JP2018023251A - Piezoelectric actuator - Google Patents

Piezoelectric actuator Download PDF

Info

Publication number
JP2018023251A
JP2018023251A JP2016154770A JP2016154770A JP2018023251A JP 2018023251 A JP2018023251 A JP 2018023251A JP 2016154770 A JP2016154770 A JP 2016154770A JP 2016154770 A JP2016154770 A JP 2016154770A JP 2018023251 A JP2018023251 A JP 2018023251A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric actuator
cap
piezoelectric
displacement transmission
bonded
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016154770A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6839504B2 (en
Inventor
柴田　清人
Kiyoto Shibata
清人 柴田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2016154770A priority Critical patent/JP6839504B2/en
Publication of JP2018023251A publication Critical patent/JP2018023251A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6839504B2 publication Critical patent/JP6839504B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator capable of suppressing external stress generated at a cap from reaching an internal piezoelectric element, and preventing stress from being applied to the piezoelectric element to cause a dielectric breakdown.SOLUTION: The present invention relates to a piezoelectric actuator 100 which is displaced as applied with a voltage, the piezoelectric actuator comprising: a piezoelectric actuator body 105 which has a displacement transmission body 130 at one end and extends and contracts by application of a voltage; a seat 140 supporting the other end of the piezoelectric actuator body 105; and a metallic cap 160 which houses the piezoelectric actuator body 105, and has an opening part fixed to the seat. The displacement transmission body 130 and piezoelectric actuator body 105 are bonded together, the displacement transmission body 130 and the inside of the cap 160 abut on each other without being bonded, and the piezoelectric actuator body 105 is housed in a preloaded state.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電圧の印加により変位する圧電アクチュエータに関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator that is displaced by application of a voltage.

従来、内部電極と圧電層とが交互に積層された圧電素子を複数連結した積層型の圧電アクチュエータが知られている。積層型の圧電アクチュエータは、マスフローコントローラや位置決めステージ等に用いられ、耐湿性を保ち、耐久性を確保するために積層型の圧電素子を多連化した圧電アクチュエータ本体に金属製のキャップを被せて構成される。圧電アクチュエータ本体の先端に設けられた凸部は、キャップの先端内面に接着され、変位を外部へ伝えている（特許文献１参照）。   2. Description of the Related Art Conventionally, a multilayer piezoelectric actuator in which a plurality of piezoelectric elements in which internal electrodes and piezoelectric layers are alternately stacked is connected is known. Multilayer piezoelectric actuators are used in mass flow controllers, positioning stages, etc., and have a metal cap on a piezoelectric actuator body with multiple stacked piezoelectric elements to maintain moisture resistance and ensure durability. Composed. A convex portion provided at the tip of the piezoelectric actuator main body is bonded to the inner surface of the tip of the cap and transmits the displacement to the outside (see Patent Document 1).

これに対し、圧電アクチュエータ本体の先端に設けられた半球とキャップの先端内面を接着しないことで圧電素子に引張応力を発生させない技術も知られている（特許文献２参照）。特許文献２記載の圧電アクチュエータは、主にキャップの熱膨張を低減するために、キャップを熱膨張係数の異なる２種類の金属で構成している。   On the other hand, a technique is also known in which a tensile stress is not generated in the piezoelectric element by not adhering the hemisphere provided at the tip of the piezoelectric actuator body and the inner surface of the tip of the cap (see Patent Document 2). In the piezoelectric actuator described in Patent Document 2, in order to mainly reduce the thermal expansion of the cap, the cap is made of two kinds of metals having different thermal expansion coefficients.

特開平３−１２４６６９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-124669 特開２０１４−１９３０３５号公報JP 2014-193035 A

上記のような圧電アクチュエータは、マスフローコントローラ等の装置に組み込まれる際に、一定の予圧がかかるように押し込みながら組み込まれる。このとき、キャップに外部応力がかかることがあり、その場合にはキャップにかかった外部応力が内部の圧電素子に伝わる。これが内部の圧電素子に伝わると圧電素子の絶縁不良のおそれが生じる。特に、ねじり応力が圧電素子に伝わると圧電素子が容易に破壊し、絶縁不良が生じうる。   When the piezoelectric actuator as described above is incorporated into a device such as a mass flow controller, it is incorporated while being pushed in such that a certain preload is applied. At this time, an external stress may be applied to the cap. In this case, the external stress applied to the cap is transmitted to the internal piezoelectric element. If this is transmitted to the internal piezoelectric element, there is a risk of poor insulation of the piezoelectric element. In particular, when a torsional stress is transmitted to the piezoelectric element, the piezoelectric element can be easily broken and insulation failure can occur.

