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圧電セラミックマイクロアクチュエータは、逆圧電効果を利用して作られた新しいタイプの固体アクチュエータです。これらは、精密光学、マイクロメカニクス、マイクロエレクトロニクス、コンピューターアプリケーションなどのハイテク分野で広く使用されています。これらのアプリケーションでは、圧電セラミックデバイスの小型化、低駆動電圧、大きな変位、集積化が求められます。従来、圧電セラミックスを接着剤で貼り合わせて形成した積層圧電セラミックスマイクロアクチュエータは、単体のセラミック振動板の厚みの影響を受けていました。限界（厚さ200μm以下のセラミックモノリシックを作製するのは非常に困難）、デバイスの小型化と集積化ができない、デバイス内の接着剤は電界の作用下で大きなクリープを発生し、変位制御の精度に役立たないため、特に高電界が長時間作用するデバイスでは接着剤が剥がれやすい。 ピエゾリング溶接コンポーネント シートは、デバイスの性能の低下、さらにはデバイスの破損現象を引き起こし、デバイスの耐用年数を短縮し、アプリケーションに大きな利益をもたらします。近年、圧電セラミックスのグリーンキャスト法と、圧電セラミックスグリーンフィルムと内部電極セラミックマイクロアクチュエータ（MMPA）の同時焼成技術を用いて得られる積層チップ圧電セラミックスは、大量生産に適した優れた性能を備えた新しいタイプの機能性セラミックスデバイスです。この積層チップデバイスは、キャスト法により膜厚100μm以下の製造が容易です。焼成後、圧電セラミック層は接着剤を必要とせずに内部電極に直接接合されます。したがって、デバイスの小型化、小型化が可能となり、デバイスのクリープ性能も大幅に向上し、セラミック層間の積層現象も大幅に改善される。これは効果的に克服され、デバイスの耐用年数が大幅に向上します。本稿では、セラミック鋳造技術とセラミックグリーン膜・金属内部電極同時焼成技術を用いて作製した多層チップタイプ・高鉛PZT系圧力について報告します。電動セラミックマイクロアクチュエータは国内初となります。この論文は主にこのデバイスの静的および動的変位特性を研究します。
積層チップ圧電セラミック マイクロ アクチュエータを準備するプロセス フローは、10 の主要なプロセス ステップを通過する必要があります。まず、大きな圧電ひずみ係数を持つソフト PZT 三元圧電セラミック粉末を電子圧電セラミック準備プロセスによって準備します。分子式は xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT)、 (x+y+z=1)、
次に、ｐｚｔセラミック粉末と有機添加剤を一定の固液比で均一に混合して均一なセラミックスラリーを形成し、このセラミックスラリーを鋳造機のホッパーに投入して鋳造する。有機キャリアの速度により、均一で緻密な、一定の厚さのキャストグリーンフィルムを調製します。キャストされたグリーンフィルムを、パターン電極ペーストにより所定の形状およびパターンのpztセラミックグリーンフィルムに打ち抜き、電極が印刷されたセラミックグリーンフィルムを専用の金型に入れて所定の順序で積層することにより、積層圧電セラミックが得られる。デバイスの活性領域のサイズに従って複数の多層セラミックデバイスの積層体を切断した後、それらを純粋なAl2O3るつぼに入れてゆっくりと一緒に詰めます。多層チップデバイスの両端はAg外部電極で覆われ、650℃の銀を焼成し、高温分極（分極時間30分、電界4000V / mm、温度140℃）します。厚膜と高温の内部電極を対流させ、最終的にアクティブエリア5mm×6mm、総厚さ2mmの積層チップ型圧電セラミックスマイクロアクチュエータを得た（圧電セラミックス層は35層、各層の厚さは47μm、上下表層の厚さは約120μm）。
の圧電ひずみ d33 係数 圧電セラミック部品は 、中国科学院音響研究所によって測定されました。多層デバイスの微小領域の微細構造は、中国科学院の機器工場によって製造された走査型電子顕微鏡 (SEM) で観察されました。電気セラミックマイクロアクチュエータの変位値は、製造されたデジタル表示インダクタンステスタ DGS-6 によってテストされます。分解能は0.01μmです。動的変位は、ドッペル効果の原理に従って単一のレーザービームによってテストされます。分解能は0.005μmです。
