JPH08242025A

JPH08242025A - 圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH08242025A
Application number: JP7070773A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Watabe; 嘉幸渡部; Yoichiro Kazama; 洋一郎風間
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1995-03-03
Filing date: 1995-03-03
Publication date: 1996-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電素子間を連結する圧電素子連結電極を半
田を用いないで容易に取り付けた圧電アクチュエータを
提供する。【構成】圧電シート２の表面に内部電極４を形成して
なる圧電素子板２１を複数枚積層して、前記内部電極の
電極取り出し部１４を側面に有する圧電素子２２を形成
し、この圧電素子を複数個接合して圧電素子柱４４を形
成し、この圧電素子柱の前記電極取り出し部の面に沿っ
て弾性を有する導電材料よりなる薄板状の圧電素子連結
電極４６を導電性接着剤５０により貼り付けて形成する
ように構成する。これにより、半田を用いることなく連
結電極を接合できるので、半田熱に起因する銀喰いやヒ
ートショック素子破損を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ−Ｙステージの位置
決め機構、超音波モータ、マスフローコントローラ等に
使用される積層型の圧電アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、Ｘ−Ｙステージの位置決め機
構、超音波モータ、マスフローコントローラ等のアクチ
ュエータとして使用する微小変位素子として、圧電セラ
ミック材と薄膜電極とを交互に積層してなる圧電素子が
知られており、電界により圧電セラミック材が伸縮して
歪む効果を利用して小ストロークで大きな荷重を必要と
する部位のアクチュエータとして使用されている。この
素子は製造ラインの主要部品に組み込まれている事か
ら、長期信頼性が要求され、しいては機械的強度や耐湿
性が高いことが要求されている。

【０００３】この種の従来の圧電素子の構造を図１４に
基づいて説明する。図１４は全面電極型の従来の圧電ア
クチュエータの斜視図を示し、この圧電アクチュエータ
は、例えばチタン酸・ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等のセラ
ミック材よりなる圧電シート２と白金或いは銀−パラジ
ウム等の薄膜よりなる内部電極４とを交互に多数、例え
ば１００層程度積層して構成されている。内部電極４の
端部は全周に亘って外へ露出しており、この内部電極４
には、交互に異なる極性の電圧を印加しなければならな
いことから、その印加電極を形成するために、ブロック
状の圧電素子の直交する２つの側面に絶縁層６、８を塗
布し、一方の絶縁層６においては一層おきに内部電極４
の端部に沿ってダイサーで削って内部電極の端部を再度
露出させ、そして、他方の絶縁層８においては上記と異
なる一層おきの内部電極４の端部に沿って同様にダイサ
ーで削って内部電極の端部を再度露出させる。

【０００４】そして、上記各絶縁層６、８上に銀ペース
ト等よりなる外部電極１０、１２を塗布形成して露出さ
せた内部電極４を一層おきに電気的に接続する。従っ
て、一方の外部電極１０には、一層おきに内部電極が共
通に接続され、他方の外部電極１２には上記と異なった
一層おきの内部電極が共通に接続されるので、これらの
外部電極１０、１２間に直流電圧を印加することにより
各圧電シート２に電界を印加してこれに電歪効果を生ぜ
しめることができる。

【０００５】他の全面電極型の圧電アクチュエータとし
ては、例えば特開昭６３−１５５６８４号公報や特開平
４−２５６３８１号公報に開示されたものが知られてお
り、前者のアクチュエータにあっては、一層おきの圧電
板の側部に金属突起を設け、この金属突起間を掛け渡す
ようにして側面リード線を接続して外部電極を設けてい
る。また、後者のアクチュエータにあっては、アクチュ
エータの側面に絶縁層を介して外部電極を形成し、この
外部電極と一層おきの内部電極とをワイヤボンダーによ
り金線で接続して、一層おきの内部電極を共通に接続し
ている。

