JP5717869B2 - Piezoelectric actuator - Google Patents

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Description

本発明は、自動車エンジンの燃料噴射装置、インクジェット等の液体噴射装置、XYテーブルの精密位置決め装置、ガス流量調整用の弁制御、カメラのオートフォーカス機構、ズーム機構、手振れ補正機構、ハードディスクドライブのヘッド位置制御、光学機器の光軸調整、焦点調整、マスフローコントローラー等に用いられる圧電アクチュエータに関するものである。   The present invention relates to a fuel injection device for an automobile engine, a liquid injection device such as an ink jet, a precision positioning device for an XY table, a valve control for adjusting a gas flow rate, a camera autofocus mechanism, a zoom mechanism, a camera shake correction mechanism, and a hard disk drive head. The present invention relates to a piezoelectric actuator used for position control, optical axis adjustment of optical equipment, focus adjustment, mass flow controller, and the like.

圧電アクチュエータとして、例えば、圧電体層および内部電極層が複数積層された柱状の積層体と、この積層体の側面に積層方向にそれぞれ被着されて内部電極層が一層おきに交互に電気的に接続された一対の外部電極とを含む圧電素子を、金属製の容器の内部に封入したものが知られている(例えば、特許文献1を参照)。   As the piezoelectric actuator, for example, a columnar laminate in which a plurality of piezoelectric layers and internal electrode layers are laminated, and the internal electrode layers are alternately and electrically attached to the side surfaces of the laminate in the lamination direction. There is known one in which a piezoelectric element including a pair of connected external electrodes is enclosed in a metal container (see, for example, Patent Document 1).

特開2002−58261号公報JP 2002-58261 A

上記の圧電アクチュエータは、圧電素子が常に圧縮応力下に置かれるように、圧電素子に圧縮荷重を印加した状態で、基体、ケース等の部材をレーザー溶接や抵抗溶接による溶接部を介して接合してなる金属製の容器に封入されたものである。   In the above piezoelectric actuator, members such as a base and a case are joined via a welded part by laser welding or resistance welding in a state where a compressive load is applied to the piezoelectric element so that the piezoelectric element is always placed under compressive stress. It is enclosed in a metal container.

このようなアクチュエータでは、駆動による変位で溶接部に繰り返し引張り応力がかかると、断面で見た溶接部とケースとの交点(溶接部の内側上端)を支点にケースが変形し、この部位に応力が集中しやすくなってクラックの起点となり、溶接部とケースとの界面が疲労破壊するという問題があった。   In such an actuator, when tensile stress is repeatedly applied to the weld due to displacement due to driving, the case is deformed around the intersection of the weld and the case (inner upper end of the weld) as seen in cross section, and stress is applied to this part. This tends to concentrate and becomes the starting point of cracks, and there is a problem that the interface between the welded part and the case breaks down due to fatigue.

本発明は、上記の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は引張り応力による溶接部の疲労破壊を抑制することの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。   The present invention has been devised in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator capable of suppressing fatigue fracture of a weld due to tensile stress.

本発明の圧電アクチュエータは、圧電素子と、前記圧電素子の一端部に当接する基体と、前記圧電素子の他端部に当接する内面を有し、前記圧電素子を内部に収容するケースとを備え、前記基体と前記ケースとが溶接部を介して接合された圧電アクチュエータであって、前記ケースは、筒状部と、該筒状部の一端から湾曲して外方に広がる湾曲部と、該湾曲部からさらに外方に広がる鍔部とを含み、前記溶接部が前記鍔部と前記基体との間から前記湾曲部と前記基体との間にわたって設けられ、前記溶接部の前記ケースに接する内側上端が前記湾曲部に接合しているとともに、前記溶接部の内側表面が前記筒状部の延長上の領域に位置していることを特徴とするものである。
The piezoelectric actuator of the present invention includes a piezoelectric element, a base that contacts one end of the piezoelectric element, and a case that has an inner surface that contacts the other end of the piezoelectric element and accommodates the piezoelectric element therein. A piezoelectric actuator in which the base body and the case are joined via a welded portion, wherein the case includes a tubular portion, a curved portion that is curved outward from one end of the tubular portion, An inner side of the welded portion in contact with the case, wherein the welded portion is provided between the bent portion and the base body and between the curved portion and the base body. The upper end is joined to the curved portion, and the inner surface of the welded portion is located in a region on the extension of the tubular portion .

本発明の圧電アクチュエータによれば、溶接部の最大引張り荷重がかかる部位が圧電アクチュエータの中心寄りになるため、内側の溶接部にかかる引張り荷重自体が小さくなるとともに、引張り応力に対して変形しにくくなる。したがって、圧電アクチュエータの連続駆動による溶接部とケースとの界面の疲労破壊を抑制することができ、圧電アクチュエータを長期間安定して駆動させることができる。   According to the piezoelectric actuator of the present invention, the portion where the maximum tensile load is applied to the welded portion is closer to the center of the piezoelectric actuator, so that the tensile load applied to the inner welded portion itself is reduced and is not easily deformed against the tensile stress. Become. Therefore, fatigue failure at the interface between the weld and the case due to continuous driving of the piezoelectric actuator can be suppressed, and the piezoelectric actuator can be driven stably for a long period of time.

本発明の圧電アクチュエータについて実施の形態の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of embodiment about the piezoelectric actuator of this invention. 図1に示す圧電素子の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the piezoelectric element shown in FIG. 図1に示す圧電アクチュエータの要部の一例を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows an example of the principal part of the piezoelectric actuator shown in FIG. 図1に示す圧電アクチュエータの要部の他の例を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the other example of the principal part of the piezoelectric actuator shown in FIG. 図1に示す圧電アクチュエータの要部の他の例を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the other example of the principal part of the piezoelectric actuator shown in FIG. 従来の圧電アクチュエータの要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the conventional piezoelectric actuator.

以下、本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の例について図面を参照して説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of a piezoelectric actuator of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の一例を示す断面図であり、図2は図1に示す圧電素子の概略斜視図、図3は図1に示す圧電アクチュエータの要部拡大図である。   FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention, FIG. 2 is a schematic perspective view of the piezoelectric element shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of a main part of the piezoelectric actuator shown in FIG. is there.

