(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電体層と複数の内部電極とが交互に積層されており、前記圧電体層と前記内部電極との積層方向に延びる平行な二つの側面を有し、前記二つの側面に前記内部電極の端部が露出している積層型圧電体と、
前記積層型圧電体の前記二つの側面のそれぞれに設けられ、前記二つの側面に露出している前記内部電極の端部と接続されており、外部接続用導体が半田により接合される接合領域を有する外部電極と、
前記積層型圧電体の前記二つの側面のそれぞれに前記接合領域に隣接して設けられ、前記接合領域側において、前記積層型圧電体における前記圧電体層と前記内部電極との層間界面と平行とならない端部を有している半田止部と、
を備え、
前記半田止部の端部は、前記積層型圧電体の前記側面の互いに対向する平行な２つの辺の一方から他方に至る
積層型圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記半田止部の端部は、前記二つの側面に露出している前記内部電極の端部と交差していることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記内部電極は、前記積層型圧電体の二つの側面のそれぞれに設けられた前記外部電極の一方にのみ接続された第１内部電極と、前記外部電極の他方にのみ接続された第２内部電極とを有し、
前記第１内部電極および前記第２内部電極は、前記圧電体層を介して交互に積層されていることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型圧電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子に電圧を印加することにより駆動する、積層型圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、カメラのオートフォーカス機構において、レンズが取り付けられた軸を軸方向に移動させるために用いられるアクチュエータとして、積層方向に伸縮する積層型圧電アクチュエータがある。（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
図１は、特許文献１に記載の積層型圧電アクチュエータ２００の模式的斜視図である。積層型圧電アクチュエータ２００は、圧電セラミック層１０５ａ〜１０５ｊと内部電極１００ａ〜１００ｉとが積層された積層型圧電体１００と、外部電極１０１ａ，１０１ｂとを備える。外部電極１０１ａ，１０１ｂは、積層型圧電体１００の互いに対向する側面にそれぞれ設けられている。内部電極１００ａ，１００ｃ，１００ｅ，１００ｇ，１００ｉの一方側の端部は、外部電極１０１ｂに接続されている。内部電極１００ａ，１００ｃ，１００ｅ，１００ｇ，１００ｉは、外部電極１０１ｂ側から外部電極１０１ａ側に向かって延びている。内部電極１００ｂ，１００ｄ，１００ｆ，１００ｈの一方側の端部は、外部電極１０１ａに接続されている。内部電極１００ｂ，１００ｄ，１００ｆ，１００ｈは、外部電極１０１ａ側から外部電極１０１ｂ側に向かって延びている。【０００４】
さらに、外部電極１０１ａ，１０１ｂには、枠状の半田付着防止部材１０２ａ，１０２ｂがそれぞれ設けられている。半田付着防止部材１０２ａ，１０２ｂの枠内には、外部電極１０１ａ，１０１ｂへ電圧を印加するためのリード線１０３が半田１０４により接合されている。積層型圧電体１００は、圧電セラミック層１０５ａ〜１０５ｊと内部電極１００ａ〜１００ｉとの積層方向に分極処理されている。このため、積層型圧電アクチュエータ２００では、リード線１０３から電圧が印加されることにより、積層型圧電体１００が積層方向に伸縮する。積層型圧電アクチュエータ２００は、この伸縮を利用して、レンズを動かすように軸を軸方向に移動させる。【０００５】
一般に、積層型圧電アクチュエータでは、半田の塗布時に、外部電極における半田を塗布する領域の周辺の領域、または積層型圧電体の外部電極が形成されている側面以外の面に半田が付着すると、半田の拘束応力による伸縮量の低下や、絶縁抵抗の劣化等の問題が発生することがある。そこで、積層型圧電アクチュエータ２００では、半田付着防止部材１０２ａ，１０２ｂにより、半田１０４の塗布時に、外部電極１０１ａ，１０１ｂにおける半田１０４を塗布する領域の周辺の領域、または積層型圧電体１００の外部電極１０１ａ，１０１ｂが形成されている側面以外の面に半田が付着することが防止されている。【０００６】
