JPH07245431A - 積層形圧電体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電素子の電極板と外部端子との間の接続の
信頼性が高く，また組み付け作業の容易な積層形圧電体
を提供すること。 【構成】 圧電素子１０と電極板１１，１２とを交互に
積層した積層形圧電体１である。１つ置きに同極性の電
極板１１，１２が配置されている。第１発明では，同極
性の電極板１１，１２を接続する導通部材２１，２２
は，電極板１１，１２の端子面１１２，１２２を両極側
から摺動可能に挟持する。第２発明では，端子面１１
２，１２２は隣接する同極性の端子面１１２，１２２ま
で延設され，互いにラップして面接触する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電素子を積層し正負の
端子を設けた圧電素子に関する。

【０００２】

【従来技術】圧電素子と電極板とを交互に積層した積層
形圧電体がある。そしてこのような積層形圧電体を利用
したものには，電圧を印加した場合の圧電素子の変位を
利用したアクチュエータや，圧電素子に加えられた圧力
によって生ずる電圧を検出する圧力センサなどがある。

【０００３】そして，同極性の電極板を並列に接続すれ
ば，アクチュエータとしての積層形圧電体は比較的低い
電圧により大きな操圧ストロークを得ることができ，セ
ンサとしての積層形圧電体からはより大きな出力電流を
得ることができる。このような積層形圧電体を用いたア
クチュエータには，エンジンのガソリン噴射用インジェ
クタなどがある。

【０００４】電極板を並列接続し外部端子と接続する方
法として，例えば同極性の各電極板を導電板等に溶接又
は半田付けし，該導電板を外部端子に接続する方法があ
る。また，積層形圧電体を弾性体で包囲して筒状体に圧
入し，積層形圧電体と弾性体の間に導電体を配置し，上
記弾性体の押圧力によって電極板の側面部と導電体とを
加圧接触させる方法が提案されている（特開昭５９−２
３１８８４号公報）。

【０００５】

【解決しようとする課題】しかしながら，積層形圧電体
において，電極板を並列接続する従来の方法には次のよ
うな問題点がある。電極板を溶接や半田付けによって導
電部材（導電板，ワイヤ等）に接続する第１の方法は，
圧電素子が伸縮するのに伴って電極板と導電部材との接
合部に応力が加わり耐久性や信頼性に問題がある。

【０００６】一方，積層形圧電体を弾性体で包囲しこれ
を筒状体に圧入する第２の方法は，構造が複雑であり，
部品点数が多く組立工数がかかるという問題がある。即
ち，弾性体と筒状体に加えて，圧電素子の側面に配置さ
れる導電体が部品として必要であり，これらを組み付け
る作業も簡単ではない。

【０００７】本発明は，かかる従来の問題点に鑑み，電
極板と外部端子との間の接続の信頼性が高く，また組み
付け作業が容易な積層形圧電体を提供しようとするもの
である。

【０００８】

【課題の解決手段】本願の第１発明は，圧電素子と電極
板とを交互に積層し，正負の外部端子を設けた積層形圧
電体であって，該積層形圧電体は，正の電極板と負の電
極板とを交互に配置すると共に，正の電極板間及び負の
電極板間を電気的に接続し，上記外部端子に接続する一
対の導通部材を有しており，また，上記電極板は，上記
圧電素子の主要面上に形成される極面と，上記圧電素子
の外側面に平行方向の端子面とを有しており，上記導通
部材は，上記電極板の端子面を両側から押圧し摺動可能
に挟持する挟持部を有していることを特徴とする積層形
圧電体にある。

【０００９】第１発明において最も注目すべきことは，
電極板が圧電素子の主要面上に形成される極面と，圧電
素子の外側面に平行方向の端子面とを有しており，導電
部材の挟持部が上記端子面を両側から押圧し摺動可能に
挟持することである。上記において，主要面とは電圧や
外力を印加する圧電素子の端面であり，外側面とは主要
面と直角方向の圧電素子の側面である。即ち，アクチュ
エータとして積層形圧電体を用いる場合には，主要面間
に電圧を印加して，外側面の上下長を変化させる。

