JPH065942A - 積層型圧電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】全面電極タイプとした場合でも、舌片部や絶縁
シートの破損を防止して絶縁性を確保する。 【構成】圧電板１と電極板２とが交互に複数枚積層さ
れ、電極板が一枚おきに同極となるように電極板の舌片
部２０を接続した一対の電極部３をもつ圧電素子であっ
て、電極部３には一端が開口する複数のスリット３１を
もつ絶縁シート３０が配置され、スリット３１内に舌片
部２０が位置していることを特徴とする。高変位で伸縮
駆動されても、スリット３１により絶縁シート３０が追
従するので、舌片部及び絶縁シートに応力が発生するの
が防止され破損が生じにくい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクチュエータなどに
用いられる積層型圧電素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電磁力を利用したアクチュエータ
に代わって、例えば実開昭６４−３０８６５号公報など
に開示されているように、圧電効果を利用した圧電アク
チュエータが多用されている。この圧電アクチュエータ
は発熱が少なく、また小型で高速駆動が可能なため、各
種の機械的駆動素子として極めて有望である。ただ圧電
効果による機械的変位は本質的に極めて小さいので、大
きな変位量を得るために圧電板と電極板とを交互に多重
に積層し絶縁保護層で被覆された構造の積層型圧電素子
として提供されている。

【０００３】ところで積層型圧電素子では、圧電板を挟
んで対向する２枚の電極板はそれぞれ別極に接続される
ため、電極板は一枚おきに同極となるように接続され
る。そのため圧電板を挟んで対向する２枚の電極板間の
絶縁性が問題となる。この絶縁性を確保するために、圧
電板の直径より小さな直径の電極板（部分電極）を用
い、それらの中心を一致させて積層した積層型圧電素子
が知られている。このようにすれば、電極板は積層型圧
電素子の外表面に表出しないため、外表面における絶縁
性が確保できる。

【０００４】ところが、圧電板の直径より小さな直径の
電極板を用いた場合には、例えば高荷重・高電圧の条件
で駆動すると、電極板と当接している部分と当接してい
ない部分とで圧電板に局部的な応力差が生じ、その部分
にクラックが生じることがあった。したがって圧電板と
電極板とは同一形状（全面電極）とすることが望ましい
が、積層型圧電素子表面における絶縁を工夫する必要が
ある。

【０００５】そこで本願出願人は、特開平3-156986号公
報に、絶縁材料からなる極軟性薄膜帯状シートを用いる
方法を開示している。この方法は、圧電板と電極板の積
層時に、電極板から突出する舌片部が一枚おきに１８０
度逆方向となるように積層し、積層体の両側で軸方向に
整列した舌片部をそれぞれ上記帯状シートに突き刺し、
それを加熱して硬化させて絶縁シートとする方法であ
る。この方法によれば、絶縁シートから突出する舌片部
と、それに隣接する他極の電極板との間の絶縁性を確実
とすることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが特開平3-1569
86号公報に開示された方法により製造された積層型圧電
素子では、積層体のみが伸縮して絶縁シートと相対移動
するために、高変位での伸縮駆動を繰り返した場合に舌
片部と絶縁シートの界面に応力が集中し、舌片部または
絶縁シートが破損するという不具合が生じることがあっ
た。

【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、全面電極タイプとされた場合であっても、
舌片部や絶縁シートの破損を防止して絶縁性を確保する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の積層型圧電素子は、圧電材料からなる圧電板と外周
方向に突出する舌片部をもつ電極板とが交互に複数枚積
層され、電極板が積層方向に一枚おきに同極となるよう
に舌片部を接続した一対の電極部をもつ圧電素子であっ
て、電極部は、舌片部を電極板の一枚おきに同極に接続
するリード部と、それぞれ同極に接続された隣接する２
枚の電極板の間に位置する他極の電極板とリード部の間
を電気的に絶縁する絶縁シートと、からなり、絶縁シー
トは一端が開口する複数のスリットをもち、スリット内
に舌片部が位置していることを特徴とする。

