JPS6355985A - 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、電圧を印加することによりその電圧印加方向
に収縮する圧電板を複数枚積層してなる積層型圧電体に
関するもので、この積層型圧電体は種々のアクチュエー
タとして用いることができる。

〔技術的背景〕

この種の積層型圧電体に関するものを本願発明者らは本
願出願前に特願昭６０−１１７１６３号（以下先願とい
う）にて提案している。

この先願では複数枚の圧電板をその伸縮方向に積層し、
各圧電板の上下面には金属電極を形成しさらにこの金属
電極にはリボン状の金属板が電気的に接続されている。

このリボン状の金属電極板は、各圧電板の金属電極とほ
ぼ同一形状をなす電極部をそれぞれ複数個連続して一体
的に成形されており、このリボン状金属板を電極部の連
結部において屈曲せしめることにより、互いに隣接する
２枚の圧電板の一方の圧電板の上面側金属電極および他
方の圧電板の下面側金属電極に交互に連続して接続せし
められている。そしてこのリボン状金属電極の折り曲げ
部を各圧電板の側面におしあてこれにより、複数枚積層
された圧電板の固定を行っている。

〔問題点を解決するための手段〕

しかしながらこのような先願に示される積層型圧電体で
は、圧電板の上下面に形成される金属電極がその周縁部
を残してその中心部のみにしか形成されておらず、従っ
て金属板および金属電極を介して印加されるべき電圧は
この金属電極が形成されていない周縁部には供給されて
いない。従って、１枚の圧電板においてもその伸縮量の
ばらつきが中央部と周縁部において生じ、その結果圧電
板に割れ（クラック）が発生するという問題がある。

また積層された圧電板を固定するためにリボン状の屈曲
部を圧電板の側周部におしあてている。

すなわち、リボン状の金属電極はその電極部および屈曲
部すべてにおいて圧電板に密着した状態となっている。

従って、圧電板が伸縮すればそれに伴ってその伸縮力が
圧電板に作用し、この圧電板の伸縮が複数回行われるに
したがって、金属電極にも無理な力が作用し、結局金属
電極に亀裂が生じてしまうという心配がある。

、　本発明はこのような問題点に鑑み、圧電板の伸縮量
のひずみを是正するととも、金属電極に亀裂が生じると
いった心配をなくすことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明では次のような手段を講じた。すなわち、
各圧電板の間に配する電極板を金属電極と略同−平板形
状をなす２つの電極とこれら２つの電極部を互いに連結
する架橋部とから構成する。

そして圧電板をその伸縮方向に複数枚積層した状態にお
いて、前記電極板の１つの電極部は互いに隣接する２枚
の圧電板のうち一方の圧電板の一方向側金属電極に接続
させる。また、前記電極板の他方の電極部は前述の２枚
の圧電体のうち他方の圧電板の他方向側金属電極に接続
させる。そして電極板の架橋部は圧電板の側部より所定
距離だけ隔離せしめるように配置させた。

〔本発明の作用および効果〕

本発明では、電極板に電圧を印加するとこの電圧が金属
板および金属電極を介して各圧電板に印加される。この
電圧が供給された圧電板はそれぞれその電圧印加方向に
伸長あるいは収縮する。

このとき各圧電板の両平面にはその全面にわたって金属
電極が形成されているので、各圧電板は均一な電圧供給
を受け、その結果としてその伸縮量も均一なものとなる
。従って、１枚の圧電板内における伸縮量のばらつきに
よる圧電板の割れといった問題を防止することができる
のである。

また各圧電板が伸縮する際それに伴い、金属電極もその
移動量、伸縮量を受けることになるが、その移動量は圧
電板の側部より所定距離だけ離間せしめられて位置に配
されている架橋部がたわむことにより、その移動量を吸
収する。よってこの金属電極に無理な引っ張り力などが
作用することはなく、多数回連続して圧電板を伸縮せし
めてもこの電極板に亀裂が生じるといった心配は全くな
いのである。

〔実施例〕

第１図はその両平面に金属電極２が形成せしめられた圧
電板１を複数枚積層し、その複数枚積層すると同時にそ
の間に電極板３を介在せしめて、積層体１００を構成せ
しめた状態を示す模式的断面図である。

圧電板１は直径が約１５龍、厚さが０．５　ｍｍをなす
円板状の部材で、例えばセラミックなどの圧電材料より
成形せしめられる。この円板状をなす圧電板の両平面（
上下面）には、銀ペーストを真空蒸着することにより、
金属電極２がその全面にわたって形成されている。なお
、この金属電極には金、白金等の金属ペーストあるいは
金属メッキ。

スパッタ蒸着によるものでもよい。

この圧電板１はその上下面に形成された金属電極２に正
の電圧あるいは負の電圧を印加することにより、その電
圧印加方向（圧電板１の板圧方向）に伸縮する。そして
、この圧電板１は複数枚その伸縮方向に積層されている
。