また、上記の特許文献２に記載されるように半球とキャップの先端内面を接着しない構造の圧電アクチュエータでは、キャップにかかった外部応力は内部の圧電素子に伝わらない。しかし、急速に駆動された場合には、圧電アクチュエータ本体の先端とキャップの先端内面との間に隙間が生じ、その後、両者が衝突することがある。   Further, in the piezoelectric actuator having a structure in which the hemisphere and the inner surface of the tip of the cap are not bonded as described in Patent Document 2, external stress applied to the cap is not transmitted to the internal piezoelectric element. However, when driven rapidly, a gap may be formed between the tip of the piezoelectric actuator body and the inner surface of the tip of the cap, and then both may collide.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、キャップに生じた外部応力が内部の圧電素子に伝わることを抑制し、圧電素子に応力を与えたり、その結果、絶縁破壊させたりすることを防止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。   The present invention has been made in view of such circumstances, and suppresses external stress generated in the cap from being transmitted to the internal piezoelectric element, thereby applying stress to the piezoelectric element and, as a result, causing dielectric breakdown. An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator that can prevent this.

（１）上記の目的を達成するため、本発明の圧電アクチュエータは、電圧の印加により変位する圧電アクチュエータであって、一端に変位伝達体を有し、電圧の印加により伸縮する圧電アクチュエータ本体と、前記圧電アクチュエータ本体の他端を支持する座と、前記圧電アクチュエータ本体を収容し、開口部を前記座に固着された金属製のキャップと、を備え、前記変位伝達体と前記圧電アクチュエータ本体とが接着されており、前記変位伝達体と前記キャップの内側とが接着されることなく当接し、前記圧電アクチュエータ本体は、予圧がかけられた状態で収容されていることを特徴としている。   (1) In order to achieve the above object, a piezoelectric actuator of the present invention is a piezoelectric actuator that is displaced by application of voltage, a piezoelectric actuator body that has a displacement transmission body at one end and expands and contracts by application of voltage; A seat that supports the other end of the piezoelectric actuator body; and a metal cap that houses the piezoelectric actuator body and has an opening secured to the seat. The displacement transmitter and the piezoelectric actuator body The displacement transmission body and the inside of the cap are in contact with each other without being bonded, and the piezoelectric actuator main body is accommodated in a pre-loaded state.

これにより、圧電アクチュエータの装置への組み込みの際に、先端に捩りの力が加わっても変位伝達体とキャップとの間が接着されていないことから、圧電アクチュエータ本体の先端に過大な応力が残留しない。一方、キャップと変位伝達体との間に予圧がかけられていることで、駆動時にキャップと変位伝達体との間に隙間が生じない。その結果、圧電アクチュエータ本体の破壊やそれに伴う絶縁不良を防止できる。また、変位伝達体と圧電アクチュエータ本体とが接着されていることで、変位伝達体がキャップの受け部に支えられ圧電アクチュエータが両端で支持される構造が形成され、圧電アクチュエータは、横方向の衝撃による破壊やそれに伴う絶縁不良を防ぐことができる。   As a result, when the piezoelectric actuator is installed in the device, even if a torsional force is applied to the tip, the displacement transmission body and the cap are not bonded, so excessive stress remains on the tip of the piezoelectric actuator body. do not do. On the other hand, since a preload is applied between the cap and the displacement transmission body, no gap is generated between the cap and the displacement transmission body during driving. As a result, it is possible to prevent the piezoelectric actuator body from being broken and the insulation failure accompanying it. In addition, the displacement transmission body and the piezoelectric actuator main body are bonded to form a structure in which the displacement transmission body is supported by the receiving part of the cap and the piezoelectric actuator is supported at both ends. It is possible to prevent the breakdown due to the insulation and the accompanying insulation failure.

（２）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記特定の予圧により、２００℃以下では、前記変位伝達体が前記キャップに当接し、電圧印加に対する不感帯が生じないことを特徴としている。これにより、駆動時にキャップと変位伝達体との間に隙間が発生するのを防止し、圧電アクチュエータ本体の破壊やそれに伴う絶縁不良を防止できる。   (2) Further, the piezoelectric actuator of the present invention is characterized in that the displacement transmitting body abuts on the cap at 200 ° C. or less due to the specific preload, and no dead band for voltage application is generated. Accordingly, it is possible to prevent a gap from being generated between the cap and the displacement transmission body during driving, and it is possible to prevent the piezoelectric actuator main body from being broken and the insulation failure associated therewith.

