JP2003174207A - ケース封入型圧電アクチュエータ - Google Patents
ケース封入型圧電アクチュエータInfo
- Publication number
- JP2003174207A JP2003174207A JP2001370781A JP2001370781A JP2003174207A JP 2003174207 A JP2003174207 A JP 2003174207A JP 2001370781 A JP2001370781 A JP 2001370781A JP 2001370781 A JP2001370781 A JP 2001370781A JP 2003174207 A JP2003174207 A JP 2003174207A
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- JP
- Japan
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- case
- piezoelectric actuator
- enclosed
- displacement
- laminated
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 広い温度範囲でケース封入型圧電アクチュエ
ータを使用する場合、温度変化による寸法変化がなく、
電圧印加により発生する変位量を損失することなく伝達
することが可能なケース封入型圧電アクチュエータを提
供する。 【解決手段】 圧電セラミック層が３層以上と内部電極
層が２層以上となるよう積層した積層体と、この積層体
の側面に内部電極が１層おきに対向電極となるように絶
縁体層の形成または内部電極の一部を形成せずに圧電セ
ラミックの一部を絶縁体層とし、その上に外部電極を形
成した積層型圧電セラミックを密閉ケースに封入した圧
電アクチュエータにおいて、積層型圧電セラミックスの
＜線熱膨張係数×積層方向の長さ＞と、積層型圧電セラ
ミックスの変位方向の両端に配置された部材の＜線熱膨
張係数×長さ＞の熱膨張による変位の和がゼロ近傍であ
る。
ータを使用する場合、温度変化による寸法変化がなく、
電圧印加により発生する変位量を損失することなく伝達
することが可能なケース封入型圧電アクチュエータを提
供する。 【解決手段】 圧電セラミック層が３層以上と内部電極
層が２層以上となるよう積層した積層体と、この積層体
の側面に内部電極が１層おきに対向電極となるように絶
縁体層の形成または内部電極の一部を形成せずに圧電セ
ラミックの一部を絶縁体層とし、その上に外部電極を形
成した積層型圧電セラミックを密閉ケースに封入した圧
電アクチュエータにおいて、積層型圧電セラミックスの
＜線熱膨張係数×積層方向の長さ＞と、積層型圧電セラ
ミックスの変位方向の両端に配置された部材の＜線熱膨
張係数×長さ＞の熱膨張による変位の和がゼロ近傍であ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加圧により電圧を
生じさせたり、電圧を加えて変位又は力を生じさせる圧
電アクチュエータの構造に関するものである。
生じさせたり、電圧を加えて変位又は力を生じさせる圧
電アクチュエータの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の密閉ケースに封入しない圧電アク
チュエータとして、特開２０００-２７０５６８号公報
に記載されたものが公知である。また、密閉ケースに封
入した形では、積層型圧電セラミックスと密閉ケース部
材を耐熱性接着剤等で接着し、密閉ケース部材同士を接
着、溶接する技術が用いられていた。
チュエータとして、特開２０００-２７０５６８号公報
に記載されたものが公知である。また、密閉ケースに封
入した形では、積層型圧電セラミックスと密閉ケース部
材を耐熱性接着剤等で接着し、密閉ケース部材同士を接
着、溶接する技術が用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術は、−４０℃
から２００℃以上の広い温度範囲でケース封入型圧電ア
クチュエータを使用する場合、温度変化により、ケース
封入型圧電アクチュエータは初期の寸法から寸法差が生
じ、装置等に組込む場合、装置との接続が取れなくなる
という問題があった。したがって、本発明の課題は、広
い温度範囲で使用する場合、温度変化によるケース封入
型圧電アクチュエータの寸法変化をゼロ近傍にすること
