JP2539106B2 - 圧電アクチュエ―タおよびその製造方法 - Google Patents

圧電アクチュエ―タおよびその製造方法

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JP2539106B2 JP5721291A JP5721291A JP2539106B2 JP 2539106 B2 JP2539106 B2 JP 2539106B2 JP 5721291 A JP5721291 A JP 5721291A JP 5721291 A JP5721291 A JP 5721291A JP 2539106 B2 JP2539106 B2 JP 2539106B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電アクチュエータの
およびその製造方法に関する。圧電アクチュエータは、
従来の電磁力アクチュエータに比較して、小型であり、
発生力、エネルギー変換率、精度の面でも極めて優れた
特性を発揮する。このような特長がある反面、圧電効果
を得るための構造として、圧電セラミックスの上下に電
極材を配線し、電界を圧電セラミックスに印加する必要
がある。このため図6を参照して説明するように積層型
アクチュエータは外部電極が必要で複雑な構造になって
いる。
【0002】
【従来の技術】従来の積層型圧電アクチュエータは、図
6の(e)ように電極2が圧電セラミックス3の層の間
に櫛型に挟み込まれた構造になっている。そのため電極
2の面積が素子1の断面積よりわずかであるが小さいた
め、圧電的に伸びない部分が圧電セラミックス3に生じ
る。そのため、従来の櫛型の積層アクチュエータは、内
部に応力が誘起され、動作中に自己崩壊を起こす。
【0003】また、従来の櫛型積層アクチュエータの製
法では図6の(a)に示すように、圧電グリーンシート
3を乾燥した後、電極ペースト4を塗布し、乾燥し1枚
のシート5を得る。次に2枚のシートを少しずらして重
ね合わせ(図6の(b)参照)、同様にして重ね合わせ
た多数のシート6を用意する(図6の(c)参照)。こ
れらを重ね合わせ加圧し焼成した後、切断線7(図6の
(d)参照)で切断して多数のサイコロ状ブロックを作
る。その後交互に櫛型に配列された電極の1群と他の1
群に接触する外部電極17を形成する。この方法では外
部電極7を必要とするため、製造工程が多くなり、コス
トが高くなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、素子全面に電
極が配線され自己崩壊を起こさない、また低コストで作
製できる圧電アクチュエータの構造およびその製造方法
を開発することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る圧電アクチ
ュエータは、片面に第1の電極を施した第1の螺旋状圧
電セラミックスと、片面に第2の電極を施した第2の螺
旋状圧電セラミックスとを、一方の電極形成面が他方の
電極非形成面とが対向するように螺旋状に接着した層状
体からなり、該層状体の上面において第1の螺旋状圧電
セラミックスの端部と第2の螺旋状圧電セラミックスの
端部の位置がずらされており、第1及び第2の電極が該
上面で表出されていることを特徴とする。
【0006】図1は、本発明の原理図である。図1の
(a)は螺旋状のグリーンシート10を示す。(b)に
おいては螺旋状グリーンシート10の片面に第1の電極
11を全面に施し第1の螺旋状圧電セラミックスグリー
ンシート12と、螺旋状グリーンシート10の片面に第
2の電極13を全面に施し第2の螺旋状圧電セラミック
スグリーンシート14とが示される。(c)は、(b)
に示される第1及び第2の螺旋状圧電セラミックスグリ
ーンシート12、14を2枚並行に組み合わせたものを
示す。(d)は(c)を加圧したものである。(e)
は、(d)を焼成した層状体15を示す。(e)におい
て半円状に示される電極11、13は一方が他方の下に
入り込み、層状体15の上下に螺旋状に伸びている。し
たがって各電極の間には圧電セラミックスが存在してお
りかつ圧電セラミックスの上下には電極が存在してい
る。また最上部の平坦面には外部電極となる電極11、
13が半円状に存在している。なお、この電極の形状は
半円には限定されず、矩形等任意の形状で良い。
【0007】上記圧電アクチュェータを製造するには、
螺旋状の治具上に圧電スラリーを塗布し、乾燥後電極ペ
ーストを塗布するか、または治具上に電極ペーストを塗
布し、乾燥後圧電スラリーを塗布する工程で、電極を配
線した螺旋状の圧電グリーンシートを形成し、前記グリ
ーンシートを前記治具から剥離し、得られた第1及び第
2の螺旋状圧電セラミックスを、一方の電極形成面が他
方の電極非形成面とが対向しかつ前記第1及び第2の電
極が上面に表出されるように組み合わせた層状体を得、
