(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部に貫通孔を有するリング状の弾性板の少なくとも一方の表面に圧電板を接合してなる複数枚の圧電変形素子と、
該各圧電変形素子の外周縁部を積層状態で連結する外周連結部材と、
該各圧電変形素子の内周縁部を積層状態で連結する内周連結部材と、
該内周連結部材に長手方向へ所定間隔を保持して取付けられて該各圧電変形素子を該内周連結部材に接続する内周接続部材と、
を備えており、
前記内周連結部材は導電性材料からなるもので前記各圧電変形素子における圧電板の電極に導通し、かつ、前記外周連結部材は導電性材料からなるもので前記各圧電変形素子における弾性板に導通している、
積層型圧電アクチュエータにおいて、
前記外周連結部材は周方向の一箇所に切欠きを有するＣ型リング状を呈していることを特徴とする、
積層型圧電アクチュエータ。
【請求項２】
中央部に貫通孔を有するリング状の弾性板の少なくとも一方の表面に圧電板を接合してなる複数枚の圧電変形素子と、
該各圧電変形素子の外周縁部を積層状態で連結する外周連結部材と、
該各圧電変形素子の内周縁部を積層状態で連結する内周連結部材と、
該内周連結部材に長手方向へ所定間隔を保持して取付けられて該各圧電変形素子を該内周連結部材に接続する内周接続部材と、
を備えており、
前記内周連結部材は導電性材料からなるもので前記各圧電変形素子における圧電板の電極に導通し、かつ、前記外周連結部材は導電性材料からなるもので前記各圧電変形素子における弾性板に導通している、
積層型圧電アクチュエータにおいて、
前記内周連結部材は周方向の一箇所に切欠きを有するＣ型リング状を呈していることを特徴とする、
積層型圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記外周連結部材も周方向の一箇所に切欠きを有するＣ型リング状を呈している、
請求項２記載の積層型圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記弾性板の先端が前記内周連結部材に当接しており、該内周連結部材には少なくとも該弾性板との当接部に絶縁膜が形成されている、
請求項１〜請求項３のうちいずれかに記載の積層型圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記圧電変形素子における弾性板の外周には径外方へ延びる少なくとも１つの凸部を備え、該凸部が前記外周連結部材に設けたスリット状溝に嵌合している、
請求項１〜請求項３のうちいずれかに記載の積層型圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記弾性板の凸部には少なくとも一方の表面に表面側へ突出する突起を備えている、
請求項１〜請求項３のうちいずれかに記載の積層型圧電アクチュエータ。
【請求項７】
中央部に貫通孔を有するリング状の弾性板の少なくとも一方の表面に圧電板を接合してなる複数枚の圧電変形素子と、
該各圧電変形素子の弾性板における両面の外周側に接合された外周リングと、
該各圧電変形素子の弾性板における両面の内周側に接合された内周リングと、
該各圧電変形素子を該弾性板の内周縁部にて積層状態で連結する内周連結部材と、
を備えている積層型圧電アクチュエータにおいて、
前記圧電変形素子の弾性板は周方向へ延びる１または複数条の円弧状溝部を備えていることを特徴とする、
積層型圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記内周連結部材および前記内周リングは導電性材料からなるもので前記圧電変形素子における圧電板の電極に導通し、かつ、前記外周リングは導電性材料からなるもので前記圧電変形素子における弾性板に導通している、
請求項７に記載の積層型圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記外周リングは互いに電気的に導通するように接合されている、
請求項７または８に記載の積層型圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記内周連結部材はパイプ状を呈している、
請求項７または８に記載の積層型圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
前記各圧電変形素子の弾性板における貫通孔には絶縁リングが挿入されている、
