JPH02192184A - 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１ランジヤと、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、プランジ
ャ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
ペースト等の接着剤で積層接着して一個の圧電素子を構
成して、上記接着剤を電極とし、同電極を駆動回路等と
接続するなめに、第１１図て示すように、圧電素子片（
５１）の積層接着時に各圧電素子片（５１）の間に銅箔
小片（５０）を挾みこんで接着剤と接着し、これに細銅
線をハンダ付けするなどしている。

（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が
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）間に銀箔小片（５０）が介在
するため、各圧電素子を平行に積層することかできない
。

■　銀箔小片（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がかかる。

■　銀箔小片（５０）やリードワイヤが変形しやすいの
で、これらか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、複数個の圧電素子片間に導電性接着剤を介
在させて私層した圧電素子において、各圧電素子片の間
に介在した導電性接着剤のパターンを、各圧電素子片の
外周縁から所定幅の導電性接着剤を塗布していない絶縁
部と、ぞの内側に導電性接着剤を塗布した主接着部と、
同主接着部から各圧電素子片の外周縁に達する導電性接
着剤を塗布した延出部とで形成すると共に、積層後の圧
電素子の外面に絶縁塗料を塗布し、同絶縁塗料の延出部
外側を削除して引出用導電性接着剤を塗布することによ
り、上記延出部と引出用導電性接着剤とを介し、各圧電
素子片間に介在した導電性接着剤を導通せしめてなる圧
電素子を提供せんとするものである。

（ポ）　作用・効果 本発明では、上記構成によつ延出部と引出用導電性接着
剤とを介し、各圧電素子片間に介在した導電性接着剤を
接続導通させたことで、面倒なハンダ付は作業を要せず
＠極の導通作業か簡易になり、また、圧電素子の取扱い
中に導通が切断したり、ショートしなりすることが防止
されるという効果がある。

（へ）実施例 第１図、第２図は本発明の実施例を示しており、それぞ
れ所定厚さを有する略リング状の圧電素子片（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。

このよう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
接着剤を電極として利用することができる。

各圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）の両面には、第２図で
示すように、銀ペースト等の導電性接着剤をスクリーン
印刷等の手法を用いて塗布して、導電性接着剤のパター
ンを形成している。

このパターンは各圧電素子片（ｑｌ）〜（ｃ＋ｎ）の外
周縁から所定幅の導電性接着剤を塗布していない絶縁部
（Ａｔ）と、その内側に導電性接着剤を塗布したリング
状の主接着部（ｐｃ）と、同主接着部（ｐｃ）から各圧
電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）の外周縁に達する導電性接
着剤を塗布しな延出部（ｐａ）とて形成されている。

なお、上記延出部（＋）ａ）は各圧電素子片（ｑ１）〜
（ｑｎ）の両面に塗布されているが、表面と裏面とでは
互いに位置を巽ならせている。

そして、延出部（ｐａ）どうし、絶縁部（Ａｔ）どうし
を対向させて圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）を積層し、
これらの圧電素子ハ（ｑｌ）〜（ｑ　ｎ　）を導電性接
着剤を塗布した基板（ｒ）上に積層し、加圧接着して一
体の圧電素子（Ｑ）を構成している。

このようにして積層された圧電素子（Ｑ）の外面に、デ
ィッピング等の手法で絶縁塗料（Ａｓ）を塗布し、上記
延出部（ｐａ）外側の絶縁塗料（Ａｓ）を削除して、こ
の削除部（ｍａ）に、引出用導電性接着剤（ｐｂ）を塗
布し、各導電性接着剤と基板（ｒ）に設けなターミナル
（Ｕとを接続導通させている。

なお、延出部（ｐａ）と絶縁部（Ａｔ）は、スクリーン
印刷等の手法で、圧電素子片（ｑｌ）〜（ａｎ）に主接
着部（ｐｃ）の導電性接着剤と同時に形成することかて
さ、また、積層後の圧電素子ｉＱ）の外面に絶縁塗料（
Ａｓ）を塗布し、延出部（ｐａ）外側の絶縁塗料（Ａｓ
）を削除して引出用導電性接着剤（ｐｂ）を塗布するだ
けで、電極を導通させることができるので、面倒なハン
ダ付は作業を要せず、圧電素子の組立作業が簡易になる
。

また、各圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）間の電極は、導
電性接着剤の延出部（ｐａ）どうしを対向させて積層し
たことで、一方のターミナル（Ｗ）に一つ置きの電極が
並列状態で接続し、残りの電極が他方のターミナル（Ｗ
）と接続していることになる。

