JPS63294975A - 積層型圧電素子 - Google Patents
積層型圧電素子Info
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- JPS63294975A JPS63294975A JP13070587A JP13070587A JPS63294975A JP S63294975 A JPS63294975 A JP S63294975A JP 13070587 A JP13070587 A JP 13070587A JP 13070587 A JP13070587 A JP 13070587A JP S63294975 A JPS63294975 A JP S63294975A
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Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (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〕
この発明はアクチュエータとして使用される積層型圧電
素子の構造に係り、特に圧電素子の内部心極府と外部Ｔ
Ｌ電極層絶縁する措１六に関［る。
素子の構造に係り、特に圧電素子の内部心極府と外部Ｔ
Ｌ電極層絶縁する措１六に関［る。
メカトロニクス機器の急速な発展に伴い、この分野で使
用されるアクチュエータが注目されてきている。現在、
過半のアクチェエータは電磁力で駆動されているため、
消費電力が大きい上に発熱や電磁ノイズ発生があり、こ
れに変わるアクチュエータの開発が望まれている。これ
に対し、固体の圧電効果を応用したアクチュエータは本
質的に電磁式アクチュエータの有する欠点を克服できる
ばかりか、小型、軽量で振動衝撃に対しても強いという
特長を有している。
用されるアクチュエータが注目されてきている。現在、
過半のアクチェエータは電磁力で駆動されているため、
消費電力が大きい上に発熱や電磁ノイズ発生があり、こ
れに変わるアクチュエータの開発が望まれている。これ
に対し、固体の圧電効果を応用したアクチュエータは本
質的に電磁式アクチュエータの有する欠点を克服できる
ばかりか、小型、軽量で振動衝撃に対しても強いという
特長を有している。
圧電式アクチェエータとしては、古くから２枚の圧電板
を貼り合わせた圧電バイモルフが知られており、スピー
カのトランジューサやＶＴＲヘッドのボジシッナー等と
して利用されている。バイモルフは比較的低電圧で数１
０Ｏｎの大きな変位が得られ、また容易に製造できると
いう利点をもつが、その反面発生力が小さく応答速度も
あまり速くない、また、圧電バイモルフは基本的には圧
電横効果を利用しているために電気−機械のエネルギー
変換効率も低い、このため、最近の高度に発達したメカ
トロニクスあるいはエレクトロニクス用アクチュエータ
としては特性的に不十分なものである。これを改良した
ものとして、多数の圧電板を層状に積み重ねた圧電縦効
果駆動のアクチュエータも提案されている。この積層型
圧電素子はバイモルフ型に比し、応答速度がはやい１発
生力が大きいなどの優れた特徴を有し、各分野での応用
が期待されている。
を貼り合わせた圧電バイモルフが知られており、スピー
カのトランジューサやＶＴＲヘッドのボジシッナー等と
して利用されている。バイモルフは比較的低電圧で数１
０Ｏｎの大きな変位が得られ、また容易に製造できると
いう利点をもつが、その反面発生力が小さく応答速度も
あまり速くない、また、圧電バイモルフは基本的には圧
電横効果を利用しているために電気−機械のエネルギー
変換効率も低い、このため、最近の高度に発達したメカ
トロニクスあるいはエレクトロニクス用アクチュエータ
