JP2003324223A - 積層型圧電体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動部と非駆動部との境界に応力が集中し難
く，応力集中による圧電スタックの応力破壊が生じ難
い，優れた耐久性と信頼性を備えた積層型圧電体素子を
提供すること。 【解決手段】 圧電スタック１０の積層方向の両端面１
０３，１０４には，該圧電スタック１０に対し荷重を伝
達するよう構成した加圧部材２１，２２をそれぞれ設け
てなり，また上記加圧部材２１，２２は，上記駆動部１
５１と上記非駆動部１５２との境界において圧電スタッ
ク１０の両端面１０３，１０４にそれぞれ当接し，かつ
上記加圧部材２１，２２は，上記圧電スタック１０の積
層方向と直交する面における内部電極層１１，１２の重
心位置を上記圧電スタック１０の積層方向の両端面１０
３，１０４にそれぞれ投影した投影点において圧電スタ
ック１０の両端面１０３，１０４とそれぞれ当接しな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，圧電アクチュエータ等に利用す
る積層型圧電体素子に関する。

【０００２】

【従来技術】近年，各種の機械的駆動素子として，電磁
力を利用したアクチュエータに代わって，チタン酸ジル
コン酸鉛（ＰＺＴ）などのセラミック系圧電材料を利用
した圧電アクチュエータが多用されている。圧電材料に
おける圧電効果による機械的変位は本質的に極めて小さ
い。このため，電気的に並列になるように，かつ電圧の
印加により厚さ方向にかかる伸び方向が一致するよう
に，数十枚から数百枚程度の圧電材料よりなる圧電層を
積層し，変位量を増やした積層型圧電体素子を構成し
て，これを圧電アクチュエータとして供することができ
る。

【０００３】図１５，図１６に積層型圧電体素子９の一
例を記載する。図１５に示すごとく，この積層型圧電体
素子９は，圧電層９３と該圧電層９３に対し部分電極構
成とした内部電極層９１，９２とを交互に積層した圧電
スタック９０と，該圧電スタック９０の側面９０１，９
０２に露出した内部電極層９１，９２の端面を圧電層９
３一層おきに（すなわち内部電極層９１のみ，及び９２
のみを）電気的に導通するよう構成した外部電極９４と
を有する。

【０００４】また，上記積層型圧電体素子９は，上記圧
電層９３における積層方向両面に内部電極層９１，９２
が接し，上記内部電極層９１，９２に対する通電により
伸縮する駆動部９５１と，上記圧電層９３における積層
方向の一方の面にのみ内部電極層９１，９２が接し，上
記内部電極層９１，９２に対する通電により伸縮が実質
的に生じない非駆動部９５２とを有する。なお，符合９
３１，９３２は伸縮しないダミー層である。

【０００５】すなわち，図１６（ａ）にかかる図面左側
に電極未形成部９１０を備えた圧電層９３と，図１６
（ｂ）にかかる図面右側に電極未形成部９２０を備えた
圧電層９３とを交互に積層することで，圧電スタック９
０の図面右側にあたる側面９０１に内部電極層９１の端
面が露出し，図面左側にあたる側面９０２に内部電極層
９２の端面が露出する。これらの露出した端面が各側面
９０１，９０２に設けた外部電極９４によって電気的に
導通されるのである。上記外部電極９４を介して所定の
電圧を印加することによって，駆動部９５１が伸縮し，
積層型圧電体素子９が変位を得ることができる。

【０００６】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来構成
の積層型圧電体素子９には，次のような問題が生じる。
すなわち，電圧の引加により駆動部９５１は伸縮する
が，非駆動部９５２にかかる圧電層９３は電圧が印加さ
れず，伸縮できない。そのため，駆動部９５１と非駆動
部９５２との境界９５０に応力が集中し，圧電スタック
９０におけるクラック，割れ，破壊，デラミネーション
発生の原因となる。

