JP5832338B2

JP5832338B2 - 圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JP5832338B2
Application number: JP2012043661A
Authority: JP
Inventors: 四郎田島
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: JP2013183470A

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。

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、金属ケース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。）。この金属ケースは、筒体、蓋体等の部材をレーザー溶接や抵抗溶接で溶接してなる。

特開２００２−５８２６１号公報

ここで、図６に示すように、金属ケースにおける溶接部では、隣り合う溶接スポット７１と溶接スポット７１とが一部重なって重複部７２を形成するようにして、複数の溶接スポット７１が金属ケースの外周に連続して設けられる。

このような圧電アクチュエータでは、駆動による変位で溶接部に過大な引張り応力（図に示す矢印）が加わると、隣り合う溶接スポット７１の周縁と溶接スポット７１の周縁とが交わる部位（重複部の端部７２１）に亀裂が入るおそれがあった。さらに、この亀裂が隣の重複部の端部７２１の亀裂と繋がるように進展してしまうおそれもあった。

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亀裂の発生を抑制することのできる圧電アクチュエータを得ることである。

本発明は、圧電素子と、該圧電素子を内部に収容する金属ケースとを備えた圧電アクチュエータにおいて、前記金属ケースは、少なくとも一方の端部が開口する筒状のケース本体と、該ケース本体の一方の端部を塞ぐように前記ケース本体に嵌合され、該嵌合された
部位で複数の円形状の接合部によって前記ケース本体に接合された蓋体とを有する有底筒状のケースであり、隣り合う前記円形状の接合部と前記円形状の接合部とが一部重なって重複部を形成するようにして、複数の前記円形状の接合部が前記金属ケースの外周に直線状に連続して設けられてなり、隣接する前記円形状の接合部とは伸縮方向に対して異なる位置に配置された前記円形状の接合部が分散して設けられており、一の重複部と該一の重複部とは異なる面積の他の重複部とが一つの前記円形状の接合部内に分散して設けられており、一の重複部の一端および他端を結ぶ軸は、他の重複部の一端および他端を結ぶ軸と向きが異なっていることを特徴とするものである。

また本発明の圧電アクチュエータは、上記の構成において、伸縮方向に対してそれぞれが異なる位置かつ略直線上に配置された少なくとも３つの連続する前記円形状の接合部からなる接合部群が、分散して設けられていることを特徴とするものである。

また本発明の圧電アクチュエータは、上記の構成において、それぞれの前記円形状の接合部の中心を結ぶ線がジグザグ状となるように配置された少なくとも３つの連続する前記円形状の接合部からなる接合部群が、分散して設けられていることを特徴とするものである。

本発明の圧電アクチュエータによれば、重複部の端部同士（一端および他端）を結ぶ軸が圧電素子の伸縮方向に対して斜めになることで、重複部の端部にかかる応力は分散して弱くなる。したがって、重複部の端部に亀裂が発生するのを抑制するとともに、隣の重複部の端部にかけて亀裂が進展するのを抑制することができる。

（ａ）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概略断面図であり、（ｂ）は図１に示す溶接部の一例の要部拡大図である。図１に示す圧電素子の概略斜視図である。図１に示す溶接部の他の例の要部拡大図である。図１に示す溶接部の他の例の要部拡大図である。図１に示す溶接部の他の例の要部拡大図である。図１に示す溶接部の他の例の要部拡大図である。

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。

図１（ａ）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概略断面図であり、図１（ｂ）は図１に示す溶接部の拡大図である。

図１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を内部に収容する金属ケース３とを備えた圧電アクチュエータにおいて、金属ケース３は外周に溶接部を有する有底筒状のケースであり、溶接部４は、隣り合う溶接スポット４１と溶接スポット４１とが一部重なって重複部４２を形成するようにして、複数の溶接スポット４１が金属ケース３の外周に連続して設けられてなり、隣接する溶接スポット４１とは伸縮方向に対して異なる位置に配置された溶接スポット４１が分散して設けられていることを特徴とするものである。

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。

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。

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結晶粒径が例えば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_３−ＰｂＴｉＯ_３（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_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などを用いることができる。

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。

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。

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が例えばはんだ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。