図1乃至図3に示す圧電アクチュエータ1は、圧電素子2と、圧電素子2の一端部に当接する基体5と、圧電素子2の他端部に当接する内面を有し、圧電素子を内部に収容するケース3とを備え、基体5とケース3とが溶接部4を介して接合された圧電アクチュエータであって、ケース3は、筒状部302と、筒状部302の一端(下端)から湾曲して外方に広がる湾曲部303と、湾曲部303からさらに外方に広がる鍔部301とを含み、溶接部4が鍔部301と基体5との間から湾曲部303と基体5との間にわたって設けられている。   A piezoelectric actuator 1 shown in FIGS. 1 to 3 includes a piezoelectric element 2, a base 5 that contacts one end of the piezoelectric element 2, and an inner surface that contacts the other end of the piezoelectric element 2. The piezoelectric actuator includes a case 3 to be accommodated, and the base body 5 and the case 3 are joined to each other via the welded portion 4. The case 3 includes a cylindrical portion 302 and one end (lower end) of the cylindrical portion 302. A curved portion 303 that is curved and spreads outward, and a flange portion 301 that extends further outward from the curved portion 303, and the welded portion 4 is formed between the curved portion 303 and the base body 5 between the flange portion 301 and the base body 5. It is provided across.

圧電素子2は、図2に示すように、例えば圧電体層21と内部電極層22とが交互に複数積層された活性部25と、活性部25の積層方向の両端に積層された圧電体層21からなる(内部電極層22を含まない)不活性部26とを有する積層体20を備えた積層型の圧電素子である。ここで、活性部25は駆動時に圧電体層21が積層方向に伸長または収縮する部位であり、不活性部26は駆動時に圧電体層21が積層方向に伸長または収縮しない部位である。   As shown in FIG. 2, the piezoelectric element 2 includes, for example, an active portion 25 in which a plurality of piezoelectric layers 21 and internal electrode layers 22 are alternately stacked, and a piezoelectric layer that is stacked at both ends in the stacking direction of the active portions 25. The laminated piezoelectric element includes a laminated body 20 having an inactive portion 26 made of 21 (not including the internal electrode layer 22). Here, the active portion 25 is a portion where the piezoelectric layer 21 extends or contracts in the stacking direction during driving, and the inactive portion 26 is a portion where the piezoelectric layer 21 does not extend or contract in the stacking direction during driving.

圧電素子2を構成する積層体20は、例えば縦4〜7mm、横4〜7mm、高さ20〜50mmの直方体状に形成されている。なお、図2に示す積層体20は四角柱形状であるが、例えば六角柱形状や八角柱形状などであってもよい。   The laminated body 20 constituting the piezoelectric element 2 is formed in a rectangular parallelepiped shape having a length of 4 to 7 mm, a width of 4 to 7 mm, and a height of 20 to 50 mm, for example. In addition, although the laminated body 20 shown in FIG. 2 is a quadrangular prism shape, a hexagonal prism shape, an octagonal prism shape, etc. may be sufficient, for example.

積層体20を構成する複数の圧電体層21は、圧電特性を有する圧電磁器(圧電セラミックス)からなり、当該圧電磁器は平均粒径が例えば1.6〜2.8μmに形成されたものである。圧電磁器としては、例えばPbZrO−PbTiO(チタン酸ジルコン酸鉛)等からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、タンタル酸リチウム(LiTaO)などを用いることができる。The plurality of piezoelectric layers 21 constituting the laminate 20 are made of piezoelectric ceramics (piezoelectric ceramics) having piezoelectric characteristics, and the piezoelectric ceramics are formed with an average particle diameter of, for example, 1.6 to 2.8 μm. . As the piezoelectric ceramic, for example, a perovskite oxide made of PbZrO 3 —PbTiO 3 (lead zirconate titanate) or the like, lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), or the like can be used.

また、内部電極層22は、例えば銀、銀−パラジウム合金、銀−白金、銅などで形成されたものであり、正極と負極(もしくはグランド極)とがそれぞれ積層体20の対向する一対の側面に互い違いに導出されている。この構成により、活性部25において、積層方向に隣り合う内部電極層22同士の間に挟まれた圧電体層21に駆動電圧を印加するものである。   The internal electrode layer 22 is formed of, for example, silver, silver-palladium alloy, silver-platinum, copper, or the like, and a pair of side surfaces on which the positive electrode and the negative electrode (or ground electrode) are opposed to each other in the stacked body 20. Are alternately derived. With this configuration, a driving voltage is applied to the piezoelectric layer 21 sandwiched between the internal electrode layers 22 adjacent in the stacking direction in the active portion 25.

なお、積層体20には、応力を緩和するための層であって内部電極層22として機能しない金属層等が含まれていてもよい。   The stacked body 20 may include a metal layer that is a layer for relaxing stress and does not function as the internal electrode layer 22.

そして、内部電極層22の正極と負極(もしくはグランド極)とが互い違いに導出された積層体20の対向する一対の側面には、それぞれ外部電極23が被着され、導出された内部電極層22と接合されている。外部電極23は、例えば銀およびガラスの焼結体からなる導体層であり、内部電極層22との電気的に導通されている。なお、図1に示すように、外部電極23にはリード線13が例えば半田15によって取り付けられていて、リード線13を介して駆動電圧を印加するようになっている。   Then, external electrodes 23 are respectively attached to a pair of opposing side surfaces of the stacked body 20 in which the positive electrode and the negative electrode (or the ground electrode) of the internal electrode layer 22 are alternately derived, and the internal electrode layer 22 thus derived is derived. It is joined with. The external electrode 23 is a conductor layer made of a sintered body of silver and glass, for example, and is electrically connected to the internal electrode layer 22. As shown in FIG. 1, a lead wire 13 is attached to the external electrode 23 by, for example, solder 15, and a driving voltage is applied via the lead wire 13.

一方、積層体20の対向する他の一対の側面には、内部電極層22の正極および負極(もしくはグランド極)の両極が達しており、この側面には例えば酸化物からなる被覆層24が形成されている。被覆層24の形成により、駆動時に高電圧をかけた際に発生する両極間での沿面放電を防止することができる。この被覆層24を形成する酸化物としては、例えばセラミック材料が挙げられ、特に、圧電アクチュエータを駆動した際の積層体2の駆動変形(伸縮)に追随でき、被覆層24が剥がれて沿面放電が生じるおそれのないように、応力によって変形可能な材料であることが好ましい。具体的には、応力が生じると局所的に相変態して体積変化して変形可能な部分安定化ジルコニア、Ln1−XSiAlO3+0.5X(Lnは、Sn,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,TmおよびYbのうちから選ばれるいずれか少なくとも一種を示す。x=0.01〜0.3)などのセラミック材料、あるいは、生じた応力を緩和するように結晶格子内のイオン間距離が変化するチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電材料が挙げられる。この被覆層24は、例えばインク状にした後、ディッピングやスクリーン印刷によって積層体20の側面に塗布され、焼結することによって形成される。On the other hand, both the positive electrode and the negative electrode (or the ground electrode) of the internal electrode layer 22 reach the other pair of opposing side surfaces of the laminate 20, and a coating layer 24 made of, for example, an oxide is formed on this side surface. Has been. Formation of the covering layer 24 can prevent creeping discharge between the two electrodes that occurs when a high voltage is applied during driving. Examples of the oxide forming the coating layer 24 include a ceramic material, and in particular, can follow the driving deformation (expansion / contraction) of the laminate 2 when the piezoelectric actuator is driven, and the coating layer 24 is peeled off to cause creeping discharge. It is preferable that the material be deformable by stress so that it does not occur. Specifically, stress occurs when locally phase transformation to volume change to deformable partially stabilized zirconia, Ln 1-X Si X AlO 3 + 0.5X (Ln is, Sn, Y, La, Ce, A ceramic material such as Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm and Yb, at least one selected from x = 0.01 to 0.3), Alternatively, piezoelectric materials such as barium titanate and lead zirconate titanate (PZT) in which the distance between ions in the crystal lattice changes so as to relieve the generated stress can be used. The coating layer 24 is formed, for example, by forming it into an ink form, applying it to the side surface of the laminate 20 by dipping or screen printing, and sintering.

