JPH10225146A

JPH10225146A - 積層ユニモルフ型圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH10225146A
Application number: JP9031393A
Authority: JP
Inventors: Chiharu Watanabe; 千晴渡辺; Takashi Enomoto; 隆榎本
Original assignee: Wac Data Service Co Ltd
Current assignee: Wac Data Service Co Ltd
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】バイモルフ型素子に比較して、変位量は小さ
いが、応答速度が格段に速く、発生力、変換効率、共振
周波数が大きく、コストの低減された、バイモルフ素子
的な使用が可能な圧電アクチュエータを提供する。【解決手段】シム材３２の片面側に複数の圧電セラミ
クスの層２を積層してなると共に、当該積層された圧電
セラミクスの層２の厚み、圧電定数ｄ₃₁、印加電圧をシ
ム材３２から外側に向かって次第に薄く又は大きく構成
してなり、シム材３２を無分極の圧電不活性層とした屈
曲変位が可能な積層ユニモルフ型圧電アクチュエータ２
０。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、屈曲変位が可能な
積層ユニモルフ型圧電アクチュエータに関し、特に、繊
維機械用に、就中、靴下編み機の選針装置、機織り機の
縦糸制御装置において好適に使用できる圧電アクチュエ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒ
Ｏ₃）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）、チタン酸バリウム
（ＢａＴｉＯ₃）、リン酸バリウム等の圧電物質（結
晶）は、圧力や引っ張り等の機械的なエネルギー（力）
が加わると、その結晶の表面に静電気（チャージ）が現
れて、プラス側、マイナス側というように、電気的に分
れる（分極、帯電）ことが知られている。このような機
械的な歪みによって分極、帯電する現象は、圧電気直接
効果といい、反対に電圧を加えると変形する現象は、圧
電気逆効果と称されている。この場合、加える電圧の極
性によって結晶に働く力が異なる。分極方向と力の方向
との関係において、その分極の方向と力の方向とが同じ
場合（同一軸線上）を、圧電気縦効果といい、その分極
の方向と力の方向とが直角の関係にある時は、圧電気横
効果という。

【０００３】上記のような圧電セラミクスを利用した製
品は多岐にわたり広く各分野で利用されており、圧電現
象を介して発生する変位や力を機械的駆動源として利用
する圧電アクチュエータは、従来の磁性体にコイルを巻
いた電磁式のものと比較して、消費電力が少ない、応答
速度が速い、変位量が大きい、発熱が少ない、サイズ重
量が小さい等という優れた特徴を持っている。

【０００４】圧電アクチュエータにおいて電気エネルギ
ーと機械的エネルギー相互の変換を行なう変換素子に
は、主に、バイモルフ型素子と積層型素子とがある。バ
イモルフ型素子は、一般に、例えば、図７（Ａ）に示す
ように、金属のシム材１に伸縮特性の異なる２枚の圧電
セラミクス２を接着剤により接着したもので、当該バイ
モルフ型素子３に、電極（図示せず）を介して電圧を印
加すると、一方の圧電板２が伸び、他方の圧電板２が縮
み、同図に示すように、全体として屈曲変位を起こすよ
うになっている。尚、符号４は、分極の方向を示す。当
該バイモルフ型素子３は、変位量が大きいという利点が
ある一方で、電界に対する分極の関係から材料固有の履
歴特性、発生力、機械的強度、疲労特性に問題があり、
また、共振周波数を高くでき難い等の欠点がある。一
方、積層型素子５は、例えば、図７（Ｂ）に示すよう
に、一般に、圧電セラミクス２の薄板を数枚〜数１００
枚積層したもので、一枚一枚は厚み方向の分極４が逆に
なるように交互に積層固定したものである。尚、同図に
て、６は内部電極、７は外部電極である。当該積層型素
子５における電極の引き出しは、一般に、分極４のプラ
ス極同士、マイナス極同士を並列接続する。これにより
印加電圧の向きに対し、全電圧セラミクスの分極の向き
が同じになり、積層方向に変位するようになっている。
当該積層型素子５は、上記のようなバイモルフ型素子に
比較して、変位量は小さいが、応答速度が格段に速く、
発生力、変換効率、共振周波数が大きいという利点を有
している。図８（Ａ）に示す積層型圧電アクチュエータ
５は、縦型効果を利用した構造のもので、表裏面にメタ
ル電極膜を設け厚み方向に分極した圧電セラミクス板２
とメタルシート８を交互に積み重ねて接着剤等で一体化
されている。そして、各メタルシート８は、一層おきに
リードワイヤ９により外部で電気的に並列接続され、電
気端子１０が取り出されている。電気端子１０に電圧を
印加すれば、このアクチュエータ５は矢標の高さ方向に
伸縮運動を行なう。一方、図８（Ｂ）に示すようなグリ
ンシート法と呼ばれる積層セラミックコンデンサの技法
を用いた縦型効果を利用した構造の積層型圧電アクチュ
エータ５も提案されている。このものは、圧電セラミク
ス２の内部に層状に多数のメタル内部電極層１１が埋め
込まれ、接着剤を用いずに、内部電極１１とセラミクス
２が一体化されている。そして、各内部電極１１は一層
おきに並列接続されている。この構造のものは積層コン
デンサと類似の製造方法が適用できるために、生産の自
動化ができ、大量かつ安価に製造できる。図８（Ｃ）
に、当該積層型圧電アクチュエータ５と積層セラミック
コンデンサとを対比するために、積層セラミックコンデ
ンサの断面図を示す。これらの対比から、当該積層型圧
電アクチュエータ５では、各内部電極層１１の面積がセ
ラミクス２の断面積と等しいのに対し、コンデンサ１２
の場合は小さくなっている等の構造上の違いがある。ま
た、当該コンデンサ１２の場合、接続する上下の内部電
極１３の重ならない部分が圧電的に不活性になり、応力
発生の元になり、これをアクチュエータとした場合に
は、長時間繰り返し電圧を印加すると機械的に破壊す
る。尚、圧電アクチュエータにおける変換素子として、
シムと称される金属板にセラミクス単板を貼合せたユニ
モルフ型素子やセラミクス単板で屈曲させるようにした
モノモルフ型素子もある。

