JPH02192186A - 圧電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は、圧電アクチュエータ等に用いる圧電素子に関
する。

（ロ）　従来の技術 従来、圧電７゛クチユエー夕の一形態として、軸方向に
移動するプランジャと、同プランジャをつかむクランプ
部材と、クランプ部材を作動させる圧電素子と、プラン
ジャを移動させるストローク用圧電素子とにより構成さ
れたものがあり、各圧電素子は、複数個の圧電素子片を
接着剤で積層接着して一個の圧電素子を構成している。

そして、各圧電素子片の積層は、第１２図で示すように
リードワイヤ接続用の銀箔小片（５０）を各圧電素子片
（５１）間に挾み込み、手作業で各圧電素子片（５１）
の位置合せをしながら行われている。

（ハ）　発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の圧電素子には次のような問題点か
ある。

■　手作業で位置合せしながら各圧電素子片（５１）を
積層するのでは、積層の組立精度を高めることができな
い。

■　各圧電素子片（５１）間に銀箔小片（５０）が介在
するため、各圧電素子片（５１）を平行に積層すること
ができない。

■　銀箔小片（５０）が破断しやすいなめ、リードワイ
ヤのハンダ付けかやりにくく手間ががかる。

■　銅箔小片（５０）やリードワイヤが変形しやすいの
で、これらが接触しショートすることがあるという欠点
かあった。

（ニ）　課題を解決するための手段 本発明では、基板上に複数個の圧電素子片と導電性接着
剤とを交互に積層して構成した圧電素子において、圧電
素子片を軸方向に貫通したピン挿通孔を穿設し、同挿通
孔にピンを挿通して各圧電素子片間の導電性接着剤を導
通させたことを特徴とする圧電素子を提供せんとするも
のである。

（ホ）　作用・効果 本発明の圧電素子では、複数個の圧電素子片を積層接着
する際、ピンを用いて位置合せを行うことができるので
、積層された各圧電素子片の位置精度が高く、圧電素子
に正確かつ高能率の作動を行わせることかてきる。

銅箔小片の介装を要しないのて、各圧電素子片を平行に
積層することができる。

また、ピンの素材を導電性素材とすれは、同ピンを用い
て各圧電素子間の電極を導通させることができ、ピンは
銀箔小片やリードワイヤなどと責なり変形しに＜＜、圧
電素子の内部に挿入されているので、圧電素子の取扱中
にショートシたりするのが防止される。

上記のように、ピンが圧電素子片の位置決めと電極の導
通を兼ねることから、特に手間をかけなくても、正確な
圧電素子片の積層作業と、電極の導通作業の両方を同時
に行うことかでき、作業能率を高めることができる。

（へ）実施例 以下、添付図に示す実施例にもとつき、本発明を詳説す
る。

第１図、第２図は本発明の第１実施例を示しており、そ
れぞれ所定厚さを有する圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）
と基板（ｒ）とを積層接着して一体の圧電素子（Ｑ）を
構成している。

圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）は第２図で示すように、
２か所の所定位置に、圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）を
積層方向に貫通したピン挿通孔ｔｏ）（ｏ’）を穿設す
ると共に、各圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）の上下両面
（Ｕ）（Ｕｏ）に第３図及び第４図にしめすパターンの
銀ペースト等よりなる導電性接着剤（ｐ）をスクリーン
印刷等の手法を用いて塗布している９ 第３図は上面のパターンを示しており、一方のピン挿通
孔（ｏ）の周囲まで導電性接着剤（ｐ）を塗布し、更に
第４図で示すように、同ピン挿通孔（ｏ）の内面に、上
面（Ｕ）の導電性接着剤（ｐ）と連続した導電性接着剤
を塗布して導通部（ｐａ）を形成し、更に下面のピン挿
通孔（ｏ）の周囲に所定幅の導電性接着剤を塗布して接
触導通部（ｐｂ）を形成して、上面に塗布した導電性接
着剤（ｐ）を下面（Ｕｏ）に導通させているが、下面（
Ｕｏ）に塗布した導電性接着剤（ｐ）と接触導通部（ｐ
ｂ）との間に、導電性接着剤（ｐ）を塗布していない絶
縁帯（ｐｃ）を設けて、上下両面の導電性接着剤（［）
）どうしが導通しないようにしている。

そして、他方のピン挿通孔（ｏ°）は前記した一方のピ
ン挿通孔（ｏ）を上下反転させた状態で設けられており
、これらの圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）と、上面に導
電性接着剤（ｐ）を塗布した基板（ｒ）とを積層し、加
圧接着して一体の圧電素子（Ｑ）を構成している。

