JPH0786649A - 積層セラミックアクチュエータ - Google Patents
積層セラミックアクチュエータInfo
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- JPH0786649A JPH0786649A JP5229769A JP22976993A JPH0786649A JP H0786649 A JPH0786649 A JP H0786649A JP 5229769 A JP5229769 A JP 5229769A JP 22976993 A JP22976993 A JP 22976993A JP H0786649 A JPH0786649 A JP H0786649A
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- ceramic actuator
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 12
- 238000003475 lamination Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 3
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 積層セラミックアクチュエータの電圧印加に
よるヒステリシス特性を改善するとともに、変位量の温
度変化を抑え、高精度の積層セラミックアクチュエータ
を得る。 【構成】 複数の固体変位素子が、層間に対向電極を形
成して積層されて成る積層セラミックアクチュエータに
おいて、前記固体変位素子が圧電素子１０と電歪素子１
２であり、該圧電素子１０と電歪素子１２を交互に積層
したことを特徴とする。
よるヒステリシス特性を改善するとともに、変位量の温
度変化を抑え、高精度の積層セラミックアクチュエータ
を得る。 【構成】 複数の固体変位素子が、層間に対向電極を形
成して積層されて成る積層セラミックアクチュエータに
おいて、前記固体変位素子が圧電素子１０と電歪素子１
２であり、該圧電素子１０と電歪素子１２を交互に積層
したことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は積層セラミックアクチュ
エータに関する。
エータに関する。
【０００２】
【従来の技術】積層セラミックアクチュエータは固体変
位素子として作用するセラミック体を複数枚層状に積層
して成るもので、図２に示すようにセラミック体５間に
対向電極６を設けて一体に積層して形成する。対向電極
５は層間に電圧を印加してセラミック体５に変位を生じ
させアクチュエータとして作用させるためのものであ
る。ふつう、積層体の外側面には導通用の外部電極７、
７が形成され、前記対向電極５の端面は図のようにひと
つおきに外側面まで引き出されて外部電極７に接続さ
れ、アクチュエータとして作用させる場合には前記外部
電極７、７に電圧を印加させることによって各々の対向
電極５間に電界を作用させる。
位素子として作用するセラミック体を複数枚層状に積層
して成るもので、図２に示すようにセラミック体５間に
対向電極６を設けて一体に積層して形成する。対向電極
５は層間に電圧を印加してセラミック体５に変位を生じ
させアクチュエータとして作用させるためのものであ
る。ふつう、積層体の外側面には導通用の外部電極７、
７が形成され、前記対向電極５の端面は図のようにひと
つおきに外側面まで引き出されて外部電極７に接続さ
れ、アクチュエータとして作用させる場合には前記外部
電極７、７に電圧を印加させることによって各々の対向
電極５間に電界を作用させる。
【０００３】積層セラミックアクチュエータには固体変
位素子として圧電素子あるいは電歪素子が使用される。
圧電素子としては従来ＰＺＴ（ジルコンチタン酸鉛）系
の材料、電歪素子としてはＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウム
ニオブ酸鉛−チタン酸鉛）系が一般に使用されている。
積層セラミックアクチュエータはきわめて微小な変位を
正確に生じさせることができるものであり、変位量をデ
ィジタル的に制御することができることから、微小変位
を目的とするアクチュエータとして使用される。
位素子として圧電素子あるいは電歪素子が使用される。
圧電素子としては従来ＰＺＴ（ジルコンチタン酸鉛）系
の材料、電歪素子としてはＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウム
ニオブ酸鉛−チタン酸鉛）系が一般に使用されている。
積層セラミックアクチュエータはきわめて微小な変位を
正確に生じさせることができるものであり、変位量をデ
ィジタル的に制御することができることから、微小変位
を目的とするアクチュエータとして使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、積層セラミ
ックアクチュエータの変位は圧電素子あるいは電歪素子
といった固体変位素子による変位を利用するものである
が、従来の圧電素子および電歪素子には次のような問題