（３）また、本発明の圧電アクチュエータは、マスフローコントローラ内に組み込まれ、前記キャップの先端が開閉弁の機構に当接することを特徴としている。これにより、圧電アクチュエータがマスフローコントローラ内に組み込まれる際に、圧電アクチュエータ本体の先端に捩りが加わってもその部分にかかる応力を緩和できる。   (3) Further, the piezoelectric actuator of the present invention is incorporated in a mass flow controller, and the tip of the cap is in contact with the mechanism of the on-off valve. As a result, when the piezoelectric actuator is incorporated into the mass flow controller, even if a twist is applied to the tip of the piezoelectric actuator body, the stress applied to that portion can be relieved.

本発明によれば、キャップを有する積層型圧電アクチュエータにおいて、キャップに生じた外部応力が内部の圧電素子に伝わることを抑制し、圧電素子に応力を与えたり、駆動中にキャップと変位伝達体との間に隙間が生じたりしない。その結果、圧電アクチュエータ本体の絶縁破壊や、圧電アクチュエータ本体の先端とキャップとの衝突による圧電アクチュエータ本体の破損を防止できる圧電アクチュエータが得られる。   According to the present invention, in a multilayer piezoelectric actuator having a cap, the external stress generated in the cap is suppressed from being transmitted to the internal piezoelectric element, the piezoelectric element is stressed, and the cap and the displacement transmitting body are There will be no gaps between them. As a result, it is possible to obtain a piezoelectric actuator that can prevent dielectric breakdown of the piezoelectric actuator body and damage of the piezoelectric actuator body due to collision between the tip of the piezoelectric actuator body and the cap.

本発明の圧電アクチュエータを示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the piezoelectric actuator of this invention. （ａ）〜（ｃ）それぞれ温度と予圧の関係、各温度における印加電圧と変位の関係を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the relationship between temperature and a preload, respectively, and the relationship between the applied voltage and displacement in each temperature. アルミニウム部材に先端を固定した圧電アクチュエータの斜視図である。It is a perspective view of the piezoelectric actuator which fixed the front-end | tip to the aluminum member. 回転トルクを与えたときの圧電素子の静電容量の変化率を示す図である。It is a figure which shows the change rate of the electrostatic capacitance of a piezoelectric element when rotational torque is given.

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the respective drawings, and duplicate descriptions are omitted.

（圧電アクチュエータの構成）
図１は、圧電アクチュエータ１００を示す側断面図である。圧電アクチュエータ１００は、電圧の印加により伸縮し、電圧に応じて先端が変位するものであり、例えばマスフローコントローラの開閉弁や位置決め装置のステージの駆動に用いられる。図１に示すように、圧電アクチュエータ１００は、圧電アクチュエータ本体１０５、変位伝達体１３０、座１４０およびキャップ１６０を備えている。 (Configuration of piezoelectric actuator)
FIG. 1 is a side sectional view showing the piezoelectric actuator 100. The piezoelectric actuator 100 expands and contracts when a voltage is applied, and the tip thereof is displaced according to the voltage. As shown in FIG. 1, the piezoelectric actuator 100 includes a piezoelectric actuator main body 105, a displacement transmission body 130, a seat 140, and a cap 160.

圧電アクチュエータ本体１０５は、複数個の圧電素子１１０を、直列方向（電圧印加による伸縮方向）に端面で接着して多連化したものである。圧電素子１１０を多連化することで、効率よく大きな変位を得ることができる。図１に示す例では、圧電アクチュエータ本体１０５は、６個の圧電素子１１０を多連化して形成されている。それぞれの圧電素子１１０は、圧電層と内部電極とが交互に積層された構造を有する。なお、圧電アクチュエータ本体１０５は、圧電素子１１０の単体であってもよい。   The piezoelectric actuator body 105 is obtained by bonding a plurality of piezoelectric elements 110 in a series direction (stretching direction by applying a voltage) at an end face to make a multiple connection. A large displacement can be obtained efficiently by providing multiple piezoelectric elements 110. In the example shown in FIG. 1, the piezoelectric actuator main body 105 is formed by multiplying six piezoelectric elements 110. Each piezoelectric element 110 has a structure in which piezoelectric layers and internal electrodes are alternately stacked. The piezoelectric actuator body 105 may be a single piezoelectric element 110.

