JPH0520355U

JPH0520355U - 積層型圧電アクチユエータ

Info

Publication number: JPH0520355U
Application number: JP6677391U
Authority: JP
Inventors: 守石切山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-08-22
Filing date: 1991-08-22
Publication date: 1993-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電ペレットの上面及び下面の強度を向上す
ることにより、圧電ペレット表面に発生するクラックを
防止するとともに、圧電ペレット内部に生じるクラック
の進展を阻止することにより、積層型圧電アクチュエー
タの耐久性を向上させることを目的とする。【構成】上面及び下面に強化粉末としてＡｌ₂Ｏ₃が
添加された強度向上部１０を有する圧電ペレット１と電
極板２とを、銀ペースト３を介して複数枚積層して形成
された積層型圧電アクチュエータ。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、積層型圧電アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】

圧電アクチュエータは発熱が少なく、また小型で高速駆動が可能なため、各種光学装置、精密工作機械、その他機械的駆動素子としても極めて有望視されている。しかしながら、圧電効果による機械的な変位は本質的には極めて小さいため、圧電ペレットと、電気的に接続されて電極となる電極板とを交互に複数枚積層して圧電効果を高めた構造のものが通常用いられている。すなわち、図６に示すように圧電ペレット１１と外部引き出し用の突起２２を有する金属板１２が銀ペースト１３を介して交互に複数枚積層されており、金属板１２の突起２２は、隣接する突起２２とは１８０°ずれた位置になるように設置されている。そして、突起２２は積層型圧電アクチュエータの軸方向に折曲されて、一つおいた隣の突起２２と干渉し、その干渉点でスポット溶接され電気的に接続されて構成されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、かかる積層型圧電アクチュエータは、一般に圧電効果を高めるために積層して用いる。そのため、圧電ペレットには積層荷重が発生し、圧電ペレット表面に凹凸が存在すると、その凸部に荷重がかかり応力が発生する。また、圧電ペレットは中央部と外周部とで温度差が生じるため、圧電ペレットの伸びが中央部と外周部とで異なり、その結果、伸びの大きい部分と小さい部分との境界でクラックが発生し易いという問題があった。

【０００４】そこで、本発明の積層型圧電アクチュエータは、圧電ペレットを部分的に強化することにより、圧電ペレット表面に発生するクラックを防止するとともに、圧電ペレット内部に生じるクラックを強度向上部で阻止することにより、積層型アクチュエータの耐久性を向上させることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案の積層型圧電アクチュエータは、圧電材料からなる圧電ペレットと、電気的に接続されて電極となる電極板とを交互に複数枚積層してなる積層型圧電アクチュエータにおいて、圧電ペレット内の上面及び下面に強化粉末が添加された強度向上部を有することを特徴とする。

【０００６】圧電ペレットの強度向上部を形成する部分に含まれる強化粉末としては、例えばＳｉ，Ａｌ，Ｍｎ等の酸化物よりなる粉末を用いることができる。強化粉末の混入量は、圧電ペレットの主成分である圧電効果を有する材料粉末の重量を１００とした場合、その２〜５％の範囲で用いることが好ましい。この理由としては、上記数値の範囲内であると圧電ペレットの強度が増して割れ不良率が少なくなるとともに、電気特性（比誘電率）を良好に保持するとができるからである。すなわち、強化粉末が２％未満であると圧電ペレットの強度を増す効果が少なく、５％を超過すると電気特性（比誘電率）が低下するからである。また、同様に電気特性（比誘電率）と割れ不良率との関係から、上面及び下面に形成された強度向上部の厚みが、それぞれ圧電ペレットの厚みの１〜２％となるように形成するのが好ましく、更には上面と下面の厚みが同じ厚みに形成される方がより好ましい。

【０００７】上面及び下面に強化粉末が添加された圧電ペレットの製造方法としては、圧電材料に強化粉末が添加されていない主原料と、強化粉末が添加された補助原料とを別々に調製し、主原料を真ん中となるように金型内に配置してプレスし、その後焼成して形成しても良いし、或いは主原料を金型に入れて所定の大きさにプレスして成形し、強化粉末が添加された補助原料をスラリー状にしてこの焼成体の上面と下面に塗布し、再び焼成して形成しても良い。

