JPS63288075A - 電歪効果素子 - Google Patents
電歪効果素子Info
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- JPS63288075A JPS63288075A JP62124770A JP12477087A JPS63288075A JP S63288075 A JPS63288075 A JP S63288075A JP 62124770 A JP62124770 A JP 62124770A JP 12477087 A JP12477087 A JP 12477087A JP S63288075 A JPS63288075 A JP S63288075A
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Links
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Classifications
-
- 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
- H10N30/508—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure adapted for alleviating internal stress, e.g. cracking control layers
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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〕
本発明は圧電アクチュエータに用いられる電歪効果素子
に関する。
に関する。
〔従来の技ｆｉ）
インパクト形ドツトプリンタのヘッド印字ワイＡ７を駆
動するアクチュエータは、最近、従来の電磁力利用した
ものから圧電効果を利用するものへと移行が始まってい
る。この圧電アクチュエータは発熱が少なく、また小形
で高速駆動が可能なため、光または磁気ディスクヘッド
、各種光学装置、精密工作機械およびＬＳＩ１１露光装
置等の精密位置決め装置、その他の機械的駆動素子とし
てもきわめて有望視されている。しかしながら、圧電効
果による機械的変位は本質的にきわめて小さいので、ア
クチュエータの駆動源となるべき電歪効果素子には、例
えば、昭和５８年９月発行の「電子通信学会誌」に開示
されているように、圧電セラミック部材と内部電極導体
とを超多重に積層して圧電の縦効果を８めた構造のもの
が、通常用いられている。すなわら、この電歪効果素子
はペロブスカイト結品構造をもつ多成分固溶体セラミッ
ク粉末の有機バインダを混合してグリーンシート化し、
その上に銀−パラジウム電極導体層をペースト状に塗布
した侵、数十層（例えば７２１！！ｊ）に積層して焼結
したものである。この焼結体は焼成された銀−パラジウ
ム電極導体を一層おきに接続して２つのくし歯型Ｔｉ極
を形成し、外部から１５０Ｖ程度の直流電圧を与えると
、約８蜘の静的変位を容易に発生する。
動するアクチュエータは、最近、従来の電磁力利用した
ものから圧電効果を利用するものへと移行が始まってい
る。この圧電アクチュエータは発熱が少なく、また小形
で高速駆動が可能なため、光または磁気ディスクヘッド
、各種光学装置、精密工作機械およびＬＳＩ１１露光装
置等の精密位置決め装置、その他の機械的駆動素子とし
てもきわめて有望視されている。しかしながら、圧電効
果による機械的変位は本質的にきわめて小さいので、ア
クチュエータの駆動源となるべき電歪効果素子には、例
えば、昭和５８年９月発行の「電子通信学会誌」に開示
されているように、圧電セラミック部材と内部電極導体
とを超多重に積層して圧電の縦効果を８めた構造のもの
が、通常用いられている。すなわら、この電歪効果素子
はペロブスカイト結品構造をもつ多成分固溶体セラミッ
ク粉末の有機バインダを混合してグリーンシート化し、
その上に銀−パラジウム電極導体層をペースト状に塗布
した侵、数十層（例えば７２１！！ｊ）に積層して焼結
したものである。この焼結体は焼成された銀−パラジウ
ム電極導体を一層おきに接続して２つのくし歯型Ｔｉ極
を形成し、外部から１５０Ｖ程度の直流電圧を与えると
、約８蜘の静的変位を容易に発生する。
（発明が解決しようとする問題点）
上述した従来の電歪効果素子は次のような欠点がある。
（１）圧電セラミックが超多重にｆ１層されるために、
数μＦの静電容量があり、高速で動作させるためには数
Δのドライブ電流が必要であり、このため、電源の出力
インピーダンスを小さくしなければならず、静電容量が
大きいほど電源もまた、きわめて大きくなる。そこで、
静電容量を減少させる方策として、圧電セラミックの誘
電率が小さいものを用いればよいが歪がそれに伴ない減
少してしまう。圧電セラミックの厚みを大きくすること
と同様に歪が減してしまう。また、断面積を小さくする
と、発生力が減少すると同時に機械的強度も弱くなる。
数μＦの静電容量があり、高速で動作させるためには数
Δのドライブ電流が必要であり、このため、電源の出力
インピーダンスを小さくしなければならず、静電容量が
大きいほど電源もまた、きわめて大きくなる。そこで、
