JP2003289160A - 圧電アクチュエータ - Google Patents
圧電アクチュエータInfo
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- JP2003289160A JP2003289160A JP2002090905A JP2002090905A JP2003289160A JP 2003289160 A JP2003289160 A JP 2003289160A JP 2002090905 A JP2002090905 A JP 2002090905A JP 2002090905 A JP2002090905 A JP 2002090905A JP 2003289160 A JP2003289160 A JP 2003289160A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric actuator
- metal
- actuator element
- insulating oil
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイグレーションの発生を防ぎ、さらには、
耐衝撃性に優れた圧電アクチュエータを提供する。 【解決手段】 圧電アクチュエータ素子が金属筐体に内
包され、該圧電アクチュエータ素子のリードが該金属筐
体外に引き出され、かつ該金属筐体が金属製キャップに
封止されてなる圧電アクチュエータの該金属筐体内に絶
縁油を封入することにより、絶縁保護用のチューブが不
要となり、さらには耐衝撃性に優れた圧電アクチュエー
タが得られる。
耐衝撃性に優れた圧電アクチュエータを提供する。 【解決手段】 圧電アクチュエータ素子が金属筐体に内
包され、該圧電アクチュエータ素子のリードが該金属筐
体外に引き出され、かつ該金属筐体が金属製キャップに
封止されてなる圧電アクチュエータの該金属筐体内に絶
縁油を封入することにより、絶縁保護用のチューブが不
要となり、さらには耐衝撃性に優れた圧電アクチュエー
タが得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、位置決め装置等の
電子機器の駆動素子として使用される圧電アクチュエー
タに関するものである。
電子機器の駆動素子として使用される圧電アクチュエー
タに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子部品の故障原因の１つであるマイグ
レーションとしては、空気中の湿気により電気化学反応
が起こって、電極金属がイオン化して溶け出すことによ
り起こるイオンマイグレーションと、電子部品の使用時
に電界が発生することにより、電極や配線として使用し
た金属が絶縁層中を移動して、電極間の絶縁抵抗値が低
下することにより起こるエレクトロマイグレーションが
ある。このうち、イオンマイグレーションは温度１００
℃以下、電流密度１ｍＡ／ｃｍ2以下、湿度が高いほど
発生頻度が高くなることが知られている。このように、
電子部品は外気にさらしたままにしておいた場合、すぐ
に酸化、塩化、硫化が起き易く、マイグレーションの発
生原因となっていた。その為、電子部品の中でも特に高
電圧が印加される圧電アクチュエータは、このようなエ
レクトロマイグレーションを回避し、さらには、金属筐
体と圧電アクチュエータ素子の外部電極とが電気的に短
絡状態になるのを回避するための対策として、特開平９
−２７０５４２に開示されているように、素子に樹脂チ
ューブを巻きつける必要があった。
レーションとしては、空気中の湿気により電気化学反応
が起こって、電極金属がイオン化して溶け出すことによ
り起こるイオンマイグレーションと、電子部品の使用時
に電界が発生することにより、電極や配線として使用し
た金属が絶縁層中を移動して、電極間の絶縁抵抗値が低
下することにより起こるエレクトロマイグレーションが
ある。このうち、イオンマイグレーションは温度１００
℃以下、電流密度１ｍＡ／ｃｍ2以下、湿度が高いほど
発生頻度が高くなることが知られている。このように、
電子部品は外気にさらしたままにしておいた場合、すぐ
