特許 6927848 圧電アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6927848

(24)【登録日】2021年8月10日

(45)【発行日】2021年9月1日

(54)【発明の名称】圧電アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   H01L 41/312 20130101AFI20210823BHJP

   H01L 41/083 20060101ALI20210823BHJP

   H01L 41/053 20060101ALI20210823BHJP

   H01L 41/187 20060101ALI20210823BHJP

   H01L 41/09 20060101ALI20210823BHJP

   H02N 2/04 20060101ALI20210823BHJP

【ＦＩ】

   H01L41/312

   H01L41/083

   H01L41/053

   H01L41/187

   H01L41/09

   H02N2/04

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-206263(P2017-206263)

(22)【出願日】2017年10月25日

(65)【公開番号】特開2019-79952(P2019-79952A)

(43)【公開日】2019年5月23日

【審査請求日】2020年6月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】浅倉 康弘

【審査官】 小山 満

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−０９８３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０６２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１９６８１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 欧州特許出願公開第０１９６２３５２（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−２７４５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０６０２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０１８０３０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１５−１７９８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２２５８９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ４１／００−４１／４７

Ｈ０２Ｎ ２／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の上端および下端が内壁に当接するように前記積層型圧電素子を収容した金属ケースとを備え、前記積層型圧電素子は、圧電体層および内部電極層が積層された積層体を備えており、該積層体は、複数の側面を有する多角柱状であり、前記積層型圧電素子の下端が前記金属ケースに接合材で接合されており、該接合材は、積層方向から見て少なくとも前記積層型圧電素子の下端における図形の重心から最も遠い部位に設けられておらず、積層方向から見て前記積層体の下端から外側にはみ出したはみ出し部を有していることを特徴とする圧電アクチュエータ。

【請求項2】

前記接合材は、積層方向から見て前記積層体の下端から前記複数の側面のすべてにおいて外側にはみ出したはみ出し部を有していることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。

【請求項3】

前記はみ出し部は、前記積層型圧電素子の下端よりも高く盛り上がっており、前記積層体の側面に固着されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータ。

【請求項4】

前記はみ出し部は、前記積層体の側面から最も外側まではみ出している部位までの距離が、前記積層型圧電素子の下端から最も高く盛り上がっている部位までの距離よりも長いことを特徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータ。

【請求項5】

前記積層型圧電素子の下端の稜部がＣ面またはＲ面になっていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに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】

本開示は、圧電アクチュエータに関し、例えばマスフローコントローラ、ＸＹテーブルの精密位置決め装置等に用いられる圧電アクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

圧電アクチュエータとして、四角柱状の積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の上端および下端が内壁に当接するように前記積層型圧電素子を収容した金属ケースとを備えたものが知られている。ここで、積層型圧電素子を金属ケースに封入する際、積層型圧電素子の端面の全面が接合材で金属ケースに接着される（例えば特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３０３９９７１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

積層型圧電素子の端面の全面と金属ケースとが強固に接合材で接着されていると、積層型圧電素子の下端における図形の重心から一番遠い部位に応力が集中し、この部位にある接合材から積層型圧電素子にかけてクラックが入り、圧電アクチュエータの機能が低下するおそれがある。

【0005】

本開示は、上記事情に鑑みてなされたもので、クラックが生じるのを抑制された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】

【0006】

本開示の圧電アクチュエータは、積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の上端および下端が内壁に当接するように前記積層型圧電素子を収容した金属ケースとを備え、前記積層型圧電素子は、圧電体層および内部電極層が積層された積層体を備えており、該積層体は、複数の側面を有する多角柱状であり、前記積層型圧電素子の下端が前記金属ケースに接合
材で接合されており、該接合材は、積層方向から見て少なくとも前記積層型圧電素子の下端における図形の重心から最も遠い部位に設けられておらず、積層方向から見て前記積層体の下端から外側にはみ出したはみ出し部を有していることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本開示の圧電アクチュエータによれば、積層型圧電素子の下端における図形の重心から最も遠い部位への応力集中がなくなるので、この部位にクラックが生じるのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】圧電アクチュエータの例を示す概略斜視図である。