請求項７または８に記載の積層型圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
中央部に貫通孔を有するリング状の弾性板の少なくとも一方の表面に圧電板を接合してなる複数枚の圧電変形素子と、
該各圧電変形素子の弾性板における両面の外周側に接合された外周リングと、
該各圧電変形素子の弾性板における両面の内周側に接合された内周リングと、
該各圧電変形素子を該弾性板の内周縁部にて積層状態で連結する内周連結部材と、
を備えている積層型圧電アクチュエータにおいて、
前記圧電変形素子の弾性板は、周方向へ延びる１または複数条の円弧状溝部を備えており、
前記内周連結部材および前記内周リングは導電性材料からなるもので前記圧電変形素子における圧電板の電極に導通し、かつ、前記外周リングは導電性材料からなるもので前記圧電変形素子における弾性板に導通していて、
前記外周リングは互いに電気的に導通するように接合されており、
前記内周連結部材はパイプ状を呈していて、
前記各圧電変形素子の弾性板における貫通孔には絶縁リングが挿入されており、
前記圧電変形素子の弾性板は周方向へ延びる１または複数条の円弧状溝部を備えていることを特徴とする、
積層型圧電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに積層状態に接合した複数枚の圧電変形素子に電圧を印加して駆動力を発生させる形式の積層型圧電アクチュエータに関するもので、例えば、可変焦点レンズ装置の駆動源として使用されて可変焦点レンズの焦点を可変制御すべく機能する。
【０００２】
なお、当該可変焦点レンズ装置は、顕微鏡、顕微鏡カメラ装置、その他医療用、工業用のカテーテル、プルーブの先端に装備される光学レンズ等、広い分野に応用される。
【０００３】
【従来の技術】
積層型圧電アクチュエータ、およびこれを搭載した可変焦点レンズ装置としては、特開平９−２３０２５２号公報にて提案されている積層型圧電アクチュエータおよび可変焦点レンズ装置が知られている。
当該積層型圧電アクチュエータは、バイモルフ型の圧電変形素子を積層してなるバイモルフ型の積層型圧電アクチュエータであって、当該可変焦点レンズ装置においては、可変焦点レンズの周囲に６個搭載されていて、軸対称で強力な駆動力を発生させて高速駆動を可能としている。このため、当該可変焦点レンズ装置は、必然的にサイズが大型化するとともに、部品点数が多くなって製造コストが上昇するという問題がある。
【０００４】
本特許出願人は、かかる問題に対処すべき積層型圧電アクチュエータ、およびこれを搭載した可変焦点レンズ装置を特願平８−２９６７８０号出願にて提案している。
当該積層型圧電アクチュエータは、中央部に貫通孔を有するリング状の複数枚の圧電変形素子（圧電バイモルフ、圧電ユニモルフ）を積層してなるもので、これらの圧電変形素子をそれらの外周側と内周側にて、外周連結部材および内周連結部材を介して互いに連結して構成されている。かかる構成においては、外周連結部材として導電性の棒状の複数本のロッドが採用されているとともに、内周連結部材として導電性のパイプが採用されている。
【０００５】
当該積層型圧電アクチュエータにおいては、かかる構成により、外周連結部材および内周連結部材を構造材および配線として機能させて、大きい駆動力を発生する機能を有するアクチュエータを小型で、部品点数が少なく、組立工数が少なく構成される。
また、当該積層型圧電アクチュエータは、大きい駆動力を発生させる機能を有することから可変焦点レンズに対しては１個搭載すればよく、可変焦点レンズと同軸的に一体的に配置することにより、可変焦点レンズ装置を小型化することができるとともに、部品点数を低減させ、かつ製造コストを低減することができるという利点を有するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、当該積層型圧電アクチュエータにおいては、圧電変形素子の外周側がクリップ状の複数の外側接合部材を介して外周連結部材に連結される構成として、圧電変形素子と各外側接合部材、各外側接合部材と各外周連結部材をレーザ溶接等の溶接手段にて互いに接合している。このため、積層される各圧電変形素子を各外側接合部材を介して各外周連結部材にて連結するには、多数の箇所を溶接する必要があり、積層型圧電アクチュエータの製造コストの上昇を招いている（第１の解決課題）。
【０００７】
