JP2001210885A

JP2001210885A - 積層型圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JP2001210885A
Application number: JP2000023294A
Authority: JP
Inventors: Shigenobu Nakamura; 成信中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】外部電極層４にリード線６を確実強固に接続
し、圧電体層１が繰り返し逆圧電効果により大きく変位
したとしても外部電極層４や圧電体層１等にクラックが
発生することのない高信頼性の積層型圧電アクチュエー
タを提供することにある。【解決手段】複数の圧電体層１と複数の内部電極層２と
を交互に積層した積層体１ａと、前記積層体１ａの側面
に形成され、前記内部電極層２が一層置きに接続されて
いる一対の外部電極層４と、前記外部電極層４に接続剤
５を介して接続されているリード線６とから成る積層型
圧電アクチュエータであって、前記接続剤５が、１５〜
８０体積％の導電剤と、残部が弾性率２０ＧＰａ以下、
伸度が１０％以上の樹脂とで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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用燃料噴射
弁、光学装置等の精密位置決め装置や振動防止用の駆動
素子等に用いられる積層型圧電アクチュエータに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用燃料噴射弁等には電歪効
果を利用して大きな変位量を得ることができる積層型圧
電アクチュエータが使用されている。

【０００３】かかる積層型圧電アクチュエータは、一般
に複数の圧電体層と複数の内部電極層とを交互に積層し
た積層体と、前記積層体の側面に形成され、前記内部電
極層が一層置きに接続されている一対の外部電極層と、
前記外部電極層に半田を介して接続されているリード線
とから構成されており、リード線及び外部電極層を介し
て内部電極層に外部の電圧供給部から供給される電圧を
印加し、各圧電体層を逆圧電効果により大きく変位させ
ることによって、例えばエンジンに燃料を噴射供給する
自動車用燃料噴射弁として機能する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の積層型圧電アクチュエータは、外部電極層にリード
線が半田を介して接続されており、該半田は弾性率が２
５ＧＰａ以上と高いことから、圧電体層が逆圧電効果に
より大きく変位した時、圧電体層の変位に半田が追従で
きず、リード線を接続固定する半田が外部電極層より外
れてしまったり、半田と外部電極層との間に引張り応力
が生じ、該引張り応力によって外部電極層や圧電体層及
び内部電極層にクラックが生じるという欠点を有してい
た。

【０００５】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は外部電極層にリード線を確実強固に接続
し、圧電体層が繰り返し逆圧電効果により大きく変位し
たとしても外部電極層や圧電体層等にクラックが発生す
ることのない高信頼性の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】本発明は、複数の圧電体
層と複数の内部電極層とを交互に積層した積層体と、前
記積層体の側面に形成され、前記内部電極層が一層置き
に接続されている一対の外部電極層と、前記外部電極層
に接続剤を介して接続されているリード線とから成る積
層型圧電アクチュエータであって、前記接続剤が、１５
〜８０体積％の導電剤と、残部が弾性率２０ＧＰａ以
下、伸度が１０％以上の樹脂とで形成されていることを
特徴とするものである。

【０００７】また、本発明は前記樹脂の５％重量減少温
度が２５０℃以上であることを特徴とするものである。

【０００８】また、本発明は前記樹脂が、イミド結合を
有する樹脂であることを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明は前記樹脂が、熱可塑性を有
し、且つガラス転移温度が１８０℃以上であることを特
徴とするものでる。

【００１０】また、本発明は前記外部電極層が前記接続
剤で形成されていることを特徴とするものである。

【００１１】さらに、本発明は前記外部電極層が薄板状
の導電部材と、前記接続剤とから成ることを特徴とする
ものである。

【００１２】本発明の積層型圧電アクチュエータによれ
ば内部電極層が接続されている外部電極層にリード線を
１５〜８０体積％の導電剤と、残部が弾性率２０ＧＰａ
以下、伸度１０％以上の樹脂とで形成されている柔軟性
を有する接続剤を介して接続固定したことから圧電体層
が逆圧電効果により大きく変位したとしても、接続剤は
圧電体層に追従して大きく変形し、その結果、リード線
を接続剤を介して外部電極層に極めて強固に接続固定す
ることができる。また、接続剤と外部電極層との間に大
きな引張り応力が生じることもなく、該引張り応力によ
って外部電極層や圧電体層及び内部電極層にクラックが
発生するのが有効に防止され、長期間にわたって所定の
大きな変位量を得ることができる。