圧電アクチュエータ本体１０５の一端には、変位伝達体１３０が接着されている。図１に示すように、変位伝達体１３０は、シム１３１および凸部１３２からなる。シム１３１は、ＳＵＳ製やアルミナ製で板状に形成されており、凸部１３２は、ベアリング鋼またはＳＵＳで半球状に形成されている。凸部１３２は、半球状に形成されていることが好ましいが、圧電アクチュエータ本体１０５の変位が伝達できる形状であれば、例えば、球状、円柱状、半楕円体状や錐台状であってもよい。シム１３１と凸部１３２とは接着され、圧電アクチュエータ本体１０５の一端に接着されている。圧電アクチュエータ本体１０５の他端は、座１４０と固着されている。なお、変位伝達体１３０が、シム１３１を有さず、凸部１３２からなり、圧電アクチュエータ本体１０５の一端に直接接着されていてもよい。   A displacement transmission body 130 is bonded to one end of the piezoelectric actuator body 105. As shown in FIG. 1, the displacement transmission body 130 includes a shim 131 and a convex portion 132. The shim 131 is made of SUS or alumina and is formed in a plate shape, and the convex portion 132 is formed of bearing steel or SUS in a hemispherical shape. The convex portion 132 is preferably formed in a hemispherical shape, but may have a spherical shape, a cylindrical shape, a semi-ellipsoidal shape, or a frustum shape as long as the displacement of the piezoelectric actuator body 105 can be transmitted. Good. The shim 131 and the convex portion 132 are bonded to each other and bonded to one end of the piezoelectric actuator main body 105. The other end of the piezoelectric actuator body 105 is fixed to the seat 140. The displacement transmission body 130 may not include the shim 131 but may include the convex portion 132 and be directly bonded to one end of the piezoelectric actuator main body 105.

圧電アクチュエータ本体１０５は、リード部材１２０を介して外部電極１１５に電圧が印加されることで伸縮する。リード部材１２０は、金属製で板状に形成されており、圧電素子１１０の側面に形成された外部電極１１５に接着されている。一対のリード部材１２０は、座１４０において一対の端子１５０に接続されている。   The piezoelectric actuator body 105 expands and contracts when a voltage is applied to the external electrode 115 through the lead member 120. The lead member 120 is made of metal and has a plate shape, and is bonded to an external electrode 115 formed on the side surface of the piezoelectric element 110. The pair of lead members 120 are connected to the pair of terminals 150 at the seat 140.

圧電素子１１０は、圧電層と内部電極とが交互に積層されている。また、圧電素子１１０の側面には内部電極に接続された外部電極１１５が設けられている。圧電層は、例えばＰＺＴ等の圧電材料で構成され、内部電極は、Ａｇ−Ｐｄ等で構成されている。   In the piezoelectric element 110, piezoelectric layers and internal electrodes are alternately stacked. An external electrode 115 connected to the internal electrode is provided on the side surface of the piezoelectric element 110. The piezoelectric layer is made of a piezoelectric material such as PZT, and the internal electrode is made of Ag-Pd or the like.

キャップ１６０は、例えばＳＵＳのような金属製であり、有底開口の円筒形状に形成されている。そして、底側には、凸部の当接を受ける中空凸部としてドーム１６２が形成されている。キャップ１６０は、圧電アクチュエータ本体１０５を内部に収容し、開口部は座１４０と固着され、キャップ１６０内は封止されている。圧電素子１１０に接続されるリード線は座１４０の貫通孔を通して設けられ、貫通孔は樹脂等で封止されている。キャップ１６０は、圧電アクチュエータ本体１０５の伸縮に応じて先端の変位が可能になっている。また、ドーム１６２は、変位伝達体１３０に合わせた形状であれば、球状でなくてもよい。   The cap 160 is made of metal such as SUS, for example, and is formed in a cylindrical shape with a bottomed opening. And the dome 162 is formed in the bottom side as a hollow convex part which receives the contact of a convex part. The cap 160 accommodates the piezoelectric actuator main body 105 inside, the opening is fixed to the seat 140, and the inside of the cap 160 is sealed. The lead wire connected to the piezoelectric element 110 is provided through the through hole of the seat 140, and the through hole is sealed with resin or the like. The cap 160 can be displaced at the tip according to the expansion and contraction of the piezoelectric actuator body 105. In addition, the dome 162 may not be spherical as long as the dome 162 has a shape that matches the displacement transmission body 130.

