(57)【要約】 【課題】  積層型圧電アクチュエータ素子の表面に水分またはイオン性の汚れや異物が吸着しているような場合や、周辺状況が高湿度環境であっても積層型圧電アクチュエータの信頼性を保持でき、高い耐久性能を発揮する積層型圧電アクチュエータを提供する。【解決手段】  本発明の積層型圧電アクチュエータは、積層体３の外周面において、少なくとも外部電極面や絶縁層３ｃにて覆われずに内部電極層３ｂがまだ露出している箇所とその近傍を、撥水性シリカ粉末を分散した外装樹脂６にて外装被覆されたものである。この外装樹脂６は、前記積層型圧電アクチュエータ素子を、撥水性シリカ粉末を分散させたエポキシ系やアクリル系等の混合溶液中に浸漬し、電圧を印加して、上記箇所に電着析出される。【選択図】  図１
2009176971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックス層と内部電極層とを交互に、かつ２つの異なる側面に前記内部電極層を露出させて積層し、
前記側面のそれぞれにおいて、露出した前記内部電極層を一層おきに絶縁層で被覆して絶縁し、前記絶縁層を覆い、かつ前記絶縁層で被覆されていない露出した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の、
少なくとも前記積層型アクチュエータ素子の外部に露出している前記内部電極とその近傍を、
撥水性シリカの粒子を分散させた樹脂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。
【請求項２】
少なくとも前記積層型アクチュエータ素子の外部に露出している前記内部電極とその近傍を、
１０〜４０ｖｏｌ％の撥水性シリカの粒子を分散させた樹脂で被覆した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。
【請求項３】
撥水性シリカの粒子を分散させた前記樹脂の成分が、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂から選ばれる１種類または２種類以上のからなることを特徴とする請求項１および請求項２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、電圧を加えて変位または力を生じさせる積層型圧電アクチュエータに係り、特に、積層型圧電アクチュエータの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、積層型圧電アクチュエータは、電気エネルギーを駆動力に変換する変換効率が高く、小型軽量でありながら発生する駆動力が大きいため、その利用方法として、車載エンジンのインジェクター部や、カメラレンズモジュールの駆動用ユニット、その他、精密機器の駆動や、産業用Ｘ−Ｙステージの精密位置決め用としての需要が高まっている。そのため、積層型圧電アクチュエータの素子部の開発が盛んに行われており、中でも自動車やデジタルカメラ等の部品では高湿度環境における更なる信頼性や耐久性能の向上が重要な開発課題となっている。
【０００３】
図２は、本発明および従来例に係る積層型圧電アクチュエータ素子の側面図である。積層体１３は、圧電セラミックス層１３ａと内部電極層１３ｂが交互に積層されるように構成される。これらの圧電セラミックス層１３ａと内部電極層１３ｂは、図２に示すように、積層体１３の側面に内部電極層１３ｂが露出するように積層される。
【０００４】
積層型圧電アクチュエータ素子の上下面の平行度を保ったまま変位させるためには、図２のような不感帯を設けないで済む全面電極構造が望ましい。これは、例えば特許文献１に示すような、圧電セラミックス層と内部電極層が交互に積層される際に、内部電極層が一層おきに対向する側面に設けられた外部電極に接続され対向電極になるように、各側面には内部電極層が一層おきに露出する積層型圧電アクチュエータ素子（図２の積層型圧電アクチュエータ素子以前の技術）では、側面に不感帯となる絶縁部が存在し、長期間の使用によってこの絶縁部に歪が発生してクラックを生じることがあるからである。図２のように、圧電セラミックス素子の内部電極層１３ｂを全面形成して、不感帯となるような絶縁部を設けない全面電極構造の場合は、圧電セラミックス層１３ａの電歪効果に伴う伸縮を面内で均一とすることができる。
【０００５】