【００１３】本発明の積層型圧電アクチュエータによれ
ば、外部電極層にリード線を接続固定する接続剤の樹脂
を、樹脂の５％重量減少温度が２５０℃以上のもの、あ
るいはポリイミドやポリアミドイミドなどのイミド結合
を有するもので形成しておくと接続剤の耐熱性が大きく
向上し、その結果、高温下で積層型圧電アクチュエータ
の使用が可能となる。

【００１４】また、本発明の積層型圧電アクチュエータ
によれば、外部電極層にリード線を接続固定する接続剤
の樹脂を、熱可塑性で、且つガラス転移温度が１８０℃
以上のもので形成しておくと、接続剤の耐熱性が大きく
向上して高温下での積層型圧電アクチュエータの使用が
可能となるとともに低温と高温の間でのヒートサイクル
下で外部電極層に対するリード線の接続剤を介しての接
続固定が維持され積層型圧電アクチュエータの信頼性を
より一層高いものとなすことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。

【００１６】図１は本発明の積層型圧電アクチュエータ
の一実施例を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ’線断面
図である。

【００１７】図１、２に示すように、本発明の積層型圧
電アクチュエータは、複数の圧電体層１と複数の内部電
極層２とを交互に積層して成る積層体１ａの側面におい
て、内部電極層２の端部に一層置きに絶縁体３を形成
し、絶縁体３を形成していない内部電極層２の端部を一
対の外部電極層４の各々に接続し、各外部電極層４にリ
ード線６を接続剤５を介して接続固定してなる。

【００１８】前記圧電体層１は、例えば、チタン酸ジル
コン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃ （以下ＰＺＴと略す）
或いは、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ₃を主成分とする
圧電セラミック材料等で形成されている。この圧電セラ
ミックスは、その圧電特性を示す圧電歪み定数ｄ₃₃が高
いものが望ましい。

【００１９】また、圧電体層１の厚み、つまり内部電極
層２間の距離は、５０〜２５０μｍが好ましく、積層型
圧電アクチュエータは電圧を印加してより大きな変位量
を得るために、積層数を増加させる方法がとられるが、
積層数を増加させた場合に圧電体層１の厚みが厚過ぎる
とアクチュエータの小型化、薄型化ができなくなり、一
方、圧電体層１の厚みが薄すぎると絶縁破壊する。従っ
て、圧電体層１の厚みは５０〜２５０μｍであることが
好ましい。

【００２０】前記圧電体層１は、上下に多層に積層され
ており、その間には内部電極層２が配されている。

【００２１】前記内部電極層２は銀―パラジウム等の金
属材料で形成されており、各圧電体層１に所定の電圧を
印加し、圧電体層１に逆圧電効果による変位を起こさせ
る作用をなす。

【００２２】前記複数の圧電体層１と復数の内部電極層
２とを交互に積層して成る積層体１ａは、先ず、ＰＺＴ
等の圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系、ブチ
ラール系等の有機高分子から成るバインダーと、ＤＢＰ
（フタル酸ジオチル）、ＤＯＰ（フタル酸ジブチル）等
の可塑剤とを混合してスラリーを作製するとともに、該
スラリーを周知のドクターブレード法やカレンダーロー
ル法等のテープ成形法により圧電体層１となるセラミッ
クグリーンシートを作製する。

【００２３】次に、銀−パラジウム粉末にバインダー、
可塑剤等を添加混合して導電性ペーストを作製し、これ
を前記各セラミックグリーンシートの上面にスクリーン
印刷等によって１〜１０μｍの厚みに印刷する。

【００２４】そして、最後に上面に導電性ペーストが印
刷されたセラミックグリーンシートを上下に積層し、そ
の後９００〜１２００℃で焼成することによって製作さ
れる。

【００２５】さらに、前記積層体１ａの全ての側面に
は、前記内部電極層２が露出しているが、少なくとも一
つの側面において内部電極層２の端部を含む圧電体層１
ａの端部に１層おきに深さ５０〜５００μｍ、積層方向
の幅５０〜３００μｍの溝が形成されており、該溝部に
ガラス、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイ
ミド樹脂、シリコーンゴム等の絶縁体３が充填されてい
る。

