JP2001210886A

JP2001210886A - 積層型圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JP2001210886A
Application number: JP2000024705A
Authority: JP
Inventors: Koki Ashida; 幸喜芦田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】高い印加電界で高速で長期間連続作動する場合
でも、内部電極と外部電極との接続を十分に確保できる
積層型圧電アクチュエータを提供する。【解決手段】第１外部電極６ａが形成されるアクチュエ
ータ本体１の側面に、複数の内部電極３ａ、３ｂの端部
がそれぞれ露出する凹溝７を形成し、第１内部電極３ａ
の端部が露出した凹溝７に導電体９を、第２内部電極３
ｂの端部が露出した凹溝７に絶縁体１１を充填するとと
もに、第２外部電極６ｂが形成されるアクチュエータ本
体１の側面に、複数の内部電極３ａ、３ｂの端部がそれ
ぞれ露出する凹溝７を形成し、第１内部電極３ａの端部
が露出した凹溝７に絶縁体１１を、第２内部電極３ｂの
端部が露出した凹溝７に導電体９を充填した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層型圧電アクチ
ュエータに係わり、例えば、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
使用される積層型圧電アクチュエータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】従来、電歪効果を利用して大きな変位量を
得るために、圧電体と内部電極を交互に積層した積層型
圧電アクチュエータが提案されている。積層型圧電アク
チュエータには、同時焼成タイプと圧電磁器と内部電極
板を交互に積層した単板積層タイプの２種類に分類され
ており、低電圧化、製造コスト低減の面から考慮する
と、同時焼成タイプの積層型圧電アクチュエータが薄層
化に対して有利であるために、その優位性を示しつつあ
る。

【０００３】同時焼成タイプの積層型圧電アクチュエー
タとして、例えば、特公平６−６６４８４号公報に記載
されているように、アクチュエータ本体の側面に露出し
た内部電極の端部に一層おきにガラスからなる絶縁層を
被覆し、外部電極には、この絶縁層と絶縁層の間に絶縁
層が形成されていない内部電極の端部を導電性ガラス膜
で被覆し、電気的に接続した積層型圧電アクチュエータ
が開示されている。

【０００４】しかしながら、特公平６−６６４８４号公
報に開示された積層型圧電アクチュエータでは、アクチ
ュエータ本体の側面に露出した内部電極の端部には一層
おきにガラスからなる絶縁層が被覆され、内部電極とそ
の両側の圧電体が強固に接合されており、外部電極と内
部電極との絶縁性が確保されているが、長期間連続駆動
させた場合、導電性ガラス膜に割れが生じ、この割れを
介して内部電極と外部電極との間で剥離が生じ、一部の
圧電体に電圧が供給されなくなり、駆動中に変位特性が
変化するという問題があった。

【０００５】また、この様なアクチュエータにおいて
は、外部電極にリード線を半田付けにより形成すること
から、外部電極に使用している導電性ガラス膜が半田食
われを生じ、導通の信頼性を著しく低下させる問題があ
った。

【０００６】このような問題に対し、特開昭６３−１５
３８７０号公報では、外部電極と内部電極の剥離を防止
するためと、リード線、外部電極、内部電極間の導通の
信頼性を向上させるため、積層アクチュエータ本体の側
面に露出した内部電極の端部に一層おきにガラスからな
る絶縁層を被覆し、外部電極には、絶縁層と同じピッチ
で、かつ絶縁層の断面よりやや大きい凹部を形成し、こ
の凹部内に絶縁層を収容するようにして、かつ、凹部間
の凸部に、絶縁層が形成されていない内部電極の端部
を、導電性接着剤で接着した積層型圧電アクチュエータ
が開示されている。