【０００５】ところで、上記したことからも分るよう
に、セラミクスは、強誘電体であり、その圧電性を利用
するためには、分極しなければならない。分極は、前記
のようなバイモルフ型素子３の場合、２枚の圧電セラミ
クス２、２の各々に対し電界を加えて行なわれる。ま
た、積層型素子５の場合、積層体全体を通して、電界を
加えることにより行なわれ、例えば、一旦加熱後、電界
を印加したまま冷却する等の方法により、積層体全体を
通して、全電圧セラミクスを分極させ、その分極の向き
が同じになるように分極している。そして、分極による
素子の動きという面では、前記のようなバイモルフ型素
子３の場合には、そのバイモルフ変位素子３に、電極を
介して電圧を印加すると、一方の圧電板２が伸び、他方
の圧電板２が縮み、全体として屈曲変位を起こすように
なっているのに対し、積層型素子５の場合には、図８
（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）にも示すように、積層方向
に変位し、高さ方向に伸縮運動を行なうだけであり、バ
イモルフ型素子のような形態の屈曲変位を起こすように
はなっていないという相違もある。従って、こうした積
層型素子を圧電アクチュエータとして使用するような場
合、積層方向への変位を利用した用途向きにはそれはそ
れとして使用できることは確かであるが、積層型素子で
あって、しかも、バイモルフ型素子のような屈曲変位を
起こすようなベンデング型の積層型素子としての利用は
できないことになる。又、積層型素子であって、しか
も、ユニモルフ（単一形態）型素子にあっても、ベンデ
ング型の積層型素子としての利用はでき難い。圧電アク
チュエータが、例えば、後で述べるような靴下編み機の
選針装置や機織り機の縦糸制御装置として使用される場
合、当該圧電アクチュエータが、バイモルフ型素子のよ
うに、屈曲変位し、ベンデングすることにより、編み針
の選択や縦糸の制御が高速度になし得るようにすること
が好ましい。尚、圧電積層型アクチュエータについて述
べた文献の例としては、日本特開昭６０−２１１１７６
号、特開昭６１−１５３８３号、特開昭５５−１０４１
４９号、および特開昭５４−１３３１２４号公報が挙げ
られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術に鑑み、バイモルフ型素子に比較して、変位量は小
さいが、応答速度が格段に速く、発生力、変換効率、共
振周波数が大きいという利点を有する積層型素子であっ
て、屈曲変位が可能なベンデング型の積層型圧電アクチ
ュエータを提供することを目的とする。又、本発明は、
ユニモルフ型素子ではあるが、圧電セラミクスとしては
複数の積層構造を有する積層ユニモルフ型素子であっ
て、屈曲変位が可能なベンデング型の積層型圧電アクチ
ュエータを提供することを目的とする。更に、本発明
は、特に、繊維機械用に、就中、靴下編み機の選針装
置、機織り機の縦糸制御装置において好適に使用出来る
圧電アクチュエータを提供することを目的としたもので
ある。本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特
徴は、本明細書全体の記述からもあきらかになるであろ
う。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、シム材の片面
側に複数の圧電セラミクスの層を積層してなると共に、
当該積層された圧電セラミクスの層の厚みを当該シム材
から外側に向かって次第に薄く構成してなることを特徴
とする屈曲変位が可能な積層ユニモルフ型圧電アクチュ
エータ（以下、厚み変換積層型圧電アクチュエータとい
う）に係るものである。本発明は、シム材の片面側に複
数の圧電セラミクスの層を積層してなると共に、当該積
層圧電セラミクスの圧電定数ｄ₃₁を当該シム材から外側
に向かって順次大きく構成してなる屈曲変位が可能な積
層ユニモルフ型圧電アクチュエータ（以下、圧電定数変
換積層型圧電アクチュエータという）に係るものであ
る。本発明は、シム材の片面側に複数の圧電セラミクス
の層を積層してなると共に、当該積層された圧電セラミ
クスの層への印加電圧を当該シム材から外側に向かって
順次大きく構成してなる屈曲変位が可能な積層ユニモル
フ型圧電アクチュエータ（以下、電圧変換積層型圧電ア
クチュエータという）に係るものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面を参
照しつつ説明する。図１（Ａ）は、本発明の実施例を示
す厚み変換積層型圧電アクチュエータの要部断面図、図
１（Ｂ）は、本発明の実施例を示す厚み変換積層型圧電
アクチュエータの圧電動作説明図、図１（Ｃ）は、本発
明の他の実施例を示す積層型圧電アクチュエータの要部
断面図である。図２は、本発明の実施例を示す当該圧電
アクチュエータが使用される靴下編み機の選針装置の断
面図である。図３（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、当該靴
下編み機の選針装置における圧電アクチュエータの選針
動作説明図である。図４は、靴下編み機の説明図であ
る。図５（Ａ）は、本発明の実施例を示す当該圧電アク
チュエータが使用される機織り機の縦糸制御装置の平面
図、図５（Ｂ）は、本発明の実施例を示す当該圧電アク
チュエータが使用される機織り機の縦糸制御装置の断面
図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、当該機織
り機の縦糸制御装置における圧電アクチュエータの制御
動作説明図である。