【００２６】前記内部電極層２は絶縁体３によって端部
が互い違いに一層おきに絶縁され、内部電極層２の絶縁
されていない他方の端部は後述する積層体１ａの側面に
形成される正極及び負極を成す一対の外部電極層４に接
続される。

【００２７】なお、前記絶縁体３は積層体１ａとの接合
を強固とするために積層体１ａの変位に対し、追従する
弾性率が低い材料、具体的にはシリコーンゴム等が好適
である。

【００２８】前記積層体１ａの側面に一対の外部電極層
４が被着形成されており、該外部電極層４には積層され
ている内部電極層２が一層おきに電気的に接続されてい
る。

【００２９】前記外部電極層４はそれに接続されている
各内部電極層２に圧電体層１を逆圧電効果により変位さ
せるに必要な電圧を共通に供給する作用をなす。

【００３０】前記外部電極層４は、金属、導電性セラミ
ックス、金属酸化物等の導電性を有する導電剤と、これ
ら導電剤のマトリックスとして機能する樹脂とから成
り、前記積層体１ａの対向する２つの側面に、蒸着、印
刷等の方法により被着させることによって形成される。

【００３１】なお、前記外部電極層４の厚みは、１０〜
５００μｍ程度が望ましい。

【００３２】さらに、前記外部電極層４にはリード線６
が接続剤５を介して接続固定されている。このリード線
６は外部電極層４を外部の電圧供給部に接続する作用を
なす。

【００３３】また、前記リード線６を外部電極層４に接
続する接続剤５は、導電剤を１５〜８０体積％と、残部
が弾性率２０ＧＰａ以下、伸度１０％以上である樹脂と
から形成されており、かかる接続剤５は柔軟性に富んで
いることから、圧電体層１が逆圧電効果により大きく変
位したとしても、接続剤５は圧電体層１に追従して大き
く変形し、その結果、リード線６を接続剤５を介して外
部電極層４に極めて強固に接続固定することができる。
また、接続剤５と外部電極層４との間に大きな引張り応
力が生じることもなく、該引張り応力によって外部電極
層４や圧電体層１及び内部電極層２にクラックが発生す
るのが有効に防止され、長期間にわたって所定の大きな
変位量を得ることができる。

【００３４】ここで、前記接続剤５は、導電剤及び弾性
率が２０ＧＰａを超えると、伸度が１０％未満となる
と、圧電体層１が逆圧電効果により大きく変位した時、
圧電体層１の変位に接続剤５が追従できず、リード線６
を接続固定する接続剤５が外部電極層４より外れてしま
ったり、接続剤５と外部電極層４との間に引張り応力が
生じ、該引張り応力によって外部電極層４や圧電体層１
及び内部電極層２にクラックが生じてしまう。従って、
前記接続剤５は樹脂の弾性率が２０ＧＰａ以下、伸度が
１０％以上に特定される。

【００３５】また、前記接続剤５の導電剤の含有比率は
１５〜８０体積％にすることが望ましく、導電剤の含有
量が１５体積％より少ないと導電剤粒子間の接触が困難
となって接続剤５の比抵抗が大きくなり、電圧を印加し
た際に局所発熱をしてしまう恐れがある。一方導電剤の
含有量を８０体積％より多くすると、接着を担っている
樹脂成分の含有量が相対的に少なくなり、接続剤５と外
部電極層４及びリード線６との接着強度を維持できなく
なる危険性がある。そのため、前記導電剤の含有量は１
５〜８０体積％に特定される。

【００３６】さらに、前記接続剤５に含有する導電剤と
しては、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、等の周期律表第６族〜第１
１族の金属やＷＣ、ＴｉＮ等の金属炭化物や窒化物、Ｒ
ｕＯ ₂等の金属酸化物、若しくはこれらの合金や混合物
を用い、これらは耐酸化性、導電性が良好であるため導
電剤として好ましい。

【００３７】またさらに、前記導電剤粉末の粒子形状は
針状やフレーク状などの非球形の粉末であることが好ま
しく、導電剤粒子の形状を針状やフレーク状などの非球
形とすると球形の場合よりも導電剤粒子同士の絡み合い
が大きくなり、接続剤５の剪断強度を大きく向上させる
ことができるからである。但し、非球形粉末に球形粉末
を併用しても構わない。