【０００７】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，駆動部と非駆動部との境界に応力が集中
し難く，応力集中による圧電スタックの応力破壊が生じ
難い，優れた耐久性と信頼性を備えた積層型圧電体素子
を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題の解決手段】第１の発明は，圧電層と該圧電層に
対し部分電極構成とした内部電極層とを交互に積層した
圧電スタックと，該圧電スタックの側面に露出した内部
電極層の端面を圧電層一層おきに電気的に導通するよう
構成した外部電極とを有し，かつ上記圧電層における積
層方向両面に内部電極層が接し，上記内部電極層に対す
る通電により伸縮する駆動部と，上記圧電層における積
層方向の一方の面にのみ内部電極層が接し，上記内部電
極層に対する通電により伸縮が実質的に生じない非駆動
部とよりなる積層型圧電体素子であって，上記圧電スタ
ックの積層方向の両端面には，該圧電スタックに対し荷
重を伝達するよう構成した加圧部材をそれぞれ設けてな
り，また上記加圧部材は，上記駆動部と上記非駆動部と
の境界において圧電スタックの両端面にそれぞれ当接
し，かつ上記加圧部材は，上記圧電スタックの積層方向
と直交する面における内部電極層の重心位置を上記圧電
スタックの積層方向の両端面にそれぞれ投影した投影点
において圧電スタックの両端面とそれぞれ当接しないこ
とを特徴とする積層型圧電体素子にある（請求項１）。

【０００９】第１の発明にかかる積層型圧電体素子は圧
電スタックの積層方向両端面に加圧部材をそれぞれ設け
てある。この加圧部材によって，圧電スタック積層方向
かつ圧電スタック内部に向かう荷重を圧電スタックに印
加することができるが，該加圧部材と圧電スタックの両
端面に対する接触状態を次のように限定した。すなわ
ち，（１）圧電スタックの積層方向の両端面において加
圧部材は駆動部と非駆動部の境界に当接する。また，
（２）内部電極層の重心位置を圧電スタックの積層方向
両端面にそれぞれ投影した投影点において上記加圧部材
は両端面とそれぞれ当接しない

【００１０】（１）及び（２）により，大きな応力が発
生する駆動部と非駆動部との境界に対し集中して加圧部
材より荷重をかけることができるため，圧電的に活性な
部分と不活性な部分との間に生じる歪みや応力の急激な
増加を低減することができる。

【００１１】以上，本発明によれば，駆動部と非駆動部
との境界に応力が集中し難く，応力集中による圧電スタ
ックの応力破壊が生じ難い，優れた耐久性と信頼性を備
えた積層型圧電体素子を提供することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】上記第１の発明（請求項１）にお
いて，圧電スタックを構成する圧電層は各種の圧電材料
から構成し，内部電極層も各種の電極材料から構成する
ことができる。一例は後述する実施例１に記載したＰＺ
Ｔ（チタン酸ジルコン酸鉛）（圧電層）とＡｇ・Ｐｄ
（内部電極層）である。その他，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｐ
ｔ，Ｎｉ，Au及びこれらの合金等からなる電極材料を用
いることができる。

【００１３】また，加圧部材と圧電スタックとが駆動部
で当接しないことが好ましいが，非駆動部で当接するこ
とはありえる。この場合も第１の発明と同様の効果を得
ることができる。

【００１４】また，加圧部材は境界以外の場所で対向す
る圧電スタックの端面に対してへこんだ状態に構成する
ことができる。例えば後述する実施例１に示すように，
外周から内周に向けてへこむすり鉢状の凹部を加圧部材
に設けて，加圧部材と圧電スタックの端面の外周とが当
接し，内周は圧電スタックと当接しないように構成し，
境界で加圧部材と当接し，投影点で当接しないように構
成することができる。

【００１５】また，反対に圧電スタックの両端面にそれ
ぞれすりばち状の凹部を設けて，境界で加圧部材と当接
し，投影点で当接しないように構成することもできる
（図８参照）。また，加圧部材に凸部を設け，この凸部
が圧電スタックの端面における境界で当接するよう構成
することもできる（図９参照）。

