JP2012500486A5 - - Google Patents

Description

多層型ピエゾアクチュエータとは、複数の圧電材料層、およびこれら圧電材料層の間に挟まれた複数の導電材料層からなるスタックを備えるピエゾアクチュエータをいう。本発明に係る多層型ピエゾアクチュエータは、導電材料層と電気的に接触するワイヤメッシュ形状の外部電極を少なくとも１つ備えている。このワイヤメッシュ形状の外部電極は、スタックの外面に全面的に固定される。

これらの外部電極の少なくとも１つは、複数のワイヤが織りなされたワイヤメッシュ形状とする。このワイヤメッシュの全面的な固定を行う際は、少なくともスタックに接するワイヤの領域は、スタックの外面に固定される。

好ましくは、スタックの外面に対向したワイヤメッシュの１つの側にあるワイヤの部分は、このスタックの外面に固定されている。この際、スタックの外面から直接接触可能なワイヤの部分は、スタックの外面に対向していることになる。この状態は、たとえばスタックの外面で垂直方向に上までに渡って、このようなワイヤ部分で生じる。特徴的なことは、スタックに外面に対向した１つのワイヤ部分と、このスタックの外面との間には他のワイヤ部分が存在しないことである。

ワイヤメッシュは全面的に、スタックに設置されるのが好ましい。これはピエゾアクチュエータの電気的接続を省スペースで実現できるという利点がある。この場合、すべてのワイヤが、スタックの外面に固定されるのが好ましい。

ワイヤの好ましい織り込みでは、メッシュノードを形成するように、１つのワイヤが上になり、１つのワイヤが下になるようにする。ワイヤメッシュが全面的に設置される場合、上にあるワイヤは、メッシュノードの部分の領域で、スタックの外面に直接設置されない。好ましくは、これらの部分は、下側のワイヤと接続されるが、スタックの外面に直接固定される必要はない。ただし、スタックの外面に戴置されるメッシュノードの下側のワイヤは、スタックの外面に直接固定される。

金属製の接続基部は、少なくとも１つの焼き付けられた、金属性ペーストまたは金属を含有するペーストを有するのが好ましい。金属性ペーストは、スタックの外面に層状に適用するのが好ましい。

焼き付けられた接続基部は、半田濡れ性を向上させるために、表面処理を施すことができる。
１つの実施形態では、外部電極と接続基部との間に連続した半田層が設けられている。

半田材からなる層（半田層）は、接続基部のうち、ワイヤメッシュが取り付けられる領域全体を覆うように形成するのが好ましい。こうすると、接続基部は、少なくともワイヤメッシュが取り付けられた領域においては、外部から視認できなくなる。ワイヤメッシュは、半田層を介して、スタックに取り付けられる。ワイヤが半田層に埋め込まれると、ワイヤは、スタックの外面に当接するとともに、その側面が、半田層で覆われる。本明細書において、半田層を介してワイヤメッシュをスタックに取り付けるという記載は、このような場合をも包含する。このように連続した半田層は、容易に、かつ低コストで形成することができる。

こうすると、機械的な負荷が与えられた場合でも、ワイヤは弾性的に変形し、ワイヤ自体にクラックが生じる可能性は低いという有利さがある。例えば、ワイヤメッシュが固定されたスタックの外面にクラックがあると、機械的な負荷が発生する。ワイヤが弾性を有するならば、このワイヤが伸張して、このクラックに架橋することができる。

本発明の一態様として、外部電極を、複数のワイヤ層が折り重なったワイヤメッシュ（多層のワイヤメッシュ）であって、最も内側のワイヤ層が、クラック側に位置するようになっているワイヤメッシュの形状にすることができる。最も内側のワイヤ層は、スタックの外面に全面的に当接する。

本発明の方法においては、半田材の使用量は、ワイヤメッシュを、接続基部に全面的に半田付けしうる程度のものが望ましい。半田材は、ピエゾアクチュエータの機能に悪影響を及ぼすことのないよう、使いすぎないようにしなければならない。

