(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックス層と内部電極層とを交互に積層した積層体を備え、且つ前記内部電極を交互に絶縁物で絶縁した上に外部電極を有する積層型圧電アクチュエータ素子が、２素子以上圧電セラミックスでつながっている構造の、多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子において、前記積層型圧電アクチュエータ素子間に、絶縁性の補強材を有することを特徴とする多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子。
【請求項２】
請求項１記載の多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子において、前記補強材は弾力性のある樹脂であることを特徴とする多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子。
【請求項３】
請求項１記載の多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子において、前記補強材は積層型圧電アクチュエータ素子の圧電セラミックスと同じ化学組成のセラミックス板を弾力性のある樹脂で積層型圧電アクチュエータ素子に接着した構造であること特徴とする多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子。
【請求項４】
請求項１もしくは請求項２記載の多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子において、前記補強材は、圧電セラミックスと同一化学組成のセラミックス粉末を分散してなる弾力性のある樹脂であることを特徴とする多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型圧電アクチュエータ素子の構造に関し、特に複数の積層型圧電アクチュエータを機械的に並列接続した多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
積層型圧電アクチュエータ素子は、圧電セラミックス層と内部電極層を交互に積層し、内部電極層が一層ずつ対向電極に接続した構造で、電圧の印加により積層方向に数ミクロンから数１０ミクロンの変位量が得られるので、半導体製造用の微小の位置決め装置や特殊なガスの流量を調整するマスフローコントローラのアクチュエータとして実用に供されている。また、積層型圧電アクチュエータ素子を、変位量を拡大する機構に組み込み、変位量を２００ミクロン以上に拡大して、ドットプリンターの印字ワイヤーの駆動用アクチュエータとしても実用に供されている。
【０００３】
本発明に係る多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子は、積層型圧電アクチュエータを製造する途中工程で、圧電セラミックスと内部電極が一体化した構造の積層型圧電基板に、基底部分を除いて所定の切り溝を複数一定間隔で設け、基底部で一体化することで製造するのが一般的であり、複数のアクチュエータを並列に接続した構造となるので、変位量拡大機構を組み合わせて、ラインプリンターのような複数の印字ワイヤーの同時駆動が可能となる。
【０００４】
従来、この種の多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子に関して、例えば、特許公開公報番号、平４−４９０５３では、図３（ａ）の立体図及図３（ｂ）の平面図に示されるような構造の多素子一体の積層圧電アクチュエータがある。該多素子一体の積層圧電アクチュエータは、積層方向端部の圧電セラミックス層で、複数の積層型圧電アクチュエータ素子が機械的に並列につながった構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子では、端部の圧電セラミックス層のみで、複数の積層型圧電アクチュエータ素子を一体化している構造のため、並列接続方向の端部の積層型圧電アクチュエータ素子に曲げなどの応力が加わると、積層方向端部の圧電セラミックス層に応力が集中し、端部で折れやすくなると言う欠点がある。
【０００６】
そこで、本発明は、このような欠点を解決するためになされたもので、その技術的課題は、曲げなどの応力が、積層型圧電アクチュエータ素子をつなげている、端部の圧電セラミックス層のみに集中しない構造の多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、圧電セラミッックス層と内部電極層とを交互に積層した積層体を備え、且つ前記内部電極を交互に絶縁物で絶縁した上に外部電極を有する積層型圧電アクチュエータ素子が、２素子以上圧電セラミックスでつながっている構造の、多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子において、前記積層型圧電アクチュエータ素子間に、絶縁性で弾力性がある補強材を有することを特徴とする、多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子が得られる。
【０００８】
また、補強材が積層型圧電アクチュエータ素子の圧電セラミックスと同じ化学組成のセラミックス板を弾力性のある樹脂で積層型圧電アクチュエータ素子に接着した構造であること特徴とする多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子が得られる。
【０００９】
さらに、フィラーとして圧電セラミックスと同一化学組成のセラミックス粉末を分散した、弾力性のある樹脂を補強材としたことを特徴とする多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子が得られる。
【００１０】
【実施例】
以下に、実施例を挙げ、本発明の多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
（実施例１）
