JP6795343B2 - Piezoelectric actuator - Google Patents
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Description
本開示は、例えば、磁気ヘッドのずれを補正する精密な位置決め、カメラのシャッター駆動、編機や織機の選針駆動あるいはリレースイッチなど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 disclosure relates to, for example, a piezoelectric actuator used for precise positioning for correcting a displacement of a magnetic head, a shutter drive for a camera, a needle selection drive for a knitting machine or a loom, a relay switch, or the like.
圧電素子とシムとを貼り合わせた圧電アクチュエータが、例えば、磁気ヘッドのずれを補正する精密な位置決め、カメラのシャッター駆動、編機や織機の選針駆動あるいはリレースイッチなどに広く用いられている。そして、圧電素子とシム板との貼り合わせに、紫外線硬化型接着剤を用いた圧電アクチュエータが知られている(例えば、特許文献1および2を参照)。
Piezoelectric actuators in which a piezoelectric element and a shim are bonded together are widely used, for example, for precise positioning for correcting displacement of a magnetic head, shutter drive for a camera, needle selection drive for a knitting machine or a weaving machine, or a relay switch. Then, a piezoelectric actuator using an ultraviolet curable adhesive for bonding the piezoelectric element and the shim plate is known (see, for example,
近年、圧電アクチュエータにおいては、変位量向上のために高電圧で駆動させて変位量を大きくすることが行なわれるようになっている。従来の圧電素子とシム板とを紫外線硬化型接着剤で接着した圧電アクチュエータでは、長期間の高電圧駆動により、圧電素子とシム板とが剥離する場合があった。これは、圧電素子は電圧を印加するための表面電極を備えており、この表面電極により紫外線が遮られて、紫外線硬化型接着剤に紫外線が充分照射され難いことによるものであった。 In recent years, in a piezoelectric actuator, in order to improve the displacement amount, the displacement amount is increased by driving with a high voltage. In a conventional piezoelectric actuator in which a piezoelectric element and a shim plate are bonded with an ultraviolet curable adhesive, the piezoelectric element and the shim plate may be peeled off by a long-term high voltage drive. This is because the piezoelectric element is provided with a surface electrode for applying a voltage, and the surface electrode blocks ultraviolet rays, so that it is difficult for the ultraviolet curable adhesive to be sufficiently irradiated with ultraviolet rays.
圧電アクチュエータは、紫外線を透過する板状の圧電体、該圧電体の第1主面に設けられた第1表面電極、および前記圧電体の第1主面と対向する第2主面に設けられた第2表面電極を含む圧電素子と、該圧電素子の前記第2表面電極が設けられた側に接合されたシム板と、前記圧電素子と前記シム板とを接合するためにこれらの間に介在された紫外線硬化型接着剤とを備え、前記第1表面電極は第1開口部を有し、前記第2表面電極は第2開口部を有しており、前記第1開口部と前記第2開口部とは互いに対向し、前記第1主面および前記第2主面に垂直な方向から見て、前記第2開口部の周縁が前記第1開口部の周縁よりも外側にある。
The piezoelectric actuator is provided on a plate-shaped piezoelectric body that transmits ultraviolet rays, a first surface electrode provided on the first main surface of the piezoelectric body, and a second main surface facing the first main surface of the piezoelectric body. A piezoelectric element including a second surface electrode, a shim plate bonded to the side of the piezoelectric element provided with the second surface electrode, and between them in order to bond the piezoelectric element and the shim plate. The first surface electrode has a first opening, the second surface electrode has a second opening, and the first opening and the first opening are provided with an intervening ultraviolet curable adhesive. The two openings face each other , and the peripheral edge of the second opening is outside the peripheral edge of the first opening when viewed from the direction perpendicular to the first main surface and the second main surface .
他の圧電アクチュエータは、紫外線を透過する圧電体と内部電極とが積層された板状の積層体、積層体の第1主面に設けられた第1表面電極、および前記積層体の第1主面と対向する第2主面に設けられた第2表面電極を含む圧電素子と、圧電素子の前記第2表面電極が設けられた側に接合されたシム板と、圧電素子とシム板とを接合するためにこれらの間に介在された紫外線硬化型接着剤とを備え、第1表面電極は第1開口部を有し、第2表面電極は第2開口部を有し、内部電極層は第3開口部を有しており、第1開口部、第2開口部および第3開口部は互いに対向し、前記第1主面および前記第2主面に垂直な方向から見て、前記第2開口部の周縁が前記第1開口部の周縁よりも外側にある。
Other piezoelectric actuators include a plate-shaped laminate in which a piezoelectric body that transmits ultraviolet rays and an internal electrode are laminated, a first surface electrode provided on the first main surface of the laminate, and a first main electrode of the laminate. A piezoelectric element including a second surface electrode provided on a second main surface facing the surface, a shim plate joined to the side of the piezoelectric element provided with the second surface electrode, and the piezoelectric element and the shim plate. It is provided with an ultraviolet curable adhesive interposed between them for bonding, the first surface electrode has a first opening, the second surface electrode has a second opening, and the internal electrode layer has a second opening. It has a third opening, and the first opening, the second opening, and the third opening face each other , and the first main surface and the second main surface are viewed from a direction perpendicular to the second main surface. The peripheral edge of the two openings is outside the peripheral edge of the first opening .