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、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、Ｌｎ_１−ＸＳｉ_ＸＡｌＯ_{３＋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。

そして、圧電アクチュエータ１は、図１に示すように、圧電素子２を内部に収容する金属ケース３を備えている。この金属ケース３は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどの金属材料で形成されたもので、外周に溶接部４を有する有底筒状のケースである。

図１に示す例では、金属ケース３は、少なくとも一方の端部が開口する筒状のケース本体３１と、ケース本体３１の一方の端部を塞ぐようにケース本体３１に嵌合され、該嵌合された部位で複数の溶接スポット４１からなる溶接部４によってケース本体と溶接された蓋体（上側蓋体）３２とを含む構成になっている。この構成によれば、溶接部４を駆動部中心より引張り応力の比較的弱くなるケース本体３１の端部にすることになるので、応力の緩和ができ、後述する亀裂の発生をより抑制することができる。

金属ケース３を構成するケース本体３１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３１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３１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３１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、基体（下側蓋体）５に接合されている。

なお、基体（下側蓋体）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。

また、ケース３を構成する蓋体３２は、外径がケース本体３１の内径と同じ程度に形成されたもので、ケース本体３１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、蓋体３１には凹部が形成されていて、この凹部に圧電素子２の上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３３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。

そして、ケース本体３１と蓋体３２とは溶接部４によって溶接されて接合されている。この溶接部４は、隣り合う溶接スポット４１と溶接スポット４１とが一部重なって重複部４２を形成するようにして、複数の溶接スポット４１が金属ケース３の外周に連続して設けられてなるものである。

一つの溶接スポット４１の直径は例えば０．５〜１．０ｍｍに形成される。また、隣り合う溶接スポット４１の中心と溶接スポット４１の中心とは周方向に対して例えば０．２〜０．５ｍｍ離れた位置になるように形成され、重複部４２は一つの溶接スポット４１の面積に対して例えば３０〜７０％の大きさの面積となるように形成される。

そして、隣接する溶接スポット４１とは伸縮方向に対して異なる位置に配置された溶接スポット４１が分散して設けられている。

このことにより、隣り合う溶接スポット４１の周縁と溶接スポット４１の周縁とが交わる部位である重複部４２の端部４２１の端部同士（一端および他端）を結ぶ軸（図１（ｂ）に示す波線）が圧電素子２の伸縮方向（図１（ｂ）に示す矢印の方向）に対して斜めになることで、重複部４２の端部４２１にかかる応力は分散して弱くなる。したがって、この重複部４２の端部４２１に亀裂が発生するのを抑制するとともに、隣の重複部４２の端部４２１にかけて亀裂が進展するのを抑制することができる。よって、溶接部４が外れてしまうことはなくなる。

なお、伸縮方向に対して異なる位置に配置された溶接スポット４１の中心とこれに隣接する溶接スポット４１の中心とは、伸縮方向に対して例えば０．０３〜０．５ｍｍ離れた位置になるようにするのが効果的である。また、伸縮方向に対して異なる位置に配置された溶接スポット４１は、例えば２〜１０個毎に１個の割合で周方向に分散して設けられているが、分散状態については等間隔であってもよく、必ずしも等間隔でなくてもよい。また、図に示す例では２個の溶接スポット４１が重なるようにして重複部４２が設けられているが、３個の溶接スポット４１が重なるようにして重複部４２が設けられてもよい。

ここで、図３に示すように、伸縮方向に対してそれぞれが異なる位置かつ略直線上に配置された少なくとも３つの連続する溶接スポット４１からなる溶接スポット群４０が、溶接部４に分散して設けられているのが好ましい。溶接部４に応力の分散を大きくした溶接スポット群４０を複数作ることで、溶接スポット群４０に含まれる重複部４２の端部４２
１同士（一端および他端）を結ぶ軸上にかかる応力を小さくすることができる。また、上記構成の溶接スポット群４０とすることで、溶接スポット群４０以外の領域で仮に亀裂が生じたとしても、図１（ｂ）の構成よりも効果的に亀裂の進展を抑制することができる。なお、図３に示すように、通常は伸縮方向に対して頂点となるような溶接スポット４１で折り返すような配置（ちょうど山を形成するような配置）となる。溶接スポット群４０における隣接する溶接スポット４１のずれ量は、例えば０．０３〜０．５ｍｍである。

