JPH06132578A - 積層型アクチュエーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造工程が少なく容易に製造され、安定かつ
良好に作動する積層型アクチュエーターを提供すること
を目的とする。 【構成】 圧電的に活性なセラミック層１と層状内部電
極２とが交互に積層された積層体と、その側面に露出し
た内部電極に接触させた一対の外部電極６、７とから構
成される。複数の内部電極２は一対の外部電極の一方に
接触するようにスクリーン印刷技術によって形成され、
接触させない部分は内部電極と外部電極の間にスクリー
ン印刷技術により絶縁体４、５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気的エネルギーを変
位や力の機械エネルギーに変換するアクチュエーター、
さらに詳しくは圧電的に活性なセラミック層と層状内部
電極とが交互に形成された積層型アクチュエーターに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の積層型アクチュエーターは、代表
的には圧電的に活性なセラミック層とこれに交互に積層
されている内部電極からなる積層体を有しており、セラ
ミック層を介して互いに隣接する内部電極が対抗電極を
なすようにそれぞれが一対の外部電極の一方に接続され
ている。このため、内部電極は、外部電極の一方と接触
し他方と絶縁されるように積層体の側面で絶縁処理され
る。

【０００３】図２に、このような積層アクチュエーター
の構造の一例を示す。図２の積層型アクチュエーター
は、圧電的に活性なセラミック層１と層状内部電極２と
が交互に積層され、最外層には圧電的に不活性なセラミ
ック層３が設けられている積層体を有している。複数の
層状内部電極２は、一層毎に対抗電極を構成するように
積層体の側面においてガラス絶縁体４、５によって交互
に絶縁処理され、それぞれ一つおきに外部電極６、７
（７は下部に形成されるため図２では見えず、図示しな
い）に電気的に接続される。この積層アクチュエーター
を駆動するための電力の供給は導線８を通して行われ、
導線８は半田付けにて外部電極６、７に電気的に接続さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示す従来の積層型アクチュエーターにおいては、絶縁体
４、５及び外部電極６、７を形成するのに、それぞれを
形成させる側面毎に、すなわち図２では上面と下面毎に
形成せざるを得ず、製造工程が多いという欠点を有して
いる。

【０００５】また、絶縁体４、５は機能的に、露出する
内部電極を完全に電気的に外部電極と絶縁しなければな
らないが、その形成位置ズレが起きやすく、外部電極と
内部電極が導通してはいけないところでしてしまった
り、使用中に絶縁破壊してしまうという欠点も持ってい
る。そこで、本発明では、製造工程が少なく容易に製造
され、安定かつ良好に作動する積層型アクチュエーター
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電的に活性
なセラミック層と層状内部電極とが交互に積層された積
層体と、該積層体の側面に露出した前記内部電極に接触
させた一対の外部電極とから構成された積層型アクチュ
エーターにおいて、前記一対の外部電極を前記積層体の
同一側面上に設けたことを特徴とする積層型アクチュエ
ーター（請求項１）である。

【０００７】また、本発明は、好ましくは積層体の側面
に露出した内部電極が、一対の外部電極のうちの一方と
接触するように、他方の外部電極と内部電極との間にス
クリーン印刷技術により絶縁体を設ける（請求項２）。
さらに、本発明は、好ましくは積層体の同一側面上にス
クリーン印刷技術により一対の外部電極を設ける（請求
項３）。

【０００８】本発明の積層型アクチュエーターにおいて
は、積層体の側面に露出した内部電極に接触する一対の
外部電極を形成するのに、従来のように相対する側面上
ではなく、同一の側面上にスクリーン印刷技術等により
形成する。複数の層状内部電極と一対の外部電極とは、
セラミック層を介して互いに隣接する内部電極に交互に
逆極性の電圧が加わるように接触させる必要がある。そ
こで、接触させない（電気的に導通させない）内部電極
と外部電極の間にはスクリーン印刷技術等により絶縁体
を設けて絶縁する。

【０００９】

【作用】本発明の積層型アクチュエーターは、一対の外
部電極を積層体の同一側面上に設けたことを特徴とし、
製造工程数が少なく容易に製造でき、安定かつ良好に作
動するものである。製造工程が少ないのは、従来、相対
する側面にそれぞれ外部電極、絶縁体を形成（計４回の
工程）していたのに対して、本発明ではそれぞれ一回の
工程（計２回の工程）により一対の外部電極、絶縁体が
形成できることによる。