本開示の圧電アクチュエータによれば、長期間の高電圧駆動における、圧電素子とシム板との剥離が抑制される。 According to the piezoelectric actuator of the present disclosure, peeling between the piezoelectric element and the shim plate during long-term high voltage driving is suppressed.
以下、添付図面を参照して、圧電アクチュエータ1の実施形態の一例を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
Hereinafter, an example of the embodiment of the
図1は、本実施形態の圧電アクチュエータ1の実施の形態を示す模式的な斜視図である。図2は図1の圧電アクチュエータ1を分解して示した一例である分解斜視図である。図3は、図1の圧電アクチュエータ1の一例を示しており、(a)は上面図であり、(b)は(a)のb−b線における断面図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of the
本実施形態の圧電アクチュエータ1は圧電素子2と、シム板3と紫外線硬化型接着剤4とを備えている。圧電素子2は、板状の圧電体21、圧電体21の第1主面に設けられた第1表面電極22、および圧電体21を挟んで第1主面と対向する第2主面に設けられた第2表面電極23を含んでいる。シム板3は圧電素子2の第2表面電極23が設けられた側(圧電体21の第2の主面)に、紫外線硬化型接着剤4で接合されている。言い換えれば、圧電素子2とシム板3とを接合するためにこれらの間に紫外線硬化型接着剤4が介在されている。また、第1表面電極22は第1開口部221を有し、第2表面電極23は第2開口部231を有している。そして、第1開口部221と第2開口部231とは互いに対向している。
The
従来の圧電アクチュエータでは、圧電素子とシム板との間に紫外線硬化型接着剤を介在させた状態で紫外線を照射しても、紫外線硬化型接着剤の外縁部にしか紫外線が照射されずに、紫外線硬化型接着剤の硬化が不十分となりやすかった。紫外線が圧電素子に設けられた表面電極等の電極を透過しないためである。そのため、従来の圧電アクチュエータは、長期間の高電圧駆動により、圧電素子とシム板とが剥離する場合があった。 In the conventional piezoelectric actuator, even if the ultraviolet rays are irradiated with the ultraviolet curable adhesive interposed between the piezoelectric element and the shim plate, the ultraviolet rays are irradiated only to the outer edge of the ultraviolet curable adhesive. Curing of the UV curable adhesive was likely to be insufficient. This is because ultraviolet rays do not pass through electrodes such as surface electrodes provided on the piezoelectric element. Therefore, in the conventional piezoelectric actuator, the piezoelectric element and the shim plate may be peeled off by high voltage driving for a long period of time.
