JPH07169999A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】駆動時の変位量を低下させることがなく、絶縁
材に発生するクラックによる耐久性の低下を低減させる
ことができる圧電アクチュエータを提供する。 【構成】本発明の圧電アクチュエ−タ１Ａ．１Ｂは、少
なくとも一方の面に導電層２１を形成した圧電板２０、
２２を複数枚積層して積層体２を形成し、該積層体２の
側面に位置する前記導電層２１を絶縁材３ａ．３ｂを用
いて一層おきに覆い、前記絶縁材３ａ．３ｂを覆って他
の導電層２１に一層おきに導通するように外部電極４を
形成してなる圧電アクチュエータにおいて、前記絶縁材
３ａ．３ｂは、前記導電層２１との間に応力緩和層３１
ａ．３１ｂをもつことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電アクチュエータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電アクチュエータとして、例え
ば、一方の面に導電層（内部電極）を形成した圧電板
（圧電ペレット）を複数枚積層して形成された積層体
と、積層体の側面に位置する前記導電層を一層おきに覆
う絶縁材（絶縁層）と、絶縁材を覆って他の導電層に一
層おきに導通するように形成された外部電極とよりなる
圧電アクチュエータにおいて、絶縁材のクラック（亀
裂）を防止するため、圧電定数が大きな層を、圧電定数
が小さな層でサンドイッチ状に挟み３層構造とし、圧電
定数が小さな層の側面に絶縁材を形成した圧電アクチュ
エータが知られている（特開平１ー２２３７８４号公
報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の圧電アクチ
ュエータによれば、その絶縁材は、駆動時の変位量（伸
び）の少ない、圧電定数が小さな層に絶縁材が接するた
め、クラックの発生を防止できる。しかしこの反面、圧
電定数が小さな層を用いるため圧電アクチュエータの変
位量が低下する。

【０００４】本発明は、駆動時の変位量を低下させるこ
とがなく、絶縁材に発生するクラックによる耐久性の低
下を低減させることができる圧電アクチュエータを提供
することを目的とする。

【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、少なくとも一方の面に導電層を形成した圧電板
を複数枚積層して積層体を形成し、該積層体の側面に位
置する前記導電層を絶縁材を用いて一層おきに覆い、前
記絶縁材を覆って他の導電層に一層おきに導通するよう
に外部電極を形成してなる圧電アクチュエータにおい
て、前記絶縁材は、前記導電層との間に応力緩和層をも
つことを特徴とする圧電アクチュエ−タ。

【０００６】

【作用】本発明の圧電アクチュエータによれば、その駆
動時に積層体から絶縁材に伝達される応力が応力緩和層
によって緩和される。また前記絶縁材は、応力緩和層に
よって、積層体の側面に接合される領域が少なくなる。

【０００７】

【実施例】（実施例１）本発明の圧電アクチュエータの
実施例１を図１〜図４に基づいて説明する。図１に、実
施例の圧電アクチュエータ１Ａの全体を、積層方向の長
さを短縮し、要部を斜視図で示す。

【０００８】圧電アクチュエータ１Ａは、積層体２と、
絶縁材３ａと、外部電極４と、よりなる。積層体２は、
一方の面もしくは両面に導電層２１を形成した圧電板２
０を下あるいは上に向けて５８層に積み重ね、さらに一
方の面に導電層２１を形成した圧電板２２を上下に１枚
重ねて一体化したものである。積層体２の上下互いに隣
なり合う圧電板２０は導電層２１を共有するものとな
る。なお、積み重ねられた最下部位置あるいは最上部位
置に配置される圧電板２２は、上下隣なり合う圧電板２
０の導電層２１を共有できるため、予め一方の面に導電
層２１が形成されていない。

【０００９】圧電板２０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン
酸鉛）を主成分とする直径が１６ｍｍ、厚さが０．５ｍ
ｍの円板状のものである。導電層２１は、圧電板２０の
一方の面もしくは両面にガラスフリットを含む銀ペース
トを全面印刷し、乾燥した後、圧電板２０を５８枚、圧
電板２２を２枚積み重ね、その状態で加熱圧着して形成
したものである。

