JPH07169998A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】駆動時の変位量を低下させることがなく、絶縁
材に発生するクラックによる耐久性の低下を低減させる
ことができる圧電アクチュエータを提供する。 【構成】本発明の圧電アクチュエータ１は、少なくとも
一方の面に導電層２１を形成した圧電板２０、２２を複
数枚積層して積層体２を形成し、該積層体２の側面に位
置する前記導電層２１を絶縁材３を用いて一層おきに覆
い、前記絶縁材３を覆って他の導電層２１に一層おきに
導通するように外部電極４を形成してなる圧電アクチュ
エータにおいて、前記絶縁材３は、弾性部材３０と、該
弾性部材３０に混合された略球状のビーズ３１とよりな
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電アクチュエータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電アクチュエータとして、例え
ば、一方の面に導電層（内部電極）を形成した圧電板
（圧電ペレット）を複数枚積層して形成された積層体
と、積層体の側面に位置する前記導電層を一層おきに覆
う絶縁材（絶縁層）と、絶縁材を覆って他の導電層に一
層おきに導通するように形成された外部電極とよりなる
圧電アクチュエータにおいて、絶縁材のクラック（亀
裂）を防止するため、圧電定数が大きな層を、圧電定数
が小さな層でサンドイッチ状に挟み３層構造とし、圧電
定数が小さな層の側面に絶縁材を形成した圧電アクチュ
エータが知られている（特開平１ー２２３７８４号公
報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の圧電アクチ
ュエータによれば、その絶縁材は、駆動時の変位量（伸
び）の少ない、圧電定数が小さな層に絶縁材が接するた
め、クラックの発生を防止できる。しかしこの反面、圧
電定数が小さな層を用いるため圧電アクチュエータの変
位量が低下する。

【０００４】本発明は、変位量を低下させることがな
く、絶縁材に発生するクラックによる耐久性の低下を低
減させることができる圧電アクチュエータを提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電アクチュエ
ータは、少なくとも一方の面に導電層を形成した圧電板
を複数枚積層して積層体を形成し、該積層体の側面に位
置する前記導電層を絶縁材を用いて一層おきに覆い、前
記絶縁材を覆って他の導電層に一層おきに導通するよう
に外部電極を形成してなる圧電アクチュエータにおい
て、前記絶縁材は、弾性部材と、該弾性部材に混合され
た略球状のビーズとよりなることを特徴とする圧電アク
チュエータ。

【０００６】

【作用】本発明の圧電アクチュエータによれば、その駆
動時に、弾性部材にクラックが発生した場合、クラック
の先端は、最も近くのビーズに向かって弾性部材領域を
進行する。そして前記ビーズに到達したクラックの先端
は、ビーズの球表面形状に沿って移動するため、弾性部
材領域での進行が一旦止まる。この後、クラックの先端
は、ビーズの球表面に沿って方向転換し、かつ弾性部材
領域をさらに他のビーズに向かって進行する現象が繰り
返され、クラックの先端が外部電極に到達するまでの時
間を長引かせる。

【０００７】

【実施例】本発明の圧電アクチュエータの実施例を図１
〜図４に基づいて説明する。図１に、実施例の圧電アク
チュエータ１の全体を、積層方向の長さを短縮し、要部
を斜視図で示す。圧電アクチュエータ１は、積層体２
と、絶縁材３と、外部電極４と、よりなる。

【０００８】積層体２は、一方の面もしくは両面に導電
層２１を形成した圧電板２０を下あるいは上に向けて５
８層に積み重ね、さらに一方の面に導電層２１を形成し
た圧電板２２を上下に１枚ずつ重ねて一体化したもので
ある。積層体２の上下互いに隣なり合う圧電板２２は導
電層２１を共有するものとなる。なお、積み重ねられた
最下部位置あるいは最上部位置に配置される圧電板２２
は、上下隣なり合う圧電板２０の導電層２１を共有でき
るため、予め一方の面に導電層２１が形成されていな
い。