本実施形態の圧電アクチュエータ1によれば、圧電体21の第1主面に設けられた第1表面電極22が第1開口部221を有しているので、紫外線は第1開口部221から圧電体21の内部へ入射し、圧電体21を透過する。圧電体21を挟んで第1主面と対向する第2主面に設けられた第2表面電極23には第2開口部231が設けられている。そして、第1開口部221と第2開口部231とは互いに対向しているので、圧電体21を透過した紫外線は、第2開口部231を通って紫外線硬化型接着剤4に到達する。よって、紫外線硬化型接着剤4の、圧電素子2の第2開口部231とシム板3との間およびその周辺に位置する部分が硬化する。すなわち、本実施形態の圧電アクチュエータ1は、紫外線硬
化型接着剤4の外縁部だけでなく、内側部分も硬化しているので、圧電素子2とシム板3との接合強度が高く、長期間の高電圧駆動においても圧電素子2とシム板3との剥離が抑制される。
According to the
ここで、図4は、圧電アクチュエータ1の他の例を示し、(a)は上面図であり、(b)は(a)のb−b線における断面図である。図4に示す例のように、第1主面および第2主面に垂直な方向から見て(透視して)、第2開口部231の周縁が第1開口部221の周縁よりも外側にあってもよい。
Here, FIG. 4 shows another example of the
第1主面から圧電体21に入射した紫外線は、圧電体21の内部では散乱しながら第2主面へ進んでいく。そのため、圧電体21の第1主面に対して垂直に入射した紫外線は、圧電体21の第2主面においては、第1開口部221を第2主面に投影した領域だけでなく、この領域の外側まで広がることとなる。第1主面に対して傾斜して入射し、直進する紫外線もまた、第2主面においてはこの領域の外側に到達する。すなわち、第2の主面においては、第1開口部221より広い領域に紫外線が照射されることとなる。
Ultraviolet rays incident on the
ここで、図4に示す例のような圧電アクチュエータ1は、第2開口部231の周縁が第1開口部221の周縁よりも外側にある。言い換えれば、第2開口部231は第1開口部221より大きい。そのため、圧電体21の内部を透過して広がった紫外線も紫外線硬化型接着剤4に照射されるので、紫外線硬化型接着剤4の硬化する領域が増加する。よって、本実施形態の圧電アクチュエータ1は、圧電素子2とシム板3との接合強度がさらに向上し、長期間の高電圧駆動においても圧電素子2とシム板3との剥離が抑制される。
Here, in the
ここで、図5(a)〜(c)および図6(a)〜(c)は、圧電アクチュエータ1の他の例を示す上面図である。図1〜図4に示した例では、第1開口部221および第2開口部231の平面視の形状、つまり周縁の形状は円形である。これに対して、図5および図6に示す例では、第1開口部221の周縁の形状は正方形状、長方形状、および長円形状である。第2開口部231の形状は、図5および図6には表れていないが、第1開口部221の形状と同様の形状である。第1開口部221および第2開口部231の形状については、図1〜図6に示した形状に限られるものではなく、三角形や四角形等の多角形や円形、楕円形など特に制限はない。図4および図5に示す例のように、第2開口部231は、第1開口部221と同様の形状で一回り大きいものであって、第2開口部231の周縁は、第1開口部221の周縁に対して全周に渡って同程度の距離だけ外側に位置していてもよい。
Here, FIGS. 5 (a) to 5 (c) and 6 (a) to 6 (c) are top views showing another example of the
図1〜図5においては、第1表面電極22は第1開口部221を2つ有しており、これに対向する第2表面電極23もまた第2開口部231を2つ有している。第1開口部221および第2開口部231の数は1つでもよいし、図6(a)に示す例のように3つであってもよいし、図6(a)および図6(b)に示す例のように3つより多くてもよい。
In FIGS. 1 to 5, the
第1開口部221および第2開口部231の面積が大きいと紫外線硬化型接着剤4の広い領域を硬化させることができるが、圧電体21へ電圧を印加する表面電極の面積は小さくなるので圧電素子2の変位量が小さくなる。そのため、第1開口部221および第2開口部231の面積(寸法および数)は、紫外線硬化型接着剤4の硬化と圧電素子2の変位量のバランスを考慮して設定することができる。
If the areas of the
紫外線は圧電体21の内部で散乱して広がるので、同じ面積の第1開口部221および第2開口部231であれば、周縁の長さが長い方が広がった紫外線によって紫外線硬化型接着剤4が硬化する領域が大きくなる。具体的には、図5(a)の第1開口部221が正方形状であるのに対して、図5(b)の第1開口部221は、長方形状のように細長い形
状であってもよい。図5(a)の第1開口部221の面積と図5(b)の第1開口部221の面積とは同程度であるが、図5(b)の第1開口部221の周縁の長さは図5(a)の図5(b)の第1開口部221の周縁の長さより長い。また、図5(b)に示す例のように、圧電体21が長方形のような長手方向を有する形状の場合は、第1開口部221および第2開口部231の長手方向を圧電素子2の長手方向にそろえてもよい。このようにすると、紫外線硬化型接着剤4の硬化した領域が偏った配置になり難く、圧電アクチュエータ1の変形が一様になり易いので、信頼性の高いものとなる。
Since the ultraviolet rays are scattered and spread inside the
