JPH0670260U - 積層型圧電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 内部電極１３及び外部電極１８を備えた積層
型圧電アクチュエータ１１において、複数層積層された
圧電素体１２の側面に縁取り用の第１の絶縁層１６が複
数本形成され、内部電極１３の端面露出部を覆う第２の
絶縁層１７が第１の絶縁層１６間に形成されている積層
型圧電アクチュエータ１１。 【効果】 絶縁層１５を縁取り用の第１の絶縁層１６と
厚み用の第２の絶縁層１７とで構成させることにより、
絶縁層１５に絶縁層１５自体の絶縁性と縁の直線性を兼
ね備えさせることができる。このため、駆動時における
絶縁破壊を防止することができ、製品の耐久性及び信頼
性を大きく向上させることができる。したがって、ＶＴ
Ｒにおけるトラッキング調節、あるいはカメラにおける
オ−トフォ−カスレンズ駆動等に使用すれば、機器の信
頼性を向上させることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は積層型圧電アクチュエータに関し、より詳細にはＶＴＲにおけるトラ ッキング調節、あるいはカメラにおけるオ−トフォ−カスレンズ駆動等の分野に おいて使用される積層型圧電アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】

近年、電子製品の小型化、高機能化の要請に伴い、積層型圧電アクチュエータ をメカトロニクス分野に利用するための研究開発が盛んに行なわれている。

【０００３】 積層型圧電アクチュエータは微小変位の制御性に優れ、高剛性、低消費電力等 の特徴を有し、現在ではカメラのオ−トフォ−カスレンズ駆動、ＣＤ、ＶＴＲ等 におけるディスクに対するトラッキング調節等に利用されている。

【０００４】 従来の積層型圧電アクチュエータの構成は、例えば特公昭６３ー１７３５４号 公報に開示されており、図７に示したように圧電セラミック板２２間の全面に内 部電極２３が形成されて積層された積層体２４の端面に、内部電極２３を一層お きに絶縁する絶縁層２５が、一対の積層端面で積層方向にずれた非対称形で形成 され、内部電極２３が一層おきに外部電極２６と接続された構造となっている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記した特公昭６３ー１７３５４号公報の積層型圧電アクチュエータにあって は、絶縁層２５はスクリーン印刷法を用いて形成された単一層のものであり、そ の形状は公報記載図面では、図７に示したような形状となっているが、実際のと ころはもう少し正確に記載すると、図８に示したような形状となる。

【０００６】 ところで、前記積層型圧電アクチュエータの駆動には、１００Ｖ〜３００Ｖの 高電圧が用いられる。この値は、それ自体でも高電圧であるが、前記積層型圧電 アクチュエータを構成する圧電セラミック板２２においては、電界強度に換算す ると１０００Ｖ〜２０００Ｖ／ｍｍという高い値となる。また、前記積層型圧電 アクチュエータを駆動させた場合、電界強度が最も大きくなる箇所は絶縁層２５ が形成された側の外部電極２６と絶縁された内部電極２３との最短距離（以下、 絶縁部最短距離という）Ａの箇所である。通常、絶縁部最短距離Ａの長さは圧電 セラミック板２２の他の大部分の箇所が有する電界の掛かる方向への厚みの３０ ％〜７０％であるため、絶縁部最短距離Ａの箇所にかかる電界強度は１４００Ｖ 〜６６００Ｖ／ｍｍというさらに高い値となる。この値は圧電セラミック板２２ 及び絶縁層２５の耐電圧に近い値、もしくは該耐電圧を超える値であるため、絶 縁破壊を誘発する原因となる。したがって、絶縁破壊を防止するには、絶縁層２ ５の幅を広くして絶縁部最短距離Ａを安定的に長くし、電界強度を圧電セラミッ ク板２２及び絶縁層２５の耐電圧よりも小さくすることが必要であり、かつ絶縁 層２５の厚みを１００μｍ程度にし、絶縁層２５自体の耐電圧を高めることが必 要である。