【００１０】また、スクリーン印刷の版と積層体の位置
出しさえ注意して作業を行えば、絶縁体の形成位置がず
れることも少なくなり、作動の安定した積層型アクチュ
エーターが得られる。図１は、本発明に係る積層型アク
チュエーターの一例である。この積層型アクチュエータ
ーは、圧電的に活性なセラミック層１、積層体の最外層
を形成する圧電的に不活性な不活性セラミック層３、個
々のセラミック層の間に互いに平行に伸びた層状内部電
極２、積層体の同一側面上に形成された絶縁体４、５、
同じく同一側面上に形成された外部電極６、７、積層型
アクチュエーターを駆動するための電力供給用の導線８
からなる。

【００１１】本発明でいうセラミック層とは、金属化合
物を高温処理してできる焼結体からなる層であり、圧電
的に活性なセラミック層を形成する物質としては、強誘
電体として知られるペロブスカイト型構造のBaTiＯ
₃（チタン酸バリウム）、PbZrＯ₃（ジルコニウム酸鉛）
とPbTiＯ₃（チタン酸鉛）の固溶体（ＰＺＴ）等が挙げ
られる。

【００１２】圧電的に不活性なセラミック層は、上記の
圧電的に活性なセラミック層に電圧がかからないように
して不活性なセラミックス層とするか、他にはアルミナ
(Al₂Ｏ₃ ）等が挙げられる。積層体の側面は、層状内部
電極２が露出するように積層されている。積層数をどの
位にするかは、アクチュエーターの用途に応じて任意で
あり、数十層積層したものから、大型のもので５００層
以上（積層体の全体の厚さが２００ｍｍ程度以上）のも
のまである。一般に、積層数を増やすことにより変位量
を大きくすることができる。

【００１３】層状内部電極は、たとえば、金、白金、
銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、ステンレス
等の不透明電極が用いられる。このような電極は、真空
蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等の真空
薄膜形成技術、スクリーン印刷技術、メッキ法などによ
り形成される。絶縁体４、５を形成するには、まず、例
えばエポキシ樹脂をスクリーン印刷技術により同時に印
刷する。その際、絶縁体４と５はそれぞれ露出した層状
内部電極上にひとつおきに互いに１８０度の位相を持っ
て印刷される。これは、スクリーン印刷用の版に１８０
度の位相を持ったパターンを形成しておけば同時に印刷
できる。印刷するときは、パターンの位置と露出した内
部電極の位置合わせに注意する。印刷されたエポキシ樹
脂は、通常の市販のものならば５０℃〜３００℃の温度
で焼成すれば絶縁体が形成できる。

【００１４】次に、外部電極６、７として、例えば市販
されている低温焼成銀ペーストを２本の帯状にスクリー
ン印刷技術により形成する。その際、外部電極６は絶縁
体４の上に、外部電極７は絶縁体５の上にそれぞれ正確
に印刷する必要がある。特に、絶縁体４、５の下に走っ
ている内部電極の露出している部分に外部電極が接触し
ないようにしなければならない。接触してしまった場合
には、使用時に電気的にショートしてしまう。印刷後、
銀ペーストを焼成すればよい。重要なことは、この一対
の外部電極を使用電圧に対して電極間で放電、ショート
しないだけの距離を十分とることである。距離の基準と
して、使用最高電圧が１ＫＶとすると２ミリメートルの
間隔はあけた方がよい。表面を絶縁材料例えばエポキシ
樹脂やシリコン樹脂で埋め、外部電極間をこれで充たせ
ば安全度は増すことができる。

【００１５】形成した外部電極に電力供給用導線８を半
田付けすることにより電気的に導通させる。なお、本発
明の絶縁体はエポキシ樹脂に限られるものではなく、他
の材料例えばガラスペーストを使用しても良い。この場
合、スクリーン印刷技術が用いられることは同じである
が、焼成処理温度が５５０℃〜６００℃程度に高くな
る。また、ガラスペーストを使用するときは焼成処理温
度が５５０℃〜６００℃と圧電素子のキュリー温度を越
えてしまうため圧電素子の分極を壊してしまう。電歪的
な使い方をするのであれば問題ないが、そうでない使い
方をするときには外部電極を形成した後に分極処理をす
る必要がある。