【００１６】また，１つの圧電スタックとその両端面に
設けた加圧部材から積層型圧電体素子を構成することも
できるが（実施例１など），複数個の圧電スタックを積
層し，それぞれの両端面に加圧部材を設けて積層型圧電
体素子を構成することもできる（後述する図１２参
照）。

【００１７】また，内部電極層の重心が複数個の場合
は，すべての内部電極層の重心位置にかかる投影点にお
いて加圧部材は圧電スタックの両端面と当接しない（図
３参照）。

【００１８】また，上記圧電スタックは，積層方向の一
方の端面から他方の端面に向かって貫通する中空部を備
えることが好ましい（請求項２）。積層型圧電体素子は
駆動することで発熱するが，内部に中空部を設けること
でここから熱を外部に放出することができる。発熱によ
って，積層型圧電体素子の特性変化が発生するおそれが
あり，よって中空部から熱を外部に放出することで，特
性変化を抑制することができる（図１１参照）。

【００１９】次に，上記圧電スタックの積層方向の両端
面において，上記積層型圧電体素子を駆動する際に，上
記加圧部材と対面する上記圧電スタックの端面がなす傾
斜角θ（ラジアン）は， ０＜θ≦｛（圧電層１枚の厚さ）×（無荷重における圧
電層１枚あたりの歪み量）×（圧電層の積層枚数／２）
／（非駆動部の長さ）｝ の範囲内にあることが好ましい（請求項３）。これによ
り，応力発生箇所である駆動部と非駆動部との境界に対
して確実に荷重を与えることができ，圧電的に活性な部
分と不活性な部分との間に生じる歪みや応力の急激な増
加を低減することができる。

【００２０】また，上の式の各値について説明すると，
『圧電層１枚の厚さ』は圧電層の平均厚み，『無荷重に
おける圧電層１枚あたりの歪み』は積層型圧電体素子の
駆動時に駆動部に生じる厚さ方向の歪みの平均量であ
る。

【００２１】また，境界１５０上の任意の点Ｐ１から引
いた境界１５０に対する法線が，圧電スタックの外側
（外周）と交わる点をＰ２とすると，Ｐ１とＰ２との距
離を『非駆動部の長さ』とする。また，『傾斜角』は後
述する図６における寸法Ｂ，Ｃを用いて，０＜｜θ｜≦
｜Ｃ／Ｂ｜とする。

【００２２】仮に傾斜角θが，上記関係を満たさない場
合は，駆動部と非駆動部との境界に荷重がかからないお
それがあり，応力低減の効果がなくなる，または非常に
小さくなるおそれがある。

【００２３】次に，上記圧電スタックの積層方向両端面
とそれぞれ対向する対向面を上記加圧部材は有してな
り，上記積層型圧電体素子を駆動する際に，圧電スタッ
クの変位が最も大となった状態での端面に対応する形状
を上記対向面が有することが好ましい（請求項４）。最
も変形が大となるときに，駆動部と非駆動部との境界で
の応力が最大となる。このときの形状に倣った形に加圧
部材の形状を設定することで，駆動部の圧電層のみに荷
重がかかることが回避され，駆動部と非駆動部との境界
に発生する応力を低減することができる（図７参照）。

【００２４】次に，上記圧電スタックの積層方向両端面
と上記加圧部材との間にスペーサを設けることが好まし
い（請求項５）。これにより，応力発生箇所に集中して
荷重がかかるようにすることができ，応力を低減するこ
とができる（図１２参照）。

【００２５】次に，上記圧電スタックの積層方向両端面
と加圧部材との間に弾性充填材を充填することが好まし
い（請求項６）。また，上記圧電スタックの積層方向両
端面と加圧部材及びスペーサとの間に弾性充填材を充填
することが好ましい（請求項７）（図１３参照）。これ
により，圧電スタック，加圧部材，スペーサとの間が固
定され，これらの部材の間での位置ズレが生じ難くな
る。

【００２６】次に，上記外部電極と上記加圧部材との間
は電気的に絶縁することが好ましい（請求項８）。これ
により，電気的短絡による積層型圧電体素子の機能停止
を防止することができる。

