JP2536636B2 - 電歪効果素子組立体 - Google Patents
電歪効果素子組立体Info
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- JP2536636B2 JP2536636B2 JP1276855A JP27685589A JP2536636B2 JP 2536636 B2 JP2536636 B2 JP 2536636B2 JP 1276855 A JP1276855 A JP 1276855A JP 27685589 A JP27685589 A JP 27685589A JP 2536636 B2 JP2536636 B2 JP 2536636B2
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電歪効果素子組立体に関し、特に圧電アクチ
ュエータに用いられる電歪効果素子の構造に関する。
ュエータに用いられる電歪効果素子の構造に関する。
最近光または磁気ディスクヘッド、各種光学装置、精
密工作機械等の精密位置決め装置、その他機械的駆動素
子として圧電アクチュエータが極めて有望視されてきて
いる。
密工作機械等の精密位置決め装置、その他機械的駆動素
子として圧電アクチュエータが極めて有望視されてきて
いる。
しかしながら、圧電効果による機械的変位は本質的に
極めて小さいのでアクチュエータの駆動源となるべき電
歪効果素子は、圧電セラミック部材と内部電極導体とを
超多重に積層して圧電の縦効果を高めた構造のものが通
常用いられている。すなわちこの電歪効果素子はペロブ
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グリーンシート化し、その上
に銀電極導体層をペースト状に塗布した後、数十層に積
層して焼結したものである。積層体の側面には銀電極導
体層の端部が全層露出しており、くし歯形内部電極を形
成するために、銀電極導体層の端部を一方の側面におい
て一層おきに絶縁処理し他方の側面においては絶縁層が
形成されなかった銀電極導体層の端部を絶縁処理する。
ここではガラス絶縁膜を形成する。そして銀電極導体層
を一層おきに交互に接続して二つのくし歯形内部電極を
形成し、外部から100V程度の直流電圧を与えると約８μ
ｍの静的変位を容易に発生する。
極めて小さいのでアクチュエータの駆動源となるべき電
歪効果素子は、圧電セラミック部材と内部電極導体とを
超多重に積層して圧電の縦効果を高めた構造のものが通
常用いられている。すなわちこの電歪効果素子はペロブ
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グリーンシート化し、その上
に銀電極導体層をペースト状に塗布した後、数十層に積
層して焼結したものである。積層体の側面には銀電極導
体層の端部が全層露出しており、くし歯形内部電極を形
成するために、銀電極導体層の端部を一方の側面におい
て一層おきに絶縁処理し他方の側面においては絶縁層が
形成されなかった銀電極導体層の端部を絶縁処理する。
ここではガラス絶縁膜を形成する。そして銀電極導体層
を一層おきに交互に接続して二つのくし歯形内部電極を
形成し、外部から100V程度の直流電圧を与えると約８μ
ｍの静的変位を容易に発生する。
したがって『てこ装置』との併用によって、本質的に
極めて小さい逆圧電効果の機械的変位の問題は一応解決
されている。
極めて小さい逆圧電効果の機械的変位の問題は一応解決
されている。
しかしこの積層体から成る電歪効果素子は内部電極を
形成する金属に銀が使用されているので湿性雰囲気内に
おいてマイグレーションを生じ圧電セラミック部材の側
面を著しく汚染する。すなわち銀系電極導体層の端部は
積層体の側面にすべて露出しているのでマイグレーショ
ンを生じ易く、汚染された圧電セラミック部材の側面は
その絶縁特性を急激に低下せしめる。
形成する金属に銀が使用されているので湿性雰囲気内に
おいてマイグレーションを生じ圧電セラミック部材の側
面を著しく汚染する。すなわち銀系電極導体層の端部は
積層体の側面にすべて露出しているのでマイグレーショ