である。
から２００℃以上の広い温度範囲でケース封入型圧電ア
クチュエータを使用する場合、温度変化により、ケース
封入型圧電アクチュエータは初期の寸法から寸法差が生
じ、装置等に組込む場合、装置との接続が取れなくなる
という問題があった。したがって、本発明の課題は、広
い温度範囲で使用する場合、温度変化によるケース封入
型圧電アクチュエータの寸法変化をゼロ近傍にすること
である。
【０００４】
【課題が解決するための手段】ケース封入型圧電アクチ
ュエータは、積層型圧電セラミックスと密封ケース部材
からなり、積層型圧電セラミックスの＜線熱膨張係数×
積層方向の長さ＞と、積層型圧電セラミックスの変位方
向の両端に配置された部材の＜線熱膨張係数×長さ＞の
熱膨張による変位の和がゼロ近傍であることを主要な特
徴とする。
ュエータは、積層型圧電セラミックスと密封ケース部材
からなり、積層型圧電セラミックスの＜線熱膨張係数×
積層方向の長さ＞と、積層型圧電セラミックスの変位方
向の両端に配置された部材の＜線熱膨張係数×長さ＞の
熱膨張による変位の和がゼロ近傍であることを主要な特
徴とする。
【０００５】本発明によれば、−４０℃〜２００℃の温
度範囲でケース封入型圧電アクチュエータを使用した場
合でも、初期寸法から寸法差が生じないため、発生する
変位量を損失することなく伝えることができる。
度範囲でケース封入型圧電アクチュエータを使用した場
合でも、初期寸法から寸法差が生じないため、発生する
変位量を損失することなく伝えることができる。
【０００６】
【実施の形態】以下に本発明の実施の形態を、図面を参
照して説明する。図１は、積層型圧電セラミックを示す
図であり、積層型圧電セラミックス５は、圧電セラミッ
クシート1にＡｇ／Ｐｄ系の内部電極２を印刷した圧電
セラミックシートと、内部電極２を印刷していない圧電
セラミックシートを積層し、その後熱プレスにより一体
化した後、焼成を行っている。さらに、焼成処理を行っ
た焼成体は、機械加工による外形形状加工と、内部電極
２が１層おきに対向電極となるように絶縁体および外部
電極の形成を行っている。また、内部電極２の露出する
面の加工は、ダイヤモンドカッターで切断後、切断面の
ラップ処理を行っている。
照して説明する。図１は、積層型圧電セラミックを示す
図であり、積層型圧電セラミックス５は、圧電セラミッ
クシート1にＡｇ／Ｐｄ系の内部電極２を印刷した圧電
セラミックシートと、内部電極２を印刷していない圧電
セラミックシートを積層し、その後熱プレスにより一体
化した後、焼成を行っている。さらに、焼成処理を行っ
た焼成体は、機械加工による外形形状加工と、内部電極
２が１層おきに対向電極となるように絶縁体および外部
電極の形成を行っている。また、内部電極２の露出する
面の加工は、ダイヤモンドカッターで切断後、切断面の
ラップ処理を行っている。
【０００７】図２は、図１の積層型圧電セラミックを従
来の密閉ケース７に組み込んだものであり、積層型圧電
セラミックス５と、密封ケース部材である筒状部材６、
下面部材８、上面部材９からなり、外部電極４から密閉
ケースの外に電気的に接続させるリード線７を付設して
いる。また、積層型圧電セラミックス５に圧縮応力がか
かるように、筒状部材６のバネ機構部を引張りながら下
面部材８、上面部材９を接着または溶接により接合す
る。
来の密閉ケース７に組み込んだものであり、積層型圧電
セラミックス５と、密封ケース部材である筒状部材６、
下面部材８、上面部材９からなり、外部電極４から密閉
ケースの外に電気的に接続させるリード線７を付設して
いる。また、積層型圧電セラミックス５に圧縮応力がか
かるように、筒状部材６のバネ機構部を引張りながら下
面部材８、上面部材９を接着または溶接により接合す
る。
【０００８】図３は、本発明の実施の形態によるケース
封入型圧電アクチュエータを示す図であり、図２に示し
た従来のケース封入型圧電アクチュエータに、熱膨張を
補正するための変位伝達部材１０を取り付けている。積
層型圧電セラミックス５の線熱膨張係数をα１、積層方
向の長さＬ１と、下面部材８、上面部材９、変位伝達部
材１０の線熱膨張係数をそれぞれα２、α３、α４、長
さL２、L３、L４としたとき（α１×L1）、（α２×L
２）、（α３×L３）、（α４×L４）の和をゼロ近傍に
する。
封入型圧電アクチュエータを示す図であり、図２に示し
た従来のケース封入型圧電アクチュエータに、熱膨張を
補正するための変位伝達部材１０を取り付けている。積
層型圧電セラミックス５の線熱膨張係数をα１、積層方
