(57)【要約】  積層圧電体(10)は、内部正電極(15)および内部負電極(16)が、複数の圧電素子セグメント(12)の積層方向に所定間隔をおいて配列されるとともに、複数の圧電素子セグメント(12)の積層方向に直交させて配列されている。圧電素子セグメント(12A)は、上圧電素子セグメント(12B)の下接触部(28B)に接触する上接触部(29A)を有する。上接触部(29A)は、中央に下接触部(28B)に向けて突出された中央凸部(32)を有する。
2012137542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の圧電素子セグメントからなる積層圧電体であって、
前記複数の圧電素子セグメントの各々は、
圧電セラミックスと、
前記圧電セラミックスの内部に間隔をおいて設けられた少なくとも一対の内部電極と、
を具備しており、
前記内部電極は、前記複数の圧電素子セグメントの積層方向に間隔をおいて配列されるとともに、前記複数の圧電素子セグメントの積層方向に直交して配列されており、
前記複数の圧電素子セグメントは、隣接する圧電素子セグメントが互いに接触する接触部を有し、
前記隣接する前記圧電素子セグメントの少なくとも一方の接触部は、中央に他方の接触部に向けて突出された中央凸部を有していることを特徴とする積層圧電体。
【請求項２】
前記中央凸部は、曲面またはテーパ面を有する、請求項１に記載の積層圧電体。
【請求項３】
前記一方の接触部および前記他方の接触部は、接着剤で接合されている、請求項１または請求項２に記載の積層圧電体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電セラミックスの内部に少なくとも一対の内部電極が設けられた圧電素子セグメントを複数備え、これら複数の圧電素子セグメントが積層された積層圧電体に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の圧電素子および複数の内部電極が交互に積層された積層圧電体が、例えば、特許文献１に開示されているように知られている。この積層圧電体の内部電極に電圧供給部から電圧を印加することにより積層圧電体を駆動することができる。積層圧電体を駆動させることで積層圧電体が変位し、例えば、アクチュエータとして使用することが可能である。【０００３】
さらに、積層圧電体のなかには、圧電セラミックスの内部に一対の内部電極を設けることにより圧電素子セグメントを形成し、形成した複数の圧電素子セグメントを積層したものがある。この積層圧電体によれば、特許文献１に開示されている積層圧電体と同様に、圧電素子セグメントの内部電極に電圧供給部から電圧を印加することで積層圧電体を駆動することができる。【０００４】
この圧電素子セグメントは、製造の際に、圧電セラミックスを焼成する必要がある。このため、圧電素子セグメントを焼成する際に、圧電セラミックスにひずみが生じ、複数の圧電素子セグメントを同軸上に積層することが難しい。そこで、複数の圧電素子セグメントを同軸上に積層するために、隣接する圧電素子セグメントの接触部を互いに平行に、かつ平坦に研磨（研削）している。【０００５】
しかし、圧電素子セグメントの接触部を互いに平行に研磨することは難しく、互いに接触する一対の接触部の一方に対して他方が傾斜することが考えられる。傾斜した接触部を積層した場合、圧電素子セグメントが積層圧電体の軸線に対して傾いて積層される。このため、圧電素子セグメントの内部電極に電圧を印加して圧電素子セグメントを変位させた場合、圧電素子セグメントの変位により発生する出力を効率よく取り出すことが難しい。【０００６】
圧電素子セグメントの出力を効率よく取り出すために、圧電素子セグメントをガイド部材を用いて積層圧電体の軸線上に強制的に積層する方法が考えられる。しかし、圧電素子セグメントをガイド部材を用いて軸線上に積層した場合、傾斜した接触部の角部が隣接する接触部の角部に当接する。このため、隣接する接触部の角部に荷重が集中し、圧電素子セグメントの耐久性を確保することが難しい。【０００７】
圧電素子セグメントの出力を効率よく取り出す方法として、圧電素子セグメントの接触部を互いに平行になるように精度よく研磨することが考えられる。しかし、接触部の加工精度を高めた場合、研磨による歩留まりが低下し、かつ、研磨工程が複雑化して圧電素子セグメントの生産性を高めることが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１８３５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、圧電素子セグメントの耐久性を高めることができ、かつ、圧電素子セグメントの生産性を確保できる積層圧電体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、積層された複数の圧電素子セグメントからなる積層圧電体であって、前記複数の圧電素子セグメントの各々は、圧電セラミックスと、前記圧電セラミックスの内部に間隔をおいて設けられた少なくとも一対の内部電極と、を具備しており、前記内部電極は、前記複数の圧電素子セグメントの積層方向に間隔をおいて配列されるとともに、前記複数の圧電素子セグメントの積層方向に直交して配列されており、前記複数の圧電素子セグメントは、隣接する圧電素子セグメントが互いに接触する接触部を有し、前記隣接する前記圧電素子セグメントの少なくとも一方の接触部は、中央に他方の接触部に向けて突出された中央凸部を有している積層圧電体が提供される。【００１１】
請求項２に係る発明では、好ましくは、前記中央凸部は、曲面またはテーパ面を有する。【００１２】