に酸化、塩化、硫化が起き易く、マイグレーションの発
生原因となっていた。その為、電子部品の中でも特に高
電圧が印加される圧電アクチュエータは、このようなエ
レクトロマイグレーションを回避し、さらには、金属筐
体と圧電アクチュエータ素子の外部電極とが電気的に短
絡状態になるのを回避するための対策として、特開平９
−２７０５４２に開示されているように、素子に樹脂チ
ューブを巻きつける必要があった。
【０００３】又、圧電アクチュエータは特開平５−３３
４９に開示されているようにセラミックス層、内部電極
層及び絶縁および内部応力を緩和する部分が交互に積層
されている多層の圧電アクチュエータ素子により構成さ
れることが現在、主流となっている。現状、産業上の要
請により更なる高変位と高出力を求められ、その結果、
層数ができるだけ多い多層の圧電アクチュエータ素子の
供給が要求されている。
４９に開示されているようにセラミックス層、内部電極
層及び絶縁および内部応力を緩和する部分が交互に積層
されている多層の圧電アクチュエータ素子により構成さ
れることが現在、主流となっている。現状、産業上の要
請により更なる高変位と高出力を求められ、その結果、
層数ができるだけ多い多層の圧電アクチュエータ素子の
供給が要求されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図２は従来実施されて
いた圧電アクチュエータの側断面図であって、圧電アク
チュエータ素子１（圧電アクチュエータ素子１の外部電
極５と外部リード端子６をハンダ接合した箇所も含む）
の外周に絶縁保護樹脂チューブ２を巻いたものを金属製
キャップ３の中に入れて、金属製キャップ３と金属製ベ
ース４を溶接等により封止している。その際、金属製ベ
ース４と外部リード端子６はガラス融着している。その
結果、絶縁保護樹脂チューブ２の肉厚約１ｍｍ分程、金
属製キャップ３の内径が余分に必要になり、外径形状が
大きくなってしまうこと、或いは金属製キャップ３の封
止が不十分な場合に圧電アクチュエータ素子１と絶縁保
護樹脂チューブ２の隙間から湿気、ほこり等が入り込
み、マイグレーションを進行させてしまう等の課題があ
った。さらに、圧電アクチュエータは高変位と高出力を
求められるため、多層に積層された結果、圧電アクチュ
エータ素子１の縦横寸法比が、縦の寸法：横の寸法＝１
０以上：１と縦の寸法が横の寸法に対して極端に長くな
っており、横方向からの衝撃に弱いことが課題となって
いた。
いた圧電アクチュエータの側断面図であって、圧電アク
チュエータ素子１（圧電アクチュエータ素子１の外部電
極５と外部リード端子６をハンダ接合した箇所も含む）
の外周に絶縁保護樹脂チューブ２を巻いたものを金属製
キャップ３の中に入れて、金属製キャップ３と金属製ベ
ース４を溶接等により封止している。その際、金属製ベ
ース４と外部リード端子６はガラス融着している。その
結果、絶縁保護樹脂チューブ２の肉厚約１ｍｍ分程、金
属製キャップ３の内径が余分に必要になり、外径形状が
大きくなってしまうこと、或いは金属製キャップ３の封
止が不十分な場合に圧電アクチュエータ素子１と絶縁保
護樹脂チューブ２の隙間から湿気、ほこり等が入り込
み、マイグレーションを進行させてしまう等の課題があ
った。さらに、圧電アクチュエータは高変位と高出力を
求められるため、多層に積層された結果、圧電アクチュ
エータ素子１の縦横寸法比が、縦の寸法：横の寸法＝１
０以上：１と縦の寸法が横の寸法に対して極端に長くな
っており、横方向からの衝撃に弱いことが課題となって
いた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の圧電アクチュエータは以下の構成を特徴と
する。
め、本発明の圧電アクチュエータは以下の構成を特徴と
する。
【０００６】即ち、金属製キャップと金属製ベースが封
止接合されてなる金属筐体に圧電アクチュエータ素子が
内包され、該圧電アクチュエータ素子のリード端子が該
金属筐体外に引き出されてなる圧電アクチュエータであ
って、該金属筐体内に絶縁油が封入されていることを特
徴とする。
止接合されてなる金属筐体に圧電アクチュエータ素子が