また、特許文献２には、特許文献１における半田付着防止部材として機能するレジスト領域が設けられた積層型圧電アクチュエータが開示されている。特許文献２においては、半田付け領域とそれ以外の領域との間に帯状のレジスト領域を形成することで、半田の塗布時に、半田付け領域以外の領域に半田が付着することが防止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１５０２００号公報
【特許文献２】特開２００８−６６５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１，２に記載の積層型圧電アクチュエータでは、圧電セラミック層と内部電極との層間剥離が生じることがあるといった問題があった。このような層間剥離は、半田付け時における半田の収縮による応力によって、圧電セラミック層と内部電極との間の密着強度が低下しておこるものと考えられる。【０００９】
そこで、本発明の目的は、外部電極にリード線を接合する半田の収縮による応力に起因した、圧電体層と内部電極との間の密着強度の低下を抑制することができる、積層型圧電アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る積層型圧電アクチュエータは、積層型圧電体と、外部電極と、とを備える。積層型圧電体は、複数の圧電体層と複数の内部電極とが交互に積層されており、圧電体層と内部電極との積層方向に延びる平行な二つの側面を有し、二つの側面に内部電極の端部が露出している。外部電極は、積層型圧電体の二つの側面のそれぞれに設けられ、二つの側面に露出している内部電極の端部と接続されており、外部接続用導体が半田により接合される接合領域を有する。半田止部は、積層型圧電体の二つの側面のそれぞれに接合領域に隣接して設けられ、接合領域側において、積層型圧電体における圧電体層と内部電極との層間界面と平行とならない端部を有している。【００１１】
この構成において、半田止部は、積層型圧電体の二つの側面のそれぞれに接合領域に隣接して設けられ、接合領域側において、積層型圧電体における圧電体層と内部電極との層間界面と平行とならない端部を有している。このため、半田における半田止部と接している部分は、積層型圧電体における圧電体層と内部電極との層間界面と平行にならない。このため、半田付け時の半田の収縮による応力が圧電体層と内部電極との層間界面において積層方向に加わりにくく、積層型圧電体における圧電体層と内部電極との層間の密着強度の低下を抑制することができる。よって、圧電体層と内部電極との剥離の発生を防ぐことができる。なお、層間界面とは、積層方向に直交する平面である。【００１２】
本発明に係る積層型圧電アクチュエータにおいて、半田止部の端部は、二つの側面に露出している内部電極の端部と交差していることが好ましい。【００１３】
この構成では、圧電体層と内部電極との剥離の発生を防ぐことができる。【００１４】
本発明に係る積層型圧電アクチュエータにおいて、内部電極は、積層型圧電体の二つの側面のそれぞれに設けられた外部電極の一方にのみ接続された第１内部電極と、外部電極の他方にのみ接続された第２内部電極とを有し、第１内部電極および第２内部電極は、圧電体層を介して交互に積層されていることが好ましい。【００１５】
この構成では、積層型圧電アクチュエータの積層方向に対する伸縮を大きくすることができる。【００１６】
本発明に係る積層型圧電アクチュエータにおいて、半田止部の端部は、積層型圧電体の側面の互いに対向する平行な２つの辺の一方から他方に至ることが好ましい。【００１７】
この構成では、マザー基板をダイシングして個片化することで積層型圧電アクチュエータを製造する場合に、ダイシングする位置がばらついても半田止部を所望の形状にすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、半田止部は、積層型圧電体の二つの側面のそれぞれに接合領域に隣接して設けられ、接合領域側において、積層型圧電体における圧電体層と内部電極との層間界面と平行とならない端部を有している。このため、半田における半田止部と接している部分は、積層型圧電体における圧電体層と内部電極との層間界面と平行にならない。このため、半田付け時の半田の収縮による応力が圧電体層と内部電極との層間界面において積層方向に加わりにくく、積層型圧電体における圧電体層と内部電極との層間の密着強度の低下を抑制することができる。よって、圧電体層と内部電極との剥離の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】特許文献１に記載の積層型圧電アクチュエータの模式的斜視図。
【図２Ａ】実施形態に係る積層型圧電アクチュエータの構成の斜視図。
【図２Ｂ】実施形態に係る積層型圧電アクチュエータの構成の側面視図。
【図３Ａ】半田止部の第１の変形例を示す図。
【図３Ｂ】半田止部の第２の変形例を示す図。
【図３Ｃ】半田止部の第３の変形例を示す図。
【図４Ａ】半田止部の第４の変形例を示す図。
