に設けられている。こ
の圧電不活性部の幅は加工精度によりその最小値が決定
されるもので、第１図、第３図。
第４図に示す各素子はともに０．２５ｍｍ幅の圧電不活
性部を有している。そしてこれらの素子はそれぞれ正電
極及び負電極となる内部電極とつながる接続部１４ａ、
１４ｂ、１４ｃを圧電セラミックス層１１ａ、ｌｌｂ、
ｌｌｃの側部の異なる位置に露出する様に積層してなる
。尚、図中ではその積層部の境界線を４カ所のみ模式的
に示す。
性部を有している。そしてこれらの素子はそれぞれ正電
極及び負電極となる内部電極とつながる接続部１４ａ、
１４ｂ、１４ｃを圧電セラミックス層１１ａ、ｌｌｂ、
ｌｌｃの側部の異なる位置に露出する様に積層してなる
。尚、図中ではその積層部の境界線を４カ所のみ模式的
に示す。
第１図（ａ）に示した第１実施例としての積層縦効果圧
電素子１は圧電セラミックス層１１ａの形状を同図（ｂ
）に示す様に正八角形としたものであり、面積９ｍｍ２
、−辺の長さ約１．３６５２ｍｍである。内部電極１２
ａも正八角形形状であり、前述のように０．２５ｍｍ幅
の圧電的不活性部分１３ａを均等に有するようにセラミ
ックス層と同心に形成されている。
電素子１は圧電セラミックス層１１ａの形状を同図（ｂ
）に示す様に正八角形としたものであり、面積９ｍｍ２
、−辺の長さ約１．３６５２ｍｍである。内部電極１２
ａも正八角形形状であり、前述のように０．２５ｍｍ幅
の圧電的不活性部分１３ａを均等に有するようにセラミ
ックス層と同心に形成されている。
本実施例に於ける圧電セラミックス層１１ａと従来例に
於ける圧電セラミックス層１１ｃの各中心と各頂点を結
ぶ直線上の圧電的不活性部分１３ａ、１３ｃの長さは、
各々約０．２７０６ｍｍ。
於ける圧電セラミックス層１１ｃの各中心と各頂点を結
ぶ直線上の圧電的不活性部分１３ａ、１３ｃの長さは、
各々約０．２７０６ｍｍ。
０．３５３６ｍｍとなり圧電セラミックス層が正方形で
あるものを基準とすると正八角形では約２３．５％減少
する。各内角も正方形では９０°であるか正八角形では
、１３５°となり、コーナー部近傍の圧電的不活性部分
のクランピング効果の低減かはかれることが分かる。
あるものを基準とすると正八角形では約２３．５％減少
する。各内角も正方形では９０°であるか正八角形では
、１３５°となり、コーナー部近傍の圧電的不活性部分
のクランピング効果の低減かはかれることが分かる。
第３図（ａ）は、圧電セラミックス層１１ｂの形状を同
図（ｂ）に示すように円形としたものであり面積９ｍｍ
２直径約２．８８５ｍｍである。
図（ｂ）に示すように円形としたものであり面積９ｍｍ
２直径約２．８８５ｍｍである。
内部電極１２ｂは円形で０．２５ｍｍ幅の圧電的不活性
部分１３ｂを有するようにセラミックス層１１ｂと同心
に形成されている。本実施例の圧電セラミックス層１１
ｂと従来の圧電セラミックス層１１ｃの中心と各頂点を
結ぶ直線上の圧電的不活性部分１３ｂ、１３ｃの長さは
、各々約０．２５ｍｍ、０．３５３６ｍｍとなり圧電セ
ラミックス層が正方形であるものを基準とすると円柱で
は２９．３％減少する。また円形の場合は圧電的不活性
部分面積の内部電極面積に対する比率が正方形の場合に
比べて１４．５％小さくなりクランピング効果の低減が
はかれる。
部分１３ｂを有するようにセラミックス層１１ｂと同心
に形成されている。本実施例の圧電セラミックス層１１
ｂと従来の圧電セラミックス層１１ｃの中心と各頂点を
結ぶ直線上の圧電的不活性部分１３ｂ、１３ｃの長さは
、各々約０．２５ｍｍ、０．３５３６ｍｍとなり圧電セ
ラミックス層が正方形であるものを基準とすると円柱で
は２９．３％減少する。また円形の場合は圧電的不活性
部分面積の内部電極面積に対する比率が正方形の場合に
比べて１４．５％小さくなりクランピング効果の低減が
はかれる。
尚、上記第１実施例及び第２実施例では、それぞれその
断面がへ角形及び円形のものを示したがこれに限定され
るものではなく、その他の角数５以上の正多角形及び楕
円形においても同様な効果かある。
断面がへ角形及び円形のものを示したがこれに限定され
るものではなく、その他の角数５以上の正多角形及び楕
円形においても同様な効果かある。
［発明の効果］
以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、圧電セラミックス層の外形形状が五角形以上の多角形
望ましくは楕円形、円形であり、相似形の内部電極層形
状を圧電セラミックス層と同心にして設けているため、
従来の四角形のものに比べ、圧電的不活性部分による変
位のクランピング効果を低減した積層縦効果圧電素子を
提供できる。
、圧電セラミックス層の外形形状が五角形以上の多角形
望ましくは楕円形、円形であり、相似形の内部電極層形
状を圧電セラミックス層と同心にして設けているため、
従来の四角形のものに比べ、圧電的不活性部分による変
位のクランピング効果を低減した積層縦効果圧電素子を
提供できる。
さらに伸縮時におけるクランピングにともなう応力が均
等に分散されるので高変位時の破壊に対しても強いとい
った優れた効果を有する。
等に分散されるので高変位時の破壊に対しても強いとい
った優れた効果を有する。
第１図から第３図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は第１実施例としての正八角柱形状の