【００１６】本発明の外部電極は銀ペーストに限られる
ものではなく、銀−パラジウムペースト、銅ペースト、
カーボンペーストなどを用いて形成される。上記のよう
に積層型アクチュエーターを作製することにより、従来
の積層型アクチュエーターに比べ、作製時間を半分にす
ることができた。また、スクリーン印刷技術により、積
層体の側面に露出した内部電極、絶縁体、外部電極の位
置合わせが容易になり、良好に作動するアクチュエータ
ーが得られる。

【００１７】以下、実施例により本発明の積層型アクチ
ュエーターを詳細に説明する。

【００１８】

【実施例】〔積層体の作製〕約３００℃のキュリー温度
を持つPbZrＯ₃（ジルコニウム酸鉛）とPbTiＯ₃（チタン
酸鉛の固溶体（通称ＰＺＴ）の厚み０．５ｍｍ、一辺の
長さ１２ｍｍの正方形状のペレットの両面にスクリーン
印刷技術により銀ペーストを厚さ１０μｍ程度塗り、５
８０℃で焼結し、内部電極を形成する。１５０℃に加熱
したシリコンオイル中で２ＫＶの電圧を１時間加え、分
極処理をする。この後、有機溶剤で洗浄し表面に付着し
たシリコンオイルを洗い落とす。これを１００枚接着剤
で貼り合わせ、１５０℃で加熱し積層する。このとき、
分極された同じ極性の面同士が向かい合うように接着し
なくてはならない。また、最外層は圧電的に不活性とな
層となるアルミナ板を貼り合わせる。積層体の側面の表
面には、接着剤がはみ出してきているので、研削しては
み出した接着剤を除去し、内部電極がむき出しになるよ
うにする。

【００１９】こうして、セラミック層と層状内部電極の
交互に積層された積層体を形成した。 〔絶縁体・外部電極の作製〕絶縁体となるエポキシ樹脂
を、スクリーン印刷技術により露出した層状内部電極上
にひとつおきに互いに１８０度の位相を持つように印刷
し、１５０℃で焼成して絶縁体を形成した。

【００２０】次に、一対の外部電極として、低温焼成銀
ペーストを２本の帯状にスクリーン印刷技術により印刷
し、１５０℃で焼成して一対の外部電極を形成した。最
後に、形成した外部電極に電力供給用導線８を半田付け
することにより、本発明の積層型アクチュエーターを作
製した。出来上がった積層型アクチュエーターは、使用
最高電圧５００Ｖをかけることにより、３５μｍの変位
量が得られた。

【００２１】

【発明の効果】以上の通り、本発明に従い、積層型アク
チュエーターの同一平面に絶縁体と外部電極を形成する
ことにより、従来の方法より工程が短縮され、作製時間
が短縮された。また、スクリーン印刷技術により、絶縁
体、外部電極の位置合わせが容易であり、安定かつ良好
に作動する積層型アクチュエーターが得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る積層型アクチュエーターの構造
の一例を示す斜視図である。

【図２】 従来の積層型アクチュエーターの構造の一例
を示す斜視図である。

【符号の説明】

１・・・圧電的に活性なセラミック層 ２・・・露出している層状内部電極 ３・・・端面を形成する圧電的に不活性なセラミック層 ４・・・絶縁部 ５・・・絶縁部 ６・・・外部電極 ７・・・外部電極 ８・・・導線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電的に活性なセラミック層と層状内部電
   極とが交互に積層された積層体と該積層体の側面に露出
   した前記内部電極に接触させた一対の外部電極とから構
   成された積層型アクチュエーターにおいて、前記一対の
   外部電極を前記積層体の同一側面上に設けたことを特徴
   とする積層型アクチュエーター。
2. 【請求項２】請求項１に記載の積層型アクチュエーター
   において、前記内部電極が前記一対の外部電極のうちの
   一方と接触するように、他方の外部電極と内部電極との
   間にスクリーン印刷技術により絶縁体を設けたことを特
   徴とする積層型アクチュエーター。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の積層型ア
   クチュエーターにおいて、スクリーン印刷技術により前
   記一対の外部電極を設けたことを特徴とする積層型アク
   チュエーター。