請求項３に係る発明では、好ましくは、前記一方の接触部および前記他方の接触部は、接着剤で接合されている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明では、隣接する圧電素子セグメントの一方の接触部に中央凸部を設けた。よって、中央凸部を他方の接触部の中央（角部を除いた部位）に接触させることができるので、中央凸部から他方の接触部に作用する荷重を接触部に好適に分散させることができる。これにより、他方の接触部に必要以上の荷重が作用することを防止できるので、圧電素子セグメントの耐久性を高めることができる。【００１４】
加えて、接触部に中央凸部を設けることで、接触部を研磨する際に加工精度を必要以上に高めなくても、接触部に中央凸部を成形することができる。これにより、接触部を研磨する際の歩留まりを高め、さらに、接触部の研磨工程（加工工程）を簡素にすることが可能なり、圧電素子セグメントの生産性を確保することができる。【００１５】
請求項２に係る発明では、中央凸部に曲面またはテーパ面を有するようにした。曲面やテーパ面は比較的簡素な形状である。これにより、曲面やテーパ面で中央凸部を形成することで、中央凸部を容易に成形することができ、圧電素子セグメントの生産性を一層確実に確保することができる。【００１６】
請求項３に係る発明では、一方の接触部および他方の接触部を接着剤で接合した。よって、一方の接触部および他方の接触部が積層方向に対して交差する方向にずれることを防止できる。これにより、積層した複数の圧電素子セグメントを積層圧電体の軸線上に保持することができる。したがって、例えば、一方の接触部から他方の接触部に荷重を効率よく伝えることが可能になり、積層圧電体の信頼性を高めることができる。【００１７】
さらに、一方の接触部および他方の接触部を接着剤で接合することで、接触部に粗面や凹部を有する場合に粗面や凹部を接着剤で埋めることができる。よって、接触部を接着剤で滑らかな表面に確保でき、隣接する接触部を所定位置に容易に配置（積層）することができる。これにより、例えば、一方の接触部から他方の接触部に荷重をより効率よく伝えることが可能になり、積層圧電体の信頼性を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１による積層圧電体を示した断面図である。
【図２】図１の複数の圧電素子セグメントから選択した代表的な圧電素子セグメントを示した断面図である。
【図３】図２に示した圧電素子セグメントの斜視図である。
【図４】図３の圧電素子セグメントの研磨工程（加工工程）を示した図である。
【図５】図２の領域５を拡大した図である。
【図６】実施例１による圧電素子セグメントから水平状の下接触部に荷重を伝える例を示した図である。
【図７】実施例１による圧電素子セグメントから傾斜状の下接触部に荷重を伝える例を示した図である。
【図８】実施例１の変形例１による圧電素子セグメントの断面図である。
【図９】実施例１の変形例２による圧電素子セグメントの断面図である。
【図１０】図９に示した変形例２による圧電素子セグメントから水平状の下接触部に荷重を伝える例を示した図である。
【図１１】図９に示した変形例２による圧電素子セグメントから傾斜状の下接触部に荷重を伝える例を示した図である。
【図１２】実施例１の変形例３による圧電素子セグメントの断面図である。
【図１３】実施例１の変形例４による圧電素子セグメントの断面図である。
【図１４】本発明の実施例２による積層圧電体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい幾つかの実施例について、添付した図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１に示すように、積層圧電体１０は、積層圧電体１０の軸線１１上に積層された複数の圧電素子セグメント（圧電素子）１２と、隣接する圧電素子セグメント１２を接合する接着剤２１とを備えている。この積層圧電体１０は、一例として、機器などのアクチュエータとして用いられる。【００２１】
圧電素子セグメント１２は、略立方体状に形成された圧電セラミックス１３と、圧電セラミックス１３の内部に間隔をおいて設けられた一対の内部電極１５，１６と、一対の内部電極１５，１６にそれぞれ接続された一対の外部電極１７，１８とを備えている。【００２２】
以下、積層圧電体１０の構成の理解を容易にするために、複数の圧電素子セグメント１２から代表例として一つを選択して「圧電素子セグメント１２Ａ」として説明する。選択した圧電素子セグメント１２Ａの上方に隣接して積層された圧電素子セグメント１２を、「上圧電素子セグメント１２Ｂ」として説明する。さらに、選択した圧電素子セグメント１２Ａの下方に隣接して積層された圧電素子セグメント１２を、「下圧電素子セグメント１２Ｃ」として説明する。【００２３】
図２、図３に示すように、圧電セラミックス１３は、PZT（チタン酸ジルコン酸鉛［Pb(Zr,Ti)］）の材料で形成されている。この圧電セラミックス１３は、左右の側壁２４，２５、前後の側壁２６，２７、下接触部（接触部）２８および上接触部（一方の接触部）２９で略立方体状に形成されている。【００２４】
以下、図１に示すように、圧電素子セグメント１２Ａの下接触部２８および上接触部２９を便宜的に下接触部２８Ａおよび上接触部２９Ａとして説明する。上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８および上接触部２９を便宜的に下接触部２８Ｂおよび上接触部２９Ｂとして説明する。さらに、下圧電素子セグメント１２Ｃの下接触部２８および上接触部２９を便宜的に下接触部２８Ｃおよび上接触部２９Ｃとして説明する。【００２５】