【図2】図１に示す圧電アクチュエータをII−II線で切断した概略縦断面図である。

【図3】図２に示す積層型圧電素子を示す概略斜視図である。

【図4】図２に示す領域Ａの概略図である。

【図5】圧電アクチュエータの他の例の要部拡大断面図である。

【図6】圧電アクチュエータの他の例の一部透過底面図である。

【図7】圧電アクチュエータの他の例の一部透過底面図である。

【図8】圧電アクチュエータの他の例の一部透過底面図である。

【図9】圧電アクチュエータの他の例の要部拡大断面図である。

【図10】圧電アクチュエータの他の例の要部拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

圧電アクチュエータの実施形態について図面を参照して説明する。

【0010】

図１および図２に示す圧電アクチュエータ１０は、積層型圧電素子１と、積層型圧電素子１の上端および下端が内壁に当接するように積層型圧電素子１を収容した金属ケース２とを備えている。

【0011】

積層型圧電素子１は、図３に示すように、例えば圧電体層１１と内部電極層１２とが交互に複数積層された積層体１３を備えた圧電素子である。

【0012】

積層体１３は、例えば縦０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、横０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、高さ１ｍｍ〜１００ｍｍの四角柱状（直方体状）にされている。積層体１３の形状としては、六角柱形状や八角柱形状、円柱状などであってもよい。

【0013】

圧電体層１１は、圧電特性を有するセラミックスからなるものである。このようなセラミックスとして、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などを用いることができる。この圧電体層１１の厚みは、例えば３μｍ〜２５０μｍとされる。

【0014】

内部電極層１２は、圧電体層１１と同時焼成により形成されたものである。内部電極層１２は、第１の内部電極層１２１および第２の内部電極層１２２を含んでいる。例えば、第１の内部電極層１２１を正極、第２の内部電極層１２２を負極またはグランド極としてそれらの間に挟まれた圧電体層１１に駆動電圧を印加することができる。ここで、積層体１３の一つの側面に第１の内部電極層１２１が引き出され、他の側面に第２の内部電極層１２２が引き出されている。このような材料として、例えば銀、銀−パラジウム、銀−白金、銅などを主成分とする導体を用いることができる。第１の内部電極層１２１および第２の内部電極層１２２の厚みは、例えば０．１μｍ〜５μｍとされる。

【0015】

また、積層体１３は予定破断層１４を備えていてもよい。ここで、予定破断層１４とは、積層型圧電素子１の駆動によって生じる応力を緩和するための層である。予定破断層１４としては、例えば内部電極層１２として機能しない多孔質な金属層、あらかじめ亀裂の入った金属層などが挙げられる。

【0016】

また、第１の内部電極層１２１および第２の内部電極層１２２のいずれか一方の端面が引き出された一対の側面には、それぞれ外部電極１５が設けられ、引き出された第１の内部電極層１２１または第２の内部電極層１２２と電気的に接続されている。

【0017】

この外部電極１５は、例えばＡｇやＣｕなどの金属およびガラスを含んだ導電性ペーストを焼き付けて作製することができる。ここで、外部電極１５を積層体１３の側面に垂直な横断面で見たときに、外部電極１５の厚みは例えば５μｍ〜７０μｍとされる。例えば、外部電極１５の端部にリード部材が接合され、リード部材を介して外部回路との電気的な接続がなされる。

【0018】

一方、積層体１３の対向する他の一対の側面には、例えば第１の内部電極層１２１および第２の内部電極層１２２の両方の端面が達していて、必要により樹脂や絶縁性セラミックスなどからなる被覆層が設けられてもよい。

【0019】

また、圧電アクチュエータ１０は、積層型圧電素子１の上端および下端が内壁に当接するように積層型圧電素子１を収容した金属ケース２を備えている。

【0020】

金属ケース２は、基体２１と、基体２１の上面に下端部が接合された筒体２２と、筒体２２の上端部に接合された蓋体２３とを含んでいる。そして、基体２１の上面に積層型圧電素子１の下端面が当接し、蓋体２３の下面に積層型圧電素子１の上端面が当接している。

【0021】

基体２１、筒体２２および蓋体２３は、例えばＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどの金属体である。

