(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧の印加により屈曲する圧電アクチュエータであって、
弾性を有するシム板と、
前記シム板の主面上に設けられた圧電素子と、を備え、
前記圧電素子は、板状に形成された圧電セラミック体、前記圧電セラミック体の表面に設けられ１μｍ以下の厚さの金で形成された外部電極、前記外部電極上に設けられ銅を含む熱硬化性樹脂で形成された接合補助層および前記接合補助層とリード部材とをはんだで接合する接合部からなることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記接合補助層は、厚さ５〜３０μｍで形成されていることを特徴とする請求項１記載の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、電圧の印加により屈曲する圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バイモルフまたはユニモルフによる屈曲型の圧電アクチュエータが知られている（特許文献１参照）。このような圧電アクチュエータを銀の外部電極が設けられた薄い圧電セラミック体で構成し、例えば靴下編み機の選針装置等に用いて連続駆動させると、電極間に銀イオンが移動するマイグレーションが生じ、絶縁破壊が生じることがある。これに対しては、マイグレーションの生じ難い材料を電極に採用することで対策が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３３４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば銀に代えて、高価な金や白金を電極材料に採用するとなれば、材料費が嵩むことになる。そこで、コストを低減するために、できる限り電極を薄くするように電極の形状を設計する必要が生じる。このように薄い電極にリード線をはんだで接合すると、電極材料がはんだに食われ、接合が弱くなり、その結果リード線が電極から外れることがある。
【０００５】
また、マイグレーションの生じ難い材料として、カーボン電極を用いることも考えられるが、カーボン電極に対してリード線ははんだ付けできない。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、マイグレーションによる絶縁破壊を抑制するとともに、リード部材と電極との接続を十分に維持できる圧電アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の圧電アクチュエータは、電圧の印加により屈曲する圧電アクチュエータであって、弾性を有するシム板と、前記シム板の主面上に設けられた圧電素子と、を備え、前記圧電素子は、板状に形成された圧電セラミック体、前記圧電セラミック体の表面に設けられ銀よりもマイグレーションを生じ難い材料で形成された外部電極、前記外部電極上に設けられた接合補助層および前記接合補助層とリード部材とをはんだで接合する接合部とからなることを特徴としている。
【０００８】
これにより、例えば高温高湿の環境で連続駆動してもマイグレーションによる絶縁破壊を生じ難くすることができる。また、マイグレーションを生じ難い電極材料を確実にリード部材に接合できる。
【０００９】
（２）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記接合補助層が、厚さ５〜３０μｍで形成されていることを特徴としている。これにより、接合が強化され、リード部材と電極との接続を強固に維持できる。
【００１０】
（３）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記外部電極が、１μｍ以下の厚さの貴金属で形成されていることを特徴としている。これにより、低コストでマイグレーションを防止することができる。
【００１１】
（４）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記外部電極が、金で形成され、前記接合補助層が、銅を含む熱硬化性樹脂で形成されていることを特徴としている。これにより、マイグレーションを防止しつつ、リード部材と電極との接続を低コストで強固に維持できる。
【００１２】
（５）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記外部電極が、カーボンで形成されていることを特徴としている。これにより、マイグレーションを防止しつつ、リード部材と電極との接続を強固に維持できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、マイグレーションによる絶縁破壊を抑制するとともに、十分にリード部材と電極との接続を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）、（ｂ）本発明の圧電アクチュエータの正面図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に、一例としてバイモルフ型で単層の圧電アクチュエータについて説明するが、本発明は、ユニモルフ型の圧電アクチュエータとバイモルフ型の圧電アクチュエータのいずれにも用いることができる。また、本発明は、積層型の圧電素子の外部電極に対する接続にも適用でき、圧電アクチュエータに限らず、圧電トランス等の圧電素子にも適用できる。
【００１６】
（圧電アクチュエータの構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれバイモルフ型の圧電アクチュエータ１００の正面図および断面図である。圧電アクチュエータ１００は、圧電素子１０２およびシム板１０７を備えており、電圧の印加により屈曲する。圧電素子１０２は、圧電セラミック体１０３と外部電極１０５とからなり、外部電極１０５は、圧電セラミック体１０３の表面に設けられている。
【００１７】
圧電セラミック体１０３は、例えば、ＰＺＴやチタン酸バリウム等を主成分とする圧電材料で板状に形成されている。圧電セラミック体１０３は、厚み方向に分極しており（例えば図中の矢印）、厚み方向に電圧を印加されることで伸縮する。圧電セラミック体１０３がシム板１０７に対して伸縮することで、圧電アクチュエータ１００が屈曲する。