また、同じ面積の開口部で周縁の長さが長い例として、1つの大きい第1開口部221(および第2開口部231)ではなく、複数の小さい第1開口部221(および第2開口部231)とすることもできる。図6(a)に示す例の3個の第1開口部221の合計の面積と図6(b)に示す例の21個の第1開口部221の合計の面積とは同程度である。一方、図6(b)に示す例の21個の第1開口部221の周縁長の合計は、図6(a)に示す例の3個の第1開口部221の周縁長の合計の約2.7倍である。また、21個の第1開口部221は、第1表面電極22内に一様に分布するように配列されている。このように、多数の第1開口部221が第1表面電極22内に一様に分布するように配列されていると、紫外線硬化型接着剤4の硬化した領域が偏った配置になり難く、圧電アクチュエータ1の変形が一様になり易いので、信頼性の高いものとなる。
Also, as an example of an opening having the same area and a long peripheral edge, a plurality of small first openings 221 (and second openings) are used instead of one large first opening 221 (and second opening 231). It can also be 231). The total area of the three
複数の第1開口部221(および第2開口部231)のそれぞれの大きさが小さいと、縁端効果による電界の回り込みによって、第1開口部221と第2開口部231との間の圧電体21における電圧が印加される領域の割合が増加する。そのため、第1開口部221および第2開口部231を設けたことに伴う第1表面電極22および第2表面電極23の面積の減少による圧電素子2の変位量の低下を抑制することができる。このような効果を得るとともに紫外線硬化型接着剤4の硬化した領域を大きくするために、図6(c)に示す例のように、第1表面電極22(および第2表面電極23)の形状はメッシュ状であってもよい。このときのメッシュの線幅を例えば0.1mm〜1mmとして、第1開口部221(および第2開口部231)の大きさを例えば0.1mm角〜1mm角(あるいは径が0.1mm〜1mm)に設定することができる。
If the size of each of the plurality of first openings 221 (and the second opening 231) is small, the piezoelectric material between the
図5および図6に示す例では、第1開口部221(および第2開口部231)の形状は、正方形あるいは長方形の角部が丸められた形状である。このように、第1開口部221および第2開口部231は、ともに周縁の形状が角のない形状であってもよい。角のない形状には、角が丸められた多角形だけでなく、例えば、図1〜図6に示す例のような円形や長円形、あるいは楕円形等も含まれる。
In the examples shown in FIGS. 5 and 6, the shape of the first opening 221 (and the second opening 231) is a shape in which the corners of a square or a rectangle are rounded. As described above, both the
圧電体21の第1開口部221と第2開口部231とで挟まれた領域は、駆動電圧が印加され難いので、圧電素子2に電圧を印加しても伸長し難い領域となる。そのため、この領域とその周囲の領域との間で電圧印加時の圧電体21の挙動が異なる。そして、この領域とその周囲の領域との境界、すなわち第1開口部221および第2開口部231の周縁に沿って応力が発生して、この応力によって圧電体21にクラックが発生する場合がある。第1開口部221および第2開口部231が、ともに周縁の形状が角のない形状であると、この応力が集中する角部がないので、圧電体21に発生するクラックを抑制できる。
Since it is difficult to apply a driving voltage to the region sandwiched between the
図7は、圧電アクチュエータ1の一例の要部を拡大して示す断面図である。圧電体21の第1主面および第2主面に垂直な断面における、第1開口部221および第2開口部231を示している。このように、第1開口部221および第2開口部231の内周面は、それぞれ圧電体21の第1主面および第2主面に垂直ではなく、傾斜していてもよい。具体的には、第1開口部221および第2開口部231は、いずれも第1表面電極22および第2表面電極23の圧電体21とは反対側の面における開口の大きさの方が、圧電体2
1側の面における開口の大きさより大きくてもよい。言い換えれば、第1表面電極22および第2表面電極23の圧電体21とは反対側の面における開口が、圧電体21に接する面における開口より大きくなるように第1開口部221の内面が傾斜していてもよい。
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of an example of the
It may be larger than the size of the opening on one side surface. In other words, the inner surface of the
第1開口部221の内面が、第1表面電極22および第2表面電極23の圧電体21とは反対側の面の開口が大きくなるように傾斜していると、圧電体21の第1主面に対して傾斜した方向から、言い換えれば第1開口部221の周囲から第1開口部221へ紫外線が入射しやすくなる。また、圧電体21を透過して第2開口部231まで到達した紫外線が、第2開口部231の周囲方向へ広がって第2開口部231から紫外線硬化型接着剤4に照射される。つまり、紫外線硬化型接着剤4のより広い領域に紫外線が照射されることになる。そのため、紫外線硬化型接着剤4の硬化する領域が増加する。よって、本実施形態の圧電アクチュエータ1は、圧電素子2とシム板3との接合強度がさらに向上し、長期間の高電圧駆動においても圧電素子2とシム板3との剥離が抑制される。