座１４０は、圧電アクチュエータ本体１０５を支持している。キャップ１６０のドーム１６２の内面と変位伝達体１３０との間が、接着をしないで当接された状態になるように、予圧がかけられた状態で、キャップ１６０と座１４０が固着されている。固着方法は、溶接、ネジ止め、カシメ等がある。ドーム１６２の内面と変位伝達体１３０との間が接着されていないことから、マスフローコントローラ等の装置に圧電アクチュエータ１００を組み込む際に、先端に捩りの力が加わっても圧電アクチュエータ本体１０５の先端に過大な応力が残留しない。   The seat 140 supports the piezoelectric actuator main body 105. The cap 160 and the seat 140 are fixed in a state where a preload is applied so that the inner surface of the dome 162 of the cap 160 and the displacement transmission body 130 are in contact with each other without bonding. The fixing method includes welding, screwing, caulking and the like. Since the inner surface of the dome 162 and the displacement transmission body 130 are not bonded, when the piezoelectric actuator 100 is incorporated into a device such as a mass flow controller, the tip of the piezoelectric actuator body 105 is applied even if a twisting force is applied to the tip. Excessive stress does not remain.

上記の予圧は２０Ｎ〜１０００Ｎの範囲内である。キャップ１６０と変位伝達体１３０との間に予圧がかけられていることで、駆動時にキャップ１６０と変位伝達体１３０との間に隙間が生じない。また、予圧が１０００Ｎ以下であることから、電圧を印加しても予圧が大きすぎて圧電アクチュエータ１００が動かないということはない。   The preload is in the range of 20N to 1000N. Since the preload is applied between the cap 160 and the displacement transmission body 130, no gap is generated between the cap 160 and the displacement transmission body 130 during driving. Further, since the preload is 1000 N or less, even if a voltage is applied, the preload is not too large and the piezoelectric actuator 100 does not move.

また、変位伝達体１３０とキャップ１６０との間の予圧は、２００℃以下で、変位伝達体１３０がドーム１６２の内面に当接し、電圧印加に対する不感帯が生じないようにかけられている。このように予圧が制御されているので、必要な温度帯において、変位伝達体１３０とキャップ１６０との間に隙間が生じない程度の圧力がかけられている。以下に予圧と不感帯の関係について説明する。   In addition, the preload between the displacement transmission body 130 and the cap 160 is 200 ° C. or less, and the displacement transmission body 130 is in contact with the inner surface of the dome 162 so that a dead zone for voltage application does not occur. Since the preload is controlled in this way, a pressure that does not cause a gap between the displacement transmission body 130 and the cap 160 is applied in a necessary temperature range. The relationship between preload and dead zone will be described below.

（予圧と不感帯）
図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ温度と予圧の関係、各温度における印加電圧と変位の関係を示す図である。主に圧電セラミックスで構成された圧電アクチュエータ本体１０５の熱膨張係数に比べて金属製のキャップ１６０の熱膨張係数の方が大きい。そのため、図２（ａ）に示すように、温度ａで所定の予圧がかかっているとしても温度ｂでは予圧がゼロになり、温度ｃでは予圧がかからず不感帯が生じる。すなわち、温度ｂ以下では、図２（ｂ）に示すように、電圧の印加に対して必ず圧電アクチュエータ１００は変位し、温度ｂを超えると、図２（ｃ）に示すように、電圧の印加が一定値を超えるまで圧電アクチュエータは変位せず不感帯が生じることになる。したがって、予圧がゼロになる温度ｂを特定することで予圧の大きさを特定できることになる。 (Preload and dead zone)
2A to 2C are diagrams showing the relationship between temperature and preload, and the relationship between applied voltage and displacement at each temperature. The thermal expansion coefficient of the metal cap 160 is larger than that of the piezoelectric actuator body 105 mainly composed of piezoelectric ceramics. Therefore, as shown in FIG. 2A, even if a predetermined preload is applied at the temperature a, the preload is zero at the temperature b, and no preload is applied at the temperature c, resulting in a dead zone. That is, at a temperature b or lower, as shown in FIG. 2 (b), the piezoelectric actuator 100 is always displaced with respect to voltage application, and when the temperature b is exceeded, voltage application is performed as shown in FIG. 2 (c). Until the value exceeds a certain value, the piezoelectric actuator is not displaced and a dead zone is generated. Therefore, the magnitude of the preload can be specified by specifying the temperature b at which the preload becomes zero.