【００１０】上記挟持部には，例えば，板状体を折り曲
げてその内側に電極板の端子面を挟持するものがあり，
更に該挟持板の折り曲げ状態を保持するために挟持板を
圧電素子の外側面に押圧する押圧部材を設ける等の方法
がある。金属などの弾力性ある板状体を折り曲げること
は極めて容易であるから，安価に挟持部を制作すること
ができる。また，この折り曲げ部の内側に端子面を挟持
することは，組み付け作業が極めて容易である。

【００１１】また，折り曲げ状態を保持するための上記
挟持板の押圧部材には，例えば，積層形圧電体（圧電素
子）の外側面を包囲したのち熱収縮を行なった熱収縮チ
ューブ等がある。熱収縮チューブで積層形圧電体の外側
面を被い，その後熱収縮させれば，熱収縮チューブを積
層形圧電体の外側面に簡単に密着させることができる。

【００１２】そして，上記熱収縮工程前に熱収縮チュー
ブと圧電素子の外側面との間に予め挟持部を配置してお
けば，熱収縮によって挟持部を折り曲げた状態に安定的
に保持することができる。そして，この工程は極めて簡
単な熱処理工程である。

【００１３】一方，本願の第２発明は，圧電素子と電極
板とを交互に積層し，正負の外部端子を設けた積層形圧
電体であって，正の電極板と負の電極板とは交互に配置
され，該電極板は，上記圧電素子の主要面上に形成され
る極面と，上記圧電素子の外側面に平行方向の端子面と
を有しており，また，同一極性の端子面は，それぞれ圧
電素子の外側面上のほぼ同一の位置に形成されていると
共に，隣接する同極性の端子面にラップするよう圧電素
子の積層方向に延設されており，また，上記端子面を圧
電素子の外側面に向けて押圧する加圧部材が配設さてい
ることを特徴とする積層形圧電体にある。

【００１４】第２発明において最も注目すべきことは，
同一極性を有する端子面は，圧電素子の外側面上のほぼ
同一の位置に形成されており，隣接する同極性の端子面
にラップするよう圧電素子の積層方向に延設されている
ことである。そして，上記端子面を圧電素子の外側面に
向けて押圧する加圧部材を配設したことである。

【００１５】上記加圧部材には，例えば，積層形圧電体
の外側面を包囲したのち熱収縮を行なった熱収縮チュー
ブ等がある。前記のように，熱収縮チューブで積層形圧
電体の外側面を被った後，熱収縮チューブを熱収縮させ
れば，積層形圧電体の外側面に簡単に密着させることが
できる。

【００１６】そして，この熱収縮によって，上記端子面
を圧電素子の外側面に押圧することができる。その結
果，互いにラップする同極性の端子面間を押圧し，その
電気的接続状態を安定的に保持することができる。ま
た，熱収縮チューブにおける上記熱収縮工程は極めて簡
単な熱処理工程であり，安価に実現することができる。

【００１７】なお，第１発明及び第２発明における電極
板の極面は，金属などの板状体によって形成することも
できるが，導電ペーストにより形成すると好適である。
導電ペーストを圧電素子の両側に塗布して圧電素子を積
層し，これを焼結すれば１工程で圧電素子を一体化する
ことができるから，積層数が多くても安価に積層形圧電
体を製造することができる。また，このとき，端子面を
形成した例えばＬ字形等の板部材を，板状の導電ペース
トに取付けておけば，端子面も同時に一体的に形成する
ことができる。

【００１８】

【作用及び効果】初めに第１発明の作用効果について述
べる。本発明においては，同一極性の電極板を接続する
導通部材は，その挟持部が電極板の端子面を両側から押
圧し摺動可能に挟持する。即ち，挟持部と端子面とは，
溶着や半田付けのように固着されておらず互いに摺動可
能である。従って，圧電素子が伸縮動作を繰り返して
も，電極板と導通部材との接触部に無理な力が加わら
ず，接続状態が悪化したり，また接触抵抗が変化したり
するようなことがない。