【０００９】圧電板２０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン
酸鉛）を主成分とする直径が１６ｍｍ、厚さが０．５ｍ
ｍの円板状のものである。圧電板２２は圧電アクチュエ
ータ１と外部とを絶縁するために、圧電板２０より厚い
２ｍｍで製作されている。材料は圧電板２０と同一であ
る。導電層２１は、圧電板２０の一方の面もしくは両面
にガラスフリットを含む銀ペーストを全面印刷し、乾燥
したのち圧電板２０を５８枚積み重ね、さらに圧電板２
２を導電層２１を内側とした状態で上下に１枚ずつ重
ね、その状態で加熱圧着して形成したものである。

【００１０】絶縁材３は、図１および図２に示されるよ
うに積層体２の円周部の１８０度離れて対向する積層体
２の側面位置で、かつ導電層２１を一層おきに覆うよう
に形成される。この絶縁材３は、絶縁性の弾性エポキシ
樹脂ペーストよりなる弾性部材３０と、弾性部材３０に
重量比で４５％〜５５％混合された丸い形状のガラスビ
ーズ３１とよりなる。ガラスビーズ３１の平均粒径は、
２０μｍ〜３０μｍである。ガラスビーズ３１の重量比
および平均粒径は、目的に応じて変更可能である。

【００１１】外部電極４は、エポキシ樹脂に銀粉末を混
入した導電性ペーストを用いて形成される。すなわち、
外部電極４を形成するには、図略の導電性ペーストを図
１および図２に示される積層体２の円周部１８０度離れ
て対向する側面位置で、かつ前記絶縁材３を覆うように
して塗布するとともに、前記塗布に連続して絶縁材３が
形成されていない他の導電層２１を一層おきに塗布した
後、乾燥、焼付けすることによって形成される。なお、
積層体２は、その上端側及び下端側に図略の鋼製シムが
積層されるとともに、外周面を被覆する図略の保護層が
形成される。保護層は、前記外周面に約０．５ｍｍの厚
さの熱収縮チューブを被覆したものである。

【００１２】前記のように製造された圧電アクチュエー
タ１をテストサンプルとして１０個を用意し、以下に示
す条件により作動試験を実施した。作動条件としては、
荷重５ＫＮ，周波数１００Ｈｚの矩形波駆動で概略３０
０〜−１５０Ｖの電圧を印加し、変位量２０μｍとし
た。そして絶縁材３にクラック（亀裂）の発生に伴うシ
ョートが発生して圧電アクチュエータ１が作動停止する
までの繰り返し回数を確認し、図４に示した。

【００１３】実施例の圧電アクチュエータ１によれば、
絶縁材３は弾性部材３０と弾性部材３０に混合されてい
る略球状のガラスビーズ３１とよりなる。このため、 （１）圧電アクチュエータ１の駆動時に、弾性部材３０
にクラックＳが発生した場合、クラックＳの先端は、最
も近くのガラスビーズ３１に向かって弾性部材３０領域
を進行する。そして前記ガラスビーズ３１に到達したク
ラックＳの先端は、ガラスビーズ３１の球表面形状に沿
って移動するため、弾性部材３０領域での進行が一旦止
まる。この後、クラックＳの先端は、ガラスビーズ３１
の球表面に沿って方向転換し、かつ弾性部材３０領域を
さらに他のガラスビーズ３１に向かって進行する現象が
繰り返され、クラックＳの先端が外部電極４に到達する
までの時間を長引かせる。

【００１４】従って、実施例の圧電アクチュエータ１
は、絶縁材３の弾性部材３０に発生したクラックＳの影
響でショートするまでの作動回数および駆動耐久性を増
すことができる。 （２）また、圧電アクチュエータ１は、前記従来の圧電
アクチュエータのように駆動時に積層体２の変位量が低
下する構成を備えないため、その駆動時に変位機能を十
分に発揮することができる。 （３）絶縁材３の弾性部材３０がガラスビーズ３１によ
り強化され、その表面を覆う図略の保護層との接合度を
増し剥離しにくくすることができる。 （４）絶縁材３の弾性部材３０は、ガラスビーズ３１の
混合量に応じて熱伝導率が増すとともに熱膨張率が小さ
くなり、積層体２全体の温度分布（温度差）が改善され
る。

