JPH0576064U - 圧電セラミックアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気的エネルギーを変位や力の機械的エネル
ギーに変換する圧電材からなる圧電セラミックアクチュ
エータにおいて、固定部に容易に取り付けでき、破壊の
ない圧電セラミックアクチュエータとすることを目的と
する。 【構成】 変位を生ずる圧電セラミックアクチュエータ
の長さ方向の端面に、該端面の面積より大きな接合面積
を有し、端面の幅寸法によりわずかに大きいはめ込み穴
１７を設け、はめ込み穴１７の内面に圧電セラミックア
クチュエータ素子１１の両側の外部電極１２に接触し、
底面の基板導体に接続する内周面に金属板からなる電極
板１５を取り付けた固定用部材１６の前記はめ込み穴１
７に、圧電アクチュエータ素子１１を組み付け、底面を
接着し、固定用部材に取り付けたねじ穴や貫通穴で固定
部にねじ止めし、且つ接着固定する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電気的エネルギーを変位や力の機械的エネルギーに変換する圧電材 からなる圧電セラミックアクチュエータに関し、特に圧電セラミックアクチュエ ータの端部に固定用部材を設けた構造の圧電セラミックアクチュエータに関する ものである。

【０００２】

【従来の技術】

最近、研削・切削等の機械加工装置や半導体製造装置において、微小位置を制 御するのに圧電材からなる薄板を交互に正負の電圧が印加される外部電極に接続 する内部電極をはさみ積層して、積層端面に正負電源に接続する外部電極を形成 した圧電セラミックアクチュエータが使用されつつある。圧電セラミックアクチ ュエータは、印加電圧の大きさの値によりマイクロメータオーダーの変位量の制 御が可能であり、且つ発生力が単位面積当り数Ｋｇ／ｍｍ²もあり、超精密機械 加工や半導体製造装置のステッパーのような微小位置決めのためのアクチュエー タに適している。 従来、圧電セラミックアクチュエータ（以下圧電アクチュエータと称す）を機 械加工装置や半導体製造装置に組み付ける時には、圧電アクチュエータの端面を 直接これらの装置の被駆動部分や圧電アクチュエータを固定する固定部にエポキ シ樹脂等で接着固定するのが一般的である。 しかし、圧電アクチュエータを被駆動部の反対側の固定部に固定する際には、 圧電アクチュエータは固定部の面に垂直に固定する必要があり、圧電アクチュエ ータの伸長方向が固定部や被駆動部と垂直に取り付けられていない場合、圧電ア クチュエータは固定部、及び被駆動部分からの反作用により圧電アクチュエータ に不均一な応力が作用し、脆いセラミックス材料である圧電アクチュエータは破 壊されてしまうという問題や、又繰り返し不均一な応力が材料に加えられること により、疲労し破壊するという問題が発生していた。又、固定部や被駆動部へエ ポキシ樹脂等で接着固定する際、加熱硬化する時は接着固定を行う装置に悪影響 を与えるだけでなく、圧電アクチュエータが破壊した際に新規な圧電アクチュエ ータと交換する場合には、樹脂により接着固定されているので交換が困難である という問題点もある。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は前記課題を解決することにあり、圧電アクチュエータの取り付け時の 被駆動部や固定部への取り付けが正確に取り付けでき、且つ取り付け時に破壊す ることのない圧電アクチュエータを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