【０００６】また交互電極型の圧電アクチュエータは、
前記の圧電シート全面に内部電極を形成した全面電極型
の圧電素子アクチュエータと異なり、一部のみに圧電シ
ート２の端辺に至る電極取り出し部１４を形成しておく
以外は圧電シート２の表面の周縁部には何ら内部電極を
形成せずにシート端辺より僅かな間隔を隔てて内部電極
４を形成する。そして、このように形成した圧電シート
２を図１５及び図１６に示すように一層おきに内部電極
の電極取り出し部１４が交いに反対方向になるように積
層し、これにより電極取り出し部１４の端部が外側に露
出するので、ここに外部電極１０、１２を形成すること
により、一層おきの内部電極同士を電気的に接続する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の通常のアクチュ
エータにあっては、まず内部電極を表面に形成した薄い
セラミック層を２３枚程度だけ積層して図１７に示すよ
うなサブユニット２５を形成し、その表面に外部電極３
１を形成し、そして、必要な伸縮ストロークを得るため
に図１８に示すように必要個数だけこのサブユニット２
５を接着剤２７で連結して圧電素子柱２９を形成する。
そして、外部電極に一様に銀ペースト等を塗布焼成して
外部電極３１を接続し、そして、この外部電極３１に１
本の外部接続リード線３３が半田付けされることにな
る。

【０００８】しかしながら、この場合には、アクチュエ
ータの伸縮駆動により薄い外部電極３１にクラックが発
生して破断する場合もあり、電気的に不導通になる場合
があった。このような破断は、特に、サブユニット２５
同士を接続する部分で発生する傾向にあった。そこで、
図１９に示すように各サブユニット２５の外部電極３１
毎にリード線３５てブリッジ状に半田３７により接続
し、電気的接続を図ることも行なわれた。

【０００９】しかしながら、この場合には、半田接合時
の熱により外部電極３１を構成する材料中に含まれる銀
がいわゆる電極銀喰われを生じ、リード線３５が容易に
剥がれ易くなるのみならず、半田付け時のヒートショッ
クにより圧電素子自体が熱破損する場合もあった。更に
は、各サブユニット毎に半田付けをしなければならない
ことから、特に、ユニット数が多くなった場合には半田
付け作業に多大な時間を要し、コスト高の原因となって
いた。

【００１０】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、圧電素子間を連結する圧電素子連結電極を半
田を用いないで容易に取り付けるようにした圧電アクチ
ュエータを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、圧電シートの表面に内部電極を形成し
てなる圧電素子板を複数枚積層して、前記内部電極の電
極取り出し部を側面に有する圧電素子を形成し、この圧
電素子を複数個接合して圧電素子柱を形成し、この圧電
素子柱の前記電極取り出し部の面に沿って弾性を有する
導電材料よりなる圧電素子連結電極を導電性接着剤によ
り貼り付けて形成するように構成したものである。

【００１２】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、圧電素
子柱の電極取り出し部の面に圧電素子連結電極を形成す
るときにこれを導電性接着剤により貼り付けるようにし
たので、従来必要とされた半田を用いることがなくな
り、従って、半田熱に起因する種々の問題点、すなわち
電極銀喰われやヒートショックによる素子破損をなくす
ことが可能となり、また、貼り付け操作も簡単に行なう
ことができる。また、連結電極自体が弾性を有すること
から、アクチュエータの伸長時にこれを拘束することが
ない。この場合、圧電素子連結電極を貼り付ける前の各
圧電素子の電極取り出し部の面に、内部電極を一層おき
に接続する外部電極を形成し、この外部電極上に導電性
接着剤を介して圧電素子連結電極を形成するようにすれ
ば、個々の圧電素子内における内部電極同士の電気的接
続を確実に行なうことができ、アクチュエータの信頼性
を高めることができる。