When the inner surface of the
図8〜図10は、圧電アクチュエータ1の他の実施形態の一例を示し、図8は斜視図、図9は分解斜視図、図10(a)は上面図、図10(b)は断面図である。これまで説明した実施形態の圧電素子2が単板型であったのに対して、圧電素子2が積層型である点が異なっている。すなわち、本実施形態の圧電アクチュエータ1は圧電素子2と、シム板3と紫外線硬化型接着剤4とを備えている。圧電素子2は、圧電体21と内部電極24とが積層された板状の積層体、積層体の第1主面に設けられた第1表面電極22、および積層体の第1主面と対向する第2主面に設けられた第2表面電極23を含んでいる。シム板3は圧電素子2の第2表面電極23が設けられた側(積層体の第2の主面)に、紫外線硬化型接着剤4で接合されている。言い換えれば、圧電素子2とシム板3とを接合するためにこれらの間に紫外線硬化型接着剤4が介在されている。また、第1表面電極22は第1開口部221を有し、第2表面電極23は第2開口部231を有し、内部電極24は第3開口部241を有している。そして、第1開口部221、第2開口部231および第3開口部241は互いに対向している。
8 to 10 show an example of another embodiment of the
本実施形態の圧電アクチュエータ1によれば、紫外線は、第1開口部221から圧電体21の内部へ入射して、第3開口部241および第2開口部231を通って紫外線硬化型接着剤4に到達する。よって、本実施形態の圧電アクチュエータ1は、紫外線硬化型接着剤4の外縁部だけでなく、内側部分も硬化しているので、圧電素子2とシム板3との接合強度が高く、長期間の高電圧駆動においても圧電素子2とシム板3との剥離が抑制される。
According to the
ここで、図10に示す例のように、第1主面および前記第2主面に垂直な方向から見て(透視して)、第2開口部231および第3開口部241の周縁が第1表面電極22にある開口部の周縁よりも外側にあってもよい。言い換えれば、第2開口部231および第3開口部241は第1開口部221より大きい。そのため、第1開口部221を通り、圧電体21の内部を透過して広がった紫外線も第3開口部241および第2開口部231を通って紫外線硬化型接着剤4に照射されるので、紫外線硬化型接着剤4の硬化する領域が増加する。よって、本実施形態の圧電アクチュエータ1は、圧電素子2とシム板3との接合強度がさらに向上し、長期間の高電圧駆動においても圧電素子2とシム板3との剥離が抑制される。
Here, as in the example shown in FIG. 10, the peripheral edges of the
図10に示す例では、第1開口部221より第3開口部241の方が大きく、第3開口部241より第2開口部231の方が大きい。また、第3開口部241が複数設けられており、第1開口部221から第2開口部231に向かうにつれて、開口の大きさが大きくなっている。このような構成であると、複数の第3開口部241間の圧電体21および第3開口部241と第2開口部231との間の圧電体21において紫外線が広がった紫外線
も第3開口部241および第2開口部231を通過し易くなる。よって、本実施形態の圧電アクチュエータ1は、圧電素子2とシム板3との接合強度がさらに向上し、長期間の高電圧駆動においても圧電素子2とシム板3との剥離が抑制される。
In the example shown in FIG. 10, the
第1開口部221および第2開口部231の平面視の形状、つまり周縁の形状は、単板型の圧電素子2の場合と同様に、三角形や四角形等の多角形や円形、楕円形など特に制限はない。また、第1開口部221および第2開口部231は、ともに周縁の形状が角のない形状であってもよい。そして、これらについては第3開口部241についても同様である。第1開口部221、第2開口部231および第3開口部241がともに周縁の形状が角のない形状であると、応力が集中する角部がないので、圧電体21に発生するクラックを抑制できる。第1開口部221、第2開口部231および第3開口部241の形状、数、配置等については、圧電素子2が単板型である場合と同様である。
The shape of the
圧電素子2は、板状の圧電体21、第1表面電極22および第2表面電極23を含んでいる。圧電素子2が単板型である場合は、第1表面電極22は板状の圧電体21の第1主面に設けられ、また第2表面電極23は第1主面と対向する第2主面に設けられている。圧電素子2が積層型である場合は、板状の圧電体21と内部電極24とが積層された板状の積層体、第1表面電極22および第2表面電極23を含んでいる。第1表面電極22は板状の積層体の第1主面に、また第2表面電極23は第1主面と対向する第2主面に設けられている。内部電極24の端部がそれぞれ積層体の対向する一対の側面(第1側面および第2側面)に互い違いに導出されている。図8,9に示す例のように、内部電極24は、第1主面、第2主面、第1側面および第2側面に囲まれた他の一対の側面にも導出されていてよい。なお、図8〜図10に示す例では、圧電体21は3層で内部電極24は2層であるが、圧電体21および内部電極24の層数はこれに限られるものではない。
The
図8〜図10に示す例では、積層型の圧電素子2はさらに第1側面電極25および第2側面電極26を含んでいる。第1側面電極25は第1側面に設けられており、第1側面に導出された内部電極24と第1表面電極22とを接続している。第2側面電極26は第2側面に設けられており、第2側面に導出された内部電極24と第2表面電極23とを接続している。単板型の圧電素子2では圧電体21の第1主面の全面に第1表面電極22が設けられ、第2主面の全面に第2表面電極23が設けられている。これに対して、積層型の圧電素子2では、第1表面電極22と第2側面電極26との間、および第2表面電極23と第1側面電極25との間で電気的に絶縁させている。そのため、第1表面電極22は積層体の第1主面の全面に設けず、第2側面電極26との間に隙間を設けている。また、第2表面電極23は積層体の第2主面の全面に設けず、第1側面電極25との間に隙間を設けている。