【図４Ｂ】半田止部の第５の変形例を示す図。
【図４Ｃ】半田止部の第６の変形例を示す図。
【図５】半田止部の第７の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る積層型圧電アクチュエータの好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図２Ａは本実施形態に係る積層型圧電アクチュエータの構成の斜視図を示し、図２Ｂは側面視図を示す。
【００２２】
図２Ａおよび図２Ｂに示す積層型圧電アクチュエータ１は、積層型圧電体２を備えている。積層型圧電体２は、圧電セラミック層２１と内部電極２２とが交互に積層されて形成されている。圧電セラミック層２１は、圧電体層である。圧電セラミック層２１は、圧電セラミック層２１と内部電極２２との積層方向に分極されている。すなわち、圧電セラミック層２１の分極方向は、圧電セラミック層２１と内部電極２２との積層方向と平行である。積層型圧電体２は、積層方向に長く、直方体形状を有している。以下では、積層方向に沿った四つの面において、ある対向する平行な二つの面を積層型圧電体２の側面とし、他の対向する平行な二つの面を積層型圧電体２の前面および背面とする。また、積層型圧電体２の二つの側面に直交する方向を、積層型圧電体２の幅方向とする。
【００２３】
図２Ａおよび図２Ｂに示す積層型圧電アクチュエータ１は、外部電極３１，３２を備える。外部電極３１，３２は、積層型圧電体２の二つの側面にそれぞれ設けられている。外部電極３１，３２は、内部電極２２を介して、圧電セラミック層２１に電圧を印加して積層型圧電アクチュエータ１を積層方向に伸縮させるために設けられている。外部電極３１，３２は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉあるいはこれらの金属の合金などにより形成されている。また、積層型圧電体２の内部電極２２は、積層方向の上側から順に積層された複数の内部電極２２ａ〜２２ｉを有している。複数の内部電極２２ａ〜２２ｉは、外部電極３１，３２の何れか一方に接続されている。具体的には、複数の内部電極２２ａ〜２２ｉは、積層型圧電体２の幅方向（複数の内部電極２２ａ〜２２ｉが延びる方向）の長さが積層型圧電体２の二つの側面間の長さより短い形状を有している。複数の内部電極２２ａ〜２２ｉは、第１の内部電極と第２の内部電極のいずれかであり、第１の内部電極と第２の内部電極とは積層方向において交互に配置される。
【００２４】
内部電極２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉは、第１内部電極である。内部電極２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉの一方側の端部は、外部電極３１に接続されている。内部電極２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉは、外部電極３１側から外部電極３２側に向かって水平（積層方向に対して直交方向）に延びている。このとき、内部電極２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉは、積層型圧電体２の幅方向の長さが積層型圧電体２の二つの側面間の長さより短いため、外部電極３２とは接続されていない。
【００２５】
また、内部電極２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｈは、第２内部電極である。内部電極２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｈは、内部電極２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉの間にそれぞれ位置する。内部電極２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｈの一方側の端部は、外部電極３２に接続されている。内部電極２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｈは、外部電極３２側から外部電極３１側に向かって水平（積層方向に対して直交方向）に延びている。このとき、内部電極２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｈは、積層型圧電体２の幅方向の長さが積層型圧電体２の二つの側面間の長さより短いため、外部電極３１とは接続されていない。
【００２６】