【００１３】また、薄板状の圧電素子連結電極自体に交
互に方向が異なる方向から切り込まれた切り込み部を形
成してこれにヒンジ機能を持たせることにより、圧電ア
クチュエータの駆動時にこれが伸長した時に、この伸長
を許容することができるので、アクチュエータ自体の伸
長を拘束することがないのみならず、連結電極自体の破
断も防止することが可能となる。更に、上記切り込み部
間のピッチを圧電素子の厚みと略同一に設定すれば一層
ヒンジ機能を有効に発揮することが可能になる。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明に係る圧電アクチュエータの
一実施例について詳述する。図１から図６は本発明圧電
アクチュエータに用いる圧電素子柱の製造工程を示す図
であり、図１は圧電シートに内部電極と収縮率整合薄膜
を設けた圧電素子板を示す平面図、図２は図１に示す圧
電素子板の収縮率整合薄膜の部分を示す拡大図、図３は
図１に示す圧電素子板の積層状態を示す図、図４は圧電
素子板を積層して形成した圧電素子を示す斜視図、図５
は図４に示す圧電素子板の側面図、図６は圧電素子を積
み上げて接続して形成した圧電素子柱を示す斜視図であ
る。

【００１５】また、図７は圧電素子柱に圧電素子連結電
極を貼り付ける時の状態を示す図、図８は圧電素子連結
電極を示す平面図、図９は本発明に係る圧電アクチュエ
ータを示す斜視図、図１０は図９に示す圧電アクチュエ
ータの断面図である。尚、先に説明した従来装置と同一
部分については同一符号を付して説明する。本発明の重
要な点は、図１０に示すように内部電極に電圧を印加す
る電極構造として、圧電素子の側面に、導電柱接着剤を
介して薄板状の圧電素子連結電極を貼り付けるようにし
た点にあり、これにより半田を用いなくて済むようにし
たものである。

【００１６】まず、図６に示すような圧電素子柱を形成
するまでの工程を説明する。図１（Ａ）に示すようにＰ
ＺＴ等のセラミック材よりなる厚さ１００μｍ程度、縦
横２５ｍｍ程度の薄板状の圧電シート２の表面に、その
端辺２Ａから所定の間隔Ｄを隔てて、例えば銀−パラジ
ウム等よりなる非常に薄い内部電極４を形成しており、
一部の端辺２Ｂに対してのみ内部電極４の薄膜金属を部
分的に延在させて端辺２Ｂから外部に露出させて、電極
取り出し部１４を形成している。これにより圧電素子板
２１が形成されることになる。圧電シートの薄板形成
は、例えばドクターブレード法により行なわれ、内部電
極４の形成はスクリーン印刷等を用いて行なう。

【００１７】この場合、電極取り出し部１４以外の内部
電極４を取り囲むようにコ字状になされた領域、すなわ
ち圧電シート上の、内部電極４を形成していない領域
は、後述するように電界が印加されずに圧電効果に寄与
しない領域となることから圧電不活性領域２４となり、
これに対して内部電極４が形成されている領域は圧電活
性領域２６となる。

【００１８】そして、略コ字状の圧電不活性領域２４に
本発明の特長とする収縮率整合薄膜２８を、内部電極と
同じくスクリーン印刷等を用いて形成する。この場合、
この整合薄膜２８は、内部電極４と同じ位い薄い金属薄
膜により形成し、圧電シート２の各端辺２Ａ，２Ｂより
も僅かに内側に位置させると同時に、内部電極４からも
必ず僅かに離間させて形成し、後述するように積層した
ときに電気的に浮遊状態となるように設定する。圧電不
活性領域の幅Ｄが、約１．０ｍｍであるのに対して、整
合薄膜２８の幅は、約０．５ｍｍ程度に設定する。

【００１９】尚、図１（Ａ）においては、電極取り出し
部１４は、端辺２Ｂの中央部となるように位置させた
が、これに限定されず、図１（Ｂ）に示すように電極取
り出し部１４を端辺２Ｂのいずれか一方の端部の方に位
置させて設けるようにしてもよいし、また、これを取り
囲む収縮率整合薄膜２８を途中で部分的に分断させて設
けるようにしてもよい。また、このように整合薄膜２８
を設ける理由は、後で詳しく説明するように圧電素子焼
成時における応力の発生を防止するためである。

