(57)【要約】【課題】外部電極が破断した場合においても、機能を損なうことがない、内部電極層間の電気的接続を簡便に確実に維持できる信頼性の高い積層型圧電アクチュエータ素子を提供する。【解決手段】圧電セラミクス層２と内部電極層３とを積層した積層体１を備え、この積層体１の側面に露出する内部電極層３を一層おきに第１の絶縁層４で覆い、この第１の絶縁層４を覆って一層おきに内部電極層３と導通する外部電極５を形成してなり、前記外部電極５上に、駆動回路との電気的接続を維持する外部リード７を接続し、この外部リード７の接続部分と前記外部電極５全体を覆うように金属粉末層８を形成し、変位方向の面を除いて前記金属粉末層８を含む側面を第２の絶縁層６で被覆する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミクス層と内部電極層とを積層した積層体を備え、該積層体の側面に露出する前記内部電極層を一層おきに絶縁層で覆い、該絶縁層を覆って一層おきに前記内部電極層と導通する外部電極を形成してなる積層型圧電アクチュエータ素子において、前記外部電極上に、駆動回路との電気的接続を維持する外部リードを接続し、該外部リードの接続部分と前記外部電極全体を覆うように金属粉末層を形成し、変位方向の面を除いて前記金属粉末層を含む側面を第２の絶縁層で被覆したことを特徴とする積層型圧電アクチュエータ素子。
【請求項２】
前記第２の絶縁層が熱収縮チューブまたは樹脂であることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電アクチュエータ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大きな変位量と長時間に渡る高速での繰り返し応答性能が要求され、特に、高温で常用駆動される積層型圧電アクチュエータ素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、バルブの高速開閉動作等に応用される積層型圧電アクチュエータ素子は、従来の素子よりもさらに高い変位と高速での長時間繰り返しにおいても、その機能を失わない高い耐久性能が要求されている。
【０００３】
図２に示すように、従来の積層型圧電アクチュエータ素子は、圧電セラミクスシートの全面に内部電極膜を形成し積層して、一体焼結して積層体１１を得、この積層体１１の側面に露出した内部電極層１３の端面を一層おきに第１の絶縁層１４で覆い、その上から連続する、金属皮膜（銀もしくは銀パラジウム等）からなる外部電極１５を焼付け、形成して並列電気接続をしてなり、その皮膜上の一端部に外部リード１７が接続され、断面方向の最外周部を絶縁樹脂からなる第２の絶縁層６で被覆した構造となっている。
【０００４】
このような全面内部電極構造素子は、電界が均一に分布しているため、電界集中による歪の影響を受けにくい構造ではあるものの、大きな伸縮を１〜５０億回と繰り返す間に絶縁層や外部電極膜の疲労により亀裂が生じうる。このとき、外部電極金属膜が一旦破断してしまうと、破断した部位の間で電位差が生じるため放電が発生し、しばしば電極膜の溶断に至り完全にアクチュエータとしての機能が損なわれるという問題があった。
【０００５】
こうした課題の解決を目的として、これまでに以下のような提案がなされている。素子側面部に亀裂が生じる場合においても、電気的な接続が失われないように下地金属皮膜の上に金属メッシュ等の伸縮可能な導電性の３次元構造物をろう付け等の手段で接続し、回路側との接続用リードをこの３次元構造物から取り出してなる積層型圧電アクチュエータ素子がある（特許文献１参照）。
【０００６】
また、内部電極と電気的に接続する金属膜に当接する導電性樹脂の上から金属板を押し当て外周を熱収縮チューブで固定してなる積層型圧電アクチュエータ素子がある（特許文献２参照）。
【０００７】
また、積層体の、内部電極が導き出された端面に接触する金属化ストリップを設け、このストリップ上に素子から離れて伸長する導電性のコンタクトタブ接触片を取り付けることにより、例えば、金属化ストリップの上面に亀裂が発生した場合においても亀裂を電気的にブリッジし駆動回路との電気的接続を維持できる積層型圧電アクチュエータ素子がある（特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−２２９２２７号公報
【特許文献２】
特開２００１−３１３４２８号公報
【特許文献３】
特表２００１−５０７１６９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１における積層型圧電アクチュエータ素子では、下地金属皮膜と３次元構造物との接続は、特に高い周波数での駆動において信頼性の高い電気的接続を保持するのが難しく、また各素子毎の接続のばらつきも大きくなる問題があった。
【００１０】
また、特許文献２では、金属膜の上に導電性樹脂を形成することで破損を防止しようとしているが、樹脂成分を含むため高温で長時間駆動させると樹脂成分の経時劣化（高分子間の架橋が進むことによる硬化）が避けられず、金属膜の破断に追従できなくなるという問題があった。