図２、図３に示すように、左右の側壁２４，２５および前後の側壁２６，２７は、各々が軸線１１と平行に立ち上げられるとともに平坦に形成されている。圧電素子セグメント１２Ａの下接触部２８Ａは、下圧電素子セグメント１２Ｃの上接触部２９Ｃ（図１）に接触する部位である。この下接触部２８Ａは、左右の側壁２４，２５および前後の側壁２６，２７に対して略直交するように形成されるとともに平坦状に形成されている。【００２６】
圧電素子セグメント１２Ａの上接触部２９Ａは、上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８Ｂに接触する部位である。この上接触部２９Ａは、上方に向けて突出（隆起）するように曲面状に形成されることで中央に中央凸部３２を有する。中央凸部３２は、上方に向けて突出された曲面３３を有する。【００２７】
上接触部２９の中央に中央凸部３２を設けることで、上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部（他方の接触部）２８Ｂの中央に向けて中央凸部３２を突出させることが可能である。よって、中央凸部３２を下接触部２８の中央に接触させることができる。特に、上接触部２９の中央に中央凸部３２を設けることで、下接触部２８が傾斜している場合でも、中央凸部３２を下接触部２８の中央に接触させることができる。【００２８】
中央凸部３２は、上接触部２９Ａが上方に向けて突出するように曲面状に形成された部位であり、比較的平坦状に形成されている。よって、中央凸部３２が上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８に接触する領域３２ａを比較的大きく確保することができる。同様に、下接触部２８が傾斜している場合でも、中央凸部３２が上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８に接触する領域３２ｂ（図７参照）を比較的大きく確保することができる。【００２９】
このように、上接触部２９Ａに中央凸部３２を設けることで、上接触部２９Ａを研磨（研削）する際に加工精度を必要以上に高めなくても、上接触部２９Ａに中央凸部３２を成形できる。これにより、上接触部２９Ａを研磨する際の歩留まりを高め、さらに、上接触部２９Ａの研磨工程（加工工程）を簡素にすることが可能なり、圧電素子セグメント１２Ａの生産性を確保することができる。【００３０】
さらに、中央凸部３２に曲面３３を有するようにした。曲面３３は比較的簡素な形状である。これにより、曲面３３で中央凸部３２を形成することで、中央凸部３２を容易に成形することができ、圧電素子セグメント１２Ａの生産性を一層確実に確保することができる。【００３１】
実施例１においては、圧電セラミックス１３の材料としてPZTを例示するが、圧電セラミックス１３の材料はPZTに限定するものではない。例えば、圧電セラミックス１３の材料として、ABCペロブスカイトの結晶構造、タングステンブロンズの結晶構造、ビスマス層状セラミックス、または層状ペロブスカイト型セラミックスを用いることも可能である。【００３２】
ABCペロブスカイトの結晶構造を有するセラミックスとしては、BaTiO３、KNbO３、(K,Na)NbO３、(K,Na,Li)NbO３、BiTiO３、または(Bi,Na)TiO３などが該当する。タングステンブロンズの結晶構造を有するセラミックスとしては、KSr２Nb５Ol５、NaBa２Nb５Ol５、(Srl-x,Bax)Nb２O６、またはBa２NaNb５Ol５などが該当する。さらに、ビスマス層状セラミックスとしては、Bi４Ti３Ol２、またはBaBi４Ti４Ol５などが該当する。層状ペロブスカイト型セラミックスとしては、La２Ti２O７-Sr２Ta２O７、Na２Ti２O７-Sr２Ta２O７、またはCa２Nb２O７-Sr２Ta２O７などが該当する。【００３３】
圧電セラミックス１３の内部に一対の内部電極１５，１６が所定間隔をおいて互いに平行に配列された状態で設けられている。一対の内部電極１５，１６は、複数の圧電素子セグメント１２の積層方向（積層圧電体１０の軸線１１方向）に直交させて配列されている。一対の内部電極１５，１６は、一方の内部電極１５が正電極であり、他方の内部電極１６が負電極である。以下、一方の内部電極１５を内部正電極、他方の内部電極１６を内部負電極と称す。【００３４】
内部正電極１５は、Ag-Pb合金で形成された電極である。この内部正電極１５は、圧電セラミックス１３の内部のうち下接触部２８寄りに収納されるとともに、積層圧電体１０の軸線１１に対して交差するように配置されている。内部正電極１５が積層圧電体１０の軸線１１に対して交差するように配置されることで、内部正電極１５は下接触部２８に対して平行に配置されている。内部正電極１５の基端部１５ａは圧電セラミックス１３の右側壁２５に露出され、一対の外部電極１７，１８のうち一方の外部電極１７に接続されている。【００３５】
内部負電極１６は、内部正電極１５と同様に、Ag-Pb合金で形成された電極である。この内部負電極１６は、圧電セラミックス１３の内部のうち上接触部２９寄りに収納されるとともに、積層圧電体１０の軸線１１に対して交差するように配置されている。内部負電極１６が積層圧電体１０の軸線１１に対して交差するように配置されることで、内部負電極１６は下接触部２８に対して平行に配置されている。内部負電極１６の基端部１６ａは圧電セラミックス１３の左側壁２４に露出され、一対の外部電極１７，１８のうち他方の外部電極１８に接続されている。【００３６】