【０００９】図４に示すように、柄編み丸編機や柄編み
横編機等の靴下柄編み機において、フロッピーディスク
等の記憶装置に記憶された柄編成手順を編成針の上下動
に伝達するために選針装置（選針圧電アクチュエータ）
が用いられる。編成針１４の上下動をつかさどる選針装
置１５を、編成シリンダ−１６の周囲に多数配設し、当
該選針装置１５を、柄出しコントローラ１７に接続し、
当該柄出しコントローラ１７から柄編成手順を送り込
み、編成針１４の上下動を行って、靴下の柄編み編成を
行う。ここでは図示していないが、編成針の下部には、
バットを突設した選針ジャックを多数配設し、当該ジャ
ックの上部に編成針１４を多数当接し、編成シリンダ−
１６に編み糸１８をボビン１９から供給し、選針装置１
５を選針ジャックに作用させて上記のような編成針１４
の上下動を行って靴下の柄編み編成を行う。尚、選針装
置１５を、直接、編成針１４に作用させてもよい。

【００１０】当該選針装置１５の一例は、図２に示すよ
うに、圧電アクチュエータ２０を多段に支持体（ハウジ
ング）２１に支持させ、圧電アクチュエータ２０の端部
にフィンガ２２を取り付け、フィンガ２２の先端部を支
持体２１のストッパ−部２３の開口部２４から外部に突
き出しさせて、柄出しコントローラ１７からリード線２
５を介して当該圧電アクチュエータ２０を動作させ、さ
らに、フィンガ２２の作動により、前記のように、編成
針１４の上下動を行って、靴下の柄編み編成を行う。