ワイヤメッシュは、半田付けの工程中に接続基部に押圧する。こうすると、ワイヤメッシュが、半田材が溶融して形成される半田層中に、十分に埋め込まれ、ワイヤメッシュの電気的接続が堅固になる。さらに、ワイヤメッシュが接続基部に全面的に半田付けされることの信頼性が増す。ワイヤメッシュが全面的に半田付けされることを確実にするためには、ワイヤメッシュを接続基部に押しつける圧力が、製造プロセスの諸条件に合致するものでなければならない。これらの条件とは、例えば、半田材の性質および使用量、半田付けの温度、ワイヤメッシュの性質等である。ワイヤメッシュを接続基部に押圧するならば、ピエゾアクチュエータの側面にも、ワイヤメッシュを密接させることができ、外部電極とスタックとの省スペース的な電気的接続を実現することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る、多数の圧電材料層（例えばセラミック層）２がスタック方向Ｓに沿って配置されることにより、スタック１１が形成されている多層型ピエゾアクチュエータ１を示す。スタック方向Ｓは、ピエゾアクチュエータ１の長手方向と同一である。隣り合う圧電材料層２,２の間には、それぞれ、導電材料層３が挟まれている。スタック１１の両側面には、ワイヤメッシュ４０形状の外部電極４ａ，４ｂが固着されている。外部電極４ａ，４ｂを構成する各線状ワイヤ４１は、スチールが芯材であるが、銅で被覆され、メッシュ状に織りなされている。外部電極４ａ，４ｂは、スタック１１の両側面に位置する接続基部６ａ，６ｂに全面的に半田付けされている。

図２は、ワイヤメッシュ４０として形成された外部電極４ａを有する多層型ピエゾアクチュエータ１を示す。ワイヤメッシュ４０のワイヤ４１ａ，４１ｂは、互いに９０°をなすように、かつスタック方向Ｓと４５°をなすように織りなされている。このようにすると、ワイヤメッシュ４０にスタック方向Ｓの引張応力が発生したときに、ワイヤがスタック方向Ｓに沿って配置されている場合よりも、ワイヤ４１ａ，４１ｂにかかる負荷が軽減される。ワイヤ４１ａ，４１ｂは、メッシュノードにおいて、ワイヤ４１ａが下になり、ワイヤ４１ｂが上になるように、互いに織り込まれている。ワイヤ４１ａ，４１ｂに沿って、それぞれのワイヤ４１ａ，４１ｂは各メッシュノードにおいて、上下が交代するようになっている。

図３は、図２に示すピエゾアクチュエータ１を、スタック方向Ｓと直交する方向に切断した断面図である。図３の断面は、図２に破線で示した箇所であり、ワイヤメッシュ４０中のメッシュノード４３を横切るようになっている。図３は、ピエゾアクチュエータ１の両側面に装着された接続基部６ａ，６ｂをも示している。外部電極４ａ，４ｂは、半田層５ａ，５ｂを介して、接続基部６ａ，６ｂに全面的に固定されている。

外部電極４ａ，４ｂは、スタック１１の側面に全面的に接続されている。特にスタック１１の外面に対向するワイヤ部分が、スタック１１に直接固定される。２本のワイヤ４１ｃとワイヤ４１ｄはそれぞれ、メッシュノード４３において、２本のワイヤがそれぞれ互いに交差し、１つのワイヤ４１ｃが上側に位置し、もう１つのワイヤ４１ｄが下側に位置している。下側に位置するワイヤ４１ｄは、接続基部６ａに直接機械的に当接し、半田層５ａに包み込まれている。半田層５ａは、ワイヤ４１ｂの部分を除いて、接続基部６ａを覆っている。接続基部６ａは、半田層５ａと外部電極４ａによって覆われているため、外側から視認することはできない。図３に示すメッシュノードにおいて、ワイヤ４１ｄの上側に位置するワイヤ４１ｃも、半田層５ａによって、スタック１１に直接固定されている。代替として、上側のワイヤは、下側のワイヤにのみ固定させてもよい。重要なのは、スタック１１に接するワイヤ部分が、直接スタック１１に固定されているということである。この際、半田材は、ワイヤとスタック１１の外面とにあるか、またはワイヤの側方に付着している。半田材は、必ずしも図示のように連続した半田層５ａとして用いる必要はなく、ワイヤメッシュ４０を全面的にスタック１１に固定しうる程度に用いれば十分である。

上記ワイヤメッシュ４０をスタック１１に全面的に固定する場合は、ワイヤメッシュ４０の側縁に存在する個々のワイヤがスタック１１の外面に固定されない場合をも含む。このようなワイヤ４１ｅが図３に示されている。このワイヤ４１ｅの端部は、半田層５ａから外れており、スタック１１の外面には固定されていない。上側に位置するワイヤ４１ｆも、スタック１１には固定されておらず、単に半田接続（図示せず）によって、下側のワイヤ４１ｅに固定されているだけである。