JP6294190B2

JP6294190B2 - 圧電アクチュエータおよびこれを備えたスピーカー

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Publication number: JP6294190B2
Application number: JP2014171725A
Authority: JP
Inventors: 瀬戸口　剛; 剛瀬戸口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: JP2016046472A

Description

本発明は、自動車エンジンの燃料噴射装置、インクジェット等の液体噴射装置、ＸＹテーブルの精密位置決め装置、マスフローコントローラ、スピーカー等に用いられる圧電アクチュエータおよびこれを備えたスピーカーに関するものである。

圧電アクチュエータとして、例えば、圧電体層および内部電極層が複数積層された柱状の積層体と、この積層体の対向する一対の側面にそれぞれ設けられた外部電極とを含む積層型圧電素子を、金属ケースの内部に収容して封止したものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。なお、積層型圧電素子においては、外部電極を積層体に接合する際に樹脂を含む導電性接着剤が用いられたり、積層体を被覆するように樹脂を用いた被覆層が設けられたりする場合がある。

特開２００１−１１１１２５号公報

近年、更に高温で使用できる圧電アクチュエータが求められている。ここで、積層型圧電素子を金属ケースで封止した圧電アクチュエータは、高温環境下におかれた状態あるいは駆動時の自己発熱により温度上昇して高温の状態になると、上述の積層型圧電素子に含まれる樹脂が分解して揮発し、その後冷却されたときに水分、酸成分となって金属ケース内に留まるおそれがある。そして、この水分により湿度が上昇したり、酸成分による電解性物質が存在したりすることで、内部電極層に用いられる導体成分（Ａｇ）がイオン化されやすくなり、導体成分（Ａｇ）のマイグレーションが加速され、積層型圧電素子が短絡するおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は高温下においても、積層型圧電素子の短絡が抑制された長期間安定して駆動する圧電アクチュエータおよびこれを備えたスピーカーを得ることである。

本発明の圧電アクチュエータは、積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の上端および下端が内壁に当接するように前記積層型圧電素子を収容した金属ケースとを含み、前記金属ケースは、前記積層型圧電素子の下面に上面が当接された基体と、前記積層型圧電素子の上面に下面が当接された蓋体と、下端部が前記基体に接合されるとともに上端部が前記蓋
体に嵌合されてなる筒体とを備え、前記蓋体と前記筒体との嵌合領域において屈曲した通気孔を有しているとともに、前記蓋体が前記筒体の内側に嵌め込まれており、前記通気孔が前記筒体に設けられた貫通孔と前記蓋体の外壁に設けられた溝とからなることを特徴とするものである。

また本発明は、前記圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータの端面が固着された振動板とを有していることを特徴とするスピーカーである。

本発明によれば、高温下においても導体成分（Ａｇ）のマイグレーションを抑止することができ、積層型圧電素子の短絡が抑制された長期間安定して駆動する圧電アクチュエータおよびこれを備えたスピーカーを実現できる。

（ａ）は本発明の圧電アクチュエータについて実施の形態の一例を示す概略断面図、（ｂ）は（ａ）に示す領域Ａの拡大図である。図１に示す積層型圧電素子の概略斜視図である。図１に示す圧電アクチュエータの要部拡大正面図である。図１に示す圧電アクチュエータの蓋体を省略した平面透視図である。本発明のスピーカーについて実施の形態の一例を示す断面図である。

以下、本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の例について図面を参照して説明する。

図１（ａ）は本発明の圧電アクチュエータについて実施の形態の一例を示す概略断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す領域Ａの拡大図であり、図２は図１に示す積層型圧電素子の概略斜視図である。

図１に示す圧電アクチュエータ１は、積層型圧電素子２と、当該積層型圧電素子２の上端および下端が内壁に当接するように積層型圧電素子２を収容した金属ケース３とを含み、金属ケース３が屈曲した通気孔３０を有している。

積層型圧電素子２は、図２に示すように、例えば圧電体層２１と内部電極層２２とが交互に複数積層された活性部２３と、活性部２３の積層方向の両端に配置された圧電体層２１から成る不活性部２４とを有する積層体２０を備えた圧電素子である。ここで、活性部２３は駆動時に圧電体層２１が積層方向に伸長または収縮する部位であり、不活性部２４は駆動時に圧電体層２１が積層方向に伸長または収縮しない部位である。

積層型圧電素子２を構成する積層体２０は、例えば縦４〜７ｍｍ、横４〜７ｍｍ、高さ２０〜５０ｍｍ程度の直方体状に形成されている。なお、図２に示す積層体２０は、四角柱形状であるが、例えば六角柱形状や八角柱形状などであってもよい。