としては特性的に不十分なものである。これを改良した
ものとして、多数の圧電板を層状に積み重ねた圧電縦効
果駆動のアクチュエータも提案されている。この積層型
圧電素子はバイモルフ型に比し、応答速度がはやい１発
生力が大きいなどの優れた特徴を有し、各分野での応用
が期待されている。
このような積層型圧電素子としては第３図に示すような
構造のものが提案されている。即ち本図において、１は
圧電セラミックス層、２Ａ、 ２Ｂはガラスフリット入
りの銀で形成された内部電極層、３Ａ、 ３Ｂは導電性
接着剤を塗布乾燥して形成された外部電極層である。こ
のような圧電素子は次のようにして作製される。内部電
極層２Ａ、 ２Ｂは同一の圧電セラミックス層１の表裏
に互いに分離して被着される。
構造のものが提案されている。即ち本図において、１は
圧電セラミックス層、２Ａ、 ２Ｂはガラスフリット入
りの銀で形成された内部電極層、３Ａ、 ３Ｂは導電性
接着剤を塗布乾燥して形成された外部電極層である。こ
のような圧電素子は次のようにして作製される。内部電
極層２Ａ、 ２Ｂは同一の圧電セラミックス層１の表裏
に互いに分離して被着される。
内部電極層２Ａ、 ２Ｂを有する圧電セラミックス層は
交互に表裏面を逆にして複数枚積層される。圧電素子の
内部電極層２Ａ、 ２Ｂは、２Ａ同志、 ２Ｂ同志を共
通に接続するために圧電素子の側端面に外部電極！Ｊ３
Ａ、 ３Ｂが形成される。
交互に表裏面を逆にして複数枚積層される。圧電素子の
内部電極層２Ａ、 ２Ｂは、２Ａ同志、 ２Ｂ同志を共
通に接続するために圧電素子の側端面に外部電極！Ｊ３
Ａ、 ３Ｂが形成される。
しかしながら上述のような構造の圧電素子においては、
圧電セラミックス［１の間に間隙５Ａ、 ５Ｂを生じる
ため、外部電極層３Ａ、 ３Ｂを形成する際に、この間
隙５Ａ、 ５Ｂに外部電極層が入り込み、接続してはな
らない内部電極層２Ｂと外部電極［３Ａ、内部電極層２
Ａと外部電極ｊ１３Ｂとが接触するため、内部電極層と
外部電極層につき信顛性の高い絶縁を行うことができな
いという問題点があった。
圧電セラミックス［１の間に間隙５Ａ、 ５Ｂを生じる
ため、外部電極層３Ａ、 ３Ｂを形成する際に、この間
隙５Ａ、 ５Ｂに外部電極層が入り込み、接続してはな
らない内部電極層２Ｂと外部電極［３Ａ、内部電極層２
Ａと外部電極ｊ１３Ｂとが接触するため、内部電極層と
外部電極層につき信顛性の高い絶縁を行うことができな
いという問題点があった。
この発明は上記の点に鑑みてなされ、その目的は圧電セ
ラミックス層の間隙に外部電極層が入り込まないように
し、内部電極層と外部電極層につき不要な接触を防止し
て、その絶縁の信転性を高めることにある。
ラミックス層の間隙に外部電極層が入り込まないように
し、内部電極層と外部電極層につき不要な接触を防止し
て、その絶縁の信転性を高めることにある。
上記の目的は、この発明によれば、圧電セラミックス層
と内部電極層とを交互に積層し、かつ内部電極層に交互
に極性の異なる電圧を印加して圧電セラミックス層ｌを
伸縮させる圧電素子において、圧電素子の側端面に一部
を露出する内部電極層２Ａ、 ２Ｂと、前記内部電極層
を介して積層された圧電セラミックス層の内部電極層の
介在しない間隙５Ａ、 ５Ｂに埋込まれた絶縁層４Ａ、
４Ｂと、圧電素子の前記側端面上に形成され、内部電
極層の前記露出部と電気的に接続された外部電極層３Ａ
、 ３Ｂ、とを備えることにより達成される。
と内部電極層とを交互に積層し、かつ内部電極層に交互
に極性の異なる電圧を印加して圧電セラミックス層ｌを
伸縮させる圧電素子において、圧電素子の側端面に一部
を露出する内部電極層２Ａ、 ２Ｂと、前記内部電極層
を介して積層された圧電セラミックス層の内部電極層の
介在しない間隙５Ａ、 ５Ｂに埋込まれた絶縁層４Ａ、