【００２０】整合薄膜２８としては、全面ベタ状の金属
薄膜として形成してもよいが、積層時の圧電シート間の
密着性を考慮すると、例えば図２に示す拡大図のように
微小円形状の整合薄膜２８を密集させて例えば水玉模様
状に散在させて設けるように形成するのが好ましい。こ
れは、圧電シート同士の焼成後の強度よりも、圧電シー
トと電極間の焼成後の強度が弱く、圧電素子全体の強度
を考えると、できるだけ圧電シート同士の密着を多くす
る必要があるためである。尚、図２において、円形の整
合薄膜２８間の距離は説明の容易化のために大きく記載
しているが実際には非常に小さく、例えば０．０６〜
０．１５ｍｍ程度に設定されている。

【００２１】また、整合薄膜を散在させて設ける場合に
は、個々の形状は円形に限らず、例えば楕円形状、矩形
状、三角形状などどのような形状でもよい。また、この
整合薄膜２４の材料としては、内部電極と同じ材料、例
えば銀−パラジウムを用いればよく、その場合には、ス
クリーン印刷等により内部電極の形成時に同時に整合薄
膜２８も形成することができ、工程数も増加させる必要
がない。ただし、収縮率の整合を図るための同様の効果
が得られるのであれば、内部電極と同一の材料でなくて
も良い。

【００２２】このように、圧電シート２上に内部電極４
と整合薄膜２８を形成して圧電素子板２１の形成が完了
したならば、同様に形成した多数の圧電素子板２１を複
数枚、例えば２５枚、図３に示すように積層し、冷間静
水圧法（ＣＩＰ：ＣｏｌｄＩｓｏｓｔａｔｉｃＰｒｅ
ｓｓ）によりプレスしつつ例えば１２０℃程度の温度下
で圧着処理し、更にこれを１０７５℃程度の高温で焼結
処理して図４に示すような単体の圧電素子２２を形成す
る。尚、この圧電素子２２は図１８に示すサブユニット
２５に対応するものである。

【００２３】圧電素子板２１の積層に際しては、上下方
向に隣り合って接合する圧電素子板２１間の電極取り出
し部１４の位置する方向を互いに逆方向となるように積
層する。従って、圧電シート２は一層おきに同じ方向に
電極取り出し部１４が位置するようになっている。この
結果、焼結後の圧電素子の側壁には、図４に示すように
一層おきに電極取り出し部１４の端部が外部に露出する
ことになる。図４に示すように圧電素子を焼結した時に
は、その表面に非常に僅かではあるが凹凸が生じている
ので、これを積み上げるに先立って圧電素子の上下面を
表面研磨して平坦性を確保するのがよい。この場合、表
面研磨により内部電極が露出することを防止するため
に、図５に示すように、圧電素子２２の上下面に圧電シ
ートの約３層分に相当する厚み（３００μｍ程度）で、
内部電極と整合薄膜を形成していない圧電シートのみを
ダミーとして積層しておくのがよい。この表面研磨によ
り、例えば焼結時の高さが２．７ｍｍ程度であった圧電
素子を削り込んで２．５ｍｍ程度に設定する。

【００２４】また、上述のように圧電素子板を約２５枚
程積層して圧電素子２２を形成した理由は、上述のよう
な圧電シートの素材及び寸法では、この積層数を３０枚
以下の範囲内、好ましくは２５枚程度にした時に積層数
をあまり少なくし過ぎることなく内部応力を減少できる
からである。これを図１０に示すシミュレーション結果
に基づいて説明する。図１３は積層圧電シート数を種々
変えたときの圧電素子中心部からの距離と積層方向の応
力との関係のシミュレーション結果を示すグラフであ
り、グラフの上方に圧電素子の対応部分を示している。

