JPH0749819Y2

JPH0749819Y2 - 積層型圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH0749819Y2
Application number: JP1989144181U
Authority: JP
Inventors: 浩二川本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1989-12-15
Publication date: 1995-11-13
Anticipated expiration: 2004-12-15
Also published as: JPH0383963U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は積層型圧電アクチュエータに関し、特に、圧電
素子が変形した時に、圧電素子に電圧を印加する金属電
極の外部における接続部が破損しない積層型圧電アクチ
ュエータに関する。

〔従来の技術〕

積層コンデンサ構造をとる圧電素子は低電圧で大きな歪
みを発生する優れたアクチュエータである。このため、
微細加工を行う半導体等の各種電子部品の製造装置や、
微小な位置決めを必要とする光学装置等にこの圧電アク
チュエータが用いられている。また、このような圧電素
子と電極板とを交互に積層し、各層の上下に位置する電
極をそれぞれ異なった電圧源に接続して、発生させる歪
量を大きくした積層型圧電アクチュエータも実用化され
ており、近年ではドットプリンタ用ヘッド等の制御部品
にもこの積層型圧電アクチュエータが使用されるように
なってきている。

ところで、第９図に示すような圧電板７と金属電極８と
を交互に積層するタイプの積層型圧電アクチュエータ90
においては、一般に金属電極８の外部取出部（突起）81
をアクチュエータ90の外部において両側で１個ずつのリ
ード板９で接続し、このリード板９を介して各金属電極
８に電圧を印加するようにしていた。

ところが、この従来構造の積層型圧電アクチュエータ90
では、両側各１個ずつのリード板９で全ての金属電極８
を突起81を接続しているため、圧電板７と金属電極８と
を多数積層して電圧を印加した時に、アクチュエータ90
の変位量が大きくなり、リード板９と金属電極８の突起
81の接続部82における応力が大きくなって接続部82が破
損する恐れがあった。

そこで、第11図に示すように、２つの電極部83,84とこ
れらを接続する外部電極85からなる連接型電極板80を用
い、この連接型電極板80を第10図に示すように圧電板70
と圧電板70との間に挟み込んで積層型圧電アクチュエー
タ100を形成すること提案されている（特開昭63−55985
号公報参照）。この提案の積層型圧電アクチュエータ10
0では、リード板がなく、外部取り出し部分はそれぞれ
が独立しており、電圧印加時の圧電板70の変形は各連接
型電極板80の外部電極85が受け持つので、前述のような
金属電極とリード板との接続部の破損がない。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところが、特開昭63−55985号公報に示された構造の積
層型圧電アクチュエータ100では、圧電板70と圧電板70
との間に２組の連接型電極板の各電極部が２枚挿入され
るので、積層すると従来の積層型圧電アクチュエータに
比べて積層長が長くなるという問題がある。そして、従
来と同じ長さにしようとすると、圧電板の積層枚数を減
らさざるを得ず、このようにすると変位量が小さくなる
という問題がある。

本考案は前記従来の連接型の電極板を使用する積層型圧
電アクチュエータにおける課題を解消し、連接型電極板
を使用しながら積層時に積層長が従来品と変わらず、し
かもリード板を無くせることにより積層型圧電アクチュ
エータへの電圧印加部に破損の生じる恐れのない積層型
圧電アクチュエータを提供するとを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成する本考案の積層型圧電アクチュエータ
は、少なくとも片面に印刷電極を備え、電圧を印加する
ことにより電圧印加方向に伸縮する圧電板と、圧電板の
底面形状を２つに分割した形状の２つの電極部を両端に
備え、２つの電極部は分割辺を同じ側にしてその間を外
部電極部で接続した形状の、薄板金属からなる複数個の
第１の連接型電極板と、一方の電極部が圧電板の底面形
状に等しく、他方の電極部が第１の連接型電極板の一方
の電極部の形状に等しく、２つの電極部の間を外部電極
部で接続した形状の、薄板金属からなる４個の第２の連
接型電極板とを組み合わせて積層することにより構成さ
れる積層型圧電アクチュエータであって、第１の連接型
電極板は印刷電極間に印加する第１の電圧用の組と、第
２の電圧用の組の２組に分け、各組の外部電極部は１個
置きに反対側に折り曲げて２つの電極部を平行にすると
共に、隣接する連接型電極板の電極部同士を圧電板の底
面形状と同じになるように並べ、その両端部にのみ第２
の連接型電極板を配置して、第１の電圧用及び第２の電
圧用の平行電極を形成し、各平行電極の各電極部を互い
違いに対向させた状態で、各電極部間に圧電板を挿入し
てスタックを構成したことを特徴としている。