点があった。すなわち、アクチュエータの変位量は印加
する電圧によってリニアに変化することが望ましいが、
圧電素子の場合は図３の曲線Ａに示すように、印加する
電圧によってヒステリシス特性を有するという問題点が
ある。積層セラミックアクチュエータがこのようなヒス
テリシス特性を有する場合は、アクチュエータとして作
用させた場合に変位量に誤差が生じる原因になり、正確
な変位量が得られなくなる。
ックアクチュエータの変位は圧電素子あるいは電歪素子
といった固体変位素子による変位を利用するものである
が、従来の圧電素子および電歪素子には次のような問題
点があった。すなわち、アクチュエータの変位量は印加
する電圧によってリニアに変化することが望ましいが、
圧電素子の場合は図３の曲線Ａに示すように、印加する
電圧によってヒステリシス特性を有するという問題点が
ある。積層セラミックアクチュエータがこのようなヒス
テリシス特性を有する場合は、アクチュエータとして作
用させた場合に変位量に誤差が生じる原因になり、正確
な変位量が得られなくなる。
【０００５】これに対し、電歪素子の場合は図３の曲線
Ｂに示すように電圧印加によるヒステリシス特性は比較
的小さくなるという特徴がある。しかしながら、電歪素
子の場合はキュリー温度が低いため変位量の温度変化に
ついてみるとかなり変動する。図４は温度によって変位
量がどのように変化するかを示したグラフである。図で
曲線Ｂは電歪素子について、曲線Ａは圧電素子について
の変位量の変化の様子を示す。電歪素子の場合は温度に
よって変位量が大きく変動するのに対して、圧電素子の
場合にはほぼ一定している。
Ｂに示すように電圧印加によるヒステリシス特性は比較
的小さくなるという特徴がある。しかしながら、電歪素
子の場合はキュリー温度が低いため変位量の温度変化に
ついてみるとかなり変動する。図４は温度によって変位
量がどのように変化するかを示したグラフである。図で
曲線Ｂは電歪素子について、曲線Ａは圧電素子について
の変位量の変化の様子を示す。電歪素子の場合は温度に
よって変位量が大きく変動するのに対して、圧電素子の
場合にはほぼ一定している。
【０００６】このようにセラミックアクチュエータに使
用する圧電素子と電歪素子では電圧を印加した場合のヒ
ステリシス特性と変位量の温度特性がまちまちであるた
め、実際にアクチュエータを製作する場合には、ヒステ
リシス特性が顕著にあらわれないよう、また温度特性が
ほぼ一定になるように材料を選択したり、材料を組み合
わせるといったことを行っている。本発明はこれら積層
セラミックアクチュエータにおける問題点を解消すべく
なされたものであり、その目的とするところは、圧電素
子および電歪素子を使用して電圧印加によるヒステリシ
スおよび変位量の温度特性を抑えることができ、変位量
をより正確に制御することができる積層セラミックアク
チュエータを提供しようとするものである。
用する圧電素子と電歪素子では電圧を印加した場合のヒ
ステリシス特性と変位量の温度特性がまちまちであるた
め、実際にアクチュエータを製作する場合には、ヒステ
リシス特性が顕著にあらわれないよう、また温度特性が
ほぼ一定になるように材料を選択したり、材料を組み合
わせるといったことを行っている。本発明はこれら積層
セラミックアクチュエータにおける問題点を解消すべく
なされたものであり、その目的とするところは、圧電素
子および電歪素子を使用して電圧印加によるヒステリシ
スおよび変位量の温度特性を抑えることができ、変位量
をより正確に制御することができる積層セラミックアク
チュエータを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、複数の固体変位
素子が、層間に対向電極を形成して積層されて成る積層
セラミックアクチュエータにおいて、前記固体変位素子
が圧電素子と電歪素子であり、該素子を交互に積層した
ことを特徴とする。また、前記固体変位素子が圧電素子
の積層体と電歪素子の積層体であることを特徴とする。
するため次の構成を備える。すなわち、複数の固体変位
素子が、層間に対向電極を形成して積層されて成る積層
セラミックアクチュエータにおいて、前記固体変位素子
が圧電素子と電歪素子であり、該素子を交互に積層した
ことを特徴とする。また、前記固体変位素子が圧電素子
の積層体と電歪素子の積層体であることを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明に係る積層セラミックアクチュエータは
圧電素子あるいは電歪素子を積層してアクチュエータを
構成する場合に、特性の異なる圧電素子あるいは電歪素
子を交互に積層して構成することによって、ヒステリシ
ス特性および変位量の温度特性を改善することができ、
これによって積層セラミックアクチュエータを作用させ
た場合の変位量を精度よく設定でき高精度の積層セラミ
ックアクチュエータとして提供できる。
圧電素子あるいは電歪素子を積層してアクチュエータを
構成する場合に、特性の異なる圧電素子あるいは電歪素
子を交互に積層して構成することによって、ヒステリシ
ス特性および変位量の温度特性を改善することができ、
これによって積層セラミックアクチュエータを作用させ
