JP2508321B2 - 圧電アクチュエ―タおよびその製造方法 - Google Patents

圧電アクチュエ―タおよびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電アクチュエータに関し、特に縦効果を利
用した積層型の圧電アクチュエータおよびその製造方法
に関する。
〔従来の技術〕 電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する電歪効
果素子を利用した圧電アクチュエータは、現在マスフロ
ウコントローラやXYテーブル駆動、射出成形機などの工
業分野で使用されている。
第３図は従来の金属ケース入り圧電アクチュエータの
縦断面図である。
電歪材と内部電極が交互に積層された電歪効果素子１
から導出されたリード線4a,4bを金属部材３に取付けら
れたリード端子2a,2bにそれぞれ半田接続をした後、金
属部材３の凹部に電歪効果素子１の一方の端面1aをエポ
キシ樹脂などの接着剤で接着する。次に、金属部材３の
外周部に設けられたリング溝3cにバイトンなどを成形し
たＯリング10を挿入した後、有底の筒状金属ケース９の
開口部9aから電歪効果素子１を他方の端部1b側から挿入
して端部1bと金属ケース９の底部9bをエポキシ樹脂など
の接着剤で接着固定して気密封止構造の圧電アクチュエ
ータが完成する。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の圧電アクチュエータは、Ｏリングの接
触圧で電歪効果素子をシールする構造となっているので
次のような欠点がある。
（１）電歪効果素子の積層方向の引張強度が弱いため取
付時に外部から積層方向に引張力が加わると素子が破断
する。
（２）金属部材を介して電歪効果素子の積層方向と直角
方向に外力が加わると素子が破断する。
本発明の目的は、取付時に外部から引張力が加わった
時の素子破断が防止でき、また気密端子を介して電歪効
果素子の積層方向と直角方向に外力が加わっても素子ま
たは素子端面接合部での破断が防止できる圧電アクチュ
エータおよびその製造方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の第１の発明の圧電アクチュエータは、複数の
電歪材と内部電極が交互に積層されて形成された電歪効
果素子が金属ケースと金属部材およびガラス端子によっ
て気密封止された圧電アクチュエータにおいて、前記金
属ケースまたは金属部材のいずれかに伸縮部が設けら
れ、前記伸縮部の収縮力が前記電歪効果素子にその積層
方向に加わるように前記金属ケースと金属部材の各々の
外周に設けたツバ状の取付部がつき合わされ接合されて
いることを特徴として構成される。
また、本発明の第２の発明の圧電アクチュエータの製
造方法は、複数の電極材と内部電極を交互に積層してな
る電歪効果素子を、金属ケース又は金属部材のいずれか
に伸縮部が設けられ、前記伸縮部の収縮力が前記電歪効
果素子にその積層方向に加わるように前記金属ケースと
金属部材の外周に設けられたツバ状の取付部をつき合わ
し接合して気密封止する圧電アクチュエータの製造方法
において、前記電歪効果素子の密封処理工程の前に前記
金属ケースと金属部材に設けたツバ状の取付部の間に一
定寸法のすき間を設けた状態で電歪効果素子と金属部材
および金属ケースと金属部材を固定する工程と、前記伸
縮部をすき間の寸法分だけ伸した状態で金属部材と金属
ケースを保持する工程と、前記金属部材と金属ケースの
ツバ状の取付部を溶接などでシール接合する工程とを含
むことを特徴として構成される。
〔作用〕
本発明は、伸縮機能を有する金属ケースに素子を挿入
し、かつ予め素子に圧縮力を加えた状態で密封処理を施
すものである。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第１図は本発明の第１の実施例を示す圧電アクチュエ
ータの縦断面図である。
この圧電アクチュエータは、複数の電歪材と内部電極
が交互に積層されて形成された電歪効果素子１の両端に
リード端子2a,2bが取付けられている断面のコの字形で
円形のステンレスからなる金属部材３と、同じく断面コ
の字形で円形のステンレスからなる金属部材６とが固着
され、そして内径が電歪効果素子１の外径寸法より大き
く、かつ金属部材3,6の外径とほぼ同一である、材質が
ステンレスの伸縮機能を有するベローズなどの金属ケー
ス５が金属部材3,6に溶接によりシール結合されて電歪
効果素子１が密封封止されている。
そして、金属ケースの伸縮部が予め一定寸法だけ延さ
れて金属ケースの収縮力が電歪効果素子の積層方向に加
わるように形成されている。
次に、本実施例の圧電アクチュエータの製造方法につ
いて説明する。
ベロブスカイト結晶構造をもつ多成分固溶体セラミッ
ク粉末に有機バインダーを混合して100μｍ程度の厚み
のグリーンシート化し、その上にペースト状の銀内部電
極導体を塗布、乾燥後、数十層（例えば64層）に積層し
て焼結した積層体をまず用意する。この積層体の側面に
は銀内部電極導体の端部が露出しているので、端部を選
択的にガラス絶縁膜で被覆した後外部電極導体を側面に