【０００７】また、特開平１０−２２９２２７号公報に
おいては、積層圧電体の側面に基礎金属被膜を被覆し、
該基礎金属被膜と部分的な接触箇所を介して、三次元構
造化された導電性の電極が結合され、前記三次元構造化
された導電性電極が、接触箇所において伸長可能な状態
で形成された積層型圧電アクチュエータが開示されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】近年においては、小型
の圧電アクチュエータで大きな圧力下において大きな変
位量を確保するため、より高い電界を印加し、長期間連
続駆動させることが行われているが、高電界、高圧力下
で長期間連続駆動させた場合には、特開昭６３−１５３
８７０号公報に開示された積層型圧電アクチュエータに
おいては、圧電体間に形成された内部電極と正極、負極
用の外部電極との間で剥離が発生し、一部の圧電体に電
圧供給されなくなり、駆動中に変位特性が変化するとい
う問題があった。

【０００９】また、特開平１０−２２９２２７号公報に
開示されたアクチュエータであっても、基礎金属被膜と
圧電体の間の界面において剥離が生じ、その剥離が進行
することにより、内部電極と外部電極の導通不良を生
じ、一部の圧電体に電圧供給されなくなり、駆動中に変
位特性が変化するという問題があった。

【００１０】本発明は、高い印加電界で高速で長期間連
続作動する場合でも、内部電極と外部電極との接続を十
分に確保でき、外部電極と内部電極の剥離の生じない信
頼性の高い積層型圧電アクチュエータを提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の積層型圧電アク
チュエータは、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互
に積層してなり、前記内部電極が交互に第１内部電極ま
たは第２内部電極とされたアクチュエータ本体と、該ア
クチュエータ本体の異なる側面にそれぞれ設けられ、前
記第１内部電極同士をそれぞれ電気的に接続する第１外
部電極、および前記第２内部電極同士をそれぞれ電気的
に接続する第２外部電極を具備する積層型圧電アクチュ
エータであって、前記第１外部電極が形成される前記ア
クチュエータ本体の側面に、前記複数の内部電極の端部
がそれぞれ露出する複数の凹溝を形成し、前記第１内部
電極の端部が露出した凹溝に導電体を、前記第２内部電
極の端部が露出した凹溝に絶縁体を充填するとともに、
前記第２外部電極が形成される前記アクチュエータ本体
の側面に、前記複数の内部電極の端部がそれぞれ露出す
る複数の凹溝を形成し、前記第１内部電極の端部が露出
した凹溝に絶縁体を、前記第２内部電極の端部が露出し
た凹溝に導電体を充填したものである。

【００１２】このような積層型圧電アクチュエータで
は、内部電極と外部電極が、アクチュエータ本体内に埋
設された、内部電極の厚みよりも幅広の導電体を介して
接続されるため、内部電極と外部電極の剥離を抑制する
ことができる。これにより、高い印加電界で高速で長期
連続駆動させる場合においても、外部電極と内部電極が
剥離や断線することなく高い耐久性を備えた信頼性の高
い積層型圧電アクチュエータを提供することができる。

【００１３】また、外部電極を構成する金属薄板が凹溝
内の導電体に当接した状態で固着されていることが望ま
しい。このように、アクチュエータ本体の側面に形成し
た凹溝内の導電体と、金属薄板を溶接、ろう付けなどに
よって強固に接合することにより、内部電極と外部電極
の接合強度を向上できる。

【００１４】さらに、金属薄板を導電性接着剤により被
覆して外部電極が構成されるとともに、凹溝内の導電体
に凹部が形成されており、前記金属薄板を被覆した導電
性接着剤が、前記導電体の凹部内に充填されていること
が望ましい。これは、金属薄板を被覆する導電性接着剤
が凹溝内の導電体の凹部に充填されることにより、導電
性接着剤にアンカー効果が生じ、平面上で接着される場
合よりも更に導電性接着剤の固着力が増加し、これによ
り、内部電極と外部電極の剥離をさらに抑制できる。