積層体２０を構成する複数の圧電体層２１は、圧電特性を有する圧電磁器（圧電セラミックス）からなり、当該圧電磁器は平均粒径が例えば１．６〜２．８μｍに形成されたものである。圧電磁器としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）等からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などを用いることができる。

また、内部電極層２２は、例えば銀、銀−パラジウム、銀−白金、銅などで形成されたものであり、例えば正極と負極とがそれぞれ積層体２０の対向する一対の側面に互い違いに導出されている。この構成により、活性部２３において、積層方向に隣り合う内部電極層２２同士の間に挟まれた圧電体層２１に駆動電圧を印加するものである。

なお、積層体２０には、応力を緩和するための層であって内部電極層２２として機能しない多孔質の金属層等が含まれていてもよい。

そして、内部電極層２２の正極と負極とが互い違いに導出された積層体２０の対向する一対の側面には、それぞれ外部電極２５が被着され、導出された内部電極層２２と接合されている。外部電極２５は、例えば銀およびガラスの焼結体からなるメタライズ層であり、内部電極層２２と電気的に導通されている。なお、後述するように、外部電極２５にはリード線１１がはんだ１２によって取り付けられていて、リード線１１を介して駆動電圧が印加されるようになっている。

一方、積層体２０の対向する他の一対の側面には、内部電極層２２の正極および負極の
両極が露出しており、この側面には例えば酸化物からなる被覆層２６が形成されている。被覆層２６の形成により、駆動時に高電圧をかけた際に発生する両極間での沿面放電を防止することができる。この被覆層２６を形成する酸化物としては、セラミック材料が挙げられ、特に、圧電アクチュエータを駆動した際の積層体２０の駆動変形（伸縮）に追随でき、被覆層２６が剥がれて沿面放電が生じるおそれのないように、応力によって変形可能な材料であることが好ましい。具体的には、応力が生じると局所的に相変態して体積変化して変形可能な部分安定化ジルコニア、Ｌｎ_１−ＸＳｉ_ＸＡｌＯ_{３＋０．５Ｘ}（Ｌｎは、Ｓｎ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，ＴｍおよびＹｂのうちから選ばれるいずれか少なくとも一種を示す。ｘ＝０．０１〜０．３）などのセラミック材料、あるいは、生じた応力を緩和するように結晶格子内のイオン間距離が変化するチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電材料が挙げられる。この被覆層２６は、例えばインク状にした後、ディッピングやスクリーン印刷によって積層体２０の側面に塗布され、焼結することによって形成される。

そして、圧電アクチュエータ１は、積層型圧電素子２の上端および下端が内壁に当接するように積層型圧電素子２を収容した金属ケース３を含み、金属ケース３が屈曲した通気孔３０を有している。

ここで、圧電アクチュエータ１を構成する金属ケース３は、例えば図１に示すように、積層型圧電素子２の下面に上面が当接された基体３１と、積層型圧電素子２の上面に下面が当接された蓋体３２と、下端部が基体３１に接合されるとともに上端部が蓋体３２に嵌合されてなる筒体３３とを備えている。

金属ケース３を構成する筒体３３は、例えばＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどの金属材料からなり、所定の形状でシームレス管を作製した後、圧延加工や静水圧プレスなどによりベロー（蛇腹）形状に形成したものである。この筒体３３は、積層型圧電素子２に電圧を印加した際に積層型圧電素子２（積層体２０）の伸縮に追従できるように、所定のバネ定数を有しており、厚み、溝形状および溝数によってそのバネ定数が調整されている。そして、筒体３３の上端部（蓋体３２側の端部）は円筒状に形成されたものであるが、筒体３３の下端部（基体３１側の端部）は径方向外側に向かって広がるいわゆるラッパ状に形成されたものである。このように、筒体３３の下端部がラッパ状になっていることで、筒体３３が鍔部を有するような構造になっている。そして、後述するように、下端部が基体３１に接合されるとともに上端部が蓋体３２に嵌合されている。

また、金属ケース３を構成する基体３１は、例えばＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどの金属材料で円板状に形成されたもので、図では周縁部が薄肉になっている。また、基体３１にはリードピン１３を挿通可能な貫通孔が２つ形成されており、リード線１１と電気的に接続されたリードピン１３を貫通孔に挿通させて外部電極２５と外部回路とを電気的に接続できるようになっている。そして、貫通孔の隙間には軟質ガラス１４が充填されていて、リードピン１３が固定されている。基体３１の上面の中央部には積層型圧電素子２の下面が当接していて、基体３１の上面の周縁部には筒体３３の下端部（鍔部）が溶接されている。