【００１１】
また、特許文献３では、接触片の取り付けが煩雑であり、さらに接触片はターミナルとの接続の取りまわしのため薄く柔軟であることが必要となるため、接続の確実性を含め、強度的な信頼性に問題があった。
【００１２】
したがって、本発明の課題は、外部電極が破断した場合においても、機能を損なうことがない、内部電極層間の電気的接続を簡便に確実に維持できる信頼性の高い積層型圧電アクチュエータ素子を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するため、なされたものであり、圧電セラミクス層と内部電極層とを積層した積層体を備え、該積層体の側面に露出する前記内部電極層を一層おきに絶縁層で覆い、該絶縁層を覆って一層おきに前記内部電極層と導通する外部電極を形成してなる積層型圧電アクチュエータ素子において、前記外部電極上に、駆動回路との電気的接続を維持する外部リードを接続し、該外部リードの接続部分と前記外部電極全体を覆うように金属粉末層を形成し、変位方向の面を除いて前記金属粉末層を含む側面を第２の絶縁層で被覆したことを特徴とする積層型圧電アクチュエータ素子である。
【００１４】
また、本発明は、前記第２の絶縁層が熱収縮チューブまたは樹脂であることを特徴とする上記の積層型圧電アクチュエータ素子である。
【００１５】
即ち、本発明では、従来の金属メッシュや接触片、導電性樹脂の替わりに金属粉末層を介して内部電極層間の接続をブリッジすることで外部電極の破断に際しての電気的な接続を維持、補強することができる。
【００１６】
本発明によれば、内部電極に電気的に並列に接続される外部電極が破断する場合においても、その上部に形成される金属粉末層によって電気的接続が維持されるので、アクチュエータとしての機能を損なうことがなく、繰り返し耐久寿命を大幅に伸ばすことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係わる積層型圧電アクチュエータ素子について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係わる積層型圧電アクチュエータ素子の断面図である。図１に示すように、本発明の積層型圧電アクチュエータ素子は、板状の複数の圧電セラミクス層２と板状の複数の内部電極層３とを積層してなる積層体１と、それらの内部電極層３を積層体１の対向側面で接続した対の金属皮膜からなる外部電極５とを備えている。積層体１の対向側面において、内部電極層３は、交互に第１の絶縁層４により被覆されている。外部電極５の上には、金属粉末層８が被覆され、その周囲が絶縁樹脂でモールドされて、外装する第２の絶縁層６で覆われている。なお、第２の絶縁層６には、熱収縮チューブも使用できる。
【００１９】
金属粉末層８の形成は、スクリーンマスクによる印刷、あるいはディスペンサーによる塗布が好ましく、金属粉末は、あらかじめターピネオールおよびアクリル系バインダと混合し、３本ロールミル等でペースト状にしておいたものを用いた。金属粉末層は、酸化しにくいものであれば良く、好ましくは銀粉末、銀パラジウムの合金粉末、ニッケル粉末などから選ばれる。金属粉末ペーストを外部電極上に塗布した後、乾燥工程途中の半乾燥状態にて金属粉末層の上からプラスチックテープで素子表面に固定する。乾燥後、テープを貼ったまま、これを射出成形用金型に入れ、樹脂を射出し一体化させることで金属粉末を固定することができる。
【００２０】
外部電極は、銀もしくは銀パラジウム合金の焼き付けによって形成され、またリードと外部電極との接続は、内部電極膜が挿入されておらず素子が伸長することのない不活性部の表面でのみ行われる。
【００２１】
内部電極層の端面には、金属皮膜が十分な接触面積をもって形成されるので、その上に形成される金属粉末層は、お互いの粉末どうしが密に接触できるようにすれば良く、そのために金属粉末層を形成した素子を金型に入れ、樹脂を高圧で射出して周囲に樹脂絶縁層を作り金属粉末層を維持固定する。
【００２２】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、外部電極が破断した場合においても、機能を損なうことがない、内部電極層間の電気的接続を簡便に確実に維持できる信頼性の高い積層型圧電アクチュエータ素子を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる積層型圧電アクチュエータ素子の断面図。
【図２】従来の積層型圧電アクチュエータ素子の断面図。
【符号の説明】
１，１１    積層体
２，１２    圧電セラミクス層
３，１３    内部電極層
４，１４    第１の絶縁層
５，１５    外部電極
６，１６    第２の絶縁層
７，１７    外部リード
８    金属粉末層
【図１】
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【図２】
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