JPH0426169A - 圧電アクチュエータおよびその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電アクチーエータの積層構造およびその製
造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の圧電アクチュエータは、第８図に示すよ
うに、外部電極４を形成する圧電体層２の側面が内部電
極３を一層おきに外部電極４と接続し、残りの内部電極
３をガラス絶縁物６で絶縁し、外部電極４を形成しない
側面が全ての内部電極３を露出した構造となっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の圧電アクチュエータは、外部電極４を形
成する圧電体層２の側面が内部電極３を一層おきに外部
電極４と接続し残りの内部電極がガラス絶縁物６で絶縁
され、外部電極４を形成しない側面が全ての内部電極３
を露出した構造となっているので、電圧印加時に外部電
極４の形成されていない側面では内部電極３のマイグレ
ーションによる放電現象や、外部電極４の形成されてい
る側面では内部電極３や外部電極４に用いている金属が
イオン化してガラス６の中を移動したり、変位発生に伴
う応力によるガラス中のマイクロクラックの進展による
放電現象が発生するという欠点がある。また、内部電極
３を絶縁するガラス６の形成は電気泳動法により十極、
−極のそれぞれについて行われるため多くの工数を要す
るという欠点がある。

本発明の目的は、これらの欠点を除き、外部電極と内部
電極との間の絶縁物を不要とすると共に、湿度雰囲気中
での絶縁不良をなくし、製造工数を大幅に少くした圧電
アクチュエータおよびその製造方法を提供することにあ
る。

〔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の構成は、圧電効果を示す
材料からなる圧電体層と内部電極とが交互に積層され、
これら各内部電極が一層おきに同一の外部電極に接続さ
れて構成される圧電アクチュエータにおいて、前記外部
電極を形成した圧電体層の側面には、前記外部電極と接
続しない全ての内部電極が前記側面に垂直に除去された
溝を有し、前記外部電極を形成しない圧電体層の側面に
は、一層おきに露出した内部電極と、この内部電極が前
記側面に垂直に除去された溝を有することを特徴とする
。

本発明の圧電アクチュエータの製造方法の構成は、圧電
効果を示す材料の圧電体層と内部電極とを交互に積層す
る第１の工程と、前記各内部電極を一層おきに同一の外
部電極に接続する第２の工程と、前記外部電極を形成し
た側面に前記外部電極と接続しない全ての前記内部電極
が前記側面に垂直に除去された溝を形成する第３の工程
と、前記外部電極を形成しない側面に一層おきに露出し
た内部電極とこの内部電極が前記側面に垂直に除去され
た溝を形成する第４の工程とを有することを特徴とする
。

〔実施例〕

次に、本発明の実力＆例について図面を参照して説明す
る。

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は本発明の実施
例の斜視図、左に９０°回転させた斜視図およびその縦
断面図である。

この圧電アクチュエータは、圧電体層２と内部電極３が
交互に積層され、隣りあった一組の圧電体層２の側面で
は一層おきに内部電極３が側面に露出するものとその側
面に垂直に電極３の欠如した溝５を形成するものからな
り、他の一組の側面では、この関係が逆になった構成と
なり、これら圧電体層２の各組のうちそれぞれ一方の側
面において露出した内部電極３と接続するように外部電
極４が形成された構造となっている。

次に、本実施例の圧電アクチュエータの製造方法を第２
図の分解斜視図を用いて説明する。

本実施例の圧電体層２は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成
分とする圧電セラミクス材料の粉末に微琶の有機バイン
タ′を添加し、これを有機溶媒中に分散させて泥漿を作
りテープキャスト法により膜厚約１３０μｍの圧電シー
ト１１から形成される。

この圧電シートｌｌ上に、銀・パラジウム混合粉末から
なる内部電極ペースト１２とグラファイトに有機バイン
ダを混合したグラファイトペースト１３とを約１０μｍ
の厚さになるようスクリーン印刷で被着する。印刷パタ
ーンは、四角形の隣あった２辺において、端部から約５
００μｍの幅でグラファイトペースト１３を印刷し、残
りの部分に内部電極ベース）１２をＬ字形に印刷して形
成される。

次に、ペーストが印刷された圧電シートを一層おきに印
刷パターンが１８０°回転させながら約１６０枚積層し
、１００°、　２５０ｋｇ／ｃｒｆｌの条件で熱加圧し
て一体化し、約１１５０℃の温度で２時間焼結する。こ
の焼結中にグラファイトペーストは全て飛散し焼結体に
幅約７μｍ、深さ約３５０μｍの溝が形成される。この
焼結体に銀粉末を主成分とする外部電極ペーストを被着
し、約６００℃で焼成することで外部電極４を形成し、
本実施例の圧電アクチュエータが得られる。