【0022】

筒体２２は、上下に延びる筒状部２２１と、筒状部２２１の下端に接続された鍔部２２２とを有している。この筒体２２は、例えば、所定の形状でシームレス管を作製した後、圧延加工や静水圧プレスなどによりベロー（蛇腹）形状に形成されたものである。筒体２２は、積層型圧電素子１に電圧を印加した際に積層型圧電素子１の伸縮に追従できるように、所定のバネ定数を有しており、厚み、溝形状および溝数によってそのバネ定数を調整している。例えば、筒体２２の厚みは例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとされる。筒体２２の上下に延びる筒状部２２１から一端側開口（上端側開口）までは円筒状のものであるが、筒体２２の他端側開口（下端側開口）は径方向外側に向かって広がるいわゆるラッパ状になっている。このように、筒体２２の他端側開口がラッパ状になっていることで、筒体２２が鍔部２２２を有する構造になっている。

【0023】

また、基体２１は円板状のもので、図に示す例では周縁部が他の部位よりも薄肉になっている。基体２１の周縁部と筒体２２の鍔部２２２とは、例えば積層型圧電素子１に圧縮荷重をかけた状態で溶接されている。なお、基体２１にはリードピン４３を挿通可能な貫通孔が２つ形成されており、この貫通孔にリードピン４３を挿通させている。そして、貫通孔の隙間には例えば軟質ガラス４４が充填されていて、リードピン４３が固定されている。リードピン４３の先端にはリード線４１が接続されているとともに、このリード線４１がはんだ４２で外部電極１５に取り付けられていて、リードピン４３およびリード線４１を介して積層型圧電素子１に駆動電圧を印加するようになっている。

【0024】

蓋体２３は外径が筒体２２の一端側開口の内径と同じ程度とされたものである。筒体２２の一端側開口から蓋体２３が嵌め込まれ、筒体２２の一端側開口の近傍（上端近傍）の内壁にその側面を例えば溶接されている。このとき、積層型圧電素子１に圧縮荷重をかけた状態で、筒体２２の鍔部２２２と基体２１とが溶接されている。

【0025】

そして、図２および図４に示すように、積層型圧電素子１の下端が金属ケース２に接合材３で接合されており、接合材３は、積層方向から見て少なくとも積層型圧電素子１の下端における図形の重心から最も遠い部位に設けられていない。

【0026】

積層型圧電素子１の下端を金属ケース２に接合する接合材３は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂等である。積層型圧電素子１の下端と基体２１の上面との間にある接合材３の厚みは、例えば０．０１ｍｍ〜０．３０ｍｍとされる。

【0027】

積層型圧電素子１が積層方向に伸縮すると同時に積層方向に垂直な方向にも広がったり縮んだりする。このとき、金属ケース２に接合された積層型圧電素子１の下端面の図形の重心から最も遠い部位が最も大きく動くことから、この部位に応力が集中してクラックが入りやすい。具体的には、積層型圧電素子１の下端面の図形の重心から最も遠い部位と接合材３との接合部付近からクラックが生じ、長期間の使用により積層型圧電素子１の内部に向かってクラックが進展するおそれがある。

【0028】

これに対し、接合材３が、積層型圧電素子１の積層方向から見て少なくとも当該積層型
圧電素子１の下端における図形の重心から最も遠い部位に設けられていないことで、この部位への応力集中がなくなり、この部位にクラックが生じるのを抑制することができる。したがって、圧電アクチュエータ１０の耐久性が向上する。

【0029】

ここで、少なくとも積層型圧電素子１の下端における図形の重心から最も遠い部位に設けられていないとは、積層型圧電素子１が四角柱状であって下端面が四角形の場合は、４隅に設けられていないことを意味する。また、積層型圧電素子１が円柱状の場合（遠い近いがなく全部の距離が同じ場合）は、外周部まで達していないことを意味している。

【0030】

なお、積層型圧電素子１の上端が金属ケース２と接合される場合には、積層型圧電素子１の上端と金属ケース２との間にある接合材も同様の形状であるのがよい。

【0031】

また、積層型圧電素子１は、圧電体層１１、第１の内部電極層１２１および第２の内部電極層１２２が積層された積層体１３と、該積層体１３の側面に設けられ、第１の内部電極層１２１または第２の内部電極層１２２と電気的に接続された外部電極１５とを備えている。この場合において、接合材３は、図５に示すように、積層方向から透視したときに第１の内部電極層１２１および第２の内部電極層１２２が重なる活性領域１３０の外縁よりも内側に位置するように設けられていてもよい。