【０００７】 しかしながら、絶縁層２５の厚みを１００μｍ程度得ようとすると、形成時の インクやスクリーンの種類等の条件によっては、にじみ等の発生により、絶縁層 ２５の縁の直線性が得られないことがある。絶縁層２５の縁が直線的でない場合 、幅を広くするにも限界があり、絶縁部最短距離Ａが短くなる箇所ができるため 、絶縁部最短距離Ａの箇所にかかる電界強度が圧電セラミック板２２及び絶縁層 ２５の耐電圧よりも大きくなり、絶縁破壊が発生しやすくなる。

【０００８】 一方、絶縁層２５の縁をできるだけ直線的にしようとすると、絶縁層２５を薄 くする必要があり、そうすると１００μｍ程度の厚みを得ることができなくなり 、絶縁層２５自体の絶縁性が確保できなくなる。

【０００９】 このため、前記積層型圧電アクチュエータにおいては、絶縁層２５の縁の直線 性と絶縁層２５自体の絶縁性とを兼ね備えた絶縁層２５を形成することが困難で あるという課題があった。

【００１０】 本考案はこのような課題に鑑み発明されたものであって、縁取り用の第１の絶 縁層と厚み用の第２の絶縁層とで構成され、絶縁層の縁の直線性及び幅の広さと 、絶縁層自体の絶縁性とを兼ね備え、絶縁破壊が発生しにくい絶縁層を有する積 層型圧電アクチュエータを提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本考案に係る積層型圧電アクチュエータは、内部電 極及び外部電極を備えた積層型圧電アクチュエータにおいて、複数層積層された 圧電素体の側面に縁取り用の第１の絶縁層が複数本形成され、前記内部電極の端 面露出部を覆う第２の絶縁層が前記第１の絶縁層間に形成されていることを特徴 としている。

【００１２】

【作用】

本考案に係る積層型圧電アクチュエータによれば、複数層積層された圧電素体 の側面に縁取り用の第１の絶縁層が複数本形成されている。該第１の絶縁層は厚 みを考慮に入れず、薄く形成されるので、にじみ等が発生することがなく、直線 的な縁取りの形成が可能となる。

【００１３】 また、内部電極の端面露出部を覆う第２の絶縁層が前記第１の絶縁層間に形成 されている。前記第２の絶縁層は、縁の直線性を考慮に入れずに形成されるので １００μｍ程度の厚みの形成が可能となり、絶縁層自体の絶縁性が確保されるこ ととなる。

【００１４】 このように、前記積層型圧電アクチュエータの絶縁層が前記第１の絶縁層と前 記第２の絶縁層とで構成されていることにより、前記絶縁層は縁の直線性と該絶 縁層自体の絶縁性とを兼ね備えることが可能となる。また、前記絶縁層の縁の直 線性が得られることにより、該絶縁層の幅を大きくとることが可能となり、図１ に示したように絶縁部最短距離Ｂが安定的に長くなる。

【００１５】 これにより、前記積層型圧電アクチュエータを駆動させた場合、ある部分に集 中的に大きな電界強度がかかることがなくなるため、絶縁部最短距離Ｂの箇所に かかる電界強度が圧電素体１２及び絶縁層１５の耐電圧よりも小さくなり、通電 時における絶縁部最短距離Ｂの箇所での絶縁破壊が防止されることとなる。

【００１６】 したがって、前記積層型圧電アクチュエータは優れた絶縁層を有することとな る。

【００１７】 さらに、図２に示したように第２の絶縁層１７を形成する際、第１の絶縁層１ ６が縁の役目を果す表面張力等の作用により、絶縁物が流れ落ちずに盛り上がる ため、絶縁層１５の厚膜化も容易となる。

