JPH04253383A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電アクチュエータに
関し、特に、内部電極と外部電極との接続構造を改良し
た積層型の圧電アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の積層型圧電アクチュエータを図５
に示す。図５は、この圧電アクチュエータの外観を示す
斜視図である。

【０００３】この圧電アクチュエータは、図に示すよう
に、外部電極１が形成されている側面に内部電極２が露
出している。そして、内部電極２の露出部は、一層おき
にガラス絶縁物３で絶縁されているので、一つの側面上
では、内部電極２が一層おきに外部電極１と接続される
。

【０００４】又、もう一方の側面上でも、上述したと同
様の構造で、内部電極が一層おきに外部電極に接続され
ている。但し、この圧電アクチュエータ全体としては、
各内部電極２は、隣り合う内部電極同志が互いに対向電
極となるように、一層おきに互い違いに絶縁されている
。

【０００５】上記のガラス絶縁物３は、電気泳動法によ
り形成される。この場合、先ず一方の側面上にガラス絶
縁物を形成し、次いで、もう一方の側面上のガラス絶縁
物を形成するという２段階の工程で形成する。

【０００６】尚、内部電極２および外部電極１の材料と
しては、電気伝導度が高く比較的安価な、銀やパラジウ
ムなどを多く含む導電ペーストが用いられる。

【０００７】この圧電アクチュエータは、２つの外部電
極の間に電圧を加えると、図５中に矢印で示す方向に変
位を発生する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の積層型圧電アクチュエータは、外部電極１が形成され
る側面では、内部電極２が一層おきに外部電極１と接続
され、残りの内部電極２はガラス絶縁物３で絶縁されて
いる。

【０００９】ところで、このガラス絶縁物３においては
、内部電極２や外部電極１に用いられている金属がイオ
ン化し、電界によってガラス絶縁物３中を移動してゆく
ことがある。

【００１０】又、この圧電アクチュエータが図５中矢印
で示す方向に変位する際にガラス絶縁物３内に応力が発
生するので、この応力によって、使用中にガラス絶縁物
３中にマイクロクラックが発生，進行することがある。

【００１１】このため、従来の積層型圧電アクチュエー
タは、使用中に外部電極１と内部電極２との間の絶縁性
が劣化し、甚だしい場合には、放電などが起り絶縁破壊
に至ることがある。特に、例えば、高温，高湿雰囲気な
どの環境下で用いる場合などのように使用条件が厳しい
場合には信頼性が低下しやすい。

【００１２】又、このガラス絶縁物形成工程では、前述
のように、電気泳動法を用い、先ず一方の側面上にガラ
ス絶縁物を形成し、次いで、もう一方の側面上のガラス
絶縁物を形成するという２段階の工程が必要であるので
、工程が複雑で、多くの工数を要し、製造コストを低減
することが容易ではない。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電アクチュエ
ータは、圧電効果を示す材料の層と内部電極層とが交互
に積層され、各内部電極層が、対向する一対の側面上に
形成された外部電極に一層おきに互い違いに接続され、
互いに隣接する内部電極同志が対向電極として作用する
型の圧電アクチュエータであって、それぞれの内部電極
は、一つの端面が、前記一対の側面の一方の側面に露出
してこの側面上に設けられた外部電極に接続され、前記
端面に対向する端面が、前記一方の側面に対向する側面
より後退しており、この側面に、深さ方向がこの側面に
垂直な方向の溝を形成していることを特徴とする。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の最適な実施例について、図面
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施例の
外観を示す斜視図である。

【００１５】本実施例は、圧電体層４と内部電極２とが
交互に積層されている。そして、外部電極１が形成され
た２つの側面では、それぞれの外部電極１に接続されな
い方の内部電極２は、端面が側面より後退しており、溝
５を形成する構造となっている。又、本実施例では、従
来の圧電アクチュエータには必要であったガラス絶縁物
がない。

【００１６】本実施例の内部電極２は、外部電極１に接
続される方の端面がこの圧電アクチュエータの側面に露
出し、もう一方の端面が側面より引っ込んだ構造となっ
ており、この側面上に、深さ方向がこの側面に垂直な溝
５を形成している。従って、本実施例では、側面上に外
部電極１を設ければ、ガラス絶縁物がなくても、外部電
極１と内部電極２とが自動的に一層おきに接続され、そ
れ以外の内部電極とは空気絶縁される。

【００１７】次に、本実施例の製造工程について、図２
を用いて説明する。先ず、例えば、チタン酸ジルコン酸
鉛を主成分とする圧電セラミックス材料の粉末に微量の
有機バインダを添加し、これを有機溶媒中に分散させて
泥漿を作る。そして、テープキャスト法によって膜圧約
１３０μｍの圧電シートを作成する。

【００１８】次に、図２（ａ）に示すように、この圧電
シート６上に、内部電極ペースト７とグラファイトペー
スト８とを約１０μｍの厚さになるようにスクリーン印
刷法で被着・形成する。内部電極ペースト７は銀・パラ
ジウム混合粉末からなる。また、グラファイトペースト
８は、グラファイトに有機バインダを混合して作る。

【００１９】この場合、スクリーン印刷のパターンとし
ては、図２（ａ）に示すように、先ず、正方形の圧電シ
ート６上の向い合った２辺に平行に、端部から５００μ
ｍの幅でグラファイトペースト８を印刷し、次に、残り
の部分に内部電極ペースト７を印刷する。

