JPH03256376A - 積層型圧電アクチュエータ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はサブミクロンオーダーの超精密位置決め、高速
位置決めに使用される積層型圧電アクチュエータ素子及
びその製造方法に関する。

し従来の技術］ 積層型圧電アクチュエータ素子は第６図（Ａ）及び（Ｂ
）に示されるような構造になっている。すなわち、変位
を取り出す方向（以下、変位方向と記載する）以外の四
側面を外装樹脂で被覆し、変位方向の両端面はサブミク
ロンの変位を取り出すためにセラミックスが露出したセ
ラミックス露出部を有する構造となっている。一般に、
そのセラミックスは素子内で変位する圧電セラミックス
と同一組成である。

積層型圧電アクチュエータ素子とほぼ同じ内部構造をも
つ積層セラミックス電子部品であるセラミックス積層コ
ンデンサーが粉体塗装法により素子全体をエポキシ樹脂
などの訪湿性の樹脂で１旧厚程度の肉厚に被覆すること
により十分な耐湿性をもっているのに対して、積層型圧
電アクチュエータ素子は変位方向以外の四側面のみを樹
脂で外装し、その両端にセラミックスを露出した構造の
ため著しく耐湿性が悪いという欠点がある。

これはセラミックス露出部のセラミックスが充分に緻密
でないため、それを通して水分が進入することに原因が
ある。また、全体を樹脂で被覆していないために、上下
面のセラミックスと外装樹脂との密着が悪く、その隙間
から水分が進入するためである。しかしながら、変位方
向の露出したセラミックスはサブミクロンの変位を取り
出すため、また、積層型圧電アクチュエータ素子は変位
方向の寸法精度が必要なため柔らかい樹脂を外装被覆す
ることができない。

［発明が解決しようとする課題］ 従って、本発明は積層型圧電アクチュエータ素子のサブ
ミクロンの変位を取り出す際に、障害になることなく、
また、変位方向の寸法精度を損なうことなく、素子の耐
湿性を改善することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ すなわち、本発明は積層型圧電アクチュエータ素子にお
いて、該素子の樹脂で外装されていない変位方向の露出
したセラミックスが含浸により形成された有機樹脂皮膜
を有することを特徴とする積層型圧電アクチュエータ素
子に係る。

更に、本発明は積層型圧電アクチュエータ素子の製造方
法において、該素子の樹脂で外装されていない変位方向
の露出したセラミックスに有機樹脂を含浸させて有機樹
脂皮膜を形成することを特徴とする積層型圧電アクチュ
エータ素子の製造方法に係る。

［作　　用コ 本発明は積層型アクチュエータ素子をエポキシ樹脂など
の外装材で両端のセラミックスを除いて被覆する前に、
フェノール樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタ
ン樹脂、アクリル樹脂等の中で粘度が低く露出したセラ
ミックスに含浸させることができる程度粘度が低い前記
耐湿樹脂を積層型圧電アクチュエータ素子の変位方向の
両端面に含浸させることによって、積層型圧電アクチュ
エータ素子のサブミクロンの変位を取り出す際に障害に
なることなく、また、変位方向の寸法精度を損なうこと
なく、素子の耐湿性を改善するものである。

特に、本発明は小型の積層型圧電アクチュエータ素子を
作成することができる積層型圧電アクチュエータが内部
電極とセラミックス誘電体グリーンシートを一体焼結し
てなる積層型圧電アクチュエータ素子に有効である。

［実　施　例］ 以下、図を使用して本発明を更に詳細に説明する。

実施例 まず、一体焼成可能な積層型圧電アクチュエータ用材料
として好適であるＰ　ｂ（Ｚ　ｒ、Ｔ　ｉ）Ｏｓに第３
戒分として複合ペロブスカイト化合物を加え、ストロン
チウムで変性したセラミックス粉体をサンドミルで粉砕
し１ミクロン以下の粒径にする。

得られた粉末にバインダー、分散剤、活性剤、消泡剤を
加え、真空脱泡したのちドクターブレード法を用いてグ
リーンシートを作製する。得られたグリーンシートの厚
みは５５ミクロンであった。

次に、このシート上にスクリーン印刷法を用いて内部電
極層（白金）を印刷した。その後、７×１４ａ−の大き
さに切断後、内部電極の印刷していないグリーンシート
を３０枚、内部電極の印刷しであるグリーンシートを７
０枚、更に、内部電極の印刷していないグリーンシート
を３０枚積層し、加熱圧着し、脱脂し、１２００℃で焼
成して第１図に示すような積層焼結体を得た。このとき
積層体の内部電極間隔は３５ミクロンであり、内部電極
の厚みは５ミクロンであった。