【００１１】当該選針動作の一例を、圧電式のプレス方
式について説明するに、図３（Ｂ）に示すように、前記
柄出しコントローラ１７からリード線２５を介して圧電
アクチュエータ２０に電圧を印加した時（あるいは正の
パルスを印加した時）には、圧電アクチュエータ２０を
湾曲させ、フィンガ２２を例えば下向きにし、選針ジャ
ック２６のバット２７をプレスせず、その為、選針ジャ
ック２６は、垂直位置を保ち、その結果、選針ジャック
２６の下端の上げカム用バット２８が上げカム２９に係
合し、選針ジャック２６およびその上方に当接する編成
針１４を上昇運動させ、その結果、編成針１４による編
み目の形成が行われる。一方、図３（Ａ）に示すよう
に、電圧を印加しない時（あるいは負のパルスを印加し
た時）には、圧電アクチュエータ２０が湾曲せず、した
がって、選針ジャック２６のバット２７をプレスし、そ
の為、選針ジャック２６の下端の上げカム用バット２８
が上げカム２９に係合せず、選針ジャック２６の上方に
当接した網成針１４に編成作動を与えないようになって
いる。

【００１２】次に、図５および図６に従い、機織り機の
たて糸制御装置における圧電アクチュエータについて説
明する。織機の一般的な原理は、平織の場合、たて糸を
ヘルド（綜こう）に通し、該ヘルドの上下によって二つ
のグル−プに分け、開口を形成し、横糸をシャトルによ
って開口内に入れ、織前に押し付け、次いで、たて糸の
別の組み合わせを作り、これに横糸を入れ織り進んでい
く。当該ヘルド（綜こう）の制御、延ては、たて糸の制
御に、圧電アクチュエータが用いられる。図５および図
６に示すように、圧電アクチュエータ２０の端部にフィ
ンガ２２を取り付け、図示が省略されているが、当該圧
電アクチュエータ２０と綜こう制御装置とを電気的に接
続し、当該圧電アクチュエータ２０を動作させ、フィン
ガ２２の作動により、制御棒３１の下部に接続したヘル
ド（綜こう）（図示せず）の制御をし、延ては、たて糸
の制御を行う。その動作は、圧電アクチュエータ２０に
電圧（パルス）を印加すると、圧電アクチュエータ２０
は、屈曲変位し、当該圧電アクチュエータ２０にはフィ
ンガ２２が連結されているので、このフィンガ２２も圧
電アクチュエータ２０の屈曲変位（湾曲運動）に追従し
て動く。フィンガ２２には、フック部３０（フック穴で
もよい。）が設けられているので、同様にフック部また
は穴３１０が設けられている制御棒３１を、当該フィン
ガ２２により、係合し、一方、圧電アクチュエータ２０
に電圧（パルス）が印加されていないときには、フィン
ガ２２は、制御棒３１と係合せず、離れた位置を保持
し、かくて、フィンガ２２は、制御棒３１を選択的に係
合保持することができる。上記のように、制御棒３１
は、その図示が省略されているが、そのフック部または
穴３１０下部においてヘルド（綜こう）に接続されてい
る。制御棒３１は、ヘルドに作動的に連動し、当該ヘル
ドを制御し、たて糸の制御を行なう。

【００１３】厚み変換積層型圧電アクチュエータ本発明の積層型圧電アクチュエータは、上記したような
繊維機械における圧電アクチュエータ２０として使用す
ることができる。図１（Ａ）に示すように、圧電アクチ
ュエータ（厚み変換積層型圧電アクチュエータ）２０
は、積層型で、シム材３２の片面側に複数の圧電セラミ
クスの層２・・・を積層してなると共に、当該各々積層
された圧電セラミクスの層２・・・の厚みを当該シム材
３２から外側に向かって次第に薄く構成してなる。

【００１４】シム材３２に各々積層された圧電セラミク
スの層２・・・の厚みは、図示のように、当該シム材３
２から外側に向かって次第に薄く構成する必要がある。
図１（Ａ）および（Ｂ）の図示の上から見ると、当該シ
ム材３２の上部側に積層された圧電セラミクスの層２・
・・においては、その下層から上層にかけて順次それら
厚みが、次第に薄く構成されている。上記の場合、シム
材３２に接した圧電セラミクスの層２の厚みを、仮に、
厚みｔとすれば、その外側の圧電セラミクスの層２の厚
みはｔ−χ₁、ｔ−χ₂、ｔ−χ₃・・・ｔ−χ_n（但し、
χ₁＜χ₂＜χ₃＜χ_n）となるように、順次それら厚みを
薄くする。

【００１５】上記圧電セラミクス２を構成する圧電物質
（結晶）には、各種圧電物質（結晶）を用いることがで
きる。例えば、その具体例としては、ＰＺＴと称される
ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉ
Ｏ₃）との固溶体、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃）、チタ
ン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）、チタン酸バリウム（ＢａＴＩ
Ｏ₃）、リン酸バリウム等が挙げられる。当該圧電物質
には、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｍｎ等の添加物を添加することがで
きる。高分子物質との複合体等でもよい。

