JPH04145675A - 圧電アクチュエータ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電アクチュエータに関し、特に、積層形の
電歪効果素子をケース中に収納した形の圧電アクチュエ
ータの構造に関する。

〔従来の技術〕

圧電アクチュエータは、電気エネルギーを機械エネルギ
ーに変換する電歪効果素子（以下素子と記す）を用いて
微小な機械的変位を発生するものであって、現在、半導
体集積回路の製造装置におけるマスフローコントローラ
や露光装置のＸ−Ｙテーブルあるいはプラスチックの射
出成形機など、微小な位置の移動量を精密に制御する必
要がある分野で使用されている。

上述した圧電アクチュエータは、耐湿性など、使用環境
に対する信頼性を高めるために、素子が金属製などのケ
ース中に収納され気密封止された状態で用いられること
が多い。以後、この形の圧電アクチュエータのことを、
ケース入り圧電アクチュエータと呼ぶこととする。

以下に、従来のケース入り圧電アクチュエータについて
、図面を参照して説明する。

第２図は、従来のケース入り圧電アクチュエータの断面
構造を示す縦断面図である。

このケース入り圧電アクチュエータは、電歪効果により
第２図中に矢印で示す方向に変位を起す素子１と、この
素子１を上下で支持するステンレス製円形の金属板２及
び！ｉ３ａと、同図中矢印方向に伸縮機能を有するステ
ンレス製円筒形のベローズ３ｂとからなっている。

なお、！３ａとベローズ３ｂとは一体に成型されている
。以後、！！３ａとベローズ３ｂとが一体になったもの
を金属部材と呼ぶこととする。又、この金属部材と前述
の金属板２とがシール溶接され一体化したものを金属ケ
ースと呼ぶこととする。

この金属ケースは、ベローズ３ｂの収縮力によって、素
子１に、予め積層方向の圧縮力を加えている。

素子１は、電歪効果を示すセラミックの層と、このセラ
ミックの層を挟んで対向電極として働く内部電極とが交
互に複数積層された、いわゆる積層形の構造を持ち、リ
ード線４ａ及び４ｂを通じて外部から印加される駆動電
圧によって、前述のように、第２図中に矢印で示す方向
に機械的変位を発生する。

金属板２及びｔ２３ａの表面には、素子１の底面形状に
合せて凹みが設けられている。素子１は両端がこの凹み
にはめこまれ、この凹み部分で、エポキシ樹脂などの接
着剤６により、金属板２及び蓋３ａに接着されている。

素子１に発生する機械的変位は、金属板２及び蓋３ａと
素子１との接着面を介して金属ケースに伝達され、ベロ
ーズ３ｂの伸縮機能により金属ケースが矢印方向に伸縮
する。

なお、金属ケースは、素子１の耐湿性を高めるため、内
部の雰囲気を窒素などの不活性ガスの乾燥ガスで置換し
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の圧電アクチュエータでは、素子１の両端
面が金属ケースに拘束されている。

この結果、取り扱い方などによっては、以下に述べるよ
うな不都合が起ることがある。

（１）金属ケースのベローズ３ｂに引っ張り力が働くと
、素子１は両端面の接着剤６を介してこの引っ張り力を
受ける。

ところが、一般に、セラミックを材料とした素子は、圧
縮力には強いのに対して引っ張り力に対しては弱い。

このため、素子１が、この引っ張り力によって破断して
しまうことがある。

（２）金属ケースのベローズ３ｂは、素子１の積層方向
に垂直な方向（以後横方向と呼ぶ）の外力にによってた
わみを生じやすい。

従って、金属ケースの一端が固定された片持ち梁の状態
で金属ケースに横方向の外力が加わると、素子１の端部
にも横方向の外力が加わることになるので、素子１が破
断したり、素子１と金属ケースとの接着面で破壊してし
まうことがある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の圧電アクチュエータは、電歪効果を示す材料の
層と内部電極の層とが交互に積層されてなる電歪効果素
子が、ケースに収納され積層方向に予め圧縮力を加えら
れた状態で気密封止された形の圧電アクチュエータにお
いて、 前記電歪効果素子の少なくとも一方の端面が、直接前記
ケースに圧接されていることを特徴とする。

〔実施例〕

次に、本発明について、図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の実施例のケース入り圧電アクチュエ
ータの構造を示す縦断面図である。