ンを生じ易く、汚染された圧電セラミック部材の側面は
その絶縁特性を急激に低下せしめる。
そこで発生者らは特開昭63−56356号に開示している
ように金属ケース等を用いて密封処理により湿気の侵入
を防止することにより信頼性を向上する事を提案してい
る。第３図にその電歪効果素子組立体の縦断面図を示
す。
ように金属ケース等を用いて密封処理により湿気の侵入
を防止することにより信頼性を向上する事を提案してい
る。第３図にその電歪効果素子組立体の縦断面図を示
す。
１は上述した電歪効果素子であり、リード線２を外部
電極導体に半田ずけで接続し、側面だけを樹脂で被覆し
てある。
電極導体に半田ずけで接続し、側面だけを樹脂で被覆し
てある。
ガラス端子からなるリード端子３が２個取り付けられ
ている断面この字形で円形のステンレスから成る金属部
材（下部）２の内側底面に電歪効果素子１が植立するよ
うに接着剤で固定する。
ている断面この字形で円形のステンレスから成る金属部
材（下部）２の内側底面に電歪効果素子１が植立するよ
うに接着剤で固定する。
次に、電歪効果素子１のリード線４と金属部材２に取
り付けられているリード端子３の内側の一端とを半田ず
けで接続する。
り付けられているリード端子３の内側の一端とを半田ず
けで接続する。
次に、内径が電歪効果素子１の外形寸法より大きくか
つ金属部材２、６の内径と同一である材質がステンレス
のベローズ５を電歪効果素子１を包むように上方から取
り付け、さらに電歪効果素子１の上端部にもう一つの金
属部材（上方）６をかぶせ接着剤で電歪効果素子１の上
端面に固定する。
つ金属部材２、６の内径と同一である材質がステンレス
のベローズ５を電歪効果素子１を包むように上方から取
り付け、さらに電歪効果素子１の上端部にもう一つの金
属部材（上方）６をかぶせ接着剤で電歪効果素子１の上
端面に固定する。
次に、ベローズ５の両端を上下の金属部材６、２に全
周にわたりエレクトリックアーク溶接で溶接し密封を完
了させる。
周にわたりエレクトリックアーク溶接で溶接し密封を完
了させる。
上述した従来の電界効果素子組立体においては、電歪
効果素子１の熱膨張係数が、金属部材2,6の熱膨張係数
よりも小さい。すなわち、周知の如く、電歪効果素子１
を構成するペロブスカイト結晶構造の圧電性セラミック
の線熱膨張係数は、約6ppm/℃である。一方、金属部材
2,6の材料であるステンレスの熱膨張係数は、約16〜17p
pm/℃である。ここで、このような素子１と金属部材2,6
とを接着した組立体に外部から電圧を印加してこれを駆
動するときに、温度が上昇した場合を考える。この場
合、温度上昇による膨張変位は、金属部材2,6の変位の
方が素子１のそれよりも大きい。ところが、素子１と金
属部材2,6とは接着剤で固着されているので、金属部材
2,6の方が素子１を、その変位発生端面に平行な方向
（第３図において、紙面左右方向）に引っ張ることにな
る。一方、素子１に駆動電圧が加わると、素子１はその
変位発生端面に垂直な方向（同上、上下方向）に伸び
る。このとき、素子１は或るポアッソン比をもって、変
位発生端面に平行な方向に縮もうとする。すなわち、第
３図に示す組立体を駆動しているときに温度が上昇する
と、素子１の変位発生端面には、これに平行に、温度上
昇に伴って金属部材2,6によって伸ばされようとする応
力と、ポアッソン効果によって縮もうとすることによる
反対方向の応力とが重畳された、非常に大きな引張り応
力が加わることになる。ところが、セラミックは、良く
知られているように、圧縮応力に対する機械的強度は高
いが、引張り応力に対しては非常に弱いという性質を持
っている。その結果、上記の変位発生端面に生じる引張
り応力によって、駆動中に素子が破断するという故障が
発生しやすい。例えば、組立体を周波数200Hz、電圧０
〜150Vの正弦波で100回駆動すると、素子に破断が見ら
れた。
効果素子１の熱膨張係数が、金属部材2,6の熱膨張係数
よりも小さい。すなわち、周知の如く、電歪効果素子１
を構成するペロブスカイト結晶構造の圧電性セラミック
の線熱膨張係数は、約6ppm/℃である。一方、金属部材