また、図４に示すように、それぞれの溶接スポットの中心を結ぶ線がジグザグ状となるように配置された少なくとも３つの連続する溶接スポット４１からなる溶接スポット群４０が、溶接部４に分散して設けられているのが好ましい。このような溶接スポット群４０を設けることで、溶接スポット群４０の上側および下側のそれぞれにおいて、重複部４２の端部４２１から隣の重複部４２の端部４２１までの溶接スポット４１の周縁を経た距離の長い部位と短い部位とを交互に繰り返すような配置とすることができ、かつ溶接スポット群４０に含まれる重複部４２の端部４２１同士（一端および他端）を結ぶ軸の向きをばらばらにすることができる。したがって、より連鎖的な亀裂を抑制することができる。

また、図５に示すように、他の重複部４２の面積とは異なる面積の重複部４２が溶接部に分散して設けられていてもよい。これにより、それぞれの重複部４２に集中する応力を分散することができ、隣り同士の重複部４２の亀裂が繋がることを防止し、連続する亀裂の発生を防止することができる。

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。

まず、圧電体層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_３−ＰｂＴｉＯ_３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。

次に、内部電極層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が得られる。次に、積層体の側面のうち両内部電極層（正極および負極）が導出された一対の側面に、酸化物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、被覆層を形成する。酸化物のインクは、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。

次に、メタライズ層から成る外部電極を形成する。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、内部電極層の正極または負極が導出された積層体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、メタライズ層から成る外部電極を形成して圧電素子２が完成する。

次に、外部電極とリード線をはんだ付けする。また、切削加工にて環状部を形成するとともにおよび穴加工にて貫通孔を形成するような形状の基体（下側蓋体）５を用意し、この基体５に形成された２つの貫通孔にそれぞれリードピンを挿通するとともに隙間に軟質ガラスを充填して固定し、さらに基体の上面に圧電素子の下端部を接着剤で接着する。そして、圧電素子の外部電極にはんだにてはんだ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はんだで接続する。

次に、ＳＵＳ３０４製のシームレスの円筒状のケース本体３１に圧延加工によりベロー形状を形成し、この筒体の一端側（上端側）の開口を塞ぐようにＳＵＳ３０４製の蓋体（上側蓋体）３２をレーザー溶接によって溶接して、ケース３を作製する。ここで、溶接スポットの大きさおよび重複部の大きさはレーザー出力および照射位置を制御することで調整される。また、溶接時に溶接スポットの中心を伸縮方向にずらすことで、伸縮方向に対して異なる位置に配置された溶接スポットを分散して設けることができる。

次に、基体５に接着した圧電素子２にケース３を被せ、所定の荷重でケース３を引張り、圧電素子２に荷重を加えながら、ケース３と基体５とを抵抗溶接にて溶接する。

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３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３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。

最後に、基体５に取り付けられたリードピンに０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体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が完成する。そして、リードピンと外部電源とを接続して、圧電体層に電圧を印加することにより、各圧電体層を逆圧電効果によって大きく変位させることができる。

本実施の形態の積層型圧電素子は、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等として用いられる。

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。

まず、平均粒径が０．４μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）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。

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、また内部電極となる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３００枚を中心にして、その上下に内部電極層となる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合計１５枚を積層して、積層成形体を作製した。

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。

次に、チタン酸ジルコン酸鉛を材料とするインクを作製し、焼成後の厚みが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露出している積層体の側面に印刷し、その後１０００℃で焼成して積層体の側面に被覆層を形成した。

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、はんだ付けにて外部電極にリード線を接続した。

また、ＳＵＳ３０４で円板状の基体を作製した。具体的には、切削にて抵抗溶接される部位となる環状部を設けるとともに、２箇所に貫通孔を形成して、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、環状部の厚みは５０μｍとした。

次に、基体の上面に積層体を接着剤で固定し、外部電極にはんだ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はんだ付けで接続した。

次に、ＳＵＳ３０４で円板状の上側蓋体を作製した。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およびラッパ状に広がった鍔部を有する図１（ａ）に示すようなケース本体と上側蓋体とをレーザー溶接してケースを作製した。

