(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電セラミックス層と内部電極層が交互に積層され、前記内部電極の表面露出部が一層置きに絶縁物で絶縁処理した上に対向電極となるように内部電極に接続する一対の外部電極を有する積層圧電アクチュエータの外周面を絶縁塗料で被覆する製造方法において、先ず、電着塗料を用いて電着法により、外部電極や内部電極端部が表面に露出している外周面に一次絶縁層を形成し、次に、同じく電着法によりコーナー部近傍に二次絶縁層を形成することを特徴とする積層圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の積層圧電アクチュエータの製造方法において、一次の電着塗料を付着させる電圧をＶ１、二次の電着塗料を付着させる電圧をＶ２とすると、Ｖ１＜Ｖ２の電圧条件であることを特徴とする積層圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の積層圧電アクチュエータの製造方法において、有機物絶縁材料の電着塗料を用いることを特徴とする積層圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の積層圧電アクチュエータの製造方法において、有機物絶縁材料と無機物絶縁材料が混合された電着塗料を用いることを特徴とする積層圧電アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層圧電アクチュエータの製造方法に関し、特に、耐湿性に優れ、保護性を有する、且つ薄く均一な絶縁層の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
積層圧電アクチュエータは、圧電セラミックス層と内部電極層を交互に積層し、内部電極層が一層ずつ対向電極に接続した構造で、電圧の印加により積層方向に数μｍから数１０μｍの変位量が得られる。その主な用途は、半導体製造用の微小の位置決め装置や特殊なガスの流量を調整するマスフローコントローラのアクチュエータのような産業機器や、変位量を拡大する機構に積層圧電アクチュエータを組み込み、ワイヤー式ドットプリンターやインチワーム式超音波モータ等の民生機器まで、広い範囲に及んでいる。そのため、積層圧電アクチュエータには、使い勝手の良さや長期使用時の信頼性が要求されている。
【０００３】
積層圧電アクチュエータの外周面には、対向する内部電極が露出しているので、使い勝手の良さや信頼性を確保するため、外周面に絶縁性の塗料を塗布し外装樹脂とするのが一般的である。従来、塗布工程において、塗料が表面張力により流れてしまい、積層圧電アクチュエータのコーナー部は、絶縁層が極端に薄くなる傾向がある。
【０００４】
このような外装樹脂状態で、積層圧電アクチュエータを使用していると、外装樹脂の薄いコーナー部から水分が浸透し、内部電極まで水分が達すると、内部電極材料の一部の銀がイオン化し、電界に沿って移動し、対向極の電極に到達して電気的短絡に至る、所謂、シルバーマイグレーションが発生するという問題点がある。そこで、コーナー部の絶縁層厚みを確保するために、外装樹脂全体の厚みを厚く形成してコーナー部の外装樹脂厚みを確保したり、コーナー部を面取りし、表面張力の影響を減少し、樹脂が流れないように絶縁層を形成し、耐湿性の向上を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した外装樹脂全体の厚みを厚くする方法では、薄く均一な絶縁層の形成は不可能で、積層圧電アクチュエータの無効な体積が大きくなってしまう問題点がある。また、コーナー部の面取りを行うと、製造コストが高騰してしまう問題点がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、コーナー部の絶縁層厚みが十分確保でき、耐湿性に優れ、保護性を有する、且つ薄く均一な絶縁層の形成が可能な積層圧電アクチュエータの製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の圧電セラミックス層と内部電極層が交互に積層され、前記内部電極の表面露出部が一層置きにガラス等の絶縁物で絶縁処理した上に対向電極となるように内部電極に接続する一対の外部電極を有する積層圧電アクチュエータの外周面を絶縁塗料で被覆する製造方法において、先ず、電着塗料を用いて電着法により、外部電極や内部電極端部が表面に露出している外周面に一次絶縁層を形成し、次に、同じく電着法によりコーナー部近傍に二次絶縁層を形成することを特徴とする積層圧電アクチュエータの製造方法が得られる。