【００２５】これは一枚のＰＺＴの圧電シートの厚みを
０．０９ｍｍとし、圧電不活性部（圧電不活性領域）の
長さを０．６ｍｍに設定して、１５０ボルトの直流電圧
を印加した時の結果を示す。図中、横軸の原点は素子の
中心部を示し、最大値２．５ｍｍは素子の表面を示して
いる。グラフから明らかなようにシートの積層枚数が多
くなるほど、圧電不活性部と圧電活性部との界面での応
力が大きくなり、特にクラック発生の最大原因である引
っ張り応力がその積層枚数に依存して増加する。従っ
て、積層枚数を低減することで、引っ張り応力の低減は
図れるが、残念ながら圧電活性部と圧電不活性部との界
面では必ず引っ張り応力が発生する。しかしながら、素
子の耐湿性の向上を検討する場合、水分の侵入経路を断
つことを最大の目的と考えると、素子の表面でのクラッ
クを防止することが望ましく、その部分でのクラックの
発生を最小限に抑えればよいといえる。本シミュレーシ
ョン結果では、積層枚数を３０層以下にすることで、素
子表面部での応力が圧縮側に働くことが明らかになっ
た。

【００２６】従って、積層枚数を２５枚程度にすること
で、素子表面にクラックの入りにくい圧電サブユニット
を形成することが可能となる。なお、積層枚数をあまり
少なくしすぎると生産効率が低下するのであまり好まし
くない。ここで、本シミュレーションの結果は、圧電シ
ートと内部電極間の密着状態が良好で、かつ内部に残留
応力等が内在していない、理想的な焼結体をモデルに用
いている。従って、前述のように焼結時の収縮率の整合
を図るための薄膜を形成しない場合、素子内での密着強
度が低減し、例えば圧電活性部と圧電不活性部近傍に生
じる引っ張り応力により、素子の側面にまで到達するよ
うな致命的なクラックを生じる。このように内部電極４
を形成していない圧電不活性領域２４に収縮率整合薄膜
２８を形成した圧電シート２を多数枚（本シミュレーシ
ョンの結果に基づく枚数）積層して圧電素子を形成する
ことにより、素子の焼結時の圧電不活性領域２４と圧電
活性領域２６におけるセラミック材の収縮率が略同じに
なり、残留応力を生ぜしめることがなくなり、密着強度
が高く、クラックの発生し難い素子を提供することが可
能となる。

【００２７】この場合、上述のように整合薄膜を例えば
水玉模様状に散在させて形成することにより、シート間
の密着強度の劣化も少なくなり、一層クラックの発生を
防止することができる。また、上述のように圧電シート
の積層枚数も最大２５枚程度とすることにより、圧電ア
クチュエータ製造時の素子積み上げ数もさほど多くなる
ことなく、クラックに対する強度の大きな圧電アクチュ
エータを得ることができる。そして、圧電素子の電極取
り出し部１４が露出している２つの側面に沿って銀−ペ
ースト等を塗って例えば７００℃程度で焼成することに
より第１及び第２の外部電極３０、３２を形成する。そ
して、この外部電極３０、３２に直流電圧を印加するこ
とにより、圧電シートのセラミック材を分極させ、圧電
素子を完成させる。

【００２８】前述したように、一般に、圧電素子の伸縮
ストロークは非常に小さく、例えば０．１ｍｍ程度の厚
みの圧電シートに１５０ボルト程度の直流電圧を印加し
た時に得られる伸縮量は０．１μｍ程度なので、必要と
するストロークに見合った伸縮量を得るためにはこの圧
電素子を複数個直列に接続する。そこで、図４に示すよ
うに形成した分極後の圧電素子２２を図６に示すように
複数個、図示例では４つ積み上げて、弾性接着剤２３に
より接合し、圧電素子柱４４を完成する。この圧電素子
柱４４の寸法は、例えば縦横がそれぞれ５．５ｍｍで、
厚みが２．５ｍｍ程度の圧電素子２２を、８個直列にそ
の厚み方向へ積み上げて接続することにより全長が約２
０ｍｍとなる。