かかる圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）の積層に際し、基
板（ｒ）にピン（ｊｌ）を立設しておき、ピン挿通孔（
ｏＨｏ’）にピン（ｊｌ）を挿通しながら各圧電素子片
（ｑ１）〜（ｑｎ）を積層することによって、上記圧電
素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）の位置決めを行うようにして
いる。

上記の様にして一体に積層接着された圧電素子（Ｑ）で
は、圧電素子片（ｑｌ）〜［ｑｎ）間に介在した導電性
接着剤（ｐ）を電極として利用することができる。

すなわち、第１図、第２図で示すように、基板ｆｒ）に
立設した２木のピン（ｎ）を、一つおきの圧型素子片（
ｑ１）〜（ｑｎ）のピン挿通孔（ｏ）　（ｏ°）に挿通
して、接触導通部（ｐｂ）同志、導電性接着剤（ｐ）同
志を接触させることで、基板（ｒ）のターミナル（Ｗ）
と、電極を兼ねる導電性接着剤（ｐ）とを導通させるこ
とができ、圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）の積層と電極
の導通とを一回の作業で同時に行うことかできる。

上記のようにして積層された圧電素子片（ｑｌ）〜。

（ｑｎ）は、積層時に基板（ｒ）に立設したピン（ｎ）
で位置決めされるので、特に手間を掛けなくても位置精
度が高く、高能率の積層作業を行うことができる。

各圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）の素材は、例えば、Ａ
ＢＯ３ペロブスカイト形の結晶構造をもつ強誘電材料で
あって、ＰＺＴ　ＣＰｂ　（Ｚｒ、Ｔｉ　）Ｏａ　”Ｊ
系や、ＰＬＺＴ　［Ｐｂ、Ｌａ、（Ｚｒ、Ｔ”ｉ　）Ｏ
ａ　：１系、ＰＴ　（ＰｂＴｉ０３　）系、あるいはＰ
ＺＴを基にしな３成分系の圧電セラミックス等を用いる
ことができる。

また、基板（ｒ）には、ガラスエポキシ基板等を用いる
事も考えられるか、本実施例では耐熱性及び機械的強度
に優れたセラミック基板を使用し、導電性接着剤（ｐ）
に銀ペーストを使用して、積層した圧電素子片（ｑｌ）
〜（ｏｎ）と基板（ｒ）を加圧しながら約８００°Ｃで
焼付は接着して一体の圧電素子（Ｑ）を構成して、圧電
素子片（ｑ１）〜（ｑｎ）と基板（ｒ）の接着強度を高
めると共に、銀ペースト中の銀の粒子を相互に溶着させ
て導電性を高めている。

次いで、上記のようにして積層構成した圧電素子を用い
た圧電アクチュエータ（八）について説明する。

第５図で示すように、前後壁（ａ）（ｂ）を具備する筒
状のケース内に同心円的に、かつ、軸線に沿って進退自
在にプランジャＣＰ）を配設し、同プランジャ（Ｐ）の
外周に、それぞれクランプ部材（ｋ）（，１）を具備す
る一対のクランプ用圧電素子（ｅ）（ｆ）と、ストロー
ク用圧電素子（ｇ）とを配設することによって構成して
いる。

すなわち、クランプ用圧電素子（ｅ）は、ケースの中央
部に取付けた保持具（ｉ］）の下側に配役・支持されて
おり、一方、クランプ用圧電素子（ｆ）と、ストローク
用圧電素子（ｇ）とは保持具（ｈ）の上側に配設・支持
されている。

次に、各圧電素子（ｅ）（ｆ）（ａ）の作用について説
明する。

圧電素子（ｅ）（ｆ）は、電圧を印加するとクランプ部
材（ｋ）（１）を介してプランジャ（Ｐ）をクランプし
、電圧を印加していないときは上記クランプを解除する
。

一方、圧電素子（ｇ）は、電圧を印加すると軸線方向に
短縮し、上記電圧を解除すると伸長して復位するように
している。

第６図に、上記構成を有する圧電アクチュエータ（＾）
を制御するための制御装置（Ｃ）の構成を示しており、
同制御装置ＦＣ）は、マイクロプロセッサ（ＨＰＵ）と
、駆動信号を出力するスイッチ（ＳＩＩＩ）等と接続し
た入力インターフェース（１）と、駆動回路（Ｄ）を介
して圧電素子（ｅ）（ｆ）（ｇ）と接続した出力インタ
ーフェース（１）と、圧電素子（ｅ）（ｆ）（ｇ）の駆
動プログラムを記憶したメモリ（Ｍ）とで構成されてい
る。

