JP3203493B2 - 複合多連型積層セラミックアクチュエータ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のアクチュエータ
機構を同一素子で得られる積層型セラミックアクチュエ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】メカトロニクス機器や光関連装置の急速
な発展に伴いサブミクロン精度での超精密位置決め用超
小変位制御素子として、また、プリンタ用ヘッド，リレ
ー等の高速応答固体素子として圧電アクチュエータが使
用されている。なかでも積層セラミックアクチュエータ
は圧電セラミック層の薄膜化により１００Ｖ以下の低電
圧駆動が可能で、かつ、素子構成に接着剤等の有機物を
使用せず、一体焼結されているため経時変化が少なく、
高品質である。その積層セラミックアクチュエータは、
大別してバイモルフ型とスタック型がある。

【０００３】図１（ａ）は、スタック型積層セラミック
アクチュエータであり、内部電極２はグリーンシート４
上に部分的かつ棒状にスクリーン印刷されている。図１
（ｂ），（ｃ）に示されるように、積層体内には内部電
極が互いに重なっているところには、活性部ができ、外
部電極１によって互いの電極に電圧をかけると活性部は
伸縮する。重なっていないところは不活性部になる。

【０００４】又、もう一つ代表的なものに、図２（ａ）
に示されているようなバイモルフ型積層セラミックアク
チュエータがある。これは、内部電極２がグリーンシー
ト４上全面にスクリーン印刷されているため、不活性部
分は積層体内から除去され、すべて、活性部となる。

【０００５】又、近年では、実装機器の小型化が急速に
進み、複合デバイス化と高信頼性素子の要求が高くなっ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スタッ
ク型積層セラミックアクチュエータにおいては、図１
（ｂ），（ｃ）に示されるように、積層体内には不活性
部ができるため、活性部との境界で応力集中が発生し、
そのため該積層体にクラック等が発生しショートしてし
まうという問題があった。

【０００７】そこで、上記問題を解決するために図２
（ａ）に示されているようなバイモルフ型積層セラミッ
クアクチュエータが開発される。即ち、内部電極がグリ
ーンシート上全面にスクリーン印刷されており、不活性
部分を積層体内から除去できる。

【０００８】しかし、内部電極が外部に露出するため高
湿度環境下や水滴付着などで絶縁劣化が生じやすいとい
う問題があった。

【０００９】本発明の課題は、不活性部分を極力少なく
し、かつ、高湿度環境下や水滴付着などによる絶縁劣化
を少なくすることのできる複合多連型積層セラミックア
クチュエータおよびその製造方法を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、内部に
第１の内部電極と第２の内部電極が交互に積層されて構
成されたブロックを有する平板形状の複合多連型積層セ
ラミックアクチュエータにおいて、前記第１の内部電極
は第１の導電領域を有し、前記第２の内部電極は棒状の
第２の導電領域を有し、前記第２の導電領域が前記第１
の導電領域より外部に露出しないように、かつ、前記第
１の内部電極と前記第２の内部電極とが重ならないとこ
ろで切断することにより、前記ブロックに複数の互いに
独立し、前記第１の内部電極と前記第２の内部電極とが
重なって形成される平面櫛状の活性部を設けたことを特
徴とする複合多連型積層セラミックアクチュエータが得
られる。

【００１１】又、本発明によれば、シート表面の全領域
の内の一部に第１の導電領域としての第１の導電パター
ンがスクリーン印刷された第１のグリーンシート片を形
成する工程と、棒状の一方向に延びる第２の導電領域と
しての第２の導電パターンが複数本、平行かつ互いに間
隔を置いてスクリーン印刷された第２のグリーンシート
片を作成する工程と、スクリーン印刷された前記第１及
び前記第２のグリーンシート片を交互に複数積層し、積
層体を形成する工程と、前記積層体のうち、前記第２の
導電領域を除いた領域と前記第１の導電領域とが重なる
部分の一部を、前記第２の導電領域が前記積層体の外部
に露出しないように切断し、前記積層体に複数の互いに
独立した櫛状の活性部を形成する工程とを有することを
特徴とする複合多連型積層セラミックアクチュエータの
製造方法が得られる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して具体的
に説明する。

【００１３】図４（ａ），（ｂ）において、グリーンシ
ート４は、ＰＺＴ仮焼粉末とバインダ（ＰＶＢ）と溶剤
をホモミキサにて混練してスラリーを得、該スラリーを
ドクターブレード法を用い離型フィルム上に流し込んで
作成される。内部電極２は、Ａｇ：Ｐｄ＝７：３の割合
の混合粉に少量のＰＺＴを添加した導電ペーストよりな
り、図４（ａ），（ｂ）に示されるように、２種類のパ
ターンに、グリーンシート４上にスクリーン印刷され
る。

【００１４】次に、図４（ｃ）に示されるように、グリ
ーンシート４上に複数の同じパターンにスクリーン印刷
された内部電極２をグリーンシート４と共に打ち抜き、
互いに異なる２種類の電極付グリーンシートを交互に積
層し、熱プレスし、脱バインダ工程を行って図４（ｄ）
に示すプレス体５を得る。

【００１５】次に、プレス体５を焼成してアクチュエー
タ素子を得、該アクチュエータ素子の一端部をダイミン
グソーで切断して、図４（ｅ）に示すように複数の独立
した活性部を備える複合多連型積層セラミックアクチュ
エータを得る。