2,6の材料であるステンレスの熱膨張係数は、約16〜17p
pm/℃である。ここで、このような素子１と金属部材2,6
とを接着した組立体に外部から電圧を印加してこれを駆
動するときに、温度が上昇した場合を考える。この場
合、温度上昇による膨張変位は、金属部材2,6の変位の
方が素子１のそれよりも大きい。ところが、素子１と金
属部材2,6とは接着剤で固着されているので、金属部材
2,6の方が素子１を、その変位発生端面に平行な方向
（第３図において、紙面左右方向）に引っ張ることにな
る。一方、素子１に駆動電圧が加わると、素子１はその
変位発生端面に垂直な方向（同上、上下方向）に伸び
る。このとき、素子１は或るポアッソン比をもって、変
位発生端面に平行な方向に縮もうとする。すなわち、第
３図に示す組立体を駆動しているときに温度が上昇する
と、素子１の変位発生端面には、これに平行に、温度上
昇に伴って金属部材2,6によって伸ばされようとする応
力と、ポアッソン効果によって縮もうとすることによる
反対方向の応力とが重畳された、非常に大きな引張り応
力が加わることになる。ところが、セラミックは、良く
知られているように、圧縮応力に対する機械的強度は高
いが、引張り応力に対しては非常に弱いという性質を持
っている。その結果、上記の変位発生端面に生じる引張
り応力によって、駆動中に素子が破断するという故障が
発生しやすい。例えば、組立体を周波数200Hz、電圧０
〜150Vの正弦波で100回駆動すると、素子に破断が見ら
れた。
本発明の目的は、金属部材と電歪効果素子の熱膨張係
数の差に基き駆動時に発生する電歪効果素子の波断を防
ぎ、信頼性の優れた電歪効果素子組立体を提供すること
にある。
数の差に基き駆動時に発生する電歪効果素子の波断を防
ぎ、信頼性の優れた電歪効果素子組立体を提供すること
にある。
本発明の電歪効果素子組立体は、圧電セラミック部材
と内部電極導体層とを交互に積層した積層体と、前記積
層体を内部に収納する金属製のケースであって、両底面
開放の筒状金属製ベローズと、一対のリード端子を備え
前記ベローズの一方の開放底面をベローズに固着的に塞
ぐ第１の金属部材と、前記ベローズの他方の開放底面を
ベローズに固着的に塞ぐ第２の金属部材とからなるケー
スとを含み、前記ケースに収納された積層体は、二つの
変位出力端面の一方が前記第１の金属部材の内壁面に固
着され、他方の変位出力端面が前記第２の金属部材の内
壁面に固着されると共に、積層体に設けられた外部電極
導体と前記第１の金属部材が備えるリード端子とがリー
ド線により接続された構造の電歪効果素子組立体におい
て、前記積層体の熱膨張係数が6ppm/℃以上であり、前
記第１の金属部材及び前記第２の金属部材それぞれの少
くとも積層体の変位出力端面が固着される部分が、前記
積層体の熱膨張係数より小なる5ppm/℃以下の熱膨張係
数を持つ材料からなることを特徴とする。
と内部電極導体層とを交互に積層した積層体と、前記積
層体を内部に収納する金属製のケースであって、両底面
開放の筒状金属製ベローズと、一対のリード端子を備え
前記ベローズの一方の開放底面をベローズに固着的に塞
ぐ第１の金属部材と、前記ベローズの他方の開放底面を
ベローズに固着的に塞ぐ第２の金属部材とからなるケー
スとを含み、前記ケースに収納された積層体は、二つの
変位出力端面の一方が前記第１の金属部材の内壁面に固
着され、他方の変位出力端面が前記第２の金属部材の内
壁面に固着されると共に、積層体に設けられた外部電極
導体と前記第１の金属部材が備えるリード端子とがリー
ド線により接続された構造の電歪効果素子組立体におい
て、前記積層体の熱膨張係数が6ppm/℃以上であり、前
記第１の金属部材及び前記第２の金属部材それぞれの少
くとも積層体の変位出力端面が固着される部分が、前記
積層体の熱膨張係数より小なる5ppm/℃以下の熱膨張係
数を持つ材料からなることを特徴とする。
次に、本発明について図面を参照して説明する。第１
図は本発明の一実施例を示す縦断面図である。
図は本発明の一実施例を示す縦断面図である。
本実施例で用いる電歪効果素子組立体は従来例で述べ
たようにプ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グリーンシー