４Ｂと、圧電素子の前記側端面上に形成され、内部電
極層の前記露出部と電気的に接続された外部電極層３Ａ
、 ３Ｂ、とを備えることにより達成される。
圧電素子には側端面より電圧が供給される。圧電セラミ
ックス層１にはさまれた内部電極層２Ａ。
ックス層１にはさまれた内部電極層２Ａ。
２Ｂはその一部が側端面に露出される。この露出は外部
電極層との電気的接続のためである。内部電極層が側端
面に露出しない部分は、積層された圧電セラミックス層
間に間隙５＾、 ５Ｂを生じる。この間隙５Ａ、 ５Ｂ
は外部電極層との不要な電気的接続を防止するために設
けられたものである。内部電極層２Ａ、 ２Ｂにはそれ
ぞれ異なる極性の電圧が供給されるから、内部電極層２
Ａは外部電極層３Ａと接続し、内部電極層２Ｂは外部電
極［３Ｂと接続される。それ以外の電気的接続があって
はならない。
電極層との電気的接続のためである。内部電極層が側端
面に露出しない部分は、積層された圧電セラミックス層
間に間隙５＾、 ５Ｂを生じる。この間隙５Ａ、 ５Ｂ
は外部電極層との不要な電気的接続を防止するために設
けられたものである。内部電極層２Ａ、 ２Ｂにはそれ
ぞれ異なる極性の電圧が供給されるから、内部電極層２
Ａは外部電極層３Ａと接続し、内部電極層２Ｂは外部電
極［３Ｂと接続される。それ以外の電気的接続があって
はならない。
この間隙５Ａ、 ５Ｂには絶縁石４Ａ、 ４Ｂが形成さ
れる。
れる。
この絶縁層４Ａ、 ４Ｂは次に述べる外部電極層３Ａ、
３Ｂが間隙５Ａ、 ５Ｂに入り込んで内部電極層との
不要な接触例えば内部電極層２Ｂと外部電極層３Ａとの
接触などがおこらないようにする。
３Ｂが間隙５Ａ、 ５Ｂに入り込んで内部電極層との
不要な接触例えば内部電極層２Ｂと外部電極層３Ａとの
接触などがおこらないようにする。
外部電極層３Ａ、 ３Ｂは圧電素子の側端面に形成され
、上述のような内部電極層との必要な接続が行われる。
、上述のような内部電極層との必要な接続が行われる。
圧電セラミックス層としてはチタン酸鉛系、チタン酸ジ
ルコン酸鉛系等、電圧−ひすみ特性、温度−ひすみ特性
、クリープ、応答特性の良好な材料が用いられる。
ルコン酸鉛系等、電圧−ひすみ特性、温度−ひすみ特性
、クリープ、応答特性の良好な材料が用いられる。
内部電極層としてはｔｉｉ極、導電性接着剤等が用いら
れる。
れる。
圧電セラミックス層の積層は、焼結された圧電セラミッ
クス板の積層、成型された圧電セラミックス板の積層等
が行われる。成型された圧電セラミックスグリーンシー
トを積層してもよい。
クス板の積層、成型された圧電セラミックス板の積層等
が行われる。成型された圧電セラミックスグリーンシー
トを積層してもよい。
絶縁層４Ａ、 ４Ｂは間隙５Ａ、 ５Ｂに絶縁材料を含
浸させる等の方法で形成することができる。
浸させる等の方法で形成することができる。
内部電極層 （圧電セラミックス層よりも面積が小さい
）を介して積層された圧電セラミックス層の内部電極層
の介在しない間隙に埋込まれた絶縁層４Ａ、 ４Ｂは外
部電極層３Ａと内部電極層２Ｂ、外部電極Ｊｉ３Ｂと内
部電極層２Ａとの電気的接続を防止する。
）を介して積層された圧電セラミックス層の内部電極層
の介在しない間隙に埋込まれた絶縁層４Ａ、 ４Ｂは外
部電極層３Ａと内部電極層２Ｂ、外部電極Ｊｉ３Ｂと内
部電極層２Ａとの電気的接続を防止する。
実施例１
次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。
第１図はこの発明の実施例に係る積層型圧電素子の構成
を示す模式断面図である０本図においてｌは圧電セラミ
ックス層である。 ２Ａ、 ２１１は内部を積層である
。３Ａ、 ３Ｂは外部電極層である。 ４Ａ、 ４Ｂは
絶縁層である。