【００２７】

【実施例】以下に，図面を用いて本発明の実施例につい
て説明する。 （実施例１）本例の積層型圧電体素子について，図１〜
図６を用いて説明する。図１に示すごとく，本例の積層
型圧電体素子１は，圧電層１３と該圧電層１３に対し部
分電極構成とした内部電極層１１，１２とを交互に積層
した圧電スタック１０と，該圧電スタック１０の側面１
０１，１０２に露出した内部電極層１１，１２の端面を
圧電層１３の一層おきに電気的に導通するよう構成した
外部電極１４とを有し，かつ上記圧電層１３における積
層方向両面に内部電極層１１，１２が接し，上記内部電
極層１１，１２に対する通電により伸縮する駆動部１５
１と，上記圧電層１３における積層方向の一方の面にの
み内部電極層１１，１２が接し，上記内部電極層１１，
１２に対する通電により伸縮が実質的に生じない非駆動
部１５２とよりなる。

【００２８】図１〜図５に示すごとく，上記圧電スタッ
ク１０の積層方向の両端面１０３，１０４には，該圧電
スタック１０に対し荷重を伝達するよう構成した加圧部
材２１，２２をそれぞれ設けて，また上記加圧部材２
１，２２は，上記駆動部１５１と上記非駆動部１５２と
の境界１５０において圧電スタック１０の両端面１０
３，１０４にそれぞれ当接し，かつ上記加圧部材２１，
２２は，上記圧電スタック１０の積層方向と直交する面
における内部電極層１１，１２の重心位置Ｇ１，Ｇ２を
上記圧電スタック１０の積層方向の両端面１０３，１０
４にそれぞれ投影した投影点Ｇ１０，Ｇ２０において圧
電スタック１０の両端面１０３，１０４とそれぞれ当接
しない。

【００２９】以下，詳細に説明する。本例の積層型圧電
体素子１は圧電アクチュエータである。図１〜図５に示
すごとく，本例の積層型圧電体素子１は，圧電スタック
１０と該圧電スタック１０の上下の端面１０３，１０４
に当接して配置した加圧部材２１，２２とよりなる。圧
電スタック１０は，ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）よ
りなる圧電層１３とＡｇ・Ｐｄよりなる内部電極層１
１，１２とを交互に積層し，また積層方向の両端は圧電
スタック１０に対する通電時に伸縮しないダミー層１３
１，１３２を積層する。内部電極層１１，１２は部分電
極構成であり，内部電極層１１，１２の端面は圧電スタ
ック１０の側面１０１に，内部電極層１２の端面は側面
１０２に露出する。

【００３０】また，上記積層型圧電体素子１は，上記圧
電層１３における積層方向両面が内部電極層１１，１２
により挟持され，上記内部電極層１１，１２に対する通
電により伸縮する駆動部１５１と，上記圧電層１３にお
ける積層方向の一方の面にのみ内部電極層１１，１２が
接し，上記内部電極層１１，１２に対する通電により伸
縮しない非駆動部１５２とを有する。

【００３１】すなわち，図２（ａ）にかかる図面左側に
電極未形成部１１０を備えた圧電層１３と，図２（ｂ）
にかかる図面右側に電極未形成部１２０を備えた電極層
１３とを交互に積層することで，図１に示すごとく，圧
電スタック１０の図面右側にあたる側面１０１に内部電
極層１１の端面が露出し，図面左側にあたる側面１０２
に内部電極層１２の端面が露出する。これらの露出した
端面が各側面１０１，１０２に設けた外部電極１４によ
って電気的に導通されるのである。

【００３２】また，外部電極１４には，図１，図５に示
すごとく，導電性接着剤１４０によりリード線１４５を
取り付け，このリード線１４５を外部電源１４９に接続
する。この外部電源１４９によって圧電スタック１０に
電圧が印加されるのである。