また、当該積層型圧電アクチュエータにおいては、圧電変形素子の内周側がリング状の上下一対の内側接合部材を介して内周連結部材に連結される構成として、圧電変形素子と各内側接合部材、各内側接合部材と内周連結部材をレーザ溶接等の溶接手段にて互いに接合している。このため、積層される各圧電変形素子を各内側接合部材を介して内周連結部材にて連結するには、多数の箇所を溶接する必要があり、積層型圧電アクチュエータの製造コストの上昇を招いている（第２の解決課題）。
【０００８】
また、当該積層型圧電アクチュエータにおいては、その特性上、圧電変形素子を構成する弾性板が金属材料で形成されていて内周連結部材とは電気的に絶縁されているが、この絶縁手段として、内周連結部材の外周にリング状の絶縁部材を嵌合して、内周連結部材の外周と弾性板の内周間に絶縁部材を介在させる手段を採っている。このため、積層型圧電アクチュエータの構成部品の増加を招いている。また、絶縁部材は、合成樹脂を機械加工して形成されるが、絶縁部材には加工時に設定された剛性が損なわれない程度の大きさが必要であることから、積層型圧電アクチュエータの小型化の妨げとなっている（第３の解決課題）。
【０００９】
従って、本発明の目的は、これらの解決課題の少なくとも１つの課題を解決することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の積層型圧電アクチュエータにおいては、請求項１に記載のごとく、外周連結部材、内周連結部材、および内周連結部材に長手方向へ所定間隔を保持して取付けられる内周接続部材を使用して、各圧電変形素子を積層状態に連結する構成を採っている。この構成においては、各圧電変形素子の外周側を外周連結部材との弾性を利用して嵌合して連結させ、かつ、各圧電変形素子の内周側を内周接続部材および内周連結部材との弾性を利用して連結させることができる。
【００１１】
また、本発明に係る第２の積層型圧電アクチュエータにおいては、請求項９に記載のごとく、圧電変形素子の弾性板における両面の外周側に接合された外周リング、弾性板における両面の内周側に接合された内周リング、弾性板の内周縁部にて積層状態で連結する内周連結部材を使用して、各圧電変形素子を積層状態に連結する構成を採っている。この構成では、各圧電変形素子を内周連結部材の外周に嵌合することにより、各圧電変形素子の外周側は各外周リングを介して互いに連結され、かつ、各圧電変形素子の内周側は各内周リングを介して互いに連結される。
【００１２】
【発明の作用・効果】
このように、本発明に係る第１の積層型圧電アクチュエータにおいても、また、第２の積層型圧電アクチュエータにおいても、各圧電変形素子の積層組立て時に、内外両連結部材に対する溶接作業を廃止することができて、溶接コストの削減および各圧電変形素子の積層組立て時間の短縮を図って、積層型圧電アクチュエータの製造コストを大幅に低減させることができる。
【００１３】
しかして、本発明に係る第１の積層型圧電アクチュエータにおいて、内周連結部材を導電性として各圧電変形素子における圧電板の電極に導通させ、かつ、外周連結部材を導電性として各圧電変形素子における弾性板に導通させるように構成すれば、各圧電変形素子と内周連結部材との電気的絶縁を確保するための絶縁部材を省略することができて、積層型圧電アクチュエータの小型化、部品点数の削減、組立コストに低減を図ることができる。
【００１４】
また、本発明に係る第１の積層型圧電アクチュエータにおいて、内周連結部材としてパイプ状の内周連結部材を採用すれば、内周連結部材の外周への各内周接続部材の連結、および各圧電変形素子の連結が容易となり、かつ、内周接続部材をその周方向の一箇所に切欠きを有するＣ型リング状を呈する構成とすれば、内周接続部材に径方向に大きな弾性が付与されて、内周連結部材の外周への各内周接続部材の連結、および各圧電変形素子への連結が一層強固なものとなる。
【００１５】
また、本発明に係る第１の積層型圧電アクチュエータにおいて、外周連結部材としてパイプ状の外周連結部材を採用すれば、外周連結部材の内周への各圧電変形素子の連結が容易となり、かつ、外周連結部材をその周方向の一箇所に切欠きを有するＣ型リング状を呈する構成とすれば、外周連結部材に径方向に大きな弾性が付与されて、各圧電変形素子の外周連結部材の内周への連結が一層強固なものとなる。
【００１６】
この場合、圧電変形素子における弾性板の外周には径外方へ延びる少なくとも１つの凸部を形成して、この凸部を外周連結部材に設けたスリット状溝部に嵌合して連結するように構成すれば、各圧電変形素子の外周連結部材への連結が容易となり、かつ、弾性板の凸部の少なくとも一方の表面に表面側へ突出する突起を形成すれば、各圧電変形素子の外周連結部材への連結が一層強固なものとなる。