を示す模式断面図である０本図においてｌは圧電セラミ
ックス層である。 ２Ａ、 ２１１は内部を積層である
。３Ａ、 ３Ｂは外部電極層である。 ４Ａ、 ４Ｂは
絶縁層である。
第２図は第１図の圧電素子を積層するために用いられる
焼成された圧電セラミックス板を内部電極層とともに示
す２面図で、１１は圧電セラミックス板、２Ａ、 ２Ｂ
は内部電極層である。
焼成された圧電セラミックス板を内部電極層とともに示
す２面図で、１１は圧電セラミックス板、２Ａ、 ２Ｂ
は内部電極層である。
このような圧電素子は次のようにして形成される。
チタン酸鉛系の原料粉末をポリビニルアルコール等のバ
インダを含む溶液によく分散させる。スプレドライ法で
乾燥し、約１００μの粒径のプレス用粉体を得る。この
プレス用粉体を用いてプレス成型し、直径２５鶴、厚さ
１簡の圧電セラミックス成型体を得る。この成型体を温
度１２５０℃で２時間焼成し、次に研磨して厚さ０．５
ｗｍの圧電セラミックス板１１を得る。
インダを含む溶液によく分散させる。スプレドライ法で
乾燥し、約１００μの粒径のプレス用粉体を得る。この
プレス用粉体を用いてプレス成型し、直径２５鶴、厚さ
１簡の圧電セラミックス成型体を得る。この成型体を温
度１２５０℃で２時間焼成し、次に研磨して厚さ０．５
ｗｍの圧電セラミックス板１１を得る。
圧電セラミックス板１１の表と裏の両面に第２図に示す
ように銀電極ペーストを用いて内部電極層２Ａ、 ２Ｂ
を塗布する。内部電極層２Ａ、 ２Ｂはそれぞれ圧電素
子の側端面にツメの部分を介して露出する。
ように銀電極ペーストを用いて内部電極層２Ａ、 ２Ｂ
を塗布する。内部電極層２Ａ、 ２Ｂはそれぞれ圧電素
子の側端面にツメの部分を介して露出する。
このツメの部分は圧電セラミックス板】１の表と裏で逆
方向になるよう形成される。
方向になるよう形成される。
内部電極層２Ａ、 ２Ｂの塗布された圧電セラミックス
板１１を一層毎に表と裏を逆にして積層し、圧力１ｋｇ
／ｃ１１．温度６００℃で１０分間熱圧着して圧電セラ
ミックス板１１の接合を行う。
板１１を一層毎に表と裏を逆にして積層し、圧力１ｋｇ
／ｃ１１．温度６００℃で１０分間熱圧着して圧電セラ
ミックス板１１の接合を行う。
上述の方法で一体化された積層体はエポキシ系熱硬化樹
脂に浸漬して真空処理すると、間隙５Ａ。
脂に浸漬して真空処理すると、間隙５Ａ。
５Ｂにたまっている空気が脱ガスされ、代りにエポキシ
樹脂が含浸される。積層体を樹脂から取り出して、１５
０℃で３０分間熱処理を行う、樹脂が熱硬化する。
樹脂が含浸される。積層体を樹脂から取り出して、１５
０℃で３０分間熱処理を行う、樹脂が熱硬化する。
積層体の上下の面に付着した樹脂は平面研摩により、ま
た側端面に付着した樹脂は円筒研磨により除く、側端面
の研磨においては絶縁ｊｌ１４Ａ、 ４Ｂが必ず残るよ
うに注意して研磨される。このとき内部電極層は一層お
きに露出する。
た側端面に付着した樹脂は円筒研磨により除く、側端面
の研磨においては絶縁ｊｌ１４Ａ、 ４Ｂが必ず残るよ
うに注意して研磨される。このとき内部電極層は一層お
きに露出する。
側端面に露出した内部電極層２Ａ、 ２Ｂには導電性接
着剤を塗布乾燥して外部電極層が形成かつ接続される。
着剤を塗布乾燥して外部電極層が形成かつ接続される。
このようにして形成された積層型圧電素子に５００Ｖの
電圧を供給すると素子は良好に作動する。これは内部電
極層２Ｂと外部電極層３Ａおよび内部電極層２Ａと外部
電極層３Ｂの間の絶縁が良好であることを意味する。
電圧を供給すると素子は良好に作動する。これは内部電
極層２Ｂと外部電極層３Ａおよび内部電極層２Ａと外部
電極層３Ｂの間の絶縁が良好であることを意味する。
実施例２
圧電セラミックス原料１００部に対し、バインダとして