【００１６】シム材３２の例には、セラミクス、金属材
等が挙げられる。シム材３２には、上記した圧電物質を
用いることが好ましい。すなわち、当該シム材上に各々
積層された圧電セラミクスの層２・・・を構成するセラ
ミクスと同一材料とすることが好ましい。同一材料とす
ることにより、熱膨張係数をマッチングさせ、当該シム
材３２と圧電セラミクス層２との界面における剥離を防
止できる。

【００１７】圧電定数変換積層型圧電アクチュエータ本発明の積層型圧電アクチュエータは、他の実施例で
は、圧電定数変換積層型圧電アクチュエータに構成して
なり、当該シム材３２の片面側に各々積層された圧電セ
ラミクスの層２・・・における当該圧電セラミクスの圧
電定数ｄ₃₁を、当該シム材３２から外側に向かって順次
大きく構成してなる。これにより、前記実施例と同様
に、屈曲変位が可能な積層型圧電アクチュエータとす
る。上記圧電定数ｄ₃₁について説明するに、これは、圧
電セラミクスの評価、測定における圧電定数（圧電歪定
数）を基にしたものである。圧電現象を記述する基本式
には、各種あるが、本発明では、上記のように、ｄ形式
を採用する。この圧電セラミクスにおける材料定数の求
め方としてのｄ形式は、機械的変数（Ｓ歪）及び電気的
変数（Ｄ電気変位）を次の基本式（１）にて表したもの
である。

【００１８】

【数１】但し、上記式（１）において、Ｄ、Ｅは、圧電セラミク
スがその結晶構造に高次の対称性を持っているものとし
てのベクトル量を示し、また、Ｔ、Ｓは、対称テルソル
量を示す。更に、ｄは、圧電歪定数、ｓ^Eは、Ｅ＝０の
ときの弾性コンプライアンス、ε^Tは、Ｔ＝０のときの
誘電率である。これらベクトル量Ｄ、Ｅおよび対称テル
ソル量Ｔ、Ｓによる係数マトリクスにおいて、０でない
独立の係数の一つにｄ₃₁係数がある。圧電体を振動子と
して扱い、所謂共振法による評価測定法は、米国では、
ＩＥＥＥＳｔａｎｄａｒｄ１７６−１９７８、我が
国では、電子材料工業会規格ＥＭＡＳ−６００１〜６０
０６、国際的には、ＩＥＣＳｔａｎｄａｒｄＰｕｂ
ｌｉｃａｔｉｏｎ４８３１ｓｔｅｄｉｔｉｏｎと
して制定されている。圧電定数ｄ₃₁は、次の式（２）か
ら導き出される。

【００１９】

【数２】但し、上記式（２）において、κは、電気機械結合係数
であり、矩形板の長さ振動をκ₃₁としてある。尚、圧電
定数ｄ₃₁の単位は、Ｃ／Ｎ（ｍ／Ｖ）である。円柱の縦
振動における次式（３）より求めた圧電定数ｄ₃₃は、積
層型全体についての数値であり、本発明では、積層され
た個々の圧電セラミクスについての圧電定数ｄ₃₁が上記
を満たしていることが必要である。

【００２０】

【数３】但し、上記式において、κは、電気機械結合係数であ
り、円柱の縦振動をκ₃₃としてある。

【００２１】積層された個々の圧電セラミクスについて
の圧電定数ｄ₃₁は、前記で例示したような圧電物質、例
えば、ＰＺＴと称されるジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃）
とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）との固溶体、ジルコン酸
鉛（ＰｂＺｒＯ₃）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）、チタ
ン酸バリウム（ＢａＴＩＯ₃）、リン酸バリウム等の組
成、材料を適宜選択することにより調整することができ
る。

【００２２】電圧変換積層型圧電アクチュエータ本発明の積層型圧電アクチュエータは、更に他の実施例
では、電圧変換積層型圧電アクチュエータに構成してな
り、シム材３２の片面側に各々積層された圧電セラミク
スの層２・・・への印加電圧を当該シム材３２から外側
に向かって順次大きく構成してなる。当該構成の一例
は、印加電圧を制御できる機器を接続構成して、圧電セ
ラミクスの層２・・・への印加電圧を各層において変え
るようにすればよい。又、電圧制御の抵抗を付設する等
の構成も可能である。これにより、前記実施例と同様
に、屈曲変位が可能な積層型圧電アクチュエータとす
る。