【００１９】また，挟持部は端子面を両側から挟持し，
両面から接触するから，片面接触に比べて接触の信頼性
が極めて高い。そして，上記挟持部は，折り曲げた板状
体を押圧部材により押圧する方法やスプリングアクショ
ンを有するバネ部材により挟持する方法などにより実現
可能であり，組み付け作業は容易である。そして，導通
部材はリード線などを介して外部端子に接続される。上
記のように，第１発明によれば，電極板と外部端子との
間の接続の信頼性が高く，また組み付け作業が容易な積
層形圧電体を提供することができる。

【００２０】次に，第２発明の作用効果について述べ
る。本発明においては，隣接する同一極性の端子面が互
いにラップするように形成されている。そして互いにラ
ップする端子面は，加圧部材により圧電素子の外側面に
向かって押圧されているから，同一極性の端子面は電気
的に導通状態にある。そして，両端部の端子面などをリ
ード線などによって外部端子に接続することができる。

【００２１】また，上記端子面は，圧電素子の積層方向
に延設されて互いにラップし接触しているから，両端子
面は固着されておらず摺動することができる。従って，
圧電素子が伸縮運動を繰り返しても，接触部に無理な応
力が加わらず，電気的な接続状態が変化するようなこと
がなく，極めて信頼性が高い。

【００２２】また，電極板間は端子面によって直接接続
されるから，電極板間を接続するために導通部材などの
別部材が不要であり，部品点数が少ない。また，圧電素
子と電極板とを積層し一体化した後，加圧部材によって
端子面を圧電素子の外側面に向けて押圧して電極板間を
接続し，複雑な組み付け作業は不要である。

【００２３】そして，前記のように，加圧部材による端
子面の押圧は，熱収縮チューブなどを用いて容易に実現
可能である。上記のように，第２発明によれば，電極板
と外部端子との間の接続の信頼性が高く，また組み付け
作業が容易な積層形圧電体を提供することができる。

【００２４】

【実施例】

実施例１ 第１発明の実施例にかかる積層形圧電体につき，図１〜
図３を用いて説明する。本例は，図１に示すように，圧
電素子１０と電極板１１，１２とを交互に積層し，正負
の外部端子３５１，３５２を設けた積層形圧電体１であ
る。積層形圧電体１は，正の電極板１１と負の電極板１
２とを交互に配置すると共に，正の電極板１１間及び負
の電極板１２間を電気的に接続し，上記外部端子３５
１，３５２に接続する一対の導通部材２１，２２を有し
ている。

【００２５】また，電極板１１，１２は，圧電素子１０
の主要面１０１，１０２上に形成される極面１１１，１
２１と，圧電素子１０の外側面１０３に平行方向の端子
面１１２，１２２とを有している。そして，導通部材２
１，２２は，図３に示すように，電極板１１，１２の端
子面１１２，１２２を両側から押圧し摺動可能に挟持す
る挟持部２１１，２２１を有する。

【００２６】また，図１に示すように，同一極性を有す
る電極板１１，１２の端子面１１２，１２２は，それぞ
れ圧電素子１０の外側面１０３上のほぼ同一の位置に形
成されている。そして導通部材２１，２２は，長尺の金
属の板状体を折り曲げてその内側に端子面１１２，１２
２を挟持する挟持部２１１，２２１と，挟持部２１１，
２２１を圧電素子１０の外側面１０３に押圧し折り曲げ
た状態を保持する押圧部材３１を有している。 押圧部
材３１は，積層形圧電体１の外側面を包囲したのち熱収
縮させた熱収縮チューブである。

【００２７】本例の積層形圧電体１は，図２に示すよう
に，高速バルブ８０に装着され，バルブを開閉するアク
チュエータである。即ち，図１に示す外部端子３５１，
３５２を介して圧電素子１０に数百ボルトの直流電圧を
印加し，積層形圧電体１（圧電素子１０）を伸縮させて
油路８１，８２間を開閉する。

