JPH0831632B2 - 積層型圧電体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、板状の圧電素子を金属板を介して多数積層
してなり、電圧を印加すると電圧値に応じて積層方向に
伸縮する積層型圧電体に関する。

（従来の技術） 従来の積層型圧電体は、例えば両面に電極が形成され
た円形薄板状の圧電板と、この圧電板と略円形であって
周縁に複数の突起を有する金属板とを備え、これらの圧
電板と金属板とが交互に積層されて積層体を形成してい
る（特開昭60-4279号）。

金属板の突起は、隣接する金属板の突起と異なる方向
を向き、１枚おいた隣の金属板の突起と互いに電気的に
接続され、第１の金属板の組に正電極が形成され、第２
の金属板の組に負電極が形成されている。１枚の圧電板
は、例えば直径15mm、板厚0.5mmの円形薄板状のもの
で、この圧電板が例えば50〜100枚積層されて前述した
積層体を形成し、この積層体に例えば500Vを印加する
と、0.1〜1msecの高速で応答し、一枚の圧電板につき１
μｍ程度伸縮する。

（発明が解決しようとする課題） しかし、従来の積層型圧電体によると、圧電板が金属
板に対し径方向に移動可能であるため、積層された圧電
板が横ズレを生じやすく、圧電板の横ズレにより金属板
どおしが直接対向すると電極としての金属板間で放電す
るおそれがあり、隙間の空気を通して絶縁破壊を起こす
ことがあった。

また組付時に圧電板群の上端と下端の間に回転力が加
わると、圧電体が捩れ圧電体の性能が低下しさらには破
壊するおそれがあった。金属板に接続されるリード線の
リード取出部でも横ズレを生じやすく、圧電体を保持体
に組付けるときリード線が捩り切れるおそれがあった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、圧電体の積層状態を維持し横ズレを防止する
と共に、リード線取出部での横ズレを防止し電圧印加時
の放電ないし破壊を防止するようにした積層型圧電体を
提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） そのために、本発明の特許請求範囲第１項に記載の積
層型圧電体は、圧電素子から成形された圧電板と金属板
とを交互に積層するとともに、前記金属板に電極が接続
されることにより形成される積層型圧電体と、前記積層
型圧電体を絶縁チューブを介して挿入する筒状の第１の
保持体と、前記第１の保持体の開口部に対し軸方向に摺
動自在に嵌合する第２の保持体と、前記第１の保持体と
前記第２の保持体とを連通することにより、前記第１の
保持体と前記第２の保持体の相互回転を防止する回止手
段とを備えたことを特徴とする構成を採用する。

本発明の特許請求範囲第２項に記載の積層型圧電体
は、特許請求の範囲第１項の構成において、前記第２の
保持体は有底筒状をなし、この有底部にリード線取出用
孔を開口し、前記金属板に電気的に接続されるリード線
を前記リード線取出用孔から取出し、取出されたリード
線をリード線押え手段により前記第２の保持体に固定し
たことを特徴とする。

本発明の特許請求範囲第３項に記載の積層型圧電体
は、特許請求の範囲第１項記載の積層型圧電装置におい
て、前記金属板には少なくとも２個の突起を有するとと
もに、前記金属板と前記圧電体とを交互に積層すると
き、一枚おきに位置する金属板同士が互いに電気的に接
続され、電気的に接続される第１の金属板の組に正電極
が接続され、第２の金属板の組に負電極が接続されるこ
とを特徴とする。

本発明の特許請求の範囲第４項記載の積層型圧電体
は、特許請求範囲第１項に記載の積層型圧電体におい
て、前記第１の保持体の開口部は他端側より径の大なる
大径円筒部をなし、この大径円筒部の外周に前記第２の
保持体が軸方向に摺動自在に嵌合しているとともに、前
記大径円筒部の内周には、外径が前記大径円筒部の内径
とほぼ同一であり、内径が前記第１の保持体の他端側の
内径とほぼ同一である第３の保持体が設けられているこ
とを特徴とする。

本発明の特許請求範囲第５項に記載の積層型圧電体
は、特許請求の範囲第４項に記載の積層型圧電体におい
て、前記回止手段は、前記第１の保持体、前記第２の保
持体および前記第３の保持体を相対的に回転するのを防
止することを特徴とする。

（作用） 本発明の積層型圧電体によれば、圧電板と金属板の積
層体が第１の保持体と第２の保持体の内部に収納されて
いるため、外部から外力が加わったとき圧電板の横ズレ
や捩りが生じるのが防止されるので、圧電体の性能低
下、破壊が防止される。また金属板に接続されるリード
線のリード取付部が第１の保持体または第２の保持体に
収納されるので、リード線取出部での圧電板の横ズレや
リード線の切断が防止される。リード線は第２の保持体
に固定されるので、第１および第２の保持体を他の支持
体等に組付ける時リード線の切断が防止される。

（実施例） 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図〜第３図および第５図〜第８図は、本発明の第
１の実施例を示している。ピエゾスタック（積層体）１
は、円形薄板状の圧電板31と同じく円形薄板状の金属板
（電極板）33を交互に積層したものである。

第５図（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、圧電素子を
円板状に成形して得られた圧電板31は、直径約15mm、板
厚約0.5mmであり、その両面には直径約13mm,板厚約３〜
15μｍの銀電極32が同心円状に形成される。第６図に示
されるように、金属板33は直径約13mm、厚さ約20μｍを
有し、外周縁には２個の突起34、35が形成される。突起
34、35は、金属板33の径方向外方を向き、互いに反対方
向に延びており、幅は約1mm,長さ約3mmである。

これらの圧電板31と金属板33とは交互に重合積層さ
れ、それぞれの金属板33の突起34、35は、第７図に示さ
れるように、隣接する金属板33の突起34、35と所定角度
偏れた方向に位置する。すなわち、金属板33の突起34、
35は、１枚おいた所に位置する金属板33の突起34、35と
同じ角度位置にあり、ピエゾスタック１を上方から見た
場合、突起34、35は円周方向に90°おきに並んでいる。
これらの突起34、35は、第８図に示されるように、軸方
向に折曲されて隣接する圧電板31および１枚おいた隣り
の圧電板31の周縁に約0.1mmの間隔をもって対向してい
る。この圧電板31と金属板33のピエゾスタック１は、軸
方向長さが約40mm、外径が約15mmである。なお、第８図
は、ピエゾスタック１の構造を理解しやすくするため、
各圧電板31間を離間させて示しているが、実際には圧電
板31と金属板33とは軸方向に密着している。

すなわち、突起34、35は１枚おいた隣りの金属板33の
突起34、35と干渉し、これらの突起34、35は、ピエゾス
タック１の両端面に軸方向に１〜10Kgの荷重をかけた状
態でスポット溶接される。圧電板31に形成された銀電極
32は金属板33に密着し、これらは電気的に導通し、また
１枚おきに位置する各金属板33の突起34、35どおしも互
いに電気的に接続される。ピエゾスタック１の軸方向に
並ぶ第１の組の突起34には、電源（図示せず）の正電極
に接続したリード線２の一端2aが溶接あるいはハンダ付
により取付けられ、この第１の組の突起34からピエゾス
タック１の軸心線まわりに所定角度偏れた位置にある第
２の組の突起34には、電源の負電極に接続されたリード
線４の一端4aが取付けられている。

第１図に示すように、ピエゾスタック１を案内する第
１の保持体５は、ピエゾスタック１の外径よりも僅かに
大きい内径を有する有底円筒状をしており、第１の保持
体５の小径円筒部5cに絶縁チューブ３に包まれたピエゾ
スタック１を収納している。第１の保持体５の内底面5a
にピエゾスタック１の端面1aが当接している。

第１の保持体５の有底部と反対側の開口側に形成され
る大径円筒部5bの外周に形成される環状溝5dに嵌め込ま
れるＯリング10を介して有底円筒状の第２の保持体12が
大径円筒部5bの外周面に対し軸方向に摺動自在に嵌合さ
れている。第２の保持体12の軸方向に貫通される第１の
リード線挿入口12aと図示しない第２のリード線挿入口
にそれぞれリード線２と４が挿入され、それぞれのリー
ド線２、４の他端2b、4bがリード線押え13により第２の
保持体12の外底面12bにビス15によりネジ止め固定され
ている。そして第１の保持体５と第２の保持体12は、ピ
ン穴5e、12cに嵌合される回り止めピン16により回り止
めされている。

第１の保持体５の大径円筒部5bの内部には第３図に示
す円筒状の第３の保持体７が収納され、第３の保持体７
の外径は大径円筒部5bの内径とほぼ同一であり、第３の
保持体７の内径は小径円筒部5cの内径とほぼ同一であ
る。第３の保持体７の外周の一部を切欠いて形成される
切欠部7aは、ピエゾスタック１から取出されるリード線
の２、４の取出のための挿通路である。つまり、切欠部
7aによりリード線２、４との干渉を防止してある。

第１の保持体５との小径円筒部5cの軸方向長さは、ピ
エゾスタック１の軸方向長さの２分の１以上になってい
る。これは、ピエゾスタック１の両端1a、1bを固定した
場合、ピエゾスタック中央部が振動の腹となり、この腹
部分での横ズレが最大となるため、ピエゾスタック中央
部を保持体５の小径円筒部5cに収納案内することによ
り、ピエゾスタック１の振動を低減し、圧電板の横ズレ
を減少させ、圧電板の破損に至る危険性を少なくするこ
とができるからである。

前述した第１の保持体５と第２の保持体12は、ピエゾ
スタック１を収納するパッケージ構造になっており、第
１の保持体５と第２の保持体12は、円筒状の支持体20に
収納され、保持体肩部12dが支持体内周壁段部20aに当接
している。第１の保持体５の大径円筒部5bの外壁肩部5f
に圧縮コイルスプリング22の一端22aが当接し、スプリ
ングの他端22bは支持体20の内周壁端部20bにネジ止めさ
れる環状バネ押え23に当接されている。環状バネ押え23
の内周開口部23aに第１の保持体５の小径円筒部5cが摺
動自在に挿入されている。

前述した構成によると、ピエゾスタック１の外周は第
１の保持体５と第２の保持体12により案内されるととも
に、回止ピン16により第１の保持体５と第２の保持体12
の相互回転が阻止され、かつＯリング10を介して第１の
保持体５と第２の保持体12の円筒軸方向の伸縮が可能に
なっている。

圧電板31と金属板33が交互に重ね合わされて構成され
るピエゾスタック１は絶縁チューブ３を介して第１の保
持体５および第２の保持体７に収納案内されているた
め、圧電体作動時にピエゾスタック１の横ズレ（芯ズ
レ）を生じるのが防止される。支持体20に外部から振動
が作用する時においても同様に第１の保持体５および第
２も保持体７にピエゾスタック１が収納されているた
め、ピエゾスタック１の横ズレが防止されるので、ピエ
ゾスタックに偏荷重が加わることにより破損する危険性
は少ない。

第１の保持体５と第２の保持体12は回止ピン16により
相互回転が防止されているから、ピエゾスタック１にね
じり力が作用することなく、ピエゾスタック１の金属板
33が破損したり絶縁チューブ３が破損する危険性も少な
くなる。

さらに、リード線２、４はリード押え13により第２の
保持体12にビス15で係止されているため、保持体５と保
持体12からなるパッケージ構造体を支持体20の内部に組
み込む場合、バネ押え23によりバネ22を押し込むと、第
１の保持体５または第２の保持体12が回転することがあ
るが、このときリード線２、４も同時に回転するので、
リード線２、４の一端2a、4aがピエゾスタック１との接
合部で剥れたりする心配はない。

リード線２、４は、一端2b、4bがビス15によりリード
線押え13で保持体12に係止されているため、リード線
２、４に引張力が作用したとき、リード線２、４の他端
2a、4aの接合部に直接引張力が作用することなく、リー
ド線の破損が防止される。

本実施例では、第１の保持体５および第２の保持体12
は、剛性を確保するため金属製が望ましい。第３の保持
体７は金属製であっても樹脂製であってもよいが、材料
はこれらに限られるものでない。

第２の実施例は、第３の保持体７に代えて第４図に示
す保持体25を用いる。この保持体25では、ピエゾスタッ
クから取出される２本のリード線に対応して２個の切欠
部25aと25bを所定の間隔をおいて設けている。これらの
切欠部25a、25bから２本のリード線が取出される。また
回止ピン16は、第１の保持体５および第２の保持体12と
は別体に設けたが、回止ピン16に代えて第２の保持体12
の内底面12eに突起を設け、この突起を第１の保持体５
のピン穴5eに嵌合する構造としてもよい。第１の保持体
５と第２の保持体12をビス止めし、保持体５、12間の相
互回転を防止してもよい。さらに他の実施例として、第
３の保持体７を省略し、第１の保持体５の小径円筒部5c
を開口部側に延長し、この延長小径円筒部に第２の保持
体12を嵌合するようにしてもよい。この場合は、大径円
筒部はなくなり、延長小径円筒部にリード線２、４を取
出す切欠部を設ける。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の積層型圧電体によれ
ば、圧電板と金属板の積層体の外周に絶縁チューブを被
覆し、これらを第１の保持体と第２の保持体の内部に収
納するパッケージ構造としたため、圧電板の横ズレを防
止し、圧電板に接続されるリード線取出部での横ズレを
防止することができるとともに、取出されたリード線を
第２の保持体に固定したためリード線取出部での横ズレ
が防止され、リード線の引張による切断や捩れによる切
断を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の積層型圧電体を表わす縦断面
図、第２図は第１図に示すII-II線部分断面図、第３図
は第３の保持体を示す斜視図、第４図は本発明の他の実
施例の第３の保持体を示す斜視図、第５図（Ａ）は圧電
板を示す平面図、第５図（Ｂ）はこの圧電板の側面図、
第６図は金属板を示す平面図、第７図はピエゾスタック
を示す平面図、第８図はこのピエゾスタックの部分側面
図である。 １……ピエゾスタック（積層体）、２、４……リード
線、３……絶縁チューブ、５……第１の保持体、７……
第３の保持体、12……第２の保持体、12a……リード線
取出用孔、13……リード線押え、15……ビス、16……回
止ピン、20……支持体、22……圧縮コイルスプリング、
23……バネ押え、31……圧電板、33……金属板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 章 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 谷川 昌義 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−150067（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−4279（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−187463（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−66567（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電素子から成形された圧電板と金属板と
   を交互に積層するとともに、前記金属板に電極が接続さ
   れることにより形成される積層型圧電体と、 前記積層型圧電体を絶縁チューブを介して挿入する筒状
   の第１の保持体と、 前記第１の保持体の開口部に対し軸方向に摺動自在に嵌
   合する第２の保持体と、 前記第１の保持体と前記第２の保持体とを連通すること
   により、前記第１の保持体と前記第２の保持体の相互回
   転を防止する回止手段とを備えたことを特徴とする積層
   型圧電装置。
2. 【請求項２】前記第２の保持体は有底筒状をなし、この
   有底部にリード線取出用孔を開口し、前記金属板に電気
   的に接続されるリード線を前記リード線取出用孔から取
   出し、取出されたリード線をリード線押え手段により前
   記第２の保持体に固定したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の積層型圧電装置。
3. 【請求項３】前記金属板には少なくとも２個の突起を有
   するとともに、前記金属板と前記圧電体とを交互に積層
   するとき、一枚おきに位置する金属板同士が互いに電気
   的に接続され、電気的に接続される第１の金属板の組に
   正電極が接続され、第２の金属板の組に負電極が接続さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の積層
   型圧電装置。
4. 【請求項４】前記第１の保持体の開口部は他端側より径
   の大なる大径円筒部をなし、この大径円筒部の外周に前
   記第２の保持体が軸方向に摺動自在に嵌合しているとと
   もに、前記大径円筒部の内周には、外径が前記大径円筒
   部の内径とほぼ同一であり、内径が前記第１の保持体の
   他端側の内径とほぼ同一である第３の保持体が設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の積
   層型圧電装置。
5. 【請求項５】前記回止手段は、前記第１の保持体、前記
   第２の保持体および前記第３の保持体を相対的に回転す
   るのを防止することを特徴とする特許請求の範囲第４項
   記載の積層型圧電装置。