ト化し、その上に銀電極導体層をペースト状に塗布した
後、数十層に積層して焼結したものである。積層体の側
面には銀電極導体層の端部が全層露出しており、くし歯
形内部電極を形成するために、銀電極導体層の端部を一
方の側面において一層おきに絶縁処理し他方の側面にお
いては絶縁層が形成されなかった銀電極導体層の端部を
絶縁処理する。ここではガラス絶縁膜を形成する。そし
て銀電極導体層を一層おきに交互に接続して二つのくし
歯形内部電極を形成してある。
たようにプ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グリーンシー
ト化し、その上に銀電極導体層をペースト状に塗布した
後、数十層に積層して焼結したものである。積層体の側
面には銀電極導体層の端部が全層露出しており、くし歯
形内部電極を形成するために、銀電極導体層の端部を一
方の側面において一層おきに絶縁処理し他方の側面にお
いては絶縁層が形成されなかった銀電極導体層の端部を
絶縁処理する。ここではガラス絶縁膜を形成する。そし
て銀電極導体層を一層おきに交互に接続して二つのくし
歯形内部電極を形成してある。
１は上述した電歪効果素子であり、リード線２を外部
電極導体に半田ずけで接続し、側面だけを樹脂で被覆し
てある。
電極導体に半田ずけで接続し、側面だけを樹脂で被覆し
てある。
この電歪効果素子の０〜100℃の範囲での熱膨張係数
は6PPM/℃である。
は6PPM/℃である。
ガラス端子からなるリード端子３が２個取り付けられ
ている断面この字形で円形の熱膨張係数が0.8PPM/℃で
あるスーパーインバースから成る金属部材（下部）２の
内側底面に電歪効果素子１が植立するように接着剤で固
定する。
ている断面この字形で円形の熱膨張係数が0.8PPM/℃で
あるスーパーインバースから成る金属部材（下部）２の
内側底面に電歪効果素子１が植立するように接着剤で固
定する。
次に、電歪効果素子１のリード線４と金属部材２に取
り付けられているリード端子３の内側の一端とを半田ず
けで接続する。
り付けられているリード端子３の内側の一端とを半田ず
けで接続する。
次に、内径が電歪効果素子１の外形寸法より大きくか
つ金属部材２、６の内径と同一である材質がステンレス
のベローズ５を電歪効果素子１を包むように上方から取
り付け、さらに電歪効果素子１の上端部に熱膨張係数が
0.8PPM/℃であるスーパーインバースから成るもう一つ
の金属部材（上方）６をかぶせ接着剤で電歪効果素子１
の上端面に固定する。
つ金属部材２、６の内径と同一である材質がステンレス
のベローズ５を電歪効果素子１を包むように上方から取
り付け、さらに電歪効果素子１の上端部に熱膨張係数が
0.8PPM/℃であるスーパーインバースから成るもう一つ
の金属部材（上方）６をかぶせ接着剤で電歪効果素子１
の上端面に固定する。
次に、ベローズ５の両端を上下の金属部材６、２に全
周にわたりエレクトリックアーム溶接で溶接し密封を完
了させる。
周にわたりエレクトリックアーム溶接で溶接し密封を完
了させる。
このようにして製作した電歪効果素子組立体を周波数
200Hz電圧を0Vから150Vでの正弦波で１億回駆動しても
電歪効果素子の波断は見られなかった。
200Hz電圧を0Vから150Vでの正弦波で１億回駆動しても
電歪効果素子の波断は見られなかった。
第２図は本発明の他の実施例の縦断面図である。第１
の実施例と異なる点は、金属部材の一部が熱膨張係数が
0.8PPM/℃であるスーパーインバースから成り、残りの
部分はステンレスから出来ている点である。
の実施例と異なる点は、金属部材の一部が熱膨張係数が
0.8PPM/℃であるスーパーインバースから成り、残りの
部分はステンレスから出来ている点である。
この実施例の電歪効果素子組立体を第１の実施例と同
一条件で駆動した時も１億回駆動しても電歪効果素子の
波断は見られなかった。
一条件で駆動した時も１億回駆動しても電歪効果素子の
波断は見られなかった。
なお上述した第１および第２の実施例で使用した金属
材料はスーパーインバースであったが、熱膨張係数が4.