実施例１においては、内部正電極１５および内部負電極１６の材質としてAg-Pb合金を例示するが、内部正電極１５および内部負電極１６の材質はAg-Pb合金に限定するものではない。例えば、内部正電極１５および内部負電極１６の材質として、Ag、Pt、Ni、Cu、PdまたはAuを用いることや、これらの材質を含む合金を用いることも可能である。【００３７】
一対の外部電極１７，１８は、一方の外部電極１７が内部正電極１５の基端部１５ａに接続された正電極であり、他方の外部電極１８が内部負電極１６の基端部１６ａに接続された負電極である。以下、一方の外部電極１７を外部正電極、他方の外部電極１８を外部負電極と称す。【００３８】
外部正電極１７は、Fe-Ni合金で形成された電極である。この外部正電極１７は、内部正電極１５の基端部１５ａに接続され、圧電セラミックス１３の右側壁２５に設けられている。よって、外部正電極１７は、内部正電極１５に対して交差するように設けられている。この外部正電極１７がリード線３６を介して電圧供給部３８（図１）の正極に接続されている。【００３９】
外部負電極１８は、Fe-Ni合金で形成された電極である。この外部負電極１８は、内部負電極１６の基端部１６ａに接続され、圧電セラミックス１３の左側壁２４に設けられている。よって、外部負電極１８は、内部負電極１６に対して交差するように設けられている。この外部負電極１８がリード線３７を介して電圧供給部３８の負極に接続されている。【００４０】
実施例１においては、外部正電極１７および外部負電極１８の材質としてFe-Ni合金を例示するが、外部正電極１７および外部負電極１８の材質はFe-Ni合金に限定するものではない。例えば、外部正電極１７および外部負電極１８の材質として、Ag、Pt、Ni、Cu、PdまたはAuを用いることや、これらの材質を含む合金を用いることも可能である。【００４１】
つぎに、圧電素子セグメント１２Ａの圧電セラミックス１３をバレル研磨で加工する例を図４に基づいて説明する。図４（ａ）に示す加工前の圧電素子セグメント４１をポリエチレン製容器に１０００ｇ（１Ｋｇ）入れる。【００４２】
加工前の圧電素子セグメント４１は、加工前の圧電セラミックス４２と、一対の内部電極１５，１６と、一対の外部電極１７，１８とを備えている。ポリエチレン製容器は１０Ｌ（１×１０−２ｍ３）の容量を備えている。ポリエチレン製容器に、メディア（研磨材）として径φ５ｍｍのZrボール（ジルコニウムボール）を１２００ｇ（１．２Ｋｇ）入れ、さらに、溶媒として純水１Ｌ（１×１０−３ｍ３）を入れる。【００４３】
このように、ポリエチレン製容器に加工前の圧電素子セグメント４１、Zrボール、溶媒を入れた状態で、ポリエチレン製容器をボールミル回転架台上で回転する。ポリエチレン製容器の回転数は８５ｒｍｐ、回転時間は２４０分である。ポリエチレン製容器を回転することで圧電セラミックス４２を加工する。圧電セラミックス４２を加工することで、図４（ｂ）に示す加工後の圧電素子セグメント４４を得る。【００４４】
つぎに、加工後の圧電セラミックス４４を焼成することで図４（ｃ）に示す圧電セラミックス１３（すなわち、圧電素子セグメント１２Ａ）を得る。【００４５】
実施例１では、圧電素子セグメント１２Ａをバレル研磨で加工する例について説明したが、これに限らないで、圧電素子セグメント１２Ａを機械加工することも可能である。機械加工としては、旋盤などによるレース加工や、フライス、エンドミルなどによるフライス加工が用いられる。【００４６】
図１に示すように、圧電素子セグメント１２Ａは上圧電素子セグメント１２Ｂや下圧電素子セグメント１２Ｃに接着剤２１で接合（接着）される。【００４７】
以下、圧電素子セグメント１２Ａの上接触部２９Ａを上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８Ｂに接合する例を図２、図５に基づいて説明する。【００４８】
図２、図５に示すように、接着剤２１は、圧電素子セグメント１２Ａの上接触部２９Ａおよび上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８Ｂを接合するために、上接触部２９Ａおよび下接触部２８Ｂに薄く塗膜された接合樹脂である。【００４９】
接着剤２１としては、絶縁性が高く、常温から２００℃までの温度で硬化できる樹脂が用いられるが、特に、絶縁性が高く、かつ充填しやすいという観点から、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、またはアクリル系樹脂を用いることが好ましい。そこで、実施例１においては、エポキシ系樹脂として、エポキシテクノロジー社製のエポック３５３ＮＤを用いた。【００５０】
上接触部２９Ａおよび下接触部２８Ｂを接着剤２１で接合する方法として、接着剤２１の塗膜厚さを薄くし、かつ、塗膜の容易性という観点からディッピング（浸漬）、印刷、塗布、滴下による塗膜が好ましい。実施例１においては、上接触部２９Ａおよび下接触部２８Ｂに接着剤２１を滴下により塗膜した。【００５１】
具体的には、ディスペンサー（液体定量吐出装置）のシリンジに接着剤２１を充填する。シリンジは、３〜５０ｃｃ［（３〜５０）×１０−６ｍ３］の容量である。シリンジに充填した接着剤２１を空圧１〜５０Ｐｓｉ［（１〜５０）×６８９５Ｐａ］で圧送する。接着剤２１を圧送することで、ディスペンサーから接着剤２１を滴下させて上接触部２９Ａおよび下接触部２８Ｂに塗膜する。【００５２】