【００２８】積層形圧電体１に電圧を加えない場合は，
図２（ａ）に示すように，積層形圧電体１は縮小してお
り，油路８１，８２を連結する弁室８３の内壁８３１に
弁体８４を密着させ，通路を遮断する。積層形圧電体１
に電圧を印加すると，同図（ｂ）に示すように，積層形
圧電体１は伸長し，弁体８４を弁室８３の内壁８３１か
ら引き離し，通路を導通させる。

【００２９】同図において，符号８５１，８５２は弁体
８４及び積層形圧電体１を付勢するコイルスプリングと
板バネであり，符号８６は弁体８４を駆動するプランジ
ャ，符号８７は，プランジャ８６を駆動する作動油を充
填した圧力室である。また，符号８８は上記作動油を流
入させる流入口に設けた逆止弁である。そして，符号８
９１，８９２は，積層形圧電体１に加わる荷重を各圧電
素子１０に均一に分散させるためのダミー体であり，平
面度と面粗さの良好な金属板やセラミック板により形成
されている。

【００３０】積層形圧電体１は，図１に示すように，圧
電素子１０と電極板１１，１２を交互に積層したもので
ある。正の電極板１１と負の電極板１２とは，交互に配
置されており，導通部材２１，２２は１つ置きに配置さ
れた同極性の電極板１１又は電極板１２をそれぞれ並列
に接続する。

【００３１】導通部材２１，２２は，端部において外部
端子３５１，３５２に抵抗溶接されており，外部端子３
５１，３５２はリード線３６１，３６２を介して図示し
ない駆動電源に接続されている。外部端子３５１，３５
２は，導電部材２１，２２に対する板状の抵抗溶接部
と，リード線３６１，３６２に対するリング状のかしめ
部とからなる。

【００３２】そして，導電部材２１，２２は，電極板１
１，１２を介して各圧電素子１０の主要面１０１，１０
２の間に駆動電圧を印加する。導通部材２１，２２は金
属板（例えば板厚約５０μｍのＳＵＳ板）を２つ折りに
したものであり，２つ折りした内側に端子面１１２，１
２２を挟持する。

【００３３】一方，電極板１１，１２は金属板（例えば
板厚が約２０μｍのＳＵＳ板）により形成されており，
端子面１１２，１２２は，図３に示すように，Ｌ字形の
形状を有している。そして，端子面１１２，１２２の突
部１１３，１２３を導通部材２１，２２が挟持する。

【００３４】圧電素子１０は，ＰＺＴ等の圧電特性を有
する板状体（板厚０．１〜２．０ｍｍ）であり，形状
は，円形の他に方形，ドーナツ形などその用途等に応じ
て各種のものが用いられる。圧電素子１０の上下の主要
面１０１，１０２には導電性を良好にするため，銀ペー
ストなどの導電ペーストを塗布することが好ましい。

【００３５】積層形圧電体１の外側面は，導通部材２
１，２２の押圧部材３１を兼ねる熱収縮チューブによっ
て被われている。また，熱収縮チューブは積層形圧電体
１を外力から保護すると共に外界から電気的に絶縁す
る。

【００３６】熱収縮チューブは熱収縮により積層形圧電
体１の外側面に密着，包囲し，導通部材２１，２２の２
つ折り状態を安定的に保持することができる。積層形圧
電体１は，複数（ｎ個）の圧電素子１０を積層すること
により，伸縮ストロークを圧電素子の複数倍（ｎ倍）に
することができる。また，圧電素子１０を並列接続して
いるから，電圧値は圧電素子１０の枚数に無関係に低く
押さえることができ，電気的な絶縁を容易にすることが
できる。

【００３７】次に本例の積層形圧電体１の作用効果につ
いて述べる。本例では，板状体を２つ折りにした導通部
材２１，２２の挟持部２１１，２２１が，端子面１１
２，１２２を挟持し，両者が互いに面接触することによ
り電気的に導通する。即ち，端子面１１２，１２２は，
導通部材２１，２２に固着されておらず自在に摺動する
ことができる。

