JP2015012085A

JP2015012085A - 圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JP2015012085A
Application number: JP2013135326A
Authority: JP
Inventors: 雄一館山; Yuichi Tateyama; 信之黒崎; Nobuyuki Kurosaki
Original assignee: Nihon Ceratec Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; NTK Ceratec Co Ltd
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2015-01-19

Abstract

【課題】座の主面に対してキャップを垂直に当接でき、丘陵部とキャップ間のクリアランスを、キャップの開口端一周にわたり均一にできる圧電アクチュエータを提供する。【解決手段】電圧の印加により変位する圧電アクチュエータ１００であって、一端に半球１３０を有し、電圧の印加により伸縮する圧電アクチュエータ本体１０５と、圧電アクチュエータ本体１０５の他端を支持する座１４０と、半球１３０が当接するとともに圧電アクチュエータ本体１０５に被さって座１４０に封止されるキャップ１６０と、を備え、座１４０は、キャップ１３０の開口端が接合される傾斜面が周縁に形成された丘陵部１４５を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電圧の印加により変位する圧電アクチュエータに関する。

積層型圧電素子(以降、素子と称する)を金属製の座と共に多連化し、そこへ金属キャップ(以降、キャップと称する)を被せて積層型圧電アクチュエータが製造される。キャップは、前述の座と溶接することで封管する。ここで座には、図４に示すような丘陵部５４５を設ける場合がある。

また多連化された素子の先端には、キャップ先端ダイヤフラムを変位させるための半球を設ける場合がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の丘陵部は座に対するキャップの水平方向の位置決めを容易にする目的で設けられている。

特許第４４４３７０７号公報

しかし、図４に示すように従来の積層型圧電アクチュエータ５００は、座５４０の丘陵部５４５とキャップ５３０との間にクリアランスが設けられている。そのため、キャップ５３０が半球を基点として動き、丘陵部５４５に対してキャップ５３０が斜めに当接し、座の丘陵部５４５とキャップ５３０間のクリアランスが、位置により偏り、均一とならない場合がある。この状態でキャップと座とを溶接すると、クリアランスの大きい箇所では溶接が不十分となり、Ｈｅリークエラーの発生や、破損の起点となってしまう懸念が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、座の主面に対してキャップを垂直に当接でき、丘陵部とキャップ間のクリアランスを、キャップの開口端一周にわたり均一にできる圧電アクチュエータを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明の圧電アクチュエータは、電圧の印加により変位する圧電アクチュエータであって、一端に半球を有し、電圧の印加により伸縮する圧電アクチュエータ本体と、前記圧電アクチュエータ本体の他端を支持する座と、前記半球が当接するとともに、前記圧電アクチュエータ本体に被さって前記座に封止されるキャップと、を備え、前記座は、前記キャップの開口端が接合される傾斜面が周縁に形成された丘陵部を有することを特徴としている。

これにより、座の主面に対してキャップを垂直に当接でき、接合時に丘陵部とキャップ間のクリアランスを均一にできる。その結果、接合の不備が解消され、Ｈｅリークエラーや、破損の起点となる可能性を低減できる。

（２）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記丘陵部の周縁の傾斜面の角度が主面に対して３０°以上４５°以下であることを特徴としている。傾斜面の角度が４５°以下であることにより、溶接ポイントとの距離が小さくなり溶接に不備を防止できる。また、３０°以上であることで有効に傾斜を利用して、接合時に丘陵部とキャップとの間のクリアランスを均一にできる。

（３）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記傾斜面の幅が、前記キャップの壁の厚みより５０μｍ以上１００μｍ以下大きいことを特徴としている。これにより、確実にキャップの壁をテーパで受けることができ、キャップを垂直に当接できる。

本発明によれば、座の主面に対してキャップを垂直に当接でき、接合時に丘陵部とキャップ間のクリアランスを均一にできる。その結果、溶接の不備を防止できる。

本発明の圧電アクチュエータを示す断面図である。座を示す正面図である。キャップを圧電アクチュエータ本体に被せ、その開口端を丘陵部の傾斜面に当接させた状態を示す断面図である。従来の圧電アクチュエータおよび封止部分を示す断面図である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

（圧電アクチュエータの構造）
図１は、圧電アクチュエータ１００を示す断面図である。圧電アクチュエータ１００は、圧電アクチュエータ本体１０５、座１４０およびキャップ１６０により構成され、電圧が印加されることで変位する。

圧電アクチュエータ本体１０５は、複数の圧電素子１１０、リード部材１２０、半球１３０で構成されている。複数の圧電素子１１０は、圧電素子１１０同士が端面で接着されることで互いに直列（電圧印加による伸縮方向）に連結されている。圧電アクチュエータ本体１０５は、一端に半球１３０を有し、他端は底部として座１４０に接着されており、多連化された圧電素子１１０に電圧が印加されることで伸縮する。