【０００８】
また、本発明によれば、一次の電着塗料を付着させる電圧をＶ１、二次の電着塗料を付着させる電圧をＶ２とすると、Ｖ１＜Ｖ２の電圧条件であることを特徴とする積層圧電アクチュエータの製造方法が得られる。
【０００９】
さらに、本発明によれば、積層圧電アクチュエータの製造方法において、有機物絶縁材料の電着塗料や有機物絶縁材料と無機物絶縁材料が混合された電着塗料を用いることを特徴とする積層圧電アクチュエータの製造方法が得られる。
【００１０】
電着塗装方法は、自動車の鋼板の防錆やカラー化で最近急激に発達した技術で、樹脂成分をイオン化して溶剤中に分散し、導電性の被塗工物に樹脂成分のイオン極性とは逆極性の電圧を印加して、被塗工物を溶剤中に浸漬し、プラス―マイナスの電気的吸着力で被塗工物表面に樹脂成分を付着し、しかる後に、熱や紫外線で樹脂を硬化する方法である。
【００１１】
本発明では、一次の電着塗装で形成されるコーナー部の膜厚が非常に薄いため、二次の電着塗装時に、一次の電着塗装電圧より高電圧とすることで、トンネル効果で電界が漏れ、二次の電着塗装がコーナー部に集中するために、コーナー部の樹脂厚みを確保できる製造方法である。
【００１２】
【実施例】
以下に実施例を挙げ、本発明の積層圧電アクチュエータの製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
（実施例１）
まず、Ｐｂ（Ｎｉ-Ｎｂ）ＺｒＴｉＯ３系圧電セラミックスとＡｇ／Ｐｄ系内部電極材料を用いて、グリーンシートの積層方法で、積層方向長さ１０ｍｍ、積層方向の断面が５×５ｍｍの寸法の積層燒結体を試作した。次に、該積層燒結体の５×１０ｍｍ寸法の対向する２面に露出した内部電極端部を一層ずつ対向電極を形成するように、一層置きにガラス絶縁処理した後、複数の共通外部電極を形成し、該外部電極にリード線を半田付けし、外装樹脂塗工前の積層圧電アクチュエータとした。該積層圧電アクチュエータの外観を図３に示す。
【００１４】
しかる後に、該積層圧電アクチュエータを、アクリル系電着塗料を満たした電着液に浸漬し、積層圧電アクチュエータのリード端子に直流３０Ｖの電圧を３０秒印加することによりアクリル樹脂を積層圧電アクチュエータ表面に露出している内部電極及外部電極の表面に付着させ、電着液から取り出した後、１１０℃で１５分予備加熱し、さらにアクリル樹脂を１５０℃で１時間熱処理し、積層圧電アクチュエータの表面に焼き付けることによって、厚さ約１５μｍから３０μｍの一次のアクリル樹脂絶縁層を形成した。一次の絶縁層形成体の外観を図２に示す。この時、積層圧電アクチュエータのコーナー部の絶縁層の形成量は、ほんのわずかである。
【００１５】
次に、二次の絶縁層形成として、積層圧電アクチュエータを同じアクリル系電着塗料を満たした電着液に浸漬し、積層圧電アクチュエータのリード端子に直流１００Ｖの電圧を１分間印加し、積層圧電アクチュエータのコーナー部のみに電流が流れ、前記コーナー部のみにアクリル樹脂を付着させ、電着液から取り出した後、１１０℃で１５分予備加熱と１５０℃で１時間の熱処理で積層圧電アクチュエータのコーナー部にアクリル樹脂を焼き付けることによって、コーナー部のみに約２０μｍから４０μｍの有機絶縁層を形成した。本実施例の製造方法による積層圧電アクチュエータの外観を図１に示した。
【００１６】
本実施例の製造方法による積層圧電アクチュエータの寸法、有効圧電体積比率を表１に示した。比較のため、従来のエポキシ樹脂の粉体塗装で絶縁層を形成した積層圧電アクチュエータの寸法と有効圧電体積比率も示した。
【００１７】
【表１】
0004063594.tif 000002
【００１８】