【００３８】前記接続剤５には、また含有される樹脂の
５％重量減少温度（一般に樹脂の耐熱性は５％若しくは
３％重量減少温度で評価される）を２５０℃以上として
おくことが好ましく、使用温度が最も厳しい環境の１つ
である自動車用燃料噴射弁等に用いる場合、少なくとも
５%重量減少温度が２５０℃以上の樹脂を用いることに
よって十分な高温耐久性を得ることができる。

【００３９】ここで、樹脂の５％重量減少温度の測定方
法について説明する。まず、使用前の形態がワニス状の
樹脂である場合は、予め溶剤分の蒸発と樹脂の硬化を完
了させておく。そして、５％重量減少温度の測定には一
般的には熱重量分析法（ＴＧ）が用いられ、これは大気
中で一定の昇温速度（１〜１０℃／分）で試料となる樹
脂を昇温させ、そのときの重量を逐次測定しておく。そ
して、初期の重量に対して５％の重量が減少した時点の
温度がその樹脂の５％重量減少温度である。このように
測定した５％重量減少温度が２５０℃以上の樹脂を接続
剤５に含有することにより、高温の下でもリード線６が
外部電極層４から外れるといった問題を有効に防止でき
る。

【００４０】また、前記接続剤５に含有される樹脂をポ
リイミドやポリアミドイミドなどのイミド結合を有する
有機樹脂で形成しておくことが好ましい。

【００４１】これらポリイミドやポリアミドイミド等の
ようにイミド結合を有する分子構造の樹脂は有機樹脂の
中でも特に耐熱性に優れており、耐熱性に優れた有機樹
脂を含有することによって、高温で使用した際にも強い
接合強度を保つことができる。

【００４２】さらに、前記接続剤５に含有される樹脂を
熱可塑性で、ガラス転移温度が１８０℃以上であるもの
で形成しておくことが好ましい。

【００４３】前記接続剤５の樹脂を熱可塑性とすると、
アクチュエータの使用環境がヒートサイクル的な条件で
あった場合に接続剤５と外部電極層４との熱膨張の差異
によって生じる応力を十分に吸収でき、リード線６が外
部電極層４から外れるのを有効に防止することができ
る。

【００４４】また、一般にガラス転移点以上の温度で樹
脂を使用すると、その強度は著しく低下するため、前記
接続剤５の樹脂のガラス転移温度を１８０℃以上として
おくと温度条件が厳しい自動車用燃料噴射弁等に用いる
場合にも十分耐え得る。

【００４５】かくして上述の積層型圧電アクチュエータ
によれば、リード線６を介して一対の外部電極層４に
０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加し、積層体１ａ
を分極処理することによって、製品としての積層型圧電
アクチュエータが完成し、リード線６を外部の電圧供給
部に接続し、リード線６及び外部電極層４を介して内部
電極層２に外部の電圧供給部から供給される電圧を印加
させれば、各圧電体層１は逆圧電効果によって大きく変
位し、これによって、例えばエンジンに燃料を噴射供給
する自動車用燃料噴射弁として機能する。

【００４６】なお、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種
々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例におい
て、外部電極層４全体をシリコーンゴム等の絶縁被覆材
で被覆しておくと、外部からの水分の進入を阻止するこ
とができる。これは銀−パラジウムから成る内部電極層
２にエレクトロマイグレーションが発生するのを抑制で
き、これによって積層体１ａの側面に露出している内部
電極層の端部の電気的絶縁を確保することができる。

【００４７】また、前記接続剤５で外部電極層４を形成
してもよい。外部電極層４を接続剤５で形成すると外部
電極層４が柔軟性を持つこととなり、その結果、圧電体
層１が逆圧電効果により大きく変位したとしても、外部
電極層４は圧電体層１に追従して大きく変形し、圧電体
層１より剥離することはない。

【００４８】さらに、図３及び図４に示すように外部電
極層４を薄板状の導電部材４ａと接続剤５と同じ材料か
ら成る下地部材４ｂとで形成しておいてもよい。

【００４９】前記外部電極層４を導電部材４ａと接続剤
５と同じ材料から成る柔軟性に富んだ下地部材４ｂとで
形成すると、圧電体層１が逆圧電効果により大きく変位
したとしても下地部材４ｂがそれにあわせて変化し、こ
れによって外部電極層４を圧電体層１に極めて強固に被
着させておくことができる。

