JPH0256823B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は圧電体、特にアクチユエータとして用
いうる積層形圧電体に係る。

従来技術 圧電体が電圧を印加することによつて変位する
ことは知られており、この変位を利用してアクチ
ユエータとしての機能を満足させるには圧電体を
複数個積層し、その変位量を大きくすればよい。
しかしながら、圧電体を複数個積層し、それらの
圧電体を直列接続して電圧を印加すると非常に高
い電圧を必要とするので、実用的ではない。

そこで、積層した圧電体の側面に側面電極を設
け、その側面電極をリード線で接続して圧電体を
相互に並列接続することを試みた。しかし、圧電
体の変位のために、リード線と側面電極との接続
が剥れたり、あるいはリード線の剛性により圧電
体自体に亀裂が発生したりする不都合が生じた。

発明の目的 そこで、本発明は、積層形圧電体を電気的に並
列接続し、繰り返し電圧を印加しても、リード線
と側面電極との接続部が剥れたりあるいはリード
線の剛性に負うて圧電体に亀裂が生じたりしない
ようにし、しかも製造が容易である圧電体を提供
することを目的とする。

発明の構成 そして、上記目的を達成するために、本発明の
積層形圧電体では、ほぼ平行をなす２主要面を有
する複数個の圧電単体のそれぞれに、各主要面か
ら側面の一部分まで延長する２つの膜状電極を形
成し、該複数個の圧電単体を積層し、それを弾性
体で包囲して筒状体に圧入された弾性体の押圧力
によつて、前記弾性体と前記圧電単体の積層体の
間に挿入された独立の誘電体、または前記弾性体
自身の一部をなす導電体を前記電極の前記側面部
分に加圧接触せしめ、よつてこれらの間の電気的
接続を取り、積層された複数個の前記圧電単体を
電気的に並列接続とした構成とする。これによつ
て、圧電体が変位した際にリード線（導電体）と
圧電体特に側面電極に加わる応用を極小化し、し
かも導通を保つことができ、前述したような不都
合を解消することができる。又、製造も容易であ
る。

以下、図面を参照し、発明の実施例を用いて詳
述する。

実施例 第１図は積層形圧電体を電気的に並列接続する
様子を示す図である。圧電単体１はその２主要面
に主電極２が形成され、この主電極２はそれぞれ
圧電単体１の側面の一部まで延長されて側面電極
３をなしている。こうして電極形成した複数の圧
電単体１は積層され、その側面電極３を介してリ
ード線その他４で配線され、複数の圧電単体１は
電気的に並列接続されている。

例 １ 第２図は本発明の実施例の積層形圧電体ユニツ
トＡの平面図（第２図イ）および縦断面図（第２
図ロ）である。電極形成したセラミツク圧電単体
（例えばチタン酸鉛、ジルコン酸鉛、PZT；直径
約15mm、厚さ約0.5mmの円板）１を多数積層した
セラミツク圧電体積層体Ｂはその側面電極を縦に
整列させ、リード線（直径0.1〜１mmの裸線）４
をそれに当てて導通を取る。セラミツク圧電体積
層体Ｂとリード線４はチユーブ状（内径約15mm、
厚さ約１mm）のシリコンゴム５で包囲した上でス
テンレス製収納チユーブ（外径約19mm、長さ約40
mm、肉厚１mm）６に圧入する。

第３図はセラミツク圧電単体１に電極を形成し
た様子を示す正面図（第３図イ）、右側面図（第
３図ロ）、および背面図（第３図ハ）である。電
極はすべて銀ペーストを厚さ約５〜15マイクロメ
ートルに被着して形成する。セラミツク圧電単体
１の各主要平面に銀ペーストを円形（直径約13
mm）に被着して主電極２と成すとともに、この主
電極２からセラミツク圧電単体１の側面まで帯状
（幅約３mm）に銀ペーストを延長して側面電極３
と成す。側面電極３の位置は、例えば、第３図に
示すように円周状180°の関係で対称的に配置す
る。このようなセラミツク圧電単体１を積層し、
同じ側の主平面から延長した側面電極３を１個お
きに整列させれば、整列した側面電極３のそれぞ
れの列にリード線３を直線状に当てることによつ
て、積層した多数のセラミツク圧電単体１を電気
的に並列接続できる。側面電極３の位置が変更で
きることは明らかである。こうしたセラミツク圧
電体積層体Ｂの積層配置がずれることを防ぐため
にセラミツク圧電単体１相互は固定することが好
ましく、そのために主電極２を成す銀ペーストで
セラミツク圧電単体１を相互に接着することが好
ましい。