【００３３】次に加圧部材２１，２２は積層型圧電体素
子１に荷重を印加する目的から設けてある部材で，アル
ミナ製である。加圧部材２１，２２は，図４に示すごと
く，圧電スタック１０の端面１０３，１０４に積層可能
な略直方体のブロックよりなり，圧電スタック１０の端
面１０３，１０４との対向面は断面Ｖ字の凹部２１０を
有する。また，圧電スタック１０の端面１０３を上から
見下ろすと図３に示すような状態となる。内部電極層１
１，１２の形状から，端面１０３において両端に非駆動
部１５２が，非駆動部１５２の間が駆動部１５１とな
る。

【００３４】そして，非駆動部１５２と駆動部１５１と
の境界１５０（境界１５０は内部電極層１１，１２と未
形成部１１０，１２０との境界を圧電スタック１０の端
面１０３に投影した位置に相当する）及び非駆動部１５
２に対して上記加圧部材２１が当接する。すなわち，加
圧部材２１の対向面は図４に示すごとく両端が盛り上が
り，真ん中がへこんでおり，盛り上がった両端におい
て，端面１０３と当接する。また，上記圧電スタック１
０において，各内部電極層１１，１２の重心位置Ｇ１，
Ｇ２を端面１０３に投影した点がＧ１０やＧ２０である
が，この部分で加圧部材２１は接していない。なお，端
面１０４と加圧部材２２も同様である。

【００３５】次に，上記傾斜角θについて説明する。図
６は圧電スタック１０の端面１０３近傍の駆動前，駆動
中の状態を図示した。図６（ａ）にかかるＡは（圧電層
１枚の厚さ）×（圧電層の積層枚数／２）であり，Ｂは
（非駆動部の長さ）である。図６（ｂ）にかかるＣは
（圧電層１枚の厚さ）×（無荷重における圧電層１枚あ
たりの歪み）×（圧電層の積層枚数／２）である。そし
てθが傾斜角である。

【００３６】そして，傾斜角θ（ラジアン）は，０＜θ
≦｛（圧電層１枚の厚さ）×（無荷重における圧電層１
枚あたりの歪み）×（圧電層の積層枚数／２）／（非駆
動部の長さ）｝という条件を満たす値を有する。本例に
かかる積層型圧電体素子１は，圧電層１３の厚さ１００
μｍ，内部電極層１１，１２の厚さ約１μｍ，圧電層１
３の積層枚数５０枚，無荷重における圧電層１枚あたり
の歪量０．１μｍで，非駆動部の長さ５００μｍ，傾斜
角θ（ラジアン）は５×１０⁷となり，上記条件を満た
す。

【００３７】次に，本例の作用効果について説明する。
本例の積層型圧電体素子１は圧電スタック１０の積層方
向両端面１０３，１０４に加圧部材２１，２２をそれぞ
れ設けてある。この加圧部材２１，２２によって，積層
方向で内部に向かう荷重を圧電スタック１０に印加する
ことができるが，該加圧部材２１，２２と圧電スタック
１０の両端面１０３，１０４に対する接触状態を次のよ
うに限定した。すなわち，（１）圧電スタック１０の積
層方向の両端面１０３，１０４において加圧部材２１，
２２は駆動部１５１と非駆動部１５２の境界１５０に当
接する。また，（２）内部電極層１１，１２の重心位置
Ｇ１，Ｇ２を圧電スタック１０の積層方向両端面１０
３，１０４にそれぞれ投影した投影点Ｇ１０，Ｇ２０に
おいて両端面１０３，１０４とそれぞれ当接しない

【００３８】（１）及び（２）により，大きな応力が発
生する駆動部１５１と非駆動部１５２との境界１５０に
対し集中して加圧部材２１，２２より荷重をかけること
ができるため，圧電的に活性な部分と不活性な部分との
間に生じる歪みや応力の急激な増加を低減することがで
きる。

【００３９】さらに，上記積層型圧電体素子１を駆動す
る際に，上記加圧部材２１，２２と対面する上記圧電ス
タック１０の端面１０３，１０４がなす傾斜角θ（ラジ
アン）が上述した関係を満たすため，応力発生箇所であ
る駆動部１５１と非駆動部１５２との境界１５０に対し
て確実に荷重を与えることができ，圧電的に活性な部分
と不活性な部分との間に生じる歪みや応力の急激な増加
を低減することができる。