向の長さＬ１と、下面部材８、上面部材９、変位伝達部
材１０の線熱膨張係数をそれぞれα２、α３、α４、長
さL２、L３、L４としたとき（α１×L1）、（α２×L
２）、（α３×L３）、（α４×L４）の和をゼロ近傍に
する。
【０００９】また、本実施の形態におけるＬ１〜Ｌ４の
長さは表１に示すように、の積層型圧電セラミックス
５の長さを４０ｍｍとし、に示す下面部材８、上面部
材９の長さを各2mmとした。〜は変位伝達部材の線
熱膨張係数α4を選択し、熱膨張による変位量である
（α１×Ｌ１）と（α２×Ｌ２）と（α３×Ｌ３）と
（α４×Ｌ４）の和がゼロ近傍になるようにL４を計算
した結果である。表1内のの長さは下面部材８、上面
部材９の長さの和である。
長さは表１に示すように、の積層型圧電セラミックス
５の長さを４０ｍｍとし、に示す下面部材８、上面部
材９の長さを各2mmとした。〜は変位伝達部材の線
熱膨張係数α4を選択し、熱膨張による変位量である
（α１×Ｌ１）と（α２×Ｌ２）と（α３×Ｌ３）と
（α４×Ｌ４）の和がゼロ近傍になるようにL４を計算
した結果である。表1内のの長さは下面部材８、上面
部材９の長さの和である。
【００１０】本発明によるケース封入型圧電アクチュエ
ータの素子寸法の温度特性は、−４０℃〜２００℃の温
度範囲において、図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、寸
法変化がほとんどない。このアクチュエータに200Vの直
流電界を印加ときの変位量をみても温度変化による変位
量の変化が少ない。また、図４（ａ）は、積層型圧電セ
ラミックス５の寸法の温度特性であり、積層型圧電セラ
ミックスは、負の線熱膨張係数をもつことがわかる。こ
の結果より、請求項１の積層型圧電セラミックスの変位
方向の両端に配置された部材の線熱膨張係数、長さを変
えることによって、ケース封入型圧電アクチュエータの
線熱膨張係数をゼロ近傍にすることができる。
ータの素子寸法の温度特性は、−４０℃〜２００℃の温
度範囲において、図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、寸
法変化がほとんどない。このアクチュエータに200Vの直
流電界を印加ときの変位量をみても温度変化による変位
量の変化が少ない。また、図４（ａ）は、積層型圧電セ
ラミックス５の寸法の温度特性であり、積層型圧電セラ
ミックスは、負の線熱膨張係数をもつことがわかる。こ
の結果より、請求項１の積層型圧電セラミックスの変位
方向の両端に配置された部材の線熱膨張係数、長さを変
えることによって、ケース封入型圧電アクチュエータの
線熱膨張係数をゼロ近傍にすることができる。
【００１１】ケース封入型圧電アクチュエータの熱膨張
の調整は、主に変位伝達部材１０の線熱膨張係数α４と
長さＬ４を用いており、変位伝達部材１０の設置場所は
図５(ａ)〜(ｆ)に示すように積層型圧電セラミックス、
またはケース封入型圧電アクチュエータの一端、または
両端のいずれかに設置しても同様の効果を示す。
の調整は、主に変位伝達部材１０の線熱膨張係数α４と
長さＬ４を用いており、変位伝達部材１０の設置場所は
図５(ａ)〜(ｆ)に示すように積層型圧電セラミックス、
またはケース封入型圧電アクチュエータの一端、または
両端のいずれかに設置しても同様の効果を示す。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、ケース封入型圧電アク
チュエータにおいて積層型圧電セラミックスと変位方向
の両端に配置した部材の線熱膨張係数と長さを選択する
ことにより、温度変化による寸法変化がほとんどなく、
電圧印加により発生する変位量を損失することなく伝え
ることが可能なケース封入型圧電アクチュエータの提供
が可能となった。
チュエータにおいて積層型圧電セラミックスと変位方向
の両端に配置した部材の線熱膨張係数と長さを選択する
ことにより、温度変化による寸法変化がほとんどなく、
電圧印加により発生する変位量を損失することなく伝え
ることが可能なケース封入型圧電アクチュエータの提供
が可能となった。
【図１】積層型圧電セラミックスを示す図である。
【図２】従来のケース封入型圧電アクチュエータを示す
図である。
図である。
【図３】本発明でのケース封入型圧電アクチュエータを
示す図である。
示す図である。
【図４】各温度における、ケース封入型圧電アクチュエ
ータの寸法と発生する変位量の関係を示す図である。
ータの寸法と発生する変位量の関係を示す図である。