静電容量を減少させる方策として、圧電セラミックの誘
電率が小さいものを用いればよいが歪がそれに伴ない減
少してしまう。圧電セラミックの厚みを大きくすること
と同様に歪が減してしまう。また、断面積を小さくする
と、発生力が減少すると同時に機械的強度も弱くなる。
（２）積層することにより、素子内部には色々な箇所に
圧電セラミックを破壊するのに十分な応力が発生する。
圧電セラミックを破壊するのに十分な応力が発生する。
この応力を低減する方策として、部分的に層厚を厚くす
ると、素子の長さが長くなる。
ると、素子の長さが長くなる。
Ｃ問題点を解決するための手段〕
本発明の電歪効果素子は、断面積が１×１０−１２ｍ２
以上の孔が複数個形成された圧電セラミック部材を含む
ことを特徴とする。
以上の孔が複数個形成された圧電セラミック部材を含む
ことを特徴とする。
このように、圧電セラミック部材に、断面Ｉｉ１×１０
−１２ｍ２以上の孔を形成することにより、電歪効果素
子の静電容量および内部に発生する応力を減少させるこ
とができる。
−１２ｍ２以上の孔を形成することにより、電歪効果素
子の静電容量および内部に発生する応力を減少させるこ
とができる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第１図は本発明の電歪効果素子の一実施例の縦断面図で
ある。本実施例では圧電セラミックの活性な層全層に渡
たり空孔を形成した例である。圧電セラミック部材１は
複合ペロブスカイト構造を有するチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）であり、厚みは約１００１Ｊａである。圧電
セラミック部材１のほぼ中間に厚み２０趨、幅３０ｍで
長さは素子の断面の奥行と等しい孔２が０．１厘ピッチ
で１列に２０個形成されている。内部電極３は銀−パラ
ジウム合金であり、厚みは５顯で素子断面全体に渡って
いる。この圧電セラミック部材１と内部電極３を交互に
６０層積層して積層体４が形成されている。積層体４の
両端部には約０．５履の厚みの圧電セラミック部材から
なる保護Ｉｌ！ｉ５が積み重ねである。絶ＲＨ６は積層
体４の相対する１対の側面に露出している内部電極３の
端部を１層おきに絶縁している。この絶縁層６の形成さ
れた積層体４の側面に銀電極が焼付けられて１対の外部
電極７が形成されている。
ある。本実施例では圧電セラミックの活性な層全層に渡
たり空孔を形成した例である。圧電セラミック部材１は
複合ペロブスカイト構造を有するチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）であり、厚みは約１００１Ｊａである。圧電
セラミック部材１のほぼ中間に厚み２０趨、幅３０ｍで
長さは素子の断面の奥行と等しい孔２が０．１厘ピッチ
で１列に２０個形成されている。内部電極３は銀−パラ
ジウム合金であり、厚みは５顯で素子断面全体に渡って
いる。この圧電セラミック部材１と内部電極３を交互に
６０層積層して積層体４が形成されている。積層体４の
両端部には約０．５履の厚みの圧電セラミック部材から
なる保護Ｉｌ！ｉ５が積み重ねである。絶ＲＨ６は積層
体４の相対する１対の側面に露出している内部電極３の
端部を１層おきに絶縁している。この絶縁層６の形成さ
れた積層体４の側面に銀電極が焼付けられて１対の外部
電極７が形成されている。
このように接続した内部電極３に電圧を印加した時の変
位量１発生力、静電容おおよび抗折強度について、孔が
形成されていない電歪効果素子との比較した結果を表１
に示す。
位量１発生力、静電容おおよび抗折強度について、孔が
形成されていない電歪効果素子との比較した結果を表１
に示す。
表 １
表１に示したようにエネルギー変換効率は５０％から４
５％と、抗折強度は１０Ｋｇ／−から８に９／−と若干
減少するが、それに比較して静電容量は約２分の１以下
と小さくなった。
５％と、抗折強度は１０Ｋｇ／−から８に９／−と若干
減少するが、それに比較して静電容量は約２分の１以下
と小さくなった。
第２図〜第４図は本発明の電歪効果素子の他の実施例の
縦断面図である。
縦断面図である。
第２図の実施例は孔２が形成された圧電セラミック部材
１が積層体４の活性な部分のうち両端部の５１１に積み
重ねられ、その他の部分の圧電セラミック部材１には孔
が形成されていない。本構造で形成された電歪効果素子
の変位量、静電容量。
１が積層体４の活性な部分のうち両端部の５１１に積み
重ねられ、その他の部分の圧電セラミック部材１には孔
が形成されていない。本構造で形成された電歪効果素子
の変位量、静電容量。
絶縁抵抗などの特性は従来例と変わらない。このように
両端部に近い部分だけに孔が形成されていると、その部
分の歪は小さくなり、不活性な層との間に発生づる応力
は低減され、ｉ械的振動に対する耐久性が良くなる。
両端部に近い部分だけに孔が形成されていると、その部
分の歪は小さくなり、不活性な層との間に発生づる応力
は低減され、ｉ械的振動に対する耐久性が良くなる。
第３図の実施例は圧電セラミック部材１の側面に近い部
分に孔２を設けたものである。孔２は側面より０．５
ｍ以内に形成してあり、電歪効果素子の電気的特性は従
来例と変わらない。側面に近い部分に孔２を形成されて
いると、側面に形成されている絶縁層６や外部電極７と