そして、図1に示す圧電アクチュエータ1は、上面が圧電素子2の一端部に当接される基体5と、圧電素子2の他端部に当接される内面を有し、圧電素子2を内部に収容するケース3とを備えている。また、図3に示すように、ケース3は基体5に接合される鍔部301を有しており、基体5の上面とケース3とが溶接部4を介して接合されている。   The piezoelectric actuator 1 shown in FIG. 1 has a base body 5 whose upper surface is in contact with one end of the piezoelectric element 2 and an inner surface in contact with the other end of the piezoelectric element 2. And a case 3 to be housed. As shown in FIG. 3, the case 3 has a flange portion 301 that is joined to the base 5, and the upper surface of the base 5 and the case 3 are joined via the welded portion 4.

具体的には、基体(下側蓋部材)5は、SUS304やSUS316Lなどの金属材料で円板状に形成されたもので、特に形状に限定はないが、図では周縁部が薄肉になっている。また、基体5にはリードピン17を挿通可能な貫通孔が2つ形成されており、リード線13と電気的に接続されたリードピン17を貫通孔に挿通させて外部電極23と外部とを電気的に導通させている。そして、貫通孔の隙間には軟質ガラス6を充填していて、このリードピン17を固定するとともに、外気の侵入を防いでいる。   Specifically, the base body (lower lid member) 5 is formed in a disk shape with a metal material such as SUS304 or SUS316L, and the shape is not particularly limited. Yes. The base 5 is formed with two through holes through which the lead pins 17 can be inserted. The lead pins 17 electrically connected to the lead wires 13 are inserted into the through holes to electrically connect the external electrode 23 and the outside. Is conducting. The gap between the through holes is filled with soft glass 6 to fix the lead pins 17 and prevent the outside air from entering.

一方、ケース3は、基体5と同様にSUS304やSUS316Lなどの金属材料で形成されたもので、ケース本体30と、ケース本体30の一端側開口を塞ぐように設けられた円板状の蓋部材(上側蓋部材)31とを有している。   On the other hand, the case 3 is formed of a metal material such as SUS304 or SUS316L like the base body 5, and the case body 30 and a disk-shaped lid member provided so as to close the opening on one end side of the case body 30. (Upper lid member) 31.

ケース3を構成するケース本体30は、所定の形状でシームレス管を作製した後、圧延加工や静水圧プレスなどによりベロー(蛇腹)形状に形成されたものである。このケース本体30は、圧電素子2に電圧を印加した際に圧電素子2(積層体20)の伸縮に追従できるように、所定のバネ定数を有しており、厚み、溝形状および溝数によってそのバネ定数を調整している。そして、ケース本体30の一端側開口は円筒状に形成されたものであるが、ケース本体30の他端側開口は径方向外側に向かって広がるいわゆるラッパ状に形成されている。このように、ケース本体30の他端側開口がラッパ状になっていることで、ケース3(ケース本体30)が基体5に接合される鍔部301を有する構造になっている。   The case body 30 constituting the case 3 is formed in a bellows shape by rolling or hydrostatic pressing after a seamless tube is produced in a predetermined shape. The case body 30 has a predetermined spring constant so that it can follow the expansion and contraction of the piezoelectric element 2 (laminated body 20) when a voltage is applied to the piezoelectric element 2, and depends on the thickness, groove shape, and number of grooves. The spring constant is adjusted. The opening on the one end side of the case body 30 is formed in a cylindrical shape, but the opening on the other end side of the case body 30 is formed in a so-called trumpet shape that spreads outward in the radial direction. As described above, the opening on the other end side of the case main body 30 has a trumpet shape, so that the case 3 (the case main body 30) has a flange portion 301 to which the base body 5 is bonded.

また、ケース3を構成する蓋部材31は、外径がケース本体30の内径と同じ程度に形成されたもので、ケース本体30の一端側開口に嵌め込まれて、一端側開口の近傍の内壁にその外周を溶接されている。そして、蓋部材31には凹部が形成されていて、この凹部に圧電素子2の他端部が当接している。ここで、凹部の内周壁面を覆うように絶縁材32が設けられており、これにより、外部電極23同士の短絡等が防止されている。   The lid member 31 constituting the case 3 is formed so that the outer diameter is the same as the inner diameter of the case main body 30, and is fitted into the opening on one end side of the case main body 30, and is attached to the inner wall near the opening on the one end side. The outer periphery is welded. A recess is formed in the lid member 31, and the other end of the piezoelectric element 2 is in contact with the recess. Here, the insulating material 32 is provided so as to cover the inner peripheral wall surface of the concave portion, thereby preventing a short circuit or the like between the external electrodes 23.

なお、ケース本体30と蓋部材31とは、互いに別体に形成されて溶接されたものであってもよく、一体に形成されたものであってもよい。   The case body 30 and the lid member 31 may be formed separately from each other and welded, or may be integrally formed.

ケース3(ケース本体30)は、図3に示すように、筒状部302と、筒状部の一端から湾曲して外方に広がる湾曲部303と、湾曲部303からさらに外方に広がる鍔部301とを含んでいる。そして、基体5の上面とケース3とが溶接部4を介して接合されていて、溶接部4の内側上端41は湾曲部303に接合されている。すなわち、溶接部4が鍔部301と基体5との間から湾曲部303と基体5との間にわたって設けられている。なお、溶接部4の外側上端は鍔部301と接合されている。   As shown in FIG. 3, the case 3 (the case main body 30) includes a tubular portion 302, a curved portion 303 that curves from one end of the tubular portion and spreads outward, and a flange that spreads further outward from the curved portion 303. Part 301. And the upper surface of the base | substrate 5 and the case 3 are joined via the welding part 4, and the inner side upper end 41 of the welding part 4 is joined to the curved part 303. FIG. That is, the welded portion 4 is provided from between the flange portion 301 and the base 5 to between the curved portion 303 and the base 5. The outer upper end of the welded portion 4 is joined to the flange portion 301.

