JPS6342183A - 積層型圧電体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電素子からなる圧電板を複数枚積層して形
成され、印加される電圧に応じて伸縮し、各種アクチュ
エータとして用いられる積層型圧電体に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、例えば特開昭５９−１３５７８４号公報に示され
る積層型圧電体では圧電素子よりなる圧電板を複数枚積
層して圧電板積層体を構成し、この圧電板積層体に電圧
を印加することにより、積層方向に圧電板積層体を伸縮
せしめている。この圧電板積層体の一端は固定され、他
端側には可動ピストンが配され、圧電板積層体の伸縮量
をこの可動ピストンに伝達せしめている。

このような積層型のアクチュエータは非常に応答性がよ
く、また高荷重に耐える得るものとして知られており、
例えばディーゼル噴射ポンプ等のスピル弁など、高圧力
流体の切り換え作動を行う高圧切換弁等として用いられ
ることが多い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この積層型アクチュエータの圧電板は例えば、セラミ・
ツク等の比較的脆い材料から構成されており、圧電Ｆｉ
積層体の端面に配した移動ピストンに高荷重が作用した
場合にはこの圧電板がひび割れてしまうという問題が生
じた。

そこで、この圧電板のひび割れ問題についてその原因を
追求すべく本発明者等が種々検討を行った結果、圧電板
積層体の両端面に配される部材の圧電板積層体との当接
面の平面度に原因があることを突き止めた。すなわちこ
の両端部に配される部材の当接面が完全な平面ではな（
、非常に微小ながら凹凸形状を呈していると、この両端
部配設部材に高荷重が加わった場合に圧電板に偏った圧
力が作用することになる。すなわち、この偏った荷重に
より圧電板に例えば曲げ荷重等が作用し、この結果とし
て圧電板が破損してしまうのである。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は上述したような圧電板の割れといった問題を解
決することを目的としており、上述の本発明者等による
検討結果に基づき、次のような手段を採用した。すなわ
ち、圧電板積層体の外周をケースによって覆い、このケ
ースとは別体に形成されるものであって、圧電板積層体
の端部に配された絶縁板の更に外方に板部材を配する。

この板部材と前記絶縁板との当接面を高平面度に仕上げ
たのである。

〔作用および効果〕

このように本発明では圧電板積層体の端部側に配される
板部材に高荷重が作用した場合であっても、この板部材
と絶縁板との当接面は高平面度に仕上げられているので
、圧電板に曲げ荷重等の偏った荷重が作用することはな
く、常に圧電板には均一な荷重が作用することとなる。

よって、従来の積層型圧電体で得られたような圧電板の
割れといった問題は生じないのである。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図に基づきながら説明する。

第１図は本実施例の積層型圧電体を示す断面図である。

複数枚の圧電板を積層してなる圧電板積層体１の積層方
向両端部には圧電板と同一平面形状を有する絶縁板２が
それぞれ配されている。この絶縁板２には電気的絶縁材
料より構成されるもので、例えばセラミック等の材料よ
り構成される。

この圧電板積層′体１には電圧を供給するためのリード
線８が半田付などの手段により接続されている。そして
、このリード線８が接続された圧電板積層体１の外周囲
にはり一ド′ａ８の接続部を抑えるようにしてチューブ
３によって被覆されている。このチューブ３は熱を加え
ることにより収縮するもので、リード線８が接続された
圧電板積層体１の外周囲にまず所要の間隙をもって被覆
し、その後熱を加えることによりリード線８を押さえな
がら圧電板積層体１の外周囲に密着被覆するものである
。

両端部に積層板２が配された圧電板積層体１のさらに外
方端部には上カバー６　（板部材）と下カバー７　（板
部材）がそれぞれ配されている。そして、圧電板積層体
ｌの外周囲はケース４によって被覆されている。

上カバー６は円形皿状をなすもので、第３図にその形状
を示す。第３図の（ａｌは上カバー６の平面図、第３図
の山）はそのＡ−Ａ断面図である。円板皿状をなす上カ
バー６には前述の絶縁板を受入るための円形受は部６０
３が形成され、またこの円形受は部６０３と上カバー上
面とを連通ずるリード線挿入六６０２が２箇所穿設され
ている。また、上カバー６の該周囲には前述のケース４
との接合部においてシールを行う０リング５を受入るた
めのＯリング受入溝６０１が形成されている。

下カバー７も円形皿状をなすもので、第４図にその形状
に下カバー単体の形状を示す。第４図の（ａ）は下カバ
ーの平面図で、第４図の（ｂｌはＢ−Ｂ断面図である。

この下カバー７にも圧電板積層体１の端部と絶縁板２を
受入るための円形受部７０２が形成されており、またそ
の外周囲にはケース４との当接面においてシールを保つ
０リング５を受入るためのＯリング受入溝７０１が形成
されている。