また、金属ケース３を構成する蓋体３２は、筒体３３および基体３１と同様に例えばＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどの金属材料からなり、外径が筒体３３の内径と同じ程度に形成されたもので、筒体３３の上端部の開口に嵌め込まれて、筒体３３の上端部の近傍の内壁にその外周面を溶接されている。蓋体３２の下面には凹部が形成されていて、この凹部に積層型圧電素子２の上面が当接している。なお、凹部の内周壁面を覆うように絶縁材５が設けられており、外部電極２５同士の導通が防止されている。

なお、積層型圧電素子２に圧縮荷重をかけた状態で、基体３１と筒体３３とが溶接されるとともに、蓋体３２と筒体３３とが溶接されて、金属ケース３が積層型圧電素子２を収容している。

そして、金属ケース３が屈曲した通気孔３０を有している。

金属ケース３に通気孔３０が形成されない場合において、高温環境下におかれた状態あるいは駆動時の自己発熱により温度上昇して高温の状態になると、積層型圧電素子２に含まれる樹脂が分解して揮発し、その後冷却されたときに水分、酸成分となって金属ケース３内に留まるおそれがある。これにより、導体成分（例えばＡｇ）のマイグレーションが加速され、積層型圧電素子２が短絡するおそれがある。

これに対し、本例の圧電アクチュエータ１によれば、高温下で金属ケース３内の気圧が上昇するので、積層型圧電素子２に含まれる樹脂が分解されて発生した水分や酸成分が、通気孔３０から金属ケース３の外へ放出される。すなわち、通気孔３０は、金属ケース３内と外部とをつなぐ流路ということもできる。一方、駆動停止による積層型圧電素子２の温度低下に伴って、金属ケース３内の気圧が下がり、外気が金属ケース３内に導入されるような場合でも、積層型圧電素子２よりも金属ケース３のほうが低温になり、通気孔３０の屈曲部に外気の水分が付着する（結露する）などして、水分の侵入を抑制できる。したがって、高温下においても導体成分（例えばＡｇ）のマイグレーションを抑止することができ、積層型圧電素子２の短絡が抑制された長期間安定して駆動する圧電アクチュエータ１を実現できる。

ここで、図に示すように、上記構成の金属ケース３の場合において、蓋体３２と筒体３３との嵌合領域において屈曲した通気孔３０を有しているのが好ましい。蓋体３２と筒体３３との嵌合領域は、積層型圧電素子２が伸縮するとき、金属ケース３内の空間で最も動く場所となっている。この嵌合領域がポンプのように作用することで、内部の水分や酸成分が屈曲した通気孔３０から放出されやすくなる。さらに、嵌合領域は強度が大きいので、長期間駆動しても通気孔３０がつぶれることなく変形しない。したがって、長期間にわたって導体成分（例えばＡｇ）のマイグレーションを抑止することができる。

具体的には、蓋体３２が筒体３３の内側に嵌め込まれており、通気孔３０が筒体３３に設けられた貫通孔３０１と蓋体３２の外壁に設けられた溝３０２とからなる構成が挙げられる。

例えば、蓋体３２に屈曲した貫通孔を設けて通気孔３０を形成してもよく、筒体３３の内壁に溝を設けるとともに蓋体３２を貫通する貫通孔を設けるか、または筒体３３の内壁に溝を設けるとともに蓋体３２の外壁に溝を設けることによって通気孔３０を形成してもよいが、本例のように筒体３３に設けられた貫通孔３０１と蓋体３２の外壁に設けられた溝３０２とで通気孔３０を形成することで、容易に屈曲した通気孔３０を作製することができる。また、積層型圧電素子２は蓋体３２の外壁よりも内側に配置され、溝３０２の延長上には位置していないので、外気が金属ケース３の内部に入り込んだとしても、積層型圧電素子２に外気が直接触れることは抑制され、積層型圧電素子２に外気に含まれる水分が付着することは抑制される。したがって、導体成分（例えばＡｇ）のマイグレーションを抑止することができる。

なお、図では貫通孔３０１は径方向（図の左右方向）に真っ直ぐに貫通して設けられているが、傾斜して設けられてもよい。例えば、貫通孔３０１が圧電アクチュエータ１の使用時に斜め下方向を向くように傾斜して設けられてもよく、この場合、外気の水分が貫通孔３０１の内壁に付着しても、付着した水分が傾斜面にそって外部に流れ出るなどして、
水分の内部への侵入を抑制できる。

