JPH11274590A - 圧電ユニット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、積層型圧電素子を複数個接合し
た圧電ユニットであって、接合による変位阻害が少な
く、内部応力の発生が起こりにくい圧電ユニット及びそ
の製造方法を提供することを課題とする。 【解決手段】 積層型圧電素子の変位取り出し面５の周
辺部に塗布されない部分が存在するように、変位取り出
し面の中央部に接着剤６を塗布し、二つの積層型圧電素
子Ａ及びＢを接着して圧電ユニットを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、アクチュエータ
等に使用され且つ積層型圧電素子を複数個接合してなる
圧電ユニットとその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子は、微小位置決め性や高速応答
性を有することから、従来にないアクチュエータとして
多方面で用いられてきている。圧電素子は、単板型では
アクチュエータとして使用するには駆動電圧が高く、変
位量が少ない。このため、アクテュエータ用には、圧電
セラミックスと内部電極とを多数積層した積層型の圧電
素子が製造されている。

【０００３】しかし、積層型圧電素子であっても、用途
によっては、変位量が不足する場合がある。このような
場合、積層型圧電素子を複数個接合して一体化した圧電
ユニットを形成し、必要な変位量を得ている。

【０００４】図１２に示されるように、積層型圧電素子
は、内部電極４が印刷され且つ変位する活性部１と、内
部電極が印刷されず変位しない不活性部２が存在する。
また、圧電素子の両端部にはそれぞれ内部電極が存在し
ない保護層３が形成され、保護層３の表面が変位取り出
し面５として利用される。図１２に斜線部により表わさ
れる不活性部２と保護層３は共に変位しないため、これ
ら不活性部２及び保護層３によって活性部１の変位が阻
害され、変位取り出し面５の変位には分布が生じてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、変位取り
出し面５の変位に分布が生じるため、変位取り出し面５
の全面に接着剤を塗布して二つ積層型圧電素子を接合し
圧電ユニットを形成した場合、接着面の中心に圧縮応
力、周辺部に引っ張り応力がそれぞれ作用する。このこ
とにより圧電ユニットの変位の低下や素子の信頼性低下
の虞れがあった。従って、内部に応力が発生しない圧電
ユニットの実現が強く望まれていた。

【０００６】この発明は、積層型圧電素子を複数個接合
した圧電ユニットであって、接合による変位阻害が少な
く、内部応力の発生が起こりにくい圧電ユニット及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る圧電ユニ
ットは、積層型圧電素子を複数個接合して得られる圧電
ユニットにおいて、各積層型圧電素子はその変位取り出
し面の中央部で互いに接着され、変位取り出し面の周辺
部には接着されない部分が存在するものである。なお、
各積層型圧電素子はその変位取り出し面における一つの
変位等高線の内側で互いに接着することができる。

【０００８】また、この発明に係る圧電ユニットの製造
方法は、積層型圧電素子を複数個接合された圧電ユニッ
トの製造方法において、各積層型圧電素子の変位取り出
し面の周辺部に塗布されない部分が存在するように、変
位取り出し面の中央部に接着剤を塗布し、積層型圧電素
子を互いに接着する方法である。接着剤は各積層型圧電
素子の変位取り出し面における一つの変位等高線の内側
に塗布することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。積層型圧電素子は、通常、
図１に示されるように、変位しない不活性部及び保護層
３を有するため、鼓型に変形しながら変位する。そこ
で、図２に示されるように、変位取り出し面５の周辺部
に塗布されない部分が存在するように変位取り出し面５
の中央部に接着剤６を塗布して圧電素子Ａ及びＢを互い
に接着することで、接着面に作用する内部応力を解放、
緩和することができる。具体的には、変位取り出し面５
に生じる変位分布の一つの変位等高線の内側に接着剤を
塗布することにより圧電素子Ａ及びＢを変位分布に沿っ
て互いに接着することが望ましい。