圧電セラミックスは一定の外部応力を受けるため、その厚さ方向（分極方向）に垂直な２面に電圧を印加したとき、直線変形に対する圧電変形のみを考慮すると、圧電方程式から圧力がわかります。電気セラミックスの縦方向の厚さ方向の変位Δllは表されます。
ここで、d33 は圧電ひずみ係数、V は印加電圧、t はセラミックモノリスの厚さです。式は、印加電圧を変化量とすると、圧電シートの厚み方向の変位と圧電性を示します。ひずみ係数d33は印加電圧Vに比例し、厚みには関係ありません。しかし、印加電場が変化すると、デバイスによって発生する変位は圧電係数 d33 と電場に比例するだけでなく、厚さにも比例します。圧電セラミックスの厚さ方向の変位は、圧電セラミックスによって選択される変位駆動の動作モードに関係していることがわかります。印加時には、印加電圧と電界の2つの要素を同時に考慮する必要があります。破壊に近い電界下でのアプリケーション。同時に、動作電圧をできるだけ低くし、変位をできるだけ大きくする必要があります。
一定の印加電圧を有するデバイスの場合、セラミックシートの厚みを薄くすることでデバイスの厚み方向の小型化という目的を達成することができる。したがって、積層圧電セラミックシートを機械的に直列接続し、電気的に並列接続し、圧電セラミック層同士を接続すると、隣り合う圧電セラミック振動子の分極方向が逆の構造となる。このように、積層圧電セラミックスマイクロドライバーに動作電圧を印加すると、その長手方向の変位が重畳されて表現できます。
N は圧電セラミックの積層数です。つまり、積層圧電セラミック マイクロ アクチュエータの変位は、圧電セラミック 1 枚の場合と比較して N 倍に拡大されます。しかし、その変位を各圧電セラミックスシートが印加する電界に基づく変化量とすると、式（２）で表すことができる。
ここで、t は圧電セラミックスの各層の厚さ、l は多層デバイスの合計の厚さです。式（３）と式（１）を比較すると、 が積層デバイスの総厚であることが分かる。厚さｔが同じ場合、両式は同じとなり、積層型素子の各圧電セラミックスが印加する電界強度が圧電セラミックス単体と同じであれば、両者の変位量は等しいことを示している。印加電圧はモノリシック圧電セラミックの N 分の 1 です。
上記の分析から、モノリシック圧電セラミックスも膜厚を厚くすることでミクロンスケールの変位を実現できますが、印加される動作電圧は数千ボルトである必要があり、応用には適さないことがわかります。変化量としては、変位量の増幅と動作電圧の低減という2つの異なる機能を持ちます。特に多層デバイスが電場を一定に保つ場合、デバイスの層数を増やすことによって全体の厚さを増やすことができます。したがって、実用化されている。多層デバイスを使用すると、変位が大きくなるだけでなく、動作電圧を効果的に下げることができます。
総厚は2mm（圧電セラミック層は35層、各層の厚さは47μm、上下表層の厚さはそれぞれ約120μm）で、セラミックブランクフィルムのキャスト法とセラミックス／金属内部電極の同時焼成技術により作製されています。写真の白い平行ストライプは金属内部電極であり、内部電極間には pzt セラミック層があります。数ミクロンの大きさの細孔が多数観察されます。 ピエゾセラミックリング。これはセラミック鋳造によるものです。グリーンフィルムにはバインダーや可塑剤などの有機物が一定の割合を占めています。セラミックス/内部電極が同時焼成されると、これらのフィルム内の有機材料が揮発して、pzt セラミック層に多数の大きな細孔が発生します。ただし、この細孔は PZT 系のものです。 pzt セラミック層の電気機械特性は、キャストされたセラミック シートでは重大な影響を受けません。この結果は、鋳造法で作製した PBNN 硬質圧電セラミックスの電気機械係数と基本的に一致しています。したがって、キャスト法により得られた圧電セラミックスの電気機械パラメータは、乾式プレス法によるセラミックシートの電気機械パラメータと基本的に同一であると考えられる。