なお、レーザー溶接では、レーザーを射出すると同時に、レーザー射出ユニットの位置を伸縮方向に対して平行移動させることで、異なる位置に配置された溶接スポットを分散して設け、後述するいくつかのパターンの溶接部（試料１〜５）を作製した。

具体的には、試料１の溶接部は、図１（ｂ）に示すように、一つの溶接スポットの直径を０．９ｍｍで周方向に１１０個設け、伸縮方向に対して異なる位置となる溶接スポットは伸縮方向に０．０５ｍｍずらして、周方向に２２個ほぼ均等な間隔で設けた。

また、試料２の溶接部は、図３に示すように、一つの溶接スポットの直径を０．９ｍｍで周方向に１１０個設け、溶接スポット群を構成するそれぞれの溶接スポットを０．０５ｍｍずつずらして５個の溶接スポットで山を形成するような配置とし、このような溶接スポット群を周方向に１０個ほぼ均等な間隔で設けた。

また、試料３の溶接部は、図４に示すように、一つの溶接スポットの直径を０．９ｍｍで周方向に１１０個設け、溶接スポット群を構成するそれぞれの溶接スポットを０．０５ｍｍずつずらして５個の溶接スポットでＷ字状の配置とし、このような溶接スポット群を周方向に１０個ほぼ均等な間隔で設けた。

また、試料４の溶接部は、図５に示すように、一つの溶接スポットの直径を周方向に１１０個設け、伸縮方向に対して異なる位置となる溶接スポットを２個ずつずらして、このような２個ずつずらした配置を周方向に２０個ほぼ均等な間隔で設けた。なお、ずらした溶接スポットの径は１．０ｍｍで、それ以外の溶接スポットの径は０．９ｍｍであり、他の重複部の面積とは異なる面積の重複部が溶接部に分散して設けられた構成とした。

さらに、試料５（比較例）として、図６に示すように、隣接する溶接スポットとは伸縮方向に対して異なる位置に配置された溶接スポットが設けられていない溶接部のものも作製した。

このケースを基体（下側蓋体）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、ケースと基体の環状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。

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た。

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。

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ることを確認した。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５００時間かけて行なった。

その結果、試料１〜試料４の圧電アクチュエータについては５００時間駆動し続け、溶接部に亀裂が生じていないことが確認された。

これに対し、比較例の試料５は、１３８時間後に駆動が停止し、溶接部の界面での外れが見られた。また、接合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。

１・・・圧電アクチュエータ
１３・・・リード線
１５・・・はんだ
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
３１・・・ケース本体
３２・・・蓋体
３３・・・絶縁材
４・・・溶接部
４１・・・溶接スポット
４２・・・重複部
５・・・基体
６・・・軟質ガラス

Claims

圧電素子と、該圧電素子を内部に収容する金属ケースとを備えた圧電アクチュエータにおいて、
前記金属ケースは、
少なくとも一方の端部が開口する筒状のケース本体と、
該ケース本体の一方の端部を塞ぐように前記ケース本体に嵌合され、該嵌合された部位で複数の円形状の接合部によって前記ケース本体に接合された蓋体とを有する有底筒状のケースであり、
隣り合う前記円形状の接合部と前記円形状の接合部とが一部重なって重複部を形成するようにして、複数の前記円形状の接合部が前記金属ケースの外周に直線状に連続して設けられてなり、
隣接する前記円形状の接合部とは伸縮方向に対して異なる位置に配置された前記円形状の接合部が分散して設けられており、一の重複部と該一の重複部とは異なる面積の他の重複部とが一つの前記円形状の接合部内に分散して設けられており、一の重複部の一端および他端を結ぶ軸は、他の重複部の一端および他端を結ぶ軸と向きが異なっていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
伸縮方向に対してそれぞれが異なる位置かつ略直線上に配置された少なくとも３つの連続する前記円形状の接合部からなる接合部群が、分散し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。
それぞれの前記円形状の接合部の中心を結ぶ線がジグザグ状となるように配置された少なくとも３つの連続する前記円形状の接合部からなる接合部群が、分散し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。