上接触部２９Ａおよび下接触部２８Ｂに接着剤２１を塗膜した後、圧電素子セグメント１２Ａおよび上圧電素子セグメント１２Ｂの左右の側壁２４，２５および前後の側壁２６，２７をガイド部材（図示せず）で保持する。圧電素子セグメント１２Ａおよび上圧電素子セグメント１２Ｂを積層した状態で積層方向に１０〜５００Ｎで加圧し、１００〜２００℃の温度で１０〜６０分間保持した。１０〜６０分間保持することで、接着剤２１を硬化させて圧電素子セグメント１２Ａおよび上圧電素子セグメント１２Ｂを接着剤２１で接着した。【００５３】
実施例１においては、圧電素子セグメント１２Ａおよび上圧電素子セグメント１２Ｂを接着する例について説明したが、同様の接着方法で、複数の積層圧電体１０を接着することが可能である。【００５４】
圧電素子セグメント１２Ａの上接触部２９Ａおよび上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８Ｂを接着剤２１を用いて接合することで、上接触部２９Ａおよび下接触部２８Ｂが積層方向に対して交差する方向にずれることを防止できる。よって、積層した複数の圧電素子セグメント１２を積層圧電体１０の軸線１１上に保持することができる。これにより、例えば、下接触部２８から上接触部２９に荷重を効率よく伝えることが可能になり、積層圧電体１０の信頼性を高めることができる。【００５５】
さらに、上接触部２９Ａおよび下接触部２８Ｂを接着剤２１で接合することで、例えば、上接触部２９Ａに粗面５１や凹部５２を有する場合に粗面５１や凹部５２を接着剤２１で埋めることができる。よって、上接触部２９Ａを接着剤２１で滑らかな表面に確保でき、下接触部２８Ｂを所定位置に容易に配置（積層）することができる。これにより、例えば、上接触部２９Ａから下接触部２８Ｂに荷重をより効率よく伝えることが可能になり、積層圧電体１０の信頼性を一層高めることができる。【００５６】
つぎに、圧電素子セグメント１２Ａから上圧電素子セグメント１２Ｂに荷重を伝える例を図６、図７に基づいて説明する。図６、図７においては構成の理解を容易にするために接着剤２１を省略する。【００５７】
まず、上圧電素子セグメント１２Ｂに水平状の下接触部２８Ｂを有する例を図６に基づいて説明する。図６に示すように、圧電素子セグメント１２Ａの内部正電極１５および内部負電極１６に電圧供給部３８から電圧を印加するとともに、上圧電素子セグメント１２Ｂの内部正電極１５および内部負電極１６に電圧供給部３８から電圧を印加する。よって、圧電素子セグメント１２Ａの中央凸部３２から上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８Ｂに荷重Ｆ１が作用する。【００５８】
圧電素子セグメント１２の中央凸部３２が上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８Ｂに接触する領域３２ａが比較的大きく確保されている。このように、比較的大きな領域３２ａを下接触部２８Ｂの中央に接触させることができるので、中央凸部３２から下接触部２８Ｂに作用する荷重Ｆ１を下接触部２８Ｂに好適に分散させることができる。【００５９】
これにより、下接触部２８Ｂに必要以上の荷重が作用することを防止できるので、上圧電素子セグメント１２Ｂの耐久性を高めることができる。このように、上圧電素子セグメント１２Ｂの耐久性を高めることで、積層圧電体１０の耐久性を高めることができる。【００６０】
つぎに、上圧電素子セグメント１２Ｂに傾斜状の下接触部２８Ｂを有する例を図７に基づいて説明する。図７に示すように、圧電素子セグメント１２Ａの内部正電極１５および内部負電極１６に電圧供給部３８から電圧を印加するとともに、上圧電素子セグメント１２Ｂの内部正電極１５および内部負電極１６に電圧供給部３８から電圧を印加する。よって、圧電素子セグメント１２Ａの中央凸部３２から上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８Ｂに荷重Ｆ２が作用する。【００６１】
圧電素子セグメント１２Ａの中央凸部３２が上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８Ｂに接触する領域３２ｂが比較的大きく確保されている。このように、比較的大きな領域３２ｂを下接触部２８Ｂの中央（角部を除いた部位）に接触させることができるので、中央凸部３２から下接触部２８Ｂに作用する荷重Ｆ２を下接触部２８Ｂに好適に分散させることができる。【００６２】
これにより、下接触部２８Ｂに必要以上の荷重が作用することを防止できるので、上圧電素子セグメント１２Ｂの耐久性を高めることができる。このように、上圧電素子セグメント１２Ｂの耐久性を高めることで、積層圧電体１０の耐久性を高めることができる。【００６３】
ついで、実施例１の変形例１〜変形例４を図８〜図１３に基づいて説明する。変形例１〜変形例４において実施例１の積層圧電体１０と同一・類似の構成部材については同じ符号を付して説明を省略する。図８〜図１３においては構成の理解を容易にするために接着剤２１を省略する。
（変形例１）【００６４】
図８に示すように、変形例１の圧電素子セグメント６０は、実施例１の圧電セラミックス１３の下接触部２８Ａを下接触部６１に代えたもので、その他の構成は実施例１の圧電素子セグメント１２Ａと同様である。【００６５】
下接触部６１は、下方に向けて突出するように曲面状に形成されることで中央に中央凸部６２を有する。中央凸部６２は、実施例１の中央凸部３２と上下対称の部位である。下接触部６１の中央に中央凸部６２を設けることで、下圧電素子セグメント１２Ｃの上接触部２９Ｃ（図１）の中央に向けて中央凸部６２を突出させることが可能である。【００６６】