【0032】

具体的には、第１の内部電極層１２１および第２の内部電極層１２２は、例えば矩形状の形状である。そして、第１の内部電極層１２１および第２の内部電極層１２２において、外部電極１５と電気的に接続された側の端部は積層体１３の側面まで達しているが、外部電極１５と電気的に接続された側とは反対側の端部は短絡を防止するために積層体１３の側面よりも例えば０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ内側に位置している。なお、第１の内部電極層１２１および第２の内部電極層１２２の他の一対の端部は、外部電極１５が設けられていない側面まで達していてもよく、この側面から例えば０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ内側に位置していてもよい。

【0033】

ここで、積層方向から透視したときに第１の内部電極層１２１と第２の内部電極層１２２とが重なる活性領域１３１は伸縮するが、積層方向から透視したときに第１の内部電極層１２１と第２の内部電極層１２２とが重ならない不活性領域１３２は伸縮しにくいので、これらの境界に応力がかかる。そこで、接合材３を活性領域１３１と不活性領域１３２との境界にかからないように配置することで、この部位で接合材３および積層型圧電素子１にクラックが生じるのを抑制することができ、耐久性が向上する。

【0034】

また、図６に示すように、接合材３は、積層方向から見て積層体１３の下端から外側にはみ出したはみ出し部３１を有していてもよい。積層型圧電素子１が駆動して伸縮するとき、接合材３のはみ出し部３１にも応力が伝わることで応力が分散し、積層型圧電素子１の下端と金属ケース２の基体２１との間に生じる応力が緩和される。また、接合材３のはみ出し部３１は積層型圧電素子１の伸縮による引っ張りや押圧の影響を受けにくいので、積層型圧電素子１の駆動時に接合材３が剥がれにくくなり、さらに耐久性が向上する。

【0035】

なお、図６は金属ケース２を透過してみた積層型圧電素子１の下面および接合材３を示しているもので、接合材３のはみ出し部３１がある場合であっても、接合材３は積層型圧電素子１の下面の４隅には設けられていない。積層体１３が四角柱状の場合における下端の四角形の一辺の長さが０．５ｍｍ〜１０ｍｍの場合、積層体１３の側面に垂直な方向の最大はみ出し距離は、例えば０．２ｍｍ〜３ｍｍの範囲内で設定される。

【0036】

また、図７に示すように、積層体１３は複数の側面を有する多角柱状であり、接合材３は、積層方向から見て積層体１３の下端から複数の側面のすべてにおいて外側にはみ出し
たはみ出し部３１を有していてもよい。言い換えると、はみ出し部３１は、積層方向から見て、積層体１３の複数の側面のすべての下端においてはみ出しているのがよい。これにより、バランスよく応力が分散し、さらに耐久性が向上する。特に、図８に示すように、接合材３は平面透視としてもよい。

【0037】

なお、積層体１３が四角柱状の場合における下端の四角形の一辺の長さが０．５ｍｍ〜１０ｍｍの場合、積層体１３のすべての側面において、当該側面に垂直な方向の最大はみ出し距離は例えば０．２ｍｍ〜３ｍｍの範囲内で設定される。

【0038】

また、図９に示すように、はみ出し部３１は、積層型圧電素子１の下端よりも高く盛り上がっており、積層体１３の側面に固着されていてもよい。これにより、応力の集中箇所が積層型圧電素子１の側面まで分散されるとともに、積層型圧電素子１と接合材３とがより強固に接合されて耐久性が向上する。

【0039】

なお、はみ出し部３１は、積層型圧電素子１の下面よりも例えば０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ高くなるように設定される。

【0040】

このとき、図９に示すように、はみ出し部３１は、積層体１３の側面から最も外側まではみ出している部位までの距離が、積層型圧電素子１の下端から最も高く盛り上がっている部位までの距離よりも長くてもよい。ここで、積層体１３の側面から最も外側まではみ出している部位までの距離とは、側面に対して垂直な方向の距離のことを意味する。これにより、積層型圧電素子１の駆動時にかかる縦方向（積層方向）より大きな横方向（積層方向に垂直な方向）の応力がより緩和される。

【0041】

また、図１０に示すように、積層型圧電素子１の下端の稜部がＣ面またはＲ面になっていてもよい。これにより、稜部付近への応力集中が抑制され、また稜部に接合材３が広がることで応力が緩和され、耐久性が向上する。