内包され、該圧電アクチュエータ素子のリード端子が該
金属筐体外に引き出されてなる圧電アクチュエータであ
って、該金属筐体内に絶縁油が封入されていることを特
徴とする。
【０００７】好適な実施形態において、前記絶縁油がシ
リコンオイル、シリコングリースまたはシリコンオイル
コンパウンドであることを特徴とする。
リコンオイル、シリコングリースまたはシリコンオイル
コンパウンドであることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧電アクチュ
エータの一実施形態を、図面を参照して詳細に説明す
る。
エータの一実施形態を、図面を参照して詳細に説明す
る。
【０００９】図１は本発明の一実施形態である圧電アク
チュエータの側断面図である。本発明の圧電アクチュエ
ータは外部電極５と外部リード端子６を半田付けした圧
電アクチュエータ素子１を金属製キャップ３に挿入後に
絶縁油９を充填して、さらに金属製キャップ３と金属製
ベース４を溶接し、その後に金属製ベース４と外部リー
ド端子６をガラス封着させたものである。
チュエータの側断面図である。本発明の圧電アクチュエ
ータは外部電極５と外部リード端子６を半田付けした圧
電アクチュエータ素子１を金属製キャップ３に挿入後に
絶縁油９を充填して、さらに金属製キャップ３と金属製
ベース４を溶接し、その後に金属製ベース４と外部リー
ド端子６をガラス封着させたものである。
【００１０】ここで、耐湿用封止筐体である金属製キャ
ップ３に充填する絶縁油はシリコンオイル、シリコング
リース、シリコンオイルコンパウンドの中の少なくとも
1種であることが好ましい。その理由はこれらの絶縁油
は衝撃に対する緩衝材として作用するだけでなく、耐湿
用封止筐体と圧電アクチュエータ素子１との間の絶縁保
護材としても機能するからである。
ップ３に充填する絶縁油はシリコンオイル、シリコング
リース、シリコンオイルコンパウンドの中の少なくとも
1種であることが好ましい。その理由はこれらの絶縁油
は衝撃に対する緩衝材として作用するだけでなく、耐湿
用封止筐体と圧電アクチュエータ素子１との間の絶縁保
護材としても機能するからである。
【００１１】上記の絶縁油は一般に市販されている−７
０℃〜３００℃までの密閉系のものであれば使用するこ
とが可能である。できれば１５０℃以上の耐熱性を有す
ることが好ましい。圧電アクチュエータ素子が駆動して
いる時に発熱量が大きい為、その発熱量に対する耐熱性
を保障できる絶縁油を使用する必要がある為である。
０℃〜３００℃までの密閉系のものであれば使用するこ
とが可能である。できれば１５０℃以上の耐熱性を有す
ることが好ましい。圧電アクチュエータ素子が駆動して
いる時に発熱量が大きい為、その発熱量に対する耐熱性
を保障できる絶縁油を使用する必要がある為である。
【００１２】又、絶縁油の比重は約１．２〜１．３であ
るので、円筒状の金属筐体の直径が１０ｍｍの場合、円
筒状の金属筐体の直径１０ｍｍに加わる加重は１ｇ以下
なる。これは金属筐体への歪や変形をきたす程の加重で
はない為、使用するに際して支障は生じない。
るので、円筒状の金属筐体の直径が１０ｍｍの場合、円
筒状の金属筐体の直径１０ｍｍに加わる加重は１ｇ以下
なる。これは金属筐体への歪や変形をきたす程の加重で
はない為、使用するに際して支障は生じない。
【００１３】次に、外部電極５と外部リード端子６を半
田付けした圧電アクチュエータ素子１を金属製キャップ
３に挿入後に絶縁油９として−７０℃〜３００℃まで耐
熱性がある密閉系のシリコンオイルを充填して、さらに
金属製キャップ３と金属製ベース４を溶接し、その後に
金属製ベース４と外部リード端子６をガラス封着させた
圧電アクチュエータ（実施例）と、比較例として圧電ア
クチュエータ素子１（圧電アクチュエータ素子１の外部
電極５と外部リード端子６をハンダ接合した箇所も含
む）の外周に絶縁保護樹脂チューブ２を巻いたものを金
属製キャップ３の中に入れて、金属製キャップ３と金属
製ベース４を溶接等により封止していて、密閉系のシリ
コンオイルを充填していない圧電アクチェータのサンプ
ルを作製した。これらのサンプルを２０±５℃、５０±