【００１５】また、金属薄板を導電性接着剤により被覆
して外部電極が構成されるとともに、凹溝内の導電体が
外方へ向かって突出しており、該導電体の突出部に金属
薄板が当接した状態で固着され、かつ、前記金属薄板を
被覆した導電性接着剤が、前記導電体の突出部周囲に充
填されていることが望ましい。このようにすることによ
り、導電性接着剤にアンカー効果が生じ、平面上で接着
される場合よりも更に導電性接着剤の固着力が増加し、
これにより、内部電極と外部電極の剥離をさらに抑制で
きる。

【００１６】さらに、金属薄板が、ＮｉおよびＦｅを含
有する合金からなることが望ましい。このような金属薄
板を用いることにより、圧電アクチュエータの伸縮によ
り外部電極に応力が作用した場合においても、発生した
応力に対して金属薄板が十分な強度を有するため、金属
薄板の断裂を抑制し、高耐久性を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。

【００１７】また、金属薄板が、金属メッシュまたは波
板形状の金属薄板からなることが望ましい。圧電アクチ
ュエータの伸縮により外部電極に応力が作用した場合に
おいても、発生した応力を金属メッシュまたは波板形状
の金属薄板の変形により緩和でき、外部電極の断裂を抑
制し、高耐久性を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。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の積層型圧電アクチ
ュエータの断面図であり、図２は図１の一部を拡大して
示す断面図である。図１および図２において、符号１
は、複数の圧電体２と複数の内部電極３ａ、３ｂとを交
互に積層してなる四角柱状のアクチュエータ本体を示す
もので、このアクチュエータ本体１の対向する２つの側
面には、第１内部電極３ａが電気的に接続される第１外
部電極６ａ、および第２内部電極３ｂが電気的に接続さ
れる第２外部電極６ｂが形成されている。

【００１９】圧電体２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
セラミック材料などが使用されるが、これらに限定され
るものではなく、圧電性を有するセラミックスであれば
何れでも良い。この圧電体材料としては、圧電歪み定数
ｄ₃₃が高いものが望ましい。また、圧電体２の厚みｔ、
つまり内部電極３間の距離は、小型化および高い電界を
印加するという点から０．０５〜０．２ｍｍであること
が望ましい。

【００２０】内部電極３ａ、３ｂは、アクチュエータ本
体１の４つの側面全てに端部が露出しており、アクチュ
エータ本体１の第１外部電極６ａが形成された側面に
は、全ての内部電極３ａ、３ｂの端部がそれぞれ露出す
る複数の凹溝７が形成され、第１内部電極３ａの端部が
露出した凹溝７には導電体９が、第２内部電極３ｂの端
部が露出した凹溝７には絶縁体１１が充填されている。

【００２１】また、アクチュエータ本体１の第２外部電
極６ｂが形成された側面には、全ての内部電極３ａ、３
ｂの端部がそれぞれ露出する複数の凹溝７が形成され、
第１内部電極３ａの端部が露出した凹溝７には絶縁体１
１が、第２内部電極３ｂの端部が露出した凹溝７には導
電体９が充填されている。

【００２２】凹溝７の積層方向の高さｈは圧電体２の厚
みｔの約１／５〜１／３とされている。これは、凹溝７
の積層方向の高さｈが圧電体２の厚みｔの１／３よりも
大きい場合には、凹溝７の高さｈが圧電体２の厚みｔの
１／２では溝として成立しなくなり、また、１／２以下
でも凹溝７が削除された残りの圧電体２の厚みが薄くな
り、強度が保てなくなり、加工時のハンドリングにおい
て破損してしまう危険があるからである。また、凹溝７
の高さｈが圧電体２の厚みｔの１／５よりも小さい場合
には、凹溝７の高さｈが極端に小さくなり、加工が困難
となったり、導電体９及び絶縁体１１の充填不良が生じ
易くなるためである。凹溝７の形状は断面が四角形状と
されているが、断面が円形状であっても良い。