また、図３に示すように貫通孔３０１の径が溝３０２の幅以上の大きさであるのが好ましく、これにより、高温下の金属ケース３内で樹脂が分解することにより発生した水分や酸成分が、通気孔３０から金属ケース３の外へ放出されやすくなる。特に、貫通孔３０１の径が溝３０２の幅よりも大きいことで、貫通孔３０１と溝３０２との境界部分に外気の水分が付着する（結露する）などして、水分の侵入をより抑制できる。したがって、導体成分（例えばＡｇ）のマイグレーションをより抑止することができる。

また、溝３０２が積層型圧電素子２の積層方向に延びて設けられていることにより、溝３０２の長さが最短となるため、高温下の金属ケース３内で樹脂が分解することにより発生した水分や酸成分が、さらに金属ケース３の外へ放出されやすくなる。したがって、Ａｇのマイグレーションをさらに抑止することができる。

さらに、図４に示すように、通気孔３０は積層型圧電素子２の外部電極２５の延長上と対向するように設けられているのが好ましい。なお、通気孔３０が積層型圧電素子２の外部電極２５の延長上と対向するように設けられているとは、図４のように平面透視したときに、積層型圧電素子２（積層体２０）の側面のうち外部電極２５が形成されていない面とは対向せず、積層型圧電素子２（積層体２０）の側面のうち外部電極２５が形成された面と対向するような位置に設けられていることを意味する。積層型圧電素子２（積層体２０）の外部電極２５が形成されていない側面には、内部電極層２２の＋極及び−極の両極の端部が達するようになっている場合があるが、少なくとも外部電極２５が設けられた面には内部電極層２２の＋極及び−極のうちの一方のみ達するようになっている。したがって、上記構成によれば積層型圧電素子２の内部電極の＋極及び−極の両極が形成された面に外気がより触れにくくなっているため、これによる導体成分（例えばＡｇ）のマイグレーションを抑止することができる。

次に、本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ１の製造方法について説明する。

まず、圧電体層２１となるセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、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なるバインダーと、可塑剤とを混合してセラミックスラリーを作製する。そして、周知のドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成型法を用いることにより、このセラミックスラリーからセラミックグリーンシートを作製する。圧電セラミックスとしては、圧電特性を有するものであればよく、例えば、ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３からなるペロブスカイト型酸化物などを用いることができる。また、可塑剤としては、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ），フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）などを用いることができる。

次に、内部電極層２２となる導電性ペーストを作製する。具体的には、銀−パラジウム合金の金属粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することによって、導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上にスクリーン印刷法を用いて印刷し、次に、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複数枚積層するとともに積層方向の両端部に導電性ペーストが印刷されていないセラミックグリーンシートを複数枚積層して積層成形体を得る。この積層成形体を所定の温度で脱バインダー処理した後、９００〜１２００℃で焼成することによって積層体２０が得られる。

次に、積層体２０の側面のうち両方の内部電極層２２（正極および負極）の端部が達する一対の側面に、酸化物のインクをスクリーン印刷によって印刷した後、９００〜１２００℃で焼成し、被覆層２６を形成する。

酸化物のインクは、酸化物の粉体を溶剤、分散剤、可塑剤、及びバインダーの溶液に分散させた後、３本ロールを数回通すことにより、粉体の凝集を解砕するとともに、粉体を分散させて作製される。

次に、メタライズ層から成る外部電極２５を形成する。まず、銀粒子およびガラス粉末にバインダーを加えて銀ガラス含有導電性ペーストを作製し、内部電極層２２の正極または負極が導出された積層体２０の対向する一対の側面にスクリーン印刷法によって印刷し、５００〜８００℃程度の温度で焼き付け処理を行なう。これにより、メタライズ層から成る外部電極２５を形成して積層型圧電素子２が完成する。

次に、外部電極２５とリード線１１をはんだ付けする。また、切削加工にて環状部を形成する（周縁部を薄肉にする）とともにおよび穴加工にて２つの貫通孔を形成してなる図１に示すような形状の基体３１を用意し、この基体３１に形成された２つの貫通孔にそれぞれリードピン１３を挿通するとともに隙間に軟質ガラス１４を充填して固定し、さらに基体３１の上面に積層型圧電素子２の下端部を接着剤で接着する。そして、積層型圧電素子２の外部電極２５にはんだ１２にてはんだ付けしたリード線１１と基体３１に取り付けられたリードピン１３とをはんだで接続する。