【００２３】本発明において屈曲変位が可能な積層型圧
電アクチュエータを得るには、シム材３２上の積層体に
ついては、分極３３を行なっても、シム材３２は、分極
せず、無分極の圧電不活性の層とすることが好ましい。
シム材３２を分極せず、無分極の圧電不活性の層とする
ことにより、ベンディングを助長し、より屈曲変位が可
能な積層型圧電アクチュエータを得ることができる。シ
ム材３２としてセラミクスを使用するような場合、それ
に積層されるセラミクスについては上記のように分極形
態３３をとっても、当該シム材３２を構成するセラミク
スについては分極せず、無分極の圧電不活性とする。

【００２４】本発明における圧電定数変換積層型圧電ア
クチュエータおよび電圧変換積層型圧電アクチュエータ
は、図１（Ｃ）に示すような同じ厚みの圧電セラミクス
の層２・・・を有する積層型圧電アクチュエータに適用
して屈曲変位が可能な積層型圧電アクチュエータを得る
ことができるが、厚み変換と併用して行なえば、より一
層好ましい屈曲変位が可能な積層型圧電アクチュエータ
とすることができ、また、上記のように、シム材３２を
無分極の圧電不活性の層とすると、更に好ましい屈曲変
位が可能な積層型圧電アクチュエータを得ることができ
る。

【００２５】本発明におけるこれら厚み変換積層型圧電
アクチュエータ、圧電定数変換積層型圧電アクチュエー
タおよび電圧変換積層型圧電アクチュエータは、シム材
３２の片面側に複数の圧電セラミクスの層２・・・が積
層された単一形態のユニモルフ型素子であって、しか
も、積層型である。シム材３２の片面側に複数の圧電セ
ラミクスの層２・・・を積層すると共に、当該シム材３
２のもう一方の片面側にも複数の圧電セラミクスの層２
・・・を積層してバイモルフ型素子とすることもできる
が、上記ユニモルフ積層型素子の場合、それに比較し
て、コストの低減されたものが得られるし、減極（消
極）による変位量の低下が少なく、長寿命のものとな
り、又、印加電圧のプラス、ナイナスを適宜切り換える
ことにより、上側にも下側にも屈曲させ、バイモルフ素
子的な使用が可能となる等の利点がある。

【００２６】本発明による積層型圧電アクチュエータ
は、例えば、次のようにして得ることができる。圧電セ
ラミクスの仮焼粉末に有機溶剤、バインダ、可塑剤およ
び分散剤等を添加し、混合し、グリンシートを製造し、
適当な大きさに打ち抜き、Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｄ等よりなる
内部電極用導体ペーストをスクリーン印刷し、これらグ
リーンシートを必要枚数積層し、プレス成形し、一体化
させる。グリーンシートは、プレスにて加熱（通常５０
０〜６００℃）後、例えば１２００℃程度で焼成し、セ
ラミクス積層体を得る。当該積層体を切断後、絶縁、外
部電極付けをする。内部電極を一層おきに電気的に並列
接続する。他、当該積層型圧電アクチュエータの製造に
は、前記グリンシート法と呼ばれる積層セラミックコン
デンサの技法を用いることができる。

【００２７】得られた積層体は、その圧電性を利用する
ために、分極させる。分極は、例えば、空気中またはシ
リコンオイル中で行なうことができる。一旦、キューリ
点以上に加熱した後電界を印加したまま徐々に冷却する
電界冷却法等を用いてもよい。その際に、シム材３２
は、分極せず、無分極の圧電不活性の層とするとよい。

【００２８】上記ベンデング型の積層型圧電アクチュエ
ータの製造は、接着剤により、一体化して行なってもよ
いが、上記のように、接着剤を用いずに、かつ、全体を
通して同一材料で構成して、それらを、内部電極用導体
ペーストを介在させて一体化することが好ましい。接着
剤を用いずに、かつ、同一材料で構成して、一体化すれ
ば、接着強度が向上し、接着工程を省略でき、コストを
安くでき、しかも、同一材料で構成すれば、熱膨張係数
を合わせることができる。

