JPH02192180A - 圧電素子 - Google Patents

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】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は、圧電アクチュエータ等に用いる圧電素子に関
する。

（ロ）　従来の技術 従来、圧電アクチュエータの一形態として、軸方向に移
動するプランジャと、同プランジャをつかむクランプ部
材と、クランプ部材を作動させる圧電素子と、１ランジ
ヤを移動させるストローク用圧電素子とにより構成され
たものがあり、各圧電素子は、複数個の圧電素子片を銀
ペースト等の導電性接着剤で積層接着して一個の圧電素
子を構成している。

そして、各圧電素子片の積層は、第１４図で示すように
リードワイヤ接続用の銀箔小片（５０）を各圧電素子（
５１）間に挾み込み、手作業て各圧電素子片（５１）の
位置合せをしながら行われている。

（ハ）　発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の圧電素子には次のような問題点か
ある。

■　手作業で位置合せしながら各圧電素子片（５１）を
積層するのでは、積層の組立精度を高めることができな
い。

■　各圧電素子片（５１）間に銅箔小片（５０）か介在
するなめ、各圧電素子片（５１）を平行に積層すること
ができない。

■　銅箔小片（５０）が破断しやすいなめ、リードワイ
ヤのハンダ付けがやりにくく手間かかかる。

■　銀箔小片（５０）やリードワイヤが変形しやすいの
で、これらが接触しショートすることがあるという欠点
があった。

（ニ）　課題を解決するための手段 本発明では、基板上に複数個の圧電素子片と電極とを交
互に積層して構成した圧電素子において、基板にガイド
体を立設して、同ガイド体で各圧電素子片の位置決めを
行うと共に、同ガイド体で各圧電素子片間の電極を導通
せしめたことを特徴とする圧電素子を提供せんとするも
のである。

（ホ）　作用・効果 本発明の圧電素子では、複数個の圧電素子片を積層接着
する際、基板に立設したガイドピンを用いて位置合ぜを
行うことができるのて、積層された各圧電素子片の位置
精度が高く、圧電素子に正確かつ高能率の作動を行わせ
ることができる。

銀箔小片の介装を要しないので、各圧電素子片を平行に
積層することができる。

また、ガイド体を導電性素材で構成すれば、同カイト体
を用いて各圧電素子間の電極を導通させることができ、
ガイド体は銀箔小片やリードワイヤなどと異なり変形し
にくいので、圧電素子の取扱中にショートしたりするの
が防止される。

上記のように、ガイド体が圧電素子片の位置決めと電極
の導通を兼ねることから、特に手間をかけなくても、正
確な圧電素子片の積層作業と、電極の導通作業の両方を
同時に行うことかでき、作業能率を高めることができる
。

（へ）実施例 以下、添付図に示す実施例にもとづき、本発明を詳説す
る。

第１図、第２図は本発明の第１実施例を示しており、そ
れぞれ所定厚さを有する圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）
と基板（ｒ）とを積層接着して一体の圧電素子（Ｑ）を
構成している。

圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）は第２図で示すように、
外周縁に耳部（ＩＩ）を凸段して、同耳部（ＩＩＩ）に
カイト体（Ｇ）としてのピン（ｎ）を挿通するためのガ
イド体挿通孔（０）を穿設すると共に、各圧電素子片（
ｑ１）〜（ｑｎ）の側面に銀ペースト等の導電性接着剤
（ｐ）をスクリーン印刷等の手法を用いて塗布し、これ
らの圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）と、同様にして導電
性接着剤（ｐ）を塗布した基板（ｒ）とを積層し、加圧
接着して一体の圧電素子（Ｑ）を構成している。

かかる圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）の積層に際し、基
板（「）にカイト体（Ｇ）としてのピン（ｊｌ）を立設
しておき、耳部（■）のカイト体挿通孔（０）にピン（
ｎ）を挿通しながら各圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）を
積層することによって、上記圧電素子片（ｑｌ）〜ｆａ
ｎ）の位置決めを行うようにしている。

第３図及び第４図は第２実施例を示しており、第１実施
例と同様に形成した耳部（１１）にガイド体挿通ｉ　ｆ
ｔ）を形成しており、圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）の
積層に際し、基板（ｒ）に立設したガイド体（Ｇ）とし
てのピン（ｎ）を、カイト体挿通溝（１）に挿通させな
がら圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）を積層することで、
各圧電素子片（ｑｌ）〜［ｑｎ）の位置決めを行うよう
にしている。