【００３８】従って，圧電素子１０が伸縮しても，端子
面１１２，１２２は導通部材２１，２２に対して摺動す
るだけであり，端子面１１２，１２２と導通部材２１，
２２の間には無理な応力が働かない。その結果，両者の
接触状態は長期に渡って良好に維持され，接触の信頼性
が高い。

【００３９】また，端子面１１２，１２２と導通部材２
１，２２とは面接触であり，かつ両面接触であるから接
触抵抗が低い。また印加される電圧は数百ボルトと高い
から，仮に両者の接触面に絶縁性の酸化膜などが形成さ
れてもその絶縁を破壊し導通を維持することができる。
また，圧電素子１０の伸縮によって接触面を摺動するこ
とにより酸化膜を除去し，常に地金を表出させる効果も
ある。

【００４０】そして，端子面１１２，１２２は導通部材
２１，２２に挟持されるだけだから両部材の組み付けは
極めて容易である（従来の半田付けや溶着に比べると大
幅に工数が低減する）。また熱収縮チューブで積層形圧
電体１を粗に被い，その後熱収縮させることにより積層
形圧電体１を密に被うが，この熱処理工程も複雑さや精
緻さを要求しない単純な処理工程である。上記のよう
に，本例によれば電極板と導通部材（外部端子）との間
の接続の信頼性が高く，また組み付け作業が容易な積層
形圧電体を提供することができる。

【００４１】実施例２ 本例は，図４に示すように，実施例１において端子面１
３２を逆Ｔ字形として両側に突部１３３を形成し，導通
部材２３は両側の突部１３３を挟持するようにしたもう
１つの実施例である。電極板１３の端子面１３２は，逆
Ｔ字形の形状を有しており，図１に示す圧電素子１０の
外側面１０３に沿って左右反対方向に突出した突部１３
３を有している。一方，導通部材２３は，板状体の左右
両側を折り曲げて一対の挟持部２３１を設けてある。そ
して，左右の挟持部２３１の内側に上記突部１３３を挟
持する。その他については，実施例１と同様である。

【００４２】実施例３ 本例は，第２発明の実施例にかかる積層形圧電体であ
り，同様に前記高速バルブ８０のアクチュエータとして
用いられるものである。本例は，図５に示すように，圧
電素子１０と電極板１４，１５とを交互に積層し，正負
の外部端子（図示せず）を設けた積層形圧電体１であ
る。

【００４３】正の電極板１４と負の電極板１５とは交互
に配置され，電極板１４，１５は圧電素子１０の主要面
１０１，１０２上に形成される極面１４１，１５１と，
圧電素子１０の外側面１０３に平行方向の端子面１４
２，１５２とを有している。そして，同一極性の端子面
１４２，１５２は，それぞれ圧電素子１０の外側面１０
３上のほぼ同一の位置に形成されていると共に，隣接す
る同極性の端子面１４２，１５２にラップするよう圧電
素子の積層方向に延設されている。

【００４４】また，端子面１４２，１５２を圧電素子１
０の外側面１０３に向けて押圧する図示しない加圧部材
が配設されている。上記加圧部材は，積層形圧電体１の
外側面を包囲したのち熱収縮させた熱収縮チューブ（図
１，符号３１参照）である。

【００４５】電極板１４，１５の端子面１４２，１５２
は，隣接する同極性の電極板１４，１５（１つ置きの電
極板）の端子面１４２，１５２にラップするよう圧電素
子１０の積層方向（下方）に延設されている。そして，
加圧部材である熱収縮チューブが端子面１４２，１５２
を圧電素子１０の外側面１０３の方向に押圧し，互いに
ラップした端子面１４２，１５２はこの押圧力によって
互いに面接触する。

