JP2008205445A - 圧電アクチュエータを製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】方法は、複数のシートであって、高誘電率領域154と高誘電率領域154に隣接した少なくとも2つの低誘電率領域156とをそれぞれ含むシート158を提供する工程と、高誘電率領域154の上に重ね、かつ少なくとも1つの低誘電率領域156を露出したままにするように、2つ以上のシート158のそれぞれ1つに少なくとも1つの導電性領域160を適用する工程と、アクチュエータスタックを形成するため、シート158を積み重ねる工程であって、その際、シート158それぞれの上の導電性領域160またはそのそれぞれを、アクチュエータスタック内の異なるシート158上の導電性領域160に対してずらす工程とを含む。
【選択図】図15
Description
圧電層はテープキャスティングプロセスによって形成される。一般的なテープキャスティング装置100が図3に概略的に示される。供給ロール104上に運ばれた基板102は、溶剤中に分散され、結合剤と混合されたセラミック粒子のスラリーまたは懸濁液を収容しているホッパーまたは貯槽106の下を水平に供給される。基板102は、通常、ポリエステルまたは酢酸セルロースなどの可撓性ポリマーの薄いシートである。一般的に、スラリー内のほとんどのセラミック粒子は、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)などの圧電セラミックから作られ、溶剤は好ましくは水であり、結合剤は、ポリ(ビニルアルコール)またはポリ(酢酸ビニル)などのポリマーである。スラリーは、焼結助剤、可塑剤、およびピグメントなどの他の構成物質を含有してもよい。
次に、未加工テープ112の受取りロール114はより小さなシートへスライスされ、未加工テープ112は基板102から取り除かれる。次に、未加工テープのシートはスクリーン印刷装置(図示せず)に移送され、そこで、アクチュエータの内部電極34を形成するように、未加工テープの表面上に所望のパターンで導電性インクが印刷される。導電性インクは、一般的に、プラチナ、銅、または銀パラジウムなどの、印刷後に蒸発する適切な溶剤中に分散された金属粒子を含有する。
本発明の一実施形態では、導電性領域は1つまたは複数のシートに適用されず、シートは、第1の群のシート、導電性領域を有さない1つまたは複数のシート、および第2の群のシートを含む繰り返しの配列の形態で積み重ねられる。そのような配列は、例えば、第1の群のシート、導電性領域を有さない1つまたは複数のシート、第2の群のシート、および導電性領域を有さない1つまたは複数のシートを含む繰り返しの配列であってもよい。この構成では、未加工テープに存在することがあるピンホールまたは他の欠陥は、やはりシートの厚さ全体にわたって延びないので、そのような欠陥の望ましくない影響は低減される。
本発明の方法により、スタックの絶縁コーティング用の材料を選択する際に大幅な柔軟性が許容される。この柔軟性の1つの利点は、適切な材料を選択することによって、絶縁コーティングの機械的性質を、特定の用途の要件を満たすように最適化することができる点である。
添付図面の図1〜4を既に参照してきた。
アクチュエータスタック50は、圧電材料から形成された複数の圧電層54と、圧電層54の間に配置された、2つのみが図5に示される複数の平面の内部電極56および58とを含む。内部電極56および58は、交互に正の側面電極52および負の側面電極と電気的に接続されている。
図9は、製造方法に使用するのに適したテープキャスティング装置120を概略的に示す。テープキャスティング装置120は貯槽122を含む。貯槽122は、互いに向かって傾斜した2つの側面124および126を有するホッパー形状であって、先細の形状を画定する。傾斜面124および126は貯槽122の基部で交わらず、その代わりにギャップまたは出口(図示せず)を画定し、貯槽122の内容物は、貯槽122の基部においてそこを通って貯槽122を出てもよい。貯槽122の側面、すなわち端部は、台形のエンドプレート128および130によって閉じられ、各エンドプレート128および130は短い縁部に平行な長い縁部を有する。各エンドプレート128および130の長い縁部は、貯槽122の傾斜面124および126の頂部の角それぞれの間を延びる。各エンドプレート128および130の短い縁部は、出口の端部を画定するように、貯槽122の傾斜面124および126の底部の角それぞれの間を延びる。
未加工スタック166内の未加工シート158の数は、一般的に約1000層である、圧電アクチュエータに求められる層数に対応する。明瞭にするため、5つのシート158のみが図14および15に示される。図14に最も明瞭に示されるように、第1および第2のパターン162および164でインクで印刷されたシート158はスタック166内に交互に配置されるので、第1のパターン162で印刷されたシート158に第2のパターン164で印刷されたシート158が挟み込まれる。このようにして、インクの印刷領域160は未加工スタック166全体にわたって互い違いにされる。
図9〜17を参照して上述した方法は、適切に変更して図5および6のアクチュエータを作成するのに適用することもでき、その際、絶縁コーティング62は低誘電率PZTからは作られず、その代わりにアルミナなどの絶縁セラミック材料から作られることが理解されるであろう。
整列を確保するそのような1つの方法は、各未加工シート158の狭いストリップ156の形態の絶縁材料と広いストリップ154の形態の圧電材料との間の境界の位置を識別する工程と、識別された位置を使用して印刷装置をそれらの境界と一直線に並べる工程とを含む。境界は、光学的手段によって識別されてもよく、その場合、材料の光学的性質のばらつきは適切な光センサによって検出される。例えば、絶縁材料と圧電材料は異なる不透明度を有してもよい。そのような差は、便利には透過光によって検出することができ、その際、シートの材料間の境界に対応する透過光の強度のばらつきを検出するため、光源が未加工シート158の第1の面上に設けられ、光強度センサ、例えば、光抵抗器、光コンデンサ、または電荷結合素子が、未加工シート156の第2の面上に設けられる。さらなる実施例では、絶縁材料または圧電材料の1つまたは両方は、例えば、着色剤をスラリーに添加することによって着色されるので、絶縁材料および圧電材料は異なるように着色される。この場合、ストリップ154および156の間の境界は、例えば既知の画像解析技術によって、光学的に検出することができる。
次に、第1および第2のパターン162および164で印刷された未加工シート158は積み重ねられ、加圧され、焼成されて稠密なアクチュエータスタック168を形成し、次に、側面電極52および68がアクチュエータスタック168に適用されて、図14〜17を参照して上述したように、完全なアクチュエータが形成される。