た場合の変位量を精度よく設定でき高精度の積層セラミ
ックアクチュエータとして提供できる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る積層セラミ
ックアクチュエータの一実施例の構成を示す。実施例の
積層セラミックアクチュエータは固体変位素子として圧
電素子１０と電歪素子１２を１層ごと交互に積層して成
る。この積層セラミックアクチュエータの製造にあたっ
ては、圧電素子１０および電歪素子１２用のグリーンシ
ートを各々形成した後、その表面に対向電極１４となる
導体層をメタライズによって形成し、前記圧電素子用の
グリーンシートと電歪素子用のグリーンシートを交互に
所定枚数積層し、焼成して形成する。
づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る積層セラミ
ックアクチュエータの一実施例の構成を示す。実施例の
積層セラミックアクチュエータは固体変位素子として圧
電素子１０と電歪素子１２を１層ごと交互に積層して成
る。この積層セラミックアクチュエータの製造にあたっ
ては、圧電素子１０および電歪素子１２用のグリーンシ
ートを各々形成した後、その表面に対向電極１４となる
導体層をメタライズによって形成し、前記圧電素子用の
グリーンシートと電歪素子用のグリーンシートを交互に
所定枚数積層し、焼成して形成する。
【００１０】積層セラミック体は図のように各層間に対
向電極１４が設けられるが、圧電素子１０、電歪素子１
２の各々に電界を作用させるため対向電極１４を一つお
きに正負電位にする。そのため、対向電極１４を一つお
きに同じ極として電気的に接続して電圧を印加するよう
にする。圧電素子１０、電歪素子１２としてはＰＺＴ系
の材料、ＰＭＮ−ＰＴ系等の材料が使用できるがこれら
材料に限定されるものではない。また、積層セラミック
体を形成する場合の圧電素子１０および電歪素子１２の
枚数等も適宜設定できるものである。
向電極１４が設けられるが、圧電素子１０、電歪素子１
２の各々に電界を作用させるため対向電極１４を一つお
きに正負電位にする。そのため、対向電極１４を一つお
きに同じ極として電気的に接続して電圧を印加するよう
にする。圧電素子１０、電歪素子１２としてはＰＺＴ系
の材料、ＰＭＮ−ＰＴ系等の材料が使用できるがこれら
材料に限定されるものではない。また、積層セラミック
体を形成する場合の圧電素子１０および電歪素子１２の
枚数等も適宜設定できるものである。
【００１１】図３および図４は上記のように圧電素子１
０と電歪素子１２を交互に積層して成る積層セラミック
アクチュエータについて、電圧を印加した際のヒステリ
シスと変位量の温度変化の様子を定性的に説明したグラ
フである。実施例の積層セラミックアクチュエータは圧
電素子１０と電歪素子１２の２種類の材料によって形成
されるから、圧電素子１０の示す特性と電歪素子１２の
示す特性との中間的な特性をあらわし、図３、図４で曲
線Ｃのような挙動を示す。
０と電歪素子１２を交互に積層して成る積層セラミック
アクチュエータについて、電圧を印加した際のヒステリ
シスと変位量の温度変化の様子を定性的に説明したグラ
フである。実施例の積層セラミックアクチュエータは圧
電素子１０と電歪素子１２の２種類の材料によって形成
されるから、圧電素子１０の示す特性と電歪素子１２の
示す特性との中間的な特性をあらわし、図３、図４で曲
線Ｃのような挙動を示す。
【００１２】図３に示すように圧電素子１０および電歪
素子１２を交互に積層して使用することによって電圧印
加時のヒステリシスは圧電素子のみで積層セラミックア
クチュエータを形成した場合にくらべてヒステリシスが
緩和されリニアに近い特性をあらわすようになる。ま
た、図４に示すように変位量の温度変化も電歪素子のみ
によって積層セラミックアクチュエータを形成した場合
にくらべて温度による変位量の変動が抑えられ、変位量
の温度変化を小さくすることができる。
素子１２を交互に積層して使用することによって電圧印
加時のヒステリシスは圧電素子のみで積層セラミックア
クチュエータを形成した場合にくらべてヒステリシスが
緩和されリニアに近い特性をあらわすようになる。ま
た、図４に示すように変位量の温度変化も電歪素子のみ
によって積層セラミックアクチュエータを形成した場合
にくらべて温度による変位量の変動が抑えられ、変位量
の温度変化を小さくすることができる。
【００１３】上記のように、実施例の積層セラミックア
クチュエータは圧電素子１０と電歪素子１２を交互に積
層して使用することによって圧電素子と電歪素子の特性
を相互に補完することができ、電圧印加によるヒステリ
シス特性と変位量の温度変化の特性をともに改善するこ
とができて精度の高い積層セラミックアクチュエータを
提供することが可能になる。
クチュエータは圧電素子１０と電歪素子１２を交互に積
層して使用することによって圧電素子と電歪素子の特性
を相互に補完することができ、電圧印加によるヒステリ
シス特性と変位量の温度変化の特性をともに改善するこ
とができて精度の高い積層セラミックアクチュエータを
提供することが可能になる。
【００１４】なお、実施例の積層セラミックアクチュエ
