JPS63142875A

JPS63142875A - 圧電積層アクチユエ−タ−

Info

Publication number: JPS63142875A
Application number: JP61290749A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Fujii; 藤井　博満
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1986-12-05
Filing date: 1986-12-05
Publication date: 1988-06-15

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。

Description

【発明の詳細な説明】利用産業分野この発明は、ＶＴＲ１磁気テ゛イスク装置、光デイスク
装置等の記録再生へラドアクチュエーター、情密弁、精
密試料位置決め機溝、ドツトインパクトプリンターヘッ
ド等のアクチュエーターとして好適な圧電積層アクチュ
エーターに係り、組立後の内部電極層の剥離が生じない
溝成からなる圧電積層アクチュエーターに関する。

背景技術圧電積層アクチュエーターの構成としては、特開昭５９
−１７５１７６号公報に示される如き構成が知られてい
る。

すなわち、第３図に示す如く、圧電磁器板（１）と内部
電極層（２）を交互に積層した積層体の対向位置にある
一対の積層端面に、積層された内部電極層（２）を一層
おきに絶縁する絶縁被覆層（３）を、一対の積層端面で
積層方向にずれ且つ非対称形で設けるとともに、内部電
極層（２）を一層おきに接続する外部電極層（４）を前
記絶縁被覆層（３）上に設けた構成からなる。

このような構成において、外部端子（５Ｘ５）に所要電
圧を印加すると、圧電効果により積層方向に所定量の変
位（伸長）を得ることができる。

上記構成の圧電積層アクチュエーターの内部電極層とし
ては、従来から白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニ
ッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）等の金属ペーストをスクリ
ーン印刷法、ディップ法等にて被着した後、所定温度で
焼付け、圧電磁器板と一体化した構成が知られている。

また、圧電積層アクチュエーターとして所望の圧電効果
（縦効果歪）を得るには、圧電磁器板を積層方向である
厚み方向に、隣接した圧電磁器板間で分極向きが相互に
逆となるように分極する必要があるが、通常、前記内部
電極層、及び絶縁被覆層、外部電極層等の固着焼付時に
圧電磁器板のキューリ一温度以上（２００℃程度以上）
に加熱するため、分極はかかる加熱を終了した後、後続
工程にて行なっている。

しかし、圧電磁器板を積層固着した後に分極すると、目
的とする縦効果歪を付与することは可能であるが、同時
に横効果歪をも誘発する問題があった。

すなわち、内部電極層を介して複数枚の圧電磁器板を積
層した構成では、内部電極層は歪まないが、圧電磁器板
は、横効果歪を誘発しねさらにその残留歪みが横方向に
生じることから、これらの歪差を要因として前記内部電
極層と圧電磁器板との間で剥離を招き、アクチュエータ
ーとしての信頼性を著しく低下させるという問題があっ
た。

発明の目的この発明は、かかる現状に鑑み、内部電極層を介して複
数枚の圧電磁器板を積層した構成において、組立後の内
部電極層が剥離を生じない構成からなる圧電積層アクチ
ュエーターを目的としている。

発明の構成と効果この発明は、圧電磁器板からの内部電極層の剥離を防止
できる圧電積層アクチュエータの構成を目的に種々検討
した結果、通常ペースト状電極材料が圧電磁器板上にわ
たって均一に焼付けられる、いわゆる最適焼付温度より
５０〜２００℃程度高い温度で焼付け、内部電極層に特
定の孔を多数設けることにより、圧電磁器板の歪みに応
じて内部電極層を歪ませることが可能となり、剥離防止
が実現できることを知見し、この発明を完成したもので
ある。

すなわち、この発明は、圧電磁器板と内部電極層を交互に積層した積層体のｔ；
ｔｌｒｉｌ（ｌ′ｆニアＦ！、−＊Ｘ−’Ｚ：Ｆ（７１
１，Ｉ）腐６．’Ａ４ｉ？ｉ１．−Ｉｉ’ＦＶ２ｈ？−
内部電極層を一層おきに絶縁する絶縁被覆層を一対の積
層端面で積層方向にずれた非対称形で設けるとともに、
内部電極層を一層おきに接続する外部電極層を設けた圧
電積層アクチュエーターにおいて、前記内部電極層が、パラジウム（Ｐｄ）及びｌまたは白
金（Ｐｔ）を主成分とする金属材料からなり、かつ積層
方向に貫通する複数の孔を有するか、あるいはさらに、
上記内部電極層の孔内部に、圧電磁器板と同材質からな
り内部電極層を介して対向する各々圧電磁器板を接続す
る共材を配設してなることを特徴とする圧電積層アクチ
ュエーターである。

発明の好ましい実施態様この発明において圧電磁器板としては、ジルコン酸チタ
ン酸鉛（以下ＰＺＴ）を主成分とする圧電磁器板、ペロ
ブスカイト結晶構造を有する他の圧電磁器組成物を第三
成分とする複合三成分ＰＺＴ系圧電圧電磁器板タン酸バ
リウム系圧電磁器板等、公知のいずれの圧電磁器材料を
も用いることができる。