内部電極層１３ｂは交互に別の外部電極１４に接続され、対向電極構造となっている。内部電極層１３ｂが対向電極構造となるように、積層体１３の一側面では、内部電極層１３ｂが一層おきに絶縁層１３ｃにて被覆絶縁され、その絶縁された内部電極層１３ｂとそれ以外の露出された内部電極層１３ｂ上に印刷および焼付けにより外部電極１４が取り付けられる。
【０００６】
また、同様に他方の側面においても、内部電極層１３ｂが一層おきに絶縁層１３ｃにて被覆絶縁され、その絶縁された内部電極層１３ｂとそれ以外の露出された内部電極層１３ｂ上に印刷および焼付けにより別の外部電極１４が取り付けられる。取り付けられた２つの外部電極１４にリード線１５を接続して積層型圧電アクチュエータ素子が構成されている。また、従来の積層型圧電アクチュエータは、このような積層型圧電アクチュエータ素子の外周面において、絶縁層１３ｃにて被覆絶縁されていない面や外部電極で覆われていない箇所および内部電極層１３ｂがまだ露出している箇所には、粉末塗装法用いて樹脂外装被覆が施されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１９６７１７号公報
【特許文献２】特開２００３−１７４２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の積層型圧電アクチュエータにおいて、従来方法による外部電極や内部電極層の露出部を通常の樹脂外装被覆する構造では、積層型圧電アクチュエータ素子の表面に水分またはイオン性の汚れや異物等が吸着しているような場合、耐湿性の観点からみた樹脂外装としての耐久性はまだ充分でなく、例えば、積層型圧電アクチュエータ素子の樹脂外装されている面に、上記の水分またはイオン性の汚れや異物等が存在していると、それらを介して積層型圧電アクチュエータ素子の絶縁抵抗の低下の進行が速まり、積層型圧電アクチュエータを駆動させる際に大きな電圧がかかった場合の絶縁が不充分となり、寿命に至るまでの期間が充分満足できるほどは長くないという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、積層型圧電アクチュエータ素子の表面に水分またはイオン性の汚れや異物が吸着しているような場合や、周辺状況が高湿度環境であっても積層型圧電アクチュエータの信頼性を保持でき、高い耐久性能を発揮する積層型圧電アクチュエータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、圧電セラミックス層と内部電極層とを交互に、かつ２つの異なる側面に前記内部電極層を露出させて積層し、前記側面のそれぞれにおいて、露出した前記内部電極層を一層おきに絶縁層で被覆して絶縁し、前記絶縁層を覆い、かつ前記絶縁層で被覆されていない露出した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の、少なくとも前記積層型アクチュエータ素子の外部に露出している前記内部電極とその近傍を、撥水性シリカの粒子を分散させた樹脂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である。
【００１１】
また、本発明は、少なくとも前記積層型アクチュエータ素子の外部に露出している前記内部電極とその近傍を、１０〜４０ｖｏｌ％の撥水性シリカの粒子を分散させた樹脂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である。
【００１２】
また、本発明は、撥水性シリカの粒子を分散させた前記樹脂の成分が、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂から選ばれる１種類または２種類以上のからなることを特徴とする積層型圧電アクチュエータである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、積層型圧電アクチュエータ素子の表面に水分またはイオン性の汚れや異物が吸着しているような場合や周辺状況が高湿度環境であっても、耐久性と信頼性の高い積層型圧電アクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
本発明によれば、積層型圧電アクチュエータ素子の表面に水分またはイオン性の汚れや異物が吸着しているような場合や周辺状況が高湿度環境であっても、耐久性と信頼性の高い積層型圧電アクチュエータを提供することができる。
【００１５】