これを加圧後焼成する方法が可能である。
【0008】さらに、片面に電極をほどこした紐状の2
本の圧電グリーンシートボディを電極面を上または下面
に統一して、重ね合わせて支柱に巻き付けて螺旋状層状
体を得、これを上下から加圧し螺旋形圧電グリーンシー
ト状に形成し、その後焼成することも可能である。螺旋
状体の作り方として、両面に電極を施した2枚の圧電グ
リーンシートに中央部まで切れ込みを入れ、これらのグ
リーンシートの切れ込み同士をかみ合わせた後、切れ込
みを交差させた1対のグリーンシートを複数個重ね合わ
せて層状体を得、これを加圧後焼成することも可能であ
る。この方法具体的には以下のようになる。
【0009】両面に電極を施したグリーンシートに穴を
空けさらに中央部まで切れ込みを入れ、切れ込み同士を
かみ合わせ交差させたグリーンシートを2枚一組として
作製し、それを積み上げ螺旋状の圧電グリーンシートを
形成する:両面に電極を施したグリーンシートに中央部
までグリーンシート厚と同じ幅を持つ切れ込みを入れ、
切れ込み同士をかみ合わせ交差させたグリーンシートを
2枚一組として作製し、それを積み上げ螺旋状の圧電グ
リーンシートを形成する:両面に電極を施したグリーン
シートに中央部まで斜めに切れ込みを入れ、斜めの切れ
込みが外になるように切れ込み同士をかみ合わせ交差さ
せたグリーンシートを2枚一組として作製し、それを積
み上げ螺旋状の圧電グリーンシートを形成する:両面に
電極を施したグリーンシートに中央部まで切れ込みを入
れ、切れ込み同士をかみ合わせ交差させたグリーンシー
トを形成する:両面に電極を施したグリーンシートに多
数の凸型の切れ込みを入れ、切れ込み同士をかみ合わせ
交差させたグリーンシートを2枚一組として作製し、そ
れを積み上げ凸の中央部分を切断し螺旋状の圧電グリー
ンシートを形成する。
【0010】
【作用】本請求項1の圧電アクチュエータでは、素子全
面に電極が配線されているので自己崩壊を起こさない。
請求項2〜4の方法では外部との接続用電極は圧電グリ
ーンシートの面に形成されているので、外部接続専用電
極を形成する工程がなく、低コストで圧電アクチュエー
タが製造される。以下、実施例により本発明を説明す
る。
【0011】
【実施例】実施例1 表1に示す組成の圧電セラミックのスラリーを作製し、
図2(a)に示す螺旋状治具20の上にスラリーを塗布
した。乾燥後市販のAg−Pdペーストを塗布し、さら
に乾燥した後成形治具20からグリーンシートを剥離し
た。剥離後、グリーンシートを図2(b)に示すように
2枚一組で組み合わせ、一軸加圧プレスで60℃にて5
0MPaの圧力で40minの加圧を行った後、大気中
で1100℃、10hの焼成を行った。圧電アクチュエ
ータの特性の結果を表2に示す。
【0012】実施例2 表1に示す組成のスラリーを調製し、図3(a)に示す
成形治具22の下に板23を置き、板23を矢印の方向
に引っ張って、スラリーを紐23状に成形した。スラリ
ーの乾燥後、市販のAg−Pdペーストを塗布し、ペー
スト乾燥後グリーンシートをキャリアテープから剥離し
た。剥離後、紐状グリーンシート23、23’を図3
(b)に示すように2枚一組で組み合わせ、支柱25に
巻付、上下のパンチ26、27の間で一軸方向加圧で6
0℃、80MPa、40minの加圧を行った。積層
後、支柱25を層状体15から抜き出し、大気中で11
00℃、10hの焼成を行った。圧電アアクチュエータ
の特性の結果を表2に示す。
【0013】実施例3 表1に示す組成のスラリーを作製し、ドクターブレード
法で成型を行った。グリーンシート乾燥後、キャリアテ
ープから剥離し、グリーンシート30、31の両面に市
販のAg−Pdペーストを塗布した(図4(a)参
照)。ペースト乾燥後、図4(b)に示すように中心部
を打ち抜き、グリーンシート30、31の中央部に穴を
空けた後、斜めに切れ込み32を入れ、図4(c)に示
すように斜めの切れ込みが外になるように切れ込み同士
をかみ合わせ交差させたグリーンシートを2枚一組とし
た。したがって上下の電極は接合面で一体になり、切れ
込み32にて下の電極は上の電極に接続され、穴の回り
を電極が360°回転する円盤状構造34が得られる。
この1対の構造34を60℃、10MPa、5minの
一軸加圧プレスで積層し、さらに、図4(d)に示すよ
うに多数個積み上げ、50MPa、40minの加圧を
行った。積層後、大気中で1100℃、10hの焼成を
行った。圧電アクチュエータの特性の結果を表2に示
す。
【0014】実施例4 表1に示す組成のスラリーを作製し、ドクターブレード
法で成形を行った。グリーンシート40を乾燥後、キャ
リアテープから剥離し、グリーンシート両面に市販のA
g−Pdペースト(11)を塗布した。ペースト乾燥
後、図5(a)に示すように凸型の切れ込み42を打抜
き、図5(b)に示すように切り込み42同士をかみ合