68 電極
134 分配手段
136 分配手段
144 ストリップ
146 ストリップ
150 未加工テープ
154 高誘電率領域
156 低誘電率領域
158 シート
160 導電性領域
162 パターン
168 アクチュエータスタック
176 印刷手段
Claims (26)
- 複数のシート(158)であって、高誘電率領域(154)と前記高誘電率領域(154)に隣接した少なくとも2つの低誘電率領域(156)とをそれぞれ含むシート(158)を提供する工程と、
前記高誘電率領域(154)の上に重ね、かつ少なくとも1つの前記低誘電率領域(156)を露出したままにするように、2つ以上の前記シート(158)のそれぞれ1つに少なくとも1つの導電性領域(160)を適用する工程と、
アクチュエータスタック(168)を形成するため、前記シート(158)を積み重ねる工程であって、その際、前記シート(158)それぞれの上の前記導電性領域(160)またはそのそれぞれを、前記アクチュエータスタック(168)内の異なるシート(158)上の導電性領域(160)に対してずらす工程とを含む、圧電アクチュエータを製造する方法。 - 前記シート(158)がそれぞれ複数の高誘電率領域(154)を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記シート(158)が、前記高誘電率領域(154)および前記低誘電率領域(156)の交互になった配列を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記高誘電率領域(154)および前記低誘電率領域(156)が材料の平行なストリップを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記シート(158)それぞれの上の前記導電性領域(160)またはそのそれぞれが、1つの前記低誘電率領域(156)に1つの前記高誘電率領域(154)を足した幅にほぼ等しい距離だけ、隣接したシート(158)それぞれの上の前記導電性領域(160)またはそのそれぞれに対してずれている、請求項3または請求項4に記載の方法。
- 前記シート(158)を形成するため、未加工テープ(150)を切断する工程をさらに含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記未加工テープ(150)が、高誘電率材料および低誘電率材料の交互になったストリップ(154、156)を含む、請求項6に記載の方法。
- 前記シート(158)の少なくとも1つが前記未加工テープ(150)の2つ以上の層を含む、請求項6または請求項7に記載の方法。
- 前記未加工テープ(150)が共有押出し成形によって形成される、請求項6から8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記未加工テープ(150)が、前記高誘電率材料の押出し成形されたストリップを前記低誘電率材料の押出し成形されたストリップに接合することによって形成される、請求項6から8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記未加工テープ(150)がテープキャスティングによって形成される、請求項6から8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記未加工テープ(150)が、前記低誘電率材料および前記高誘電率材料の交互になったストリップ(144、146)を分配する分配手段(134、136)を含むテープキャスティング装置によって形成される、請求項11に記載の方法。
- 前記未加工テープ(150)を切断して前記シート(158)とする前に、前記導電性領域(160)を前記未加工テープ(150)に適用する工程を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記導電性領域(160)が、前記導電性領域(160)を適用する、前記分配手段(134、136)と一直線に並べられた印刷手段(176)を含む印刷装置によって前記未加工テープ(150)に適用される、請求項13に記載の方法。
- 前記シート(158)の前記高誘電率領域(154)と前記低誘電率領域(156)との間の境界の位置を検出する工程と、前記導電性領域(160)の縁部を前記境界と一直線に並べる工程とをさらに含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記境界の位置が光学的手段によって検出される、請求項15に記載の方法。
- 前記境界の位置が、前記境界における誘電率の変化を測定することによって検出される、請求項16に記載の方法。
- 前記導電性領域(160)が、第1のパターン(162)の形態で前記シート(158)の第1の群に、また第2のパターン(162)の形態で前記シートの第2の群に適用される、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記シート(158)が、前記第1の群のシートと前記第2の群のシートを含む繰り返しの配列の形態で積み重ねられる、請求項18に記載の方法。
- 前記導電性領域(160)が1つまたは複数の前記シート(158)に適用されず、前記シート(158)が、前記第1の群のシート、前記導電性領域(160)を有さない1つまたは複数の前記シート(158)、および前記第2の群のシートを含む繰り返しの配列の形態で積み重ねられる、請求項18に記載の方法。
- 前記積み重ねられたシート(158)から前記アクチュエータスタック(168)を切断する工程をさらに含む、請求項1から20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アクチュエータスタック(168)を焼成する工程をさらに含む、請求項1から21のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アクチュエータスタック(168)に側面電極(52、68)を適用する工程をさらに含む、請求項1から22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記高誘電率領域(154)が第1の組成のジルコン酸チタン酸鉛を含み、前記低誘電率領域(156)が第2の組成のジルコン酸チタン酸鉛を含む、請求項1から23のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1から24のいずれか一項に記載の方法によって製造された圧電アクチュエータ。
- 第1の材料および第2の材料の交互になったストリップ(144、146)を分配する分配手段(134、136)を含むテープキャスティング装置。
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