このようにして得られた圧電アクチュエータは、外部電
極４を形成する側面において接続されるべき内部電極３
が一層おきに露出しているだけなので、第６図に示した
従来の圧電アクチュエータにおける一層おきのガラス等
の絶縁物６により、外部電極４と接続しないようにした
絶縁が不用となり、電圧印加による変位の繰返しによる
絶縁物の破壊、水蒸気・水による絶縁物の侵食・破壊が
一切なくなり、また製造工程において大幅な工数の削減
となる。

また、外部電極４を形成しない側面においても、内部電
極３の側面への露出が一層おきであるため、従来のよう
に全ての圧電体層に渡って内部電極３が露出していた構
造に比べて、内部電極３中の特に銀成分によって引起さ
れるエレクトロマイグレーション現象による側面上での
放電が著しく抑制できる利点がある。

以上のことから、特に高湿度雰囲気中での寿命試験では
その耐久性が大きく向上する。この寿命試験結果は、第
９図に示される。この図は本実施例の構造を持つ圧電ア
クチュエータと第８図に示した従来の圧電アクチュエー
タを、印加電圧ＤＣ１５０Ｖ、雰囲気相対湿度９５％、
温度４０℃の条件下での寿命試験の結果である。この圧
電アクチュエータのサイズは、１．０ｍｍＸ　１０＋ｎ
ｍＸ　２０ｍｍであり、試験を行ったサンプル数は各／
ｒ６００個である。この場合、不良の判定は各サンプル
に直列に接続された０、　１　Ａのヒユーズの溶断によ
って行ったが、本実施例の構造のほうが高温高湿度雰囲
気で優れた寿命特性を持つことがわかる。

第３図は本発明の第２の実施例を示す分解斜視図である
。本実施例は、第１の製造方法における内部電極ペース
ト１２とグラファイトベース）・１３の印刷パターンの
みが、第１の実施例と異なったものである。本実施例で
は異なる２種類の印刷ノくターン１４．１５があり、印
刷バター−／ｌｉ−［９角い圧電シート１１の一辺のみ
に沿ってグラファイトペースト１３を、残りの部分に内
部電極ベス）川２を印刷し、印刷パターン１５は四角い
圧電シートの一辺を除く残り３つの辺に沿いコ字形のグ
ラファイトペースト１３を、残りの部分に内部電極ペー
スト１２を印刷するものである。そして、これら２種類
の印刷が施された圧電シートを２層続けてグラファイト
ベース）１３が同一側面に露出しないように交互に積層
し、以後第１の実施例と同じ方法にて圧電アクチュエー
タを得る。

外部電極４は印刷パターン１４のグラファイトベース）
・１３が印刷された側の側面に負電極、その反対側の側
面に正電極を接続する。

この構造では、負電極から電子の供給を受ける内部電極
３が外部電極４と接続している側面以外の２つの側面以
外の３つの側面には露出していないために、負電極から
正電極へ向かっての電子の移動が圧電体層２に妨げられ
、外部電極４を形成していない側面での放電による不良
がほとんど発生しなくなるという利点がある。

本実施例の圧電アクチーエータについても、高温高湿度
雰囲気での寿命試験を第１の実施例と全く同一の条件に
て行ったところ、はぼ同等の優れた寿命特性を示した。

第４図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は本発明の第３
の実施例の斜視図、その縦断面図および分解斜視図を示
す。

本実施例は、製造方法における内部電極ペースト１２と
グラファイトペースト１３の印刷パターンとその後の積
層方法が第１の実施例と異なっている。すなわち、印刷
パターンが正方形の圧電シー１−１．１上の向かいあっ
た２辺において端部から５００μｍの幅でグラファイト
ベース！・１３を印刷し、残りの部分に内部電極ペース
ト１２を印刷するものである。

次に、積層方法としては、ペーストを印刷された圧電シ
ート１１を一層おきに印刷パターンを９０°回転させな
がら約１６０枚積層を行う。その後は第１の実施例と同
じ製造方法により圧電アクチュエータ１を得る。

本実施例では、外部電極４を形成する側面が任意の隣り
あった２側面となり、特に圧電アクチュエータ１をその
隣りあった２側面が覆われる場所に設置、配線される時
に、第１．第２の実施例では向いあった２側面に外部電
極が形成されていたが、本実施例の方が大きな配線の自
由度が得られる利点がある。

第５図は本発明の第４の実施例を示す分解斜視図である
。本実施例では、正方形の圧電シートｌｌ上にグラファ
イトペースト】３を正方形の一辺に平行に線状に多数本
印刷によって形成し、残りの部分に電極ペースト１２を
形成する。その際のグラファイトペースト１３の印刷幅
は１．４　ｍｍとする。この積層体を焼結した後、グラ
ファイトペーストの飛散によって形成された幅１．２　
ｍｍの空間を切りしろ０．２　ｍｍのマルチワイヤーソ
ーで縦横に切断し外部電極３を形成することにより圧電
アクチュエータ１を得る。