【００２３】導電体９は、例えば、Ａｇを主体とする合
金、Ｃｕを主体とする合金等の導体金属材料からなり、
凹溝７の形成後、スクリーン印刷やディッピング等によ
り凹溝７内に充填し、約６００℃〜９００℃で焼成する
ことにより得られる。

【００２４】また、絶縁体１１は、例えば、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性材料からなり、凹溝７内に絶
縁性材料を充填し、硬化することにより得られる。尚、
絶縁体１１は低ヤング率の材質、例えばシリコーンゴム
等が好ましい。これは、高ヤング率の材質を充填すると
圧電アクチュエータとして駆動した場合の伸長により絶
縁体１１と圧電体２の界面で剥離を生じ、絶縁性がとれ
なくなったり、破壊に至ったり、もしくは、圧電体２に
亀裂が生じ、破壊に至る虞があるからである。

【００２５】ここで、凹溝７内に充填される導電体９と
絶縁体１１の形成の順序は、一体焼成して得られたアク
チュエータ本体１に凹溝７を形成し、この凹溝７内に一
つ置きに導電体９を充填し、焼成した後に、残りの凹溝
７内に絶縁体１１を充填することが望ましい。

【００２６】外部電極６ａ、６ｂは、金属薄板１５と導
電性接着剤１７とから構成されており、金属薄板１５
は、導電性接着剤１７中に埋設して形成され、金属薄板
１５は、凹溝７内の導電体９に当接した状態で、ロウ付
けしたり、溶接することにより固着され、これにより、
外部電極６ａ、６ｂがアクチュエータ本体１に接合され
ている。金属薄板１５が導電体９に当接する部分の面積
は広い方、即ち、平坦であることが、確実に固着すると
いう点から望ましい。また、外部電極６ａ、６ｂは、導
電性接着剤１７によってもアクチュエータ本体１に接合
されている。

【００２７】金属導板１５は、導電性があり、加工可能
であればいずれの金属でもかまわないが、好ましくは、
ステンレス（ＮｉおよびＦｅを含有する合金）、Ｎｉ−
Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金等の高ヤング率を有す
る金属により形成されることが望ましい。これは、Ｎｉ
およびＦｅを主体とする高ヤング率を有する合金を用い
ることにより、圧電アクチュエータの伸縮によって外部
電極６ａ、６ｂに応力が作用した場合においても、発生
した応力に対し十分な強度を保つため、金属薄板１５の
断裂を抑制が可能となるためである。

【００２８】導電性接着剤１７としては、ニッケル、
銀、白金、金などの周期律表第６〜９族の比較的体積固
有抵抗が小さい導電剤を含有するポリイミド樹脂、導電
性シリコーンゴム等があるが、これに限定されるもので
はない。

【００２９】また、アクチュエータ本体１の積層方向の
両端面には、アクチュエータ本体１を機械的に保持し、
発生するパワーを外部へ伝達するための不活性部１９が
積層され、接合されている。さらに、図示されてはいな
いが、外部電極６ａ、６ｂの外側を含むアクチュエータ
本体１の側面全体がシリコーンゴム等の絶縁被覆材によ
って被覆され、これにより、外部からの水分の進入を防
ぐことができ、内部電極及び外部電極間のエレクトロマ
イグレーションの発生を抑制し、電極接続の信頼性を確
保できる。

【００３０】以上のように構成された積層型圧電アクチ
ュエータは、以下のプロセスにより製造される。先ず、
チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃などの圧
電体セラミックスの仮焼粉末と、有機高分子からなるバ
インダーと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、ス
リップキャステイング法により、厚み１００〜２００μ
ｍのセラミックグリーンシートを作製する。

【００３１】このグリーンシートの片面に、内部電極３
ａ、３ｂとなる銀−パラジウムを主成分とする導電性ペ
ーストをスクリーン印刷法により１〜１０μｍの厚みに
印刷する。この導電性ペーストを乾燥させた後、導電性
ペーストが塗布された複数のグリーンシートを所定の枚
数だけ積層し、この積層体の積層方向の両端部に、導電
性ペーストが塗布されていないグリーンシートを積層す
る。