【００１０】以下に、二つの積層型圧電素子を互いに接
着した圧電ユニットに適用された本発明の実施例を挙げ
て本発明をさらに説明する。

【００１１】Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）０_３のセラミックス粉
末をサンドミルで粉砕し、バインダー、分散剤、活性
剤、消泡剤を加えて混練し、真空脱泡した後、ドクター
ブレード法を用いてグリ一ンシートを作製した。このグ
リーンシート上にスクリーン印刷法を用いて銀・パラジ
ウム合金からなる内部電極を印刷した。次に、このグリ
ーンシートを３００×３００ｍｍの大きさに切断した
後、グリーンシート１３０枚を積層して圧電部分を作成
した。また、内部電極を印刷していないグリーンシート
２０枚を積層した保護層部分を作成し、圧電部分の上下
にそれぞれ保護層部分をプレスにて圧着し、切断、焼成
して、変位取り出し面６×６ｍｍ、高さ１０ｍｍの積層
型圧電素子を得た。なお、内部電極の大きさは５×５ｍ
ｍである。

【００１２】この積層型圧電素子に外部電極を焼き付
け、分極した後、所定の電圧を印加したときの圧電素子
単体の変位を測定したところ、変位取り出し面５が６×
６ｍｍの正方形であるために、図３に示されるように、
変位分布はほぼ同心円状に現われた。図３において、曲
線１１は変位量１１μｍの等高線、曲線１２は変位量１
０μｍの等高線、曲線１３は変位量９μｍの等高線をそ
れぞれ示している。

【００１３】実施例１．図４に示されるように、上記の
積層型圧電素子の変位取り出し面５の中央部に半径２ｍ
ｍの円形状に接着剤６を塗布し、二つの積層型圧電素子
を接着して６×６×２０ｍｍの圧電ユニットを製造し
た。変位取り出し面５の周辺部は接着剤６が塗布され
ず、接着されていない。

【００１４】実施例２．図５に示されるように、上記の
積層型圧電素子の変位取り出し面５の中央部に半径３ｍ
ｍの円形状に接着剤６を塗布し、二つの積層型圧電素子
を接着して６×６×２０ｍｍの圧電ユニットを製造し
た。正方形状の変位取り出し面５の周辺部、特に四隅に
は接着剤６が塗布されず、接着されていない。

【００１５】実施例３．図６に示されるように、上記の
積層型圧電素子の変位取り出し面５の中央部に半径３．
５ｍｍの円形状に接着剤６を塗布し、二つの積層型圧電
素子を接着して６×６×２０ｍｍの圧電ユニットを製造
した。正方形状の変位取り出し面５の四隅には接着剤６
が塗布されず、接着されていない。

【００１６】実施例４．図７に示されるように、上記の
積層型圧電素子の変位取り出し面５の中央部に５×５ｍ
ｍの正方形状に接着剤６を塗布し、二つの積層型圧電素
子を接着して６×６×２０ｍｍの圧電ユニットを製造し
た。正方形状の変位取り出し面５の周辺部には接着剤６
が塗布されず、接着されていない。

【００１７】比較例．図８に示されるように、従来の製
造方法により、上記の積層型圧電素子の変位取り出し面
５の全面に接着剤６を塗布し、二つの積層型圧電素子を
接着して６×６×２０ｍｍの圧電ユニットを製造した。

【００１８】このようにして製造された実施例１〜４及
び比較例の圧電ユニットに共通の電圧を印加して、それ
ぞれ変位量を測定したところ、図９に示されるような結
果が得られた。実施例１〜４の圧電ユニットでは、変位
取り出し面５の全面を接着した比較例の圧電ユニットに
比べて変位阻害を低く抑えられることがわかった。

【００１９】また、実施例１〜４及び比較例の圧電ユニ
ットに対し、種々の印加電圧で１０億回の駆動反復試験
を行って、クラックの発生を観察したところ、図１０に
示されるような結果が得られた。比較例の圧電ユニット
では、９０Ｖ程度以上の電圧を印加した場合に、図１１
に示されるように、保護層部分１４と圧電部分１５の境
界でクラック７が生じた。一方、実施例１〜４の圧電ユ
ニットでは、１００Ｖ程度の印加電圧に対して、いずれ
もクラックは観察されなかった。特に、接着剤の塗布半
径が２ｍｍの実施例１の圧電ユニットと塗布半径が３ｍ
ｍの実施例２の圧電ユニットでは、印加電圧を１５０Ｖ
にまで上げて変位量を大きくしても、クラックが生じな
かった。５×５ｍｍの正方形状に接着剤を塗布した実施
例４の圧電ユニットは、塗布半径３ｍｍの実施例２の圧
電ユニットより接着面積が小さいが、接着面積の大きな
実施例２の圧電ユニットの方が内部応力が緩和されてい
ることがわかる。