電圧（通常、静電圧）を印加すると、その長さ方向に変位や力の機械的エネル ギーを発生する圧電アクチュエータにおいて、積層する電極間に電圧が印加され る少なくとも電圧により伸長する長さ方向の積層面の一端面に、前記圧電アクチ ュエータの接着面積より大きな圧電アクチュエータとの接合面の面積を有する固 定用部材を設けるもので、該固定用部材には前記圧電アクチュエータの断面の縦 横寸法よりわずかに大きい圧電アクチュエータを挿入するはめ込み穴を設け、且 つはめ込み穴内の対向する二面に、表面に銀、又は金、又は他の耐蝕性貴金属で メッキした銅板等の低抵抗金属板により、固定用部材の基板に接続する裏面から 側面を通ってはめ込み穴の底に届き、底面、側面、及びはめ込み穴の内面を覆い 構成して、前記圧電アクチュエータをはめ込み穴にはめ込んだ時、圧電アクチュ エータの外部電極と前記低抵抗金属板とを密に接触されるように構成し、固定用 部材の縁には低抵抗金属板に接続する外部へのリード線を接続する端子、及び固 定部へ取り付ける際の、少なくとも二箇所以上の貫通ねじ孔、又は二個以上の貫 通孔を取り付けた構造の圧電アクチュエータである。

【０００５】 即ち本考案は、１．薄板の圧電材の両面に内部電極を形成し、内部電極を交互 に両端面の外部電極に接続し、前記外部電極に正負の電圧を印加して、その長さ 方向に変位や力の機械的エネルギーを発生する圧電セラミックアクチュエータお いて、前記圧電セラミックアクチュエータの端面の面積より大きな接合面積を有 し、前記圧電セラミックアクチュエータの端面幅寸法よりわずかに大きなはめ込 み穴を設け、該はめ込み穴の対向する内面に圧電セラミックアクチュエータ素子 の両側の外部電極に接触し、且つ底面の基板導体に接続する低抵抗金属からなる 電極板を取り付けた固定用部材の、前記はめ込み穴に圧電セラミックアクチュエ ータ素子を組み込み、はめ込み穴の底面と圧電セラミックアクチュエータの端面 とを接着し構成したことを特徴とする圧電セラミックアクチュエータである。２ ．前記請求項１記載の圧電セラミックアクチュエータにおいて、固定用部材のは め込み穴位置を除く接合面に、少なくとも二箇所以上のねじ孔、又は二個以上の 貫通孔、及び電極に接続する端子を設けてなることを特徴とする圧電セラミック アクチュエータである。

【０００６】

【作用】

圧電アクチュエータの薄層圧電材の積層面の端面に固定用部材を一体に取り付 けているので、機械加工装置や半導体製造装置の固定部、及び被駆動部に圧電ア クチュエータを固定する際には固定接着作業が容易になり、且つ圧電アクチュエ ータは予め固定用部材の底面に垂直にはめ込み穴に取り付けておくので、圧電ア クチュエータの取り付け、及び駆動時の破壊も少なくなる。圧電アクチュエータ の変位量はマイクロメーターの値の微小量であり、固定用部材と圧電アクチュエ ータ、圧電アクチュエータと固定部の面は密着させてあり、圧電アクチュエータ と固定用部材の底面は垂直に取り付ける必要がある。固定用部材における圧電ア クチュエータの取り付け部分の面積は、圧電アクチュエータの固定用部材への取 り付け面の面積より大きくしてあることにより、圧電アクチュエータは固定用部 材に無理なく正確に取り付けられるため圧電アクチュエータの変位を被駆動部へ 伝達でき、又予め固定用部材の下面に対し、はめ込み穴の面を垂直に形成してお き、圧電アクチュエータをはめ込み穴に密に取り付けることにより、圧電アクチ ュエータと固定用部材とを一体化した構造を持つ圧電アクチュエータとする。又 、圧電アクチュエータの外部電極とはめ込み穴内部において密に接触する構造で あって、外部電極に半田付け等による熱歪を与えることなく圧電アクチュエータ への歪を除去する。又、固定用部材にねじ穴及び貫通孔を設けることにより、ね じ穴、貫通孔を利用して固定部面への圧電アクチュエータの取り付けが容易にな り、位置決めも正確なものとなる。

