JPH04334075A - 圧電アクチュエータ - Google Patents
圧電アクチュエータInfo
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- JPH04334075A JPH04334075A JP3102974A JP10297491A JPH04334075A JP H04334075 A JPH04334075 A JP H04334075A JP 3102974 A JP3102974 A JP 3102974A JP 10297491 A JP10297491 A JP 10297491A JP H04334075 A JPH04334075 A JP H04334075A
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧電アクチュエータに関
し、特に圧電効果素子を金属ケースに封入した型の圧電
アクチュエータに関する。
し、特に圧電効果素子を金属ケースに封入した型の圧電
アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】電気エネルギーを機械的エネルギーに変
換する圧電効果素子を利用した圧電アクチュエータは、
現在マスフロウコントローラやＸＹテーブル駆動、射出
成形機などの工業分野で使用されている。通常、高湿度
雰囲気や腐食性ガスに対する耐環境性を高めるために、
圧電効果素子を金属ケースに封入した密閉構造のものが
多い。
換する圧電効果素子を利用した圧電アクチュエータは、
現在マスフロウコントローラやＸＹテーブル駆動、射出
成形機などの工業分野で使用されている。通常、高湿度
雰囲気や腐食性ガスに対する耐環境性を高めるために、
圧電効果素子を金属ケースに封入した密閉構造のものが
多い。
【０００３】図３は従来の金属ケース入り圧電アクチュ
エータの縦断面図である。この従来の圧電アクチュエー
タにおいては、複数の圧電材の層と内部電極の層とを交
互に積層して形成した圧電効果素子１の両端面に、リー
ド端子２ａ，２ｂが取付けられている断面コの字形で円
形のステンレスからなる金属部材３と、同じく断面コの
字形で円形のステンレスからなる金属部材４とが接着剤
５ａ，５ｂにより固着されている。そして、内径が圧電
効果素子１の外形寸法より大きく、かつ金属部材３及び
４の外径とほぼ同一で材質がステンレスの、伸縮機能を
有するベローズなどの金属ケース６が、金属部材３及び
４に溶接によりシール結合されて圧電効果素子１を気密
封止している。この圧電アクチュエータは、リード端子
２ａと２ｂとの間に駆動電圧が印加されると、圧電効果
素子１が図中に矢印で示す方向に微小な変位を生じ、金
属ケース４の伸縮機能と相まって全体として矢印の方向
に伸縮する。
エータの縦断面図である。この従来の圧電アクチュエー
タにおいては、複数の圧電材の層と内部電極の層とを交
互に積層して形成した圧電効果素子１の両端面に、リー
ド端子２ａ，２ｂが取付けられている断面コの字形で円
形のステンレスからなる金属部材３と、同じく断面コの
字形で円形のステンレスからなる金属部材４とが接着剤
５ａ，５ｂにより固着されている。そして、内径が圧電
効果素子１の外形寸法より大きく、かつ金属部材３及び
４の外径とほぼ同一で材質がステンレスの、伸縮機能を
有するベローズなどの金属ケース６が、金属部材３及び
４に溶接によりシール結合されて圧電効果素子１を気密
封止している。この圧電アクチュエータは、リード端子
２ａと２ｂとの間に駆動電圧が印加されると、圧電効果
素子１が図中に矢印で示す方向に微小な変位を生じ、金
属ケース４の伸縮機能と相まって全体として矢印の方向
に伸縮する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の圧電ア
クチュエータは線膨張係数が著るしく異なる圧電効果素
子１と金属ケース６が互いに並行して金属部材３及び４
に連結された構造になっている。このため周囲温度が上
昇した場合、金属ケース６の熱膨張による引張力が圧電
効果素子１に加わってはなはだしい場合には圧電効果素
子が破断することがある。
クチュエータは線膨張係数が著るしく異なる圧電効果素
子１と金属ケース６が互いに並行して金属部材３及び４
に連結された構造になっている。このため周囲温度が上
昇した場合、金属ケース６の熱膨張による引張力が圧電
効果素子１に加わってはなはだしい場合には圧電効果素
子が破断することがある。
【０００５】
【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、圧電効果により変位を発生する圧電効果素子お