【００５０】また、同時に外部電極層４は一部が薄板状
の導電部材４ａで形成されていることから、外部電極層
４の導電抵抗を小さなものとなすことができ、これによ
って外部電極層４を介して内部電極層２にロスを少なく
して所定の電圧を供給することができ圧電体層１に逆圧
電効果により大きな変位を起こさせることが可能とな
る。

【００５１】従って、前記外部電極層４は薄板状の導電
部材４ａと接続剤５と同じ材料から成る下地部材４ｂと
で形成しておくことが好ましい。

【００５２】なお、前記導電部材４ａの材質としては、
Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、ステンレス、Ｆｅ
−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の導電性を備え、且つ薄板化が可能
な金属材料から成り、導電部材４ａの厚みは２０〜２０
０μｍ程度であるとことが好ましい。

【００５３】

【実験例】次に、本発明の作用効果を以下の実験例によ
り説明する。（実験例１）先ず、接続剤に含有する樹脂に弾性率１０
ＧＰａで、伸度３０％、５％重量減少温度３００℃のポ
リイミドを用い、導電剤として４０体積％の銀粉末を用
い、この接続剤によってリード線を外部電極層に接続し
た図１に示す積層型圧電アクチュエータを作製した。

【００５４】なお、圧電体層は厚み１００μｍのＰＺＴ
で形成し、内部電極層は厚み３μｍの銀−パラジウムに
よって形成し、圧電体層及び内部電極層の各々の積層数
は３００とした。また、内部電極層の露出する端部には
一層おきに左右交互に溝部を形成し、該溝部に絶縁体と
してシリコーンゴムを充填し、外部電極層は接続剤によ
って形成した。

【００５５】その後、外部電極層の正極及び負極に３ｋ
Ｖ／ｍｍの直流電界を１５分間印加して分極処理を行
い、積層型圧電アクチュエータを得た。

【００５６】得られた積層型圧電アクチュエータに２０
０Ｖの直流電圧を印加した結果、積層方向に５０μｍの
変位量が得られた。さらに、このアクチュエータに０〜
＋２００Ｖの交流電圧を５０Ｈｚの周波数にて印加し駆
動試験を行った結果、５×１０⁸サイクル駆動するまで
５０μｍの変位量を維持した。さらに、本発明の積層型
圧電アクチュエータを２００℃の環境雰囲気中で０〜＋
２００Ｖの交流電圧を５０Ｈｚの周波数にて印加した場
合でも、５×１０⁸サイクルまでリード線が外れること
なく初期と同等の変位を維持することができた。

【００５７】従って、接続剤を弾性率１０ＧＰａで、伸
度３０％、５％重量減少温度３００℃のポリイミド樹脂
と、導電剤として４０体積％の銀粉末とを混合して得ら
れた接続剤によってリード線を外部電極層に接続した本
発明の積層型圧電アクチュエータはその駆動時に圧電体
層が大きく変位しても、それに十分追従し得る接続剤を
介してリード線が外部電極層に接続されているためリー
ド線が外れたり、外部電極層等にクラックが発生するこ
ともないことがわかった。

【００５８】（実験例２）次に、接続剤を、導電剤とし
て銀粉末が４０体積％、残部が表１に示す弾性率及び伸
度の樹脂とで形成し、これを用いてリード線を外部電極
層に接続し前記実施例１と同様の構成の積層型圧電アク
チュエータを作製した。

【００５９】得られた積層型圧電アクチュエータに２０
０Ｖの交流電圧を５０Ｈｚの周波数にて印加し、駆動試
験を行った。結果を表１に示す。

【００６０】

【表１】

【００６１】サンプルＮｏ．１、２、及び３は、接続剤
に含有した樹脂の弾性率が２０ＧＰａ以上、伸度が１０
％以下であるため、接続剤が圧電体層の変位に追従でき
ず、接続剤と外部電極層との間に応力が発生してリード
線の接続部に負荷がかかり、外部電極層にクラックが発
生していることが確認された。