まず、Ｐｂ（Ｎｉ-Ｎｂ）ＺｒＴｉＯ３系圧電セラミックスとＡｇ／Ｐｄ系内部電極材料を用いて、グリーンシートの積層方法で、積層方向長さ１０ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ３５ｍｍの積層型圧電基板を作製し、５×３５ｍｍの面に露出した内部電極は一層ずつ対向電極を形成するように、一層置きにガラス絶縁処理した後、複数の共通外部電極を形成した。次に、外周刃切断機で積層方向に８ｍｍの深さで幅１ｍｍの切り溝を５本形成した。しかる後に、前記切り溝に絶縁性と弾力性を有するシリコーン樹脂を充填、硬化して、６個の積層型圧電アクチュエータからなる多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子を試作した。
【００１２】
試作品を図１に示した。図１(ａ)は立体図で、図１(ｂ)は平面図である。このような構造にすることにより、複数の積層型圧電アクチュエータ素子を連結する端部の圧電セラミックスに働く応力集中を緩和することが可能である。本発明の効果の確認のため、試作した多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子の片端を接着固定して、自由端先端の積層型圧電アクチュエータに力を加え、多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子に曲げ応力を加えてた時の破壊強度の測定結果を表１に示した。測定試料数は１０個である。
【００１３】
比較するため、同一寸法で従来の多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子の破壊強度も表１に示した。
【００１４】
【表１】
0004117726.tif 000002
【００１５】
表１により、本発明の多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子の破壊強度が約２倍大きくなっていることがわかる。
【００１６】
（実施例２）
実施例１と同様に、積層方向長さ１０ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ３５ｍｍの積層型圧電基板を作製し、表面に露出した内部電極は一層置きにガラス絶縁処理し、複数の共通外部電極を形成し、外周刃切断機で積層方向に８ｍｍの深さで幅１ｍｍの切り溝を５本形成した。しかる後に、前記切り溝に、Ｐｂ（Ｎｉ-Ｎｂ）ＺｒＴｉＯ３系圧電セラミックスで厚さ０.８ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ８ｍｍの板を挿入し、シリコーン樹脂で接着し、６個の積層型圧電アクチュエータからなる多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子を試作した。
【００１７】
（実施例３）
実施例１と同様に、積層方向長さ１０ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ３５ｍｍの積層型圧電基板を作製し、表面に露出した内部電極は一層置きにガラス絶縁処理し、複数の共通外部電極を形成し、外周刃切断機で積層方向に８ｍｍの深さで幅１ｍｍの切り溝を５本形成した。しかる後に、Ｐｂ（Ｎｉ-Ｎｂ）ＺｒＴｉＯ３系圧電セラミックス粉末をフィラーとして２０重量％含むシリコーン樹脂を前記切り溝に充填、硬化して、６個の積層型圧電アクチュエータからなる多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子を試作した。
【００１８】
実施例２と実施例３の多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子についても実施例１と同様に曲げ応力の破壊試験を実施した。結果を表２に示した。
【００１９】
【表２】
0004117726.tif 000003
【００２０】
表２から、本発明の実施例は、実施例１と同様に破壊強度の向上が認められる。
【００２１】
また、実施例２と実施例３の多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子について、１５０Ｖの電圧を印加して変位させた場合の、図２の各測定ポイント変位量の測定結果を表３に示した。比較のため、従来の多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子の変位量測定結果も示した。
【００２２】
【表３】
0004117726.tif 000004
【００２３】
表３より、切り溝に圧電セラミックス薄板を接着したり、圧電セラミックス粉末をフィラーとしたシリコーン樹脂を充填しても、積層型圧電アクチュエータ素子の変位量自体は充填しない従来構造の積層型圧電アクチュエータ素子と比較して、遜色ない値である。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明の多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子によれば、個々の積層型圧電アクチュエータ素子間の切り溝に絶縁性と弾力性のある補強材を充填することで、積層型圧電アクチュエータ素子を連結する積層方向端部の圧電セラミックスへの応力集中を緩和し、破壊強度を２倍大きくすることが可能で、かつ、積層型圧電アクチュエータ素子の変位量が従来と遜色ない多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子の構造を示す図、図１（ａ）は立体図、図１（ｂ）は平面図。
【図２】本発明の実施例２と実施例３で積層型圧電アクチュエータ素子の変位量を測定した測定ポイントを示す平面図。
【図３】従来構造の多素子一体の積層型圧電アクチュエータ素子の構造を示す図、図３（ａ）は立体図、図３（ｂ）は平面図。
【符号の説明】
１    内部電極
２    圧電セラミックス
３    ガラス
４    外部電極
５    樹脂（シリコーン）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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