【図５】本発明でのケース封入型圧電アクチュエータを
示す図である。
示す図である。
１ 圧電セラミックス
２ 内部電極
３ 絶縁体
４ 外部電極
５ 積層型圧電セラミックス
６ 筒状部材
７ リード線
８ 下面部材
８a 下面部材
９ 上面部材
９a 上面部材
１０ 変位伝達部材
１０a 変位伝達部材
１０b 変位伝達部材
１０c 変位伝達部材
Claims (3)
- 【請求項１】 圧電セラミック層が３層以上と内部電極
層が２層以上となるよう積層した積層体と、この積層体
の側面に内部電極が１層おきに対向電極となるように絶
縁体層の形成、または内部電極の一部を形成せずに圧電
セラミックの一部を絶縁体層とし、その上に外部電極を
形成した積層型圧電セラミックを密閉ケースに封入した
圧電アクチュエータにおいて、積層型圧電セラミックス
の変位方向の両端に熱膨張補正材を配置したことを特徴
とするケース封入型圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】 積層型圧電セラミックスの変位方向の両
端に配置された熱膨張補正材は、正の線熱膨張係数を持
つことを特徴とする請求項１のケース封入型圧電アクチ
ュエータ。 - 【請求項３】 ケース封入型圧電アクチュエータにおい
て、熱膨張補正材の１つである変位伝達部材は、積層型
圧電セラミックス、またはケース封入型圧電アクチュエ
ータの一端、または両端のいずれかに設置することを特
徴とする請求項１のケース封入型圧電アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001370781A JP2003174207A (ja) | 2001-12-05 | 2001-12-05 | ケース封入型圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001370781A JP2003174207A (ja) | 2001-12-05 | 2001-12-05 | ケース封入型圧電アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003174207A true JP2003174207A (ja) | 2003-06-20 |
Family
ID=19179946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001370781A Pending JP2003174207A (ja) | 2001-12-05 | 2001-12-05 | ケース封入型圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003174207A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7298068B2 (en) * | 2005-06-01 | 2007-11-20 | Sagem Defense Securite | Materials of active-piston actuators |
| CN107492398A (zh) * | 2017-09-12 | 2017-12-19 | 苏州迈客荣自动化技术有限公司 | 一种一维微位移台 |
-
2001
- 2001-12-05 JP JP2001370781A patent/JP2003174207A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7298068B2 (en) * | 2005-06-01 | 2007-11-20 | Sagem Defense Securite | Materials of active-piston actuators |
| CN107492398A (zh) * | 2017-09-12 | 2017-12-19 | 苏州迈客荣自动化技术有限公司 | 一种一维微位移台 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050317 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060808 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20060927 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061206 |