図１は、本実施の形態に係わる積層型圧電アクチュエータの側面図である。本発明においても従来と同じく図２に示すような積層型圧電アクチュエータ素子を使用する。柱状の積層体３は、圧電セラミックス層３ａと内部電極層３ｂが交互に積層されるように構成される。これらの圧電セラミックス層３ａと内部電極層３ｂは、図２に示すように、積層体３の側面に内部電極層３ｂが露出するように積層される。
【００１６】
内部電極層３ｂが対向電極構造となるように、積層体３の一側面では、内部電極層３ｂが一層おきに絶縁層３ｃの被覆にて絶縁され、その絶縁された内部電極層３ｂとそれ以外の露出された内部電極層３ｂ上に印刷および焼付けにより、銀もしくは銀パラジウム等の外部電極４が取り付けられる。
【００１７】
また、同様に他方の側面においても、内部電極層３ｂが一層おきに絶縁層３ｃの被覆にて絶縁され、その絶縁された内部電極層３ｂとそれ以外の露出された内部電極層３ｂ上に印刷および焼付けにより、銀もしくは銀パラジウム等の別の外部電極４が取り付けられる。これにより、内部電極層３ｂは交互に別の外部電極４に接続され、対向電極構造となる。取り付けられた２つの外部電極４にはリード線５が半田等により接続される。
【００１８】
本実施の形態の積層型圧電アクチュエータは、積層型圧電アクチュエータ素子の外周面において、少なくとも絶縁層３ｃにて覆われずに内部電極層３ｂがまだ露出している箇所とその近傍を撥水性能の高い微細なシリカ微粒子を均一に分散させた樹脂で被覆し、外装樹脂６形成する。このように、水分の吸着を抑止する樹脂を用いて、積層型圧電アクチュエータ素子の表面を被覆することにより、大気中からの水分の浸透や樹脂内部での水分の吸水を抑止することで、従来よりも大幅に耐久性能を向上させることができる。積層型圧電アクチュエータ素子の上下面以外を樹脂で被膜させることが望ましいが、内部電極間に高電界がかかるため、絶縁不良が上記箇所で起こり易いため、少なくとも上記内部電極の側面に露出している近傍の樹脂被膜を行えばよい。
【００１９】
この樹脂は、前記積層型圧電アクチュエータ素子を、撥水性シリカ粉末を分散させたエポキシ系やアクリル系等の混合溶液中に浸漬し、３０〜４０Ｖの電圧を積層型圧電アクチュエータ素子の電極に５〜１５秒間印加することにより、前記積層型圧電アクチュエータ素子の外周面において、内部電極層３ｂがまだ露出している箇所に電着析出させることができる。このような電着析出の場合は、導電性のある内部電極層の露出部とその近傍のみに樹脂形成されるため、樹脂を形成させたくない積層型圧電アクチュエータ素子の上下面（変位面）に樹脂が付着せず、変位の平行度を保つことができる。
【００２０】
ここで、樹脂中に分散している撥水性シリカの粒子径サイズは、通常の市場で入手しやすい１００ｎｍ以下の粒径でよい。撥水性シリカの粒子径サイズが１００ｎｍ以下であれば、分散させる樹脂との混合が容易となる。また、撥水性シリカの添加量を１０〜４０ｖｏｌ％とするとよい。また、これらの樹脂はエポキシ系の樹脂やアクリル系の樹脂から選ばれる１種または２種以上からなる樹脂であると作業性が良いため望ましいが、シリコーン樹脂やポリエーテルアミド樹脂を用いてもよい。
【００２１】
このように、従来の積層型圧電アクチュエータ素子では、積層型圧電アクチュエータ素子の外周面において、少なくとも絶縁層１３ｃにて覆われずに内部電極層１３ｂがまだ露出している箇所とその近傍に、粉体塗装等による絶縁樹脂被覆していたが、本発明では、撥水性シリカ粒子を分散させた樹脂を、上記箇所に電着法を用いて外装被覆することで、耐久性、特に耐水性に優れた積層型圧電アクチュエータ素子を得る。
【００２２】
なお、樹脂に分散させる粒子は、撥水性のシリカ微粒子の他、撥水性のアルミナ微粒子であっても湿度に対する耐久性は従来のものより向上させることができる。
【実施例】
【００２３】
ここで、本発明の積層型圧電アクチュエータ素子について、実施例に基づいて具体的に説明する。
【００２４】
ニッケル・ニオブ酸鉛を主成分とする圧電セラミック粉末を溶媒中に分散した後、バインダーを加えて泥しょうを作り、これをキャリアテープ上に成膜して厚さ７０μｍのグリーンシートとする。このシートにＡｇ／Ｐｄからなる内部電極ペーストを印刷・乾燥し、このシートを機械的に打ち抜いて、打ち抜いたシートを金型内に３００層、積層・充填して熱圧着により一体の積層体とする。この積層体を脱バインダーし、１１００℃の温度で焼結した。
【００２５】