【０００８】

【作用】

本考案の積層型圧電アクチュエータの構成によれば、圧電ペレットの上面及び下面に強化粉末が添加された強度向上部を形成することにより、強化部が圧電ペレットの粒界及び空孔内に存在するので、圧電ペレットの表面に発生する割れを防止することができるとともに、圧電ペレットの内部に発生した割れが粒界に沿って上下方向に進展した場合、強度向上部によってその割れの進展を妨げることができる。また、強度向上部は、圧電ペレットの全領域のうち上面及び下面に部分的に形成されているため、強化粉末を圧電ペレット全体に含ませることによる電気特性（比誘電率）の低下を防止することができる。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の積層型圧電アクチュエータの実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。本実施例の積層型圧電アクチュエータは、直径１５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円板状の圧電ペレット１と、直径１５ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍの略円形状のＣｕもしくはＳＵＳからなる電極板２とが交互に５８枚積層されて構成されている。また、圧電ペレット１は図１に示すように圧電ペレット内の上面と下面に強度向上部１０が形成されており、圧電ペレット１の表面及び裏面に銀電極３が印刷、焼付けされている。更に、電極板２は外周縁に先端が積層型圧電アクチュエータの軸方向に折曲された幅２ｍｍの突起２１が径方向に０．３ｍｍ延出しており、この突起２１は隣接する突起２１とは１８０°ずれた位置になるように積層されている。そして、積層型圧電アクチュエータの各側面に突出する突起２１はリード板５ａ，５ｂにそれぞれスポット溶接されている。また、隣接する電極板２の突起２１に生じる放電を防止するために、積層された各圧電板１及び電極板２の側面にはシリコーン樹脂による絶縁コーティング層（図示せず）が形成されている。絶縁コーティング層はシリコーン樹脂の他にエポキシ樹脂等により形成することもできる。そして、電源（図示せず）の正極と負極に接続されたリード線４ａ，４ｂがリード板５ａ，５ｂに接続された構成となっている。

【００１０】次に、圧電ペレット１の製造工程について説明する。（実施例１）まず、圧電ペレット１を形成する場合、成形体を形成する成形工程と、成形工程で得られた成形体を焼成する焼成工程が行われる。そして、この焼成工程に先立ち、強化粉末を含む補助原料と、強化粉末を含まない主原料との２種類が調製される。すなわち、強化粉末を含む補助原料としては、ＰＺＴ（ＰｂＯ，ＺｒＯ ₂ ，ＴｉＯ₂）を主成分とする粉末１００重量％と、強化粉末としてＡｌ₂Ｏ₃ 粉末３重量％とをボールミルにより混合し、攪拌、分散した後、乾燥して得た。また、これとともに強化粉末を含まない主原料としては、ＰＺＴを主成分とする粉体を所定量秤量し、ボールミルにより混粉した後、仮焼して得た。次に、上記工程により得られた主原料及び補助原料を、補助原料間に主原料がくるように金型に入れて一軸プレスにて成形し、図１に示すように圧電ペレットの上面と下面に強度向上部１０が形成された成形体１ａを得る。なお、補助原料は上面と下面の厚みがそれぞれ圧電ペレットの厚みの１％となるようにする。ついでこの圧電ペレット成形体１ａは、電気炉内で１２５０℃、２時間焼成して圧電ペレット焼成体１ｂとなる。そして、圧電ペレット１ｂの上面と下面を研削加工した後、その両面に銀ペースト３が印刷され図１に示される圧電ペレット１となる。得られた圧電ペレット１は、図２に示されるように電極板２と交互に積層され、さらにリード板５ａ、５ｂにリード線４ａ，４ｂが接続されて積層型圧電アクチュエータが形成される。

【００１１】（実施例２）実施例１と同様にして、強化粉末を含まない主原料と、強化粉末としてＡｌ₂ Ｏ₃を含む補助原料を調製する。次に、強化粉末を含まない主原料を金型内に入れて所定の大きさに一軸プレスを用いて成形し、１２５０℃で２時間焼成する。そして、この焼成体の上面と下面に、強化粉末を含む補助原料をスラリー状にして塗布し、再び１２５０℃にて焼成する。その後、この焼成体を研削加工して所定の強度向上部を有する圧電ペレットを作成する。以下、実施例１と同様にして積層型圧電アクチュエータを形成する。