（圧電アクチュエータの製造方法）
次に、上記のように構成された圧電アクチュエータ１００の製造方法の一例を説明する。まず、圧電セラミックスのグリーンシートにＡｇ−Ｐｄ等の電極ペーストを印刷して積層、圧着し、焼成する。次に、圧電素子１１０の側面に積層方向に沿って、内部電極に接続された外部電極１１５を形成する。圧電素子１１０の側面に電極ペーストを印刷して焼成することで外部電極１１５を形成できる。 (Method for manufacturing piezoelectric actuator)
Next, an example of a manufacturing method of the piezoelectric actuator 100 configured as described above will be described. First, an electrode paste such as Ag—Pd is printed on a piezoelectric ceramic green sheet, laminated, pressure-bonded, and fired. Next, the external electrode 115 connected to the internal electrode is formed on the side surface of the piezoelectric element 110 along the stacking direction. The external electrode 115 can be formed by printing and baking an electrode paste on the side surface of the piezoelectric element 110.

そして、得られた複数の圧電素子１１０の積層方向の端面に、エポキシ等の接着材を塗布して接着し、直列方向に連結する。このようにして多連化を行ない、接着材を硬化させる。金属製で板状のリード部材１２０を外部電極１１５に固着させ、分極処理することで多連化した圧電アクチュエータ本体１０５を作製できる。   Then, an adhesive such as epoxy is applied and bonded to the end faces of the obtained plurality of piezoelectric elements 110 in the stacking direction, and connected in the series direction. In this way, multiple connection is performed and the adhesive is cured. The piezoelectric actuator main body 105 can be manufactured in a multi-connected manner by fixing the plate-like lead member 120 made of metal to the external electrode 115 and performing polarization treatment.

次に、変位伝達体１３０としてシム１３１および凸部１３２を準備する。圧電アクチュエータ本体１０５の一端に変位伝達体１３０を接着する。変位伝達体１３０は、半球等の凸部のみでもよいし、凸部とシムが接着されたものでもよい。   Next, the shim 131 and the convex part 132 are prepared as the displacement transmission body 130. A displacement transmission body 130 is bonded to one end of the piezoelectric actuator body 105. The displacement transmitting body 130 may be only a convex portion such as a hemisphere, or may be a member in which the convex portion and a shim are bonded.

さらに、キャップ１６０および座１４０を準備する。そして、圧電アクチュエータ本体１０５の他端側から圧電素子１１０のリード線を座１４０の貫通孔を通し、圧電アクチュエータ本体１０５と座１４０を接着する。貫通孔は樹脂で封止する。このようにして形成された圧電アクチュエータ本体１０５をキャップ１６０内に挿入する。この際、変位伝達体１３０とドーム１６２の内面は接着しない。   Further, the cap 160 and the seat 140 are prepared. Then, the lead wire of the piezoelectric element 110 is passed through the through hole of the seat 140 from the other end side of the piezoelectric actuator body 105, and the piezoelectric actuator body 105 and the seat 140 are bonded. The through hole is sealed with resin. The piezoelectric actuator body 105 formed in this way is inserted into the cap 160. At this time, the displacement transmission body 130 and the inner surface of the dome 162 are not bonded.

そして、最後に、圧電アクチュエータ本体１０５とキャップ１６０との間に予圧がかかった状態で、キャップ１６０と座１４０とを固着し、リード線を通した孔を封止する。固着は、溶接、ネジ止め、カシメ等で行なう。溶接する場合には、キャップ１６０を封止した際の機密性を維持できる。溶接の方法としては、突き当て溶接、ビード溶接、ろう付け等が挙げられる。また、ネジ止めとする場合には予圧を制御しやすい。   Finally, with the preload applied between the piezoelectric actuator main body 105 and the cap 160, the cap 160 and the seat 140 are fixed, and the hole through which the lead wire is passed is sealed. Fixing is performed by welding, screwing, caulking or the like. In the case of welding, confidentiality when the cap 160 is sealed can be maintained. Examples of the welding method include butt welding, bead welding, brazing, and the like. In addition, the preload can be easily controlled when screwing.