わせ交差させたグリーンシート2枚を一組として60
℃、10MPa、5minの等方等圧プレスで積層し、
さらに、図5(c)に示すように1対の積層体43を積
み上げ、一軸加圧プレスで60℃、50MPa、40m
inの加圧を行った。積層後積層体44を図6(d)に
示す切断線7で凸型の中央部を切断した後、大気中で1
100℃、10hの焼成を行った。圧電アクチュエータ
の特性の結果を表2に示す。
【0015】比較例1 表1に示す組成のスラリーを作製し、ドクターブレード
法で成形を行った。グリーンシート3を乾燥後、剥離
し、□90mmに打抜き、図6(a)に示すように市販
のAg−Pdペースト4を短冊型に印刷した。印刷後、
グリーンシート5を図6(b)に示すように積層位置を
1mm交互にずらした一対の積層体6を作り、これを図
6(c)に示すように配線パターンが櫛形になるように
積み上げ、一軸加圧プレスで60℃、50MPa、40
minの加圧を行った。積層後、大気中で1100℃、
10hの焼成を行った。焼成後、図6(d)に示すよう
に切断線7で切断した後、外部電極7を焼き付けた。圧
電アクチュエータの特性の結果を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】 *1 :比較例1の変位量を100%とした場合 *2 :一つずつ作製するために量産には、不向き *3 :外部電極の取付け工程が必要になる
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば積
層型の圧電アクチュエータに自己崩壊が生じ難い全面電
極を施し、さらに、外部電極形成等の工程を削除できる
ため製造工程が容易になる。これらの効果のため、圧電
アクチュエータの高性能化多用途化および歩留まり向上
に寄与する所が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理図である。
【図2】実施例1の説明図である。
【図3】実施例2の説明図である。
【図4】実施例3の説明図である。
【図5】実施例4の説明図である。
【図6】従来法の説明図である。
【符合の説明】3 グリーンシート(圧電グリーンシー
ト) 4 内部電極(Ag−Pdペースト) 5 グリーンシート(電極ペーストを施したもの) 7 切断線 11 第1電極 12 第1の圧電セラミックスグリーンシート 13 第2電極 14 第2の圧電セラミックスグリーンシート 15 層状体 17 外部電極(Ag−Pdペースト) 20 治具 23 スラリー 30 グリーンシート 31 グリーンシート 32 切れ込み 40 グリーンシート

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 片面に第1の電極を施した第1の螺旋状
    圧電セラミックスと、片面に第2の電極を施した第2の
    螺旋状圧電セラミックスとを、一方の電極形成面が他方
    の電極非形成面とが対向するように螺旋状に接着した層
    状体からなり、該層状体の上面において第1の螺旋状圧
    電セラミックスの端部と第2の螺旋状圧電セラミックス
    の端部の位置がずらされており、第1及び第2の電極が
    該上面で表出されていることを特徴とする圧電アクチュ
    エータ。
  2. 【請求項2】 螺旋状の治具上に圧電スラリーを塗布
    し、乾燥後圧電スラリーを塗布するか、または治具上に
    電極ペーストを塗布し、乾燥後電極ペーストを塗布する
    工程で、電極を配線した螺旋状の圧電グリーンシートを
    形成し、前記グリーンシートを前記治具から剥離し、得
    られた第1及び第2の螺旋状圧電セラミックスを、一方
    の電極形成面が他方の電極非形成面とが対向しかつ前記
    第1及び第2の電極が上面に表出されるように組み合わ
    せた層状体を得、これを加圧後焼成することを特徴とす
    る請求項1記載の圧電アクチュエータの製造方法。
  3. 【請求項3】 片面に電極をほどこした紐状の2本の圧
    電グリーンシートボディを電極面を上または下面に統一
    して、重ね合わせて支柱に巻き付けて螺旋状層状体を
    得、これを上下から加圧し螺旋形圧電グリーンシート状
    に形成し、その後焼成することを特徴とする請求項1記
    載の圧電アクチュエータの製造方法。
  4. 【請求項4】 両面に電極を施した2枚の圧電グリーン
    シートに中央部まで切れ込みを入れ、これらのグリーン
    シートの切れ込み同士をかみ合わせた後、切れ込みを交
    差させた1対のグリーンシートを複数個重ね合わせて層
    状体を得、これを加圧後焼成することを特徴とする請求
    項1記載の圧電アクチュエータの製造方法。
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