〔作用〕

本考案の積層型圧電アクチュエータによれば、連接型の
電極板の外部電極によって繋がれた２枚の電極部の面積
が両方合わせて圧電板の底面積に等しくなるように構成
されているので、２組の連接型の電極板の４つの電極部
のうち、合わせて圧電板の底面積と同じになるもの同士
を組み合わせて圧電板の間に挿入すれば、積層時に圧電
体スタックの高さが従来と変わらなくなる。

〔実施例〕

以下添付図面を用いて本考案の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は積層型圧電アクチュエータ10の一実施例の外観
を示す斜視図であり、第２図は第１図の積層型圧電アク
チュエータ10の製造過程を示す組立斜視図である。この
実施例の積層型圧電アクチュエータ10は上下に設けられ
たシム３の間に、圧電板１で金属電極2,4を挟んで構成
されているが、その個々の形状について第３図から第６
図を用いて説明する。

第３図は第１図の積層型圧電アクチュエータ10の使用す
る圧電板１の平面図である。この実施例における圧電板
１は、例えば、直径ｄ＝15mm、直線部の幅ｗ＝13mm、厚
さｔ＝0.5mmの寸法を備えており、PZT等の圧電セラミッ
クス素子により構成されている。そして、圧電板１の金
属電極との積層面には、金属電極との接触を良くするた
めに、第２図に示すように予めPt等の良導体のペースト
を用いた印刷電極５が全面に印刷されている。

第４図は第１図に示した積層型圧電アクチュエータ10の
上下に設けられるシム３に最も近い位置に積層される連
接形状の金属電極４を展開して示す平面図である。この
金属電極４は積層型圧電アクチュエータ10に電圧を印加
する電極の終端部に位置させるので、合計４個必要であ
り、その一方の電極部41は圧電板１と同じ形状をしてお
り、他方の電極部42はこの実施例では圧電板１を２等分
した形状となっている。そして、電極部41と電極部42と
は外部電極部43によって繋がれている。

第５図は第４図に示した金属電極４以外にこの実施例で
使用する連接型の金属電極２を展開して示す平面図であ
る。この金属電極２には２つの電極部21があり、これら
は圧電板１を２等分した形状となっている。そして、電
極部21と電極部21とは外部電極部22によって繋がれてい
る。

なお、以上説明した金属電極2,4の厚さはこの実施例で
は0.03mm程度である。また、金属電極2,4の外部電極部2
2,43の長さは、金属電極2,4を積層する圧電板１の間の
距離に比べて十分に長いものとする。

以上のような構成の金属電極2,4は、第２図に示すよう
に電極部21同士、あるいは電極部41と42とが平行に対向
するように折り曲げ、４個の金属電極４の電極部41は第
１図に符号A,B,C,Dで示すシム３に近い位置に積層し、
残りの金属電極２は第２図に示すように、異なる金属電
極２の電極部21同士を隣接させ、電極部21を両方合わせ
た形状が丁度圧電板１の底面形状と同じになるようにし
て、圧電板１と圧電板１との隙間１個おきに積層する。

なお、以上の構成において、隣接された電極部同士は圧
電板１に印刷された印刷電極５を介して導通するので、
隣接させた電極部同士は特に接合する必要はない。ま
た、隣接させた金属電極２の電極部21同士が積層時に離
れて位置ずれを起こさないように、金属電極２の電極部
21には第６図に示すように係止突起23と係止凹部24とを
所定箇所に設けても良い。

以上のようにして積層された積層型電圧アクチュエータ
10（第１図）を動作させる時は、ある金属電極の外部電
極部（例えば外部電極部43）にリード線６を取り付け、
このリード線６を電源に接続する。すると、積層型圧電
アクチュエータ10に電圧を印加した時に、各圧電板１が
第７図の状態から第８図の状態に膨張するが、この実施
例では金属電極2,4の電極部22,43が十分な長さを持つの
で、各電極部22,43は引っ張られるだけでこの部分に破
損を招くような応力は発生しない。