【0042】

次に、本実施形態にかかる圧電アクチュエータ１０の製造方法について説明する。

【0043】

まず、圧電体層１１となるセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系，ブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合してセラミックスラリーを作製する。そして、周知のドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成型法を用いることにより、このセラミックスラリーからセラミックグリーンシートを作製する。圧電セラミックスとしては、圧電特性を有するものであればよく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）を用いることができる。また、可塑剤としては、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ），フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）などを用いることができる。

【0044】

次に、内部電極層１２となる導電性ペーストを作製する。具体的には、例えば銀−パラジウム合金の粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することによって、導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上にスクリーン印刷法を用いて内部電極層１２のパターンで印刷する。次に、導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層するとともに積層方向の両端部に導電性ペーストが印刷されていないセラミックグリーンシートを複数枚積層して積層成形体を得る。ここで、必要により、多孔質な金属層からなる予定破断層１４となるように、導電性ペーストを塗布したセラミックグリーンシートを積層成形体の中に配置してもよい。

【0045】

この積層成形体を所定の温度で脱バインダー処理した後、９００〜１２００℃で焼成し、平面研削盤等を用いて所定の形状になるよう研削処理を施すことによって積層体１３を
作製する。

【0046】

なお、積層体１３は上記の製造方法によって作製されるものに限定されるものではなく、圧電体層１１と内部電極層１２とを複数積層してなる積層体１３を作製できれば、どのような製造方法によって作製されてもよい。

【0047】

次に、ＡｇやＣｕのような金属を含んだ導電性ペーストを用い、外部電極１５を形成する。具体的には、銀粒子およびガラス粉末にバインダーを加えて銀ガラス含有導電性ペーストを作製し、内部電極層１２の導出された積層体１３の対向する一対の側面にスクリーン印刷法やディスペンス方式によって印刷し、乾燥させた後、５００〜８００℃程度の温度で焼き付け処理を行なう。これにより、外部電極１５を形成する。

【0048】

次に、必要により、積層体１３の側面のうち両内部電極層１２が導出された一対の側面に、被覆層となるエポキシ、シリコーン、ナイロンなどの樹脂を印刷やディスペンス方式により形成する。

【0049】

その後、外部電極５に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体１３を構成する圧電体層１１を分極することによって、積層型圧電素子１が完成する。

【0050】

次に、外部電極１５とリード線４１をはんだ付けする。

【0051】

また、切削加工にて抵抗溶接用の環状部（図示せず）を形成するとともに、穴加工にて貫通孔を形成してなる基体２１を用意する。この基体２１に形成された２つの貫通孔にそれぞれリードピン４３を挿通するとともに隙間に軟質ガラス４４を充填して固定し、さらに基体２１の上面に積層型圧電素子１の下端部を接合材３で接着する。そして、積層型圧電素子１の外部電極１４にはんだ４２にてはんだ付けしたリード線４１と基体２１に取り付けられたリードピン４３とをはんだで接続する。

【0052】

ここで、接合材３は、積層方向から見て少なくとも積層型圧電素子１の下端における図形の重心から最も遠い部位に設けられていないように塗布し、また所望の形状となるように適宜塗布量を調整して塗布する。

【0053】

次に、ＳＵＳ３０４製のシームレスの円筒状の筒体２２に圧延加工によりベロー形状を形成する。圧延加工時に金型形状を変更することにより、溝部の厚み、及び曲率半径の変更することができる。この筒体２２の一端側（上端側）の開口を塞ぐようにＳＵＳ３０４製の蓋体２３をレーザー溶接によって溶接する。なお、筒体２２の筒状部２２１他端側（下端側）には鍔部２２２が形成される。

【0054】

次に、筒体２２を基体２１に接着した積層型圧電素子１に被せ、所定の荷重で筒体を引張り、積層型圧電素子１に荷重を加える。この状態で、筒体２２の鍔部２２２と基体２１とを抵抗溶接によって溶接する。

【0055】

最後に、基体２１に取り付けられたリードピン４３に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体１３を分極する。

【0056】

以上の製法により、本実施形態の圧電アクチュエータ１０が得られる。

【実施例】

【0057】

圧電アクチュエータを以下のように作製した。

【0058】

まず、平均粒径が０．４μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）を主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、バインダー及び可塑剤を混合したセラミックスラリーを作製し、ドクターブレード法で厚み１２０μｍの圧電体層となるセラミックグリーンシートを作製した。