第５図及び第６図は第３実施例を示しており、第１実施
例と同様に形成した耳部（Ｉｎ）の外側縁に、基板（ｒ
）に立設したカイト体（Ｇ）としての断面路コ字形状の
治具（Ｖ）を外嵌することて各圧電素子片（ｑ１）〜（
ｑｎ）の位置決めを行うようにしている。

この様にして一体に積層接着された圧電素子（Ｑ）では
、圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）間に介在した導電性接
着剤（ｐ）電極として利用することができる。

すなわち、第１実施例〜第３実施例において、第１図〜
第６図で示すように、基板（ｒ）に立設した２本のピン
（ｎ）または治具（Ｖ）に、一つおきの圧電素子片（ｑ
１）〜（ｑｎ）の耳部（ｍ）に挿通または当接させるこ
とで、基板（ｒ）のターミナル（〜￥）と、電極を兼ね
る導電性接着剤（ｐ）とを導通させることができ、圧電
素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）の積層と電極の導通とを一回
の作業で同時に行うことかできる。

上記のようにして積層された圧電素子片（ｑｌ）〜ｆｑ
ｎ）は、積層時に基板（ｒ）に立設したカイト体（Ｇ）
で位置決めされるので、特に手間を掛Ｇ→なくても位置
精度が高く、高能率の積層作業を行うことができる。

各圧電素子片（ｑｌ）〜［ｑｎ）の素材は、例えは、Ａ
ＢＯ３へロブスカイト形の結晶構造をもつ強誘電材料で
あって、ＰＺＴ　（Ｐｂ　（Ｚｒ、’ｒ”ｉ　）Ｏａ　
〕系や、ＰＬＺＴ　（Ｆ’ｂ、Ｌａ、（Ｚｒ、Ｔｉ　）
Ｏａ　）系、Ｐ　Ｔ　ＣＰ　ｂ　Ｔ　ｉ　Ｏａ　：］系
、あるいはＰＺ　ｉ’を基にしな３次分系の圧電セラミ
ックス等を用いることができる。

また、基板（ｒ）には、カラスエポキシ基板等を用いる
事も考えられるが、本実施例では耐熱性及び機械的強度
に優れたセラミック基板を使用し、導電性接着剤（ｐ）
に銀ペーストを使用して、積層した圧電素子片（ｑ１）
〜（ｑｎ）と基板（「）を加圧しながら約７００°Ｃで
焼付は接着して一体の圧電素子（Ｑ）を構成して、圧電
素子片（ｑｌ）〜［ｑｎ）と基板（ｒ）の接着強度を高
めると共に、銀ペースト中の銀の粒子を相互に溶着させ
て導電性を高めている６次いで、上記のようにして積層
構成した圧電素子を用いた圧電アクチュエータ（Ａ）に
ついて説明する。

第７図で示すように、前後壁（ａ）（ｂ）を具備する筒
状のケース内に同心円的に、かつ、軸線に沿って進退自
在にプランジャ（、Ｐ）を配設し、同プランジャＣＰ）
の外周に、それぞれクランプ部材（ｋＨｌ）を具備する
一対のクランプ用圧電素子（ｅ）（ｆ）と、ストローク
用圧電素子（ｇ）とを配設することによって構成してい
る。

すなわち、クランプ用圧電素子（ｅ）は、ケースの中央
部に取１寸けた保持具（ｈ）の下側に配設・支持されて
おり、一方、クランプ用圧電素子（ｆ）と、ストローク
用圧電素子（ｑ）とは保持具（ｈ）の上側に配設・支持
されている。

次に、各圧電素子（ｅ）（ｆ）（ｇ）の作用について説
明する。

圧電素子（ｅ）（ｆ）は、電圧を印加するとクランプ部
材（ｋ）（１）を介してプランジャＣＰ）をクランプし
、電圧を印加していないときは上記クランプを解除する
。

一方、圧電素子（ｇ）は、電圧を印加すると軸線方向に
短縮し、上記電圧を解除すると伸長して復位するように
している。

第８図に、上記構成を有する圧電アクチュエータ（Ａ）
を制御するための制御装置（Ｃ）の構成を示しており、
同制御装置（Ｃ）は、マイクロプロセッサ（ＨＰＵ）と
、駆動信号を出力するスイッチ（舖）等と接続した入力
インターフェース（１）と、駆動回路（Ｄ）を介して圧
電素子ｆｅ）（ｆ）（ｑ）と接続した出力インターフェ
ース（１）と、圧電素子（ｅ）（ｆ）（ｏ）の駆動プロ
グラムを記憶したメモリ（Ｈ）とで構成されている。