２０％ＲＨ一定の条件下で図３で示しているように垂直
な板に留め金を取り付け、さらに圧電アクチェータのサ
ンプルのリード端子２本の両端子の先端部から長さ５０
ｃｍの糸を付けて、リード端子側ではない糸の先を垂直
な板に取り付けた留め金にて留める。その後、圧電アク
チュエータを手で持ち上げて垂直板に対して直角になる
高さにて停止する。次に力を加えることなく、そのまま
手を離すことで振り子の原理で圧電アクチュエータは垂
直板に衝突する。ここで、これらの衝撃試験を行う前後
の圧電アクチュエータの絶縁抵抗を測定してその絶縁抵
抗の値によって合否判定を行った。
田付けした圧電アクチュエータ素子１を金属製キャップ
３に挿入後に絶縁油９として−７０℃〜３００℃まで耐
熱性がある密閉系のシリコンオイルを充填して、さらに
金属製キャップ３と金属製ベース４を溶接し、その後に
金属製ベース４と外部リード端子６をガラス封着させた
圧電アクチュエータ（実施例）と、比較例として圧電ア
クチュエータ素子１（圧電アクチュエータ素子１の外部
電極５と外部リード端子６をハンダ接合した箇所も含
む）の外周に絶縁保護樹脂チューブ２を巻いたものを金
属製キャップ３の中に入れて、金属製キャップ３と金属
製ベース４を溶接等により封止していて、密閉系のシリ
コンオイルを充填していない圧電アクチェータのサンプ
ルを作製した。これらのサンプルを２０±５℃、５０±
２０％ＲＨ一定の条件下で図３で示しているように垂直
な板に留め金を取り付け、さらに圧電アクチェータのサ
ンプルのリード端子２本の両端子の先端部から長さ５０
ｃｍの糸を付けて、リード端子側ではない糸の先を垂直
な板に取り付けた留め金にて留める。その後、圧電アク
チュエータを手で持ち上げて垂直板に対して直角になる
高さにて停止する。次に力を加えることなく、そのまま
手を離すことで振り子の原理で圧電アクチュエータは垂
直板に衝突する。ここで、これらの衝撃試験を行う前後
の圧電アクチュエータの絶縁抵抗を測定してその絶縁抵
抗の値によって合否判定を行った。
【００１４】圧電アクチュエータの絶縁抵抗値を測定す
る為の測定器としてデジタル超高抵抗／微小電流計Ｒ８
３４０（株式会社アドバンテスト製）を使用した。絶縁
抵抗値の測定方法としては圧電アクチュエータの２本の
リード端子を別々のプラグで挟む。次にデジタル超高抵
抗／微小電流計Ｒ８３４０から圧電アクチュエータに印
加する電圧として１５０Ｖに設定した。その後、設定電
圧を出力させて充電後に測定器に表示されている抵抗値
を測定し、その結果を表１に示した。ここで、絶縁抵抗
値が１０００ＭΩ以上の圧電アクチュエータを合格品と
し、絶縁抵抗値が１０００ＭΩより小さい場合を絶縁不
良品とした。そして、測定は衝撃試験前、衝撃試験後、
衝撃試験後の圧電アクチュエータの駆動試験後の３通り
で行った。
る為の測定器としてデジタル超高抵抗／微小電流計Ｒ８
３４０（株式会社アドバンテスト製）を使用した。絶縁
抵抗値の測定方法としては圧電アクチュエータの２本の
リード端子を別々のプラグで挟む。次にデジタル超高抵
抗／微小電流計Ｒ８３４０から圧電アクチュエータに印
加する電圧として１５０Ｖに設定した。その後、設定電
圧を出力させて充電後に測定器に表示されている抵抗値
を測定し、その結果を表１に示した。ここで、絶縁抵抗
値が１０００ＭΩ以上の圧電アクチュエータを合格品と
し、絶縁抵抗値が１０００ＭΩより小さい場合を絶縁不
良品とした。そして、測定は衝撃試験前、衝撃試験後、
衝撃試験後の圧電アクチュエータの駆動試験後の３通り
で行った。
【００１５】
【表１】
【００１６】表１の結果より、実施例、比較例各々８ケ
のサンプルにて測定したデータを比較すると、絶縁不良
発生数は本発明の実施例の圧電アクチュエータのサンプ
ルでは８ケ中で衝撃試験後が１ケ、衝撃試験後の圧電ア
クチュエータの駆動試験後が１ケの計２ケとなり、不良
率は２５％だった。それに対して比較例の圧電アクチュ
エータのサンプルでは８ケ中で衝撃試験後が３ケ、衝撃
試験後の圧電アクチュエータの駆動試験後が１ケの計４
ケとなり、不良率は５０％だった。 このように、本
発明の実施例の方が、圧電アクチュエータに衝撃耐久試
験において比較例よりも不良率が１／２であることが確