中央凸部６２は、下接触部６１が下方に向けて突出するように曲面状に形成された部位であり、比較的平坦状に形成されている。よって、中央凸部６２が下圧電素子セグメント１２Ｃの上接触部２９Ｃ（図１）に接触する領域６２ａを比較的大きく確保することができる。
（変形例２）【００６７】
図９に示すように、変形例２の圧電素子セグメント７０は、実施例１の圧電セラミックス１３の上接触部２９Ａを上接触部７１に代えたもので、その他の構成は実施例１の圧電素子セグメント１２Ａと同様である。【００６８】
上接触部７１は、上方に向けて突出するように略台形状に形成されることで中央に中央凸部７２を有する。中央凸部７２は、上接触部７１の左端部７１ａから軸線１１に向けて上り勾配に形成された左テーパ面（テーパ面）７３と、上接触部７１の右端部７１ｂから軸線１１に向けて上り勾配に形成された右テーパ面（テーパ面）７４と、左テーパ面７３の上端部および右テーパ面７４の上端部間に形成された水平状の平坦面７５とを有する。【００６９】
この中央凸部７２は、左テーパ面７３および平坦面７５が交差する部位に形成された左交差部７６と、右テーパ面７４および平坦面７５が交差する部位に形成された右交差部７７とを有する。左交差部７６および右交差部７７は、交差角度θ１が鈍角に形成されている。【００７０】
図１０に示すように、上接触部７１の中央に中央凸部７２を設けることで、上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８Ｂに向けて中央凸部７２を突出させることが可能である。この中央凸部７２は、上接触部７１が上方に向けて突出するように略台形状に形成され、頂部に平坦面７５を有する。よって、中央凸部７２の平坦面７５を下接触部２８Ｂの中央に接触させることができ、かつ、下接触部２８Ｂへの接触領域を比較的大きく確保することができる。【００７１】
これにより、中央凸部７２から下接触部２８Ｂの中央に作用する荷重Ｆ３を下接触部２８Ｂに好適に分散させることができる。したがって、下接触部２８Ｂに必要以上の荷重が作用することを防止できるので、上圧電素子セグメント１２Ｂの耐久性を高めることができる。【００７２】
図１１に示すように、上圧電素子セグメント１２Ｂのなかには下接触部２８Ｂが傾斜状に形成されることが考えられる。この場合、圧電素子セグメント７０の中央凸部７２のうち左交差部７６が下接触部２８Ｂの中央（角部を除いた部位）に接触する。左交差部７６は交差角度θ１（図９）が鈍角に形成されている。よって、圧電素子セグメント７０の中央凸部７２を上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８Ｂに接触させる領域７２ａが比較的大きく確保される。【００７３】
この状態において、圧電素子セグメント７０の中央凸部７２から上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８Ｂに荷重Ｆ４が作用する。下接触部２８Ｂの中央（角部を除いた部位）の比較的大きな領域７２ａに左交差部７６を接触させることができるので、左交差部７６から下接触部２８Ｂに作用する荷重Ｆ４を下接触部２８Ｂに好適に分散させることができる。これにより、下接触部２８Ｂに必要以上の荷重が作用することを防止できるので、上圧電素子セグメント１２Ｂの耐久性を高めることができる。【００７４】
さらに、図９に示すように、圧電素子セグメント７０の上接触部７１に中央凸部７２を設けることで、上接触部７１を研磨（研削）する際に加工精度を必要以上に高めなくても、上接触部７１に中央凸部７２を成形できる。これにより、上接触部７１を研磨する際の歩留まりを高め、さらに、上接触部７１の研磨工程（加工工程）を簡素にすることが可能なり、圧電素子セグメント１２Ａの生産性を確保することができる。【００７５】
さらに、中央凸部７２に左右のテーパ面７３，７４を有することで、中央凸部７２を略台形状に形成した。左右のテーパ面７３，７４（すなわち、略台形状の中央凸部７２）は比較的簡素な形状である。これにより、中央凸部７２を容易に成形することができ、圧電素子セグメント７０の生産性を一層確実に確保することができる。
（変形例３）【００７６】
図１２に示すように、変形例３の圧電素子セグメント８０は、変形例２の圧電素子セグメント７０の下接触部７８（図９）を下接触部８１に代えたもので、その他の構成は変形例２の圧電素子セグメント７０と同様である。圧電素子セグメント７０の下接触部７８は、実施例１の下接触部２８Ａと同様に平坦状に形成された部位である。【００７７】
圧電素子セグメント８０の下接触部８１は、下方に向けて突出するように略台形状に形成されることで中央に中央凸部８２を有する。中央凸部８２は、変形例２の中央凸部７２と上下対称である。下接触部８１の中央に中央凸部８２を設けることで、下圧電素子セグメント１２Ｃの上接触部２９Ｃ（図１）の中央に向けて中央凸部８２を突出させることが可能である。【００７８】
中央凸部８２は、下接触部８１が下方に向けて突出するように略台形状に形成された部位であり、比較的平坦状に形成されている。よって、上接触部７１の中央凸部７２と同様に、中央凸部８２が下圧電素子セグメント１２Ｃの上接触部２９Ｃ（図１）に接触する領域を比較的大きく確保することができる。
（変形例４）【００７９】
図１３に示すように、変形例４の圧電素子セグメント９０は、実施例１の圧電セラミックス１３の上接触部２９Ａを上接触部９１に代えたもので、その他の構成は実施例１の圧電素子セグメント１２Ａと同様である。【００８０】
