JPH01107583A - 積層圧電アクチュエータ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は積層圧電アクチュエータ素子の製造方法に係
り、特に生産性、経済性、信輔性に優れるアクチュエー
タ素子の製造方法に関する。 〔従来の技術〕 メカトロニクス機器の急速な発展に伴い、この分野で使
用されるアクチュエータが注目されてきている。現在過
半のアクチュエータは電磁力で駆動されているため消費
電力が大きい１発熱する。 電磁ノイズを発生するなどの問題があり、これに変わる
アクチュエータの開発が望まれている。これに対し圧電
セラミックスの電界誘起歪みを利用するアクチエエータ
は、本質的に電磁式アクチュエータの有する欠点を克服
できるばかりか、小形。 軽量化が可能であり、さらにセンサー機能も兼備できる
という特徴をもっている。 圧電式アクチエエータとしては、バイモルフ型が古くか
ら知られている。バイモルフ変位素子は圧電板を２枚貼
り合わせた構造で、圧電板を接着剤で貼り合わせるだけ
という容易な製造工程に加えて変位量が大であるので、
従来最も汎用されている形式であるが応答周波数が低い
１発生力が小さいなどの欠点がある。このため最近のマ
イクロメカトロニクスおよびエレクトロニクス分野で使
用するアクチュエータとしては特性的に不十分なもので
ある。これを改良したものとしてその両面に電極を形成
した多数の圧電セラミックス板を積層し、各圧電板を電
気的に並列接続した形状の積層圧電アクチュエータ素子
（スタック型〕が提案されている。このアクチエエータ
素子は、バイモフ ル◆型に比べて応答速度が速い１発生力も太き（取れる
。かつ位置決めの精度が高いなどのすぐれた特徴をもっ
ており各分野での応用が期待されている１本アクチュエ
ータ素子は、通常以下の工程で製造される。まず高い圧
電歪定数（ｄｓｓ）を有するＰｂＴｉ０ｓ−ＰｂＺｒＯ
ｓ−Ｐｂ（Ｘｉ、Ｎｂ）Ｏｓ　あるいはＰｂＰｂＴｉ０
１−ＰｂＺｒ０ｓ−Ｐｂ（、Ｎ１）Ｃ１ｓ系圧電セラミ
ツクスなどの粉末を原料として、成形・焼成・研まなど
によって厚さ０．５−前後の圧電セラミックス薄板を得
、この圧電セラミックス薄板の表裏面に銀ペーストを塗
布後焼成して銀電極を形成させる。このあと内部電極と
しての金属薄板と両面に電極を有する圧電セラミックス
板を交互に所要枚数積層し、これをボルト締めなどの手
−段によって固定して積層体とする。さらに前記金属薄
板の一部を圧電セラミックス板の一層おきに側面にとり
出し、これをハンダ付けなどによって接続し、電圧印加
用の外部電極とすることにより積層圧電アクチエエータ
素子を得ている。 （発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら上記のような積層圧電アクチエエータ素子
の製造方法にあっては次のような問題点がある。 （１）圧電セラミックス板１枚ごとに印刷により銀電極
を形成する必要があるので、それに時間がかかり注産性
と経済性の低下する原因となる。また銀電極形成のため
の印刷装置が必要となる。 （２）内部電極として金ａ薄板を使用しているため、圧
電セラミックスで生じた発生力が緩和しやすい、また金
属薄板を折曲げこれを接続して外部電極としているため
それが接触して短絡を生じやすい。 （３）ボルト締めなどの手段によって、圧電セラミック
ス板と金属薄板の積層体を固定するため、その締付力の
相違によってアクチエエータとしての特性が変化し、か
つ締付不良によって圧電セラミックス板が破損しやすく
製造歩留りが低下しやすい。 この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的は圧電セ