次に、ＳＵＳ３０４製のシームレスの円筒状の筒体３３に圧延加工によりベロー形状を形成する。なお、圧延加工時に金型形状を変更することにより、筒体３３の溝部の厚み、曲率半径などを変更することができる。また、筒体３３の下端部はラッパ状にひろがるように形成された鍔部を形成する。

そして、金属ケース３に通気孔３０を形成するために、筒体３３にパンチで貫通孔３０１を開ける。

この筒体３３の上端部の開口を塞ぐように、ＳＵＳ３０４製の蓋体３２を筒体３３の上端部に嵌め込んで、レーザー溶接で溶接する。ここで、金属ケース３に通気孔３０を形成するために、蓋体３２として外壁に溝３０２を切削で形成したものを用いる。

次に、筒体３３を基体３１に接着された積層型圧電素子２に被せ、所定の荷重で筒体３３を引張り、積層型圧電素子２に荷重を加える。この状態で、筒体３３の鍔部と基体３１とを抵抗溶接によって溶接する。

最後に、基体３１に取り付けられたリードピン１３に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、圧電体層２１を分極することによって、本実施の形態の圧電アクチュエータ１が完成する。そして、リードピン１３と外部電源とを接続して、圧電体層２１に電圧を印加することにより、各圧電体層２１を逆圧電効果によって大きく変位させることができる。

また、上述の圧電アクチュエータ１と、圧電アクチュエータ１の端面（蓋体側の端面）を振動板に固着することで、スピーカーとして使用することが可能となる。すなわち、本発明のスピーカーは、図５に示すように、圧電アクチュエータ１と、該圧電アクチュエータ１の端面が固着された振動板４とを有していることを特徴とするものである。

振動板４としては、振動可能な板状体であれば、身の回りにある板状のもののいずれも使用可能である。例えば、テーブルや壁、天井などを振動板とすることもできる。

電磁式スピーカーは、コイル巻きのため、高湿、高温下での信頼性が低いのに対し、上述の圧電アクチュエータ１を用いたスピーカーでは、高温下でも信頼性の高いスピーカー
を得ることができる。

本発明の実施例の一例としての圧電アクチュエータを以下のようにして作製した。

まず、平均粒径が０．４μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）を主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、バインダー及び可塑剤を混合したセラミックスラリーを作製し、ドクターブレード法で厚み１２０μｍの圧電体層となるセラミックグリーンシートを作製した。

このセラミックグリーンシートの片面に、銀−パラジウム（銀９５質量％−パラジウム５質量％）にバインダーを加えて作製した内部電極となる導電性ペーストを、スクリーン印刷法により印刷したセラミックグリーンシートを２６０枚積層し、その上下に導電性ペーストなしのセラミックグリーンシートを各２０枚積層した積層成形体を作製した。

次に、所定の大きさとなるようにダイシングソーマシンで積層成形体を切断した後、積層成形体を乾燥させ、焼成して積層体を作製した。焼成は、８００℃の温度を９０分保持した後、１０００℃で２００分間焼成した。積層体は直方体状であり、その大きさは、端面が縦５ｍｍ、横５ｍｍであり、高さが３５ｍｍであった。

次に、圧電体層と同じ材料からなるインクを作製し、それぞれ、被覆層の厚みが２０μｍとなるように、スクリーン印刷にて、内部電極層の両極が露出している積層体の側面に印刷し、その後、１０００℃で焼成し、積層体の側面に被覆層を形成した。

次に、銀粒子およびガラス粉末にバインダーを加えて銀ガラス含有導電性ペーストを作製し、これを積層体の側面にスクリーン印刷法によって印刷し、５００〜８００℃程度の温度で焼き付け処理して外部電極を形成した後、はんだ付けにて外部電極にリード線を接続した。

また、ＳＵＳ３０４で円板状の基体を作製した。具体的には、切削にて溶接部となる環状突起（図示せず）を設け、２箇所に貫通孔を形成した図１に示す形状の基体を作製した。そして、基体に形成された貫通孔に軟質ガラスでリードピンを取り付けた。なお、環状突起は、高さ０．２ｍｍ、幅０．５の断面三角形状とした。