形成して銀内部電極導体を一層おきに交互に接続して２
つのくし歯形電極を形成する。そしてリード線4a,4bを
外部電極導体に半田付で接続し、側面だけを樹脂で被覆
する。
このようにして製作された電歪効果素子１を外周部に
ツバ状の取付部3aを設けた金属部材（上部）３の内側凹
部面に電歪効果素子１が植立するようにエポキシ樹脂な
どの接着剤で固定する。次に、電歪効果素子１のリード
端子2a,2bの内側の端部とを半田付けで接続する。
次に、金属ケース５の一方の開口部の外周にツバ状の
取付部5aを設けた他方の開口部5bと金属部材６とを予め
溶接などでシール接合したものを用意する。次に、金属
ケース５の開口部（上部）から金属部材３が固定された
電歪効果素子１の他の端面側1bを挿入して金属ケースと
金属部材に設けたツバ状の取付部3a,5aの間に一定寸法
（例えば0.1〜0.2mm）のすき間を設けた状態で金属部材
６の凹面に電歪効果素子１が植立するようにエポキシ樹
脂などの接着剤で固定する。
次に、金属ケースと金属部材のツバ状の取付部をつき
合せて、伸縮部をすき間の寸法だけに伸した状態を治具
で保持する。次に、金属部材と金属ケースのツバ状の取
付部を溶接などでシール接合して密封を完了させる。
このときの取付部に設けたすき間の寸法分の伸び量に
対する金属ケースの収縮力が電歪効果素子の最大発生応
力の20〜100％程度（例えば20〜50kg・ｆ）になるよう
に金属ケース５のバネ定数を持たせておくと、電歪効果
素子１が最大発生応力の20〜100％程度の力で予め圧縮
された状態で組立てられた金属ケース入り圧電アクチュ
エータが形成できる。
第２図は本発明の第２の実施例の圧電アクチュエータ
の縦断面図である。
本実施例が第１の実施例と異なる点は、下部の金属部
材の代りにダイアフラム７が取付けられ、伸縮機能を無
くした金属ケース８が使用されダイアフラム７の凹面が
電歪効果素子１の下端面に接着されていることである。
本実施例では、ダイアフラムおよび金属ケースが第１
の実施例に比べて低コストで製造できる利点がある。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、金属ケースまたは金属
部材のいずれかに伸縮部を設け、かつ、金属ケースと金
属部材の各々の外周にツバ状の取付部を設け、電歪効果
素子の密封処理前に、伸縮部を伸した状態で保持して、
金属ケースと金属部材に設けた取付部をつき合せて伸縮
部により予め電歪効果素子に圧縮力を加えて密封処理を
完了することにより、次の効果がある。
（１）取付時に外部から引張力が加わった時の素子破断
が防止できる。
（２）ハーメ端子を介して電歪効果素子の積層方向と直
角方向に外力が加わっても素子または素子端面接合部で
の破断が防止できる。
（３）取付部により圧縮力を加えて行なう密封処理が容
易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例を示す圧電アクチュエー
タの縦断面図、第２図は本発明の第２の実施例を示す圧
電アクチュエータの縦断面図、第３図は従来の金属ケー
ス入り圧電アクチュエータの一例の縦断面図である。 １……電歪効果素子、1a,1b……端面、2a,2b……ガラス
端子、3,6……金属部材、4a,4b……リード線、5,8,9…
…ケース、5b,9a……開口部、3a,5a……取付部、７……
ダイアフラム、9b……底部、10……Ｏリング。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の電歪材と内部電極が交互に積層され
    形成された電歪効果素子が金属ケースと金属部材および
    ガラス端子によって気密封止された圧電アクチュエータ
    において、前記金属ケースまたは金属部材のいずれかに
    伸縮部が設けられ、前記伸縮部の収縮力が前記電歪効果
    素子にその積層方向に加わるように前記金属ケースと金
    属部材の各々の外周に設けたツバ状の取付部がつき合わ
    され接合されていることを特徴とする圧電アクチュエー
    タ。
  2. 【請求項２】複数の電極材と内部電極を交互に積層して
    なる電歪効果素子を、金属ケース又は金属部材のいずれ
    かに伸縮部が設けられ、前記伸縮部の収縮力が前記電歪
    効果素子にその積層方向に加わるように前記金属ケース
    と金属部材の外周に設けられたツバ状の取付部をつき合
    わし接合して気密封止する圧電アクチュエータの製造方
    法において、前記電歪効果素子の密封処理工程の前に前
    記金属ケースと金属部材に設けたツバ状の取付部の間に
    一定寸法のすき間を設けた状態で電歪効果素子と金属部
    材および金属ケースと金属部材を固定する工程と、前記
    伸縮部をすき間の寸法分だけ伸した状態で金属部材と金
    属ケースを保持する工程と、前記金属部材と金属ケース
    のツバ状の取付部を溶接などでシール接合する工程とを
    含むことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
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