JP2000196160A - 剪断型圧電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外観から分極方向と分極の向きを容易に判別
できるような剪断型圧電素子を容易に効率よく製造でき
るようにする。 【解決手段】 圧電板２０の表面に分極用の複数の線状
導体パターン２２を間隔をあけて平行に形成し、それら
の間に直流電界を印加して分極処理を施した後、前記圧
電板の少なくとも線状導体パターン間の分極領域の両面
に電極２４を形成し、その分極領域から矩形板状に素子
を切り出す。ここで、分極領域から矩形板状に素子を切
り出す際、各素子の一方の切断位置に沿って溝２８を入
れる加工を施すことで切断分離後の各素子の一端面に段
差部を形成し、その段差部の位置によって分極の向きを
判別できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、剪断型圧電素子の
製造方法に関し、更に詳しく述べると、厚み滑り振動モ
ードを利用した剪断型圧電素子を、分極の向きが容易に
判別できる構造に製造する方法に関するものである。こ
の剪断型圧電素子は、特に限定されるものではないが、
例えば、微動機構のアクチュエータや高感度の衝撃検知
用センサなどに有用である。

【０００２】

【従来の技術】圧電セラミックスを用いた素子には様々
な構造のものがあるが、その代表的な例は電界誘起歪み
の縦効果及び横効果を利用する圧電素子であり、前者に
は単板構造あるいは積層構造があり、後者には管状構造
がある。これらの圧電素子は、変位拡大機構や変位蓄積
機構などと組み合わせて用いられている。この種の圧電
素子では、分極処理に用いた電極を、そのまま駆動用電
極あるいは検知用電極として使用することができる。

【０００３】圧電素子としては、その他、面に沿って滑
り振動する剪断型圧電素子がある。これは、素子の分極
方向と両方の駆動用電極又は検知用電極を結ぶ方向（電
界を印加する方向又は電界を検出する方向）が直交する
特殊な構造である。この剪断型圧電素子を模式的に図５
に示す。圧電体１０は矢印方向の分極処理が施されてお
り、その両表面全面に電極１２を設ける。電極１２間に
電圧を印加すると、圧電体１０は点線で示すように剪断
歪みが生じる。逆に分極方向に外力が加わって剪断歪み
が生じると、表裏両面の電極間に電圧が発生する。

【０００４】このような構造の剪断型圧電素子は、近
年、微動機構のアクチュエータや衝撃検出用のセンサな
どのデバイスに利用されている。例えば微動機構のアク
チュエータでは、変位拡大機構に一対の剪断型圧電素子
を分極の向きが逆向きとなるように貼り付ける構成があ
り、衝撃検出用のセンサでは、２個の剪断型圧電素子を
それらの分極方向が検出方向に応じて直交方向に（Ｘ方
向とＹ方向を向くように）設けている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらの剪断型圧電素
子は、その分極方向あるいは向きが予め決められている
通りデバイスに組み込まれなければ、所望の特性は得ら
れない。素子形状を長方形板状にしておけば、長辺と短
辺とで分極方向は判別できる（例えば分極方向を長辺に
平行に設定しておけば、外観から分極方向を判別でき
る）。

【０００６】しかし、その場合でも、分極の向き（どち
らの側を正極、どちらの側を負極に分極処理したか）ま
では外観からでは判別できない。前記のような微動機構
のアクチュエータでは、変位拡大機構に一対の剪断型圧
電素子を、分極方向は同じであるが分極の向きは逆向き
となるように貼り付ける必要がある。もし、素子形状が
正方形板状であれば、分極方向さえも外観からでは判別
できない。そこで従来技術では、分極の向きを示すため
に、筆記具やペイント等あるいは先端が鋭利な治具など
でマークを付すことが行われている。

【０００７】しかし、小さな剪断型圧電素子１個１個に
ついて、その分極の向きを示す微小なマークを付ける作
業は、極めて煩瑣であり効率が悪い。

【０００８】本発明の目的は、素子形状がたとえ正方形
板状であっても、外観から分極方向と分極の向きを容易
に判別できるような剪断型圧電素子を容易に効率よく製
造できる方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電板の表面
に分極用の複数の線状導体パターンを間隔をあけて平行
に形成し、それらの間に直流電界を印加して分極処理を
施した後、前記圧電板の少なくとも線状導体パターン間
の分極領域の両面に電極を形成し、その分極領域から矩
形板状に素子を切り出す剪断型圧電素子の製造方法であ
る。本発明においては、分極領域から矩形板状に素子を
切り出す際、各素子の一方の切断位置に沿って溝入れ加
工を施すことで切断分離後の各素子の一端面に段差部を
形成し、その段差部の位置によって分極の向きを判別で
きるようにしており、その点に特徴がある。