【００２９】この圧電素子柱４４の状態では、各圧電素
子２２に形成された外部電極３０同士或いは３２同士は
電気的には接続されてはいない。その理由は、圧電素子
２２同士を接合するときに接着剤２３を介在させている
ことから、隣設する圧電素子同士の外部電極間に非常に
僅かな間隙が生ずるからである。これらの外部電極同士
を電気的に接続するために、先に説明したように従来に
おいては、各外部電極を接続するようにリード線等を半
田により接合していたが、この場合には、半田熱による
不都合が発生していた。そこで、本発明においては、導
電性接着剤により圧電素子連結電極を貼り付けて固定す
ることにより、半田を用いることなく電極を形成してい
る。すなわち、図７及び図８に示すように薄板状の導電
性部材よりなる圧電素子連結電極４６を電極取り出し部
の面、すなわち外部電極３０、３２に沿って導電性接着
剤５０（図１０参照）を用いて接合する。外部電極は、
＋側と−側のものが２系列あることから、この場合は圧
電素子柱４４の一対の対向側電極面にそれぞれ１つずつ
形成する。

【００３０】この圧電素子連結電極４６は、外部電極列
の略全体を被うような長さ、すなわち圧電素子柱４４と
略同じ長さに設定されており、その長さ方向の略中央部
には、接合側面の中心側へ突出させたランド部４８が形
成されており、ここに外部より電圧を印加するためのリ
ード線、すなわち外部接続リード線５０（図９参照）を
接続し得るようになっている。圧電素子連結電極４６の
材料としては、可撓性を有する導電性材料を用いる。こ
の材料としては例えばリン青銅、ベリリウム銅、洋白等
のバネ性或いは伸縮性を有する金属材料や、カーボン、
或いは可撓性導電性樹脂等を用いることができる。

【００３１】図８に示すように圧電素子連結電極４６の
厚みは極力薄くし、例えば約０．１〜０．２ｍｍ程度に
し、その長さＬ１は前述のようにこれを貼り付けるべき
圧電素子柱と略同じ長さに設定され、幅Ｗ１は外部電極
の幅と略同じ幅、例えば１ｍｍ程度に設定され、更に、
ランド部４８の幅Ｗ２も１ｍｍ程度に設定される。連結
電極４６の形状を成形するには、材料プレートをプレス
で打ち抜いたり、或いは金属プレートの場合には、エッ
チングにより成形することにより高い寸法精度で成形す
ることができる。プレスによる打ちぬきの場合には、そ
り、たわみ、バリ等が生じやすいが、エッチングの場合
にはそれらは発生せず、好ましくはエッチングにより成
形する。

【００３２】また、導電性接着剤５０は、外部電極列の
表面全体に塗布してもよいし、或いは圧電素子連結電極
４６の貼り付け面側全体に塗布するようにしてもよい。
導電性接着剤５０としては、導電性のある接着剤である
ならばどのようなものでもよく、例えば粉末状の金、
銀、銅、ニッケル、カーボン等をアクリル樹脂、エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂などの合成
樹脂に混入してなるドータイト（商品名）を用いること
ができる。このようにして、半田を用いることなく圧電
素子連結電極４６を貼り付け固定したならば、図９に示
すようにランド部４８に外部接続リード線５０を半田５
２より接合し、圧電アクチュエータを完成する。この横
断面図は、図１０に示されている。図７、図８及び図１
０等に示す構造は、図１（Ｂ）に示すように電極取り出
し部１４を端辺２Ｂの中心ではなく端部に設けた圧電素
子板を積層した場合の構造を示す。

【００３３】さて、このように構成した圧電アクチュエ
ータの各内部電極にリード線５０を介して直流電圧を印
加して駆動させると、電歪効果によりアクチュエータ全
体がその長さ方向に印加電圧に比例して伸長することに
なる。この場合、連結電極４６を構成する材料は、弾性
を有する導電性材料よりなるとから、アクチュエータの
伸長時にこの連結電極４６自体もその長さ方向に僅かに
伸び、アクチュエータの伸長動作を拘束することがない
ので、大きな発生変位量を得ることができる。

【００３４】また、この圧電素子連結電極４６は、導電
性接着剤５０を用いて、圧電素子柱２９の外部電極列に
接合するようにしているので、接合に半田を用いる必要
がなく、従って、半田熱に起因する種々の問題点、例え
ば半田熱による外部電極の銀喰われ、ヒートショックに
よる圧電素子の破損等をなくすことが可能となる。更に
は、個々の圧電素子に対して煩雑な半田付けをする必要
がなく、貼り付け操作で容易に連結電極４６を接合する
ことができるので、その分、作業性が容易となり、製造
コストを削減することが可能となる。