【００３２】次に、この積層体を５０〜２００℃で加熱
しながら加圧し、積層体を一体化する。一体化された積
層体は所定の大きさに切断された後、４００〜８００℃
で５〜４０時間、脱バインダが行われ、９００〜１２０
０℃で２〜５時間焼成し、両端面に不活性部１９を有す
るアクチュエータ本体１を得る。このアクチュエータ本
体１の側面には、内部電極３ａ、３ｂの端部が露出して
いる。

【００３３】この後、アクチュエータ本体１を固定治具
にセットし、所定の形状になるまで平面研削盤等を用い
てアクチュエータ本体１の側面の加工を行う。

【００３４】その後、アクチュエータ本体１の２つの対
向する側面において、内部電極３ａ、３ｂ端部が露出し
た部分を、深さ１００〜５００μｍ、積層方向の高さｈ
が２０〜５０μｍの凹溝７を形成し、該凹溝７内に一つ
置きにＡｇ−Ｐｄ等の導体性ペーストを充填した後、６
００〜９００℃で２〜５時間焼成することにより導電体
９を充填する。

【００３５】そして、導電体９間の開口している凹溝７
内にシリコーンゴム等の絶縁体１１を充填する。この
後、金属薄板１５をアクチュエータ本体１に当接した状
態で、例えば、導電体９にスポット溶接、超音波溶接等
の溶接手法、あるいは、ろう付け等の手法により固着
し、この後、アクチュエータ本体１の側面および金属薄
板１５の表面に導電性接着剤１７を塗布し、外部電極６
ａ、６ｂが形成される。特に、導電性接着剤１７を塗布
し、真空引きすることにより、金属薄板１５とアクチュ
エータ本体１との間に確実に充填することができる。

【００３６】外部電極６ａ、６ｂの導電性接着剤１７と
してポリイミドを用いた場合について説明する。先ず、
導電性接着剤１７として用いるポリイミド樹脂は、濃硫
酸以外には溶解しない難溶解性の樹脂であるため、ポリ
イミドの前駆体であるポリアッミク酸を適当な溶媒，例
えば、Ｎ- メチル- ２- ピロリドン（ＮＭＰ）やテトラ
ヒドロフラン（ＴＨＦ）などに溶解させ、ワニス状にす
る。このワニスに望みとする体積分率で導電剤を混合、
混練し、ペースト状にする。

【００３７】なお、混練の際には、３本ローラーミル等
の混練機を用いるのが望ましい。また、導電性接着剤１
７中に含有する導電剤としては、特にニッケル、銀、白
金、金などの周期律表第６〜９族の比較的体積固有抵抗
が低い金属粉末を用いることが望ましい。

【００３８】上記のようにして作製した導電性接着剤１
７のペーストを、導電体９と接続された金属薄板１５の
露出面、および外部電極６ａ、６ｂを形成するようにア
クチュエータ本体１の所定の位置に塗布し、室温〜４０
０℃の空気中または窒素雰囲気中で溶媒を蒸発させると
ともに、硬化反応を起こさせることにより、外部電極６
ａ、６ｂを形成することができる。

【００３９】この後、図示しないが、正極用および負極
用の外部電極６ａ、６ｂにリード線を接続し、圧電アク
チュエータの周囲にデイッピング等の方法により、シリ
コーンゴム等の被覆材を被覆する。さらに、正極、負極
用の外部電極６ａ、６ｂに約１〜３ｋＶ／ｍｍの分極電
界を印加し、圧電板２への分極処理を行い、本発明の積
層型圧電アクチュエータが得られる。