【００４０】以上，本例によれば，駆動部と非駆動部と
の境界に応力が集中し難く，応力集中による圧電スタッ
クの応力破壊が生じ難い，優れた耐久性と信頼性を備え
た積層型圧電体素子を提供することができる。

【００４１】（実施例２）本例にかかる積層型圧電体素
子１は，図７に示すごとく，圧電スタック１０の両端面
１０３，１０４にそれぞれ対面する加圧部材２１，２２
の対向面２１９，２２９の形状が圧電スタック１０の駆
動中に両端面１０３，１０４がもっとも変形した状態で
の形状に対応する。つまり，本例の積層型圧電体素子１
は，図７には駆動前の状態を記載したが，駆動時には，
圧電スタック１０と加圧部材２１，２２との間にある隙
間が埋まって，変形した圧電スタック１０の両端面１０
３，１０４と加圧部材２１，２２の対向面２１９，２２
９とが全面的に当接する。その他詳細は実施例１と同様
の構成を有する。

【００４２】このような形状の加圧部材２１，２２を用
いることで，最も変形が大となるときに，駆動部１５１
と非駆動部１５２との境界での応力が最大となる。この
ときの形状に倣った形に加工部材２１，２２の形状を設
定することで，駆動部１５１の圧電層１３のみに荷重が
かかることが回避され，駆動部１５１と非駆動部１５２
との境界１５０に発生する応力を低減することができ
る。その他詳細は実施例１と同様の作用効果を有する。

【００４３】（実施例３）本例にかかる積層型圧電体素
子１は，図８に示すごとく，圧電スタック１０の両端面
１０３，１０４に外周から内周に向かってへこむような
すり鉢型の凹部１０５を有する。また圧電スタック１０
の両端面１０３，１０４に配設する加圧部材２１，２２
の，端面１０３，１０４への対向面は平面状である。

【００４４】よって，上記加圧部材２１，２２は，上記
駆動部１５１と上記非駆動部１５２との境界において圧
電スタック１０の両端面１０３，１０４に当接し，かつ
上記加圧部材２１，２２は，内部電極層１１，１２の重
心位置を両端面１０３，１０４にそれぞれ投影した投影
点において当接しない。その他詳細は実施例１と同様の
構成を有する。また，実施例１と同様の作用効果を有す
る。

【００４５】（実施例４）本例にかかる積層型圧電体素
子１は，図９，図１０に示すごとく，圧電スタック１０
の両端面１０３，１０４に設ける加圧部材２１，２２が
足つき形状を有する。すなわち，図９，１０に示すごと
く，端面１０３，１０４と対向する面に駆動部１５１と
非駆動部１５２の境界に沿った形状の凸部２１０，２２
０を設ける。これにより，上記駆動部１５１と上記非駆
動部１５２との境界１５０及びその外側で両端面１０
３，１０４に当接し，かつ上記加圧部材２１，２２は，
内部電極層１１，１２の重心位置を両端面１０３，１０
４にそれぞれ投影した投影点において積層方向両端面１
０３，１０４と当接しない。

【００４６】図９は凸部２１０，２２０を加圧部材２
１，２２に別体として設けた，つまり同じ材料からなる
凸部用の部材を貼り付けて構成したものについて記載し
た。図１０は凸部２１０，２２０を加圧部材２１，２２
と一体構成したものについて記載した。なお，図１０に
かかる加圧部材２１，２２は，圧電セラミック１０の側
面を覆うようなガイド部２１８，２２８も備えている。
その他詳細は実施例１と同様の構成を有する。また，本
例にかかる積層型圧電体素子１も実施例１と同様の作用
効果を有する。