【００２０】次いで、上記のようにして得られた、ペー
ストが印刷された圧電シートを、図２（ｂ）に示すよう
に、１６０枚積層する。この時、一層おきに印刷パター
ンを１８０度回転させながら積層する。そして積層後、
摂氏１００度の温度、１平方センチメートル当り２５０
キログラムの圧力で熱加熱して一体化した後、摂氏１１
２０度の温度で２時間焼成して焼結体を得る。

【００２１】この焼成中にグラファイトペースト８は全
て飛散し、焼結体には、幅が約７μｍ、深さ約３５０μ
ｍの溝が形成される。

【００２２】その後、この焼結体に、銀を主成分とする
外部電極ペーストを被着し、約６００度の温度で焼成し
て外部電極を形成すると図１に示す圧電アクチュエータ
が得られる。

【００２３】このようにして得られた圧電アクチュエー
タでは、外部電極１が形成される側面には、この外部電
極１に接続されるべき内部電極２が一層おきに露出して
いるだけである。従って、図５に示した従来の圧電アク
チュエータで必要な、一層おきのガラス絶縁物３による
外部電極１と内部電極２の絶縁は不要である。このため
、本実施例では、繰り返して電圧を印加して変位を繰り
変えし発生させてもガラス絶縁物の破壊は起らない。 又、水蒸気や水などによるガラス絶縁物の侵食・破壊が
一切なくなる。更に、本実施例では、ガラス絶縁物形成
工程がないので、製造工程を大幅に削減することができ
る。

【００２４】以上のことから、本実施例では、特に高湿
度雰囲気中での使用でその信頼性が向上することが期待
される。図３に、本実施例による圧電アクチュエータと
、図５に示した従来の圧電アクチュエータに対して耐湿
負荷寿命試験を行なった結果を示す。試験条件は、印加
電圧ＤＣ１５０Ｖ，相対湿度９０％，温度摂氏４０度で
ある。

【００２５】尚、圧電アクチュエータの形状は、１０ｍ
ｍ×１０ｍｍ×２０ｍｍであり、サンプル数は、各々６
００個であり、不良の判定は、各サンプルに直列に接続
された０．１Ａのヒューズの溶断の有無によって判定し
た。

【００２６】図３によれば、従来の圧電アクチュエータ
では、不良発生率が１００時間後に既に１５％に達して
いるのに対して、本実施例による圧電アクチュエータで
は、６００時間まで不良の発生が見られない。しかも、
その後の不良発生も少なく、１０００時間経過後でも約
４％の不良発生率でしかない。

【００２７】以上のことから、本実施例による圧電アク
チュエータが高温高湿度の雰囲気下で優れた寿命特性を
持つことが分る。

【００２８】次に、本発明の第２の実施例について、図
４を用いて説明する。本実施例と、前述した第１の実施
例との違いは、製造方法の違いにある。

【００２９】本実施例では、グラファイトペースト８を
、正方形の圧電シート６の一辺に平行に、端部から幅１
．４ｍｍで一定間隔をおいて印刷する。

【００３０】次に、ペーストが印刷された圧電シート６
を、一層おきに１８０度回転させながら１６０枚積層す
る。その後第１の実施例での場合と同様の方法で熱加熱
、焼結を行ない、グラファイトペースト８を飛散させる
と、幅約１．２ｍｍの空間が形成される。

【００３１】次に、上記の空間を切りしろ０．２ｍｍの
マルチワイヤーソーで切断し、外部電極を形成すると図
１に示す圧電アクチュエータが完成する。

【００３２】この実施例によれば、１つの積層体から多
数の圧電アクチュエータを得ることができるため、製造
工数を大幅に削減できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による圧電
アクチュエータでは、外部電極が形成されている側面に
対して、この外部電極と接続される内部電極以外の全て
の内部電極の端面を後退させてある。この結果、端面が
後退した部分には、深さ方向がこの側面に垂直な溝がで
き、この内部電極と外部電極とは空気絶縁されるので、
従来必要とされたガラスなどの絶縁物が不要となる。

【００３４】従って、本発明によれば、ガラス絶縁物の
特性劣化、特に高湿度雰囲気中での絶縁劣化による故障
をなくすることができると共に、製造工程における工数
を大幅に削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施例の製造工程を説明するた
めの図である。

【図３】本発明の第１の実施例および従来の圧電アクチ
ュエータの耐湿負荷寿命試験の結果を表す図である。

【図４】本発明の第２の実施例の製造工程を説明するた
めの図である。

【図５】従来の圧電アクチュエータの斜視図である。

【符号の説明】

１　　　　外部電極 ２　　　　内部電極 ３　　　　ガラス絶縁物 ４　　　　圧電体層 ５　　　　溝 ６　　　　圧電シート ７　　　　内部電極ペースト ８　　　　グラファイトペースト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧電効果を示す材料の層と内部電極層
   とが交互に積層され、各内部電極層が、対向する一対の
   側面上に形成された外部電極に一層おきに互い違いに接
   続され、互いに隣接する内部電極同志が対向電極として
   作用する型の圧電アクチュエータであって、それぞれの
   内部電極は、一つの端面が、前記一対の側面の一方の側
   面に露出してこの側面上に設けられた外部電極に接続さ
   れ、前記端面に対向する端面が、前記一方の側面に対向
   する側面より後退しており、この側面に、深さ方向がこ
   の側面に垂直な方向の溝を形成していることを特徴とす
   る圧電アクチュエータ。