【００２９】当該圧電アクチュエータを前記のような機
織り機の縦糸制御装置や靴下編み機の選針装置に使用す
る場合、前記実施例に示すように、当該圧電アクチュエ
ータ２０の湾曲運動を阻害しないような形態にすること
が好ましい。その方法は、靴下編み機の選針装置１５の
例で言えば、圧電アクチュエータ２０の後端部に球状体
３４を取り付け、この球状体３４を取付けた圧電アクチ
ュエータ２０の当該後端部を、支持体２１の圧電アクチ
ュエータ取付部３５の溝部３６内に嵌挿し、当該球状体
３４の球状部が当該圧電アクチュエータ取付部３５の溝
部３６内で可動できるようにし、それに伴い、圧電アク
チュエータ２０の後端部を可動可能とする。また、圧電
アクチュエータ２０の先端部にも、上記と同様の球状体
３４を取り付け、当該球状体３４が当該フィンガ２２の
後端部３７内で可動することができるようにし、それに
より、圧電アクチュエータ２０の先端部も可動可能とす
る。さらに、圧電アクチュエータ２０の後端部と先端部
との中途位置に回転体３８を固着して取付け、当該回転
体３８の両端部を支持体２１の回転体取付部（途中支点
部）３９に回転可能に架設して、当該回転体３８の回転
に伴い、圧電アクチュエータ２０の後端部と先端部との
中途位置の動きを止めないようにする。この方式および
装置によれば、圧電アクチュエータ２０が自由に可動
し、その動きを妨げず、途中支点が形成されので、格段
に選針スピードが早くすることができ、圧電アクチュエ
ータ２０が長寿命のものとなるなどの優れた利点があ
る。この点、機織り機の縦糸制御装置についても同様で
あり、圧電アクチュエータ２０の上端部に球状体３４を
取り付け、当該球状体３４を支持体（制御棒保持器）２
１に設けた溝部３６に当該溝部３６内において可動可能
に支持させるとともに、その下端部をフィンガ２２に可
動可能に連結させ、かつ、圧電アクチュエータ２０の上
端部と下端部との中途位置を、当該制御棒保持器２１に
回転可能に付設した回転体３８に固定させ、圧電アクチ
ュエータ２０の上端部や下端部およびそれらの中途位置
を、圧電アクチュエータ２０の湾曲運動に追従して可動
し得るようにし、圧電アクチュエータ２０の湾曲運動を
阻害しないようにすると、制御棒３１の制御動作、ヘル
ド、更には、たて糸の選択制御動作のスピードを向上さ
せることができ、また、圧電アクチュエータ２０の寿命
も長くすることができ、印加電圧もより一層低くするこ
とができるなどの利点を有しさせることができる。

【００３０】以上本発明によってなされた発明を実施例
にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるのもではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。本発明の機
織り機の縦糸制御装置は、ジャガ−ドにより提唱された
紋様に応じて孔の開けられたカ−ドを用い、カ−ドの孔
に対応する位置の竪針だけを引上げ、通糸を介して、そ
の竪針に連結されている経糸だけを引上げ、引上げた経
糸と原位置にとどまる経糸との間にひぐちを作るように
したジャガ−ド装置において主に用いられる。本発明
は、靴下編み機の選針装置において、前記プレス方式に
代えてすくい上げ方式の圧電アクチュエータとしても適
用できる。上記実施例では、本発明を繊維機械に適用し
た例を示したが、本発明は、当該繊維機械以外の各種分
野の圧電アクチュエータとしても適用でき、例えば、ポ
ジショナ（位置決め装置）、プリンタヘッド、超音波モ
ータ、圧電リレー、圧電バルブ、電子計算機、関連機器
（パソコン、プリンタ）、民生用電子機器（ＴＶ、ラジ
オ、ＶＴＲ）、事務機器、事務用品（複写機、タイプラ
イター）、精密機器（カメラ、時計）をはじめ各種分野
で使用出来る。

【００３１】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、本発明によれば、バイモ
ルフ型素子に比較して、変位量は小さいが、応答速度が
格段に速く、発生力、変換効率、共振周波数が大きいと
いう利点を有する積層型素子であって、屈曲変位が可能
なベンデング型の積層型圧電アクチュエータを提供する
ことができ、特に、繊維機械用に、就中、機織り機の縦
糸制御装置、靴下編み機の選針装置において好適に使用
出来る圧電アクチュエータを提供することができる。本
発明におけるこれら厚み変換積層型圧電アクチュエー
タ、圧電定数変換積層型圧電アクチュエータおよび電圧
変換積層型圧電アクチュエータは、シム材の片面側に複
数の圧電セラミクスの層が積層された単一形態のユニモ
ルフ型素子であって、しかも、積層型である。バイモル
フ型素子に比較して、コストの低減されたものが得られ
るし、減極（消極）による変位量の低下が少なく、長寿
命のものとなり、又、印加電圧のプラス、マイナスを適
宜切り換えることにより、上側にも下側にも屈曲させ、
バイモルフ素子的な使用が可能となる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は、本発明の実施例を示す厚み変換
積層型圧電アクチュエータの要部断面図、図１（Ｂ）
は、本発明の実施例を示す厚み変換積層型圧電アクチュ
エータの圧電動作説明図、図１（Ｃ）は、本発明の他の
実施例を示す積層型圧電アクチュエータの要部断面図で
ある。