このとき、圧電素子2に圧縮荷重をかけた状態でケース3の鍔部301と基体5との溶接がなされ、圧電素子2はケース3および基体5によって形成される収納空間に不活性ガスとともに封入されて圧電アクチュエータ1となっている。   At this time, the flange portion 301 of the case 3 and the base 5 are welded in a state where a compressive load is applied to the piezoelectric element 2, and the piezoelectric element 2 is enclosed in a storage space formed by the case 3 and the base 5 together with an inert gas. Thus, the piezoelectric actuator 1 is obtained.

に示すような溶接部4の内側上端41がケース3の鍔部301に接合された(溶接部4が鍔部301と基体5との間のみに設けられた)従来の構造では、駆動による変位で溶接部4に繰返しの引っ張り応力がかかると、溶接部4とケース3との交点(溶接部4の内側上端41)を支点にケース3が変形し、溶接部4の内側上端41にさらに応力が集中しやすくなり、この部位がクラックの起点となり、溶接部4とケース3(鍔部301)との界面が疲労破壊するおそれがあった。これに対し、図3に示す本発明の実施形態によれば、溶接部4の最大引張り荷重がかかる部位が中心寄りになるため、溶接部4の内側上端41にかかる引張り荷重自体が小さくなるとともに、引張り応力に対して変形しにくくなる。したがって、圧電アクチュエータの連続駆動による溶接部4とケース3との界面の疲労破壊を抑制することができ、圧電アクチュエータを長期間安定して駆動させることができる。
In the conventional structure in which the inner upper end 41 of the welded portion 4 as shown in FIG. 6 is joined to the flange portion 301 of the case 3 (the welded portion 4 is provided only between the flange portion 301 and the base body 5), the drive When repeated tensile stress is applied to the welded part 4 due to the displacement of the case 3, the case 3 is deformed with the intersection (the inner upper end 41 of the welded part 4) between the welded part 4 and the case 3 as a fulcrum. Further, the stress is easily concentrated, and this portion becomes a starting point of the crack, and there is a possibility that the interface between the welded portion 4 and the case 3 (the flange portion 301) may be fatigued. On the other hand, according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3, the portion to which the maximum tensile load of the welded portion 4 is applied is closer to the center, so that the tensile load itself applied to the inner upper end 41 of the welded portion 4 becomes smaller. It becomes difficult to be deformed against tensile stress. Therefore, fatigue failure at the interface between the weld 4 and the case 3 due to continuous driving of the piezoelectric actuator can be suppressed, and the piezoelectric actuator can be driven stably for a long period of time.

ここで、上記構成において、溶接部4が湾曲部303の全周にわたって設けられていて、溶接部4の内側上端41が湾曲部303の全周にわたって接合されていることが好ましい。ケース3の下側に湾曲部303が一回りぐるりと設けられているが、この湾曲部303の全周にわたって接合されていることにより、全周で引張り応力に対して変形しにくく、全周の溶接部4の内側上端41で応力低減ができるため、局所的な応力集中による界面が裂ける疲労破壊を防止できる。   Here, in the said structure, it is preferable that the welding part 4 is provided over the perimeter of the bending part 303, and the inner side upper end 41 of the welding part 4 is joined over the perimeter of the bending part 303. FIG. The curved portion 303 is provided around the lower side of the case 3, but by being joined over the entire circumference of the curved portion 303, the curved portion 303 is less likely to be deformed with respect to tensile stress on the entire circumference. Since the stress can be reduced at the inner upper end 41 of the welded portion 4, it is possible to prevent fatigue fracture that tears the interface due to local stress concentration.

また、図3に示すように、ケース3の湾曲部303から溶接部4を経て基体5にかけて形成された内面に、断面で見て少なくとも2個の屈曲部があるのが好ましい。   Also, as shown in FIG. 3, it is preferable that the inner surface formed from the curved portion 303 of the case 3 through the welded portion 4 to the base 5 has at least two bent portions as viewed in cross section.

2個の屈曲部があることで、圧電アクチュエータ1の駆動時の応力集中箇所が2箇所以上となり、引張り応力による溶接部4とケース3との界面の疲労破壊をより抑制することができる。したがって、圧電アクチュエータ1を長期間安定して駆動させることができる。なお、溶接部4の材質にもよるが、2個の屈曲部は0.05mm以上離れているのが効果的である。溶接部4としては、その上面および下面の少なくとも一方がケース3の下面または基体5の上面との溶接された環状部材を用いることができ、この場合は溶接部4の内側上端が湾曲部303(鍔部301側の湾曲部303の起点よりも内側)に接合されるように環状部材の位置を調整すればよい。また、溶接部4の内面に段差がない場合は図3に示すように屈曲部が2箇所となるが、溶接部4の内面に複数の段差を設けることで屈曲部を2箇所以上とすることができる。   Since there are two bent portions, there are two or more stress concentration locations when the piezoelectric actuator 1 is driven, and fatigue fracture at the interface between the welded portion 4 and the case 3 due to tensile stress can be further suppressed. Therefore, the piezoelectric actuator 1 can be driven stably for a long time. Although depending on the material of the welded portion 4, it is effective that the two bent portions are separated by 0.05 mm or more. As the welded portion 4, an annular member in which at least one of the upper surface and the lower surface is welded to the lower surface of the case 3 or the upper surface of the base 5 can be used. In this case, the inner upper end of the welded portion 4 is the curved portion 303 ( What is necessary is just to adjust the position of an annular member so that it may join to the inner side from the starting point of the curved part 303 by the side of the collar part 301. FIG. In addition, when there is no step on the inner surface of the welded portion 4, there are two bent portions as shown in FIG. 3, but by providing a plurality of steps on the inner surface of the welded portion 4, the bent portion is set to two or more locations. Can do.

また、図4に示すように、溶接部4の一部(ケース3に接する内側上端41)が筒状部302の延長上の領域に位置するのが好ましい。なお、図4では筒状部302の延長上の領域を領域cとして示している。これにより、溶接部4のケース3に接する内側上端41に加わる引張り荷重が軸方向となるため、内側上端41にてこのような作用が加わらなくなることから、この部位かかる応力が低減され、この部位におけるクラックをさらに抑制することができる。   Further, as shown in FIG. 4, it is preferable that a part of the welded portion 4 (the inner upper end 41 in contact with the case 3) is located in a region on the extension of the tubular portion 302. In FIG. 4, an area on the extension of the cylindrical portion 302 is shown as an area c. Thereby, since the tensile load applied to the inner upper end 41 in contact with the case 3 of the welded portion 4 is in the axial direction, such an action is not applied at the inner upper end 41, so that the stress applied to this part is reduced, and this part is reduced. The crack in can be further suppressed.

