JPH04206786A - 圧電アクチュエータ - 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、微少位置決め機構やマスフローコントローラ
等に用いられる積層型圧電アクチュエータに関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来、積層型圧電素子は、複数の圧電磁器板に各々電極
を設け、積層化し何らからの手段で外部に電極を設ける
という方法で、外部からの電圧を印加していた。

第４図に従来の一般的な圧電素子の構造を示す。

図は、一般に交互型電極構造といわれるもので、圧電磁
器板１を積層化する前に内部電極２を一方の側に隙間を
設けて印刷し、その後回の様に隙間の部分が交互に側面
に露出するように積層化し、焼結を行う、焼結後、該側
面に一様に外部電極３を設けることにより、各層間交互
に電極を取り出すことが可能となる。この外部電極３に
、電圧を印加すべく外部リード＃Ｉ６をはんだづけする
。この構造により、リード線に電圧を印加すれば、圧電
磁器板各層間に同様に電圧が印加され、電圧に応じた変
位が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の積層型圧電素子は、側面に露出した内部電極の上
に、外部電極を設け、さらにその上にはんだづけを行っ
ている為、はんだづけを行う際に局所的に側面を加熱し
たり、あるいはフラックス等の汚れが付着する。側面の
汚れは、圧電素子の絶縁性に大きく関わり、わずかな汚
れが原因で絶縁抵抗が減少したり、あるいは時間に依存
して劣化するという問題点が生じる。

さらに、一般の共晶はんだでは、主成分が鉛とすずなの
で、非常に、イオン伝導し易い性質を持っている。その
為、はんだづけした部分から、圧電磁器板の層間をはん
だがイオン化し移動し、絶縁抵抗が劣化し、最後は絶縁
破壊に至るという問題点もある。また、変位する方向の
側面にはんだを付ける為、発生変位が拘束され、充分な
変位が得られないという問題点もあった。

以上、種々の問題点を解決する手段としては、特開昭６
２−２６２４７２号や、実開昭６２−１９６３６６号、
実開昭６３−１８５２６１号等により、積層体端面に周
りこみ電極を設け、使用装着時の接触により電圧を印加
する、リード線フリーあるいは、はんだフリーの素子を
発明しているが、それらはいずれも、必ず、端面のみに
電圧を印加せねばならないため使用条件が拘束されてし
まうという問題点を残していた。

本発明の目的は、はんだづけによる特性の低下及び劣化
を防ぎ、かつ非常に汎用性の高い圧電アクチュエータを
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決すべく、本発明は圧電素子の側面に設
けられた外部電極を、端面に別途設けた電極に接続し、
さらに、端面上に圧電素子の側面にその一部が突出する
よう形成された導体薄板を接着し、さらにその上に、圧
電素子端面とほぼ同面積で、かつ同形状の絶縁体を接着
した後、前述導体薄板の突出部にリード線をはんだづけ
したことを特徴とする圧電アクチュエータである。

〔実施例〕

本発明の１実施例を第１図に示す。素子構成の仕様は表
１に示した。

従来の構成と同様の方法で圧電素子を作成し、その端面
に、上下面共にＡｕ−Ｐｔの電極をスクリーン印刷によ
り設け、さらにその電極を夫々、側面衣　　１ の電極３に図のように接続した。この際の周りこみ電極
の材質もＡｕ−Ｐｔを用いた。この電極を全て焼き付け
た後に、上記端面の電極上に第２図の如く形成したＣｕ
の薄板にＮｉメツキを施した厚み０．２ｍｍの金属板４
をポリイミド系接着剤により接着し、硬化後その上に、
アルミナの基板５　（５Ｘ５Ｘ１ｍｍ）を同じ接着剤で
接着した。接着剤硬化後、側面に突出した金属板４のリ
ード線通し六８にリード線（テフロン被覆）６を通し表
１に示したはんだではんだづけを行った。従来との比較
を行う上で、表１と同一の仕様で側面からリード線を取
り出したものの試作も行った。上記２種類の圧電アクチ
ュエータの評価を行ったところ、表２のような特性を得
た。

表　　２ 静電容量は同一の材質、断面積、層数、板厚としている
ため、はぼ同じ値を示しているが、発生変位においては
、従来品よりも発明品の方が僅かながら大きな変位が得
られていることがわかる。