積層縦効果圧電素子の概略図及び断面図であり、第２図
は本実施例の積層縦効果圧電素子を用いた圧電アクチュ
エータの構成を示す図であり、第３図は第２実施例とし
ての円柱形状の積層縦効果圧電素子の概略図及び断面図
である。 また第４図は、従来例としての正四角柱形状の積層縦効
果圧電素子の概略図及び断面図である。 図中、１１ａ及びｌｌｂは圧電セラミックス層、１２ａ
及び１２ｂは内部電極、１３ａ及び１３ｂは圧電不活性
部である。
すもので、第１図は第１実施例としての正八角柱形状の
積層縦効果圧電素子の概略図及び断面図であり、第２図
は本実施例の積層縦効果圧電素子を用いた圧電アクチュ
エータの構成を示す図であり、第３図は第２実施例とし
ての円柱形状の積層縦効果圧電素子の概略図及び断面図
である。 また第４図は、従来例としての正四角柱形状の積層縦効
果圧電素子の概略図及び断面図である。 図中、１１ａ及びｌｌｂは圧電セラミックス層、１２ａ
及び１２ｂは内部電極、１３ａ及び１３ｂは圧電不活性
部である。
Claims (1)
- １．圧電セラミックス層と内部電極層とを縦方向に交互
に積層した構造で周辺部に圧電的不活性部分を有する内
部電極構造の積層縦効果圧電素子に於て、 圧電セラミックス層の外形形状が五角形以上の多角形ま
たは楕円形若しくは円形であり、内部電極の形状が圧電
セラミックス層の外形形状と同心の相似形であることを
特徴とする積層縦効果圧電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2209444A JPH0491664A (ja) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | 積層縦効果圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2209444A JPH0491664A (ja) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | 積層縦効果圧電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0491664A true JPH0491664A (ja) | 1992-03-25 |
Family
ID=16572966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2209444A Pending JPH0491664A (ja) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | 積層縦効果圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0491664A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19834461A1 (de) * | 1998-07-30 | 2000-02-10 | Siemens Ag | Vielschicht-Piezoaktor |
| DE19951118A1 (de) * | 1999-10-23 | 2000-11-09 | Bosch Gmbh Robert | Piezoaktor und ein Verfahren zu seiner Herstellung |
| WO2001017038A1 (de) * | 1999-08-28 | 2001-03-08 | Robert Bosch Gmbh | Piezokeramische vielschichtstruktur mit regelmässiger polygon-querschnittsfläche |
| WO2001024286A1 (de) * | 1999-09-30 | 2001-04-05 | Robert Bosch Gmbh | Piezostapelaktor |
| DE10046657A1 (de) * | 2000-09-20 | 2002-04-04 | Bosch Gmbh Robert | Piezoelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung |
| DE10048928A1 (de) * | 2000-10-04 | 2002-04-25 | Bosch Gmbh Robert | Piezoelement |
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| JP2008259345A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Shicoh Engineering Co Ltd | リニア駆動装置、レンズ駆動装置、カメラ及びカメラ付き携帯電話 |
| US7468112B2 (en) * | 2001-04-18 | 2008-12-23 | Denso Corporation | Method of producing a ceramic laminate |
-
1990
- 1990-08-07 JP JP2209444A patent/JPH0491664A/ja active Pending
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