また、絶縁被覆層は、外部電極層と所定の内部電極層と
を電気的に絶縁するものであればよく、エポキシ樹脂、
アクリル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化型樹脂、紫外
線硬化型樹脂の他、ガラス等公知の材料が適用できる。

外部電極層も同様に、導電性熱硬化型樹脂、導電性紫外
線硬化型樹脂等、公知の材料が適用できる。

この発明の特徴である複数の特定孔を有する内部電極を
構成する材料は、Ｐｄおよびｌまたはｐｔを主成分とす
る材料からなり、Ａｇ、　Ｎｉ等と共に粉末状にした後
、バインダーとともに混合してペースト状となし、塗布
後に所定温度で焼付ける。

この焼付温度は、通常ペースト状電極材料が圧電磁器板
上にわたって均一に焼付けられる、所謂、最適焼付温度
よりも５０〜２００℃程度高い温度にて焼付けることに
よって、該材料が本来有する電気的特性を失うことなく
、内部電極の積層方向に貫通する複数の小孔を形成でき
る。これはペースト状電極材料中のＡｇ、　Ｎｉ等、主
成分となるＰｄ、ｐｔより融点の低い材料が、Ｐｄ５Ｐ
ｔ等に固溶するためと考えられる。

発明者の実験によれば、上記内部電極層の材料としてＰ
ｄおよび／またはｐｔからなる金属または合金とＡｇと
を、９：１〜５：５の割合で混合した場合、及びＰｄお
よびｌまたはＰｔからなる金属または合金とＮｉとを、
９：１〜７：３の割合に応じて所定温度で焼付けたとき
、良好な結果が得られることを確認した。

上述の焼付温度を調節する方法の他、公知の種々の材料
を圧電磁器板への被着時にあらかじめ網目状に塗布した
り、任意に点在させて塗布した後、通常の焼付温度にて
焼付ける方法等も可能であるが、工業的な生産規模にお
いては、上記の材料を高い温度で焼付ける方法が効率的
である。

かかる方法にて得られた小孔の形状は、円筒、角部等の
定形に限らず任意の形状で良いが、その最小内径寸法は
、アクチュエーターとして必要とされる各圧電磁器板の
厚さ、通常、０．０５ｍｍ〜１ｍｍ厚みの１／２を超えると、電気信
号を入力しても電気力線が効果的に作用せず、圧電効果
の発生しない部分が生ずることから、圧電磁器板の厚さ
の１／２以下とする必要がある。

また、該貫通孔によって形成される非電極部の面積が大
きくなりすぎると、アクチュエーター駆動時に入力でき
る電流が制限され、大きな変位を得ることができなくな
るため、各々圧電磁器板の内部電極形成面における非電
極部の面積と、電極部（電極被着部）の面積との比を１
：１以下とする必要がある。

上記構成からなる内部電極層の孔内部に、圧電磁器板と
同材質からなり、内部電極層を介して対向する各々圧電
磁器板を接続する共材を配設すことによって、各々圧電
磁器板同志を更に強固に固着でき、アクチュエーター分
極時の横効果型による剥離を積極的に防止することがで
きる。

上記共材は、前記の内部電極層用の材料を混合する際に
、圧電磁器材と同材質からなる径１ｐｍ程度以下の微粉
末を同時に混合してペースト状となし、塗布し焼付けに
て圧電磁器板に被着させるとよい。

この共材が前記孔内郡全体に充填されると、初期の目的
である内部電極層の歪を阻害することとなるため、共材
の圧電磁器板への接触面積は孔部面積の１１５以下とす
ることが望ましい。

以上に内部電極層の形成方法を詳述したが、絶縁層、外
部電極層の形成方法の他、焼結、切断、分極等の各工程
も従来から知られる種々の方法を採用することが可能で
ある。

図面に基づ〈発明の開示第１図（ａ）（ｂ）及び第２図（ａＸｂ）は、この発明
の圧電積層アクチュエーターにおける圧電磁器板と内部
電極層及び共材の配置構成を示す概略説明図であり、い
ずれも（ａ）は縦断面図、（ｂ）は内部電極平面図であ
る。第３図は圧電積層アクチュエーターの斜視説明図で
ある。

この発明の圧電積層アクチュエーターの構造は、第３図
に示す如く圧電磁器板（１）と内部電隊層（２）を交互
に積層した積層体の対向位置にある一対の積層端面に、
積層された内部電極層（２）を一層おきに絶縁する絶縁
被覆層（３）を、一対の積層端面で積層方向にずれ且つ
非対称形で設けるとともに、内部電極層（２）を一層お
きに接続する外部電極層（４）を前記絶縁被覆層（３）
上に設けた構成からなる。