【００１８】

【実施例及び比較例】

以下、本考案に係る積層型圧電アクチュエータの実施例を図面に基づいて説明 する。 図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ実施例に係る積層型圧電アクチュエータを示し た模式的断面図及び斜視図である。図中１１は積層型圧電アクチュエータを示し ており、分極処理の施された圧電素体板１２の積層体面には金属メッキ層により 構成される内部電極１３が形成され、一層ごとに分極方向が対向するように接着 、積層された積層体１４が形成されており、内部電極１３の端面露出部は圧電素 体板１２の対向する２つの面で一層おきに厚みが約１００μｍの絶縁層１５で交 互に絶縁されている。絶縁層１５は２つの第１の絶縁層１６と第２の絶縁層１７ とで構成されている。さらに、積層体１４の両側面には絶縁層１５を覆って外部 電極１８が形成され、外部電極１８が内部電極１３と一層おきに接続され、また 外部電極１８が内部電極１３と一層おきに絶縁されている。これら圧電素体板１ ２、内部電極１３、第１の絶縁層１６、第２の絶縁層１７及び外部電極１８を含 んで積層型圧電アクチュエータ１１は構成されている。

【００１９】 実施例に係る積層型圧電アクチュエータ１１は以下の方法で製造される。まず 、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックを焼結させ、この焼結体 を厚さが０．１１ｍｍの薄板上に加工し、分極処理を施して圧電素体板１２を形 成する（図４（ａ））。圧電素体板１２表面に、スクリーン印刷法によりペース トを塗布して内部電極１３を形成し（図４（ｂ））、内部電極１３が形成された 圧電素体板１２を複数枚積層し、接着剤によって一体化させ、内部電極１３と圧 電素体板１２とが交互に積層された積層体１４を作製する（図４（ｃ））。この 後積層体１４の両端面の圧電素体板１２上に、一層おきの内部電極１３の端面露 出部から上下に一定距離を置き、スクリーン印刷法によって厚さ約５０μｍの第 １の絶縁層１６を形成する（図４（ｄ））。離れた方の２つの第１の絶縁層１６ 間に、内部電極１３の端面露出部を覆うようにエポキシ樹脂をスクリーン印刷法 によって塗布し、厚みが約１００μｍの第２の絶縁層１７を形成する（図４（ｅ ））。このとき、第１の絶縁層１６と第２の絶縁層１７とで構成される絶縁層１ ５は積層方向にずれた非対称形で形成されている。次に、絶縁層１５が形成され た積層体１４の両側面に導電ペーストをスクリーン印刷法によって塗布し、一対 の外部電極１８を形成する（図４（ｆ））。次に、積層体１４を所要幅寸法に切 断する（図４（ｇ））。以上の工程により、両側の外部電極１８が交互に一層お きに内部電極と電気的に接続され、また両側の外部電極１８が交互に一層おきに 内部電極１３と絶縁されている積層型圧電アクチュエータ１１が製造される。

【００２０】 図５は電圧負荷への耐久性を比較するため、絶縁部最短距離が約１００μｍで ある実施例に係る積層型圧電アクチュエータ１１と、比較例として絶縁部最短距 離が約７０μｍである従来の積層型圧電アクチュエータとにおける印加電圧と累 積故障発生率との関係を示したグラフである。

【００２１】 図５から明らかなように、比較例のものの場合、印加電圧が約２８０Ｖで故障 が発生し、印加電圧が約３３０Ｖでは、ほとんど全てのものが故障している。と ころが、実施例のものの場合は、印加電圧が約３８０Ｖまではきわめて故障が少 なく、また印加電圧が約４５０Ｖでも半数のものは故障していない。このように 、実施例のものにおいては、耐久性及び電気絶縁性が大きく向上している。

【００２２】 また、別の実施例に係る積層型圧電アクチュエータは、図３に示した実施例に 係る積層型圧電アクチュエータ１１と基本的に同様の構成を有しているが、図６ （ａ）、（ｂ）に示したように積層体１４の一端面に外部電極１８ａ及び外部電 極１８ｂが形成されている点で相違している。

【００２３】 この場合は積層体１４の一端面の縦方向の略半分に外部電極１８ａが形成され 、積層体１４の一端面の縦方向の残り半分に外部電極１８ｂが形成されており、 外部電極１８ｂは外部電極１８ａと接続されている内部電極１３とは絶縁され、 かつ外部電極１８ａと絶縁されている内部電極１３と接続されている。したがっ て、外装した場合に積層体１４の一端面から引き出し線を導出させることができ る。