また、図5に示すように、溶接部4のケース3に接する内側上端41が内方に向かって傾いているのが好ましく、溶接部4とケース3とのなす角度が0度〜45度であり、特に溶接部4が湾曲部303となめらかに接する面を有している(溶接部4のケースに接する内側上端41が湾曲部303になめらかに接する曲線状になっている)のが好ましい。ここで、溶接部4が湾曲部303となめらかに接する面を有している(溶接部4のケースに接する内側上端41が湾曲部303になめらかに接する曲線状になっている)とは、溶接部4とケース3とのなす角度が0度に近い程度にまでなっていることを意味する。言い換えると、溶接部4の内側上端41近傍の内壁面と内側上端41が接する湾曲部303の接線とのなす角度が0度に近い程度にまでなっていることを意味する。これにより、引張り応力が溶接部4の内側表面に分散され、内側上端41で応力が集中しない為、内側上端41でクラックをさらに抑制することができる。なお、後述するように、例えば基体5の一部に加工により形成された環状の溶接部4を抵抗溶接する場合は、溶接部4が湾曲部303となめらかに接する面を有している形状となるように溶接することで、上記の効果が得られる。一方、後述するように、例えば環状の溶接部4として基体5とは異なる材料のもの(リング)を用意し、このリングの上面を鍔部301に溶接し、リングの下面を基体5に溶接する場合は、溶接部4が湾曲部303と基体5とになめらかに接する面を有しているのが好ましい。   Moreover, as shown in FIG. 5, it is preferable that the inner upper end 41 which contacts the case 3 of the welding part 4 inclines inward, and the angle which the welding part 4 and the case 3 make is 0 degree-45 degree | times. In particular, it is preferable that the welded portion 4 has a surface that smoothly contacts the curved portion 303 (the inner upper end 41 that contacts the case of the welded portion 4 has a curved shape that smoothly contacts the curved portion 303). Here, the welded portion 4 has a surface that smoothly touches the curved portion 303 (the inner upper end 41 that touches the case of the welded portion 4 has a curved shape that touches the curved portion 303 smoothly). This means that the angle formed by the part 4 and the case 3 is close to 0 degrees. In other words, it means that the angle formed between the inner wall surface in the vicinity of the inner upper end 41 of the welded portion 4 and the tangent line of the curved portion 303 with which the inner upper end 41 contacts is close to 0 degrees. Thereby, since the tensile stress is dispersed on the inner surface of the welded portion 4 and the stress is not concentrated at the inner upper end 41, cracks can be further suppressed at the inner upper end 41. As will be described later, for example, when resistance welding is performed on the annular welded portion 4 formed on a part of the base body 5, the welded portion 4 has a shape having a surface that smoothly contacts the curved portion 303. The above-described effects can be obtained by welding in such a manner. On the other hand, as will be described later, for example, an annular welding portion 4 made of a material (ring) different from the base 5 is prepared, the upper surface of the ring is welded to the flange portion 301, and the lower surface of the ring is welded to the base 5. In this case, it is preferable that the welded portion 4 has a surface that smoothly contacts the curved portion 303 and the base 5.

次に、本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ1の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the piezoelectric actuator 1 according to the present embodiment will be described.

まず、圧電体層21となるセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系,ブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合してセラミックスラリーを作製する。そして、周知のドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成型法を用いることにより、このセラミックスラリーからセラミックグリーンシートを作製する。圧電セラミックスとしては、圧電特性を有するものであればよく、例えば、PbZrO−PbTiOからなるペロブスカイト型酸化物などを用いることができる。また、可塑剤としては、フタル酸ジブチル(DBP),フタル酸ジオクチル(DOP)などを用いることができる。First, a ceramic green sheet to be the piezoelectric layer 21 is produced. Specifically, a ceramic slurry is prepared by mixing a calcined powder of piezoelectric ceramic, a binder made of an organic polymer such as acrylic or butyral, and a plasticizer. And a ceramic green sheet is produced from this ceramic slurry by using tape forming methods, such as a well-known doctor blade method and a calender roll method. As the piezoelectric ceramic, any material having piezoelectric characteristics may be used. For example, a perovskite oxide made of PbZrO 3 —PbTiO 3 may be used. As the plasticizer, dibutyl phthalate (DBP), dioctyl phthalate (DOP), or the like can be used.

次に、内部電極層22となる導電性ペーストを作製する。具体的には、銀−パラジウム合金の金属粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することによって、導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上にスクリーン印刷法を用いて印刷し、次に、導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層するとともに積層方向の両端部に導電性ペーストが印刷されていないセラミックグリーンシートを複数枚積層して積層成形体を得る。この積層成形体を所定の温度で脱バインダー処理した後、900〜1200℃で焼成することによって積層体20が得られる。   Next, a conductive paste to be the internal electrode layer 22 is produced. Specifically, a conductive paste is prepared by adding and mixing a binder and a plasticizer to a silver-palladium alloy metal powder. This conductive paste is printed on the ceramic green sheet using a screen printing method, and then a plurality of ceramic green sheets on which the conductive paste is printed are stacked, and the conductive paste is formed at both ends in the stacking direction. A multilayer molded body is obtained by laminating a plurality of ceramic green sheets that are not printed. The laminated body 20 is obtained by debinding the laminated molded body at a predetermined temperature and then firing at 900 to 1200 ° C.

次に、積層体20の側面のうち両内部電極層22(正極および負極)が導出された一対の側面に、例えば部分安定化ジルコニア、チタン酸ジルコン酸鉛、圧電体層と同じ材料などのインクをスクリーン印刷によって印刷した後、900〜1200℃で焼成し、被覆層24を形成する。   Next, ink such as partially stabilized zirconia, lead zirconate titanate, and the same material as the piezoelectric layer is formed on a pair of side surfaces from which both internal electrode layers 22 (positive electrode and negative electrode) are led out of the side surfaces of the laminate 20. Is printed by screen printing, and then fired at 900 to 1200 ° C. to form the coating layer 24.

このインクは、酸化物の粉体を溶剤、分散剤、可塑剤、及びバインダーの溶液に分散させた後、3本ロールを数回通すことにより、粉体の凝集を解砕するとともに、粉体を分散させて作製される。   In this ink, oxide powder is dispersed in a solution of a solvent, a dispersant, a plasticizer, and a binder, and then the three-roll roll is passed several times to break up the aggregation of the powder. It is produced by dispersing.