リード部材１２０は、金属製で板状に形成されており、圧電素子１１０の両側面に形成された外部電極１１５に接着されている。一対のリード部材１２０は、座１４０において一対の端子１５０に接続されている。

圧電アクチュエータ本体１０５は、リード部材１２０を介して外部電極１１５に電圧が印加される。座１４０は、圧電アクチュエータ本体１０５の他端を支持しており、圧電アクチュエータ本体１０５の伸縮により半球１３０が変位する。

圧電素子１１０は、圧電層と内部電極とが交互に積層されている。また、圧電素子１１０の側面には内部電極に接続された外部電極１１５が設けられている。圧電層は、たとえばＰＺＴ等の圧電材料で構成されている。内部電極は、Ａｇ−Ｐｄ等で構成されている。

キャップ１６０は、圧電アクチュエータ本体１０５に被さって座に封止され、ドーム形状の部分に半球１３０が当接するダイヤフラムを有する。キャップ１６０の直管部分は、キャップ１６０の中央から底部にかけて円筒に形成されている。キャップの先端部分には、ドーム形状を有するダイヤフラムが形成されている。キャップ１６０は、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のばね性に優れている材質が望ましい。

座１４０は、概略円板状に形成され、圧電アクチュエータ本体１０５の他端を支持する。図２は、座１４０の正面図である。座１４０は、キャップ１６０の開口端が接合される傾斜面１４７が周縁に形成された丘陵部１４５を有する。傾斜面１４７は、外側に向かうほど薄くなる方向に傾斜している。これにより、座１４０の主面に対してキャップ１６０を垂直に当接でき、接合時には丘陵部１４５とキャップ１６０間のクリアランスを、開口端一周にわたり均一にできる。その結果、溶接の不備を防止でき、Ｈｅリークエラーや、破損の起点となる可能性を低減できる。

丘陵部１４５の周縁の傾斜面１４７の角度は、主面に対して３０°以上４５°以下である。４５°以下であることにより、溶接ポイントｐとの距離が小さくなり溶接に不備を防止できる。また、３０°以上であることで有効に傾斜を利用して、接合時に丘陵部１４５とキャップ１６０との間のクリアランスを均一にできる。

傾斜面１４７の半径方向の幅ａは、キャップ１６０の壁の厚みより５０μｍ以上１００μｍ以下大きい。これにより、確実にキャップの開口端を傾斜面１４７で受けることができ、キャップ１６０を垂直に当接できる。

（圧電アクチュエータの製造方法）
まず、圧電層と内部電極とが交互に積層された圧電素子１１０を作製する。具体的には、ＰＺＴ等の圧電セラミックスのグリーンシートにＡｇやＡｇ−Ｐｄ等の電極ペーストを印刷して積層、圧着し、焼成する。次に、圧電素子１１０の側面に積層方向に沿って、内部電極に接続された外部電極１１５を形成する。圧電素子１１０の側面に電極ペーストを印刷して焼成することで外部電極１１５を形成できる。

得られた複数の圧電素子１１０の積層方向の端面には、エポキシ等の接着剤を塗布して接着し、直列方向に連結する。このようにして多連化を行い、接着剤を硬化させる。最後に、金属製で板状のリード部材１２０を、外部電極１１５に固着させて、多連化した圧電アクチュエータ本体１０５を作製できる。

上記の圧電アクチュエータ本体１０５を座１４０に設置し、キャップ１６０を被せて封止する。図３は、キャップ１６０を圧電アクチュエータ本体１０５に被せ、その開口端を丘陵部１４５の傾斜面１４７に当接させた状態を示す断面図である。図３に示すように、傾斜面１４７を利用すると、接合時にキャップ１６０と座１４０とのクリアランスを均一にすることができる。このとき、リード部材１２０は、座１４０に挿通された端子１５０を介して外部と電気的に接続する。このようにして、圧電アクチュエータ１００を作製することができる。

１００圧電アクチュエータ
１０５圧電アクチュエータ本体
１１０圧電素子
１１５外部電極
１２０リード部材
１３０半球
１４０座
１４５丘陵部
１４７傾斜面
１５０端子
１６０キャップ
５４５丘陵部
ｐ溶接ポイント

Claims

電圧の印加により変位する圧電アクチュエータであって、
一端に半球を有し、電圧の印加により伸縮する圧電アクチュエータ本体と、
前記圧電アクチュエータ本体の他端を支持する座と、
前記半球が当接するとともに、前記圧電アクチュエータ本体に被さって前記座に封止されるキャップと、を備え、
前記座は、前記キャップの開口端が接合される傾斜面が周縁に形成された丘陵部を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
前記丘陵部の周縁の傾斜面の角度が主面に対して３０°以上４５°以下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。
前記傾斜面の幅は、前記キャップの壁の厚みより５０μｍ以上１００μｍ以下大きいことを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧電アクチュエータ。