次に、基体の上面に積層体を接着剤で固定し、外部電極にはんだ付けしたリード線と基体に取り付けられたリードピンとをはんだ付けで接続した。

次に、ＳＵＳ３０４で円板状の蓋体を作製し、幅０．３ｍｍ、深さ０．３ｍｍの溝を切削で形成した。

また、ＳＵＳ３１６Ｌ製の厚み０．１５ｍｍのシームレスの円筒に圧延加工によりベロー形状とラッパ状の下端部（鍔部）を形成した筒体を作製した。圧延加工後、パンチを用い、筒体に０．３ｍｍ、及び０．５ｍｍの穴を形成した。

筒体の穴と蓋体の溝との位置を合わせ、レーザー溶接で溶接してなる筒体および蓋体を、基体に接着した積層型圧電素子に被せ、所定の荷重で筒体および蓋体を引張り、積層型圧電素子に荷重を印加した後、筒体の下端部（鍔部）と基体の環状部との当接部（環状突起）を抵抗溶接で溶接し、積層型圧電素子の封止を行なった。すなわち、筒体の穴と蓋体の溝とで形成された通気孔を有する金属ケースを作製するとともに、該金属ケースの内部に積層型圧電素子を収納した。

次に、真空チャンバーにて真空引きして金属ケース内（収納空間）の酸素を抜いた後、真空チャンバーへ窒素ガスを注入し、金属ケース内（収納空間）の窒素パージを行なった後、窒素パージ用の穴をレーザー溶接で溶接して穴を塞ぎ、窒素パージを完了させた。

最後に、これらの試料の２本のリードピンに３ｋＶ／ｍｍの直流電界を１５分間印加して分極処理を行ない、本発明の実施例となる圧電アクチュエータ（試料番号１，２）を作製した。

一方、比較例として、筒体の穴と蓋体の溝は形成せずに、通気孔を有していない金属ケースの圧電アクチュエータ（試料番号３）を作製した。

得られた圧電アクチュエータの積層型圧電素子に１７０Ｖの直流電圧を印加したところ、すべての圧電アクチュエータにおいて、積層方向に変位量が得られた。

さらに、これらの圧電アクチュエータについて、１４０℃の環境下で電圧２００Ｖにて駆動し続ける高温連続駆動試験を行なった。その結果を表１に示す。

表１から、本発明の実施例の圧電アクチュエータ（試料番号１、２）は、１０００時間の連続駆動試験後において、変位量の変化がほとんどなく、必要な有効変位量を維持しており、また、絶縁抵抗の低下もなく、長期使用しても安定した変位量が得られることが分かった。

これに対し、比較例の圧電アクチュエータ（試料番号３）は、４５時間後に停止していた。この試料を確認したところ、絶縁抵抗が１×１０＾６Ω以下まで低下していた。金属ケースを分解し、積層型圧電素子を確認したところ、積層型圧電素子の側面でＡｇのマイグレーションが発生し、その一部が短絡しているのが観察された。

１・・・圧電アクチュエータ
２・・・積層型圧電素子
２０・・・積層体
２１・・・圧電体層
２２・・・内部電極層
２３・・・活性部
２４・・・不活性部
２５・・・外部電極
２６・・・被覆層
３・・・金属ケース
３１・・・基体
３２・・・蓋体
３３・・・筒体
３０・・・通気孔
３０１・・・貫通孔
３０２・・・溝
４・・・振動板
５・・・絶縁材
９・・・軟質ガラス
１１・・・リード線
１２・・・はんだ
１３・・・リードピン
１４・・・軟質ガラス

Claims

積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の上端および下端が内壁に当接するように前記積層型圧電素子を収容した金属ケースとを含み、
前記金属ケースは、前記積層型圧電素子の下面に上面が当接された基体と、前記積層型圧電素子の上面に下面が当接された蓋体と、下端部が前記基体に接合されるとともに上端部が前記蓋体に嵌合されてなる筒体とを備え、前記蓋体と前記筒体との嵌合領域において屈曲した通気孔を有しているとともに、
前記蓋体が前記筒体の内側に嵌め込まれており、前記通気孔が前記筒体に設けられた貫通孔と前記蓋体の外壁に設けられた溝とからなることを特徴とする圧電アクチュエータ。
前記貫通孔の径が前記溝の幅以上の大きさであることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
前記溝が前記積層型圧電素子の積層方向に延びて設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
前記積層型圧電素子は、圧電体層と内部電極層とが積層された積層体と、該積層体の側面に設けられた外部電極とを含む柱状体であって、前記通気孔は前記積層型圧電素子の前記外部電極の延長上と対向するように設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータの端面が固着された振動板とを有していることを特徴とするスピーカー。