【００６２】一方、サンプルＮｏ．４、５及び６は、接
続剤に樹脂が弾性率２０ＧＰａ以下、伸度１０％以上で
柔軟性に富むため、圧電体層の変位にともなって接続剤
が変位し、これによってリード線の接続部に大きな応力
が生じることなく、外部電極層等に破損などの異常は見
られなかった。

【００６３】（実験例３）次に、接続剤を弾性率１０Ｇ
Ｐａ、伸度３０％の樹脂と、含有量が表２に示す値の銀
粉末から成る導電剤とで形成し、これを用いてリード線
を外部電極層に接続した前記実施例１と同様の構成の積
層型圧電アクチュエータを作製した。

【００６４】得られた積層型圧電アクチュエータについ
て、リード線の引っ張り強度を測定し、２００Ｖの交流
電圧を周波数５０Ｈｚにて印加し駆動試験を行った。得
られた結果を表２に示す。

【００６５】

【表２】

【００６６】サンプルＮｏ．７の場合、導電剤の含有量
が１５体積％未満であるため、接続剤の比抵抗が高くな
りすぎ、局所発熱を起こしたり、外部電極層に充分な電
圧が供給されないため駆動することができなかった。ま
た、サンプルＮｏ．１２の場合、導電剤の含有量が８０
体積％より多いため、接続剤中の樹脂成分が少なくな
り、接続剤の接続強度が弱くなり、駆動試験を行った際
に、リード線が外部電極層から外れてしまった。

【００６７】一方、サンプルＮｏ．８〜１１の場合、導
電剤の含有量が本発明の請求範囲内にあるため、接続剤
の比抵抗も低く連続駆動試験を行ってもリード線が外部
電極層より外れにくい。

【００６８】また、同様の実験を導電剤に窒化チタン、
酸化ロジウム、パラジウム、ニッケル及び金を用いた接
続剤を介してリード線を接続した場合も同様にリード６
の引っ張り強度を測定し、２００Ｖの交流電圧を周波数
５０Ｈｚで印加した際の駆動試験を行ったが上記同様、
導電剤の含有量を１５〜８０体積％としたものはリード
線が外部電極層より外れることはなかった。（実験例４）次に、接続剤を、弾性率１０ＧＰａ、伸度
３０％、５％重量減少温度が表３に示す値の樹脂と、導
電剤として銀粉末を４０体積％とで形成し、この接続剤
によってリード線を外部電極層に接続した実施例１と同
様の構成の積層型圧電アクチュエータを作製した。

【００６９】得られた積層型圧電アクチュエータについ
て、２００℃の環境雰囲気中で２００Ｖの交流電圧を５
０Ｈｚの周波数にて印加し、駆動試験を行った。結果を
表４に示す。

【００７０】

【表３】

【００７１】サンプルＮｏ．１３の場合は１×１０⁴サ
イクル後に、サンプルＮｏ．１４の場合は２×１０⁵サ
イクル後にそれぞれ外部電極層のリード線接続部からリ
ード線が外れている。これは樹脂の５％重量減少温度が
２５０℃より低いために、高温での雰囲気中で接続強度
を維持することができなくなり、リード線と外部電極層
との間に剥離が生じたためである。

【００７２】一方、サンプルＮｏ．１５及び１６の場合
は、樹脂の５％重量減少温度が２５０℃以上と高いた
め、高温で使用したり、高い電圧を印加して連続駆動さ
せた場合においても、リード線が外部電極層から外れた
り、外部電極層のリード線接続部にクラックが発生した
りすることなく、高耐久性を備えていることが分かる。（実験例５）次に、接続剤を、導電剤として銀粉末が４
０体積％、残部が弾性率２０ＧＰａ以下、伸度１０％以
上の表４に示す樹脂とで形成し、これを用いてリード線
を外部電極層に接続した実施例１と同様の構成の積層型
圧電アクチュエータを作製した。

【００７３】得られた積層型圧電アクチュエータについ
て、２００℃、２５０℃及び３００℃の環境雰囲気中で
２００Ｖの交流電圧を５０Ｈｚの周波数にて印加し、駆
動試験を行った。結果を表４に示す。