【図２】図２は、本発明の実施例を示す当該圧電アクチ
ュエータが使用される靴下編み機の選針装置の断面図で
ある。

【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、当該靴下編
み機の選針装置における圧電アクチュエータの選針動作
説明図である。

【図４】図４は、靴下編み機の説明図である。

【図５】図５（Ａ）は、本発明の実施例を示す当該圧電
アクチュエータが使用される機織り機の縦糸制御装置の
平面図、図５（Ｂ）は、本発明の実施例を示す当該圧電
アクチュエータが使用される機織り機の縦糸制御装置の
断面図である。

【図６】図６（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、当該機織り
機の縦糸制御装置における圧電アクチュエータの制御動
作説明図である。

【図７】図７（Ａ）は、従来例のバイモルフ型圧電素子
の構成図、図７（Ｂ）は、従来例の積層型圧電素子の構
成図である。

【図８】図８（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ
従来例の積層型圧電素子の構成図である。

【符号の説明】

１…金属のシム材２…圧電セラミクス３…バイモルフ型素子４…分極の方向５…積層型素子６…内部電極７…外部電極８…メタルシート９…リードワイヤ１０…電気端子１１…メタル内部電極層１２…積層セラミックコンデンサ１３…内部電極１４…編成針１５…選針装置１６…編成シリンダ− １７…柄出しコントローラ１８…編み糸１９…ボビン２０…圧電アクチュエータ２１…支持体（ハウジング）２２…フィンガ２３…ストッパ−部２４…開口部２５…リード線２６…選針ジャック２７…バット２８…上げカム用バット２９…上げカム３０…フック部３１…制御棒３２…コア材３３…分極形態３４…球状体３５…圧電アクチュエータ取付部３６…溝部３７…フィンガ２２の後端部３８…回転体３９…回転体取付部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シム材の片面側に複数の圧電セラミクス
の層を積層してなると共に、当該積層された圧電セラミ
クスの層の厚みを当該シム材から外側に向かって次第に
薄く構成してなることを特徴とする屈曲変位が可能な積
層ユニモルフ型圧電アクチュエータ。
【請求項２】シム材の片面側に複数の圧電セラミクス
の層を積層してなると共に、当該積層圧電セラミクスの
圧電定数ｄ₃₁を当該シム材から外側に向かって順次大き
く構成してなる屈曲変位が可能な積層ユニモルフ型圧電
アクチュエータ。
【請求項３】シム材の片面側に複数の圧電セラミクス
の層を積層してなると共に、当該積層された圧電セラミ
クスの層への印加電圧を当該シム材から外側に向かって
順次大きく構成してなる屈曲変位が可能な積層ユニモル
フ型圧電アクチュエータ。
【請求項４】シム材が、無分極の圧電不活性の層よりな
る、請求項１〜３いずれか一項に記載の積層ユニモルフ
型圧電アクチュエータ。
【請求項５】シム材が、セラミクスよりなる、請求項４
に記載の積層ユニモルフ型圧電アクチュエータ。
【請求項６】シム材が、金属よりなる、請求項４に記載
の積層ユニモルフ型圧電アクチュエータ。
【請求項７】積層ユニモルフ型圧電アクチュエータが、
繊維機械用積層型圧電アクチュエータであることを特徴
とする、請求項１〜６いずれか一項に記載の積層ユニモ
ルフ型圧電アクチュエータ。
【請求項８】繊維機械用積層型圧電アクチュエータが、
靴下編み機の選針装置における圧電アクチュエータであ
ることを特徴とする、請求項７に記載の積層ユニモルフ
型圧電アクチュエータ。
【請求項９】繊維機械用積層型圧電アクチュエータが、
機織り機の縦糸制御装置における圧電アクチュエータで
あることを特徴とする、請求項７に記載の積層ユニモル
フ型圧電アクチュエータ。