【0059】

このセラミックグリーンシートの片面に、銀−パラジウム合金（銀９５質量％−パラジウム５質量％）にバインダーを加えて作製した内部電極層となる導電性ペーストを、スクリーン印刷法により印刷したセラミックグリーンシートを２６０枚積層し、その上下に導電性ペーストなしのセラミックグリーンシートを各２０枚積層した積層成形体を作製した。

【0060】

次に、所定の大きさとなるようにダイシングソーマシンで積層成形体を切断した後、積層成形体を乾燥させ、焼成して積層体を作製した。焼成は、８００℃の温度を９０分保持した後、１０００℃で２００分間焼成した。積層体は直方体状であり、その大きさは、端面が縦５ｍｍ、横５ｍｍであり、高さが３５ｍｍであった。

【0061】

次に、銀粒子およびガラス粉末にバインダーを加えて銀ガラス含有導電性ペーストを作製し、これを積層体の側面にスクリーン印刷法によって印刷し、５００〜８００℃程度の温度で焼き付け処理して外部電極を形成した後、半田付けにて外部電極にリード線を接続した。

【0062】

また、ＳＵＳ３０４で円板状の基体を作製した。具体的には、切削にて位置決め部を構成する金属体と、溶接される部位となる環状部を設け、２箇所に貫通孔を形成した図２に示す形状の基体を作製した。そして、基体に形成された貫通孔に軟質ガラスでリードピンを取り付けた。

【0063】

次に、基体の上面に積層体を接合材で固定し、外部電極に半田付けしたリード線と基体に取り付けられたリードピンとをはんだ付けで接続した。

【0064】

ここで、実施例（試料Ｎｏ．１）として図４に示す接合材の状態のものを作製した。まず、積層体と金属ケースとを接着する接合材としてエポキシ樹脂を用い、積層体の底面の中心に０．１〜１０ｍｇをディスペンサーによって塗布し、金属ケースを接着させた。このとき、重心から最も遠い端部にエポキシ樹脂が到達していないことを目視で確認した。そして１５０〜２００℃のオーブンで加熱しエポキシ樹脂を硬化させ作製した。

【0065】

一方、比較例（試料Ｎｏ．２）としてエポキシ樹脂が重心から最も遠い端部である積層体の４隅に到達するように作製した。

【0066】

次に、ＳＵＳ３０４で円板状の蓋体を作製した。

【0067】

また、ＳＵＳ３１６Ｌ製の厚み０．１５ｍｍのシームレスの円筒に圧延加工によりベロー形状とラッパ状の下端部（鍔部）を形成した筒体を作製した。

【0068】

作製した筒体に蓋体を挿入し、筒体と蓋体を溶接した。そして、この溶接したものを、基体に接着した積層型圧電素子に被せ、所定の荷重で筒体を引張り、積層型圧電素子に荷重を印加した後、筒体と基体との当接部を抵抗溶接で溶接した。

【0069】

最後に、２本のリードピンに３ｋＶ／ｍｍの直流電界を１５分間印加して分極処理を行ない、実施例（試料Ｎｏ．１）および比較例（試料Ｎｏ．２）の圧電アクチュエータを作製した。

【0070】

そして、これらの圧電アクチュエータについて、１５０Ｖ、８０Ｈｚの連続駆動試験を行った。

【0071】

その結果、比較例である試料Ｎｏ．２の圧電アクチュエータは、５×１０^６回の連続駆動で接合材と積層型圧電素子との接合界面から積層型圧電素子の内部に向かってクラックが入り、内部電極層間でショートし、スパークして駆動しなくなった。

【0072】

これに対し、実施例である試料Ｎｏ．１の圧電アクチュエータは、連続駆動１×１０^８回をすぎても変わらず安定して駆動していた。なお、駆動後に積層型圧電素子の端部を観察してみたところ、クラックはなかった。

【0073】

以上の結果から、本実施形態の圧電アクチュエータによれば、長期間の耐久性に優れることがわかった。

【符号の説明】

【0074】

１０・・・圧電アクチュエータ
１・・・積層型圧電素子
１１・・・圧電体層
１２・・・内部電極層
１２１・・・第１の内部電極層
１２２・・・第２の内部電極層
１３・・・積層体
１４・・・予定破断層
１５・・・外部電極
２・・・金属ケース
２１・・・基体
２２・・・筒体
２２１・・・筒状部
２２２・・・鍔部
２３・・・蓋体
３・・・接合材
３１・・・はみ出し部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】