【００３５】尚、ランド部４８の表面に予め半田メッキ
を施しておくことにより、外部接続リード線５０を接続
するときに、接続操作を容易に行なうことができる。ま
た、図１０に示すように電極取り出し部１４を端辺２Ｂ
の中心ではなく端部に設けた場合には、リード線５０の
接続点がアクチュエータの幅方向の中心に位置すること
になり、リード線取り付け操作性がよくなる。更に、上
記実施例では、圧電素子の電極取り出し部の露出端部に
外部電極３０、３２を予め焼成して設けた構造のものに
ついて説明したが、これに限定されず、この外部電極を
形成しないで、外部電極なしの圧電素子を図６に示すよ
うに所定数上下に接続し、この電極取り出し部の露出端
部に沿って導電性接着剤を直接塗布し、この上に前述し
たような圧電素子連結電極を貼り付けるようにしてもよ
い。

【００３６】また、上記実施例においては、圧電素子連
結電極４６は、図８に示すように長尺な略長方形状とな
るように形成したがこれに限定されず、図１１に示すよ
うにその幅方向に沿って形成した切り込み部５４を、長
さ方向に沿って所定ピッチで多数設けた連結電極構造と
してもよい。この場合、切り込み部５４の切り込み方向
は、隣り合う切り込み部５４同士が互いに逆方向となる
ように設定する。これにより、各切り込み部５４の部分
で連結電極４６は図中上下方向へ僅かに屈曲可能なって
ヒンジ機能を持たせることができ、アクチュエータ自体
の伸長時の拘束力を一層小さくすることができるので、
発生変位量を更に大きくすることができる。

【００３７】図１１（Ａ）に示す連結電極５６の場合
は、図８に示す長尺長方形の連結電極４８に単に切り込
み部５４を形成しただけの構造であるが、これに対して
は図１１（Ｂ）に示す連結電極５８の場合は、連結電極
５８の全体形状を僅かな角度でもって屈曲するジグザグ
形状とし、且つその屈曲部に切り込み部５４を形成する
と同時にその切り込み深部に円形の切り込み孔６０を形
成しており、一層ヒンジ機能を高くして伸長時の拘束力
を減少させている。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示
す構造においては、隣り合う切り込み部５４間のピッチ
Ｌ２は、好ましくは図１２に示すように圧電素子２２の
厚みＬ３と略同じに設定する。そして、この連結電極５
６、５８を圧電素子２２の外部電極３０、３２上に接合
する場合には、図７及び図８にて説明したように外部電
極列全面に亘って導電性接着剤を塗布するのではなく、
個々の外部電極に対してピンポイント的に一ヶ所だけ導
電性接着剤５０を塗布し、そして、圧電素子の接合部と
連結電極の切り込み部５４の位置が略一致するように連
結電極を貼り付け固定する。そして、切り込み部５４の
残余部分の位置とピンポイント接着剤５０の位置を、外
部電極幅方向において僅かにずらしておく。

【００３８】このように構成することにより、連結電極
と外部電極との接合面積が少なくなるので切り込み部５
４におけるヒンジ機能を更に大きくすることができ、従
って、アクチュエータ伸長時の拘束力を更に減少させ
て、一層、発生変位量を大きくすることができる。尚、
上記実施例では、４つの圧電素子を接続した場合につい
て説明したが、この素子板は必要に応じて増減されるの
は勿論である。圧電素子板に収縮率整合薄膜を設けた構
造の交互電極型の圧電アクチュエータを例にとって説明
したが、この整合薄膜を用いていない交互電極型の圧電
アクチュエータにも適用し得るのは勿論である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電アク
チュエータによれば、次のように優れた作用効果を発揮
することがでいる。圧電素子柱の側面に、弾性を有する
導電材料によりなる薄板状の圧電素子連結電極を、導電
性接着剤を用いて貼り付け固定するようにしたので、発
生変位量をほとんど減少させることなく、しかも従来用
いられていた半田を使用することなく連結電極を設ける
ことができる。従って、半田熱に起因する銀喰われや素
子のヒートショック破損等の発生をなくすことができ、
耐久性及び信頼性を向上させることができる。圧電素子
連結電極に切り込み部を形成してヒンジ機能を持たせた
場合は、アクチュエータ伸長時の拘束力はほとんど発生
しないので、発生変位量を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧電シートに内部電極と収縮率整合薄膜を設け
た圧電素子板を示す平面図である。

