JP2003174209A - 積層型圧電アクチュエータ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな変位が長期間に渡って繰り返されるよ
うな駆動環境においても絶縁部が劣化を生じないような
素子構造を有する積層型圧電アクチュエータを提供す
る。 【解決手段】 圧電セラミック層と内部電極層とを交互
に積層した積層体を備え、且つ積層体側面に露出する前
記内部電極を一層おきに絶縁材を用いて覆い、前記絶縁
体を覆って一層おきに内部電極と導通する外部電極とで
形成される積層圧電アクチュエータ素子において、前記
絶縁材を樹脂とし、前記外部電極を導電性樹脂とするこ
とで絶縁部が劣化を生じず高い耐久性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大きな変位量と繰
り返し耐久性能が要求される積層型圧電アクチュエータ
素子の絶縁部構造と外部電極構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】積層型圧電アクチュエータ素子の内部電
極構造には積層型セラミックキャパシタと同じように、
図１に示すような部分電極構造がある。この電極構造で
は外縁部に電圧を印加しても伸縮しない部分があるため
その境界部で歪が生じ絶縁部に容易にクラックが生じる
ことが多い。一方、図２に示すような圧電セラミックシ
ートの全面に内部電極を形成し、積層した構造の積層型
圧電アクチュエータ素子は電歪効果に伴う素子の伸縮に
よって発生する伸びが面内で均一となるため、部分電極
構造素子のように絶縁部に歪が発生してクラックを生ず
る不具合がない。この構造を有する素子では側面に露出
している内部電極の端面は一層おきにガラス絶縁層に覆
われ、その上から厚み約１０μｍの銀、もしくは銀パラ
ジウムの外部電極ペーストの印刷、焼付けにより形成さ
れている。この外部電極ペースト中にはセラミック層と
の固着のため微量の低融点ガラスフリットが含まれてい
る。

【０００３】一方、積層型圧電アクチュエータの樹脂絶
縁に関する特許としては、例えば特公平２−５６８３０
がある。しかし当該特許には、外部電極構造に関する具
体的な開示がなされておらず、その実施例の中で「所定
の位置に外部電極を焼き付ける」と記述されているのみ
であることから、低融点ガラスフリット材料とセラミッ
クとの化学反応による固着であると考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】全面内部電極構造素子
の場合であっても、絶縁層がガラスなどの硬い材料で形
成される場合、高電圧を印加して圧電素子の伸びを大き
くしようとすると絶縁層自体には伸びが発生しないた
め、絶縁層と圧電セラミック層との界面に歪を生じ、絶
縁層内部に微小クラックが発生して絶縁性を低下させる
などの不具合を発生する危険性を残している。このた
め、素子の用途により要求される仕様や圧電セラミック
材料に応じてそれぞれ最適となる無機物の材質や形成条
件をきめ細かく選定する必要がある。また、絶縁層が樹
脂である場合、従来のガラスフリットを含む電極材料、
例えば銀粒子などのペーストを印刷、焼き付けすると絶
縁材料の変質を生じ絶縁性能の著しい劣化を招くという
問題がある。またせっかく柔らかい材料とすることで素
子の大きな伸縮に耐えられるようにしても絶縁層を覆う
ように形成されている外部電極が切断してしまうことが
ある。

【０００５】したがって、本発明の課題は、大きな変位
が長期間に渡って繰り返されるような駆動環境において
も絶縁部が劣化を生じないような素子構造を有する積層
型圧電アクチュエータを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明では絶縁層として圧電材料の伸縮に追従でき
る樹脂材料を用いる。

【０００７】絶縁層は一層おきに形成する必要があるた
め、露出している内部電極端部とその近傍のみに選択的
に樹脂が形成されるような電着塗料液を用いる。樹脂材
料はポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂の中か
ら選ばれる。

【０００８】電着樹脂のイオンの形態はカチオン、アニ
オンいずれであっても良いが、内部電極がイオン化し易
い材料を含む場合にはカチオンの方が望ましい。

【０００９】絶縁層の焼付け後形成される外部電極材料
は絶縁樹脂が劣化しないように銀、銀パラジウム、銅な
どの導電性粒子を主体とする樹脂により構成される。ま
た、外部電極材料が柔らかい樹脂で構成されることによ
り、素子ならびに絶縁層の伸縮を拘束することもない。