【００４０】尚、本発明の積層型圧電アクチュエータ
は、四角柱、六角柱、円柱等、どのような柱体であって
も構わないが、切断の容易性から四角柱状が望ましい。

【００４１】以上のように構成された積層型圧電アクチ
ュエータでは、内部電極３ａ、３ｂと外部電極６ａ、６
ｂが、アクチュエータ本体１内に埋設された、内部電極
３ａ、３ｂの厚みよりも幅広の導電体９を介して接続さ
れるため、内部電極３ａ、３ｂと外部電極６ａ、６ｂの
剥離を抑制することができ、これにより、高い印加電界
で高速で長期連続駆動させる場合においても、外部電極
６ａ、６ｂと内部電極３ａ、３ｂが剥離や断線すること
なく高い耐久性を備えた信頼性の高い積層型圧電アクチ
ュエータを提供することができる。

【００４２】図３は、本発明の他の積層型圧電アクチュ
エータを示すもので、図３の積層型圧電アクチュエータ
では、凹溝７内の導電体９に凹部２１が形成されてお
り、金属薄板１５を被覆した導電性接着剤１７が、導電
体９の凹部２１内に充填されている。図４は、図３の導
電性接着剤１７を除去した状態の側面図を示すもので、
凹溝７および導電体９の凹部２１は金属薄板１５の幅よ
りも少々広く形成され、導電性接着剤１７は凹溝７全体
を覆うように形成されている。

【００４３】この導電体９に形成される凹部２１は、上
記と同様のアクチュエータ本体１を得た後、アクチュエ
ータ本体１の凹溝７内に導電体９を充填し、アクチュエ
ータ本体１の凹溝７を形成する場合と同じピッチにおい
て導電体９に深さ５０〜１５０μｍ、積層方向の高さ１
０〜３０μｍの凹部２１を形成する。その後、上記と同
様にして、金属薄板１５をアクチュエータ本体１に当接
した状態で導電体９に固着し、導電体９表面を含むアク
チュエータ本体１の側面、および金属薄板１５の表面に
導電性接着剤１７を塗布し、導電性接着剤１７を凹部２
１内に充填する。特に、真空引きすると導電性接着剤１
７を凹部２１内に確実に充填できる。

【００４４】このような積層型圧電アクチュエータで
は、金属薄板１５を被覆する導電性接着剤１７が導電体
９の凹部２１内に充填されることにより、導電性接着剤
１７にアンカー効果が生じ、図１に示したように、アク
チュエータ本体１の平面上で接着する場合よりも更に導
電性接着剤１７の固着力が増加し、これにより、内部電
極３ａ、３ｂと外部電極６ａ、６ｂの剥離をさらに抑制
できる。

【００４５】図５は、本発明のさらに他の積層型圧電ア
クチュエータを示すもので、図５の積層型圧電アクチュ
エータでは、凹溝７内の導電体９が外方へ向かって突出
しており、この導電体９の突出部３１に、外部電極６
ａ、６ｂを構成する金属薄板１５が当接した状態で固着
されている。

【００４６】この突出部３１は、上記と同様のアクチュ
エータ本体１を得た後、凹溝７内に導電体９を充填し、
乾燥した後、予めアクチュエータ本体１の凹溝７の導電
体９が充填されている以外の部分にマスキングを行い、
所定の突出部３１が形成されるようなスクリーンパター
ンを用い、導電性ペーストを印刷、乾燥することによ
り、突出部３１が形成される。その後、上記と同様にし
て、金属薄板１５をアクチュエータ本体１に当接した状
態で導電体９の突出部３１に固着し、突出部３１の周囲
を含むアクチュエータ本体１の側面、および金属薄板１
５の表面に導電性接着剤１７を塗布し、積層型圧電アク
チュエータを得る。

【００４７】以上のように構成された積層型圧電アクチ
ュエータでも、金属薄板１５とアクチュエータ本体１と
の間であって、突出部３１の周囲に導電性接着剤１７を
充填することにより、外部電極６ａ、６ｂを構成する導
電性接着剤１７のアンカー効果により、アクチュエータ
本体１の平面上で接着する場合よりも更に導電性接着剤
１７の固着力が増加し、これにより、内部電極３ａ、３
ｂと外部電極６ａ、６ｂの剥離をさらに抑制できる。