なお、各圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）の素材は、例え
ば、ＡＢＯ３ペ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　ＣＰｂ　（Ｚｒ、Ｔｉ　）０３
〕系や、ＰＬＺＴ［：Ｐｂ、Ｔ、ａ、（Ｚｒ、Ｔ”１）
Ｏａ）系、ＰＴ〔ＰｂＴｉＯ３〕系、あるいはＰＺＴを
基にした３成分系の圧電セラミックス停を用いることか
できる。

また、基板（ｒ）には、ガ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、導電性接着剤に銀ペ
ーストを使用して、積層した圧電素子片（ｑ１）〜（ｑ
ｎ）と基板（ｒ）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
（ｑ１）〜（ｑｎ）と基板（「）の接着強度を高めると
共に、銀ペースト中の銀の微粒子を相互に溶着させて導
電性を高めている。

第３図はパターンの他の形態を示しており、圧電素子片
（ｑ１）〜（ｑｎ）外周の一部を除いて導電性接着剤を
塗布して延出部として機能させ、塗布していない部分を
絶縁部として機能させるようにしたものであり、この場
合、絶縁部の外側に当る圧電素子（Ｑ）の側面の絶縁塗
料を研削して導電性接着剤を塗布することになる。

次いで、上記構成の圧電素子を用いた圧電アクチュエー
タ（＾）について説明する。

第４図で示すように、前後壁（ａ）（ｂ）を具伽する筒
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（Ｐ）の
外周に、それぞれクランプ部材（ｋ）（１）を異面する
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
部に取付けた保持具（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（ｋＨｌ）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５図に、上記構成を有する圧電アクチュエータ（八）
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Ｗ（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（ＳＩＡ）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（ｅ）（ｆ）（ｇ）と接続した出力インター
フェース（１）と、圧電素子（ｅ）（ｆ）（ｇ）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ＦＡ＞によ
るプランジャ（Ｐ）の移動について、第６図〜第９図を
参照して説明する。

制御装置（Ｃ）に駆動信号か入力すると、前記プログラ
ムに従って、第６図に示すように、圧電素子（ｆ）に電
圧を印加し７てプランジャ（Ｐ）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７図に示ずように、圧電素子（ｇ）に電圧を印
加して収縮させると、圧電素子（ｇ）は矢印方向に移動
し、これに伴い圧電素子（ｆ）が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８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９図で示すように、圧電素子（０）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６図の状態に復帰させる。

その後、上記動作を繰り返すことにより、プランジャＣ
Ｐ）を、μｍオーダ或いはサブμｍオーダのストローク
で尺とり生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１０図は本発明の圧電アクチュエータ（＾）てダイヤ
フラム型の弁体を駆動するように構成した単口動弁（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）とを設りている。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。

タイヤフラム（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１？８（１１）と連通している。

（１８）はダイヤフラム（１５）に穿設したパイロット
弁孔であり、ダイヤフラム背室（１６）と流出路（１２
）とを連通させている。

パイ１７ツト弁孔（１８）の上方には圧′市アクチュエ
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、圧電アクチュエータ（八
）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、単口動弁（Ｖ）はダイヤフラム型の
弁体か有するセルフサーボ作用で、タイヤフラム（１５
）が圧電アクチュエータ（八）のプランジャＣＰ）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図は本発明実施例の側面図及び展開斜視図
、第３図は導電性接着剤パターンの他の形態を示す平面
図、第４図は圧電アクチュエータの断面説明図、第５図
は制御装置の構成を示すブロック図、第６図〜第９図は
同アクチュエータの作動説明図、第１０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１１図
は従来の圧電素子片の斜視図。 ＾Ｓ）：絶縁塗料 ＾ｔ）：絶縁部 Ｑ）：圧電素子 ｐａ）：延出部 ｐｂ）　：引出用導電性接着剤 ｑｌ）〜（ｃ＋ｎ）　：圧電素子片

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）複数個の圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）間に導電性
   接着剤を介在させて積層した圧電素子（Ｑ）において、
   各圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）の間に介在した導電性
   接着剤のパターンを、各圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）
   の外周縁から所定幅の導電性接着剤を塗布していない絶
   縁部（Ａｔ）と、その内側に導電性接着剤を塗布した主
   接着部（ｐｃ）と、同主接着部（ｐｃ）から各圧電素子
   片（ｑ１）〜（ｑｎ）の外周縁に達する導電性接着剤を
   塗布した延出部（ｐａ）とで形成すると共に、積層後の
   圧電素子（Ｑ）の外面に絶縁塗料（Ａｓ）を塗布し、同
   絶縁塗料（Ａｓ）の延出部（ｐａ）外側を削除して引出
   用導電性接着剤（ｐｂ）を塗布することにより、上記延
   出部（ｐａ）と引出用導電性接着剤（ｐｂ）とを介し、
   各圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）間に介在した導電性接
   着剤を導通せしめてなる圧電素子。