圧電セラミック部材１との間に発生する応力は低減され
、機械的振動に対する耐久性が良くなる。
分に孔２を設けたものである。孔２は側面より０．５
ｍ以内に形成してあり、電歪効果素子の電気的特性は従
来例と変わらない。側面に近い部分に孔２を形成されて
いると、側面に形成されている絶縁層６や外部電極７と
圧電セラミック部材１との間に発生する応力は低減され
、機械的振動に対する耐久性が良くなる。
ＰＥ４図の実施例は保１１１５のうち、活性な圧電セラ
ミック部材１に近い部分に孔２を設けたものである。孔
２は０．５履の厚みの形成されており、電歪効果素子の
変位量、静電容量、絶縁抵抗などの電気的特性は従来例
と変わらない。不活性な圧電セラミック部材１に孔２を
設けると、剛性が低下し、その部分に加わる応力が低減
され、機械的振動に対する耐久性が良くなる。
ミック部材１に近い部分に孔２を設けたものである。孔
２は０．５履の厚みの形成されており、電歪効果素子の
変位量、静電容量、絶縁抵抗などの電気的特性は従来例
と変わらない。不活性な圧電セラミック部材１に孔２を
設けると、剛性が低下し、その部分に加わる応力が低減
され、機械的振動に対する耐久性が良くなる。
上述した実施例では孔の大きさは一定にして説明してい
るが、孔の大きさ、さらに孔の濃度については電歪効果
素子の要望される性能にもとずき個々に決められること
は言うまでもない。
るが、孔の大きさ、さらに孔の濃度については電歪効果
素子の要望される性能にもとずき個々に決められること
は言うまでもない。
なお、孔の断面積を１×１０−１２ｍ２以上と規定した
が、これ以下では孔が形成されていないのと等しくなり
効果が出ない理由による。
が、これ以下では孔が形成されていないのと等しくなり
効果が出ない理由による。
第１図の実施例では主に静電容量の減少、第２図の実施
例では内部応力の減少を目的に孔を形成しているが、孔
の形成する箇所については説明のために特定しているが
、これらを組み合せることにより、より大きな効果が出
ることも言うまでもない。
例では内部応力の減少を目的に孔を形成しているが、孔
の形成する箇所については説明のために特定しているが
、これらを組み合せることにより、より大きな効果が出
ることも言うまでもない。
以上説明したように本発明は、圧電セラミック部材内に
断面積が１×１Ｏ−１２ＴｒＬ２以上の孔を形成するこ
とにより、素子の静電容１が減少し、素子の内部に発生
する応力が減少する効果がある。
断面積が１×１Ｏ−１２ＴｒＬ２以上の孔を形成するこ
とにより、素子の静電容１が減少し、素子の内部に発生
する応力が減少する効果がある。
第１図〜第４図は本発明の電歪効果素子の一実施例の縮
開面図である。 １・・・圧電セラミック部材、 ２・・・孔、 ３・・・内部電極、 ４・・・積龍体、 ５・・・保２ｉ層、 ６・・・絶縁層、 ７・・・外部電極。
開面図である。 １・・・圧電セラミック部材、 ２・・・孔、 ３・・・内部電極、 ４・・・積龍体、 ５・・・保２ｉ層、 ６・・・絶縁層、 ７・・・外部電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 圧電セラミック部材と内部電極導体とが交互に重ね合わ
されてなる積層焼結体を含み、積層焼結体の対向する側
面に露出する内部電極導体の端部が一層おきに互い違い
に絶縁され、絶縁されていない該端部が側面ごとに外部
電極に接続され、２つのくし歯形内部電極が形成されて
いる電歪効果素子において、 断面積が１×１０＾−＾１＾２ｍ＾２以上の孔が複数個
形成された圧電セラミック部材を含むことを特徴とする
電歪効果素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62124770A JPS63288075A (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | 電歪効果素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62124770A JPS63288075A (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | 電歪効果素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63288075A true JPS63288075A (ja) | 1988-11-25 |
Family
ID=14893684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62124770A Pending JPS63288075A (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | 電歪効果素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63288075A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006000479A1 (de) * | 2004-06-29 | 2006-01-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Piezoelektrisches bauteil mit sollbruchstelle, verfahren zum herstellen des bauteils und verwendung des bauteils |