【０００９】絶縁シートは軟質あるいは弾性変形容易な
ものが望ましく、弾性係数が100 〜800 ＭＰａ、伸びが
100 〜400 ％程度のものが推奨される。このような材質
としては、たとえばフッ素系樹脂がある。また絶縁シー
トに設けられるスリットの幅は、もちろん舌片部の厚さ
以上であり、圧電板の厚さの1/10〜1/3 の範囲が望まし
い。スリットの幅がこの範囲より狭くなると、作業性及
び変位に対する追従性が低下する。またこの範囲より広
くなると絶縁性が低下する。

【００１０】

【作用】本発明の積層型圧電素子では、絶縁シートは一
端が開口するスリットをもち、そのスリット内に電極板
の舌片部が位置している。したがって高変位で伸縮駆動
され舌片部が絶縁シートに対して相対移動したとして
も、舌片部はスリットの幅内では自由に移動することが
できる。また舌片部が絶縁シートに当接したとしても、
スリットの存在により絶縁シートは移動の自由度が高い
ため舌片部の変位に十分追従する。

【００１１】また全面電極としても、スリット以外の部
分では絶縁シートが存在するので、スリットから突出す
る舌片部とその両側の他極の電極板との絶縁性は十分確
保されている。

【００１２】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。図１
に本発明の一実施例の積層型圧電素子の要部断面図を示
す。この積層型圧電素子は、ＰＺＴセラミックよりなる
圧電板１と、圧電板１と交互に積層された電極板２と、
一対の電極部３と、全体を被覆する樹脂チューブ４とか
ら構成されている。以下、この積層型圧電素子を製造す
る方法を詳細に説明し、構成の詳細な説明に代える。 （１）圧電板１の製作 （原料調製工程）ＰｂＯ粉末が６０質量％と、ＺｒＯ₂
粉末が２２質量％と、ＴｉＯ₂ 粉末が１３重量％に、焼
結助剤としてのＳｒＣＯ₃ 粉末を５質量％加え、水３５
リットルとともに混粉装置中に投入して４時間粉砕し
た。そして真空下１２０℃に加熱して乾燥させ、原料粉
末とした。 （成形工程）上記原料粉末に１０質量％のＰＶＡ水溶液
を加え、これを乾燥させた後篩いにかけて造粒した。こ
の造粒粉２．５ｇを直径１８ｍｍの円柱状キャビティを
もつ金型に入れ、９８ＭＰａの面圧をかけて円板状の成
形体を形成した。 （焼成・加工工程）この成形体を坩堝に入れ、３００℃
／ｈｒの昇温速度で加熱し１２００℃で２時間保持して
焼成した。その後研削加工して可能な限り平面度を向上
させ、外径が１７ｍｍとなるように周端面も研削して圧
電板１とした。この圧電板１の厚さは０．５ｍｍであ
る。因みに圧電板１の直径としては１０〜３０ｍｍの範
囲が、厚さとしては０．３〜１．０ｍｍの範囲が一般的
である。 （内部電極形成工程）この圧電板１を洗浄した後乾燥さ
せ、両表面の全面に銀ペーストをスクリーン印刷し、５
００℃で３０分加熱して焼き付けて図示しない内部電極
層を形成した。なお、今回は銀ペーストを用いたが、銀
以外にニッケル，金，銀−パラジウム合金などを用いる
こともできる。 （２）電極板２の製作 厚さ０．０２ｍｍのステンレス板から、打ち抜き又はエ
ッチングなどにより舌片部２０をもつ円板状に形成して
電極板２を作製した。その直径は圧電板１と同一の１７
ｍｍであり、舌片部２０は外周端部の一部から法線方向
に突出した後直角に曲折されて断面Ｌ字状に形成されて
いる。 （３）積層型圧電素子の制作 （積層工程）両表面に内部電極層が形成された圧電板１
と、電極板２を、図２に示すように交互に積層する。こ
こで電極板２は、舌片部２０が交互に１８０度ずれた位
置となるように積層する。積層方向両端には、絶縁体６
を配置する。