ケース４は圧電板積層体ｌの外周囲及び上カバー６、下
カバー７の外周囲を覆うためのもので円筒形状をなして
おり、その断面形状を第５図に示す。この第５図からも
判るようにケース４の一端部側には下カバー７を受入る
ために径が大きくなった下カバー受入部４０１が形成さ
れ、また他端部には上カバー６を受入るために内径が広
がった上カバー受入部４０３と、この上カバー受入部４
０３と隣接して設けられ、上カバー受入部４０３よりは
内径が狭くなったリード線接合部受入部４０２が形成さ
れている。

なお、上述したようにケース４と上カバー６との当接面
には互いのシールを行うための０リング５が配され、ま
た同じくケース４と下カバー７との当接面にはＯリング
５が配されている。

圧電板積層体１に接続されたリード線８は絶縁板２の外
周囲を通り、上カバー６に形成したり−ド線貫通穴６０
２を通って外部の電源に接続されている。このリード線
８とリード線貫通穴６０２との間にはリード線８を固定
するためのスペーサ９が配されており、またこの上カバ
ー６の上面部ではシール材１０によりリード線８の固定
がなさしめられるとともに、このリード線８とリード線
貫通穴６０２との間を通って水等が浸入するのを防ぐた
めのシール材１０が充填されている。

次に、圧電板積層体１の構成について圧電板積層体１の
分解図である第２図に基づいて説明する。

圧電板１０１はＰＺＴセラミック等よりなり、直径約１
５ｆｌ、厚さ０．５　ｖｎａの円板状部材よりなる。

この圧電板１０１の表面及び裏面には銀ペースト等を印
刷することにより、金属電極１０３が形成されている。

この金属電極１０３が印刷された圧電板１０１の上下面
には金属板１０５が配されている。この金属板１０５は
圧電板１０１とほぼ同一の平面形状を有する円板部材で
あり、その外周部には下方に向かって折れ曲がる３つの
舌状片１０７が３箇所等間隔に形成されている。

このような金属電極１０３が表面、裏面に形成された圧
電板１０１と金属板１０５とをそれぞれ交互に積層する
ことにより、圧電板積層体１が形成されている。なお、
圧電板１０１を挟んで互いに隣接する金属板１０５はそ
の舌状片１０７が互いに６０度づれた位置に配されてい
る。そしてこの金属板１０５は１つ置きに位置する各金
属板の舌状片１０７がリード板１１３によって連結され
ている。この舌状片１０７とリード板１１３とは半田付
あるいは溶接等の手段により連結されている。

前述のリード板１１３の任意の一つは上方に向かってそ
の長さが延長され、電極端子１１５を形成している。ま
た、この電極端子１１５が連結された一連の金属板１０
５と異なる他の一連の電極板１０５に連結されたリード
板１１３のうち任意の一つは同じように上方に向けて延
長され、電極端子１１７を構成している。そして、この
電極端子１１５，１１７のうちどちらか一方（分極によ
って決まる）にリード線８を介してプラスあるいはマイ
ナスの電圧が印加され、また他方は同じくリード線８を
介してアースに接地されている。

恨ペースト等を印刷することによって金属電極１０３は
直径が約１３１重、厚さが３〜１０μの円形薄膜形状を
なしている。まず、銀ペーストに有機溶剤を混合するこ
とによって希釈し、この希釈した銀ペーストを圧電板１
０１の表面及び裏面にスクリーン印刷する。そして、し
かるのに５００〜６５０℃で焼付を行うことにより圧電
板１０１の表面及び裏面に金属電極１０３が形成される
。

上述の上カバー６及び下カバー７は金属材料より成形さ
れるもので、ケース４の上カバー受入部４０３及び下カ
バー受入部４０１内を積層方向に移動可能で状態で嵌入
されている。また、この上カバー６及び下カバー７の絶
縁板２との当接面はその平面度が１０μｍ以下となるよ
う高平面度に仕上げられている。

第６図は本実施例における上カバー６及び下カバー７の
平面度と圧電板の割れ発生率との関係を示すもので、上
カバー或いは下カバーに５００　ｋｇの荷重が作用し、
各圧電板に一２００Ｖ〜＋５゜Ｏ■の電圧を印加せしめ
、圧電板積層体を伸縮を繰り返す時の結果を示すもので
ある。この場合平面度とは上カバー６或いは下カバー７
の絶縁板との当接面において最も上方に突出した部分と
最も下方に陥没した部分との高低差を表している。

第６図はこのような平面度と圧電板の割れ発生率との関
係を示すものであるが、この図からもわかるように平面
度が１０μ以下の場合には圧電板の割れは発生しておら
ず、平面度が１０μ以上になると急激に割れ発生率が増
加していることになる。

この結果より本実施例では上カバー及び下カバーの当接
面における平面度を１０μ以下に設定しているのである
。なおこの平面度の値は上カバー及び下カバーの材質あ
るいはそれに作用する荷重によって異なった値を示すも
のであり、その使用条件において圧電板に偏った荷重が
作用しない程度に高平面度に仕上げておく必要がある。