【００１７】
本発明に係る第２の積層型圧電アクチュエータにおいて、内周連結部材、内周リングを導電性として圧電変形素子における圧電板の電極に導通させ、かつ、外周リングを導電性として圧電変形素子における弾性板に導通させる構成とすれば、各圧電変形素子と内周連結部材との電気的絶縁を確保するための独立した絶縁部材を省略することができて、積層型圧電アクチュエータの小型化、部品点数の削減、組立コストに低減を図ることができる。
【００１８】
また、本発明に係る第２の積層型圧電アクチュエータにおいては、各圧電変形素子の弾性板における貫通孔には絶縁リングを挿入して、各圧電変形素子と内周連結部材との電気的絶縁性の信頼を高めることができ、かつ、外周リングを互いに電気的に導通するように接合することができる。
また、本発明に係る第２の積層型圧電アクチュエータにおいては、内周連結部材としてパイプ状の内周連結部材を採用して、各圧電変形素子の内周連結部材に対する連結を容易にし、かつ、圧電変形素子の弾性板に周方向へ延びるスリット状の円弧状溝部を設けて弾性板の大きな弾性変形を可能として、各圧電変形素子の変位量を一層高めることができる。
【００１９】
【実施例】
（第１実施例）
図１および図２には、本発明に係る積層型圧電アクチュエータの第１実施例が示されている。当該積層型圧電アクチュエータは、中央部に貫通孔を有するリング状の４枚の圧電変形素子１０ａ〜１０ｄを、外周連結部材２１、内周連結部材２２および各内周接続部材２３、２４を介して連結して、積層状態にて互いに接合して形成されているものである。各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄはバイモルフ型の同一構造を有するもので、その詳細については圧電変形素子１０ａを例示して説明し、他の圧電変形素子１０ｂ〜１０ｄについては必要により説明するに留める。
【００２０】
圧電変形素子１０ａは、図１〜図３に示すように、弾性板１１、一対の圧電板１２，１３、および一対の表面電極１４，１５を備えている。弾性板１１は、ステンレス鋼製の中央部に貫通孔を有するバネ性の薄板であり、リング状本体１１ａと、リング状本体１１ａの外周縁から径外方へ突出する６個の凸部１１ｂとからなる。各凸部１１ｂは平面台形状を呈していて、リング状本体１１ａの外周縁にて所定の周間隔を保持して形成されており、各凸部１１ｂの中央部にはプレス加工にて形成された数１０μｍ程度の突起１１ｃを備えている。
【００２１】
各圧電板１２，１３は、圧電材料からなるリング状の薄板であり、弾性板１１のリング状本体１１ａの内周と同一内周で、かつ、リング状本体１１ａの外周よりわずかに小さい外周に形成されているもので、弾性板１１のリング状本体１１ａの表裏各面に接合されている。これにより、弾性板１１は各圧電板１２，１３の共通電極を兼ねており、各圧電板１２，１３の分極方向はそれらの直交方向となっている。各圧電板１２，１３の表面には、各表面電極１４，１５が形成されている。各表面電極１４，１５は膜状を呈するもので、銀の微粉末を主成分とする導電ペーストを各圧電板１２，１３の表面に塗布して、これを焼成することにより形成されている。
【００２２】
外周連結部材２１は、図１〜図３に示すように、バネ性を有するステンレス鋼からなる所定長さのパイプ状のもので、周方向の一箇所に切欠部２１ａを有する平面Ｃ形状を呈している。かかる外周連結部材２１においては、多数のスリット状溝部２１ｂを備えている。スリット状溝部２１ｂは、周方向に同一間隔に６個、軸長方向に同一間隔に４個、合計２４個形成されている。各スリット状溝部２１ｂは、弾性板１１の各凸部１１ｂよりわずかに大きい類似形状を呈するもので、各スリット状溝部２１ｂの周方向位置は弾性板１１の各凸部１１ｂの位置と一致し、かつ、各スリット状溝部２１ｂの軸長向位置は各圧電変形素子１０ａの積層状態における弾性板１１の軸方向位置と一致している。
【００２３】
内周連結部材２２は、図１〜図３に示すように、バネ性を有するステンレス鋼からなる所定長さのパイプ状のもので、所定厚みのパイプ状本体２２ａと、パイプ状本体２２ａの外周を被覆する薄膜状の絶縁膜２２ｂとからなり、外周側にスリット状の２種類の環状溝部２２ｃ，２２ｄを備えている。