5PPM/℃である42合金を用いても同様な効果がある。
材料はスーパーインバースであったが、熱膨張係数が4.
5PPM/℃である42合金を用いても同様な効果がある。
以上説明したように、本発明は金属部材に、熱膨張係
数が電歪効果素子のそれよりも小さい材料を用いてい
る。従って、温度が上昇したとき、金属部材は素子を、
その変位発生端面に平行な方向に圧縮する。この圧縮応
力により素子は、駆動の際のポアッソン効果によって変
位発生端面に平行な方向に縮んだ場合でも、圧縮応力を
受け続ける。
数が電歪効果素子のそれよりも小さい材料を用いてい
る。従って、温度が上昇したとき、金属部材は素子を、
その変位発生端面に平行な方向に圧縮する。この圧縮応
力により素子は、駆動の際のポアッソン効果によって変
位発生端面に平行な方向に縮んだ場合でも、圧縮応力を
受け続ける。
これにより本発明によれば、電歪効果素子組立体にお
ける素子の破断を防止し、信頼性を高めることができ
る。
ける素子の破断を防止し、信頼性を高めることができ
る。
第１図は本発明の一実施例の電歪効果素子組立体の縦断
面図、第２図は本発明の他の実施例の電歪効果素子組立
体の縦断面図、第３図は従来の電歪効果素子組立体の一
例の縦断面図である。 １……電歪効果素子、２……金属部材（下部）、３……
リード端子、４……リード線、５……ベローズ、６……
金属部材（上部）、７……金属部材（下部）ステンレス
部分、８……金属部材（上部）ステンレス部分。
面図、第２図は本発明の他の実施例の電歪効果素子組立
体の縦断面図、第３図は従来の電歪効果素子組立体の一
例の縦断面図である。 １……電歪効果素子、２……金属部材（下部）、３……
リード端子、４……リード線、５……ベローズ、６……
金属部材（上部）、７……金属部材（下部）ステンレス
部分、８……金属部材（上部）ステンレス部分。
Claims (1)
- 【請求項１】圧電セラミック部材と内部電極導体層とを
交互に積層した積層体と、前記積層体を内部に収納する
金属製のケースであって、両底面開放の筒状金属製ベロ
ーズと、一対のリード端子を備え前記ベローズの一方の
開放底面をベローズに固着的に塞ぐ第１の金属部材と、
前記ベローズの他方の開放底面をベローズに固着的に塞
ぐ第２の金属部材とからなるケースとを含み、前記ケー
スに収納された積層体は、二つの変位出力端面の一方が
前記第１の金属部材の内壁面に固着され、他方の変位出
力端面が前記第２の金属部材の内壁面に固着されると共
に、積層体に設けられた外部電極導体と前記第１の金属
部材が備えるリード端子とがリード線により接続された
構造の電歪効果素子組立体において、 前記積層体の熱膨張係数が6ppm/℃以上であり、前記第
１の金属部材及び前記第２の金属部材それぞれの少なく
とも積層体の変位出力端面が固着される部分が、前記積
層体の熱膨張係数より小なる5ppm/℃以下の熱膨張係数
を持つ材料からなることを特徴とする電歪効果素子組立
体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1276855A JP2536636B2 (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 電歪効果素子組立体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1276855A JP2536636B2 (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 電歪効果素子組立体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03138986A JPH03138986A (ja) | 1991-06-13 |
| JP2536636B2 true JP2536636B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=17575352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1276855A Expired - Fee Related JP2536636B2 (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 電歪効果素子組立体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2536636B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5361053A (en) * | 1993-10-07 | 1994-11-01 | Unisia Jecs Corporation | Super magnetostriction type actuator |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61119335U (ja) * | 1985-01-10 | 1986-07-28 | ||
| JPS6439664U (ja) * | 1987-09-02 | 1989-03-09 |
-
1989
- 1989-10-23 JP JP1276855A patent/JP2536636B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03138986A (ja) | 1991-06-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |