JPH09148642A - 圧電アクチュエータ及びその歪みゲージ接着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小クラックによって電極分断や放電が生
じ、圧電バイモルフの駆動が阻害され、かつ歪みゲージ
接着工程が複雑で、そのマスキング剥離工程で圧電バイ
モルフに応力が加わっていた。 【解決手段】 二枚の圧電セラミクス３，３間に中間電
極４を挟んで重合すると共に、その両面に表面電極５，
５を積層して圧電バイモルフ２を形成し、その表面電極
５，５上に、少なくともその駆動変位部分５ａを覆うよ
うに、導電性テープ１２を固着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオディスクプ
レーヤのピックアップ装置におけるトラッキング制御機
構等に用いられる圧電アクチュエータに係り、特に圧電
バイモルフを利用した圧電アクチュエータ及びその歪み
ゲージ接着方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ビデオディスクプレーヤのピ
ックアップ装置におけるトラッキング制御機構や、テー
プレコーダのバイモルフヘッド装置等には、圧電バイモ
ルフを利用した圧電アクチュエータが採用されている。

【０００３】図６に示すように、圧電バイモルフ２は、
二枚の圧電セラミクス３，３の間に導電体からなる中間
電極４を挟むようにして貼り合わせたものであり、その
両表面には、導電層からなる表面電極５，５が形成され
ている。

【０００４】図７は、ビデオディスクプレーヤの回転ド
ラム上に支持固定された圧電アクチュエータを示す斜視
図である。図７において、圧電アクチュエータ１の圧電
バイモルフ２の固定端である基端部２ｂは、導電ホルダ
６の上端固定部６ａと下端固定部６ｂとにより挟持され
ている。これら上端固定部６ａと下端固定部６ｂは、導
電材料によって形成されており、圧電バイモルフ２の表
面電極５，５と導通されている。この導電ホルダ６は、
下端固定部６ｂと回転ドラムとの間に絶縁板を挟んで、
回転ドラム上に支持固定される。一方、圧電バイモルフ
２の自由端２ａには、ヘッドホルダ７ｈによってビデオ
ヘッド７が支持されている。

【０００５】また、図８及び図９に示すように、圧電バ
イモルフ２の移動量を検出するために、その両面の表面
電極５，５上に歪みゲージ８，８を貼り付ける場合があ
る。この場合、圧電バイモルフ２が図９のように曲がる
と、圧電バイモルフ２の表側が伸び、裏側が縮むことに
なる。そのため、両電極５，５上に接着された歪みゲー
ジ８，８の抵抗値は、圧電バイモルフ２の表側が静止時
に対して増加し、その裏側が静止時に対して減少する。
したがって、両ゲージ８，８の抵抗値の差を検出するこ
とにより、圧電バイモルフ２の駆動量を観測することが
できる。

【０００６】歪みゲージ８，８は圧電バイモルフ２の両
面に貼られているので、それ自体の温度変化による抵抗
変化を無視することができる。すなわち、温度が変化す
ると、歪みゲージ８の抵抗値が変化するが、各々の抵抗
変化量がほぼ同じであるため、両ゲージ８，８の抵抗差
は温度変化によっても変化することはない。

【０００７】このような圧電アクチュエータ１では、図
７乃至図９に示すように、圧電バイモルフ２の中間電極
４、及び表面電極５，５に、導電ホルダ６の上端固定部
６ａと下端固定部６ｂとを介して接続されたバイモルフ
駆動回路と、上記歪みゲージ８，８に接続された湾曲変
位量検出回路部と、ビデオヘッド７に接続された録画・
再生信号増幅用のヘッドアンプ回路とが、図示しないプ
リント基板上にマウントされており、このプリント基板
は回転ドラム上に取り付けられている。ここで、バイモ
ルフ駆動回路部及び変位量検出回路部はビデオディスク
プレーヤの固定回転部等に電気的に接続されており、ま
たヘッドアンプ回路部はロータリトランスを介して固定
回路部等に電気的に接続されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の圧電
アクチュエータ１にあっては、通常、圧電バイモルフ２
に使用されている圧電セラミックス３は、その厚さが２
００マイクロメートル程度と薄いため、厚さ方向の応力
に対して脆く、図１０及び図１１に示すように、圧電セ
ラミックス３に微小なクラックＣが発生することがあ
る。

【０００９】圧電セラミックス３に微小クラックＣが入
ると、その表面に形成された表面電極５にも微小クラッ
クＣが伝播する。このような微小クラックＣが入った圧
電バイモルフ２を駆動させると、クラック部分で表面電
極５Ａ，５Ｂの電気的な導通が遮断され、そのため、圧
電バイモルフ２の一部に電界が加わらなくなり、圧電バ
イモルフ２の駆動量が減少するという問題があった。一
方、電極面の分断が突発的に起こる場合には、クラック
部分で放電が発生するなど、正常な駆動が行われなくな
るという問題があった。

【００１０】また、圧電バイモルフ２の両電極５，５上
には歪みゲージ８，８が接着されているが、面の歪みを
検出するという特性上、歪みゲージ８の接着には専用の
加熱硬化型の接着剤を使用し、かつ接着面５と歪みゲー
ジ８との間の接着剤層を薄くする必要があるため、硬化
時に加圧している。

【００１１】したがって、歪みゲージ８の接着は、接着
剤の塗布、歪みゲージの仮固定、マスキング、加熱加圧
硬化及びマスキング材の剥離というような工程を順に経
てなされている。マスキングには、通常、耐熱性の高い
テフロンテープや、カプトンテープ等を用いているが、
加熱硬化後のマスキング材の剥離工程は圧電バイモルフ
２に応力が加わり、かつ作業性が悪いという問題があっ
た。

【００１２】本発明は、上記課題に鑑み、微小クラック
による電極分断や放電を防止して圧電バイモルフを正常
に駆動させることができ、かつ歪みゲージへの応力負荷
を回避し、その接着工程を簡略化することができる圧電
アクチュエータ及びその歪みゲージ接着方法を提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、複数の圧電セラミクスの間に中間電極を挟んで重
合すると共に、それぞれの面に表面電極を積層して圧電
バイモルフを形成し、この圧電バイモルフの基端部を固
定支持し、その自由端部に検出素子を取り付けて駆動さ
せる圧電アクチュエータにおいて、上記表面電極上に、
少なくともその駆動変位部分を覆うように、導電性テー
プが設けられていることを特徴とする圧電アクチュエー
タにより、達成される。

【００１４】また、複数の圧電セラミクスの間に中間電
極を挟んで重合すると共に、それぞれの面に表面電極を
積層して圧電バイモルフを形成し、この圧電バイモルフ
の基端部を固定支持し、その自由端部に検出素子を取り
付けて駆動させる圧電アクチュエータにおいて、上記表
面電極の駆動変位部分に歪みゲージを配し、この歪みゲ
ージを覆うように表面電極上に、導電性テープが設けら
れていることを特徴とする圧電アクチュエータにより、
達成される。

【００１５】さらに、 圧電バイモルフに形成された表
面電極の駆動変位部分に接着剤を塗布する工程と、この
接着剤上に歪みゲージを仮固定する工程と、この歪みゲ
ージを覆うように表面電極上に、導電性テープを設ける
工程と、上記歪みゲージを加圧しながら接着剤を加熱硬
化させる工程とからなることを特徴とする圧電アクチュ
エータの歪みゲージ接着方法により、達成される。

【００１６】本発明に係る圧電アクチュエータによれ
ば、圧電バイモルフの表面電極上に、少なくともその駆
動変位部分を覆うように、導電性テープが設けられてい
るので、表面電極の駆動変位部分に微小クラックが発生
しても、導電性テープによって電極分断や放電を防止
し、圧電バイモルフを正常に駆動させることができる。

【００１７】また、圧電バイモルフの表面電極における
駆動変位部分に歪みゲージを配し、この歪みゲージを覆
うように表面電極上に、導電性テープが設けられてい
る。したがって、表面電極の駆動変位部分に微小クラッ
クが発生した場合に、導電性テープによって電極分断や
放電を防止し、圧電バイモルフを正常に駆動させること
ができる。さらに、導電性テープによって歪みゲージを
マスキングすることができるので、マスキング剥離工程
を廃止して歪みゲージへの応力負荷を回避することがで
き、歪みゲージの接着工程を簡略化することができる。

【００１８】一方、本発明に係る圧電アクチュエータの
歪みゲージ接着方法によれば、接着剤の塗布工程、歪み
ゲージの仮固定工程、導電性テープの固着工程及び加圧
加熱硬化工程とによって圧電バイモルフに歪みゲージが
接着されるので、マスキング剥離工程を廃止して歪みゲ
ージへの応力負荷を回避することができ、歪みゲージの
接着工程を簡略化することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施の形
態において、従来例と同一部材には同一符号を付して説
明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な
形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付され
ているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本
発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限
られるものではない。

【００２０】図１は、第１の実施の形態の圧電アクチュ
エータを示す概略平面図である。図１において、圧電ア
クチュエータ１１の本体を構成する圧電バイモルフ２
は、図６に示したように、ジルコン酸チタン酸鉛等のセ
ラミックス粉末を焼結してなる二枚の圧電セラミクス
３，３の間に、金属やカーボン等からなる中間電極４を
挟むようにして、エポキシ系接着剤等で貼り合わせたも
のであり、その両表面には、ニッケル、銀又は金等によ
って表面電極５，５が形成されている。

【００２１】この圧電アクチュエータ１１は、図７に示
したように、圧電バイモルフ２の基端部２ｂは、導電ホ
ルダ６の上端固定部６ａと下端固定部６ｂとによって挟
持される。これら上端固定部６ａと下端固定部６ｂは、
導電材料によって形成されており、圧電バイモルフ２の
表面電極５，５と導通される。この導電ホルダ６は、下
端固定部６ｂと回転ドラムとの間に絶縁板を挟んで、回
転ドラム上に支持固定される。一方、圧電バイモルフ２
の自由端２ａには、ヘッドホルダ７ｈによって検出素子
としてのビデオヘッド７が支持される。

【００２２】上記圧電バイモルフ２は平面形状が台形状
を呈しており、その両面に形成された表面電極５，５上
には、少なくとも表面電極５，５の駆動変位部分５ａ，
５ａを覆うように、導電性テープ１２が固着されてい
る。本実施の形態では、台形状の圧電バイモルフ２の下
辺側が固定端、その上辺側が自由端になるため、その中
央部分が駆動変位部分５ａ，５ａとなり、この部分を覆
うようにして表面電極５，５上に、台形状の導電性テー
プ１２が貼り付けられている。なお、本実施の形態にあ
っては、導電性テープ１２の基本形状を圧電バイモルフ
２の平面形状に合わせて台形状に裁断しているが、これ
に限るものではなく、少なくとも表面電極５，５の駆動
変位部分５ａ，５ａを覆うことができる形状であれば良
い。

【００２３】導電性テープ１２としては、図２に示すよ
うに、アルミニウム，銅または鉄等の金属箔によって形
成されたテープ体１２ａに、導電性を有する粘着剤１２
ｂを積層したもの、すなわち、接着方向にも導電性を有
するものを採用する。具体的には、例えば住友スリーエ
ム社製のＡＬ−３５ＦＲを採用することが好ましい。

【００２４】このように、圧電バイモルフ２の表面電極
５，５上に、少なくとも表面電極５，５の駆動変位部分
を覆うように、導電性テープ１２を貼り付けることによ
り、表面電極５，５の駆動変位部分に微小クラックが発
生しても、導電性テープ１２によって表面電極５，５の
導通が保持されており、またクラック部分での放電等の
トラブルを回避することができるので、圧電バイモルフ
２を正常に駆動させることができる。

【００２５】この導電性テープ１２は、圧電バイモルフ
２の曲げに対する抵抗を少なくするために、でるだけ小
さく形成することが好ましい。図３（ａ）は、台形状の
導電性テープ１２の中央部に孔部１３を形成して、曲げ
に対する抵抗を少なくしたものである。さらに、図３
（ｂ）は、台形状の導電性テープ１２の固定部側に切欠
き部１４を形成して、曲げに対する抵抗を少なくしたも
のである。このように、導電性テープ１２の一部に孔部
１３または切欠き部１４を形成すれば、圧電バイモルフ
２に対する導電性テープ１２の負荷を低減することがで
き、振れ感度の劣化を抑えることができる。なお、圧電
バイモルフ２自体の固有振動数を上げる必要がある場合
には、導電性テープ１２の形状を固定部側が広い台形状
に形成することがが望ましい。

【００２６】さらに、圧電バイモルフ２に対する導電性
テープ１２の負荷を低減するためには、導電性テープ１
２の材質として、できるだけ柔らかいものを採用するこ
とが好ましい。すなわち、上記テープ体１２ａのベース
となる金属は、アルミニウムや銅等の比較的ヤング率の
小さいものが適しており、その厚さについてもでるだけ
薄いものを使用する。

【００２７】また、図４に示すように、アルミニウムや
銅等の金属箔によって形成されたテープ体１２ａの表面
にポリエステル等のフィルム１２ｃがラミネートされた
ものを使用することもできる。このテープ体１２ａの裏
面には、図２に示したように、導電性を有する粘着剤１
２ｂが積層されている。このようなラミネートフィルム
形式のものを採用する場合には、ベース金属の厚みを極
めて薄くすることができ、テープ全体として材質が柔ら
かくなり、かつ取扱い易くなるため、圧電バイモルフ２
の曲げ抵抗を少なくする上で非常に有利である。

【００２８】また図５は、第２の実施の形態の圧電アク
チュエータを説明するための概略平面図である。図５
（ａ）において、１５は歪みゲージであり、この歪みゲ
ージ１５は、圧電バイモルフ２の湾曲変位量に応じて、
例えば抵抗値等の電気的特性が変化するのを検出する測
定装置である。第２の実施の形態では、圧電バイモルフ
２の表面電極５，５の駆動変位部分に歪みゲージ１５を
配し、この歪みゲージ１５を覆うように表面電極５，５
上に、導電性テープ１２を貼り付けている。

【００２９】具体的には、歪みゲージ１５は、以下の接
着方法によって圧電バイモルフ２の表面電極５，５上に
取り付けられる。まず、圧電バイモルフ２の両面に形成
された表面電極５，５の駆動変位部分５ａ，５ａに接着
剤（図示せず）を塗布する。そして、図５（ｂ）に示す
ように、この接着剤上に歪みゲージ１５を仮固定する。

【００３０】次に、図５（ｃ）に示すように、仮固定し
た歪みゲージ１５を覆うように表面電極５，５上に、導
電性テープ１２を貼り付ける。この導電性テープ１２に
は図２又は図４に示した断面構造のものを採用し、台形
状を呈する導電性テープ１２の固定側には半円状の切欠
き部１４が形成されている。

【００３１】そして、この導電性テープ１２を歪みゲー
ジ１５のマスキングとして使用し、治具等にセットして
歪みゲージ１５を加圧した上で、恒温槽で所定時間加熱
し接着剤を硬化させて、歪みゲージ１５の取り付けを完
了する。

【００３２】この接着剤の加熱加圧硬化時に、通常は、
歪みゲージの接着面に塗布した接着剤が加圧によりはみ
出してくる。したがって、従来はテフロン等のテープで
歪みゲージの周囲をマスキングしている。このマスキン
グテープを貼ったままにしておくと、このマスキングテ
ープが圧電バイモルフ２の曲げに対する抵抗となるの
で、マスキングを剥がして圧電バイモルフ２が曲がりに
くくなるのを防止している。

【００３３】しかし、本実施形態では、導電性テープ１
２がマスキングの役目を果たすので、接着剤が加熱硬化
した後に、特別にマスキング工程を設ける必要がない。
このように導電性テープ１２で歪みゲージ１５のマスキ
ングをする場合は、接着剤の加熱硬化後に導電性テープ
１２を剥がさないで使用することになる。この場合、圧
電バイモルフ２上に導電性テープ１２を残留させるの
で、導電性テープ１２の曲げに対する抵抗により圧電バ
イモルフ２は曲がり難くなるが、導電性テープ１２の断
面構造や形状を工夫して、導電性テープ１２が抵抗とな
るのを防止している。或いは、実際の圧電バイモルフの
使用条件や、必要特性との兼ね合いによって導電性テー
プ１２を接着することの可否が判断されることになる。

【００３４】すなわち、第２の実施の形態にあっては、
表面電極５，５の駆動変位部分５ａ，５ａに微小クラッ
クが発生した場合に、導電性テープ１２によって電極分
断や放電を防止するだけでなく、導電性テープ１２によ
って歪みゲージ１５をマスキングすることができる。そ
の結果、従来のマスキング剥離工程を廃止することがで
きるので、歪みゲージ１５への応力負荷を回避すること
ができ、かつ歪みゲージ１５の接着工程を簡略化するこ
とができる。また、導電性テープ１２によって、歪みゲ
ージ１５が覆われているので、歪みゲージ１５の耐湿性
能を改善することができる。

【００３５】これら歪みゲージ１５，１５の抵抗値の差
を検出することにより、圧電バイモルフ２の駆動量を観
測することができる。歪みゲージ１５，１５及び導電性
テープ１２，１２は圧電バイモルフ２の両面に貼られて
いるので、温度変化による各々の抵抗変化量はほぼ同じ
であり、歪みゲージ１５，１５の抵抗差は変化すること
はない。

【００３６】なお、第２の実施の形態にあっては、圧電
バイモルフ２の表面電極５，５上に配した歪みゲージ１
５，１５を導電性テープ１２によって覆うように構成し
たが、圧電バイモルフ２の表面電極５，５上に導電性テ
ープ１２を貼り付けた後、導電性テープ１２上に歪みゲ
ージ１５，１５を接着するように構成しても良い。この
場合には、導電性テープ１２のマスキング効果は得られ
ない。

【００３７】また、上記圧電アクチュエータ１１は、圧
電バイモルフ２の中間電極４、及び表面電極５，５に、
導電ホルダ６の上端固定部６ａと下端固定部６ｂとを介
して接続されたバイモルフ駆動回路と、上記歪みゲージ
１５，１５に接続された湾曲変位量検出回路部と、ビデ
オヘッド７に接続された録画・再生信号増幅用のヘッド
アンプ回路とが、プリント基板上にマウントされてお
り、このプリント基板は回転ドラム上に取り付けられて
いる。さらに、バイモルフ駆動回路部及び変位量検出回
路部はビデオディスクプレーヤの固定回転部等に電気的
に接続されており、またヘッドアンプ回路部はロータリ
トランスを介して固定回路部等に電気的に接続されてい
る。

【００３８】以上述べたように、本発明の実施の形態に
係る圧電アクチュエータ１１によれば、圧電バイモルフ
２の表面電極５，５上に導電性テープ１２を貼り付ける
ようにしたので、微小クラックによる電極分断及び放電
を回避することができる。さらに、導電性テープ１２の
一部に孔・切欠きを設けることにより、圧電バイモルフ
２に対する導電性テープ１２の負荷を低減することがで
き、振れ感度の劣化を抑えることができる。そして、導
電性テープ１２の形状を工夫することにより、圧電バイ
モルフ２の固有振動数を変化させることができる。

【００３９】また、本発明の実施の形態に係る圧電アク
チュエータ１１及びその歪みゲージ１５，１５接着方法
によれば、導電性テープ１２によって、圧電バイモルフ
２の表面電極５，５上に配した歪みゲージ１５，１５を
覆うようにしたので、マスキング剥離工程を廃止して歪
みゲージ１５，１５への応力負荷を回避し、歪みゲージ
１５，１５の接着工程を簡略化することができる。さら
に、導電性テープ１２によって歪みゲージ１５，１５を
覆うようにしたので、歪みゲージ１５，１５の耐湿効果
を改善することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、微
小クラックによる電極分断や放電を防止して圧電バイモ
ルフを正常に駆動させることができ、かつ歪みゲージへ
の応力負荷を回避し、その接着工程を簡略化することが
できる圧電アクチュエータ及びその歪みゲージ接着方法
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の圧電アクチュエータを示す概略
平面図である。

【図２】第１実施形態の圧電アクチュエータに採用する
導電性テープを示す概略断面図である。

【図３】第１実施形態における導電性テープの変形形状
であり、（ａ）は中央部に孔部を形成した導電性テープ
を示す概略図、（ｂ）は固定部側に切欠き部を形成した
導電性テープを示す概略図である。

【図４】第１実施形態において、導電性テープの変形構
造を示す概略断面図である。

【図５】第２実施形態の圧電アクチュエータを説明する
ものであり、（ａ）は歪みゲージの概略平面図、（ｂ）
は歪みゲージの仮固定状態を示す概略平面図、（ｃ）は
導電性テープの固着状態を示す概略平面図である。

【図６】従来の圧電アクチュエータの一形態を示す斜視
図である。

【図７】従来の圧電アクチュエータにおける圧電バイモ
ルフを示す斜視図である。

【図８】従来の圧電アクチュエータにおける圧電バイモ
ルフに歪みゲージを接着した状態を示す概略平面図であ
る。

【図９】従来の圧電アクチュエータにおいて、歪みゲー
ジを接着した圧電バイモルフの駆動状態を示す概略図で
ある。

【図１０】従来の圧電アクチュエータにおける圧電バイ
モルフに微小クラックが発生した駆動状態を示す概略平
面図である。

【図１１】従来の圧電アクチュエータにおいて、圧電バ
イモルフの駆動による微小クラックの発生状態を示す概
略図である。

【符号の説明】

２ 圧電バイモルフ ２ａ 圧電バイモルフの自由端 ２ｂ 圧電バイモルフの基端部 ３ 圧電セラミクス ４ 中間電極 ５ 表面電極 ５ａ 表面電極の駆動変位部分 ６ 導電ホルダ ６ａ 導電ホルダの上端固定部 ６ｂ 導電ホルダの下端固定部 １１ 圧電アクチュエータ １２ 導電性テープ １２ａ テープ体 １２ｂ 粘着剤 １２ｃ フィルム １３ 孔部 １４ 切欠き部 １５ 歪みゲージ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の圧電セラミクスの間に中間電極を
   挟んで重合すると共に、それぞれの面に表面電極を積層
   して圧電バイモルフを形成し、この圧電バイモルフの基
   端部を固定支持し、その自由端部に検出素子を取り付け
   て駆動させる圧電アクチュエータにおいて、 上記表面電極上に、少なくともその駆動変位部分を覆う
   ように、導電性テープが設けられていることを特徴とす
   る圧電アクチュエータ。
2. 【請求項２】 複数の圧電セラミクスの間に中間電極を
   挟んで重合すると共に、それぞれの面に表面電極を積層
   して圧電バイモルフを形成し、この圧電バイモルフの基
   端部を固定支持し、その自由端部に検出素子を取り付け
   て駆動させる圧電アクチュエータにおいて、 上記表面電極の駆動変位部分に歪みゲージを配し、この
   歪みゲージを覆うように表面電極上に、導電性テープが
   設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
3. 【請求項３】 上記導電性テープの一部に、孔部または
   切欠き部が形成されていることを特徴とする、請求項１
   に記載の圧電アクチュエータ。
4. 【請求項４】 上記導電性テープの一部に、孔部または
   切欠き部が形成されていることを特徴とする、請求項２
   に記載の圧電アクチュエータ。
5. 【請求項５】 圧電バイモルフに形成された表面電極の
   駆動変位部分に接着剤を塗布する工程と、 この接着剤上に歪みゲージを仮固定する工程と、 この歪みゲージを覆うように表面電極上に、導電性テー
   プを設ける工程と、 上記歪みゲージを加圧しながら接着剤を加熱硬化させる
   工程とからなることを特徴とする圧電アクチュエータの
   歪みゲージ接着方法。