よび前記圧電効果素子の変位方向に垂直な少なくとも一
つの端面に固着された緩衝部材からなる変位発生部材と
、前記変位発生部材の前記変位方向に垂直な一方の端面
に固着された第１の発生部材と、前記変位発生部材の一
方の端面に相対する端面に固着された第２の金属部材と
、線膨張係数が前記緩衝部材の線膨張係数より小なる材
料からなり、一方の開口面が前記第１の金属部材により
封止され他方の開口面が前記第２の金属部材により封止
されて前記変位発生部材を気密封止する金属ケースとか
らなる。
ータは、圧電効果により変位を発生する圧電効果素子お
よび前記圧電効果素子の変位方向に垂直な少なくとも一
つの端面に固着された緩衝部材からなる変位発生部材と
、前記変位発生部材の前記変位方向に垂直な一方の端面
に固着された第１の発生部材と、前記変位発生部材の一
方の端面に相対する端面に固着された第２の金属部材と
、線膨張係数が前記緩衝部材の線膨張係数より小なる材
料からなり、一方の開口面が前記第１の金属部材により
封止され他方の開口面が前記第２の金属部材により封止
されて前記変位発生部材を気密封止する金属ケースとか
らなる。
【０００６】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の第１の実施例による圧電
アクチュエータの縦断面図である。
て説明する。図１は、本発明の第１の実施例による圧電
アクチュエータの縦断面図である。
【０００７】この圧電アクチュエータにおいては、複数
の圧電材と内部電極が交互に積層されて形成された圧電
効果素子１の両端に、圧電効果素子１の外径とほぼ同等
の断面を有する、角柱又は円柱の形状に予め加工された
、例えば亜鉛やアルミニウムおよびその合金などの緩衝
部材７ａ，７ｂをエポキシなどの接着剤８ａ及び８ｂで
固着してある。そしてリード端子２ａ，２ｂが取付けら
れている断面コの字形のステンレスからなる金属部材３
と、緩衝部材７ａとが接着剤５ａによって固着され、同
じく断面コの字形で円形のステンレスからなる金属部材
４と緩衝部材７ｂとが接着剤５ｂによって固着されてい
る。これらの金属部材３および４は内径が圧電効果素子
１および緩衝部材７ａ，７ｂの外径寸法より大きく、か
つ金属部材３および４の外径とほぼ同一で、材質がステ
ンレスの伸縮機能を有するベローズなどの金属ケース６
に溶接によりシール結合され、圧電効果素子１が気密封
止されている。
の圧電材と内部電極が交互に積層されて形成された圧電
効果素子１の両端に、圧電効果素子１の外径とほぼ同等
の断面を有する、角柱又は円柱の形状に予め加工された
、例えば亜鉛やアルミニウムおよびその合金などの緩衝
部材７ａ，７ｂをエポキシなどの接着剤８ａ及び８ｂで
固着してある。そしてリード端子２ａ，２ｂが取付けら
れている断面コの字形のステンレスからなる金属部材３
と、緩衝部材７ａとが接着剤５ａによって固着され、同
じく断面コの字形で円形のステンレスからなる金属部材
４と緩衝部材７ｂとが接着剤５ｂによって固着されてい
る。これらの金属部材３および４は内径が圧電効果素子
１および緩衝部材７ａ，７ｂの外径寸法より大きく、か
つ金属部材３および４の外径とほぼ同一で、材質がステ
ンレスの伸縮機能を有するベローズなどの金属ケース６
に溶接によりシール結合され、圧電効果素子１が気密封
止されている。
【０００８】次に、本実施例の圧電アクチュエータの製
造方法について説明する。ベロブスカイト結晶構造をも
つ多成分固容体セラミック粉末に有機バインダーを混合
して、１００μｍ程度の厚みのグリーンシート化し、そ
の上にペースト状の銀内部電極導体を塗布、乾燥後、数
十層（例えば６４層）に積層して焼結した積層体をまず
用意する。この積層体の側面には銀内部電極体の端部が
露出しているので、端部を選択的にガラス絶縁膜で被覆
した後外部電極導体を側面に形成して銀内部電極導体を
一層おきに交互に接続して２つのくし歯形電極を形成す
る。そしてリード線９ａ，９ｂを外部電極導体にはんだ
付けで接続し、側面だけを樹脂で被覆する。このように
して製作された圧電効果素子１を密封処理する前に金属
ケース６の材質であるステンレスの線膨張係数１７．３
×１０−６／℃より大きい、例えば、ステンレスの１．
４〜２倍の線膨張係数を有する亜鉛やアルミニウムおよ
びその合金などを予め加工した円柱又は角柱状の緩衝部
材７ａ，７ｂを圧電効果素子１の両端面にエポキシ樹脂
などの接着剤８ａ，８ｂで固着する。その後金属部材（
上部）３の内側凹部面に緩衝部材７ａ，７ｂが固着され
た圧電効果素子１が植立するようにエポキシ樹脂などの
接着剤５ａで固定する。次に、圧電効果素子１のリード
線９ａ，９ｂとリード端子２ａ，２ｂの内側の端部とを