【００１２】このようにして形成された積層型圧電アクチュエータによれば、強化粉末の含有量と圧電ペレットの割れ不良率（３×１０⁸回駆動後の総数に対する不良品の割合）との関係を示す図３の曲線からわかるように、圧電ペレット１の上面と下面に含まれる強化粉末の含有量が２重量％以上の場合に、割れ不良率が２．５％以下と良好なものとなることが判明した。一方、強化粉末の含有量と電気特性（比誘電率）との関係を示す図４の曲線からわかるように、強化粉末の含有量が５重量％以下で比誘電率が２５００以上と良好な結果を示す。従って、強化粉末の含有量は２〜５重量％の範囲とすることが好ましいことがわかった。また、図５に圧電ペレットの厚みに対する強度向上部の厚みの割合と電気特性（比誘電率）の関係を示す曲線ｅ１と、圧電ペレットの厚みに対する強度向上部の厚みの割合と割れ不良率の関係を示す曲線ｅ２をまとめて示す。図５中の曲線ｅ１からわかるように、圧電ペレットの厚みに対する強度向上部の厚みが２％の範囲で電気特性（比誘電率）が良好なものとなる。一方、割れ不良率との関係を示す曲線ｅ２から、圧電ペレットの厚みに対する強度向上部の厚みが１％以上の場合に割れ不良率の少ない良好なものとなる。従って、強度向上部の厚みは、圧電ペレットの厚みの１〜２％が好ましいことがわかった。

【００１３】従って、本実施例の積層型圧電アクチュエータによれば、圧電ペレットが上面および下面に強度向上部を有することにより、不良率を低下することができるとともに、圧電ペレット自体が強化粉末を含むにもかかわらず電気特性（比誘電率）を良好な状態に保つことができる。また、従来積層型圧電ペレットに発生するクラックを防止するために、圧電ペレット内に所定値以上の空孔を設ける方法や、圧電ペレットの外層部の厚みを厚くする方法等があるが、空孔を設ける場合には、形成された空孔により圧電ペレットに発生する応力を吸収し、緩和することができるが、その空孔が亀裂発生の起点となってしまうという問題がある。また、外層部の厚みを厚くする場合には外部からの衝撃には効果があるが、内部発生応力による割れに対しては効果が見られない等の問題があった。しかし、本考案の積層型圧電アクチュエータによれば上記問題が発生することなく圧電ペレットに発生するクラックを防止することが可能となる。

【００１４】

【考案の効果】

本考案の積層型圧電アクチュエータによれば、圧電ペレット内の上面及び下面に強化粉末を含む強度向上部を形成することにより、圧電ペレット表面にクラックが発生するのを防止することができるとともに、圧電ペレット内に生じたクラックが圧電ペレットの上下方向に進展するのを阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の圧電ペレットの側面の断面図であ
る。

【図２】本考案の積層型圧電アクチュエータの構成を
示す断面図である。

【図３】本考案における積層型圧電アクチュエータの
強化粉末の含有量と割れ不良率との関係を示すグラフで
ある。

【図４】本考案の積層型圧電アクチュエータの強化粉
末の含有量と電気特性との関係を示すグラフである。

【図５】本考案の積層型圧電アクチュエータにおける
圧電ペレットの厚みに対する強度向上部の厚みの割合と
割れ不良率との関係、及び圧電ペレットの厚みに対する
強度向上部の厚みの割合と電気特性との関係を示すグラ
フである。

【図６】従来の積層型圧電アクチュエータの構成を示
す側面図である。

【符号の説明】

１・・・圧電ペレット１ａ・・・圧電ペレット成形体１ｂ・・・圧電ペレット焼成体２・・・電極板３・・・銀ペースト４ａ，４ｂ・・・リード線５ａ，５ｂ・・・リード板１０・・・強度向上部

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】圧電材料からなる圧電ペレットと、電気
的に接続されて電極となる電極板とを交互に複数枚積層
してなる積層型圧電アクチュエータにおいて、前記圧電
ペレット内の上面及び下面に強化粉末が添加された強度
向上部を有することを特徴とする積層型圧電アクチュエ
ータ。