【００４８】図６および図７は、本発明のさらに他の積
層型圧電アクチュエータを示すもので、図６の積層型圧
電アクチュエータでは、金属薄板４１が波板形状とされ
ており、図７では、金属薄板４５が金属メッシュにより
形成されている。

【００４９】このような積層型圧電アクチュエータで
は、伸縮により外部電極６ａ、６ｂに応力が作用した場
合においても、発生した応力を金属メッシュまたは波板
形状の金属薄板４１、４５の変形により緩和でき、外部
電極６ａ、６ｂの断裂を抑制できる。

【００５０】

【実施例】ＰＺＴを主成分とする厚み２００μｍのグリ
ーンシートにＡｇ／Ｐｄを主成分とする内部電極ペース
トを厚み５μｍで印刷形成した。内部電極ペーストが塗
布されたグリーンシートを３００枚積層し、この後、両
面に内部電極ペーストが塗布されていないグリーンシー
トを積層し、加熱接合して一体化した。

【００５１】積層体を縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ４
０ｍｍになるように切断し、最高温度７００〜８００
℃、２０〜３０時間で脱バインダを行った。その後、最
高温度９００℃〜１１００℃で３〜５時間焼成を行い、
アクチュエータ本体を得た。

【００５２】次に、得られたアクチュエータ本体を固定
治具にセットし、アクチュエータ本体の側面の平面研削
を行った。その後、図２に示した形状で、アクチュエー
タ本体の側面の内部電極が露出している部分（圧電板及
び内部電極）をカット・ソーにより削除し、深さ方向に
５００μｍ、積層方向の高さｈ５０μｍの凹溝７を形成
した。

【００５３】この後、アクチュエータ本体１の凹溝７に
Ａｇ−Ｐｄ（９７：３）ペーストをディスペンサーを用
いて注入し、充填を行った。そして、１２０℃で１０分
間予備乾燥させた後、９００℃、２時間の焼成を行い、
導電体９を形成した。

【００５４】次に、導電体９の充填されていない凹溝７
内にシリコーンゴムを常温で塗布し、真空脱泡により充
填した。その後、コバール箔からなる金属薄板１５をア
クチュエータ本体１の側面に配置し、導電体９の位置の
金属薄板１５を超音波溶接により接合した。

【００５５】そして、銀ポリイミド樹脂からなる導電性
接着剤１７をアクチュエータ本体１の所定部分および金
属薄板１５表面に塗布し、２２０℃の乾燥炉にて硬化接
着を行った。その後、リード線を金属薄板１５に半田付
けし、シリコーンゴムにて全体を被覆し、正極および負
極の外部電極６ａ、６ｂに２．５ｋＶ／ｍｍの直流電界
を３０分間印加して分極処理を行ない、積層型圧電アク
チュエータを得た。

【００５６】そして、積層圧電アクチュエータに応力２
０ＭＰａを印加し、駆動電圧２００Ｖにて変位量を確認
したところ、４０μｍの変位量が得られた。次に、応力
２０ＭＰａを印加し、０〜２００Ｖのパルス交番電界を
周波数６０Ｈｚにて印加し、連続駆動試験を行った。

【００５７】その結果、本発明の積層型圧電アクチュエ
ータでは、駆動サイクル１×１０⁹回でも破損はなく、
変位量も４０μｍを維持した。外観上でスパーク跡は確
認できなかったため、断面観察を行ったところ、外部電
極６ａ、６ｂと内部電極３ａ、３ｂの剥離は生じていな
いことを確認した。

【００５８】比較として、凹溝内に絶縁体だけ充填して
一方の内部電極と絶縁するとともに、アクチュエータ本
体に他方の内部電極の端部を露出させ、これに金属薄板
をＡｇポリイミドで埋設した外部電極を接続した積層型
圧電アクチュエータを作製し、同様の評価を行った結
果、初期の評価においては、上記のサンプル同様、４０
μｍの変位量を示した。その後、連続駆動試験を行った
ところ、駆動サイクル７×１０⁷回にて、外部電極がア
クチュエータ本体から剥離し、内部電極から外部電極が
剥離し、変位量が初期状態から大きく低下し、３０μｍ
となった。