【００１０】

【発明の実施の態様】分極用の線状導体パターンの本数
は、使用する圧電板の面積に応じて増減し、所定の分極
処理が行えるようにする。各線状導体パターンは、分極
処理用のリード線が接続しやすいように端部に幅広のラ
ンド部を設けておくのがよい。分極処理した圧電板は、
その分極領域を縦横に切断することで矩形板状の素子を
取り出す。溝入れ加工は、縦方向の切断線（例えば、分
極方向に平行な方向）に沿って行ってもよいし横方向の
切断線（分極方向に垂直な方向）に沿って行ってもよい
が、横方向に形成して分極の負極側あるいは正極側のい
ずれかに段差部が生じるようにするのがよい。なお、段
差部は、例えば幅０．１mm、高さ２０μｍ程度のごく微
小なもので十分である。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明に係る剪断型圧電素子の製造
方法の一実施例を示す工程説明図である。図１のＡに示
すように、焼結した圧電セラミックスからなる圧電板２
０（例えば縦横約２５mm、厚み０．２〜０．５mm程度）
を用意し、その表面に分極用の複数本（図面では３本）
の線状導体パターン２２を互いに平行に適正な間隔をあ
けて形成する。線状導体パターン２２は、圧電板２０の
表裏両面に同一形状になるように設ける。各線状導体パ
ターン２２は幅２mm程度であり、例えば銀ペーストをス
クリーン印刷により塗布し、焼き付ける方法で形成す
る。そして、線状導体パターン２２を利用して、圧電板
２０の面内方向に分極処理を施す。分極方向を矢印で示
す。例えば、１２０℃の絶縁油中にて、１．５ｋＶ／mm
以上の直流電界を３０分以上印加することで行う。

【００１２】次に、図１のＢに示すように、圧電板２０
の表裏両面全面にわたって、前記分極用の線状電極パタ
ーン２２の上から電極２４を形成する。電極形成部分に
は点々を付して示している。この電極形成は、それによ
って圧電板２０が消極されないように（即ち、分極状態
が維持されるように）、スパッタ法あるいは蒸着法など
で金などの金属膜を付着させることで行う。銀ペースト
の焼き付けでは、過度の加熱で分極状態が損なわれてし
まうからである。なお、電極形成は、圧電板のほぼ全面
にするのが簡便であるが、分極領域のみに選択的に電極
を形成してもよい。

【００１３】その後、図１のＣに示すように、ダイシン
グソー２６を用いて分極領域（線状導体パターン間の領
域）から多数の所定形状の素子を切り出す。縦横に切断
する位置を二重破線で示す。その際、まず、圧電板２０
をダミー基板（図示せず）に貼り付けて切断装置にセッ
トする。そして、一方（例えば横方向）の切断すべき位
置から片側に僅かにずれた位置でブレード高さを調節し
て、それぞれ深さ２０μｍ程度の溝入れ加工を行う。ブ
レード厚（刃厚）は約０．２mmであり、溝中心の切断線
（切断する位置の中心）からのずれは、ほんの僅か（例
えばブレード厚の半分程度、即ち、０．１mm程度）でよ
い。その後、ブレード高さを再度調整して所定の切断位
置にて縦横に切断する。溝入れ加工を行い切断した状態
を、図１のＤに示す。同図において、左側の溝２８が形
成されている列ａが素子となる部分であり、右側の列ｂ
は分極用の線状導体パターン近傍で取り除く部分であ
る。その後、ダミー基板から取り外すことで、矩形板状
（長方形板状あるいは正方形板状）の素子を取り出す。
上記の寸法の圧電板（約２５mm角）から、１００個程度
の素子を切り出すことができる。

【００１４】図２に、切り出した剪断型圧電素子３０を
示す。この実施例では、上記のように切断位置に対して
ブレード厚の半分程度ずらせて溝加工を行っているた
め、切断分離後の各素子には、溝部が段差部３２となっ
てその一端面に現れる。ここでは分極方向の負極側の端
面に段差部３２を設けている。剪断型圧電素子３０の表
裏両面には金電極３４が形成されているので、金電極の
金色とセラミックスの地色とで、段差部３２は容易に判
別できる。

【００１５】上記の実施例では、溝入れ加工後に切断す
る順序としているが、圧電板はダミー基板に固定されて
いるために切断後に溝入れ加工を行ってもよい。しか
し、上記実施例のように、溝入れ加工後に切断する方
が、欠け（チッピング）が発生し難い点で好ましい。溝
加工（段差部形成）は、上記の例では分極方向の負極側
に設けているが、正極側に設けてもよい。