【００４７】（実施例５）本例の積層型圧電体素子１
は，積層方向に貫通する中空部１０９を備えた圧電スタ
ック１０よりなる。図１１（ａ），（ｂ）に示すごと
く，圧電スタック１０の中心に断面が円形の中空部１０
９があり，圧電スタック１０の両端面１０３，１０４に
この中空部１０９は開口する。また，加圧部材２１，２
２の形状は実施例１と同様で，駆動部１５１と非駆動部
１５２との境界１５０に対して当接する状態も実施例１
と同様となる。その他詳細は実施例１と同様の構造を有
する。

【００４８】積層型圧電体素子１は駆動することで発熱
するが，内部に中空部１０９を設けることでここから熱
を外部に放出することができる。発熱によって，積層型
圧電体素子１の特性変化が発生するおそれがあり，よっ
て中空部１０９から熱を外部に放出することで，特性変
化を抑制することができる。その他詳細は実施例１と同
様の作用効果を有する。

【００４９】（実施例６）本例は複数の圧電スタック３
０の間にスペーサ３３を挟んで，積層方向のもっとも端
部側にある圧電スタック３０の端面３０３，３０４につ
いて加圧部材３１，３２を積層構成した積層型圧電体素
子３である。図１２に示すごとく，加圧部材３１と３２
との間に，圧電スタック３０をスペーサ３３を介して３
つ積層した。圧電スタック３０の外部電極３４にはいず
れもリード線３４５が導電性接着剤３４０を用いて接着
され，通電により各圧電スタック３０が積層方向に伸縮
するように直列に接続されている。各圧電スタック３０
の構成は実施例１と同様である。

【００５０】また，各圧電スタック３０の両端面３０
３，３０４に対する加圧部材３１，３２の当接状態も，
実施例１と同様に，駆動部１５１と非駆動部１５２との
境界１５０で当接し，内部電極層の重心位置を両端面３
０３，３０４に投影した投影点に当接しないという状態
である。その他詳細は実施例１と同様の構成である。

【００５１】本例にかかるような複数の圧電スタック３
０をスペーサーを介在して積層した積層型圧電体素子３
は，応力発生箇所に集中して荷重がかかるようにするこ
とができ，より応力を低減することができる。

【００５２】なお，図１３に示すごとく，圧電スタック
３０と加圧部材３１，３２，圧電スタック３０とスペー
サ３３との間を樹脂製の弾性充填材３６で埋めることも
できる。これにより，圧電スタック３０，加圧部材３
１，３２，スペーサ３３との間が固定され，これらの部
材の間を確実に同軸上（それぞれの中心軸が一致するよ
うに配列する）に配置して，互いの位置ズレが生じ難く
なる。

【００５３】（比較例）本例の積層型圧電体素子８は，
本例と同様に圧電層１３と内部電極層１１，１２とを交
互に積層した圧電スタック１０よりなる。ただし，圧電
スタック１０の両端面１０３，１０４と対面する加圧部
材８１，８２の対向面が平らである。そのため，駆動時
には図１４に示すごとく，両端面１０３，１０４が膨ら
んで，駆動前は加圧部材８１，８２の対向面と全面で接
触していた状態が，部分的な接触接触となってしまう。
また，駆動部１５１と非駆動部１５２との間で大きな応
力が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における，積層型圧電体素子の説明
図。

【図２】実施例１における，内部電極層を設けた圧電層
の説明図。

【図３】実施例１における，圧電スタックの端面を示す
平面図。

【図４】実施例１における，加圧部材の斜視図。

【図５】図１にかかる積層型圧電体素子の駆動時の説明
図。

【図６】実施例１における，傾斜角θの説明図。

【図７】実施例２における，駆動時における圧電スタッ
ク端面の変形に沿った形状の対向面を有する加圧部材を
有する積層型圧電体素子の説明図。

【図８】実施例３における，圧電スタックの端面に凹部
を設けた積層型圧電体素子の説明図。

【図９】実施例４における，加圧部材の圧電スタックの
端面との対向面に別体の凸部を設けた積層型圧電体素子
の説明図。

【図１０】実施例４における，加圧部材の圧電スタック
の端面との対向面に一体の凸部を設けた積層型圧電体素
子の説明図。

【図１１】実施例５における，内部に中空部を備えた圧
電スタックよりなる積層型圧電体素子の説明図。

【図１２】実施例６における，複数の圧電スタックを積
層した積層型圧電体素子の説明図。

【図１３】実施例６における，複数の圧電スタックを積
層し，スペーサと圧電スタックの間，加圧部材と圧電ス
タックの間に弾性充填材を充填した積層型圧電体素子の
説明図。