認できた。
のサンプルにて測定したデータを比較すると、絶縁不良
発生数は本発明の実施例の圧電アクチュエータのサンプ
ルでは８ケ中で衝撃試験後が１ケ、衝撃試験後の圧電ア
クチュエータの駆動試験後が１ケの計２ケとなり、不良
率は２５％だった。それに対して比較例の圧電アクチュ
エータのサンプルでは８ケ中で衝撃試験後が３ケ、衝撃
試験後の圧電アクチュエータの駆動試験後が１ケの計４
ケとなり、不良率は５０％だった。 このように、本
発明の実施例の方が、圧電アクチュエータに衝撃耐久試
験において比較例よりも不良率が１／２であることが確
認できた。
【００１７】すなわち、本発明によれば、耐湿用封止筐
体内に絶縁油を封入することによって、絶縁油を封入し
ていない圧電アクチュエータよりも横方向の衝撃に強く
することができると共に、絶縁油で圧電アクチュエータ
素子を覆うことにより、マイグレーションに対する対策
としても有効であることが解った。
体内に絶縁油を封入することによって、絶縁油を封入し
ていない圧電アクチュエータよりも横方向の衝撃に強く
することができると共に、絶縁油で圧電アクチュエータ
素子を覆うことにより、マイグレーションに対する対策
としても有効であることが解った。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、圧
電アクチュエータの金属筐体内に絶縁油を封入すること
により、絶縁保護用のチューブが不要となり、さらには
耐衝撃性に優れた圧電アクチュエータが得られる。
電アクチュエータの金属筐体内に絶縁油を封入すること
により、絶縁保護用のチューブが不要となり、さらには
耐衝撃性に優れた圧電アクチュエータが得られる。
【図１】本発明に係わる圧電アクチュエータの側断面図
である。
である。
【図２】従来の圧電アクチュエータの側断面図である。
【図３】圧電アクチュエータの耐衝撃試験の試験方法を
示した図である。
示した図である。
１：圧電アクチュエータ素子
２：絶縁保護チューブ
３：金属製キャップ
４：金属製ベース
５：外部電極
６：外部リード端子
７：ハンダ接合
８：ガラス融着
９：絶縁油
Claims (2)
- 【請求項１】 金属製キャップと金属製ベースが封止接
合されてなる金属筐体に圧電アクチュエータ素子が内包
され、該圧電アクチュエータ素子のリード端子が該金属
筐体外に引き出されてなる圧電アクチュエータであっ
て、該金属筐体内に絶縁油が封入されていることを特徴
とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】 前記絶縁油がシリコンオイル、シリコン
グリースまたはシリコンオイルコンパウンドであること
を特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002090905A JP2003289160A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002090905A JP2003289160A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 圧電アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003289160A true JP2003289160A (ja) | 2003-10-10 |
Family
ID=29236127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002090905A Pending JP2003289160A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003289160A (ja) |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002090905A patent/JP2003289160A/ja active Pending
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