ータは圧電素子と電歪素子を交互に積層して使用するこ
とによって電圧印加によるヒステリシス特性と変位量の
温度変化特性を改善するものであるが、これは積層セラ
ミックアクチュエータを形成する場合に特性の異なる固
体変位素子を使用することによってヒステリシス特性等
を改善するものであり、積層セラミック体として使用す
る圧電素子、電歪素子の特性を適宜選択して利用するこ
とが可能である。
ータは圧電素子と電歪素子を交互に積層して使用するこ
とによって電圧印加によるヒステリシス特性と変位量の
温度変化特性を改善するものであるが、これは積層セラ
ミックアクチュエータを形成する場合に特性の異なる固
体変位素子を使用することによってヒステリシス特性等
を改善するものであり、積層セラミック体として使用す
る圧電素子、電歪素子の特性を適宜選択して利用するこ
とが可能である。
【００１５】たとえば、上記実施例では圧電素子１０と
電歪素子１２を交互に積層したが、これら各素子を複数
層ごとに交互に積層して構成することも可能である。ま
た、圧電素子１０と電歪素子１２を交互に積層する場合
に、圧電素子１０あるいは電歪素子１２として同一特性
のもののみを交互に積層する他、特性の異なる２種以上
の圧電素子１０を混在して使用したり、特性の異なる２
種以上の電歪素子１２を混在させて使用することも可能
である。
電歪素子１２を交互に積層したが、これら各素子を複数
層ごとに交互に積層して構成することも可能である。ま
た、圧電素子１０と電歪素子１２を交互に積層する場合
に、圧電素子１０あるいは電歪素子１２として同一特性
のもののみを交互に積層する他、特性の異なる２種以上
の圧電素子１０を混在して使用したり、特性の異なる２
種以上の電歪素子１２を混在させて使用することも可能
である。
【００１６】
【発明の効果】本発明に係る積層セラミックアクチュエ
ータによれば、上述したように、特性の異なる圧電素子
あるいは電歪素子を交互に積層することによって、積層
セラミックアクチュエータの変位量の精度を向上させる
ことができ、より高精度のアクチュエータとして提供す
ることができる等の著効を奏する。
ータによれば、上述したように、特性の異なる圧電素子
あるいは電歪素子を交互に積層することによって、積層
セラミックアクチュエータの変位量の精度を向上させる
ことができ、より高精度のアクチュエータとして提供す
ることができる等の著効を奏する。
【図１】積層セラミックアクチュエータの一実施例の構
成を示す説明図である。
成を示す説明図である。
【図２】積層セラミックアクチュエータの従来例の構成
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図３】電圧印加による変位量のヒステリシス特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図４】変位量の温度変化を示すグラフである。
５ 固体変位素子 ６ 対向電極 ７ 外部電極 １０ 圧電素子 １２ 電歪素子 １４ 対向電極
Claims (2)
- 【請求項１】 複数の固体変位素子が、層間に対向電極
を形成して積層されて成る積層セラミックアクチュエー
タにおいて、 前記固体変位素子が圧電素子と電歪素子であり、該素子
を交互に積層したことを特徴とする積層セラミックアク
チュエータ。 - 【請求項２】 固体変位素子が圧電素子の積層体と電歪
素子の積層体であることを特徴とする請求項１記載の積
層セラミックアクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5229769A JPH0786649A (ja) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | 積層セラミックアクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5229769A JPH0786649A (ja) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | 積層セラミックアクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0786649A true JPH0786649A (ja) | 1995-03-31 |
Family
ID=16897392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5229769A Pending JPH0786649A (ja) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | 積層セラミックアクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0786649A (ja) |
-
1993
- 1993-09-16 JP JP5229769A patent/JPH0786649A/ja active Pending
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