第１図において、圧電磁器板（１）は内部電極層（２）
を介して積層されるが、内部電極層（２）はＰｄおよび
ｌまたはｐｔを主成分とする材料からなり、Ａｇ、　Ｎ
ｉ等と共に粉末状にした後、バインダーとともに混合し
てペースト状となし、圧電磁器板（１）の主面に塗布し
、その後、ペースト状金属材料の組成に応じた最適焼付
温度よりも５０〜２００℃程度高い温度で焼付けること
により、内部電極層（２）の厚み方向に貫通する貫通孔
（６）が生成する。

貫通孔（６）は、その最大径が圧電磁器板の厚さの１７
２以下であり、孔総面積は内部電極層（２）の塗布面積
の１／２以下である。

さらに第２図には、貫通孔（６）内に、各々圧電磁器板
（ＩＸＩ）に接続する共材（７）を配置した例を示して
いる。これは内部電極層材料の混合ときに、圧電磁器材
と同材質からなる径１陽程度以下の微粉末を同時に混合
してペースト状となし、塗布、焼付により生成させるも
ので、共材（７）の貫通孔（６）内で占める面積は孔面
積の１１５以下である。

実施例Ｘ創シ。

ジルコン酸チタン酸鉛を主成分とする１００〜２００枚のグリーンシートに、各々ＰｄとＡｇ
との混合比が７：３からなる金属ペーストをスクリーン
印刷したのち、積層圧着して一体とし、さらに１１５０
〜１２５０℃にて焼結した。

該積層体に電気泳動法にて、エポキシ系樹脂からなる絶
縁層を形成し、さらに導電性エポキシ系樹脂からなる外
部電極層を、積層体の露出内部電極層及び絶縁層の上面
に帯状に被着し硬化させた。

この後所要寸法に切断し、所定方向に分極して圧電積層
アクチュエーターとした。

得られた該アクチュエーターの各圧電磁器板の大きさは
、縦３〜５ｍｍ　Ｘ横３〜５ｒｎ！Ｉｎ×厚さ０．１０
〜０．１２ｍｍで、また内部電極層の厚さは１〜２￥ｔ
ｍであった。この時のアクチュエーターの全長は１０〜
２５ｍｍであった。

この圧電積層アクチュエーターの内部電極層を観察した
ところ、第１図に示す如き複数の貫通孔が形成されてお
り、その最小内側寸法は５〜４０￥ｘｍの範囲にあり、
また、これら非電極部の面積と電極部の面積との比は約
２＝３程度であった。

上記圧電積層アクチュエーター圧電磁器板と内部電極層
との剥離を生ずることな良好に作動した。ちなみに、従
来の圧電積層アクチュエーターでは、５０／１００の率
で圧電磁器板と内部電極層との剥離を生じたが、この発
明の場合は、０／１００であった。

実施例２内部電極層となる金属ペースト作成時にジルコン酸、チ
タン酸鉛を主成分とし、粒径が１．０ｐｍ以下からなる
微粉末を混合し、その他はすべて実施例１と同様にして
作成した圧電積層アクチュエーターにおいても内部電極
層の剥離を全く生ずることなく良好なる作動を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はこの発明の圧電積層アクチュエーター
圧電磁器板と内部電極層との構成を示す説明図である。第３図は圧電積層アクチュエーターの斜視説明図である
。１・・・圧電磁器板、２・・・内部電極層、３・・・絶
縁被覆層、４・・・外部電極層、５・・・外部端子、６
・・・貫通孔、７・・・共材。第１図（ａ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第２図（α］（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】１圧電磁器板と内部電極層を交互に積層した積層体の対向
位置にある一対の積層端面に、積層された内部電極層を
一層おきに絶縁する絶縁被覆層を一対の積層端面で積層
方向にずれた非対称形で設けるとともに、内部電極層を
一層おきに接続する外部電極層を設けた圧電積層アクチ
ュエーターにおいて、前記内部電極層が、パラジウム（
Ｐｄ）及び／または白金（Ｐｔ）を主成分とする金属材
料からなり、かつ積層方向に貫通する複数の孔を有する
ことを特徴とする圧電積層アクチュエーター。２圧電磁器板と内部電極層を交互に積層した積層体の対向
位置にある一対の積層端面に、積層された内部電極層を
一層おきに絶縁する絶縁被覆層を一対の積層端面で積層
方向にずれた非対称形で設けるとともに、内部電極層を
一層おきに接続する外部電極層を設けた圧電積層アクチ
ュエーターにおいて、前記内部電極層が、パラジウム（
Ｐｄ）及び／または白金（Ｐｔ）を主成分とする金属材
料からなり、かつ積層方向に貫通する複数の孔を有する
とともに、該孔内部に圧電磁器板と同材質からなり、内
部電極層を介して対向する各々圧電磁器板を接続する共
材を配設してなることを特徴とする圧電積層アクチュエ
ーター。