これは、従来品の場合は、側面にはんだづけすることに
よって、その変位方向の動きが拘束されてしまっている
為と思われる。絶縁抵抗においても発明品の方がほぼ１
ケタ程度、大きな値を示している。これは、前述の通り
、本発明品は側面にはんだづけをしない分だけ、不純物
の付着が少なく、より絶縁性が向上するためである。

次に、上記の圧電アクチュエータの絶縁抵抗の劣化性の
試験を行った。加速的にテストを行う為、１００℃に保
たれた恒温槽内に圧電アクチュエータを入れ、１００Ｖ
のＤＣ電圧を通電し続け、その時の絶縁抵抗の変化を調
べた。第３図にその結果を示す。

本試験では１０００時間の耐久性テストを行ったが、明
かに従来品は、絶縁抵抗値が劣化していることがわかる
。これは、はんだのマイグレーション等も大きな原因と
考えられるが、フラックスに含まれる塩素等も影響して
いる。

〔実施例２〕 次に、本発明に係るもう一つの実施例について説明する
。

まず、シート状の圧電セラミック部材と内部電極部材（
Ｐｔ）とが交互に積層された積層焼結体を作り、５ｘ５
ｘｉｏβになるよう加工を加えた。尚その際の仕様は、
表１と同様のものとした。次にそれにより得られた焼結
体を、第５図の（１）のように、側面に絶縁層（ガラス
ペースト）９を印刷・焼き付けし、次に（２）のように
内部電極２が一層おきに露出するようにダイシングソー
で絶縁層に溝入れを行い、（３）のようにその上がらＡ
ｕ−Ｐｔの外部電極３を印刷焼き付けすることにより、
内部電極を並列接続する。これにより、この外部電極３
に電圧を印加すれば本素子は圧電アクチュエータとして
作動する。次に、実施例１と同様に端面にＡｕ−Ｐｔ電
極を印刷・焼き付けし、さらに、側面の外部電極３と接
続するようＡｕ−Ｐｔ電極を周り込ませた後に焼き付け
を行った。そして、同様に第２図に用いた金属板をポリ
イミド系接着剤で上下面に貼りつけ、アルミナ基板をさ
らにその上部に接着後、第６図のように金属板４の突出
部にリード線６をはんだづけした。

上記の素子を実施例１と同様に実験を行った。

尚、本発明方式と従来方式の差を明かにするため、第５
図の（３）で得られた圧電素子の外部電極にはんだづけ
したものを作り、それを従来方式とした。表３は、本発
明の緒特性を示したものであるが、実施例１と同様に発
生変位、絶縁抵抗共に従来方式よりも大きな値を示して
いる。

表　　３ また、実施例１で行った絶縁抵抗の劣化特性を第７図に
示した。明らかに本発明品の方が劣化の度合が小さいこ
とがわかる。

尚、本実施例では、電極接続方法を交互電極型、溝入れ
型の２つに関して実施をしたが、他に電気泳動法等の電
極接続方法にも本発明は適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来不充分であった圧電素子の絶縁抵
抗の信頼性が大幅に向上でき、さらに汎用性の高い圧電
アクチュエータが提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧電アクチュエータの断面図、第
２図は本発明の金属板の外観図、第３図は本発明の圧電
アクチュエータの絶縁抵抗の劣化特性図、第４図は従来
の圧電アクチュエータの断面図、第５図は本発明に関わ
る別の実施例の製造法の説明図、第６図は本発明に関わ
る別の実施例のアクチュエータの構成図、第７図は本発
明に関わる別の実施例の絶縁抵抗の劣化特性を示す図で
ある。 ｌ：圧電磁器板、２：内部電極、３：外部電極、４：導
体薄板、５：絶縁体、６：リード線、７・はんだ、８：
り−Ｈ線通し穴、９：絶縁層、ｌＯ１溝 第１図 第２図 第３図 時　間（Ｈ） 第４図 第６図 ｑ 第７図 時間（Ｈ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電磁器板を多層化し、電圧を印加することによ
   り、変位を得るべく構成した積層型圧電素子において、
   上記素子の側面に設けられた外部電極を素子端面に設け
   た電極に接続し、この端面電極上に薄板の一部が側面に
   突出している構成の導体薄板を接着し、その上面に、圧
   電素子端面とほぼ同面積でかつ同形状の絶縁体を接着し
   たことを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. （２）請求項第１項の導体薄板の接着面積が、圧電素子
   の端面の面積とほぼ等しくなることを特徴とする圧電ア
   クチュエータ。