| WO2006076894A1 (de) * | 2005-01-18 | 2006-07-27 | Epcos Ag | Piezoaktor mit niedriger streukapazität |
| JP2006518934A (ja) * | 2003-02-24 | 2006-08-17 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | 電気的な多層構成部材及び層スタック |
| JP2008218716A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Seiko Epson Corp | 圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンター |
| US20100032503A1 (en) * | 2005-09-29 | 2010-02-11 | Kyocera Corporation | Multilayer Piezoelectric Element and Injector Using the Same |
| EP2378579A3 (de) * | 2010-04-16 | 2013-10-02 | Robert Bosch GmbH | Piezoelektrischer Aktor |
-
1987
- 1987-05-20 JP JP62124770A patent/JPS63288075A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006518934A (ja) * | 2003-02-24 | 2006-08-17 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | 電気的な多層構成部材及び層スタック |
| JP2012216874A (ja) * | 2003-02-24 | 2012-11-08 | Epcos Ag | 電気的な多層構成部材及び層スタック |
| WO2006000479A1 (de) * | 2004-06-29 | 2006-01-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Piezoelektrisches bauteil mit sollbruchstelle, verfahren zum herstellen des bauteils und verwendung des bauteils |
| US7420319B2 (en) | 2004-06-29 | 2008-09-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Piezoelectric component with predetermined breaking point and method for manufacturing and using the component |
| WO2006076894A1 (de) * | 2005-01-18 | 2006-07-27 | Epcos Ag | Piezoaktor mit niedriger streukapazität |
| US7579756B2 (en) | 2005-01-18 | 2009-08-25 | Epcos Ag | Piezoactuator with low stray capacitance |
| JP4878347B2 (ja) * | 2005-01-18 | 2012-02-15 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | 浮遊容量の小さいピエゾアクチュエータ |
| US20100032503A1 (en) * | 2005-09-29 | 2010-02-11 | Kyocera Corporation | Multilayer Piezoelectric Element and Injector Using the Same |
| US8288921B2 (en) * | 2005-09-29 | 2012-10-16 | Kyocera Corporation | Multilayer piezoelectric element and injector using the same |
| JP2008218716A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Seiko Epson Corp | 圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンター |
| EP2378579A3 (de) * | 2010-04-16 | 2013-10-02 | Robert Bosch GmbH | Piezoelektrischer Aktor |
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