次に、外部電極23を形成する。まず、銀粒子およびガラス粉末にバインダーを加えて銀ガラス含有導電性ペーストを作製し、内部電極層22の正極または負極が導出された積層体20の対向する一対の側面にスクリーン印刷法によって印刷し、500〜800℃程度の温度で焼き付け処理を行なう。これにより、圧電素子2が完成する。   Next, the external electrode 23 is formed. First, a silver glass-containing conductive paste is prepared by adding a binder to silver particles and glass powder, and printing is performed by screen printing on a pair of opposing side surfaces of the laminate 20 from which the positive electrode or negative electrode of the internal electrode layer 22 is derived. The baking process is performed at a temperature of about 500 to 800 ° C. Thereby, the piezoelectric element 2 is completed.

次に、外部電極23とリード線13を半田付けする。また、切削加工にて環状の溶接部4を形成するとともにおよび穴加工にて貫通孔を形成してなる図1に示すような形状の基体(下側蓋部材)5を用意する。なお、溶接部4の内側上端41が湾曲部303と接合されるように、溶接部4は位置決めされる。そして、この基体(下側蓋部材)5に形成された2つの貫通孔にそれぞれリードピン17を挿通するとともに隙間に軟質ガラス6を充填して固定し、さらに基体5の上面に圧電素子2の一端部を接着剤で接着する。そして、圧電素子2の外部電極23に半田15にて半田付けしたリード線13と基体5に取り付けられたリードピン17とを半田で接続する。   Next, the external electrode 23 and the lead wire 13 are soldered. Further, a base body (lower lid member) 5 having a shape as shown in FIG. 1 formed by forming an annular welded portion 4 by cutting and forming a through hole by drilling is prepared. The welded portion 4 is positioned so that the inner upper end 41 of the welded portion 4 is joined to the curved portion 303. Then, lead pins 17 are respectively inserted into the two through holes formed in the base body (lower lid member) 5 and the gap is filled with the soft glass 6 and fixed. Further, one end of the piezoelectric element 2 is fixed to the upper surface of the base body 5. Glue the parts with an adhesive. Then, the lead wire 13 soldered to the external electrode 23 of the piezoelectric element 2 with the solder 15 and the lead pin 17 attached to the substrate 5 are connected by solder.

次に、SUS304製のシームレスの円筒状のケース本体30に圧延加工によりベロー形状を形成し、このケース本体30の他端側(上端側)の開口を塞ぐようにSUS304製の蓋部材(上側蓋部材)31をレーザー溶接によって溶接して、ケース3を作製する。なお、ケース本体30の一端側(下端側)には鍔部301が形成される。   Next, a bellows shape is formed on the seamless cylindrical case body 30 made of SUS304 by rolling, and a lid member made of SUS304 (upper lid) is formed so as to close the opening on the other end side (upper end side) of the case body 30. The member 3 is welded by laser welding to produce the case 3. A flange 301 is formed on one end side (lower end side) of the case body 30.

次に、ケース3を基体5に接着した圧電素子2に被せ、所定の荷重でケース3を引張り、圧電素子2に荷重を加える。この状態で、ケース3と基体5に設けられた環状の溶接部4の上面とを抵抗溶接によって溶接し、圧電素子2の封止を行なう。このとき、溶接部4の内側上端41が湾曲部303と接合される。なお、環状の溶接部4として、基体とは異なる材料のものを用いる場合は、環状の溶接部4となるリングを用意し、このリングの上面を鍔部301に溶接し、リングの下面を基体5に溶接すればよい。また、環状の溶接部4全体に荷重が掛かるよう荷重印加しながら溶接することで溶接部4が潰れながら溶接されるが、溶接部4が湾曲部303となめらかに接する面を有している(溶接部4のケースに接する内側上端41が湾曲部303になめらかに接する曲線状になっている)ようにするには、このときの内側の溶接部4の肉が盛り上がりの程度を溶接部4が湾曲部303となめらかに接する面を有する(溶接部4のケースに接する内側上端41が湾曲部303になめらかに接する曲線状になる)程度に加重調整すればよい。   Next, the case 3 is put on the piezoelectric element 2 bonded to the base 5, the case 3 is pulled with a predetermined load, and the load is applied to the piezoelectric element 2. In this state, the case 3 and the upper surface of the annular welded portion 4 provided on the base 5 are welded by resistance welding, and the piezoelectric element 2 is sealed. At this time, the inner upper end 41 of the welded portion 4 is joined to the curved portion 303. In addition, when using the thing different from a base | substrate as the cyclic | annular welding part 4, the ring used as the cyclic | annular welding part 4 is prepared, the upper surface of this ring is welded to the collar part 301, and the lower surface of a ring is made into a base | substrate. 5 may be welded. In addition, the welded portion 4 is welded while being crushed by welding while applying a load so that a load is applied to the entire annular welded portion 4, but the welded portion 4 has a surface that smoothly contacts the curved portion 303 ( In order for the inner upper end 41 in contact with the case of the welded portion 4 to have a curved shape that smoothly touches the curved portion 303), the welded portion 4 has a degree of bulging of the inner welded portion 4 at this time. The weight adjustment may be performed to such a degree that the surface smoothly contacts the curved portion 303 (the inner upper end 41 that contacts the case of the welded portion 4 has a curved shape that smoothly contacts the curved portion 303).

次に、ケース3の所定の位置にドリルで不活性ガス注入用の穴を開け、真空チャンバーにて真空引きしてケース内(収納空間)の酸素を抜いた後、真空チャンバーへ窒素ガスを注入し、ケース内(収納空間)の窒素パージを行なう。その後、不活性ガス注入用の穴をレーザー溶接で溶接することにより、穴を塞ぐ。   Next, a hole for inactive gas injection is drilled at a predetermined position of the case 3, and after evacuating in the vacuum chamber to release oxygen in the case (storage space), nitrogen gas is injected into the vacuum chamber Then, nitrogen purge inside the case (storage space) is performed. Thereafter, the hole for filling the inert gas is welded by laser welding to close the hole.

最後に、基体5に取り付けられたリードピン17に0.1〜3kV/mmの直流電界を印加し、積層体20を分極することによって、本実施の形態の圧電アクチュエータ1が完成する。そして、リードピン17と外部電源とを接続して、圧電体層21に電圧を印加することにより、各圧電体層21を逆圧電効果によって大きく変位させることができる。これにより、例えばエンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴射弁として機能させることが可能となる。   Finally, the piezoelectric actuator 1 of the present embodiment is completed by applying a direct current electric field of 0.1 to 3 kV / mm to the lead pin 17 attached to the substrate 5 to polarize the laminate 20. Then, by connecting the lead pin 17 and an external power source and applying a voltage to the piezoelectric layer 21, each piezoelectric layer 21 can be largely displaced by the inverse piezoelectric effect. This makes it possible to function as an automobile fuel injection valve that injects and supplies fuel to the engine, for example.