第１環状溝部２２ｃは、内周連結部材２２の軸方向の各端部の２箇所に位置し、かつ、第２環状溝部２２ｄは、内周連結部材２２の両第１環状溝部２２ｃ間の３箇所にて、軸方向に同一間隔を保持して位置していて、外周連結部材２１の各スリット状溝部２１ｂが隣り合う各環状溝部２２ｃ，２２ｄ間の略中央部に対向して位置するように形成されている。第２環状溝部２２ｄは、第１環状溝部２２ｄに比較して広幅に形成されている。また、各環状溝部２２ｃ，２２ｄは絶縁膜２２ｂの厚みより深く形成されていて、各環状溝部２２ｃ，２２ｄの底部にはパイプ状本体２２ａの素材であるステンレス鋼が露出している。
【００２４】
図４は内周連結部材２２の製作手順を示すもので、同図（ａ）には、ステンレス鋼からなる所定長さのパイプ状本体２２ａが示されており、パイプ状本体２２ａの外周には、同図（ｂ）に示すように、絶縁膜２２ｂが形成される。絶縁膜２２ｂは、熱硬化性エポキシ樹脂からなるもので、熱硬化性エポキシ樹脂をパイプ状本体２２ａの外周に所定厚み塗布し、これを加熱硬化して成膜することにより形成される。絶縁膜２２ｂにて外周の全体を被覆されたパイプ状本体２２ａには、同図（ｃ）に示すように、２条の第１環状溝部２２ｃと３条の第２環状溝部２２ｄが形成される。各環状溝部２２ｃ，２２ｄは、旋盤等による機械加工にて形成される。
【００２５】
内周接合部材２３，２４はバネ性を有するステンレス鋼からなるもので、図１〜図３に示すように、第１内周接合部材２３は２個、第２内周接合部材２４は３個備えている。第１内周接合部材２３は断面Ｌ字状を呈するとともに、周方向の一箇所に切欠部２３ａを有する平面Ｃ形状を呈しているもので、内周縁部が内周連結部材２２の第１環状溝部２２ｃに密に嵌合する厚みに形成されている。第２内周接合部材２４は、Ｌ字状断面を２個対称に重合した断面形状を呈するとともに、周方向の一箇所に切欠部２４ａを有する平面Ｃ形状を呈しているもので、内周縁部が内周連結部材２２の第２環状溝部２２ｄに密に嵌合する厚みに形成されている。
【００２６】
当該積層型圧電アクチュエータは、以上の構成部材からなるもので、下記の手順により組立てられる。当該積層型圧電アクチュエータの組立てに当たっては、最初に、内周連結部材２２の各環状溝部２２ｃ，２２ｄに各内周接合部材２３，２４を嵌合させるとともに、内周連結部材２２の外周上に各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄを挿入する。
【００２７】
先ず、第１内周接合部材２３を第１環状溝部２２ｃに嵌合する。第１内周接合部材２３は、平面Ｃ形状で弾撥力を有するために径外側へ拡開することができ、第１内周接合部材２３を拡開した状態で内周連結部材２２の外周に挿入して、摺動させつつ第１環状溝部２２ｃ上に移行させる。第１内周接合部材２３は、第１環状溝部２２ｃ上に位置すると、第１環状溝部２２ｃに弾撥的に嵌合し、内周連結部材２２の外周にて軸長方向に固定される。その後、圧電変形素子１０ａを内周連結部材２２の外周に挿入して、圧電変形素子１０ａの表面電極１４を第１内周接合部材２３の端部に当接させる。
【００２８】
次いで、第２内周接合部材２４を内周連結部材２２の第２環状溝部２２ｄに嵌合させる。第２内周接合部材２４の第２環状溝部２２ｄへの嵌合は、第１内周接合部材２３の第１環状溝部２２ｃへの嵌合手段と同様の手段にて行い、第２内周接合部材２４の端部を圧電変形素子１０ａの表面電極１５に当接させる。これにより、圧電変形素子１０ａは内周連結部材２２の外周にて軸長方向に完全に拘束される。その後、圧電変形素子１０ｂを内周連結部材２２の外周に挿入して、圧電変形素子１０ｂの表面電極１４を第２内周接合部材２４の端部に当接させる。
【００２９】
これと同様に、第２内周接合部材２４を内周連結部材２２の第２環状溝部２２ｄに嵌合させて、第２内周接合部材２４の端部を圧電変形素子１０ｂの表面電極１５に当接させるとともに、圧電変形素子１０ｃを内周連結部材２２の外周に挿入して、圧電変形素子１０ｃの表面電極１４を第２内周接合部材２４の端部に当接させ、さらに、第２内周接合部材２４を内周連結部材２２の第２環状溝部２２ｄに嵌合させて第２内周接合部材２４の端部を圧電変形素子１０ｃの表面電極１５に当接させるとともに、圧電変形素子１０ｄを内周連結部材２２の外周に挿入して、圧電変形素子１０ｄの表面電極１４を第２内周接合部材２４の端部に当接させる。
【００３０】