In the examples shown in FIGS. 8 to 10, the laminated
第1側面電極25および第2側面電極26を設ける代わりに、圧電体21を貫通する貫通導体を設けて内部電極24と第1表面電極22との接続、および内部電極24と第2表面電極23との接続を行なってもよい。この場合は、積層体の第1主面の全面に第1表面電極22を設け、第2主面の全面に第2表面電極23を設けることができる。
Instead of providing the
圧電素子2の形状(単板型の圧電素子2の圧電体21の形状および積層型の圧電素子2の積層体の形状)は、図1および図8に示す例では長方形板状(直方体状)である。圧電素子2の形状は、特に制限はなく、長方形以外の多角形状であってもよいし、円形状や楕円形状であってもよい。圧電素子2の寸法は、例えば、長さが18mm〜45mm、幅が1mm〜10mm、厚みが0.1mm〜1.0mmとすることができる。
The shape of the piezoelectric element 2 (the shape of the
圧電体21は、圧電特性を有するセラミックスからなるものである。このようなセラミックスとしては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PbZrO3−PbTiO3)からなる
ペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)などを用いることができる。積層型の圧電素子2の場合の圧電体21の一層の厚みは、例えば0.01〜0.1mmに設定することができる。また、圧電体21は200pm/V以上の圧電d31定数を有する材料を用いることができる。これにより、大きな屈曲振動を得ることができる。
The
第1表面電極22および第2表面電極23は、いわゆる厚膜導体でもよいしスパッタや蒸着などで形成した薄膜導体でもよい。第1表面電極22および第2表面電極23は、厚膜導体の場合であれば、圧電体21および内部電極24との同時焼成によって形成してもよいし、焼成された圧電体21や積層体に焼き付けて形成してもよい。第1表面電極22および第2表面電極23の材料としては、厚膜導体の場合であれば、例えば低温焼成が可能な銀や銀−パラジウム合金を主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができる。また、第1表面電極22および第2表面電極23は、これらの導体材料に加えて、セラミック成分やガラス成分を含有していてもよい。薄膜導体の場合であれば、上記の導体材料に加えて、例えば、銅、クロム、ニッケル等の導体を用いることができる。
The
内部電極24は、圧電体21のセラミックスと同時焼成により形成されたものである。この材料としては、例えば低温焼成が可能な銀や銀−パラジウム合金を主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができる。また、内部電極24は、これらの導体材料に加えてセラミック成分やガラス成分を含有していてもよい。
The
第1開口部221、第2開口部231および第3開口部241(以下、3つをまとめて開口部という。)は、第1表面電極22、第2表面電極23および内部電極24を形成する際に形成することができる。これらが厚膜導体の場合であれば、導体ペーストを印刷する際の製版により開口部を有するパターン形状に印刷することで形成できる。また、印刷したパターンを転写することでも形成できる。薄膜導体の場合であれば、薄膜形成時に開口部となる部分にマスクを形成しておくことができる。またいずれの場合でも、開口部を有さないパターンで厚膜や薄膜を形成した後に、マスク等を用いてエッチングすることで形成することができる。
The
第1側面電極25および第2側面電極26は、第1表面電極22および第2表面電極23と同様にして形成することができる。第1側面電極25および第2側面電極26を設ける代わりに貫通導体を設ける場合の貫通導体は、圧電体21のセラミックスと同時焼成により形成することができ、内部電極24と同様の材料を用いることができる。
The first
シム板3は、例えば、鉄ニッケル合金、ステンレス等の金属や、カーボン等の導電性材料を用いることができる。あるいは、絶縁性材料でもよく、例えば、樹脂材や樹脂と繊維の複合材料である繊維強化樹脂を用いることができる。樹脂材としては、エポキシ、ポリイミド、ビスマレイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリイミドなどを用いることができる。繊維強化樹脂の強化繊維材としては、炭素(カーボン)繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、ガラス繊維などを用いることができる。導電性材料および絶縁性材料のいずれの場合であっても、これらの材料の板状のものを、例えば切断や打ち抜き等の加工によって所定形状することで作製することができる。
For the
シム板3の寸法は、例えば、長さが20mm〜50mm、幅が1mm〜10mm、厚みが0.1mm〜3.0mmとすることができる。シム板3は、圧電素子2より幅および長さの少なくともいずれか一方を大きくすることができる。シム板3の圧電素子2からはみ出した部分を圧電アクチュエータ1の取付部として用いることができる。また、シム板3
は、圧電素子2への電圧印加のためにリード線等を接続する端子電極として用いることもできる。シム板3の寸法は、圧電アクチュエータ1の取付けやリード線等の接続のしやすさにより設定すればよい。
The dimensions of the
Can also be used as a terminal electrode for connecting a lead wire or the like for applying a voltage to the