この焼結体の上下面すなわち積層型圧電アクチュエータ
素子の変位方向に当たる面を研磨したのち、フェノール
溶液中に浸し、フェノール樹脂を積層体の表面に含浸さ
せて３０ミクロンのフェノール樹脂層を得た（第２図）
、このとき、真空含浸または加圧含浸などの方法を採る
ことができる。

次に、この焼結体の四側面を軽く研磨し、内部電極層を
露出させた後、内部電極層を除去し、得られた溝部に絶
縁樹脂を含浸し、硬化させて絶縁体層を形威し、軽く研
磨して切断後（第３図）、外部電極を形威しく第４図）
、シリコン樹脂で外装して縦３＋ａｍＸ横３ｍ＋ｍＸ高
さ５ｅ＋ｍの積層型圧電アクチュエータ素子を得たく第
５図）。

このようにして作製された圧電アクチュエータ素子の絶
縁抵抗を調べたところ７０Ｖで１００ＭΩ以上であり、
充分に絶縁されていること、また、変位を測定したとこ
ろ７０Ｖで４ミクロン変位し、充分変位することが分か
った。

樹脂を含浸させる際、圧電アクチュエータ素子として変
位しない上下面のみでなく、側面まで硬いフェノール樹
脂、エポキシ樹脂などを含浸させてしまうと、素子の変
位効率が悪くなる。また、これらの樹脂は時間が経つに
つれて硬化するので、素子の特性に経時変化が出てしま
うので圧電アクチエエータ素子の変化する側面に樹脂を
含浸させることは好ましくない。

更に、耐湿試験として、この素子を４０℃、相対湿度９
０％の雰囲気に２４時間放置後、絶縁抵抗を調べたとこ
ろ、７０Ｖで１００ＭΩ以上あり、充分耐湿性があるこ
とが判明した。これに対してフェノール樹脂を含浸して
いない素子は絶縁抵抗が数Ωまで低下しており、圧電ア
クチュエータ素子としての機能を果たさない。

なお、本実施例においては、Ｐ　ｂ（Ｚ　ｒ、Ｔ　ｉ）
Ｏ。

に第３戒分として複合ペロブスカイト化合物を加え、ス
トロンチウムで変性したセラミックス粉体を使用した積
層型圧電アクチュエータ素子について説明したが、材質
はこれに限定されるものではないことを理解されたい。

また、本発明の積層型圧電アクチュエータ素子の樹脂被
膜は本実施例では３０ミクロンとしたが、通常５〜１０
０ミクロン程度の厚さとすることができる。

［発明の効果コ 変位に関係のない露出したセラミックス上下面にのみ樹
脂を含浸することによって、緻密でないセラミックスを
通して水分が進入することを防ぐことができる。

また、露出したセラミックスの上下面近傍の側面にも樹
脂が含浸しているため、外装樹脂とのなじみがよく、そ
の隙間を通して水分が進入しにくい構造になっている。

そのため、積層型圧電アクチュエータ素子の耐湿性を著
しく向上させることができる。その際に、外装被覆して
いない素子に直接フェノール樹脂等を含浸させているた
め寸法精度を損なうことのない素子を作成することがで
きる。

更に、樹脂を含浸させるのが圧電アクチュエータ素子と
して変位しない上下面のみなので、素子の変位の効率が
悪くならない。また、これらの樹脂の時間が経つにつれ
て硬化し、素子の特性に経時変化がでることがない。

【図面の簡単な説明】 第１図は積層焼結体の模式図であり、第２図はフェノー
ル樹脂を含浸した後の積層焼結体の模式図であり、第３
図はフェノール樹脂を含浸した後の積層焼結体の切断部
分を破線で示した図であり、第４図は外部電極を形成し
、リード線を半田付けした素子の模式図であり、第５図
は外装被覆をした後の素子の模式図であり、第６図（Ａ
）及び（Ｂ）は従来品の圧電アクチュエータ素子の模式
図である。 第５図 第４図 第６図 （Ａ） （Ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．積層型圧電アクチュエータ素子において、該素子の
   樹脂で外装されていない変位方向の露出したセラミック
   スが含漬により形成された有機樹脂被膜を有することを
   特徴とする積層型圧電アクチュエータ素子。
2. ２．積層型圧電アクチュエータ素子の製造方法において
   、該素子の樹脂で外装されていない変位方向の露出した
   セラミックスに有機樹脂を含浸させて有機樹脂被膜を形
   成することを特徴とする積層型圧電アクチュエータ素子
   の製造方法。