上接触部９１は、上方に向けて突出するように略三角形状に形成されることで中央に中央凸部９２を有する。中央凸部９２は、上接触部９１の左端部９１ａから軸線１１まで上り勾配に形成された左テーパ面（テーパ面）９３と、上接触部９１の右端部９１ｂから軸線１１まで上り勾配に形成された右テーパ面（テーパ面）９４とを有する。【００８１】
この中央凸部９２は、左テーパ面９３および右テーパ面９４が交差する部位に形成された交差部９５を有する。交差部９５は、交差角度θ２が鈍角に形成されている。【００８２】
上接触部９１の中央に中央凸部９２を設けることで、上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８Ｂ（図１）に向けて中央凸部９２を突出させることが可能である。この中央凸部９２は、交差角度θ２が鈍角に形成された交差部９５を有する。よって、中央凸部９２の交差部９５を下接触部２８Ｂの中央に接触させることができ、かつ、下接触部２８Ｂへの接触領域を比較的大きく確保することができる。【００８３】
これにより、中央凸部９２（具体的には、交差部９５）から下接触部２８Ｂの中央に作用する荷重を下接触部２８Ｂに好適に分散させることができる。したがって、下接触部２８Ｂに必要以上の荷重が作用することを防止できるので、上圧電素子セグメント１２Ｂの耐久性を高めることができる。【００８４】
上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８Ｂが傾斜状に形成されている場合でも、交差部９５が下接触部２８Ｂの中央に接触する。交差部９５は交差角度θ２が鈍角に形成されている。よって、交差部９５を上圧電素子セグメント１２Ｂの下接触部２８Ｂに接触させる領域が比較的大きく確保されている。【００８５】
よって、交差部９５から下接触部２８Ｂに作用する荷重を下接触部２８Ｂに好適に分散させることができる。これにより、下接触部２８Ｂに必要以上の荷重が作用することを防止できるので、上圧電素子セグメント１２Ｂの耐久性を高めることができる。【００８６】
さらに、圧電素子セグメント９０の上接触部９１に中央凸部９２を設けることで、上接触部９１を研磨（研削）する際に加工精度を必要以上に高めなくても、上接触部９１に中央凸部９２を成形できる。これにより、上接触部９１を研磨（研削）する際の歩留まりを高め、さらに、上接触部９１の研磨工程（加工工程）を簡素にすることが可能なり、圧電素子セグメント１２Ａの生産性を確保することができる。【００８７】
さらに、中央凸部９２に左右のテーパ面９３，９４を有することで、中央凸部９２を略三角形状に形成した。左右のテーパ面９３，９４（すなわち、略三角形状の中央凸部９２）は比較的簡素な形状である。これにより、中央凸部９２を容易に成形することができ、圧電素子セグメント９０の生産性を一層確実に確保することができる。
【実施例２】
【００８８】
次に、実施例２に係る積層圧電体１００について、図１４に基づいて説明する。実施例２において実施例１の積層圧電体１０と同一・類似の構成部材については同じ符号を付して説明を省略する。【００８９】
図１４に示すように、積層圧電体１００は、実施例１の積層圧電体１０がガイド部材１０１に収納され、積層圧電体１０が上下の留具１０２，１０３で支持されたもので、その他の構成は積層圧電体１０と同様である。【００９０】
実施例２による積層圧電体１００はガイド部材１０１に収納されている。ガイド部材１０１は、外部正電極１７および外部負電極１８や、圧電素子セグメント１２の前後の側壁２６，２７（図３）が軸線１１方向へ移動することを許容可能な部材である。【００９１】
ガイド部材１０１は、外部正電極１７および外部負電極１８や、前後の側壁２６，２７が軸線１１に対して交差する方向に移動することを阻止可能な部材である。よって、複数の圧電素子セグメント１２が軸線１１に対して交差する方向に移動することをガイド部材１０１で阻止することができる。これにより、積層した複数の圧電素子セグメント１２を積層圧電体１００の軸線１１上に一層良好に保持することができ、積層圧電体１００の信頼性を一層好適に高めることができる。【００９２】
本発明による積層圧電体は、前述した実施例に限定されるものではなく適宜変更、改良などが可能である。例えば、前記実施例１および実施例２では、上接触部２９Ａを曲面状に形成して上接触部２９Ａに中央凸部３２を有する例について説明したが、これに限らないで、上接触部を球面状に形成することも可能である。【００９３】
また、前記実施例１および実施例２においては、一つの圧電素子セグメント１２に一対の内部電極１５，１６を有する例について説明したが、これに限らないで、一つの圧電素子セグメント１２に複数対の内部電極を有することも可能である。複数対の内部電極とは、一対の内部電極を複数個有することをいう。例えば、二対の内部電極は、一対の内部電極を２個有している。【００９４】
さらに、前記実施例１および実施例２では、内部正電極１５に外部正電極１７を直接接続した例について説明したが、右側壁２５に導電性の中間材を設け、内部正電極１５および外部正電極１７を中間材を介して接続することもできる。右側壁２５および外部正電極１７間に中間材を介在させることで、右側壁２５（圧電セラミックス１３）および外部正電極１７の線膨張率差を中間材で吸収することが可能である。【００９５】
同様に、内部負電極１６に外部負電極１８を直接接続させた例について説明したが、左側壁２４に導電性の中間材を設け、内部負電極１６に外部負電極１８を中間材を介して接続することも可能である。左側壁２４および外部負電極１８間に中間材を介在させることで、左側壁２４（圧電セラミックス１３）および外部負電極１８の線膨張率差を中間材で吸収することが可能である。【００９６】