【図１４】比較例にかかる，加圧部材の圧電スタックと
対面する面が平面の積層型圧電体素子の説明図。

【図１５】従来例にかかる，積層型圧電体素子の説明
図。

【図１６】従来例にかかる，内部電極層を設けた圧電層
の説明図。

【符号の説明】

１．．．積層型圧電体素子， １０．．．圧電スタック， １０３，１０４．．．端面， １１，１２．．．内部電極層， １３．．．圧電層， １４．．．外部電極， １５０．．．境界， １５１．．．駆動部， １５２．．．非駆動部， ２１，２２．．．加圧部材，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 正幸 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 山本 孝史 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電層と該圧電層に対し部分電極構成と
   した内部電極層とを交互に積層した圧電スタックと，該
   圧電スタックの側面に露出した内部電極層の端面を圧電
   層一層おきに電気的に導通するよう構成した外部電極と
   を有し，かつ上記圧電層における積層方向両面に内部電
   極層が接し，上記内部電極層に対する通電により伸縮す
   る駆動部と，上記圧電層における積層方向の一方の面に
   のみ内部電極層が接し，上記内部電極層に対する通電に
   より伸縮が実質的に生じない非駆動部とよりなる積層型
   圧電体素子であって，上記圧電スタックの積層方向の両
   端面には，該圧電スタックに対し荷重を伝達するよう構
   成した加圧部材をそれぞれ設けてなり，また上記加圧部
   材は，上記駆動部と上記非駆動部との境界において圧電
   スタックの両端面にそれぞれ当接し，かつ上記加圧部材
   は，上記圧電スタックの積層方向と直交する面における
   内部電極層の重心位置を上記圧電スタックの積層方向の
   両端面にそれぞれ投影した投影点において圧電スタック
   の両端面とそれぞれ当接しないことを特徴とする積層型
   圧電体素子。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記圧電スタック
   は，積層方向の一方の端面から他方の端面に向かって貫
   通する中空部を備えることを特徴とする積層型圧電体素
   子。
3. 【請求項３】 請求項１または２において，上記圧電ス
   タックの積層方向の両端面において，上記積層型圧電体
   素子を駆動する際に，上記加圧部材と対面する上記圧電
   スタックの端面がなす傾斜角θ（ラジアン）は， ０＜θ≦｛（圧電層１枚の厚さ）×（無荷重における圧
   電層１枚あたりの歪み量）×（圧電層の積層枚数／２）
   ／（非駆動部の長さ）｝ の範囲内にあることを特徴とする積層型圧電体素子。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項において，
   上記圧電スタックの積層方向両端面とそれぞれ対向する
   対向面を上記加圧部材は有してなり，上記積層型圧電体
   素子を駆動する際に，圧電スタックの変位が最も大とな
   った状態での端面に対応する形状を上記対向面が有する
   ことを特徴とする積層型圧電体素子。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項において，
   上記圧電スタックの積層方向両端面と上記加圧部材との
   間にスペーサを設けることを特徴とする積層型圧電体素
   子。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項において，
   上記圧電スタックの積層方向両端面と上記加圧部材との
   間に弾性充填材を充填することを特徴とする積層型圧電
   体素子。
7. 【請求項７】 請求項５において，上記圧電スタックの
   積層方向両端面と加圧部材及びスペーサとの間に弾性充
   填材を充填することを特徴とする積層型圧電体素子。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項において，
   上記外部電極と上記加圧部材との間は電気的に絶縁する
   ことを特徴とする積層型圧電体素子。