この実施例では、１つの積層体から多数の圧電アクチュ
エータが得られるために、工数を大幅に削減できる利点
がある。

第６図は本発明の第５の実施例の圧電アクチュエータの
分解斜視図である。本実施例は、図に示すように異なる
２種類の印刷パターン１６と印刷パターン１７とがあり
、印刷パターン１６は正方形の圧電シート１１上にグラ
ファイトペースト】３を正方形の各辺上及び各辺に平行
に一定間隔で直線状に多数本を印刷によって形成し、残
りの部分に内部電極ペースト１２を形成し、印刷パター
ン１７は印刷パターン１６におけるグラファイトベース
）１３の印刷位置を平行に隣あった２本のグラファイト
ペースｌ−１３の間隔の半分だけ縦と横にそれぞれずら
して形成したものである。このグラファイトペースト１
３の印刷幅は１．４　ｍｍとしている。この圧電シート
１１を印刷パターン１６と印刷パターン１７とが一層お
きに交互になるように積層し、第７図に示すような印刷
パターン１６と印刷パターン１７との位置関係を持った
積層体を得る。この積層体を焼結した後、グラファイト
ベース）１３の飛散によって形成さ九た幅１．２　＋ｎ
ｍの空間を切りしろ０．２　ｍｍのマルチワイヤーソー
で縦横に切断し、外部電極３を形成することにより圧電
アクチュエータが得られる。

この実施例では、１つの積層体から多数の圧電アクチュ
エータが得られるために、製造工数を大幅に削減できる
利点がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、外部電極を形成した側面
には、外部電極と接続しない全ての内部電極を一部除去
した溝を持ち、外部電極を形成しない側面には、一層お
きに露出した内部電極と、内部電極を除去した溝を持つ
構造となっているので、従来の外部電極と内部電極との
間の絶縁物が不要となり、特に湿度雰囲気中での絶縁物
不良が無くなると共に、製造工程における工数を大幅に
削減できる効果がある。また、外部電極を形成しない側
面ではエレクトロマイダレ−ジョン等による物質移動が
困難となるために、側面での放電不良が著しく抑制され
、高温高湿中での不良発生率が改善される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は本発明の第１
の実施例の圧電アクチュエータの斜視図、９０°回転さ
せた斜視図およびその縦断面図、第２図は本実施例の製
造途中を示す圧電アクチュエータの分解斜視図、第３図
は本発明の第２の実施例の製造途中を示す圧電アクチュ
エータの分解斜視図、第４図（ａ）　、　（ｂ）　、　
（ｃ）は本発明の第３の実施例の圧電アクチュエータの
斜視図、縦断面図およびその分解斜視図、第５図は本発
明の第４の実施例を説明する分解斜視図、第６図は本発
明の第５の実施例を説明する分解斜視図、第７図は第６
図の内部電極パターンを示す平面図、第８図は従来の圧
電アクチュエータの一例の斜視図、第９図は従来例と本
実施例の圧電アクチュエータの不良発生率の時間変化を
示した特性図である。 ■・・・・・・圧電アクチュエータ、２・・・・・・圧
電体層、３・・・・・・内部電極、４・・・・・・外部
電極、５・・・・・・溝、６・・・・・・ガラス絶縁物
、１１・・・・・・圧電シート、１２・・・・・内部電
極ペースト、１３・・・・・・グラファイトペースト、
１４〜１７・・・・・・印刷パターン。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 搾 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電効果を示す材料からなる圧電体層と内部電極
   とが交互に積層され、これら各内部電極が一層おきに同
   一の外部電極に接続されて構成される圧電アクチュエー
   タにおいて、前記外部電極を形成した圧電体層の側面に
   は、前記外部電極と接続しない全ての内部電極が前記側
   面に垂直に除去された溝を有し、前記外部電極を形成し
   ない圧電体層の側面には、一層おきに露出した内部電極
   と、この内部電極が前記側面に垂直に除去された溝を有
   することを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. （２）圧電効果を示す材料の圧電体層と内部電極とを交
   互に積層する第１の工程と、前記各内部電極を一層おき
   に同一の外部電極に接続する第２の工程と、前記外部電
   極を形成した側面に前記外部電極と接続しない全ての前
   記内部電極が前記側面に垂直に除去された溝を形成する
   第３の工程と、前記外部電極を形成しない側面に一層お
   きに露出した内部電極とこの内部電極が前記側面に垂直
   に除去された溝を形成する第４の工程とを有することを
   特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。