本実施の形態の圧電アクチュエータは、例えば、自動車エンジンの燃料噴射装置、インクジェット等の液体噴射装置、光学装置の精密位置決め装置、ガス流量調整用の弁制御、カメラのオートフォーカス機構、ズーム機構、手振れ補正機構、ハードディスクドライブのヘッド位置制御、光学機器の光軸調整、焦点調整、マスフローコントローラー等として用いられる。   The piezoelectric actuator according to the present embodiment includes, for example, a fuel injection device for an automobile engine, a liquid injection device such as an ink jet, a precision positioning device for an optical device, a valve control for adjusting a gas flow rate, a camera autofocus mechanism, a zoom mechanism, and a camera shake. It is used as a correction mechanism, hard disk drive head position control, optical axis adjustment of optical equipment, focus adjustment, mass flow controller, and the like.

本発明の実施例の一例としての圧電アクチュエータを以下のようにして作製した。   A piezoelectric actuator as an example of the embodiment of the present invention was manufactured as follows.

まず、平均粒径が0.4μmのチタン酸ジルコン酸鉛(PbZrO−PbTiO)を主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、バインダー及び可塑剤を混合したセラミックスラリーを作製し、ドクターブレード法で厚み150μmの圧電体層となるセラミックグリーンシートを作製した。First, a ceramic slurry is prepared by mixing a calcined powder of a piezoelectric ceramic mainly composed of lead zirconate titanate (PbZrO 3 —PbTiO 3 ) having an average particle size of 0.4 μm, a binder, and a plasticizer. A ceramic green sheet to be a piezoelectric layer having a thickness of 150 μm was prepared.

このセラミックグリーンシートの片面に、銀−パラジウム合金(銀95質量%−パラジウム5質量%)にバインダーを加えて作製した内部電極となる導電性ペーストを、スクリーン印刷法により印刷したセラミックグリーンシートを300枚積層した積層成形体を作製した。   300 ceramic green sheets obtained by printing a conductive paste serving as an internal electrode on one side of the ceramic green sheet by adding a binder to a silver-palladium alloy (silver 95 mass% -palladium 5 mass%) by a screen printing method. A laminated molded body having a laminated structure was produced.

次に、所定の大きさとなるようにダイシングソーマシンで積層成形体を切断した後、積層成形体を乾燥させ、焼成して積層体を作製した。焼成は、800℃の温度を90分保持した後、1000℃で200分間かけて焼成した。積層体は直方体状であり、その大きさは、端面が縦5mm、横5mmであり、高さが35mmであった。   Next, after cutting the laminated molded body with a dicing saw machine so as to have a predetermined size, the laminated molded body was dried and fired to produce a laminated body. Firing was carried out at 1000 ° C. for 200 minutes after holding the temperature of 800 ° C. for 90 minutes. The laminate had a rectangular parallelepiped shape, and the size thereof was 5 mm in length, 5 mm in width, and 35 mm in height.

次に、圧電体層と同じ材料のインクを作製し、それぞれ、被覆層の厚みが20μmとなるように、スクリーン印刷にて、内部電極層の両極が導出された積層体の側面に印刷し、その後、1000℃で焼成し、積層体の側面に被覆層を形成した。   Next, ink of the same material as the piezoelectric layer is prepared, and printed on the side surface of the laminate from which both electrodes of the internal electrode layer are derived by screen printing so that the thickness of the coating layer is 20 μm, Then, it baked at 1000 degreeC and formed the coating layer on the side surface of a laminated body.

次に、銀粒子およびガラス粉末にバインダーを加えて銀ガラス含有導電性ペーストを作製し、これを積層体の側面にスクリーン印刷法によって印刷し、500〜800℃程度の温度で焼き付け処理して外部電極を形成した後、半田付けにて外部電極にリード線を接続した。   Next, a silver glass-containing conductive paste is prepared by adding a binder to silver particles and glass powder, and this is printed on the side surface of the laminate by a screen printing method and baked at a temperature of about 500 to 800 ° C. After forming the electrode, the lead wire was connected to the external electrode by soldering.

また、SUS304で円板状の基体を作製した。具体的には、切削にて環状の溶接部を設け、2箇所に貫通孔を形成した図1に示す形状の基体を作製した。そして、基体に形成された貫通孔に軟質ガラスでリードピンを取り付けた。なお、溶接部の仕様として、図3に示す溶接部の上側の幅a及び下側の幅bは後述の表1に示すとおりである。また、溶接部の厚みは50μmであった。   In addition, a disk-shaped substrate was made of SUS304. Specifically, an annular welded portion was formed by cutting, and a substrate having the shape shown in FIG. 1 in which through holes were formed at two locations was produced. And the lead pin was attached to the through-hole formed in the base | substrate with soft glass. As the specifications of the welded portion, the upper width a and the lower width b of the welded portion shown in FIG. 3 are as shown in Table 1 described later. Moreover, the thickness of the welded part was 50 μm.

次に、基体の上面に積層体を接着剤で固定し、外部電極に半田付けしたリード線と基体に取り付けられたリードピンとを半田付けで接続した。   Next, the laminate was fixed to the upper surface of the base with an adhesive, and the lead wire soldered to the external electrode and the lead pin attached to the base were connected by soldering.

次に、SUS304で円板状の上側蓋部材を作製した。また、SUS316L製のシームレスの円筒に圧延加工によりベロー形状と湾曲部及び鍔部を形成したケース本体と上側蓋部材とをレーザー溶接で溶接してなるケースを、基体(下側蓋部材)に接着した圧電素子に被せ、所定の荷重でケースを引張り、圧電素子に荷重を印加した後、ケースと基体の溶接部との当接部を抵抗溶接で溶接し、圧電素子の封止を行なった。なお、ケースにおける鍔部外径はφ14mm、鍔部と湾曲部との境界はφ11mmの位置、筒状部の外周の径はφ10mm、筒状部の内周の径はφ9.6mm、溶接部の内側上端とケースとの接合位置はφ10.5mmの位置であった。   Next, a disk-shaped upper lid member was made of SUS304. In addition, a case made by welding a case main body and an upper lid member formed by a rolling process to a seamless cylinder made of SUS316L by laser welding to a base body (lower lid member) The case was covered with the piezoelectric element, the case was pulled with a predetermined load, a load was applied to the piezoelectric element, and the contact portion between the case and the welded portion of the base was welded by resistance welding to seal the piezoelectric element. In the case, the outer diameter of the flange part is 14 mm, the boundary between the flange part and the curved part is a position of 11 mm, the outer diameter of the cylindrical part is 10 mm, the inner diameter of the cylindrical part is 9.6 mm, The joining position between the inner upper end and the case was φ10.5 mm.