【００７４】

【表４】

【００７５】表４に示すように、接続剤の樹脂をサンプ
ルＮｏ．１９、２０に示したシリコーン、エポキシを用
いた場合には、２５０℃以上における高温での駆動試験
においては、外部電極層のリード線の接続部でリード線
が断線していた。これは、シリコーン、エポキシ等の樹
脂は耐熱性が劣るためである。

【００７６】これに対し、有機樹脂の中でもポリイミド
やポリアミドイミド、ビスマレイミド等のイミド結合を
有した樹脂を用いたサンプルＮｏ．１７、１８及び２１
では、２５０℃で駆動してもリード線には異常が発生す
ることなく、耐熱性が優れているのがわかる。（実験例６）次に、接続剤を、導電剤として銀粉末が４
０体積％、残部が弾性率２０ＧＰａ以下、伸度１０％以
上、樹脂の特性及びガラス転移温度を表５に示す樹脂と
で形成し、これを用いてリード線を外部電極層に接続し
た前記実施例１と同様の構成の積層型圧電アクチュエー
タを作製した。なお、外部電極層は接続剤で形成した。
得られた積層型圧電アクチュエータについて、以下のヒ
ートサイクル及び駆動試験を行った。

【００７７】手順１：２５℃にて０〜＋２００Ｖの交流
電圧を５０Ｈｚの周波数にて印加し、１×１０³サイク
ル駆動を行う。

【００７８】手順２：１６０℃の雰囲気に５秒で到達さ
せる。

【００７９】：１６０℃にて０〜＋２００Ｖの交流電圧
を５０Ｈｚの周波数にて印加し、１×１０³サイクル駆
動を行う。

【００８０】手順３：１６０℃にて０〜＋２００Ｖの交
流電圧を５０Ｈｚの周波数にて印加し、１×１０³サイ
クル駆動を行う。

【００８１】手順４：２５℃の雰囲気に５秒で到達させ
る。以下、手順１→手順２→手順３→手順４→手順１→
…繰り返す。

【００８２】結果を表５に示す。

【００８３】

【表５】

【００８４】接続剤の樹脂に熱硬化性樹脂を用いたサン
プルＮｏ．２２の場合は、室温から１６０℃に到達する
ヒートサイクルにおいて、圧電体層及び内部電極層との
間の熱膨張差に起因して発生する応力によってリード線
の接続部にクラックが生じ、リード線が外れた。

【００８５】また、サンプルＮｏ．２３の場合、接続剤
５に含有する樹脂にガラス転移温度が１５０℃の熱可塑
性樹脂を用いているために、２５℃から１６０℃の雰囲
気に急速で到達させた場合に、接続剤に含有する樹脂の
ガラス転移温度を超えてしまうために、接続強度が低下
しリード線が外部電極層から外れた。

【００８６】一方、接続剤の樹脂のガラス転移温度が１
８０℃以上の熱可塑性樹脂を用いたサンプルＮｏ．２４
及び２５は、ヒートサイクルによって生じる熱応力を接
続剤が十分に吸収することができ、ガラス転移温度が十
分に高いために高温下での接続強度も維持することがで
きる。従って、接続剤にガラス転移温度が１８０℃以上
の熱可塑性樹脂を用いることにより、高温での耐久性だ
けでなく、熱応力の発生しやすいヒートサイクルの条件
下においても高い耐久性を兼ね備えた積層型圧電アクチ
ュエータを提供することができる。（実験例７）次に、リード線の接続方法と外部電極層の
形成方法を表６に示すように作製した実施例１と同様の
構成の積層型圧電アクチュエータを作製した。

【００８７】リード線を半田付けした場合(サンプルＮ
ｏ．２６)と、接続剤を、弾性率１０ＧＰａ、伸度３０
％、５％重量減少温度３００℃のポリイミド樹脂と、導
電剤として４０体積％の銀粉末とで形成し、これを用い
てリード線を外部電極層に接続した場合(サンプルＮ
ｏ．２７，２８，２９)である。

【００８８】また、外部電極層は、銀を分散させたガラ
スペーストを用いて形成した場合と、前記接続剤で形成
した場合、さらに厚み０．１ｍｍのコバールからなる薄
板状の導電部材と前記接続剤とから形成した場合の３通
りである。