この積層された各圧電板１の間にはそれぞれ電気的に金
属電極に接続される電極板３が介在せしめられている。

この電極板３は第２図に示すように、金属電極２と電気
的に接続させるため、金属電極にほぼ同一の平面形状（
円板形状）をなす２つの電極部３０１，３０２と、この
円形の２つの電極部３０１，３０２を互いに連結せしめ
る帯状の架橋部３０３とからなる。この電極部３０１あ
るいは電極部３０２を圧電板１の金属電極２に接続させ
るわけであるが、この際電極部３０１と架橋部３０３の
連結部において電極板３は屈曲せしめられており、電極
部３０１は互いに隣接する２つの圧電板のうち一方の圧
電板の上面に接続され、またもう１つの電極部３０２は
互いに隣接する圧電板の他方の圧電板２の下面側の金属
電極に接続されている。このような接続状態でもって各
圧電板１の金属電極には、２つの電極部３０１，３０２
およびこの電極部をつなぐ架橋部３０３を有する電極板
３が接続されているのである。なおこの際第１図からも
わかるように、この電極板３のうち隣接する電極板によ
って互いに挟持せしめられる２つの電極板３は、互いに
同一位置において、その架橋部３０３が位置せしめられ
ており、この一連の金属電極には同一の電圧が印加せし
められるのである。なお第１図からも明らかなように電
極板３の電極部３０１，３０２は金属電極２に密着した
状態となっているが、架橋部３０３は圧電板１の側周部
より所定距離だけ離れた位置にて位置せしめられている
。

またこの電極板３は金属製の導電体ならば、いずれの材
料でもよ（、本実施例においてはステンレス鋼より形成
されている。

この第１図に示すように圧電板１および電極板３を交互
に積層してなる積層体１００は、第３図に示すようにケ
ース内に収納されることにより、アクチュエータの作用
をなす積層型圧電体を構成する。第３図はこのアクチュ
エータとしての積層型圧電体を示すもので、第３図の（
ａ）はその上面図、第３図の（ｂ）は第３図の（ａ）の
図中Ａ−Ａ断面状態を示すものである。

第１図のようにして積層された積層体１００の電極板３
には、リード線１１が半田付は等の手段によりそれぞれ
接続されている。一方のリード線には例えば正の電圧が
印加され、他方のリード線をアースすることにより各圧
電板ｌに正の電圧が印加されるのである。

このようにリード線１１が接続された積層体１００の外
周は、テフロンなどの材質よりなる中空状の樹脂ケース
５により覆われている。そして積層体１００の両端面に
は非磁性材料よりなる円板状のダミー板７ａ、７ｂが配
されている。

樹脂ケース５の外周には円筒状をなす金属ケース６によ
り覆われている。この金属ケース６の一端は開口し、他
端側にはその内方に向かって所定量だけ突出する円環状
のフランジ部６ａが形成されている。そしてこの金属ケ
ース６のフランジ部６ａが形成されている側の端部には
下金属カバー８ｂがダミー板７ｂと当接しながら、配さ
れており、この下金属カバー８ｂは前述のフランジ部６
ａと係合することにより、下方への落下を防止されてい
る。

一方、上ダミー板７ａの上方には上金属カバー８ａが配
されている。そしてこの上金属カバー８ａを覆いさらに
金属ケース６の外周を覆うようにして締めつけ用金属カ
バー１０が金属ケース６に螺着せしめられている。

この締めつけ用金属カバー１０の一端側にも内方に向か
って突出する円環状のフランジ部１０ａが形成されてお
り、このフランジ部１０ａと上金属カバー８ａの台座部
８１との間にウェーブワッシャが配されている。このウ
ェーブワッシャ９の付勢力によって上金属カバー８ａは
上ダミー板７ａに向けて付勢されている。従って、積層
体１゜Ｏが伸長すれば上金属カバー８ａはフランジ部６
ａに当接したまま固定状態となっているので、その伸長
量は上金属カバー８ａの移動量となって現れる。すなわ
ち、積層体１００が伸長すれば、上金属カバー８ａはウ
ェーブワッシャ９の勢力に抗して締めつけ用金属カバー
１０のフランジ部１゜に当接するまで移動することにな
る。

また樹脂ケース５にはその内周面に縦溝５０１がそれぞ
れ向かい合う位置に形成されている。この縦溝５０１は
樹脂ケース５の内面をその軸方向に渡って伸びるもので
、その断面は四角形状をなす溝部となっている。そして
上述したごとく圧電体１の側周部より所定距離だけ隔離
せしめて位置している架橋部３０３は同一位置において
直線状に配置甘めしられているので、この直線状に配せ
られた架橋部３０３がこの樹脂ケース５の縦溝５０１内
に位置せしめられているのである。すなわち一連の架橋
部３０３が向かい合う縦溝の一方側に位置せしめられ、
他連の架橋部３はその向かい合う縦溝５０１内に位置せ
しめられているのである。