【００４６】また，端部に位置する端子面１４２，１５
３は，図示しない外部端子に接続されている。そして，
圧電素子１０が伸縮すれば，ラップした端子面１４２，
１５２は接触面に沿って互いに摺動する。本例の電極板
１４，１５は端子面１４２，１５２をラップさせること
により相互の電気的に導通させるが，ラップした接触面
は摺動可能であるから，圧電素子１０の伸縮しても接触
面に無理な力が加わることもない。

【００４７】また，実施例１，実施例２における導通部
材２１，２２が不要であるから部品点数がより少なくて
済むと共に，導通部材を組み付ける工数も不要となる。
しかしながら，実施例１，実施例２とは異なり接触面は
片面である。その他については，実施例１と同様であ
る。

【００４８】なお，本例では端子面１４２，１５２を下
方に向けて延設したが，上方に向けて延設し，互いにラ
ップするように構成してもよい。また，実施例１〜実施
例３の電極板は，極面と端子面とを一体の板状体によっ
て形成したが，極面を導電ペーストにより形成し，端子
面部分を金属の板状体によって構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の積層形圧電体の要部に関する分解斜
視図。

【図２】高速バルブに装着した実施例１の積層形圧電体
の断面図（作動前（ａ），作動後（ｂ））。

【図３】実施例１の積層形圧電体の電極板と導通部材と
の係合状態の拡大図。

【図４】実施例２の積層形圧電体の電極板と導通部材と
の係合状態の拡大図。

【図５】実施例３の積層形圧電体の圧電素子と電極板と
の積層状態の模式図。

【符号の説明】

１．．．積層形圧電体， １０．．．圧電素子， １１，１２．．．電極板， １１２，１２２．．．端子面， ２１，２２．．．導通部材，

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子と電極板とを交互に積層し，正
   負の外部端子を設けた積層形圧電体であって，該積層形
   圧電体は，正の電極板と負の電極板とを交互に配置する
   と共に，正の電極板間及び負の電極板間を電気的に接続
   し，上記外部端子に接続する一対の導通部材を有してお
   り，また，上記電極板は，上記圧電素子の主要面上に形
   成される極面と，上記圧電素子の外側面に平行方向の端
   子面とを有しており，上記導通部材は，上記電極板の端
   子面を両側から押圧し摺動可能に挟持する挟持部を有し
   ていることを特徴とする積層形圧電体。
2. 【請求項２】 請求項１において，同一極性を有する電
   極板の端子面は，それぞれ圧電素子の外側面上のほぼ同
   一の位置に形成されており，上記導通部材は，板状体を
   折り曲げてその内側に端子面を挟持する挟持部と，該挟
   持部を圧電素子の外側面に押圧し挟持部の折り曲げ状態
   を保持する押圧部材とを有していることを特徴とする積
   層形圧電体。
3. 【請求項３】 請求項２において，上記押圧部部材は，
   積層圧電体の外側面を包囲したのち熱収縮させた熱収縮
   チューブであることを特徴とする積層形圧電体。
4. 【請求項４】 圧電素子と電極板とを交互に積層し，正
   負の外部端子を設けた積層形圧電体であって，正の電極
   板と負の電極板とは交互に配置され，該電極板は，上記
   圧電素子の主要面上に形成される極面と，上記圧電素子
   の外側面に平行方向の端子面とを有しており，また，同
   一極性の端子面は，それぞれ圧電素子の外側面上のほぼ
   同一の位置に形成されていると共に，隣接する同極性の
   端子面にラップするよう圧電素子の積層方向に延設され
   ており，また，上記端子面を圧電素子の外側面に向けて
   押圧する加圧部材が配設さていることを特徴とする積層
   形圧電体。
5. 【請求項５】 請求項４において，上記加圧部材は，積
   層圧電体の外側面を包囲したのち熱収縮させた熱収縮チ
   ューブであることを特徴とする積層形圧電体。
6. 【請求項６】 請求項１〜請求項４又は請求項５におい
   て，上記電極板の極面は，導電ペーストにより形成され
   ていることを特徴とする積層形圧電体。