【００１８】
外部電極１０５は、例えば金（Ａｕ）を焼き付けて圧電セラミック体１０３の表面に形成されている。外部電極１０５は、銀（Ａｇ）よりもマイグレーションを生じ難い材料で形成されていることが好ましい。銀よりもマイグレーションを生じ難い材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀パラジウム合金（Ａｇ／Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）が挙げられる。これにより、例えば高温高湿の環境で連続駆動してもマイグレーションによる絶縁破壊を抑制できる。
【００１９】
なお、外部電極１０５は、貴金属で形成されている場合には、１μｍ以下の厚さであることが好ましい。厚さが０．１μｍ以下であれば更に好ましい。これにより、高価な材料の使用量が低減され、低コストでマイグレーションを防止することができる。また、１μｍ以下の厚さであるため、外部電極１０５の材料がはんだに食われ、充分な強度の接合ができないおそれが高い。使用するはんだの融解温度が高い場合には外部電極１０５が１μｍ以上であっても接合補助層１０６が有効となる。なお、外部電極１０５は、カーボンで形成されていてもよい。これにより、圧電アクチュエータ１００の耐マイグレーション性を高めることができる。なお、「はんだに食われる」とは、はんだ内に電極材料の粒子が溶け込む現象をいう。
【００２０】
シム板１０７の主面には、２つの圧電セラミック体１０３が設けられている。シム板１０７は、ＳＵＳ等の金属で形成され、圧電セラミック体１０３の一方の電極としても機能する。シム板１０７と圧電セラミック体１０３は、エポキシまたはアクリル系の接着剤で接着されている。
【００２１】
接合補助層１０６は、例えば銅を含む熱硬化性樹脂（硬化された銅導電ペースト）により外部電極１０５上に形成されていることが好ましい。接合補助層１０６およびシム板１０７には、それぞれ電気的接続のため接合部１１５、１１６が設けられており、リード部材１１１、１１２がはんだ付けで接合されている。リード部材１１１、１１２に外部から駆動電圧が印加されることで、外部電極１０５とシム板１０７との間に電圧が印加される。このように図１（ａ）、（ｂ）に示す例は、２端子型であるが、３端子型であってもよい。
【００２２】
上記の構成で、外部電極１０５にマイグレーションを生じ難い電極材料を用いた場合でも、確実にリード部材１１１からの電気的な接続を取ることができる。２つの外部電極１０５間は、接合部１１５にはんだ付けで接合されたリード部材１２１によって導通している。
【００２３】
なお、接合補助層１０６は、銅またはニッケル等の金属のみで形成されていてもよい。銅やニッケルであれば、マイグレーションを生じ難く、厚い層を形成してもコストを抑えられるため好ましい。その他、高価な金属であっても、接合補助層１０６の大きさは限定されているため、接合補助層１０６を銀パラジウム合金や白金で形成してもよい。
【００２４】
接合補助層１０６は、厚さ５〜３０μｍ、大きさ１〜１０ｍｍで形成されていることが好ましい。大きさとは、長さ、幅または径を指す。外部電極１０５が薄い場合、はんだが電極材料を取り込み、接合が弱くなるが、接合補助層１０６の厚さが５〜３０μｍであれば、接合が強化され、リード部材１１１と外部電極１０５との接続を強固に維持できる。また、大きさが１〜１０ｍｍであれば、接合部１１５を局所的に強化でき、作業者による取り扱いを容易にするとともに、製造コストを低減できる。
【００２５】
本実施形態のように外部電極１０５は、金で形成され、接合補助層１０６は、銅で形成される組み合わせが好ましいが、必ずしもこれらに限定されない。異種金属の組み合わせだけでなく、例えば金の外部電極１０５の上に金の接合補助層１０６を設けてもよい。そのような場合でも、マイグレーションを防止しつつ、リード部材１１１と接合補助層１０６とを強固に接合できる。また、異種金属で外部電極１０５と接合補助層１０６とを構成する場合には、圧電アクチュエータ１００を使用しても電食が生じ難い組み合わせが好ましい。
【００２６】
上記のような圧電アクチュエータ１００は、高温高湿で高出力が求められるようなマイグレーションの生じやすい環境に応用された場合にはマイグレーションの発生を効果的に防止できる。また、コストの低減が求められる場合にも効果的である。例えば、圧電アクチュエータ１００は、靴下編み機の選針装置への応用が好適である。
【００２７】
（圧電アクチュエータの製造方法）
上記のように構成された圧電アクチュエータ１００の製造方法を説明する。まず、所定の配合の圧電材料で形成された成形体を焼成し、圧電セラミック体１０３を準備する。そして、圧電セラミック体１０３の主面に外部電極１０５を形成する。例えば、金を材料とする外部電極１０５であれば、レジネートにより印刷することで０．１μｍ以下の厚さに形成することができる。
【００２８】
接合補助層１０６は、外部電極１０５上に形成する。接合補助層１０６は、例えば銅ペーストを使用して以下の方法で形成できる。すなわち、外部電極１０５上に２ｍｍ□の銅ペースト（例えば、日本ペイント防食コーティングス株式会社製のＳ−５０００）を印刷した圧電セラミック体１０３を室温〜１５０℃で乾燥させ、１４０〜２００℃の大気雰囲気下で加熱して形成できる。
【００２９】
上記の方法によって接合補助層１０６を形成した圧電素子を、シム板１０７の両主面に接着剤により接着し、分極処理を行なう。そして、接合補助層１０６上にはんだ付けによる接合部１１５を設け、リード部材１２１を外部電極１０５に接続し、圧電アクチュエータ１００を作製できる。なお、上記の例では、１辺２ｍｍの正方形で接合補助層１０６を形成しているが、１辺１〜１０ｍｍの正方形で形成してもよいし、直径１〜１０ｍｍの円で形成してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１００  圧電アクチュエータ
１０２  圧電素子
１０３  圧電セラミック体
１０５  外部電極
１０６  接合補助層
１０７  シム板
１１１、１１２、１２１  リード部材
１１５、１１６  接合部
【図１】
0006726508.tif 000002