第１図に示す本実施例の構造は、第２図に示す従来のケ
ース入り圧電アクチュエータの構造と類似の構造である
が、素子１は、蓋３ａの凹みに接着剤で接着されること
なく、ベローズ３ｂの収縮力により圧接されている。

次に本実施例の製造方法について説明する。

先ず、ペロブスカイト結晶構造をもつ多成分固溶体セラ
ミック粉末に有機バインダーを混合し、ドクターブレー
ド法により１００μｍの厚みのグリーンシートを形成し
、その上に銀を主成分とするペースト状の内部電極用導
体を印刷し、乾燥後これを積層、焼結して積層体を形成
する。

この積層体の側面には内部電極の端部が露出しているの
で、この露出部分を選択的にガラス絶縁体で被覆した後
、この積層体の二つの側面のそれぞれに外部電極を形成
して内部電極と外部電極とを接続する。

この時、内部電極を一層おきに、交互に外部電極に接続
し、二つの櫛の歯形電極を形成して、隣り合う内部電極
同志がセラミック層を挟んで互いに対向電極となるよう
にする。

次に、この外部電極に、リード線４ａ及び４ｂをはんだ
付は接続して素子を得る。

次いで、このようにして作製された素子を金属ケース中
に密封する前に、セラミック材料の固有のキュリー点以
上の温度（１５０〜１７０℃）で、分極が消える時間（
０，５〜２時間）だけ熱処理を実施する。

その後、素子１を、エポキシ樹脂などの接着剤６で、金
属板２の凹部に固定し、素子１のリード線４ａ及び４ｂ
と、ハーメチック端子５ａ及び５ｂとをはんだ付けして
接続する。

次に、金属部材（ベローズ３ｂと１２３ａとが一体とな
ったもの）の開口部から、金属板２に固定された素子１
を挿入して、蓋、３ａの凹部に植立させて固定した状態
で、金属板２とベローズ３ｂとを溶接でシール接合して
密封を完了する。

最後に、ハーメチック端子５ａ及び５ｂ間に、素子１が
分極できるような直流電圧（１５０ＶＤＣ）を所定時間
（１０〜２０秒間）印加して分極を行う。

このようにすると、素子１は、残留分極の分だけ伸びた
状態になる。

この時、ベローズ３ｂのばね定数の設定を、上記の素子
１の残留分極による伸び量に対するベローズ３ｂの収縮
力が、素子１の最大発生応力の２０〜１００％程度にな
るようにしておくと、素子１が最大発生応力の２０〜１
００％程度の力で、予め圧縮された状態のケース入り圧
電アクチュエータが完成する。

上記のような構造の、本実施例では、素子１の一方の端
面が蓋３ａに拘束されていないので、ベローズ３ｂに引
っ張り力が働いても、素子１にはこの引っ張り力が加わ
らない。

又、ベローズ３ｂあるいは蓋３ａに横方向の外力が加わ
っても、素子１に対してはこの外力は緩和される。

従って、本実施例では、前記のような引っ張り力や横方
向の外力が働いても破壊することが少ない。

なお、上述の実施例では、素子１の一方の端面を金属板
２に接着剤６で接着したが、両端面とも接着しない構造
のケース入り圧電アクチュエータでも同様の効果を得る
ことができることは明かである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、ケース入り圧電アクチ
ュエータの構造を、ケースの収縮力を用いて素子に積層
方向の圧縮力を加え、素子を金属ケースに圧接すること
により、少なくとも素子の一端をケースに拘束しない構
造としているので、外部から引っ張り力が加わった時で
も素子が破断することがなく、又、ケースに横方向の外
力が加わっても、素子が破断しにくいという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の構造を示す縦断面図、第２
図は、従来のケース入り圧電アクチュエータの構造を示
す縦断面図である。 １・・・電歪効果素子、２・・・金属板、３ａ・・ＩＦ
５　ｂ−・・ベローズ、４ａ、４ｂ−・−リード線、５
ａ。 ５ｂ・・・ハーメチック端子、６・・・接着剤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　電歪効果を示す材料の層と内部電極の層とが交互に積
   層されてなる電歪効果素子が、ケースに収納され積層方
   向に予め圧縮力を加えられた状態で気密封止された形の
   圧電アクチュエータにおいて、 前記電歪効果素子の少なくとも一方の端面が、直接前記
   ケースに圧接されていることを特徴とする圧電アクチュ
   エータ。