ラミックス薄板の積層方法や、積層体への電圧供給方法
に改良を加え、生産性、経済性。 信頼性に優れる圧電アクチエエータ素子を製造する方法
を提供することにある。

【問題点を解決するための手段】

上記の目的はこの発明によれば圧電セラミックスの内部
に離間して平行に埋込まれた内部電極層に交互に異なる
極性の電圧を印加して圧電セラミックスの伸縮を行なわ
せる積層圧電アクチエエータ素子の製造方法において、 （イ）圧電セラミックスの薄板１１の片面または両面に
全面にわたって導電性テープを貼着したちのを所定枚数
積層して熱処理し内部電極層１２の埋込まれた圧電セラ
ミックスの積層体を形成する工程と、 （ロ）前記内部電極層の露出する前記積層体の端面に絶
縁層１３Ａ、　１３Ｂを形成する工程と、（ハ）内部電
極層と一層おきに当接するように前？ 記絶縁層上にスリットを複数個中膜してスリット群１４
Ａ、　１４Ｂを形成する工程と、（ニ）前記スリット群
を介して内部電極層と電気的に接続するように外部電極
１５＾、　１５Ｂを形成する工程、とを備えることによ
って達成される。 （ａ）圧電セラミックスとしては圧電縦効果の大きいＰ
ｂＴｉＯｓ　−ＰｂＺｒＯｓ　’　Ｐｂ（Ｎｉ、Ｎｂ）
Ｏｓ系セラミックスやＰｂＴｉ０ｓ−ＰｂＺｒＯｓ　　
Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎ１）Ｏｓ系セラミックス等が使用される
。 圧電セラミックス薄板は円板状、方形状等、形状を問わ
ない、導電性テープは接着性テープに銀。 白金、金などの微粒子が担持されている。この導電性テ
ープが圧電セラミックス薄板の全面にわたって貼着され
る。この貼着は必要に応じ薄板の片面または両面に対し
てなされる。導電性テープの貼着されたセラミックス薄
板を積層し、熱処理すると導電性テープは硬化し、圧電
セラミックスの薄板が相互に接合される。貴金属の微粒
子が硬化した樹脂の中に分散しており、導電性の内部電
極層１２　となる。 （ｂ）絶縁層１３＾、１３Ｂがエポキシ樹脂等の有機高
分子材料を用い浸漬、ハケ塗り、スプレー、Ｍ着などの
手法により内部電極層の露出する圧電セラミックス積層
体の端面に形成される。絶縁層１３Ａ、　１３Ｂ端面の
全てを覆うように形成してもよく、また圧電セラミック
ス積層体が角柱状の場合のように端面の相対する２・面
に形成するようにしてもよい。 （Ｃ）内部電極層１２を覆う絶縁層１３Ａ、　１３Ｂに
対しダイシングソウ等を使用してスリットが形成される
。このスリットは内部電極層１２に対し１２つのスリッ
ト群１４＾、１４Ｂが形成される。この際２つのスリッ
ト群はスリットの基設位置が内部電極層に関して一層だ
けずれるように形成される。 この際２つのスリット群１４＾、１４Ｂは相互に分離し
ておれば必ずしも対向して設けられる必要はない。 （ｄ）スリット群１４＾、　１４Ｂに対しては外部電極
１５＾、１５Ｂがそれぞれ形成される。外部電極１５Ａ
。 １５Ｂはスリット群を介して内部電極層１２と接続する
。２つの外部電極にはそれぞれ異なった極性の電圧が印
加される。その結果内部電極層１２には交互に異なった
極性の電圧が加わる。 〔作用〕 圧電セラミックス薄板に導電性テープを貼着するので導
電ペーストの印刷の工程を経ないで電極を形成すること
が可能になる。 圧電セラミックスの薄板は導電性テープを貼着後積層し
て熱処理されるので導電性テープの変化した内部電極層
を介して相互に接合する。 ２つの外部電極がアクチエエータ素子表面に分離固定さ
れるので相互の接触はおこらなくなる。 〔実施例〕 次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。 本発明で使用する圧電セラミックス材料はＰｂＴｉ０ｓ