図1〜図5および図8〜図10に示す例においては、シム板3は圧電素子2の長さ方向の一端からはみ出している。シム板3の圧電素子2からはみ出す方向については特に制限はない。図6(a)に示す例のように、シム板3は圧電素子2の長さ方向の両端からはみ出していてもよい。また、シム板3は圧電素子2の幅方向にはみ出していてもよい。図6(b)および図6(c)に示す例のように、シム板3は圧電素子2の長さ方向および幅方向の両方向にはみ出していてもよい。また、シム板3の圧電素子2からのはみ出し長さについても特に制限はない。図6(a)に示す例のように、圧電素子2からのはみ出し長さは、圧電素子2を挟んで両側(図6(a)では圧電素子2の長さ方向の両側)で同じであってもよい。また、図6(c)に示す例のように、圧電素子2からのはみ出し長さは、圧電素子2を挟んで両側(図6(a)では圧電素子2の長さ方向の両側)で異なっていてもよい。また、図6(b)に示す例のように、圧電素子2からのはみ出し長さは、圧電素子2の長さ方向、および幅方向のそれぞれにおいて同じ長さであっても、圧電素子2の長さ方向と幅方向とでは異なっていてもよい。
In the examples shown in FIGS. 1 to 5 and 8 to 10, the
圧電アクチュエータ1は、圧電素子2が長方形板状で、圧電素子2の長さ方向に屈曲するものである場合には、シム板3は圧電素子2の長さ方向の一端のみからはみ出していてもよい。このようにすると、シム板3に不要な部分がないので、変位量が大きく小型の圧電アクチュエータ1となる。
In the
紫外線硬化型接着剤4としては、エポキシ系、アクリレート系、ポリエステル系など通常使用される接着剤を用いることができる。紫外線硬化型接着剤4が嫌気硬化性を有するものであれば、より硬化する領域を大きくすることができる。
As the ultraviolet
圧電素子2またはシム板3に液状の紫外線硬化型接着剤を塗布して加圧した後に紫外線を照射することで、硬化した紫外線硬化型接着剤4で圧電素子2とシム板3とが接合された圧電アクチュエータ1となる。このとき、紫外線硬化型接着剤4の露出している外縁部は、紫外線が直接照射されて硬化している。第2開口部231の直下およびその周囲の紫外線硬化型接着剤4は、第1開口部221(および第3開口部241)を通り、圧電体21を透過して第2開口部231を通った紫外線によって硬化している。
By applying a liquid ultraviolet curable adhesive to the
圧電素子2に電圧が印加されることで圧電素子2の圧電体21が伸縮する。伸縮する圧電素子2と伸縮しないシム板3とが貼り合わされていることで、圧電アクチュエータ1は屈曲する。これは、圧電素子2がユニモルフ型である場合である。圧電素子2が積層型である場合は、圧電素子2はバイモルフ型とすることもできる。この場合は圧電素子2自身が屈曲し、シム板3とともに圧電アクチュエータ1としても屈曲する。圧電アクチュエータ1の屈曲の大きさが圧電アクチュエータ1の変位量となる。圧電素子2への電圧の印加は、圧電素子2の第1表面電極22および第2表面電極23を、それぞれ異なる極として行なわれる。
When a voltage is applied to the
第1表面電極22は露出しているので、例えば、はんだや導電性接着剤で接合されたリード線等を介して電圧を直接印加することができる。一方、圧電素子2の第2表面電極23とシム板3とが紫外線硬化型接着剤4で接合されているので、第2表面電極23はほとんど露出していない。そのため、第2表面電極23への電圧の印加は、シム板3を介して行なってもよい。
Since the
例えば、図3(b)に示す例のように、第2表面電極23に突起232を設けて導電性
のシム板3に接触させるとともに電気的に接続することができる。同じくシム板3が導電性である場合には、紫外線硬化型接着剤4が導電性粒子を含む導電性接着剤であればシム板3と第2表面電極23とを電気的に接続することができる。そして、シム板3に例えばリード線等を接続すれば、リード線および導電性のシム板3を介して第2表面電極23に電圧を印加することができる。
For example, as shown in the example shown in FIG. 3B, the
シム板3が絶縁性である場合には、シム板3の表面に電極を設けて、この電極と第2表面電極23とを電気的に接続してもよい。この電気的な接続は、上述したような第2表面電極23に設けた突起232、導電性の紫外線硬化型接着剤4を用いることができる。このシム板3上の電極に例えばリード線等を接続すれば、リード線および電極を介して第2表面電極23に電圧を印加することができる。
When the
圧電素子2が積層型の場合であれば、第2表面電極23に接続されている第2側面電極26によい。また、第2側面電極26から積層体の第1主面上へ延びる電極を設けて、この電極にリード線等を接続してもよい。
If the
これまで圧電アクチュエータ1としてシム板3の片面に1つの圧電素子2が接合されている例で説明したが、圧電アクチュエータ1はシム板3を挟んでシム板3の両面にそれぞれ圧電素子2を接合したものであってもよい。
Up to now, one
1:圧電アクチュエータ
2:圧電素子
21:圧電体
22:第1表面電極
23:第2表面電極
221:第1開口部
231:第2開口部
24:内部電極
241:第3開口部
25:第1側面電極
26:第2側面電極
3:シム板
4:紫外線硬化型接着剤
1: Piezoelectric actuator 2: Piezoelectric element 21: Piezoelectric body 22: First surface electrode 23: Second surface electrode 221: First opening 231: Second opening 24: Internal electrode 241: Third opening 25: First Side electrode 26: Second side electrode 3: Sim plate 4: UV curable adhesive