なお、ウェーブワッシャ９の付勢力は締めつけ金属カバ
ー１０を金属ケース６に螺着せしめる際その螺着量を調
整することにより付勢力も調整されている。

次の本実施例の作動について説明する。リード線１１よ
り電極板３および金属電極２を介して各圧電板１に電圧
を印加する。

この電圧印加により各電極板は同一方向に伸長する。こ
の各圧電板の１がすなわち積層体１００が伸長すれば、
上述した如（上金属カバー８ｂは固定された状態となっ
ているので、その伸長量は上金属カバー８ａの伸長量と
なって現れる。この金属カバー８ａの移動量を例えば弁
体により伝えることにより弁体の開閉を行わしめたり、
あるいは種々の非駆動部材に伝達させることにより、ア
クチュエータとしての作動をなさしめるのである。

こ゛のとき各圧電板１に接続されている電極３も各圧電
板１の伸長にともなって変形せしめられるが、その変形
量は架橋部３０３がたわむことにより吸収せしめられて
いる。

以上のような作動を本実施例はなさしめるのである。

なお上述の実施例では電極板３の架橋部３０３を単なる
帯状部材としたが、例えば第４図に示すように架橋部３
０４の幅を架橋部３０４と電極部３０１の連結部よりも
広くした帯状となすこともできる。

また第５図に示すように架橋部３０５をその中心部にて
その幅が減少せしめた形状となすことも可能である。

また上述の例では樹脂ケース５をチューブ状の樹脂剤よ
り構成していたが、例えば第６図に示すようにこの樹脂
ケース５を二分割した構成としてもよい。すなわち、そ
の中心部にて溶状に分離する第１部材５ａと第２部材５
ｂとから構成し、この第１部材５ａ、第２部材５ｂを互
いに接合することにより円筒状の樹脂ケース５となさし
めることも可能である。なおこの樹脂ケーヒ５の内周面
には前述の実施例と同様軸方向に伸びる断面四角状の縦
溝５０１が互いに向かい合うようにして形成されている
。

次に本発明の他の変形例について述べる。第３図に示し
た実施例では上金属カバー８ｂが金属ケース６のフラン
ジ部６ａに当接して移動不可能な固定状態としたが、第
７図に示すように上金属カバー８ｂについても上金属カ
バー８ａと同様ウェーブワッシャ９を介在せしめて移動
可能なような構成としてもよい。このような構成とする
ことにより積層体１００の移動量が上金属カバー８ａお
よび上金属カバー８ｂの両方の移動量となって表すこと
ができる。

また第８図に示すものでは、上金属カバーを金属ケース
６と一体とした構成としている。すなわち、第３図に示
した例では金属ケース６を筒状形状となし、その両端部
に上金属カバー８ａ、下金属カバー８ｂを配設している
が、本例では一端側に底面を有するコツプ形状となして
もよい。但し、開放端側については第３図に示す実施例
と同様上ダミー板７ａを介して土金属カバー８ａを配設
し、その外方より締めつけ金属カバー１０にて覆うよう
にしている。

第９図は本発明の第２実施例を示すもので、電極板３の
架橋部３０３に第９図に示すようにステンレス製あるい
はステンレス孔などの金属よりなり、電極板３よりも板
圧の厚い補助電極板１４をスポット溶接している。これ
により電極板３になんらかの原因によって亀裂あるいは
切断が生じてもこの補助電極１４によって電極の断線を
防止することができる。また電極板３に過電流が流れた
場合においても、この補助電極抜工４によって電極板３
の溶断を防止することができるのである。

なおこの第９図に示す実施例においても補助電極板４の
外周は樹脂ケースにより覆われており、その他の構成に
ついては上述の実施例と全（同様である。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧電板１と電極板との積層状態を示す模式的断
面図、第２図は電極板の平面図、第３図は積層型圧電板
を示すもので、第３図の（ａｌはその平面図を示し、第
３図の（ｂ）は第３図のｔａ＋のＡ−Ａ断面を示す図、
第４図は電極板の他の例を示す平面図、第５図は電極板
の他の例を示す平面図、第６図は樹脂ケースの他の例を
示す図で、第６図の（ａ）はその平面図、第６図の（ｂ
）はその側面図、第７図は本発明の変形例を示す断面図
、第８図は本発明の他の変形例を示す断面図、第９図は
本発明の第２実施例を示す模式的断面図である。 １・・・圧電板、２・・・金属電極、３・・・電極板、
３０１．３０２・・・電極部、３０３・・・架橋部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　電圧を印加することにより電圧印加方向に伸縮する複
   数枚の板状の圧電板と、 前記圧電板の両平面に全面にわたって形成される金属電
   極と、 この金属電極に電気的に接続される電極板とを備え、 前記電極板は前記金属電極と略同一平面形状をなす２つ
   の電極部と、これら２つの電極部を互いに連結する架橋
   部とから成り、 前記圧電板をその伸縮方向に複数枚積層した状態におい
   て、前記電極板の１つの電極部は互いに隣接する２枚の
   圧電板の一方の圧電板の一方向側金属電極に接続され、
   前記電極板の他の電極部は他方の圧電板の他方向側金属
   電極に接続され、前記架橋部は前記圧電板の側部より所
   定距離だけ隔離せしめてなる積層型圧電体。