セラミツク圧電体積層体Ｂとシリコーンゴム５
はチユーブ６の内部に圧入されるが、この圧入に
求められる条件は用いるリード線４の太さによつ
ても異なる。しかし、普通には、チユーブ６の内
径から積層体Ｂの外径を差し引いて半分した値の
５〜20％増の値の厚さを有するシリコーンゴム５
を用いれば十分である。圧入の程度が小さいとリ
ード線４と側面電極３の間の接触不良が生じうる
し、圧入の程度が高すぎると電圧を印加した場合
に積層体Ｂの変位からセラミツク圧電単体１が割
れるおそれがある。

第４図は上記構成の積層形圧電体ユニツトＡを
組み入れたアクチユエータを示す。第４図イはア
クチユエータの平面図、第４図ロおよびハはそれ
ぞれ第４図イの直線〔ろ−ろ〕および直線〔は−
は〕で切つた縦断面図である。圧電体ユニツトＡ
は樹脂製ケース１０の中に収納されている。１１
は耐油性Ｏリングでケース１０と樹脂製押板１９
との間の隙間を燃料が通るのを防いでいる。１２
は逆止弁で、燃料を一方向にだけ流れるようにし
てある。１３はバネで、ノズル１４をノズルホル
ダー１６に密着している。１７は取り付けカバー
であり、ケース１０にネジどめしてある。１８は
台座である。尚、ケース１０と、台座１８と、ノ
ズルホルダー１６とはノツクピン等（図示せず）
により相対的な位置移動が出来ないようにしてあ
る。１５は燃料（ガソリン、軽油等）の入口であ
る。入口１５から入つた燃料の通路は樹脂製ケー
ス１０の内部を通つて逆止弁に至る。圧電体ユニ
ツトＡのリード線４は、第４図ハに示すように、
電極棒２０を介して外部電源（図示せず）に接続
できるようになつている。

今、セラミツク圧電体ユニツトＡのリード線４
に約500Vの電圧を印加すると、積層体Ｂは長軸
方向に約40〜60μｍ伸びる。しかし、リード線４
と圧電単体１は接着されていないので相対的な位
置移動が可能であり、従つて圧電体の伸びを十分
に吸収できる。従つて、リード線４と側面電極３
とが剥離したり、あるいはセラミツク圧電単体１
に亀裂が入つたりすることがなくなる。又、電極
の接続に要する時間は著しく短い。

次に、アクチユエータの作動について説明す
る。燃料は入口１５からアクチユエータ内に燃料
ポンプ（図示せず）により圧送され、逆止弁１２
を通り押板１９と台座１８及びノズルホルダー１
６により形成された空間を満たす。この状態で外
部の電極棒２０を通してセラミツク圧電体ユニツ
トＡに電圧を印加すると、セラミツク圧電体ユニ
ツトＡは軸方向に伸びる。ところが、セラミツク
圧電体ユニツトＡの上方はケース１０により固定
されているので、この変位は下方に向かつて伸び
る。そうすると、押板１９と台座１８との隙間が
減少し、燃料の圧力が急に上昇し、ノズル１４は
下方に動き、ノズル１４とノズルホルダー１６に
より生じた隙間を通つて燃料が噴出される。燃料
の圧力が下がるとノズル１４がバネ１３の作用に
より上方にもどりノズルホルダー１６との隙間を
閉じる。次に、セラミツク圧電体ユニツトＡの電
圧印加を止めると、セラミツク圧電体ユニツトＡ
は上方にちぢみ、押板１９と台座１８及びノズル
ホルダー１６により形成された空間の圧力が下が
るため、新たな燃料が逆止弁１２を通つてこの部
分に供給される。このようにして作製したアクチ
ユエータはガソリン噴射用インジエクタ、デイー
ゼルエンジンのインジエクタ等に使用するもので
ある。尚、本実施例でセラミツク圧電単体１を多
数積層する理由は、約0.5mm当り約500Vと高い電
圧を印加しているため、セラミツク圧電単体１の
厚さを厚くすると印加電圧をさらに大きくしなけ
ればならないのと同時に空気の絶縁破壊を起こし
やすくなるという問題点等も生じてくるからであ
る。