ポリビニルブチラールを２部、可塑剤としてフタル酸ジ
オクチルとポリエチレングリコールを合量で２部、分散
荊としてトリオレインを３〜５部、溶媒としてトルエン
とイソプロピルアルコールの混合物を８部秤量し、ボー
ルミルでよく分散混合させた。
ポリビニルブチラールを２部、可塑剤としてフタル酸ジ
オクチルとポリエチレングリコールを合量で２部、分散
荊としてトリオレインを３〜５部、溶媒としてトルエン
とイソプロピルアルコールの混合物を８部秤量し、ボー
ルミルでよく分散混合させた。
得られたスラリを減圧脱泡したのち、ドクタブレード法
でポリエステルのキャリアテープ上にキャストし、０．
３０ｍ厚に成膜した。これを自然乾燥。
でポリエステルのキャリアテープ上にキャストし、０．
３０ｍ厚に成膜した。これを自然乾燥。
赤外線乾燥したあと剥離を行い、５０ｍＸ５０ｍのサイ
ズにバンチしてグリーンシートを得た。
ズにバンチしてグリーンシートを得た。
内部電極層用の金属ペーストとしてＡｇ−Ｐｄ合金ペー
ストを用い、これを５０ｗＸ５０ｍのグリーンシートの
片面に約７μ厚にスクリーン印刷した。印刷パターンは
第２図ｔａ＋に従う。
ストを用い、これを５０ｗＸ５０ｍのグリーンシートの
片面に約７μ厚にスクリーン印刷した。印刷パターンは
第２図ｔａ＋に従う。
金属ペーストの印刷されたグリーンシートを５０枚内部
電極層のツメの部分が１層毎に逆向きになるよう積層し
、１２０℃、２００ｋｇ／−の条件で熱プレスして圧着
して積層する。
電極層のツメの部分が１層毎に逆向きになるよう積層し
、１２０℃、２００ｋｇ／−の条件で熱プレスして圧着
して積層する。
このようにして得られたグリーンシートの積層体を切断
し直径６ｆｉで厚さ１３鶴の成型された積層体を得る。
し直径６ｆｉで厚さ１３鶴の成型された積層体を得る。
成型された積層体は１０℃／時間の速度で昇温し、５０
０℃で５時間保持して脱バインダ処理を行い、さらに２
５℃／時間の速度で昇温し１２７０℃で２時間保持して
焼成を行い、圧電素子の積層体を得る。
０℃で５時間保持して脱バインダ処理を行い、さらに２
５℃／時間の速度で昇温し１２７０℃で２時間保持して
焼成を行い、圧電素子の積層体を得る。
圧電素子の積層体は実施例１と同様にして絶縁材料を含
浸させ、また外部電極層を設けることができる。
浸させ、また外部電極層を設けることができる。
得られた積層型圧電素子に５００■の電圧を掛けて駆動
させると、良好に作動することがわかる。
させると、良好に作動することがわかる。
この発明によれば、圧電セラミックス層と内部電極層と
を交互に積層し、かつ内部電極層に交互に極性の異なる
電圧を印加して圧電セラミックス層を伸縮させる圧電素
子において、圧電素子の側端面に一部を露出する内部電
極層と、前記内部電極層を介して積層された圧電セラミ
ックス層の内部電極層の介在しない間隙に埋込まれた絶
縁層と、圧電素子の前記側端面上に形成され、内部電極
層の前記露出部と電気的に接続された外部電極層、とを
備えるので、圧電セラミックス層よりも面積の小さい内
部電極層を介して積層された圧電セラミックス層の内部
電極層の介在しない間隙に埋込まれた絶縁層が接続され
てはならない外部電極層と内部ｉｉｉ極層とを確実に絶
縁し、その結集積層型圧電素子の製造の歩留りが著しく
向上する。
を交互に積層し、かつ内部電極層に交互に極性の異なる
電圧を印加して圧電セラミックス層を伸縮させる圧電素
子において、圧電素子の側端面に一部を露出する内部電
極層と、前記内部電極層を介して積層された圧電セラミ
ックス層の内部電極層の介在しない間隙に埋込まれた絶
縁層と、圧電素子の前記側端面上に形成され、内部電極
層の前記露出部と電気的に接続された外部電極層、とを
備えるので、圧電セラミックス層よりも面積の小さい内