この焼結した積層体を所定の縦２０ｍｍ、横１００ｍｍ、高さ２０ｍｍの切断片に切断加工する。この切断片をガラス粉末が分散された浴槽内に浸漬し、内部電極層に電圧を印加して切断加工面に露出している内部電極層の露出部とその近傍の圧電セラミックス層表面のみにガラス粉末層を形成した。この際、各側面ごとに一層おきの内部電極層がガラス粉末で被覆されるように一層おきの内部電極層に電圧を印加してガラス絶縁層の形成を行う。その後、７００℃の温度で２０分間の焼き付け処理を行い、ガラス絶縁層を積層体の側面に固着させた。
【００２６】
このガラス絶縁層を固着させた切断片を、さらに縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ２０ｍｍの５つの小切断片に切断し、この小切断片の積層体の側面（ガラス絶縁層が固着している面）に外部電極として銀ペーストを塗布して焼き付けした。
【００２７】
外部電極が焼き付けられた積層体を、撥水性シリカ粉末を分散させたビスフェノールＡ型エポキシのエポキシ系とメタクリル酸メチルのアクリル系の混合溶液中に浸漬し、４０Ｖの電圧を積層型圧電アクチュエータ素子の電極に１５秒間印加して、電極の露出している箇所とその近傍に撥水性シリカを分散させた樹脂を電着析出させ、１５０℃のオーブン中で、２ｈｒ硬化させることにより、積層体の全側面に外装材料として焼き付けした。最後に、この積層体にリード線を半田付けした。樹脂中に分散している撥水性シリカの粒子径サイズの実施例として１つ目に８０ｎｍのものと、２つ目に１００ｎｍのものを準備し、撥水性シリカの添加量はそれぞれ５，１０，２０，３０，４０，５０ｖｏｌ％のものと、また、従来例として、撥水性シリカを添加しない試料を各２０個作製した。
【００２８】
こうして得られた積層型圧電アクチュエータ素子を４０℃の恒温槽中に、湿度９０％ＲＨの環境下でＤＣ１５０Ｖの電圧を印加し続けて耐湿負荷試験を実施し、抵抗値が１００Ω以下になった時間を故障までにかかった時間とし、撥水性シリカの添加量を５，１０，２０，３０，４０，５０ｖｏｌ％の試料と、標準品として撥水性シリカを添加していない試料の平均故障寿命（Mean Time To Failure : MTTF）を調べた。その結果を表１と表２に示す。表１は粒子径サイズが８０ｎｍの撥水性シリカ粒子を使用した例で、表２は粒子径サイズが１００ｎｍの撥水性シリカ粒子を使用した例である。
【００２９】
【表１】
2009176971.tif 000003
【００３０】
【表２】
2009176971.tif 000004
【００３１】
表１に示すＮｏ．１（従来例）とＮｏ．３からＮｏ．６の実施例のＭＴＴＦから分かるように、撥水性シリカの粒子径サイズを８０ｎｍとした実施例の場合、撥水性シリカの添加量を１０〜４０ｖｏｌ％とすると、従来例と比べ、本実施例は良好な結果を得ることができた。また、特に、Ｎｏ．１の従来例とＮｏ．５の実施例、すなわち、撥水性シリカの添加量が３０ｖｏｌ％時のＭＴＴＦを比較すると、１．６倍の耐久性能の改善が確認された。
【００３２】
また、表２に示すように、撥水性シリカの粒子径サイズを１００ｎｍとした実施例の場合においても、撥水性シリカの添加量を１０〜４０ｖｏｌ％とすると、従来例と比べ、ＭＴＴＦは良子になっている。同様に、Ｎｏ．１の従来例とＮｏ．５の実施例、すなわち、撥水性シリカの添加量が３０ｖｏｌ％時のＭＴＴＦを比較すると、１．５倍の耐久性能の改善が確認された。
【００３３】
これにより、撥水性シリカの添加量としては１０〜４０ｖｏｌ％とすることが望ましいことが分かった。さらに、撥水性シリカの添加量が３０ｖｏｌ％とすると、特に良い耐久性の積層型圧電アクチュエータを得ることができるということが分かった。
【００３４】
以上、図面を参照しながら、本発明にかかる積層型圧電アクチュエータの好適な実施例について説明したが、本発明は、係る例にのみ限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施の形態に係わる積層型圧電アクチュエータの側面図。
【図２】本発明および従来例に係る積層型圧電アクチュエータ素子の側面図。
【符号の説明】
【００３６】
３，１３    積層体
３ａ，１３ａ    圧電セラミックス層
３ｂ，１３ｂ    内部電極層
３ｃ，１３ｃ    絶縁層
４，１４      外部電極
５，１５      リード線
６            外装樹脂
【図１】
2009176971.tif 000005
【図２】
2009176971.tif 000006