上記実施例では、ケース１０および押板１９は
樹脂製としたが、積層体ユニツトＡの両端面およ
び電極棒２０に適当な絶縁を施せば、これらは金
属製でもよい。高弾性体としてシリコーンゴムを
用いたが、弾性限度内で50％以上の伸びを示す材
料であればよく、例えば天然ゴム、合成ゴム等を
用いうる。しかし、耐熱性や耐油性を考慮すると
シリコーンゴムが好ましい。更に、リード線４に
代えて100メツシユ程度の金網（幅約10mm）を用
いて側面電極３との接触の確率を高めることは好
ましい。圧電体はセラミツク圧電体に限らず、セ
ラミツク・樹脂の複合材料による圧電体その他で
もよい。又、シリコーンゴム即ち高弾性体５は積
層体の周囲を完全に包囲する必要はなく、リード
線４を側面電極４に押圧できればよい。

例 ２（比較例） 上記例と同様なセラミツク圧電体の積層体Ｂの
側面電極部分に、第５図に示すように、銀ペース
トでリード線４を接合した側面電極集合体３０を
形成し、それを例１同様のアクチユエータに組み
込み、実験した。すると、始動直後に作動不能に
なつたので、アクチユエータを分解し、積層体Ｂ
を調べたところ、リード線４と側面電極３の間で
その半数以上が剥離し、セラミツク圧電単体１が
割れていた。

例 ３ 第６図は本発明のもう１つの実施例を示す。セ
ラミツク圧電体積層体Ｂは例１と同様のものであ
る。但し、側面電極３間の導通を取るために、リ
ード線４の代りに導電性ゴム（例えば、シリコー
ンゴムに銀粉末を混入したもの、その比抵抗は
10^-2Ω・cm程度）５０を用いる。こうすれば、側
面電極３に対してリード線４が直接に接触してい
ないので、圧電体が変位しても接触部分における
激しい摩耗がなくなり、圧電体ユニツトＡの寿命
が長くなる。尚、本実施例では、側面電極の面積
を大きくすることが好ましい（例えば、幅５〜10
mm程度で圧電単体の厚さ全部位の長さ）。導電性
ゴム５０から外部電源への接続のためには、導電
性ゴム５０とチユーブ６０の間にリード線４また
は幅10mm程度の金属板あるいは金網を挿入し、リ
ード線で外部へ接続するが、外部リード線を直接
に導電性ゴム５０と接続できるならば、導電性ゴ
ム５０とチユーブ６０の間に挿入する高導電体を
省略してもよい。尚、ゴムの押圧力は例１と同程
度にする。チユーブ６０は絶縁性であればよく、
プラスチツク、セラミツク等からなり、又伸縮性
のチユーブでもよい。

例 ４ 第７図は更にもう１つの実施例の積層形圧電体
ユニツトＡの平面図（第７図イ）および正面図
（第７図ロ）である。本例は例１と類似している
が、第７図イを参照すると、シリコーンゴム500
は側面電極４の近傍だけ（幅約５〜10mm）に存在
し、かつ第７図ロを参照すると、チユーブ600は
適当に切り欠きが存在する。こうした構成によれ
ば、セラミツク圧電体を作動するときに誘電損失
により発生する熱の放散性が改善され、従つて、
セラミツク圧電体の温度変化が過度にならず、圧
電体ユニツトＡの出力（変位）がより安定化す
る。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明に依
り、圧電単体を多数積層し、電気的に並列接続し
ても、作動時に圧電体の変位にもとづく電気的接
続の剥離や圧電単体の破壊が発生せず、しかも容
易に製造可能な積層形圧電体が得られ、アクチユ
エータとしても使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は並列接続した積層形圧電体の模式図、
第２図は実施例の積層形圧電体の平面図および縦
断面図、第３図は電極形成した圧電単体の正面
図、右側面図および背面図、第４図はアクチユエ
ータの平面図および線ろ−ろ、線は−はで切つた
縦断面図、第５図は比較例の圧電体積層体の側面
図、第６図は第２の実施例の積層形圧電体の平面
図および縦断面図、第７図は第３の実施例の積層
形圧電体の平面図および側面図である。 １……圧電単体、２……主電極、３……側面電
極、４……リード線（導電体）、５……高弾性体、
６……チユーブ、Ａ……圧電体ユニツト、Ｂ……
圧電体積層体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ほぼ平行をなす２主要面を有する複数個の圧
   電単体のそれぞれに、各主要面から側面の一部分
   まで延長する２つの膜状電極を形成し、該複数個
   の圧電単体を積層し、それを弾性体で包囲して筒
   状体に圧入し、この圧入された弾性体の押圧力に
   よつて、前記弾性体と前記圧電単体の積層体の間
   に挿入された独立の導電体、または前記弾性体自
   身の一部分をなす導電体を前記電極の前記側面部
   分に加圧接触せしめ、よつてこれらの間の電気的
   接続を取り、積層された複数個の前記圧電単体を
   電気的に並列接続して成る積層形圧電体。