【０００７】

【実施例】

以下、本考案の圧電セラミックアクチュエータの実施例について図１、図２に より説明する。圧電性セラミックスとして、チタン酸ジルコン酸鉛［Ｐｂ（Ｔｉ Ｚｒ）Ｏ₃］磁器を出発原料として断面寸法５ｍｍ×５ｍｍ、長さ７０ｍｍの圧 電セラミックアクチュエータ１１を試作した。固定用部材１６の取り付け面寸法 は１５ｍｍ×１５ｍｍとし、はめ込み穴寸法を５．５ｍｍ×５．５ｍｍ、はめ込 み穴深さを８ｍｍとし、厚さ０．４ｍｍの表面に銀メッキを施した銅板を圧電ア クチュエータの外部電極へ接続する電極板１５、及び基板へ接続する電極板１５ として、図２に示すように固定用部材にエポキシ系接着剤ではり付けるか、予め 固定用部材形成時に電極板１５を形成した。又、前記固定用部材の部分に被駆動 部、及び固定部へねじ固定用として、固定部の四隅に直径２ｍｍの貫通孔、又は ねじ穴四箇所を設け、又前記の電極に接続するリード端子１８を取り付け、圧電 アクチュエータ素子の外部電極１２は固定用部材のはめ込み穴内面に形成した電 極と密接させ、圧電アクチュエータ素子の端面ははめ込み穴の底面にエポキシ樹 脂で接着固定する。このようにして試作した圧電アクチュエータの超精密機械加 工装置への取り付け歩留、及び寿命について、従来のエポキシ系接着剤で直接接 着した場合と比較した特性値を表１に示す。

【０００８】

【表１】

【０００９】 表１から明らかなように、本考案による圧電アクチュエータ端面に固定用部材 を取り付けた圧電アクチュエータは、従来例と比較して、装置への組み込みも容 易で正確に取り付けでき、且つ組立歩留が高く不良率も低くなった。

【００１０】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案による圧電アクチュエータの端面に導電材を取り 付けたはめ込み穴を有する固定用部材を取り付けた圧電セラミックアクチュエー タとすることにより、固定部、及び被駆動部への取り付けが容易で、且つ駆動時 の破壊の少ない、変位量が正確に表示できる圧電セラミックアクチュエータの提 供が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による圧電セラミックアクチュエータを
示す斜視図。

【図２】固定用部材を示す図で、図２の（ａ）は平面
図、図２の（ｂ）は図２の（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図
２の（ｃ）は図２の（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、図２の
（ｄ）は図２の（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図２の（ｅ）
は図２の（ａ）のＤ方向側面図。

【符号の説明】

１１ 圧電セラミックアクチュエータ素子 １２ 外部電極 １３ 貫通孔、又はねじ穴 １４ 半田付部 １５ 電極板 １６ 固定用部材 １７ はめ込み穴 １８ リード端子

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄板の圧電材の両面に内部電極を形成
   し、内部電極を交互に両端面の外部電極に接続し、前記
   外部電極に正負の電圧を印加して、その長さ方向に変位
   や力の機械的エネルギーを発生する圧電セラミックアク
   チュエータおいて、前記圧電セラミックアクチュエータ
   の端面の面積より大きな接合面積を有し、前記圧電セラ
   ミックアクチュエータの端面幅寸法よりわずかに大きな
   はめ込み穴を設け、該はめ込み穴の対向する内面に圧電
   セラミックアクチュエータ素子の両側の外部電極に接触
   し、且つ底面の基板導体に接続する低抵抗金属からなる
   電極板を取り付けた固定用部材の、前記はめ込み穴に圧
   電セラミックアクチュエータ素子を組み込み、はめ込み
   穴の底面と圧電セラミックアクチュエータの端面とを接
   着し構成したことを特徴とする圧電セラミックアクチュ
   エータ。
2. 【請求項２】 前記請求項１記載の圧電セラミックアク
   チュエータにおいて、固定用部材のはめ込み穴位置を除
   く接合面に、少なくとも二箇所以上のねじ孔、又は二個
   以上の貫通孔、及び電極に接続するリード端子を設けて
   なることを特徴とする圧電セラミックアクチュエータ。