このようにして、キャップに生じた外部応力が内部の素子に伝わることを抑制し、素子に応力を発生させたり、絶縁破壊させたりすることを防止できる圧電アクチュエータ１００を製造できる。その際には、ドーム１６２の内面と凸部１３２とを接着材等で接着することなく、当接させる。また、リード部材１２０は、座１４０に挿通され、端子１５０として外部と電気的に接続する。このようにして、圧電アクチュエータ１００を作製することができる。   In this way, it is possible to manufacture the piezoelectric actuator 100 that can suppress the external stress generated in the cap from being transmitted to the internal element, and can prevent the element from generating stress or causing dielectric breakdown. At that time, the inner surface of the dome 162 and the projection 132 are brought into contact with each other without being bonded with an adhesive or the like. The lead member 120 is inserted into the seat 140 and electrically connected to the outside as a terminal 150. In this way, the piezoelectric actuator 100 can be manufactured.

（実施例）
上記の製造方法により半球（凸部）とキャップとを接着していない圧電アクチュエータ（実施例）を作製した。また、サイズ、材料等その他のすべての条件を同一とし、半球とキャップとを接着した圧電アクチュエータ（比較例）を作製した。 (Example)
The piezoelectric actuator (Example) which did not adhere | attach the hemisphere (convex part) and the cap with said manufacturing method was produced. In addition, a piezoelectric actuator (comparative example) was prepared in which all other conditions such as size and material were the same, and a hemisphere and a cap were bonded.

そして、圧電アクチュエータより十分に大きいアルミニウム部材を準備し、アルミ部材の表面に圧電アクチュエータの先端部を接着材で固定した。図３は、アルミニウム部材２００に先端を固定した圧電アクチュエータ１００の斜視図である。図３に示すように、圧電アクチュエータ１００の先端と矩形体のアルミニウム部材２００とを接着材２１０で固定した。そして、座１４０側から圧電アクチュエータ１００に回転トルクを与え、圧電アクチュエータ１００内部の圧電素子の容量の変化を測定した。このとき圧電素子に外力が加わるほど圧電素子の変形が大きくなり、容量の変化も大きくなる。同様に比較例についても回転トルクを与えたときの容量の変化率を測定した。   Then, an aluminum member sufficiently larger than the piezoelectric actuator was prepared, and the tip of the piezoelectric actuator was fixed to the surface of the aluminum member with an adhesive. FIG. 3 is a perspective view of the piezoelectric actuator 100 with the tip fixed to the aluminum member 200. As shown in FIG. 3, the tip of the piezoelectric actuator 100 and the rectangular aluminum member 200 were fixed with an adhesive 210. Then, rotational torque was applied to the piezoelectric actuator 100 from the seat 140 side, and the change in the capacitance of the piezoelectric element inside the piezoelectric actuator 100 was measured. At this time, as the external force is applied to the piezoelectric element, the deformation of the piezoelectric element increases and the change in capacitance also increases. Similarly, the rate of change in capacity when rotational torque was applied to the comparative example was also measured.

図４は、回転トルクを与えたときの圧電素子の静電容量の変化率を示す図である。図４に示すように、比較例では、２５０ｃＮ・ｍの回転トルクを与えたときの静電容量の変化率が２％を超えたのに対し、実施例では、０．５％未満に収まった。このようにして、半球とキャップを接着した比較例より接着しない実施例の方が、外力が圧電素子に伝わっておらず、静電容量への影響が小さいことを確認できた。   FIG. 4 is a diagram showing the rate of change in capacitance of the piezoelectric element when rotational torque is applied. As shown in FIG. 4, in the comparative example, the rate of change in capacitance when a rotational torque of 250 cN · m was applied exceeded 2%, whereas in the example, it was less than 0.5%. . In this way, it was confirmed that the example in which the hemisphere and the cap were not bonded compared to the comparative example in which the hemisphere and the cap were bonded did not transmit the external force to the piezoelectric element, and the influence on the capacitance was small.