最後に、第１内周接合部材２３を第１環状溝部２２ｃに嵌合する。これにより、全ての圧電変形素子１０ａ〜１０ｄの内周連結部材２２への組立が完了する。この組立状態においては、隣り合う各内周接合部材２３，２４間の距離Ｌ1が、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄの厚みｔ1に比較して数１０μｍ程度小さくなるように寸法公差が規定されているため、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄは、内周連結部材２２の外周にて軸長方向に強固に拘束されている。
【００３１】
すなわち、かかる組立状態においては、図３に示す隣り合う内周接合部材２３，２４間の距離Ｌ1が、各圧電変形素子１０ａの厚みｔ1に比較して数１０μｍ程度小さくなるように寸法公差が規定されているため、第２内周接合部材２４を内周連結部材２２の第２環状溝部２２ｄへ嵌合させると、第１環状溝部２２ｃと第２環状溝部２２ｄ、および第２環状溝部２２ｄ同士がわずかに弾性変形し、この弾性変形量δに比例した弾撥力が発生する。この弾撥力は、各内周接合部材２３，２４の圧電変形素子１０ａに対して押圧力として作用して、各圧電変形素子１０ａは内周連結部材２２に外周にて強固に拘束される。なお、他の各圧電変形素子１０ｂ〜１０ｄも圧電変形素子１０ａと同様に、内周連結部材２２に外周にて強固に拘束される。
【００３２】
次ぎに、このように内周連結部材２２に拘束された各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄと、外周連結部材２１とを連結する。外周連結部材２１は、平面Ｃ形状で弾撥力を有するために径外方へ拡開することができ、拡開した状態の外周連結部材２１の内部に内周連結部材２２およびこれと一体の各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄを挿入し、外周連結部材２１の各スリット状溝部２１ｂと各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄの弾性板１１の各凸部１１ｂとが対向する位置で、外周連結部材２１の径外方への拡開状態を解除する。
【００３３】
これにより、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄの弾性板１１の各凸部１１ｂが外周連結部材２１の各スリット状溝部２１ｂに嵌合して、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄは外周連結部材２１の軸長方向に拘束される。この場合、弾性板１１の凸部１１ｂと突起１１ｃを合わせた厚みｔ2はスリット状溝部２１ｂの幅Ｌ2に比較して数１０μｍ大きくなるように寸法公差が規定されているため、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄは、外周連結部材２１の内周にて軸長方向に強固に拘束されている。
【００３４】
すなわち、かかる組立状態においては、図３に示す弾性板の凸部１１ｂと突起１１ｃを合わせた厚みｔ2は、スリット状溝部２１ｂの幅Ｌ2に比較して数１０μｍ大きくなるように寸法公差が規定されているため、弾性板１１の凸部１１ｂがスリット状溝部２１ｂに挿入されると、凸部１１ｂ上の突起１１ｃは幅Ｌ2と厚みｔ2の差の分に相当する弾性変形を受けて、これに比例した弾撥力が発生する。この弾撥力により、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄは、外周連結部材２１の内周にて軸長方向に強固に拘束される。
【００３５】
かかる構成の積層型圧電アクチュエータにおいては、外周連結部材２１と内周連結部材２２間に数１０ボルトの電圧を印加することにより駆動する。この電圧印加時、当該積層型圧電アクチュエータにおいては、外周連結部材２１は各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄの各弾性板１１に導通し、かつ、内周連結部材２２は各内周接合部材２３，２４および各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄの各表面電極１４，１５に導通しているため、電圧は各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄの弾性板１１と各表面電極１４，１５に印加される。この結果、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄが変形し、積層型圧電アクチュエータは駆動する。この際、内周連結部材２２の絶縁膜２２ｂは弾性板１１と内周連結部材２２との電気的な短絡を防止する。