ついで、かかる構成を有するアクチュエータ（八）によ
るプランジャＣＰ）の移動について、第９図〜第１２図
を参照して説明する。

制御装置（Ｃ）に駆動信号が入力すると、前記プログラ
ムに従って、第９図に示すように、圧電素子（ｆ）に電
圧を印加してプランジャＣＰ）をクランプし、しかるの
ち、圧電素子（ｅ）への電圧を止めてプランジャ（Ｐ）
のクランプを解除する。

次に、第１０図に示すように、圧電素子（ｃ＋）に電圧
を印加して収縮させると、圧電素子（ｑ）は矢印方向に
移動し、これに伴い圧電素子（ｆ）かクランプしたプラ
ンジャ（Ｐ）も矢印方向に移動する。

その後、第１１図に示すように、圧電素子（ｅ）に電圧
を印加してプランジャ（Ｐ）をクランプし、しかるのち
、圧電素子（ｆ）の印加電圧を解除してプランジャ（Ｐ
）のクランプを解除する。

そして、第１２図で示すように、圧電素子（ｇ）への印
加電圧を解除して伸長させ、圧電素子（ｆ）だけを矢印
方向に移動させ、第９図の状態に復帰させる。

その後、北記動作を繰り返すことにより、プランジャ（
Ｐ）を、μ■１オータ或いはサブμｍオーダのストロー
クで尺とり車状に移動することかでき、各種装置や機械
等を精密に動作させることができる。

第１３図は本発明の圧電素子（Ｑ）で構成した圧電アク
チュエータ（＾）で、ダイヤフラム型の弁体を駆動する
ように構成した自動弁（Ｖ）であり、（１０）は弁箱で
あって、それぞれ−次配管と、二次配管とに連通連結す
る流入路（１１）と流出路（１２）とを設けている。ま
た、弁箱（１０）内において、流入路（１１）と流出路
（１２）との間には、主弁孔（１３）が形成され、主弁
孔（１３）の上端開口周縁には主弁座（１４）が形成さ
れている。

そして、主弁座（１４）上には、主弁孔（１３）を開閉
する主弁体を兼ねたダイヤフラム（１５）が接離自在に
配設されている。

ダイヤフラム（１５）の上方にはダイヤフラム背室（１
６）が形成されており、同ダイヤフラム背室（１６）は
、ダイヤフラム（１５）の周縁に設けたオリフィス（１
７）を介して流入路（１１）と連通している。

（１８）はダイヤフラム（１５）に穿設したパイ四ツ１
−弁孔であり、ダイヤフラム背室（１６）と流出路（１
２）とを連通させている。

パイロット弁孔（１８）の上方には圧電アクチュエータ
（八）のプランジャ（Ｐ）の下端に設けたパイロット弁
体（１９）を対峙させて、圧電χクチュエータ（＾）の
作動によりパイロット弁孔（１８）を開閉させる。

上記の構成により、自動弁（ｖ）はタイヤフラム型の弁
体か有するセルフサーボ作用で、ダイヤフラム（１５）
が、圧電アクチュエータ（＾）のプランジャ（Ｐ）の動
きを追従して、主弁座（１４）を開閉するものである。

（２０）はプランジャ（Ｐ）の上下ストロークを制限す
るフランジ、（２１）はＹ型断面のシールである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明第１実施例の断面側面図及び展
開斜視図、第３図、第４図は第２実施例の断面側面図及
び展開斜視図、第５図、第６図は第３実施例の断面側面
図及び展開斜視図、第７図は圧電アクチュエータの断面
説明図、第８図は制御装置の構成を示すブロック図、第
９図〜第１２図は同アクチュエータの作動説明図、第１
３図は本発明の圧電アクチュエータで構成した自動弁の
断面図、第１４図は従来の圧電素子片の斜視図。 （Ｇ）ニガイド体 （Ｑ）：圧電素子 （ｒ）二基板 （ｑ１）〜（ｑｎ）　：圧電素子片

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）基板（ｒ）上に複数個の圧電素子片（ｑ１）〜（ｑ
   ｎ）と電極とを交互に積層して構成した圧電素子（Ｑ）
   において、基板（ｒ）にガイド体（Ｇ）を立設して、同
   ガイド体（Ｇ）で各圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）の位
   置決めを行うと共に、同ガイド体（Ｇ）で各圧電素子片
   （ｑ１）〜（ｑｎ）間の電極を導通せしめたことを特徴
   とする圧電素子。