ついで、かかる構成を有するアクチュエータ（＾）によ
るプランジャ（Ｐ）の移動について、第７図〜第１０図
を参照して説明する。

制御装置ＦＣ）に駆動信号が入力すると、前記プログラ
ムに従って、第７図に示すように、圧電素子（ｆ）に電
圧を印加してプランジャ（Ｐ）をクランプし、しかるの
ち、圧電素子（ｅ）への電圧を止めてプランジャ（Ｐ）
のクランプを解除する。

次に、第８図に示すように、圧電素子（ｇ）に電圧を印
加して収縮させると、圧電素子（ｇ）は矢印方向に移動
し、これに伴い圧電素子（ｆ）がクランプしたプランジ
ャＣＰ）も矢印方向に移動する。

その後、第９図に示すように、圧電素子（ｅ）に電圧を
印加してプランジャ（Ｐ）をクランプし、しかるのち、
圧電素子（ｆ）の印加電圧を解除してプランジャ（Ｐ）
のクランプを解除する。

そして、第１０図で示すように、圧電素子（ｃ＋）への
印加電圧を解除して伸長さぜ、圧電素子（ｆ）だζ゛ノ
を矢印方向に移動させ、第７図の状態に復帰させる。

その後、上記動作を繰り返すことにより、プランジャＣ
Ｐ）を、μｍオーダ或いはサブμｍオーダのストロ−つ
て尺とり生状に移動することがてき、各種装置や機械等
を精密に動作させることができる。

第１１図は本発明の圧電素子（Ｑ）で構成した圧電アク
チュエータ（Ａ）で、ダイヤフラム型の弁体を駆動する
ように構成した自動弁（ν）であり、（１０）は弁箱で
あって、それぞれ−次配管と、二次配管とに連通連結す
る流入路（１１）と流出路（１２）とを設けている。ま
た、弁箱（１０）内において、流入路（１１）と流出路
（１２）との間には、主弁孔（１３）が形成され、主弁
孔（１３）の上端開口周縁には主弁座（１４）が形成さ
れている。

そして、主弁座（１４）上には、主弁孔（１３）を開閉
する主弁体を兼ねたダイヤフラム（１５）が接離自在に
配設されている。

ダイヤフラム（１５）の上方にはダイヤフラム背室（１
６）が形成されており、同ダイヤフラム背室（１６）は
、タイヤフラム（１５）の周縁に設けたオリフィス（１
７）を介して流入路（１１）と連通している。

（１８）はタイヤフラム（１５）に穿設したパイロット
弁孔であり、ダイヤフラム背室（１６）と流出路（１２
）とを連通させている。

パイロット弁孔（１８）の上方には圧電アクチュエータ
（＾）のプランジャ（Ｐ）の下端に設けたパイロット弁
体（１９）を対峙させて、圧電アクチュエータ（＾）の
作動によりパイロット弁孔（１８）を開閉させる。

上記の構成により、自動弁（Ｖ）はタイヤフラム型の弁
体が有するセルフサーボ作用で、タイヤフラム（１５）
が、圧電アクチュエータ（八）のプランジャＣＰ）の動
きを追従して、主弁座（１４）を開閉するものである。

（２０）はプランジャＣＰ）の上下ス１−ロークを制限
するフランジ、（２１）はＹ型断面のシールである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明第１実施例の断面側面図及び展
開斜視図、第３図は圧電素子片の平面図、第４図は第３
図Ｉ−Ｉ線断面図、第５図は圧電アクチュエータの断面
説明図、第６図は制御装置の構成を示すブロック図、第
７図〜第１０図は同アクチュエータの作動説明図、第１
１図は本発明の圧電アクチュエータで構成した自動弁の
断面図、第１２図は従来の圧電素子片の斜視図。 Ｑ）：圧電素子 ｎ）：ピン ０）：ピン挿通孔 Ｑ１）〜（ｑｎ）　：圧電素子片 ｒ）二基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）基板（ｒ）上に複数個の圧電素子片（ｑ１）〜（ｑ
   ｎ）と導電性接着剤（ｐ）とを交互に積層して構成した
   圧電素子（Ｑ）において、圧電素子片（ｑ１）〜（ｑｎ
   ）を軸方向に貫通したピン挿通孔（ｏ）を穿設し、同挿
   通孔（ｏ）にピン（ｎ）を挿通して各圧電素子片（ｑ１
   ）〜（ｑｎ）間の導電性接着剤（ｐ）を導通させたこと
   を特徴とする圧電素子。