【００１５】そして積層体２全体の熱歪みが小さくな
り、積層体２のクラックの発生が少なくなる。 （比較例）実施例１の圧電アクチュエータ１の効果を確
認するため、図５に示されるように、比較例の圧電アク
チュエータ１ａを製造し、実施例の圧電アクチュエータ
１と同じように、矩形波駆動による同じ条件で作動試験
を実施した。

【００１６】なお、比較例の圧電アクチュエータ１ａ
は、前記実施例１の絶縁性を備えた弾性エポキシ樹脂製
ペーストよりなる弾性部材３０のみにより絶縁材３ａを
形成したこと以外は前記実施例と同じ構造となしたもの
である。作動試験の結果、比較例の圧電アクチュエータ
１では１×１０⁷ 回でショートしなかった割合は、０％
であった。すなわち、比較例の場合には、少ない繰り返
し作動回数で、導電層２１を発生起点とするクラックＳ
１（図５参照）が外部電極４に到達した。

【００１７】これに対し本実施例１の圧電アクチュエー
タ１では１×１０⁹ 回作動してもショート（クラックを
起因とする）しなかった割合は、４０％と高い値が得ら
れた。なお、前記実施例では、絶縁材３として、絶縁性
の弾性エポキシ樹脂ペーストよりなる弾性部材３０と、
弾性部材３０に混合されたガラスビーズ３１とよりなる
ものを用いた場合を説明したが、これに限定されるもの
ではなく、例えば、弾性部材３０としてシリコンゴムな
どを、ガラスビーズ３１の代わりにジルコニアビーズ、
シリカビーズなどを用いることができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明の圧電アクチュエータによれば、
絶縁材は、弾性部材と弾性部材に混合されている略球状
のビーズとよりなる。このため、 （１）圧電アクチュエータの駆動時に、弾性部材にクラ
ックが発生した場合、クラックの先端は、最も近くのビ
ーズに向かって弾性部材領域を進行するする。そして前
記ビーズに到達したクラックの先端は、ビーズの球表面
形状に沿って移動するため、弾性部材領域での進行が一
旦止まる。この後、クラックの先端は、ビーズの球表面
に沿って方向転換し、かつ弾性部材領域をさらに他のビ
ーズに向かって進行する現象が繰り返され、クラックの
先端が外部電極に到達するまでの時間を長引かせる。

【００１９】従って、圧電アクチュエータは、絶縁材の
弾性部材に発生したクラックの影響でショートするまで
の作動回数および駆動耐久性を増すことができる。 （２）また、圧電アクチュエータは、前記従来の圧電ア
クチュエータのように駆動時に積層体の変位量が低下す
る構成を備えないため、その駆動時に変位機能を十分に
発揮することができる。 （３）絶縁材の弾性部材がビーズにより強化され、その
表面を覆う保護層との接合度を増し剥離しにくくするこ
とができる。 （４）絶縁材の弾性部材は、ガラスビーズの混合量に応
じて熱伝導率が増すとともに熱膨張率が小さくなり、積
層体全体の温度分布（温度差）が改善される。

【００２０】そして積層体全体の熱歪みが小さくなり、
積層体のクラックの発生が少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電アクチュエータの実施例における
全体を、積層方向の長さを短縮し、要部を示す斜視図で
ある。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。

【図３】図２における一部を拡大して示す拡大断面図で
ある。

【図４】実施例および比較例の圧電アクチュエータにお
ける耐久性能を示す図で、横軸に圧電アクチュエータの
繰り返し作動回数を示し、縦軸に圧電アクチュエータが
ショートしなかった割合を示す。

【図５】比較例の圧電アクチュエータを示し、かつ図３
に対応する部分を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１…圧電アクチュエータ ２…積層体 ２０…圧電板
２１…導電層 ３…絶縁材 ３０…弾性部材
３１…ガラスビーズ ４…外部電極 ２２…圧電板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方の面に導電層を形成した圧
   電板を複数枚積層して積層体を形成し、該積層体の側面
   に位置する前記導電層を絶縁材を用いて一層おきに覆
   い、前記絶縁材を覆って他の導電層に一層おきに導通す
   るように外部電極を形成してなる圧電アクチュエータに
   おいて、 前記絶縁材は、弾性部材と、該弾性部材に混合された略
   球状のビーズとよりなることを特徴とする圧電アクチュ
   エータ。