部電極層を介して積層された圧電セラミックス層の内部
電極層の介在しない間隙に埋込まれた絶縁層が接続され
てはならない外部電極層と内部ｉｉｉ極層とを確実に絶
縁し、その結集積層型圧電素子の製造の歩留りが著しく
向上する。
第１図はこの発明の実施例に係る圧電素子の模式断面図
、第２図はこの発明の実施例に係る圧電素子を積層する
ための圧電セラミックス板の２面図、第３図は従来の積
層型圧電素子の模式断面図である。 １：圧電セラミックス層、２Ａ、２Ｂ：内部電極層、３
Ａ、３１１外部電８ｉ層、４Ａ、４Ｂ：絶縁層。 代、、゛、ｊｌ“ｉｌｌ、 ｌ−１ｉ＋：”（４第１図 第２図
、第２図はこの発明の実施例に係る圧電素子を積層する
ための圧電セラミックス板の２面図、第３図は従来の積
層型圧電素子の模式断面図である。 １：圧電セラミックス層、２Ａ、２Ｂ：内部電極層、３
Ａ、３１１外部電８ｉ層、４Ａ、４Ｂ：絶縁層。 代、、゛、ｊｌ“ｉｌｌ、 ｌ−１ｉ＋：”（４第１図 第２図
Claims (1)
- １）圧電セラミックス層と内部電極層とを交互に積層し
、かつ内部電極層に交互に極性の異なる電圧を印加して
圧電セラミックス層を伸縮させる圧電素子において、圧
電素子の側端面に一部を露出する内部電極層と、前記内
部電極層を介して積層された圧電セラミックス層の内部
電極層の介在しない間隙に埋込まれた絶縁層と、圧電素
子の前記側端面上に形成され、内部電極層の前記露出部
と電気的に接続された外部電極層、とを備えることを特
徴とする積層型圧電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13070587A JPS63294975A (ja) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | 積層型圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13070587A JPS63294975A (ja) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | 積層型圧電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63294975A true JPS63294975A (ja) | 1988-12-01 |
Family
ID=15040651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13070587A Pending JPS63294975A (ja) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | 積層型圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63294975A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02272781A (ja) * | 1989-04-14 | 1990-11-07 | Fuji Electric Co Ltd | 積層形圧電アクチュエータ素子 |
-
1987
- 1987-05-27 JP JP13070587A patent/JPS63294975A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02272781A (ja) * | 1989-04-14 | 1990-11-07 | Fuji Electric Co Ltd | 積層形圧電アクチュエータ素子 |
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