表１より、本実施例の製造方法によれば、従来方法に比較して、有効圧電活性比率が大きな積層圧電アクチュエータが得られる。
【００１９】
また、水分の侵入に対する信頼性の評価として、８５℃―９０％相対湿度の高温高湿度の環境下で直流電圧１００Ｖを印加して、エージングを実施した。エージング結果を表２に示した。
【００２０】
【表２】
0004063594.tif 000003
【００２１】
表２より、本発明の製造方法によれば、コーナー部の絶縁樹脂厚みが確保できるので、コーナー部からの水分の侵入が少なく、高温高湿の環境下でも寿命が長い積層圧電アクチュエータが得られる。
【００２２】
（実施例２）
実施例１と同様に、Ｐｂ（Ｎｉ-Ｎｂ）ＺｒＴｉＯ３系圧電セラミックスとＡｇ／Ｐｄ系内部電極材料を用いて、グリーンシートの積層方法で、積層方向長さ１０ｍｍ、積層方向の断面が５×５ｍｍの寸法の積層燒結体を試作した。次に、該積層燒結体の５×１０ｍｍ寸法の対向する２面に露出した内部電極端部を一層ずつ対向電極を形成するように、一層置きにガラス絶縁処理した後、複数の共通外部電極を形成し、該外部電極にリード線を半田付けし、外装樹脂塗工前の積層圧電アクチュエータとした。
【００２３】
しかる後に、該積層圧電アクチュエータを、無機物の酸化チタンの粉末を分散したエポキシ系電着塗料を満たした電着液に浸漬し、積層圧電アクチュエータのリード端子に直流５０Ｖの電圧を３０秒印加することにより酸化チタンをフィラーとするエポキシ樹脂を積層圧電アクチュエータ表面に露出している内部電極及外部電極の表面に付着させ、電着液から取り出した後、１２０℃で１５分予備加熱し、さらにエポキシ樹脂を１５０℃で１.５時間熱処理し、積層圧電アクチュエータの表面に焼き付けることによって、厚さ約１５μｍから３０μｍの一次のエポキシ樹脂絶縁層を形成した。
【００２４】
次に、二次の絶縁層形成として、積層圧電アクチュエータを同じエポキシ系電着塗料を満たした電着液に浸漬し、積層圧電アクチュエータのリード端子に直流１００Ｖの電圧を１分間印加し、積層圧電アクチュエータのコーナー部のみに電流が流れ、前記コーナー部のみに酸化チタンをフィラーとするエポキシ樹脂を付着させ、電着液から取り出した後、１２０℃で１５分予備加熱と１５０℃で１.５時間の熱処理で積層圧電アクチュエータのコーナー部にエポキシ樹脂を焼き付けることによって、コーナー部のみに約１５μｍから３０μｍの有機絶縁層を形成した。
【００２５】
本実施例の製造方法による水分の侵入に対する信頼性の評価として、８５℃−９０％相対湿度の高温高湿度の環境下で直流電圧１００Ｖを印加して、エージングを実施した。エージング結果を実施例１と同じく表２に示した。表２より、本発明の製造方法によれば、コーナー部の絶縁樹脂厚みが確保できるので、コーナー部からの水分の侵入が少なく、高温高湿の環境下でも寿命が長い積層圧電アクチュエータが得られ、特に無機物をフィラーとして分散することで、有機物単体の絶縁塗膜よりも寿命が長い積層圧電アクチュエータが得られる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の製造方法によれば、一次、二次の電着塗装を繰り返し実施することで、製造が容易で、コーナー部の絶縁層が十分に確保でき、内部電極面の耐湿性が維持でき、取り扱いが容易で、信頼性の向上が図られる積層圧電アクチュエータの製造方法の提供が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一次有機絶縁層が形成された積層圧電アクチュエータ素子に、二次有機絶縁層が形成された外観図。
【図２】積層圧電アクチュエータに電着法により一次有機絶縁層が形成された外観図。
【図３】未外装の積層圧電アクチュエータにリード線が取り付けられた状態を示す外観図。
【符号の説明】
１    圧電セラミック層
２    内部電極層
３    ガラス絶縁部
４    外部電極
５    リード線
６    一次有機絶縁層
７    一次有機絶縁層
８    二次有機絶縁層
【図１】
0004063594.tif 000004
【図２】
0004063594.tif 000005
【図３】
0004063594.tif 000006