次に、ケースの所定の位置にドリルで不活性ガス注入用の穴を開け、真空チャンバーにて真空引きしてケース内(収納空間)の酸素を抜いた後、真空チャンバーへ窒素ガスを注入し、ケース内(収納空間)の窒素パージを行なった後、窒素パージ用の穴をレーザー溶接で溶接して穴を塞ぎ、窒素パージを完了させて、本発明の実施例(試料番号1)となる圧電アクチュエータを作製した。   Next, a hole for inert gas injection is drilled at a predetermined position of the case, and after evacuating in the vacuum chamber to release oxygen in the case (storage space), nitrogen gas is injected into the vacuum chamber. After purging nitrogen inside the case (storage space), the hole for nitrogen purging is welded by laser welding to close the hole, and the nitrogen purging is completed, and the embodiment of the present invention (sample number 1) is obtained. A piezoelectric actuator was fabricated.

一方、本発明の実施例のもう一つの例として、溶接部のケースに接する内側上端が筒状部の延長上の領域に位置するようにした試料を作製した。具体的には、溶接部の内側上端の位置がφ9.8mmとなる基体を作製し、各部材の当接部を抵抗溶接し、封止を行なった。   On the other hand, as another example of the embodiment of the present invention, a sample was prepared in which the inner upper end in contact with the case of the welded portion was located in a region on the extension of the cylindrical portion. Specifically, a base body in which the position of the inner upper end of the welded portion was φ9.8 mm was produced, and the contact portion of each member was resistance-welded and sealed.

さらに、比較例として、溶接部の内側上端の位置をφ11.7mmとし、湾曲部よりも外側の鍔部に位置するようにした試料を作製し、抵抗溶接にてケースの鍔部と基体との溶接を行なった。   Further, as a comparative example, a sample was prepared in which the position of the inner upper end of the welded portion was φ11.7 mm and was located on the flange portion outside the curved portion. Welding was performed.

最後に、これらの試料の2本のリードピンに3kV/mmの直流電界を15分間印加して分極処理を行ない、圧電アクチュエータを作製した。   Finally, a 3 kV / mm direct current electric field was applied to the two lead pins of these samples for 15 minutes to perform polarization treatment, thereby producing a piezoelectric actuator.

得られた圧電アクチュエータの積層体に170Vの直流電圧を印加したところ、すべての圧電アクチュエータにおいて、積層方向に変位量が得られた。   When a DC voltage of 170 V was applied to the obtained laminate of piezoelectric actuators, a displacement amount was obtained in the lamination direction in all the piezoelectric actuators.

さらに、これらの圧電アクチュエータについて、50℃の環境下で電圧200V、周波数10Hz、Duty50の矩形波で駆動し続ける連続駆動試験を行なった。その結果を表1に示す。   Further, these piezoelectric actuators were subjected to a continuous drive test that continued to be driven by a rectangular wave having a voltage of 200 V, a frequency of 10 Hz, and a Duty 50 in an environment of 50 ° C. The results are shown in Table 1.

Figure 0005717869
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表1から、本発明の実施例の圧電アクチュエータ(試料番号1、2)は、100万サイクルの連続駆動試験後において、変位量の変化がほとんどなく、圧電素子として必要な有効変位量を維持しており、また、溶接部の外れもなく、長期使用しても安定した変位量が得られることが分かった。   From Table 1, the piezoelectric actuators (Sample Nos. 1 and 2) of the examples of the present invention have almost no change in the displacement amount after a continuous drive test of 1 million cycles, and maintain the effective displacement amount necessary as a piezoelectric element. In addition, it was found that there was no detachment of the welded part, and a stable displacement could be obtained even after long-term use.

これに対し、比較例の圧電アクチュエータ(試料番号3)は、17万サイクル後に停止していた。この試料を確認したところ、溶接部の界面での外れが見られた。また、溶接部の外れに伴う荷重の片当りにより、圧電素子に割れが見られた。   On the other hand, the piezoelectric actuator (sample number 3) of the comparative example was stopped after 170,000 cycles. When this sample was confirmed, detachment at the interface of the weld was observed. In addition, cracks were observed in the piezoelectric element due to the contact of the load accompanying the disconnection of the weld.

1・・・圧電アクチュエータ
13・・・リード線
15・・・半田
17・・・リードピン
2・・・圧電素子
20・・・積層体
21・・・圧電体層
22・・・内部電極層
23・・・外部電極
24・・・被覆層
25・・・活性部
26・・・不活性部
3・・・ケース
30・・・ケース本体
31・・・蓋部材
32・・・絶縁材
301・・・鍔部
302・・・筒状部
303・・・湾曲部
4・・・溶接部
41・・・内側上端
5・・・基体
6・・・軟質ガラス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric actuator 13 ... Lead wire 15 ... Solder 17 ... Lead pin 2 ... Piezoelectric element 20 ... Laminate 21 ... Piezoelectric layer 22 ... Internal electrode layer 23- .... External electrode 24 ... covering layer 25 ... active part 26 ... inactive part 3 ... case 30 ... case body 31 ... lid member 32 ... insulating material 301 ... 302 302 ··· cylindrical portion 303 ··· curved portion 4 ··· weld portion 41 ··· inner upper end 5 ··· base 6 ··· soft glass

Claims (3)

圧電素子と、
前記圧電素子の一端部に当接する基体と、
前記圧電素子の他端部に当接する内面を有し、前記圧電素子を内部に収容するケースとを備え、前記基体と前記ケースとが溶接部を介して接合された圧電アクチュエータであって、
前記ケースは、筒状部と、該筒状部の一端から湾曲して外方に広がる湾曲部と、該湾曲部からさらに外方に広がる鍔部とを含み、
前記溶接部が前記鍔部と前記基体との間から前記湾曲部と前記基体との間にわたって設けられ、前記溶接部の前記ケースに接する内側上端が前記湾曲部に接合しているとともに、前記溶接部の内側表面が前記筒状部の延長上の領域に位置していることを特徴とする圧電アクチュエータ。
A piezoelectric element;
A base that contacts one end of the piezoelectric element;
A piezoelectric actuator having an inner surface in contact with the other end of the piezoelectric element, and a case for accommodating the piezoelectric element therein, wherein the base and the case are joined via a welded portion;
The case includes a tubular portion, a curved portion that is curved outward from one end of the tubular portion, and a flange that is further outward from the curved portion,
The welded portion is provided between the flange portion and the base and between the curved portion and the base, and an inner upper end that contacts the case of the welded portion is joined to the curved portion, and the welding A piezoelectric actuator characterized in that an inner surface of the portion is located in a region on an extension of the cylindrical portion .
前記溶接部が前記湾曲部の全周にわたって設けられていることを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the welded portion is provided over the entire circumference of the curved portion. 前記溶接部が前記湾曲部となめらかに接する面を有していることを特徴とする請求項1または請求項に記載の圧電アクチュエータ。 The piezoelectric actuator according to claim 1 or claim 2, wherein the weld has a surface in contact with smooth and the curved portion.
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