【００１０】

【発明の実施の形態】図３を参照して本発明の実施の形
態に係わる積層型圧電アクチュエータについて説明す
る。

【００１１】図３の積層型圧電アクチュエータは板状の
複数の圧電セラミクス層３ａと板状の複数の内部電極３
ｂとを積層してなる積層体３と、それらの内部電極３ｂ
を積層体３の対向側面で接続した対の外部電極４とを備
えている。積層体３の対向側面において、内部電極３ｂ
が交互に絶縁層３ｃにより被覆されている。したがって
内部電極３ｂは対の外部電極４に交互に接続されてい
る。外部電極４は例えば銀の粒子を含むポリイミド樹脂
の硬化により形成されている。

【００１２】製造方法について実施の形態に基づいて以
下説明する。ニッケル・ニオブ酸鉛を主成分とする圧電
セラミック粉末を溶媒中に分散した後、バインダーを加
えて泥しょうを作り、これをキャリアテープ上に成膜し
て厚さ９０〜１３０μｍのグリーンシートとする。この
シートにＡｇ／Ｐｄ内部電極ペーストを印刷、乾燥した
ものを打ち抜いて金型内に積層・充填して熱圧着により
一体の積層体とする。この積層体を脱バインダー後、１
０００〜１１５０℃の温度で焼結する。この積層焼結体
を所定の高さに加工した後、両側面に内部電極との導通
のための電極を焼き付けし、幅５ｍｍ、長さ約１００ｍ
ｍの矩形状に切断する。この切断片の所定の位置に外部
リード接続用の下地として銀電極ペーストを印刷して焼
き付ける。この切断片を電着塗料の入った浴槽内に浸漬
し、マイナス５０〜２００Vの直流電圧を印加して露出
している内部電極端面とその近傍の圧電材料層表面のみ
に樹脂層を形成する。形成後１５０〜２１０℃、３０分
間の硬化処理を行い、樹脂絶縁層を素子表面に固着させ
る。切断片両面の一層おきに絶縁層が形成されたこの切
断片の両面に導電性樹脂ペーストを所定の幅と間隔で印
刷し、１５０〜２１０℃の温度で硬化させることで外部
電極を形成する。さらにこの外部電極が形成された切断
片を幅５ｍｍに切断して小片となし、リード線を取り付
けて積層型圧電アクチュエータ素子を得る。

【００１３】

【発明の効果】本発明の構造および製造方法によると圧
電セラミック層の伸縮に伴う歪の発生に起因する絶縁層
のクラックの発生が全くなくなるため、高電圧の長時間
繰り返し印加においても故障が発生することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】積層型セラミックキャパシタタイプの部分電極
構造を有する、従来技術に係わる積層型圧電アクチュエ
ータ素子の側面図である。

【図２】本発明の従来技術に係わる無機絶縁層を有する
積層型圧電アクチュエータ素子の側面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係わる積層型圧電アクチ
ュエータ素子の側面図である。

【符号の説明】

１，２，３ 積層体 １ａ，２ａ，３ａ 圧電セラミック層 １ｂ，２ｂ，３ｂ 内部電極 ２ｃ 無機絶縁層 ３ｃ 樹脂絶縁層 ３ 外部電極（焼き付け銀） ４ 導電樹脂外部電極 ５ 外部リード ６ 外部リード接続用下地電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電セラミック層と内部電極層とを交互
   に積層した積層体を備え、かつ積層体側面に露出する前
   記内部電極を一層おきに絶縁材を用いて覆い、前記絶縁
   材を覆って一層おきに内部電極と導通する外部電極を形
   成してなる積層型圧電アクチュエータ素子において、前
   記絶縁材が樹脂からなり、前記外部電極が導電性樹脂か
   らなることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ素
   子。
2. 【請求項２】 前記外部電極が導電性樹脂にセラミック
   粒子をフィラーとして添加した複合材料であることを特
   徴とする請求項１記載の積層型圧電アクチュエータ素
   子。
3. 【請求項３】 前記絶縁材樹脂が電着により形成され、
   かつ電着液中の樹脂イオンの形態がカチオンであること
   を特徴とする請求項１記載の積層型圧電アクチュエータ
   素子。