【００１６】次に、本発明に係る剪断型圧電素子の応用
例として、微動機構のアクチュエータに適用した例と衝
撃検知用のセンサに適用した例について説明する。

【００１７】図３は、微動機構のアクチュエータに適用
した例を示している。変位拡大機構４０は、中央付近に
揺振の支点となる枢軸穴４２を有する台形部４４と、両
側の矩形部４６とが、狭い連結部分によって連続した形
状の金属板からなり、その両側の矩形部４６にそれぞれ
剪断型圧電素子３０を、その片面で導電性接着剤により
貼着した構造である。両剪断型圧電素子３０の他方の面
は、ベース部材（図示せず）に固定する。ここで両剪断
型圧電素子３０は、その分極方向は平行で、且つ分極の
向きは矢印で示すように互いに逆向きにする必要があ
る。本発明により得られる剪断型圧電素子３０は、分極
の負極側に明瞭に判別できる段差部３２が形成されてい
るから、図示のように、両剪断型圧電素子３０につい
て、それらの段差部３２が逆方向となるように組み合わ
せれば必ず分極の向きは逆になる。両方の剪断型圧電素
子に同位相で交番駆動電圧を印加すると、変位拡大機構
４０の両方の矩形部４６が逆位相で分極方向に振動し、
それによって台形部４４の先端は矢印ｓで示すように揺
振する。

【００１８】図４は、衝撃検知用のセンサに適用した例
を示している。基板５０上に、それぞれ金属製の重り５
２を搭載した剪断型圧電素子３０を２組取り付ける。こ
こでは、互いに直交するように、即ち一方は分極方向が
Ｘ方向を向き、他方は分極方向がＹ方向を向くように導
電性接着剤で固定する。本発明により得られる剪断型圧
電素子３０は、分極の負極側に明瞭に判別できる段差部
３２が形成されているから、図示のように、両剪断型圧
電素子３０について、それらの段差部３２がＸ方向の端
面とＹ方向の端面に位置するように組み合わせれば、分
極方向を所望の状態に設定できる。剪断型圧電素子３０
の下面側の電極は共通の導電パターン５４から引き出
し、剪断型圧電素子３０の上面側の電極は金属製の重り
５２を介してリード線５６によりそれぞれの導電パター
ン５８に半田付けして引き出す。この構成によって、衝
撃のＸ方向の成分はＸ側の剪断型圧電素子から発生する
電圧によって、衝撃のＹ方向の成分はＹ側の剪断型圧電
素子から発生する電圧によって、それぞれ検知できる。

【００１９】

【発明の効果】本発明は上記のように、圧電板を切断し
て素子を切り出す際に、片方の切断線に沿って溝入れ加
工を行うことで分離後の各素子の一端面に段差部を形成
する方法であるから、段差部の位置によって分極の向き
が判別できるようになり、各素子に極めて簡単に且つ効
率よく段差部を形成できる。段差部で電極が削り取られ
た状態となるため、電極の金属色とセラミックスの地色
との色の違いが生じ、容易に段差部を見つけることがで
きる。その結果、素子を正方形板状に切り出す場合でも
分極方向及び分極の向きを明瞭に判別できる。

【００２０】このように、本発明方法によって得られる
剪断型圧電素子は、一端面に分極の向きを示す明瞭に判
別できる段差部が形成されているから、アクチュエータ
やセンサなどの各種デバイスに組み込む際に所望の向き
に正確に且つ容易に組み込むことができ、組み立てミス
が生じる虞は全くないし、従来の表面に形成するマーク
と異なり、組み込み後でも側面方向から観察することで
分極の向きの検査・確認が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る剪断型圧電素の製造方法の一実施
例を示す行程説明図。

【図２】本発明方法で得られた剪断型圧電素子を示す斜
視図。

【図３】本発明方法で得られた剪断型圧電素子を微動機
構のアクチュエータに適用した一例を示す説明図。

【図４】本発明方法で得られた剪断型圧電素子を微動機
構のアクチュエータに適用した一例を示す説明図。

【図５】剪断型圧電素子の構造と動作の一例を示す説明
図。

【符号の説明】

２０ 圧電板 ２２ 分極用の線状電極パターン ２４ 電極 ２６ ダイシングソー ２８ 溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電板の表面に分極用の複数の線状導体
   パターンを間隔をあけて平行に形成し、それらの間に直
   流電界を印加して分極処理を施した後、前記圧電板の少
   なくとも線状導体パターン間の分極領域の両面に電極を
   形成し、その分極領域から矩形板状に素子を切り出す剪
   断型圧電素子の製造方法において、 分極領域から矩形板状に素子を切り出す際、各素子の一
   方の切断位置に沿って溝入れ加工を施すことで切断分離
   後の各素子の一端面に段差部を形成し、その段差部の位
   置によって分極の向きを判別できるようにしたことを特
   徴とする剪断型圧電素子の製造方法。