積層型圧電体２の前面および背面に内部電極２２の端部が露出しており、これら前面および背面は絶縁用保護膜３３，３４により覆われている。絶縁用保護膜３３，３４により、内部電極２２間のショートの発生が防止される。絶縁用保護膜３３，３４は、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂からなり、カーボン粒子が混在されている。なお、図２Ａでは、絶縁用保護膜３３，３４の図示は省略している。
【００２７】
絶縁用保護膜を完全な絶縁体とすると、以下のような問題が発生することがある。積層型圧電アクチュエータにおいて、圧電体層である圧電セラミック層は焦電性を有するため、温度変化が発生すると電荷が発生する。この電荷によって電界が発生するが、発生した電界の方向が圧電セラミック層の分極方向と反対側である場合、圧電セラミック層の分極度が低下してしまい、圧電性が低下することになってしまうことになる。そこで、絶縁用保護膜３３，３４にカーボン粒子を混在させ、発生した電荷をリーク電流として流すことで、斯かる問題の発生を防ぐことができる。
【００２８】
外部電極３１，３２には、半田止部５０が設けられている。半田止部５０は、端部の少なくとも一部が積層型圧電体２における圧電セラミック層２１と内部電極２２との層間界面と平行とならない形状を有している。図２Ｂに示すように、半田止部５０の端部は、直線状であって、積層型圧電体２における圧電セラミック層２１と内部電極２２との層間界面に対して傾斜している。
【００２９】
外部電極３１，３２のそれぞれにおける積層方向の上側の端部近傍であって、半田止部５０に隣接する領域は、接合領域４ａである。接合領域４ａには、それぞれ、外部接続用導体であるリード線４０が半田４１により接合されている。リード線４０により、外部電極３１，３２に電圧が印加される。電圧が印加されると、圧電セラミック層２１の分極方向が圧電セラミック層２１と内部電極２２との積層方向と平行であるため、積層型圧電体２が積層方向に伸縮する。半田止部５０は、半田４１の塗布時に、外部電極３１，３２のそれぞれにおける接合領域４ａの周辺の領域、または積層型圧電体２の側面以外の面に半田が付着するのを防止する。具体的には、半田止部５０は、接合領域４ａから溶融した半田４１が流れ出るのを防止する。
【００３０】
一般に、半田付け時に半田が収縮する際、半田では端部から中央部に向かう方向の応力が発生する。この半田の収縮応力は半田の端部側ほど大きくなる。半田の端部が圧電セラミック層と内部電極との層間界面と平行である場合には、半田の収縮応力が圧電セラミック層と内部電極との層間界面において積層方向に強く加わるため、半田の収縮応力によって圧電セラミック層と内部電極との密着強度が低下し、圧電セラミック層と内部電極とが剥離する可能性がある。特に、半田の端部が圧電セラミック層と内部電極との層間界面と同じ位置であると、半田の収縮応力が圧電セラミック層と内部電極との層間界面において積層方向により強く加わるため、圧電セラミック層と内部電極とが剥離する可能性は高くなる。また、外部電極に外部接続用導体が半田により接合された後に、積層型圧電体に再度分極を行う場合、圧電セラミック層の収縮によって半田の収縮応力とは逆方向の応力が発生するため、圧電セラミック層と内部電極とが剥離する可能性はさらに高くなる。
【００３１】
本実施形態では、半田４１における半田止部５０と接している部分は、積層型圧電体２における圧電セラミック層２１と内部電極２２との層間界面と平行にならない。半田付け時の半田４１の収縮による応力が圧電セラミック層２１と内部電極２２との層間界面において積層方向に加わりにくく、積層型圧電体２における圧電セラミック層２１と内部電極２２との層間の密着強度の低下を抑制することができる。よって、圧電セラミック層２１と内部電極２２との剥離の発生を防ぐことができる。また、リード線４０が半田４１により接合された後に、積層型圧電体２に再度分極を行う場合、圧電セラミック層２１の収縮により、半田付け時の半田４１の収縮による応力とは逆方向の応力が発生しても、本実施形態では圧電セラミック層２１と内部電極２２との剥離の発生を防ぐことができる。
【００３２】
半田止部５０は、例えば、ソルダーレジストなどの半田の付着し難い有機系樹脂からなる。この場合、半田止部５０は、スクリーン印刷やインクジェット印刷で形成される。また、半田止部５０は、外部電極３１，３２より半田の濡れ性が悪い金属膜からなるものであってもよい。この場合、フォトリソグラフィ技術を用いて形成される。
【００３３】
なお、外部電極３１，３２における接合領域４ａおよび半田止部５０の位置および大きさ（積層方向における長さ）は、特に限定されないが、外部電極３１，３２における接合領域４ａ以外の領域の方が大きいことが好ましい。積層型圧電アクチュエータ１は、機器などに組み込まれる際、外部電極３１，３２における接合領域４ａ以外の領域内で位置決めが行われる。このため、外部電極３１，３２における接合領域４ａ以外の領域の方が大きいと、位置決めの精度が向上する。