【００３６】
ところで、積層型圧電アクチュエータにおいては、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄと外周連結部材２１、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄと各内周接続部材２３，２４、および各内周接続部材２３，２４と内周連結部材２２が、互いに嵌合して弾撥的に連結されている。このため、これらの連結時には、従来のごとくレーザ溶接等の溶接作業が全く不要であり、大幅な製造コストの削減を図ることができる。
【００３７】
これに加えて、各構成部材の取付け、取外しが容易であり、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄの１または複数が分極破壊して積層型圧電アクチュエータに性能低下が生じた場合には、分極破壊した各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄを正常なものと容易に交換して、積層型圧電アクチュエータの性能を復帰させることができる。
【００３８】
また、当該積層型圧電アクチュエータにおいては、内周連結部材２２の表面を絶縁膜２２ｂにて被覆して各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄの弾性板１１と内周連結部材２２との電気的絶縁を図っているため、独立した絶縁リング等、弾性板１１と内周連結部材２２と電気的絶縁を確保するための絶縁部材が不要となり、積層型圧電アクチュエータの小型化、部品点数の削減、および組立コストの低減を図ることができる。
（第２実施例）
図５および図６には、本発明に係る積層型圧電アクチュエータの第２実施例が示されている。当該積層型圧電アクチュエータは、中央部に貫通孔を有するリング状の４枚の圧電変形素子３０ａ〜３０ｄを、外周リング４１、内周リング４２および内周連結部材４３を介して連結して、積状態にて互いに接合して形成されているものである。
【００３９】
各圧電変形素子３０ａ〜３０ｄはバイモルフ型の同一構造を有するもので、外周リング４１および内周リング４２と一体としたユニット構造体Ｕとして内周連結部材４３にて連結されている。従って、以下には、圧電変形素子３０ａを例示してその詳細を説明し、他の圧電変形素子３０ｂ〜３０ｄについては必要により説明するに留める。
【００４０】
圧電変形素子３０ａは、図５〜図９に示すように、弾性板３１、一対の圧電板３２，３３、および一対の表面電極３４，３５を備えている。弾性板３１は、ステンレス鋼製の中央部に貫通孔を有するバネ性の薄板であり、その外周側の貫通孔を同心とする円周上に４本のスリット状の円弧状溝部３１ａが形成されている。各円弧状溝部３１ａの端部３１ｂは、応力集中を防止するためＲ形状に形成されている。かかる弾性板３１の貫通孔には、リング状の樹脂プレート４４が挿入されている。樹脂プレート４４は、弾性板３１と同一またはこれよりわずかに薄い厚みに形成されている。
【００４１】
各圧電板３２，３３は圧電材料からなるリング状の薄板であり、弾性板３１の両表面に接着されて圧電バイモルフ構造を構成している。各圧電板３２，３３の各表裏両面には、銀の微粉末を主成分とする導電ペーストを塗布して焼成してなる表面電極３４，３５が形成されている。
外周リング４１および内周リング４２は、導電性の金属リングであってそれぞれ一対備え、各外周リング４１は弾性板３１の外周縁部の表裏の両表面に導電性の接着剤を介して接着され、かつ、各内周リング４２は各圧電板３２，３３上の各表面電極３４，３５の内周縁部の表裏の両表面に導電性の接着剤を介して接着されている。
【００４２】
これにより、弾性板３１、両圧電板３２，３３、両表面電極３４，３５、外周リング４１および内周リング４２は、図７に示すユニット構造体Ｕを構成している。ユニット構造体Ｕは複数個を積層して、各外周リング４１同士を導電性の接着剤を介して接着するとともに、積層されたユニット構造体Ｕの貫通孔内に、ステンレス鋼からなる所定長さのパイプ状の内周連結部材４３を挿入して、各内周リング４２と導電性の接着剤を介して接着する。これによって、積層型圧電アクチュエータが構成される。
【００４３】