因みに、第９図に示した従来の積層型圧電アクチュエー
タ90に電圧を印加して駆動したところ、リード板９の板
厚が0.03mmの時には10⁷回でリード板９の中央部に亀裂
が発生した。そして、リード板９の板厚を0.05mmにした
時には10⁷回でリード板９の取出部に亀裂が発生した。
しかしながら、第１図のように構成した実施例の積層型
圧電アクチュエータ10では、10⁸駆動させても異常は検
出できなかった。

更に、シム３の厚さを1mm、圧電板１の厚さを0.5mm、金
属電極の板厚を0.03mmとした時に、第１図の実施例では
圧電板１を100枚積層した状態の積層型圧電アクチュエ
ータ10の全長が55.03mmとなる。ところが、この同じ全
長で、特開昭63−55985号公報の積層型圧電アクチュエ
ータでは、圧電板１の枚数が95枚にしかならず、電圧を
印加した状態では、特開昭63−55985号公報の積層型圧
電アクチュエータは変位量が第１図の実施例の積層型圧
電アクチュエータ10に比べて５％劣った。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案の積層型圧電アクチュエー
タによれば、積層長が従来品と変わらず、しかもリード
板を無くせることにより積層型圧電アクチュエータへの
電圧印加部に破損の生じる恐れがなく、信頼性が向上す
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の積層型圧電アクチュエータの一実施例
の外観を示す斜視図、第２図は第１図の積層型圧電アク
チュエータの製造過程を示す組立斜視図、第３図は第１
図の積層型圧電アクチュエータに使用する圧電板の平面
図、第４図は第１図に示した積層型圧電アクチュエータ
の上下に設けられるシム３に最も近い位置に積層される
連接形状の金属電極を展開して示す平面図、第５図は第
４図に示した金属電極以外に第１図で使用する連接型の
金属電極を展開して示す平面図、第６図は第５図の金属
電極の変形実施例の平面図、第７図は第１図の積層型圧
電アクチュエータの電圧印加前の一部分の側面図、第８
図は第１図の積層型圧電アクチュエータの電圧印加時の
第７図と同部分の側面図、第９図は従来のリード板を使
用する積層型圧電アクチュエータの側面図、第10図は従
来の連接型金属電極を使用する積層型圧電アクチュエー
タの側面図、第11図は従来の連接型金属電極の構成を示
す斜視図である。１……圧電板、２……金属電極、３……シム、４……金
属電極、５……印刷電極、10……本考案の積層型圧電ア
クチュエータ、21……電極部、22……外部電極部、23…
係止突起、24……係止凹部、41……電極部、42……電極
部、43……外部電極部。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】少なくとも片面に印刷電極（５）を備え、
電圧を印加することにより電圧印加方向に伸縮する圧電
板（１）と、前記圧電板（１）の底面形状を２つに分割した形状の２
つの電極部（21）を両端に備え、２つの電極部（21）は
分割辺を同じ側にしてその間を外部電極部（22）で接続
した形状の、薄板金属からなる複数個の第１の連接型電
極板（２）と、一方の電極部（41）が圧電板（１）の底面形状に等し
く、他方の電極部（42）が第１の連接型電極板（２）の
一方の電極部（21）の形状に等しく、２つの電極部（4
1,42）の間を外部電極部（43）で接続した形状の、薄板
金属からなる４個の第２の連接型電極板（４）と、を組
み合わせて積層することにより構成される積層型圧電ア
クチュエータであって、前記第１の連接型電極板（２）は前記印刷電極（５）間
に印加する第１の電圧用の組と、第２の電圧用の組の２
組に分け、各組の外部電極部（22）は１個置きに反対側
に折り曲げて２つの電極部（21）を平行にすると共に、
隣接する連接型電極板（２）の電極部（21）同士を圧電
板（１）の底面形状と同じになるように並べ、その両端
部にのみ前記第２の連接型電極板（４）を配置して、第
１の電圧用及び第２の電圧用の平行電極を形成し、各平
行電極の各電極部を互い違いに対向させた状態で、各電
極部間に圧電板（１）を挿入してスタックを構成したこ
とを特徴とする積層型圧電アクチュエータ。