実施例１および実施例２で示した積層圧電体、圧電素子セグメント、圧電セラミックス、内部正電極、内部負電極、接着剤、下接触部、上接触部、中央凸部、曲面および左右のテーパ面などの形状や構成は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、圧電セラミックスの内部に内部電極が設けられた圧電素子セグメントを複数備え、複数の圧電素子セグメントが積層された積層圧電体への適用に好適である。
【符号の説明】
【００９８】
１０，１００…積層圧電体、１２，１２Ａ，６０，７０，８０，９０…圧電素子セグメント、１２Ｂ…上圧電素子セグメント、１２Ｃ…下圧電素子セグメント、１３…圧電セラミックス、１５…内部正電極（一対の内部電極のうち一方の内部電極）、１６…内部負電極（一対の内部電極のうち他方の内部電極）、２１…接着剤、２８，２８Ｂ…下接触部（他方の接触部）、２９，２９Ａ，７１，９１…上接触部（一方の接触部）、３２、６２，７２，８２，９２…中央凸部、３３…曲面、７３，９３…左テーパ面（テーパ面）、７４，９４…右テーパ面（テーパ面）。
【図１】
2012137542.tif 000003
【図２】
2012137542.tif 000004
【図３】
2012137542.tif 000005
【図４】
2012137542.tif 000006
【図５】
2012137542.tif 000007
【図６】
2012137542.tif 000008
【図７】
2012137542.tif 000009
【図８】
2012137542.tif 000010
【図９】
2012137542.tif 000011
【図１０】
2012137542.tif 000012
【図１１】
2012137542.tif 000013
【図１２】
2012137542.tif 000014
【図１３】
2012137542.tif 000015
【図１４】
2012137542.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月17日(2013.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の圧電素子セグメントからなる積層圧電体であって、
前記複数の圧電素子セグメントの各々は、
圧電セラミックスと、
前記圧電セラミックスの内部に間隔をおいて設けられた少なくとも一対の内部電極と、を具備しており、
前記内部電極は、前記複数の圧電素子セグメントの積層方向に間隔をおいて配列されるとともに、前記複数の圧電素子セグメントの積層方向に直交して配列されており、
前記複数の圧電素子セグメントは、隣接する圧電素子セグメントが互いに接触する部位である接触部を有し、
前記隣接する前記圧電素子セグメントの少なくとも一方の接触部は、他方の接触部に向けて突出した曲面状または略三角形状に形成されることで、中央に前記他方の接触部に向けて突出された中央凸部を有していることを特徴とする積層圧電体。
【請求項２】
前記一方の接触部および前記他方の接触部は、接着剤で接合されている、請求項１に記載の積層圧電体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、積層された複数の圧電素子セグメントからなる積層圧電体であって、前記複数の圧電素子セグメントの各々は、圧電セラミックスと、前記圧電セラミックスの内部に間隔をおいて設けられた少なくとも一対の内部電極と、を具備しており、前記内部電極は、前記複数の圧電素子セグメントの積層方向に間隔をおいて配列されるとともに、前記複数の圧電素子セグメントの積層方向に直交して配列されており、前記複数の圧電素子セグメントは、隣接する圧電素子セグメントが互いに接触する部位である接触部を有し、前記隣接する前記圧電素子セグメントの少なくとも一方の接触部は、他方の接触部に向けて突出した曲面状または略三角形状に形成されることで、中央に前記他方の接触部に向けて突出された中央凸部を有している積層圧電体が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項２に係る発明では、好ましくは、前記一方の接触部および前記他方の接触部は、接着剤で接合されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
さらに、請求項１に係る発明では、隣接する圧電素子セグメントの少なくとも一方の接触部は、他方の接触部に向けて突出した曲面状または略三角形状に形成されることで、中央に他方の接触部に向けて突出された中央凸部を有している。つまり、中央凸部に曲面またはテーパ面を有するようにした。曲面やテーパ面は比較的簡素な形状である。これにより、曲面やテーパ面で中央凸部を形成することで、中央凸部を容易に成形することができ、圧電素子セグメントの生産性を一層確実に確保することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項２に係る発明では、一方の接触部および他方の接触部を接着剤で接合した。よって、一方の接触部および他方の接触部が積層方向に対して交差する方向にずれることを防止できる。これにより、積層した複数の圧電素子セグメントを積層圧電体の軸線上に保持することができる。したがって、例えば、一方の接触部から他方の接触部に荷重を効率よく伝えることが可能になり、積層圧電体の信頼性を高めることができる。
【国際調査報告】
2012137542.tif 000017
2012137542.tif 000018
2012137542.tif 000019
2012137542.tif 000020