【００１０】絶縁材３ａは、図１および図２に示される
ように、積層体２の円周部の１８０度離れて対向する積
層体２の側面位置で、かつ導電層２１を一層おきに覆う
ように形成される。この絶縁材３ａは、絶縁性の弾性エ
ポキシ樹脂ペーストよりなる弾性部材３０と、弾性部材
３０と導電層２１との間に形成された緩和層３１ａとよ
りなる。

【００１１】弾性部材３０および緩和層３１ａは、以下
に示すようにして形成される。まず、前記積層体２の側
面に露出する導電層２１を覆う対象位置に、応力緩和層
３１ａとしてシリコン系あるいはフッ素系などの離型剤
を、印刷あるいは刷毛塗りにより塗布し、乾燥させる。
その後、弾性部材３０として絶縁性の弾性エポキシ樹脂
ペーストを、前記離型剤材を覆うようにして印刷、ディ
スペンサーなどにより塗布し、乾燥させることによって
形成される。

【００１２】外部電極４は、エポキシ樹脂に銀粉末を注
入した導電性ペーストを用いて形成される。すなわち、
外部電極４を形成するには、図略の導電性ペーストを図
１および図２に示される積層体２の円周部１８０度離れ
て対向する側面位置で、かつ前記絶縁材３ａを覆うよう
にして塗布するとともに、前記塗布に連続して絶縁材３
ａが形成されていない他の導電層２１を一層おきに塗布
した後、乾燥、焼き付けることによって形成される。

【００１３】なお、積層体２は、その上端側及び下端側
に図略の鋼製シムが積層されるとともに、外周面を被覆
する図略の保護層が形成される。保護層は、前記外周面
に約０．５ｍｍの厚さの熱収縮チューブを被覆したもの
である。前記のように製造された圧電アクチュエータ１
をテストサンプルとし１０個を用い、以下に示す条件に
より作動試験を実施した。

【００１４】作動条件としては、荷重５ＫＮ，周波数１
００Ｈｚの矩形波駆動で概略３００〜−１５０Ｖの電圧
を印加し、変位量２０μｍとした。そして絶縁材３ａの
弾性部材３０にクラック（亀裂）の発生に伴うショート
が発生して圧電アクチュエータ１が作動停止するまで繰
り返し回数を確認し、図４に示した。実施例１の圧電ア
クチュエータ１Ａによれば、積層体２の側面に位置する
導電層２１を一層おきに覆う絶縁材３ａの弾性部材３０
は、導電層２１との間に応力緩和層３１ａをもつ。この
ため、 （１）絶縁材３ａの弾性部材３０は、圧電アクチュエー
タ１Ａの駆動時に、応力緩和層３１ａによって積層体２
からの応力が緩和されること、および積層体２の側面位
置でクラックが発生する起点となる導電層２１と直接、
接合せずに済むことなどによりクラックの発生を防止で
きる。

【００１５】従って、圧電アクチュエータ１Ａは、クラ
ックの影響でショートするまでの作動回数および駆動耐
久性を増すことができる。 （２）また、圧電アクチュエータ１Ａは、前記従来の圧
電アクチュエータのように駆動時に積層体２の変位の量
が低下する構成を備えないため、その駆動時に変位機能
を十分に発揮できる。 （３）絶縁材３の弾性部材３０は、応力緩和層３１ａに
よって、積層体２の側面に接合される領域が少なくなっ
た分、積層体２に対する拘束が少なくなり、圧電アクチ
ュエータ１Ａの所定の変位量を得るに必要な投入エネル
ギー量を約３％低減できる。

【００１６】（比較例）実施例１の圧電アクチュエータ
１Ａの効果を確認するため、図５に示されるように、比
較例の圧電アクチュエータ１を製造し、実施例の圧電ア
クチュエータ１Ａと同じように、矩形波駆動による同じ
条件で作動試験を実施した。なお、比較例の圧電アクチ
ュエータ１は、前記実施例１の離型剤により形成された
応力緩和層３１ａをもたず、弾性部材３０のみにより絶
縁材３を形成したこと以外は前記実施例と同じ構造とな
したものである。

【００１７】作動試験の結果、比較例の圧電アクチュエ
ータ１では１×１０⁷ 回でショートしなかった割合は、
０％であった。すなわち、比較例の場合には、導電層２
１を発生起点とするクラック（図５参照）が、少ない繰
り返し作動回数で外部電極４に到達した。これに対し本
実施例１の圧電アクチュエータ１Ａでは１×１０⁹ 回作
動してもショートしなかった割合は、６０％と高い値が
得られた。