尚、本実施例では上カバー６、下カバー７を炭素Ｅ（Ｓ
４５Ｃ）またはステンレス鋼の材質より構成している。

次に、本実施例の作動について説明する。リード線８を
介して圧電板積層体１を構成する各圧電板に約３００〜
５００ｖの高電圧を印加させる。

この高電圧の印加により各圧電板はその厚み方向に伸長
し、圧電板積層体１全体としても数十μの伸長量でもっ
て積層方向に伸長する。この圧電板積層体１の伸長を絶
縁板２を介して上カバー６、下カバー７はそれぞれ受け
、圧電板積層体１の積層方向外方に向かって数十μ移動
する。これにより上カバー６、或いは下カバー７に面し
て配される非駆動部材（例えば密閉された作動油）に、
駆動力が伝達される。

この場合上カバー６、或いは下カバー７には約１５００
　ｋｇの高荷重が作用するが、この荷重は絶縁板を介し
て圧電板積層体１に作用する。しかしながら、上述した
ように上カバー６、及び下カバー７の絶縁板２との接合
面は高平面度に仕上げられているので、例えこれら上下
カバー６．７に高荷重が作用しても圧電板積層体１に偏
った荷重が作用することはなく、常に均一な荷重が圧電
板積層体に作用することになるので　その結果として圧
電板積層体１にムリな荷重が作用することがなく、割れ
が発生することはない。

また、圧電板積層体１には非常に高電圧が作用している
ので、この圧電板は完全に外部より絶縁しなければなら
ず、また圧電板積層体内に塵や埃或いは水などの浸入を
防ぐことが重要な課題となっている。そこで本実施例で
は圧電板積層体１の外周をケース及び上下のカバー６．
７により完全に保護しているので、外部との絶縁を良好
に保つことができるとともに、外部からの水或いは塵、
埃等の浸入を完全に防止しているのである。

次に本発明の他の実施例について説明する。第７図は本
発明の第２実施例を示す概略断面図である。上述した第
１実施例では圧電板積層体の両端部に絶縁板を配置し、
その外方をさらに外方に上下カバーを配設したが、本実
施例では圧電板積層体の両端部にまず絶縁板を配置し、
その外方には金属製のスペーサを配置する。そして、こ
の金属製スペーサの外方に上下のカバーを配設するよう
にしている。そして、この金属スペーサ７０１の絶縁板
２との接合面の平面度を高度に仕上げている。よって、
上カバー６、下カバー７の金属製スペーサ７０１，７０
２との当接面における平面度が上述の第１実施例の如く
、高平面度を有していないものであっても、すなわち、
平面度が低いものであって、その当接面において大きな
凹凸形状を奏しているものであってもその凹凸面の影響
は金属製スペーサ７０１，７０２によって吸収され、絶
縁板２に伝達されることはない。

尚、本実施例では金属製スペーサ７０１．７０２をステ
ンレス鋼より形成している。

第８図に本発明の第３実施例の概略断面図を示す。第７
図に示した第２実施例では圧電板積層体１の上下の端面
、両端面に配した上カバー６、下カバー７が移動可能な
ように構成したが、下カバーをケース４と一体にし、上
カバー６のみを移動可能なようにしてもよい。すなわち
、カバー４を底部を有する有底円筒状とし、その開口端
側に上カバー６を配している。なお、圧電板積層体１の
上下端には第７図に示した第２実施例と同様絶縁板２を
配し、更にその外方には金属製のスペーサ７０１．７０
２が配されている。この第３実施例においても、金属製
スペーサ７０１，７０２と絶縁板２との当接面は高平面
度に仕上げされている。

上述の第７図及び第８図に示した第２実施例及び第３実
施例では、第１実施例と同一の構成部品については同一
の番号が付しである。

また、上述の第１実施例乃至第３実施例において、絶縁
板２の外方に配される上下カバーあるいは金属製スペー
サ７０１，７０２はそれぞれカバー４と別体に形成され
ているのでその絶縁板２との当接面を高平面度に仕上げ
る際、非常に作業性のよいものとなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２図は圧
電板積層体の組み立て構造を示す分解斜視図、第３図は
上カバーを示すもので、ｆａ）はその平面、（ｂｌはそ
の断面を示す、第４図は下カバーを示す図で、（ａｌは
その平面、（ｂ）はその断面を示す図、第５図はカバー
を示す断面図、第６図はカバーの絶縁板との当接面にお
ける平面度と圧電板との割れ発生率との関係を示す実験
結果を示す図、第７図は本発明の第２実施例を示す模式
断面図、第８図は本発明の第３実施例を示す模式断面図
である。 １・・・圧電板積層体、２・・・絶縁板、４・・・ケー
不。 ６・・・上カバー、７・・・下カバー、７０１，７０２
・・・金属製スペーサ。 代理人弁理士　岡　　部　　　隆 第１図 第３図 第５因

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　電圧印加されることにより伸長もしくは収縮する圧電
   板を伸縮方向に複数枚積層してなる圧電板積層体と、 この圧電板積層体の積層方向端部に配される絶縁板と、 前記圧電板積層体の外周囲を覆うケースと、このケース
   とは別体に形成されるものであって、前記絶縁板のさら
   に外方に配され、前記絶縁板との当接面が高平面度に仕
   上げられている板部材とを備える積層型圧電体。