はんだ付けで接続する。次に、金属ケース６の一方の開
口部と金属部材４とを予め溶接などでシール接合したも
のを用意する。次に、金属ケース６の他方の開口部から
金属部材３と緩衝部材７ａ，７ｂが固定された圧電効果
素子１の他の端面側を挿入して金属部材４の凹面に圧電
効果素子１が植立するようにエポキシ樹脂などの接着剤
５ｂで固定する。次に、金属部材３と金属ケース６の開
口部とを溶接などでシール接合し密封して、圧電効果素
子１と金属部材３および４との間に緩衝部材７ａおよび
７ｂが配設された金属ケース入りの圧電アクチュエータ
が形成できる。
造方法について説明する。ベロブスカイト結晶構造をも
つ多成分固容体セラミック粉末に有機バインダーを混合
して、１００μｍ程度の厚みのグリーンシート化し、そ
の上にペースト状の銀内部電極導体を塗布、乾燥後、数
十層（例えば６４層）に積層して焼結した積層体をまず
用意する。この積層体の側面には銀内部電極体の端部が
露出しているので、端部を選択的にガラス絶縁膜で被覆
した後外部電極導体を側面に形成して銀内部電極導体を
一層おきに交互に接続して２つのくし歯形電極を形成す
る。そしてリード線９ａ，９ｂを外部電極導体にはんだ
付けで接続し、側面だけを樹脂で被覆する。このように
して製作された圧電効果素子１を密封処理する前に金属
ケース６の材質であるステンレスの線膨張係数１７．３
×１０−６／℃より大きい、例えば、ステンレスの１．
４〜２倍の線膨張係数を有する亜鉛やアルミニウムおよ
びその合金などを予め加工した円柱又は角柱状の緩衝部
材７ａ，７ｂを圧電効果素子１の両端面にエポキシ樹脂
などの接着剤８ａ，８ｂで固着する。その後金属部材（
上部）３の内側凹部面に緩衝部材７ａ，７ｂが固着され
た圧電効果素子１が植立するようにエポキシ樹脂などの
接着剤５ａで固定する。次に、圧電効果素子１のリード
線９ａ，９ｂとリード端子２ａ，２ｂの内側の端部とを
はんだ付けで接続する。次に、金属ケース６の一方の開
口部と金属部材４とを予め溶接などでシール接合したも
のを用意する。次に、金属ケース６の他方の開口部から
金属部材３と緩衝部材７ａ，７ｂが固定された圧電効果
素子１の他の端面側を挿入して金属部材４の凹面に圧電
効果素子１が植立するようにエポキシ樹脂などの接着剤
５ｂで固定する。次に、金属部材３と金属ケース６の開
口部とを溶接などでシール接合し密封して、圧電効果素
子１と金属部材３および４との間に緩衝部材７ａおよび
７ｂが配設された金属ケース入りの圧電アクチュエータ
が形成できる。
【０００９】上述のような構造によれば、圧電アクチュ
エータの周囲温度が高くなって金属ケース６が熱膨張に
よって変位方向に伸びた場合に圧電効果素子１に加わる
引張り力が従来の圧電アクチュエータの場合に比べて大
幅に緩和される。従って、圧電効果素子１は従来のもの
に比べて破断を起こしにくくなる。更に、圧電効果素子
１の線膨張係数をρＥ ，変位方向の長さをＬＥ ，緩
衝部材７ａおよび７ｂの線膨張係数をρＢ ，変位方向
の長さの総和をＬＢ ，金属ケースの線膨張係数をρＣ
，変位方向の長さをＬＣ とする時、 （ρＥ ×ＬＥ ）＋（ρＢ ×ＬＢ ）＞ρＣ ×Ｌ
Ｃとなるようにすれば、圧電効果素子１に加わる引張り
力を確実になくすることができるので、信頼性を飛躍的
に高めることができる。
エータの周囲温度が高くなって金属ケース６が熱膨張に
よって変位方向に伸びた場合に圧電効果素子１に加わる
引張り力が従来の圧電アクチュエータの場合に比べて大
幅に緩和される。従って、圧電効果素子１は従来のもの
に比べて破断を起こしにくくなる。更に、圧電効果素子
１の線膨張係数をρＥ ，変位方向の長さをＬＥ ，緩
衝部材７ａおよび７ｂの線膨張係数をρＢ ，変位方向
の長さの総和をＬＢ ，金属ケースの線膨張係数をρＣ
，変位方向の長さをＬＣ とする時、 （ρＥ ×ＬＥ ）＋（ρＢ ×ＬＢ ）＞ρＣ ×Ｌ
Ｃとなるようにすれば、圧電効果素子１に加わる引張り
力を確実になくすることができるので、信頼性を飛躍的
に高めることができる。
【００１０】次に本発明の第２の実施例について述べる
。図２は本発明の第２の実施例による圧電アクチュエー
タの縦断面図である。
。図２は本発明の第２の実施例による圧電アクチュエー
タの縦断面図である。
【００１１】本実施例が図１に示す第１の実施例と異な
る点は、緩衝部材７ａを圧電効果素子１の一方の端面の
みに配設した点である。本実施例では、緩衝部材の数お
よびその接着工程を簡略化できるため第１の実施例に比
べて低コストで製造できる利点がある。
る点は、緩衝部材７ａを圧電効果素子１の一方の端面の
みに配設した点である。本実施例では、緩衝部材の数お