【００１３】次に、フッ素樹脂（商標名「テフロン」）
製の絶縁シート３０を用意する。この絶縁シート３０
は、幅が６ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのテー
プ状に形成され、一長辺側から幅方向に延びるスリット
３１が平行に長手方向に複数個列設されている。スリッ
ト３１の幅は０．１５ｍｍであり、スリット３１どうし
の間隔は１．０２ｍｍである。

【００１４】この絶縁シート３０を上記積層体から突出
する舌片部２０に対して横から滑らせるようにして、図
３に示すように積層体の片側に軸方向に並ぶ複数の舌片
部２０を全部同時にスリット３１内に位置させる。もう
一方の側に並ぶ舌片部２０にも同様にして別の絶縁シー
ト３０を配置する。次に積層体の両側でそれぞれ、軸方
向に並ぶ舌片部２０の曲折された端部をそれぞれリード
板３２と溶接し、電気的に接続する。そしてそれぞれの
リード板３２にリード線５を半田付けして電極部３を形
成した。さらに全体を熱収縮性チューブ内に挿入し、加
熱して熱収縮性チューブを収縮させて樹脂チューブ４と
し、全体を一体的に固定して本実施例の積層型圧電素子
とした。

【００１５】（分極工程）上記積層型圧電素子を１００
℃のシリコンオイル中に浸漬し、２ｋＶの電圧を印加し
て２０分間保持して分極を行った。 （４）耐久試験 上記により得られた積層型圧電素子は、以下の条件で耐
久試験に供された。

【００１６】 電圧 ：０〜８００Ｖ プリセット面圧：２８ＭＰａ 雰囲気温度 ：２５℃ その結果、１×１０⁸ 回駆動させても異常が認められ
ず、耐久性に優れていた。 （５）比較例 絶縁シートとして熱硬化性エポキシ樹脂から形成された
スリットのないものを用い、特開平3-156986号公報に記
載の方法に準じて、積層体から突出する舌片部を突き刺
してから硬化させて絶縁したこと以外は実施例と同様に
して積層型圧電素子を形成し、同様に耐久試験を行っ
た。その結果、１×１０⁸ 回の駆動で舌片部及び硬化し
た絶縁シートに破損が認められた。 （６）実施例の他の態様 上記実施例では、絶縁シート３０として同一方向に延び
るスリット３１をもつ櫛歯状のものを用いたが、図４に
示すようにスリット３３が幅方向両側から交互に互いに
逆向きに延びるような構成の絶縁シートを用いても、同
様に高い耐久性が得られる。しかしこの場合は、絶縁シ
ート３０のスリット３３に舌片部２０を位置させる作業
性が実施例に比べて劣っている。

【００１７】

【発明の効果】すなわち本発明の積層型圧電素子によれ
ば、駆動時の舌片部及び絶縁シートに作用する応力は極
めて小さくなるため、両者の破損が防止される。これに
より耐久性が格段に向上する。またスリットを一方向か
らのみ形成した櫛歯状の絶縁シートを用いれば、積層体
の一方向に突出する舌片部群の横から差し込むだけで、
一度で全スリット内に全舌片部を位置させることがで
き、極めて作業性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の積層型圧電素子の要部断面
図である。

【図２】図１の積層型圧電素子の要部の構成を示す斜視
図である。

【図３】図１の積層型圧電素子の要部の構成を示す正面
図である。

【図４】絶縁シートの他の例を示す正面図である。

【符号の説明】

１：圧電板 ２：電極板 ３：電極部
４：樹脂チューブ ２０：舌片部 ３０：絶縁シート ３
１，３３：スリット ３２：リード板（リード部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料からなる圧電板と外周方向に突
   出する舌片部をもつ電極板とが交互に複数枚積層され、
   該電極板が積層方向に一枚おきに同極となるように該舌
   片部を接続した一対の電極部をもつ圧電素子であって、 前記電極部は、前記舌片部を前記電極板の一枚おきに同
   極に接続するリード部と、それぞれ同極に接続された隣
   接する２枚の電極板の間に位置する他極の電極板と該リ
   ード部の間を電気的に絶縁する絶縁シートと、からな
   り、該絶縁シートは一端が開口する複数のスリットをも
   ち、該スリット内に該舌片部が位置していることを特徴
   とする積層型圧電素子。