【００２０】圧電ユニットの変位を大きくとるために
は、接着面積は少ないほどよいが、接着面積を少なくし
過ぎると、接着強度が弱くなって実際の作業に支障を来
す。また、印加電圧が少なくてよい場合など、使用状況
や使用方法によっては、接着面積を大きく取ることも可
能である。従って、使用方法によって接着剤を塗布する
最適な面積、形状は異なるが、変位分布に沿った形で一
つの変位等高線の内側に接着剤を塗布することにより、
接着強度を保ちながら応力を緩和することが可能とな
る。

【００２１】なお、上記の各実施例１〜４では、二つの
積層型圧電素子を接着して圧電ユニットを製造したが、
これに限るものではなく、三つ以上の積層型圧電素子を
直列に接着して圧電ユニットを製造することもできる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、積層型圧電素子の変位取り出し面の周辺部に塗布さ
れない部分が存在するように、変位取り出し面の中央部
に接着剤を塗布し、積層型圧電素子を互いに接着して圧
電ユニットを製造するので、製造工程上取り扱いに問題
がなく、変位量が低下せず、信頼性も向上した圧電ユニ
ットを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】変位中の積層型圧電素子を示す断面図である。

【図２】この発明の実施例１に係る圧電ユニットを示す
断面図である。

【図３】変位中の積層型圧電素子の変位取り出し面にお
ける変位等高線を示す平面図である。

【図４】この発明の実施例１における積層型圧電素子の
変位取り出し面への接着剤の塗布形状を示す平面図であ
る。

【図５】この発明の実施例２における積層型圧電素子の
変位取り出し面への接着剤の塗布形状を示す平面図であ
る。

【図６】この発明の実施例３における積層型圧電素子の
変位取り出し面への接着剤の塗布形状を示す平面図であ
る。

【図７】この発明の実施例４における積層型圧電素子の
変位取り出し面への接着剤の塗布形状を示す平面図であ
る。

【図８】比較例における積層型圧電素子の変位取り出し
面への接着剤の塗布形状を示す平面図である。

【図９】実施例１〜４及び比較例の圧電ユニットに共通
の電圧を印加したときの圧電ユニットの変位量を示すグ
ラフである。

【図１０】実施例１〜４及び比較例の圧電ユニットに駆
動反復試験を行ったときの破壊を生じない駆動電圧を示
すグラフである。

【図１１】比較例の圧電ユニットに生じたクラックを示
す模式図である。

【図１２】積層型圧電素子を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 活性部 ２ 不活性部 ３ 保護層 ４ 内部電極 ５ 変位取り出し面 ６ 接着剤 ７ クラック １１，１２，１３ 等高線 １４ 保護層部分 １５ 圧電部分

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層型圧電素子を複数個接合して得られ
   る圧電ユニットにおいて、 各積層型圧電素子はその変位取り出し面の中央部で互い
   に接着され、変位取り出し面の周辺部には接着されない
   部分が存在することを特徴とする圧電ユニット。
2. 【請求項２】 各積層型圧電素子はその変位取り出し面
   における一つの変位等高線の内側で互いに接着されてい
   る請求項１に記載の圧電ユニット。
3. 【請求項３】 積層型圧電素子を複数個接合された圧電
   ユニットの製造方法において、 各積層型圧電素子の変位取り出し面の周辺部に塗布され
   ない部分が存在するように、変位取り出し面の中央部に
   接着剤を塗布し、 積層型圧電素子を互いに接着することを特徴とする圧電
   ユニットの製造方法。
4. 【請求項４】 接着剤は各積層型圧電素子の変位取り出
   し面における一つの変位等高線の内側に塗布される請求
   項３に記載の圧電ユニットの製造方法。