【００５９】

【発明の効果】本発明の積層型圧電アクチュエータで
は、内部電極と外部電極が、アクチュエータ本体内に埋
設された、内部電極の厚みよりも幅広の導電体を介して
接続されるため、内部電極と外部電極の剥離を抑制する
ことができる。これにより、高い印加電界で高速で長期
連続駆動させる場合においても、外部電極と内部電極が
剥離や断線することなく高い耐久性を備えた積層型圧電
アクチュエータを提供することができる。

【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を示す断面
図である。

【図２】図１の一部を拡大して示す断面図である。

【図３】本発明の他の積層型圧電アクチュエータを示す
断面図である。

【図４】図３の一部を拡大して示す側面図である。

【図５】本発明のさらに他の積層型圧電アクチュエータ
を示す断面図である。

【図６】波板形状の金属薄板を用いた場合の断面図であ
る。

【図７】金属メッシュからなる金属薄板を用いた場合の
断面図である。

【符号の説明】

１・・・アクチュエータ本体２・・・圧電体３ａ、３ｂ・・・内部電極６ａ、６ｂ・・・外部電極７・・・凹溝９・・・導電体１１・・・絶縁体１５、４１、４５・・金属薄板１７・・導電性接着剤２１・・・導電体の凹部３１・・導電体の突出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に
積層してなり、前記内部電極が交互に第１内部電極また
は第２内部電極とされたアクチュエータ本体と、該アク
チュエータ本体の異なる側面にそれぞれ設けられ、前記
第１内部電極同士をそれぞれ電気的に接続する第１外部
電極、および前記第２内部電極同士をそれぞれ電気的に
接続する第２外部電極とを具備する積層型圧電アクチュ
エータであって、前記第１外部電極が形成される前記ア
クチュエータ本体の側面に、前記複数の内部電極の端部
がそれぞれ露出する凹溝を形成し、前記第１内部電極の
端部が露出した凹溝に導電体を、前記第２内部電極の端
部が露出した凹溝に絶縁体を充填するとともに、前記第
２外部電極が形成される前記アクチュエータ本体の側面
に、前記複数の内部電極の端部がそれぞれ露出する凹溝
を形成し、前記第１内部電極の端部が露出した凹溝に絶
縁体を、前記第２内部電極の端部が露出した凹溝に導電
体を充填したことを特徴とする積層型圧電アクチュエー
タ。
【請求項２】外部電極を構成する金属薄板が凹溝内の導
電体に当接した状態で固着されてい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】金属薄板を導電性接着剤により被覆して外
部電極が構成されるとともに、凹溝内の導電体に凹部が
形成されており、前記金属薄板を被覆した導電性接着剤
が、前記導電体の凹部内に充填されていることを特徴と
する請求項１または２記載の積層型圧電アクチュエー
タ。
【請求項４】金属薄板を導電性接着剤により被覆して外
部電極が構成されるとともに、凹溝内の導電体が外方へ
向かって突出しており、該導電体の突出部に前記金属薄
板が当接した状態で固着され、かつ、前記金属薄板を被
覆した導電性接着剤が、前記導電体の突出部周囲に充填
されていることを特徴とする請求項１または２記載の積
層型圧電アクチュエータ。
【請求項５】金属薄板が、ＮｉおよびＦｅを含有する合
金からなることを特徴とする請求項２乃至４のうちいず
れかに記載の積層型圧電アクチュエータ。
【請求項６】金属薄板が、金属メッシュまたは波板形状
の金属薄板からなることを特徴とする請求項２乃至５の
うちいずれかに記載の積層型圧電アクチュエータ。