１００ 圧電アクチュエータ
１０５ 圧電アクチュエータ本体
１１０ 圧電素子
１１５ 外部電極
１２０ リード部材
１３０ 変位伝達体
１３１ シム
１３２ 凸部
１４０ 座
１５０ 端子
１６０ キャップ
１６２ ドーム
２００ アルミニウム部材
２１０ 接着材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Piezoelectric actuator 105 Piezoelectric actuator main body 110 Piezoelectric element 115 External electrode 120 Lead member 130 Displacement transmission body 131 Shim 132 Convex part 140 Seat 150 Terminal 160 Cap 162 Dome 200 Aluminum member 210 Adhesive

Claims (3)

電圧の印加により変位する圧電アクチュエータであって、
一端に変位伝達体を有し、電圧の印加により伸縮する圧電アクチュエータ本体と、
前記圧電アクチュエータ本体の他端を支持する座と、
前記圧電アクチュエータ本体を収容し、開口部を前記座に固着された金属製のキャップと、を備え、
前記変位伝達体と前記圧電アクチュエータ本体とが接着されており、
前記変位伝達体と前記キャップの内側とが接着されることなく当接し、
前記圧電アクチュエータ本体は、予圧がかけられた状態で収容されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。 A piezoelectric actuator that is displaced by application of a voltage,
A piezoelectric actuator body having a displacement transmitting body at one end and extending and contracting by application of a voltage;
A seat for supporting the other end of the piezoelectric actuator body;
A metal cap that houses the piezoelectric actuator body and has an opening secured to the seat;
The displacement transmission body and the piezoelectric actuator body are bonded,
The displacement transmission body and the inside of the cap abut without being bonded,
The piezoelectric actuator main body is accommodated in a state where a preload is applied. 前記予圧により、２００℃以下では、前記変位伝達体が前記キャップに当接し、電圧印加に対する不感帯が生じないことを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。   2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein due to the preload, at 200 ° C. or less, the displacement transmission body abuts against the cap, and no dead band for voltage application occurs. マスフローコントローラ内に組み込まれ、前記キャップの先端が開閉弁の機構に当接することを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to claim 1 or 2, wherein the piezoelectric actuator is incorporated in a mass flow controller, and a tip of the cap abuts on a mechanism of an on-off valve.
JP2016154770A 2016-08-05 2016-08-05 Piezoelectric actuator Active JP6839504B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016154770A JP6839504B2 (en) 2016-08-05 2016-08-05 Piezoelectric actuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016154770A JP6839504B2 (en) 2016-08-05 2016-08-05 Piezoelectric actuator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018023251A true JP2018023251A (en) 2018-02-08
JP6839504B2 JP6839504B2 (en) 2021-03-10

Family

ID=61166009

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016154770A Active JP6839504B2 (en) 2016-08-05 2016-08-05 Piezoelectric actuator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6839504B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021136409A (en) * 2020-02-28 2021-09-13 日本特殊陶業株式会社 Piezoelectric actuator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021136409A (en) * 2020-02-28 2021-09-13 日本特殊陶業株式会社 Piezoelectric actuator
JP7164847B2 (en) 2020-02-28 2022-11-02 日本特殊陶業株式会社 piezoelectric actuator

Also Published As

Publication number Publication date
JP6839504B2 (en) 2021-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20160026499A (en) Piezoelectric element and piezoelectric vibration module including the same
JP2017098383A (en) Piezoelectric actuator
JP2018023251A (en) Piezoelectric actuator
WO2017199668A1 (en) Piezoelectric actuator
JP2017118040A (en) Piezoelectric actuator
JPH11186626A (en) Laminated piezoelectric actuator
JP6284120B2 (en) Piezoelectric actuator
JP6565964B2 (en) Piezoelectric actuator
JP2013157439A (en) Piezoelectric element and piezoelectric actuator
JP4646962B2 (en) Positioning device
JP3881474B2 (en) Multilayer piezoelectric actuator
JP6135123B2 (en) Piezoelectric element unit and piezoelectric actuator
US20150048720A1 (en) Piezoelectric actuator module and method of manufacturing the same
JP6348287B2 (en) Piezoelectric element
JP6249698B2 (en) Piezoelectric actuator
JP6047358B2 (en) Multiplexed element and manufacturing method thereof
JP6266936B2 (en) Piezoelectric actuator and manufacturing method thereof
JP2001313428A (en) Laminated type piezoelectric actuator and injection device
JP2015233061A (en) Laminated piezoelectric actuator, and laminated piezoelectric device employing the same
JP6726509B2 (en) Piezoelectric actuator
JP3850163B2 (en) Multilayer piezoelectric actuator and manufacturing method thereof
JP6300479B2 (en) Piezoelectric element unit and piezoelectric actuator
JP7172401B2 (en) Piezoelectric actuators and piezoelectric drives
JP2017118760A (en) Resistance detection circuit and piezoelectric actuator having the same
JP6542618B2 (en) Piezoelectric actuator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190425

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200225

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200929

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201217

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20201217

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20201225

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20210112

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210202

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210215

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6839504

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250