【図２】図１に示す圧電素子板の収縮率整合薄膜の部分
を示す拡大図である。

【図３】図１に示す圧電素子板の積層状態を示す図であ
る。

【図４】圧電素子板を積層して形成した圧電素子を示す
斜視図である。

【図５】図４に示す圧電素子の側面図である。

【図６】圧電素子を積み上げて接続して形成した圧電素
子柱を示す斜視図である。

【図７】圧電素子柱に圧電素子連結電極を貼り付ける時
の状態を示す図である。

【図８】圧電素子連結電極を示す平面図である。

【図９】本発明に係る圧電アクチュエータを示す斜視図
である。

【図１０】図９に示す圧電アクチュエータの断面図であ
る。

【図１１】圧電素子連結電極の変形例を示す図である。

【図１２】図１１に示す連結電極を接合した時の状態を
示す拡大図である。

【図１３】積層圧電シート数を種々変えた時の圧電素子
中心部からの距離と積層方向の応力との関係を示すシミ
ュレーション結果を示すグラフである。

【図１４】従来の全面電極型の圧電アクチュエータを示
す斜視図である。

【図１５】従来の交互電極型の圧電アクチュエータを示
す斜視図である。

【図１６】図１５に示すアクチュエータの圧電シートの
積層状態を説明するための説明図である。

【図１７】従来の圧電アクチュエータのサブユニットを
示す図である。

【図１８】図１７に示すサブユニットを積み上げて接合
した時の状態を示す図である。

【図１９】図１８に示す積み上げユニットの外部電極に
リード線を接合した状態を示す図である。

【符号の説明】

２圧電シート４内部電極１４電極取り出し部１６圧電活性部１８圧電不活性部２１圧電素子板２２圧電素子２８収縮率整合薄膜３０第１の外部電極３２第２の外部電極４４圧電素子柱４６圧電素子連結電極４８ランド部５０導電性接着剤５４切り込み部５６、５８圧電素子連結電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電シートの表面に内部電極を形成して
なる圧電素子板を複数枚積層して、前記内部電極の電極
取り出し部を側面に有する圧電素子を形成し、この圧電
素子を複数個接合して圧電素子柱を形成し、この圧電素
子柱の前記電極取り出し部の面に沿って弾性を有する導
電材料よりなる圧電素子連結電極を導電性接着剤により
貼り付けて形成するように構成したことを特徴とする圧
電アクチュエータ。
【請求項２】前記圧電素子連結電極が、薄板状の弾性
を有する導電材料よりなることを特徴とする請求項１に
記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】前記圧電素子の電極取り出し部の面に
は、各内部電極を一層おきにそれぞれ接続するための外
部電極が形成されており、前記圧電素子連結電極は、こ
の外部電極の表面上に接合されることを特徴とする請求
項１又は２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】前記圧電素子連結電極は、その幅方向に
沿って形成された切り込み部が、前記圧電素子連結電極
の長さ方向に沿って複数個設けられており、前記切り込
み部により前記圧電素子連結電極の伸長を許容するヒン
ジ機能を持たせていることを特徴とする請求項１乃至３
のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】前記隣設する切り込み部間のピッチは、
前記圧電素子の厚みと略同一であることを特徴とする請
求項４記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】前記圧電素子連結電極は、前記圧電素子
毎にピンポイント的に接続されていることを特徴とする
請求項１乃至５のいずれかに記載の圧電アクチュエー
タ。
【請求項７】前記圧電素子連結電極は、外部接続リー
ド線を接続するためのランド部を有することを特徴とす
る請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電アクチュエー
タ。