【００１８】なお、前記実施例１では、応力緩和層とし
てシリコン系あるいはフッ素系などの離型剤を用いた場
合を説明したが、これに限定されるものではなく、前記
離型剤の他、ゴム、軟質エポキシ樹脂などの軟質絶縁材
料を用いることもできる。 （実施例２）本発明の圧電アクチュエータの実施例２を
図６に基づいて説明する。

【００１９】実施例２の圧電アクチュエータ１Ｂは、絶
縁材３ｂの応力緩和層３１ｂを空隙により形成したこと
以外は、前記実施例１の圧電アクチュエータと同様であ
る。なお、弾性部材３０および応力緩和層３１ｂを形成
するには、以下に示すようにして形成される。まず、前
記積層体２の外周部に露出する導電層２１を覆う対象位
置に、空隙よりなる応力緩和層３１ａを形成するための
手順として、パラフィンあるいは尿素樹脂を所定の厚さ
に塗布する。

【００２０】次いで、弾性部材３０としての絶縁性の弾
性エポキシ樹脂ペーストを、前記パラフィンあるいは尿
素樹脂を覆うようにして印刷又は、ディスペンサーなど
により塗布、乾燥させる。その後、シンナー等の溶剤の
中にアクチュエータを浸漬してパラフィンを溶かし、あ
るいは水、湯を注入して尿素樹脂を溶かすことによっ
て、弾性部材３０と導電層２１との間に空隙よりなる応
力緩和層３１ａが形成できる。

【００２１】実施例２の圧電アクチュエータ１Ｂは、そ
の応力緩和層３１ｂによって実施例１の圧電アクチュエ
ータ１Ａの応力緩和層３１ａの場合と同じように、１×
１０ ⁹ 回作動してもショートしなかった割合は、６０％
と高い値が得られた。

【００２２】

【発明の効果】本発明の圧電アクチュエータによれば、
積層体の側面に位置する導電層を一層おきに覆う絶縁材
は、導電層との間に応力緩和層をもつ。このため、 （１）絶縁材は、圧電アクチュエータの駆動時に、応力
緩和層によって積層体からの応力が緩和されること、お
よび積層体の側面位置でクラックが発生する起点となる
導電層と直接、接合せずに済むことなどにより、クラッ
クの発生を防止できる。

【００２３】従って、本発明の圧電アクチュエータは、
クラックの影響でショートするまでの作動回数および駆
動耐久性を増すことができる。 （２）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記従来
の圧電アクチュエータのように駆動時に積層体の変位の
量が低下する構成を備えないため、その駆動時に変位機
能を十分に発揮できる。 （３）絶縁材は、応力緩和層によって、積層体の側面に
接合される領域が少なくなった分、積層体に対する拘束
が少なくなり、圧電アクチュエータの所定の変位量を得
るに必要な投入エネルギー量を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における圧電アクチュエータ
の積層方向の長さの一部を短縮して要部を示す斜視図で
ある。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。

【図３】図２における一部を拡大して示す拡大断面図で
ある。

【図４】実施例１．２および比較例の圧電アクチュエー
タにおける耐久性能を示す図で、横軸に圧電アクチュエ
ータの繰り返し作動回数を示し、縦軸に圧電アクチュエ
ータがショートしなかった割合を示す。

【図５】比較例の圧電アクチュエータを示し、かつ図３
に対応する部分を示す拡大断面図である。

【図６】本発明の圧電アクチュエータの実施例２を示
し、かつ図３に対応する部分を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１Ａ．１Ｂ…圧電アクチュエータ ２…積層体 ２０…圧電板 ２１
…導電層 ３ａ．３ｂ…絶縁材 ３０…弾性部材 ３１
ａ．３１ｂ…緩和層 ４…外部電極 ２２…圧電板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方の面に導電層を形成した圧
   電板を複数枚積層して積層体を形成し、該積層体の側面
   に位置する前記導電層を絶縁材を用いて一層おきに覆
   い、前記絶縁材を覆って他の導電層に一層おきに導通す
   るように外部電極を形成してなる圧電アクチュエータに
   おいて、 前記絶縁材は、前記導電層との間に応力緩和層をもつこ
   とを特徴とする圧電アクチュエ−タ。