【００３４】
また、半田止部５０は、接合領域４ａ側の端部が、図２Ａおよび図２Ｂに示すように直線状でなくてもよく、積層型圧電体２における圧電セラミック層２１と内部電極２２との層間界面と平行とならない形状であれば、適宜変更可能である。図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃは、半田止部５０の第１〜第３の変形例を示す図である。図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、半田止部５０の第４〜第６の変形例を示す図である。図５は、半田止部５０の第７の変形例を示す図である。なお、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃおよび図５は、図２Ｂに相当する積層型圧電アクチュエータ１の側面図であり、絶縁用保護膜３３，３４、リード線４０および半田４１の図示は省略している。
【００３５】
図３Ａに示すように、第１の変形例の半田止部５０は、接合領域４ａ側の端部が、折れ線状であって、積層型圧電体２における圧電セラミック層２１と内部電極２２との層間界面に対して傾斜しており、側面視で半田止部５０の内側に凸となる谷形状である。第１の変形例の半田止部５０の端部は、積層型圧電体２の側面の互いに対向する平行な２つの辺の一方から他方に至っている。また、図３Ｂに示すように、第２の変形例の半田止部５０は、接合領域４ａ側の端部が、折れ線状であって、積層型圧電体２における圧電セラミック層２１と内部電極２２との層間界面に対して傾斜しており、側面視で接合領域４ａ側に凸となる山形状である。また、図３Ｃに示すように、第３の変形例の半田止部５０は、接合領域４ａ側の端部が、折れ線状であって、積層型圧電体２における圧電セラミック層２１と内部電極２２との層間界面に対して傾斜しており、側面視で山形状と谷形状とに交互になった形状である。第３の変形例の半田止部５０の端部は、積層型圧電体２の側面の互いに対向する平行な２つの辺の一方から他方に至っている。図３Ａに示す第１の変形例と図３Ｃに示す第３の変形例とでは、マザー基板をダイシングして個片化することで積層型圧電アクチュエータ１を製造する場合に、ダイシングする位置がばらついても半田止部５０を所望の形状にすることができる。
【００３６】
また、図４Ａに示すように、第４の変形例の半田止部５０は、接合領域４ａ側の端部が、曲線状であって、側面視で接合領域４ａ側に膨らんだ円弧状である。また、図４Ｂに示すように、第５の変形例の半田止部５０は、接合領域４ａ側の端部が、曲線状であって、側面視で半田止部５０の内側に凹んだ円弧状である。また、図４Ｃに示すように、第６の変形例の半田止部５０は、接合領域４ａ側の端部が波線状である。第６の変形例の半田止部５０の端部は、積層型圧電体２の側面の互いに対向する平行な２つの辺の一方から他方に至っている。図４Ｃに示す第６の変形例では、マザー基板をダイシングして個片化することで積層型圧電アクチュエータ１を製造する場合に、ダイシングする位置がばらついても半田止部５０を所望の形状にすることができる。
【００３７】
さらに、半田止部５０は、接合領域４ａを囲うように設けられていてもよい。例えば、図５に示すように、第７の変形例の半田止部５０は、円弧状の２つの部分が接合領域４ａを積層方向の上下方向から挟むように設けられているものである。
【００３８】
以上、積層型圧電アクチュエータ１について説明したが、積層型圧電アクチュエータ１の具体的構成などは、適宜設計変更可能であり、上述の実施形態に記載された作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用および効果は、上述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３９】
１−積層型圧電アクチュエータ、２−積層型圧電体、４ａ−接合領域、２１−圧電セラミック層、２２，２２ａ〜２２ｉ−内部電極、３１，３２−外部電極、３３，３４−絶縁用保護膜、４０−リード線、４１−半田、５０−半田止部
【図１】
0005585730.tif 000002
【図２Ａ】
0005585730.tif 000003
【図２Ｂ】
0005585730.tif 000004
【図３Ａ】
0005585730.tif 000005
【図３Ｂ】
0005585730.tif 000006
【図３Ｃ】
0005585730.tif 000007
【図４Ａ】
0005585730.tif 000008
【図４Ｂ】
0005585730.tif 000009
【図４Ｃ】
0005585730.tif 000010
【図５】
0005585730.tif 000011