なお、積層型圧電アクチュエータを構成するには、各ユニット構造体Ｕを内周連結部材４３の外周上に１個づつ嵌合して、嵌合したユニット構造体Ｕの外周リング４１をすでに嵌合されているユニット構造体Ｕの外周リング４１にその都度接着するとともに、ユニット構造体Ｕの内周リング４２を内周連結部材４３の外周にその都度接着するようにしてもよい。
【００４４】
かかる構成の積層型圧電アクチュエータにおいては、外周リング４１と内周連結部材４３間に数１０ボルトの電圧を印加することにより駆動する。この電圧印加時、当該積層型圧電アクチュエータにおいては、各外周リング４１が各圧電変形素子３０ａ〜３０ｄの各弾性板３１に導通し、かつ、内周連結部材４３は各内周リング４２および各圧電変形素子３０ａ〜３０ｄの各外側電極３４，内側電極３５に導通しているため、電圧は各圧電変形素子３０ａ〜３０ｄの弾性板３１と各外内両電極３４，３５に印加される。この結果、各圧電変形素子３０ａ〜３０ｄが変形し、積層型圧電アクチュエータは駆動する。この際、弾性板３１の貫通孔に挿入された樹脂プレート４４が弾性板３１と内周連結部材４３との電気的な短絡を防止する。
【００４５】
ところで、積層型圧電アクチュエータにおいては、各圧電変形素子３０ａ〜３０ｄの弾性板３１と外周リング４１および内周リング４２、各圧電変形素子３０ａ〜３０ｄの外周リング４１同士、各圧電変形素子３０ａ〜３０ｄの内周リング４２と内周連結部材４３が接着剤を介して接着されているため、これらの構成部材の連結に従来採用していたレーザ溶接等の溶接作業を廃止することができて、大幅な製造コストの削減を図ることができる。
【００４６】
また、当該積層型圧電アクチュエータにおいては、弾性板３１の貫通孔に樹脂プレート４４を挿入して各圧電変形素子３０ａ〜３０ｄと内周連結部材４３間の電気的絶縁を図っているため、独立した絶縁リング等、弾性板３１と内周連結部材４３との電気的絶縁を確保するための絶縁部材が不要となり、積層型圧電アクチュエータの小型化、部品点数の削減、および組立コストの低減を図ることができる。
【００４７】
また、当該積層型圧電アクチュエータにおいては、各圧電変形素子３０ａ〜３０ｄの弾性板３１に貫通孔に樹脂プレート４４を挿入して、各圧電変形素子１０ａ〜１０ｄの弾性板１１と内周連結部材４４間の電気的絶縁を図っている。この場合、樹脂プレート４４は厚み４０μｍ程度でよいため樹脂シートを打抜き加工して形成することができ、従来の絶縁リングに比較して小型で、製造コストの削減を図ることができ、これにより、積層型圧電アクチュエータの小型化、製造コストの低減を図ることができる。
【００４８】
これに加えて、当該積層型圧電アクチュエータにおいては、各圧電変形素子３０ａ〜３０ｄの弾性板３１に複数条のスリット状の円弧状溝部３１ａを形成して弾性板３１の変形を容易にしているため、積層型圧電アクチュエータの駆動時の変位量を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に係る積層型圧電アクチュエータの平面図である。
【図２】同積層型圧電アクチュエータにおける図１の矢印２−２線方向にみた縦断側面図である。
【図３】同積層型圧電アクチュエータの部分拡大縦断側面図である。
【図４】同積層型圧電アクチュエータを構成する内周連結部材の製作手順を示す縦断側面図である。
【図５】本発明の他の一例に係る積層型圧電アクチュエータの平面図である。
【図６】同積層型圧電アクチュエータにおける図５の矢印６−６線方向にみた縦断側面図である。
【図７】同積層型圧電アクチュエータを構成するユニット構造体の図６に対応する縦断側面図である。
【図８】同ユニット構造体の分解斜視図である。
【図９】同ユニット構造体における圧電変形素子を構成する弾性板の平面図であ
【符号の説明】
１０ａ〜１０ｄ…圧電変形素子、１１…弾性板、１１ａ…リング状本体、１１ｂ…凸部、１１ｃ…突起、１２，１３…圧電板、１４，１５…表面電極、２１…外周連結部材、２１ａ…切欠部、２１ｂ…スリット状溝部、２２…内周連結部材、２２ａ…パイプ状本体、２２ｂ…絶縁膜、２２ｃ…第１環状溝部、２２ｄ…第２環状溝部、２３…第１内周接合部材、２３ａ…切欠部、２４…内周接続部材、２４ａ…切欠部、３０ａ〜３０ｄ…圧電変形素子、３１…弾性板、３１ａ…円弧状溝部、３１ｂ…端部、３２，３３…圧電板、３４，３５…表面電極、４１…外周リング、４２…内周リング、４３…内周連結部材、４４…樹脂プレート、Ｕ…ユニット構造体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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