Claims (6)
該圧電素子の前記第2表面電極が設けられた側に接合されたシム板と、
前記圧電素子と前記シム板とを接合するためにこれらの間に介在された紫外線硬化型接着剤とを備え、
前記第1表面電極は第1開口部を有し、前記第2表面電極は第2開口部を有しており、前記第1開口部と前記第2開口部とは互いに対向し、前記第1主面および前記第2主面に垂直な方向から見て、前記第2開口部の周縁が前記第1開口部の周縁よりも外側にあることを特徴とする圧電アクチュエータ。 A plate-shaped piezoelectric body through which ultraviolet rays are transmitted, a first surface electrode provided on the first main surface of the piezoelectric body, and a second surface provided on a second main surface facing the first main surface of the piezoelectric body. Piezoelectric elements including electrodes and
A shim plate joined to the side of the piezoelectric element provided with the second surface electrode,
An ultraviolet curable adhesive interposed between the piezoelectric element and the shim plate for joining the shim plate is provided.
The first surface electrode has a first opening, the second surface electrode has a second opening, the first opening and the second opening face each other , and the first A piezoelectric actuator characterized in that the peripheral edge of the second opening is outside the peripheral edge of the first opening when viewed from the main surface and the direction perpendicular to the second main surface .
該圧電素子の前記第2表面電極が設けられた側に接合されたシム板と、
前記圧電素子と前記シム板とを接合するためにこれらの間に介在された紫外線硬化型接着剤とを備え、
前記第1表面電極は第1開口部を有し、前記第2表面電極は第2開口部を有し、前記内部電極は第3開口部を有しており、前記第1開口部、前記第2開口部および前記第3開口部は互いに対向し、前記第1主面および前記第2主面に垂直な方向から見て、前記第2開口部および前記第3開口部の周縁が前記第1開口部の周縁よりも外側にあることを特徴とする圧電アクチュエータ。 A plate-shaped laminate in which a piezoelectric body that transmits ultraviolet rays and an internal electrode are laminated, a first surface electrode provided on the first main surface of the laminate, and a first surface facing the first main surface of the laminate. 2 Piezoelectric elements including a second surface electrode provided on the main surface and
A shim plate joined to the side of the piezoelectric element provided with the second surface electrode,
An ultraviolet curable adhesive interposed between the piezoelectric element and the shim plate for joining the shim plate is provided.
The first surface electrode has a first opening, the second surface electrode has a second opening, the internal electrode has a third opening, and the first opening, the first. The two openings and the third opening face each other , and the peripheral edges of the second opening and the third opening are the first when viewed from the direction perpendicular to the first main surface and the second main surface. A piezoelectric actuator characterized in that it is outside the periphery of the opening .
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