【００２４】 上記したように本考案に係る積層型圧電アクチュエータ１１にあっては、絶縁 層１７が縁取り用の第１の絶縁層１と厚み用の第２の絶縁層１６とで構成されて いるため、絶縁層１７は縁の直線性と絶縁層１７自体の絶縁性とを兼ね備えるこ とができる。また、絶縁層１７の縁の直線性が得られることにより、絶縁部最短 距離の箇所にかかる電界強度を圧電素体板１２及び絶縁層１５の耐電圧よりも小 さくかつ安定的にし、通電時における絶縁破壊を防止することができる。

【００２５】 したがって、製品の信頼性を大きく向上させることができる。

【００２６】 なお、上記実施例に係る第１の絶縁層１６及び第２の絶縁層１７の形成材料に ついては、ガラスやセラミックス等の高絶縁性材料を使用することできる。

【００２７】 また、第１の絶縁層１６、第２の絶縁層１７及び外部電極１８の形成には、ス パッタリング、フォトレジスト等の方法を適用することができる。

【００２８】

【考案の効果】

以上詳述したように本考案に係る積層型圧電アクチュエータにあっては、厚み を考慮に入れずに第１の絶縁層が形成されているので、直線的な縁取りを形成す ることができる。

【００２９】 また、縁の直線性を考慮に入れずに第２の絶縁層が形成されているので、１０ ０μｍ程度の厚みを得ることができる。

【００３０】 したがって、前記第１の絶縁層と第２の絶縁層１６とで構成される前記積層型 圧電アクチュエータの絶縁層は縁の直線性と該絶縁層自体の絶縁性とを兼ね備え ることができる。また、前記絶縁層の縁の直線性が得られることにより、前記絶 縁層の幅を広くすることができ、絶縁部最短距離Ｂは安定的に長くなる。

【００３１】 このため、前記積層型圧電アクチュエータを駆動させた場合、絶縁部最短距離 Ｂの箇所にかかる電界強度を圧電素体及び前記絶縁層の耐電圧よりも小さくなり 、駆動時における絶縁部最短距離Ｂの箇所での絶縁破壊を防止することができ、 製品の耐久性及び信頼性を大きく向上させることができる。

【００３２】 したがって、ＶＴＲにおけるトラッキング調節、あるいはカメラにおけるオ− トフォ−カスレンズ駆動等に使用すれば、機器の信頼性を向上させることもでき る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案における外部電極と内部電極との電気的
絶縁の構造を示した模式的断面図である。

【図２】本考案における絶縁層の厚膜化を示した模式的
断面図である。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は本考案に係る積層型圧電ア
クチュエータの実施例を示した模式的断面図及び斜視図
である。

【図４の１】及び

【図４の２】（ａ）〜（ｇ）は実施例に係る積層型圧電
アクチュエータの製造方法を工程順に示した斜視図であ
る。

【図５】実施例に係る積層型圧電アクチュエータと比較
例に係る積層型圧電アクチュエータとにおける電圧と累
積故障発生率との関係を示したグラフである。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は別の実施例に係る積層型圧
電アクチュエータを示した模式的断面図及び斜視図であ
る。

【図７】従来の積層型圧電アクチュエータの構造を示し
た模式的断面図である。

【図８】電気絶縁の構造を説明するために示した模式的
断面図である。

【符号の説明】

１１ 積層型圧電アクチュエータ １２ 圧電素体板（圧電素体） １３ 内部電極 １６ 第１の絶縁層 １７ 第２の絶縁層 １８ 外部電極

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部電極及び外部電極を備えた積層型圧
   電アクチュエータにおいて、複数層積層された圧電素体
   の側面に縁取り用の第１の絶縁層が複数本形成され、前
   記内部電極の端面露出部を覆う第２の絶縁層が前記第１
   の絶縁層間に形成されていることを特徴とする積層型圧
   電アクチュエータ。