よびその接着工程を簡略化できるため第１の実施例に比
べて低コストで製造できる利点がある。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電効果素子と金属部材の間に金属ケースより大きな線膨
張係数を有する緩衝部材を配設することにより、周囲温
度が上昇した場合でも、金属ケースの熱膨張による引張
力が加わって起る圧電効果素子の破断を緩和することが
できるので、信頼性の高い圧電アクチュエータを提供す
ることができる。
電効果素子と金属部材の間に金属ケースより大きな線膨
張係数を有する緩衝部材を配設することにより、周囲温
度が上昇した場合でも、金属ケースの熱膨張による引張
力が加わって起る圧電効果素子の破断を緩和することが
できるので、信頼性の高い圧電アクチュエータを提供す
ることができる。
【図１】本発明の第１の実施例による圧電アクチュエー
タの構造を示す断面図である。
タの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例による圧電アクチュエー
タの構造を示す断面図である。
タの構造を示す断面図である。
【図３】従来の金属ケース入り圧電アクチュエータの構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
１ 圧電効果素子
２ａ，２ｂ リード端子
３，４ 金属部材
５ａ，５ｂ，８ａ，８ｂ 接着剤６ 金属
ケース ７ａ，７ｂ 緩衝部材 ９ａ，９ｂ リード線
ケース ７ａ，７ｂ 緩衝部材 ９ａ，９ｂ リード線
Claims (2)
- 【請求項１】 圧電効果により変位を発生する圧電効
果素子および前記圧電効果素子の変位方向に垂直な少な
くとも一つの端面に固着された緩衝部材からなる変位発
生部材と、前記変位発生部材の前記変位方向に垂直な一
方の端面に固着された第１の金属部材と、前記変位発生
部材の一方の端面に相対する端面に固着された第２の金
属部材と、線膨張係数が前記緩衝部材の線膨張係数より
小なる材料からなり、一方の開口面が前記第１の金属部
材により封止され他方の開口面が前記第２の金属部材に
より封止されて前記変位発生部材を気密封止する金属ケ
ースとからなる圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】 請求項１記載の圧電アクチュエータに
おいて、前記圧電効果素子の線膨張係数および変位方向
の長さ、前記緩衝部材の線膨張係数および変位方向の長
さの総和ならびに前記金属ケースの線膨張係数および変
位方向の長さをそれぞれρＥ ，ＬＥ ，ρＢ ，ＬＢ
，ρＣ およびＬＣ とする時、 （ρＥ ×ＬＥ ）＋（ρＢ ×ＬＢ ）＞ρＣ ×Ｌ
Ｃなる関係を満足することを特徴とする圧電アクチュエ
ータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3102974A JPH04334075A (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3102974A JPH04334075A (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 圧電アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04334075A true JPH04334075A (ja) | 1992-11-20 |
Family
ID=14341723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3102974A Pending JPH04334075A (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04334075A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06350157A (ja) * | 1992-11-25 | 1994-12-22 | Nec Corp | 圧電アクチュエータ |
-
1991
- 1991-05-09 JP JP3102974A patent/JPH04334075A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06350157A (ja) * | 1992-11-25 | 1994-12-22 | Nec Corp | 圧電アクチュエータ |
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