【００１６】図３（ａ）に示すように、図４（ｂ）のよ
うにパターン印刷された内部電極２が外部に露出しない
ように、かつ、図４（ａ）のようにパターン印刷された
内部電極２と図４（ｂ）のようにパターン印刷された内
部電極２とが重ならないところでかつ図４（ａ）のよう
にパターン印刷された内部電極２の部分を切断し、図４
（ａ）のようにパターン印刷された内部電極２の一部に
一か所外部電極を取り付け、図４（ｂ）のようにパター
ン印刷された複数の棒状の内部電極２にそれぞれ外部電
極を取り付けて本発明の複合多連型積層セラミックアク
チュエータを得る。

【００１７】図３（ｂ），（ｃ）で明らかなように、不
活性部領域を極力少なくし、かつ、外部露出面積をも極
力少なくして耐久性、耐湿性を増している。

【００１８】次に、本発明（４本の独立した素子を設け
た場合）のアクチュエータと従来のバイモルフ型アクチ
ュエータとの高温下および耐湿下における比較試験の分
析を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】グリーンシート厚３０μｍ、積層数を４０
層、焼成上り寸法（縦，横，厚さ）１８ｍｍ×２０ｍｍ
×１ｍｍのアクチュエータ素子を作成し、４本の活性部
はいずれもＤＣ３０Ｖの印加で１μｍ以上の変位を示し
良好な結果を示した。

【００２１】そのアクチュエータ素子と従来のバイモル
フ型のアクチュエータ素子をそれぞれ２０個を用意し、
高室温下（８５℃）で、５００時間連続して印加電圧３
０Ｖを電極間にかけ続ける高温負荷試験と、高湿度下
（湿度９０％，８５℃）で、１００時間連続して印加電
圧３０Ｖを電極間にかけ続ける耐湿負荷試験を行い、そ
の比較分析結果を表１を参照して詳述する。

【００２２】従来のバイモルフ型のアクチュエータ素子
は、高温負荷試験においては、不良品はなしであった
が、耐湿負荷試験において、耐湿負荷時間１００時間で
全数（２０個）不良になった。それに対して、本発明の
アクチュエータ素子は、高温負荷試験においては、不良
品はなしであり、かつ、耐湿負荷試験において、従来の
バイモルフ型のアクチュエータ素子の時と同一条件で２
０％（４個）不良が発生し、大幅に耐湿性が改善された
ことがわかる。

【００２３】

【発明の効果】本発明のアクチュエータ及びその製造方
法によれば、不活性部分を極力少なくすることによっ
て、活性部との境界での応力集中の発生をなくし、該積
層体におけるクラック等の発生によるショートを防ぎ、
又、内部電極を外部に露出する領域を少なくすることに
よって高湿度環境下における水滴付着などによる絶縁劣
化を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は従来のアクチュエータの構造を示
す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示されるアクチュ
エータのＡ−Ａ´線より見た一部断面側面図、図１
（ｃ）は図１（ａ）に示されるアクチュエータのＢ−Ｂ
´線より見た断面正面図である。

【図２】図２（ａ）は従来の別のアクチュエ−タの構造
を示す斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示されるアク
チュエータのＡ−Ａ´線より見た一部断面側面図、図２
（ｃ）は図２（ａ）に示されるアクチュエータのＢ−Ｂ
´線より１見た断面正面図である

【図３】図３（ａ）は本発明のアクチュエータの構造を
示す図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示されるアクチュエ
ータのＡ−Ａ´線より見た一部断面図、図３（ｃ）は図
３（ａ）に示されるアクチュエータのＢ−Ｂ´線より見
た断面図である。

【図４】図４（ａ），（ｂ）はアクチュエータ素子の構
造を示す図である。図４（ｃ）は図４（ａ），（ｂ）に
示されるアクチュエータ素子を積層する方法を示した
図、図４（ｄ）は図４（ｃ）に示された方法で積層され
たアクチュエータ素子を熱プレスして得られるアクチュ
エータを示す斜視図である。図４（ｅ）は図４（ｄ）に
示されるアクチュエータの一端部を切断したアクチュエ
ータを示す図である。

【符号の説明】

１ 外部電極 ２ 内部電極 ３ リード線 ４ グリーンシート ５ プレス体

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に第１の内部電極と第２の内部電極
   が交互に積層されて構成されたブロックを有する平板形
   状の複合多連型積層セラミックアクチュエータにおい
   て、 前記第１の内部電極は第１の導電領域を有し、前記第２
   の内部電極は棒状の第２の導電領域を有し、前記第２の
   導電領域が前記第１の導電領域より外部に露出しないよ
   うに、かつ、前記第１の内部電極と前記第２の内部電極
   とが重ならないところで切断することにより、前記ブロ
   ックに複数の互いに独立し、前記第１の内部電極と前記
   第２の内部電極とが重なって形成される平面櫛状の活性
   部を設けたことを特徴とする複合多連型積層セラミック
   アクチュエータ。
2. 【請求項２】 シート表面の全領域の内の一部に第１の
   導電領域としての第１の導電パターンがスクリーン印刷
   された第１のグリーンシート片を形成する工程と、 棒状の一方向に延びる第２の導電領域としての第２の導
   電パターンが複数本、平行かつ互いに間隔を置いてスク
   リーン印刷された第２のグリーンシート片を作成する工
   程と、 スクリーン印刷された前記第１及び前記第２のグリーン
   シート片を交互に複数積層し、積層体を形成する工程
   と、 前記積層体のうち、前記第２の導電領域を除いた領域と
   前記第１の導電領域とが重なる部分の一部を、前記第２
   の導電領域が前記積層体の外部に露出しないように切断
   し、前記積層体に複数の互いに独立した櫛状の活性部を
   形成する工程とを有することを特徴とする複合多連型積
   層セラミックアクチュエータの製造方法。