【００８９】得られた積層型圧電アクチュエータを２０
０℃の環境下で２５０Ｖの交流電圧を６０Ｈｚの周波数
にて印加し駆動試験を行った。結果を表６に示す。

【００９０】

【表６】

【００９１】サンプルＮｏ．２６の場合、圧電体層の伸
縮に半田が追従しないために、リード線の接続部に引張
り応力が発生し、外部電極層にクラックが生じリード線
が外部電極層から外れた。

【００９２】また、サンプルＮｏ．２７の場合、外部電
極層が弾性率の大きなガラスペーストを用いて形成され
ているために、圧電体層の変位に追従できず外部電極層
が断線し、圧電体層の変位量が減少してしまっている。

【００９３】一方、本発明の接続剤によって外部電極層
を形成し、且つリード線を接続したサンプルＮｏ．２８
の場合は、接続剤が圧電体層の変位に十分追従でき、連
続で駆動しても圧電体層の変位量はほとんど減少しな
い。

【００９４】さらに、外部電極層を薄板状の導電部材と
接続剤と同じ材料から成る下地部材で形成したサンプル
Ｎｏ．２９の場合は、連続駆動させた場合にもその変位
量は減少することなく、柔軟性を具備した下地部材が外
部電極層に極めて強固に被着されていることがわかっ
た。

【００９５】

【発明の効果】本発明の積層型圧電アクチュエータによ
れば内部電極層が接続されている外部電極層にリード線
を１５〜８０体積％の導電剤と、残部が弾性率２０ＧＰ
ａ以下、伸度１０％以上の樹脂とで形成されている柔軟
性を有する接続剤を介して接続固定したことから圧電体
層が逆圧電効果により大きく変位したとしても、接続剤
は圧電体層に追従して大きく変形し、その結果、リード
線を接続剤を介して外部電極層に極めて強固に接続固定
することができる。また、接続剤と外部電極層との間に
大きな引張り応力が生じることもなく、該引張り応力に
よって外部電極層や圧電体層及び内部電極層にクラック
が発生するのが有効に防止され、長期間にわたって所定
の大きな変位量を得ることができる。

【００９６】また、外部電極層にリード線を接続固定す
る接続剤の樹脂を、樹脂の５％重量減少温度が２５０℃
以上のもの、あるいはポリイミドやポリアミドイミドな
どのイミド結合を有するもので形成しておくと接続剤の
耐熱性が大きく向上し、その結果、高温下で積層型圧電
アクチュエータの使用が可能となる。

【００９７】さらに、外部電極層にリード線を接続固定
する接続剤の樹脂を、熱可塑性で、且つガラス転移温度
が１８０℃以上のもので形成しておくと、接続剤の耐熱
性が大きく向上して高温下での積層型圧電アクチュエー
タの使用が可能となるとともに低温と高温の間でのヒー
トサイクル下で外部電極層に対するリード線の接続剤を
介しての接続固定が維持され積層型圧電アクチュエータ
の信頼性をより一層高いものとなすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層型圧電アクチュエータの一実施例
を示す斜視図である。

【図２】図１中のＡ−Ａ’線断面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図４】図３中のＢ−Ｂ’線断面図である。

【符号の説明】

１：圧電体層１ａ：積層体２：内部電極層３：絶縁体４：外部電極層４ａ：導電部材４ｂ：下地部材５：接続剤６：リード線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の圧電体層と複数の内部電極層とを交
互に積層した積層体と、前記積層体の側面に形成され、
前記内部電極層が一層置きに接続されている一対の外部
電極層と、前記外部電極層に接続剤を介して接続されて
いるリード線とから成る積層型圧電アクチュエータであ
って、前記接続剤が、１５〜８０体積％の導電剤と、残
部が弾性率２０ＧＰａ以下、伸度が１０％以上の樹脂と
で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。
【請求項２】前記樹脂の５％重量減少温度が２５０℃以
上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。
【請求項３】前記樹脂が、イミド結合を有する樹脂であ
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。
【請求項４】前記樹脂が、熱可塑性を有し、且つガラス
転移温度が１８０℃以上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。
【請求項５】前記外部電極層が前記接続剤で形成されて
いることを特徴とする請求項１〜４記載の積層型圧電ア
クチュエータ。
【請求項６】前記外部電極層が薄板状の導電部材と、前
記接続剤とから成ることを特徴とする請求項１〜４記載
の積層型圧電アクチュエータ。