ＰｂＺｒＯｉ　　Ｐｂ（Ｎｉ、Ｎｂ）Ｏｓの組成を有す
るセラミックスである。このセラミックス材料の粉末を
プレス成形し１２５０°Ｃの温度で２時間焼成する。得
られた焼結体を研まして０．５−の厚さにする。形状は
１５１ＩＩＩｘ１５■ノ方形テアル。 上記の方法で得られた圧電セラミックスの薄板の片面（
第１図の（ａ））または両面（第１図の（ｂ））に、全
面にわたって導電性テープを貼着する。 次にこの圧電セラミックスを所要枚数（例えば７０枚）
積層し、２００℃の温度で３０分間熱処理する。 この工程で導電性テープは硬化して内部電極層１２にな
ると共に各セラミックス薄板が強固に接合され、第２図
に示すような積層体となる。導電性テープの貼着と熱処
理による内部電極の形成は短時間にかつ簡易になされ、
アクチエエータ素子製造の生産性と経済性を高める。ま
た末法によるセラミックス薄板の接合の歩留りは良好で
、これもアクチエエータ素子製造の生産性と経済性を高
める。 熱処理に続いて第３図に示すように内部電極層１２の露
出している積層体の相対する２つの端面に絶縁層１３＾
、１３Ｂが形成される。絶縁材料としてはエポキシ樹脂
が用いられ、刷毛塗りで塗布される。厚さは５０ｐｍで
ある。 絶縁層を形成したのちに第４図に示すようにスリット群
１４＾、　１４Ｂがダイシングソウなどを用いて絶縁層
１３Ａ、　１３Ｂ上に形成される。このスリット群は内
部電極層１２に平行であり、内部電極層１２の一層おき
にこれと当接する。スリット１ケのサイズは巾１０ｐｍ
及至５０ｐｍに加工可能である。 深さは５０〃ｍをやや越えたものになる。ピッチは１舗
である。スリット群１４Ａ、　ｊ、４Ｂの底には内部電
極層１２が全長にわたり露出する。スリット群１４Ａと
１４Ｂとは内部電極層１２について一層だけ互いにずれ
る。 このスリットｉ設は高精度であるので後述のようにこの
スリットを介して電気的接続を行うときは、電気的接続
部を簡易かつ高精度に形成することができ、内部電極に
おける短絡、導通不良などの問題が絶無である。 スリット加工が終ってから、第５図に示すように絶縁層
１３＾、１３Ｂの上に導電性物質を塗布して外部電極１
５＾、１５Ｂを形成する。導電性物質としては、Ａｇ、
　Ａｕ、　Ｐｔ、　Ｐｄ、　Ｃｕまたはこれらの合金を
含んだ導電ペーストを使用でき、塗布方法は絶縁層の場
合と同様な方法が用いられる。導電性物質を塗布すると
きスリット群１４Ａ、　１４Ｂに導電性物質が充填され
、外部電極１５＾、１５Ｂ　と内部電極層１２とが電気
的に接続する。この際外部電極はアクチエエータ素子表
面に固定されるので外部＠橿同志の接触がなくなりアク
チュエータ素子の信幀性が向上する。 以上の方法で製造した積層圧電アクチエエータ素子に４
００　Ｖの直流電圧を印加して変位を調べると、２３ｐ
ｍであることがわかる。またこの際の発生力は２１０ｋ
ｇである。この変位量９発生力は同一の印加電圧で比較
すると従来のものと同等及至それ以上であることがわか
る。さらにアクチュエータ素子として具備すべき誘導損
失、引張強度、抗折強度、温度特性、静電容量等の性能
も使用上問題がないことも確認した。 〔発明の効果］ この発明によれば圧電セラミックスの内部に離間して平
行に埋込まれた内部電極層に交互に異なる極性の電圧を
印加して圧電セラミックスの伸縮を行なわせる積層圧電
アクチュエータ素子の製造方法において、 （イ）圧電セラミックスの薄板の片面または両面に全面
にわたって導電性テープを貼着したものを所定枚数積層
して焼成し内部電極層の埋込まれた圧電セラミックスの
積層体を形成する工程と、（ロ）前記内部電極層の露出
する前記積層体の端面に絶縁層を形成する工程と、 群を形成する工程と、 （ニ）前記スリット群を介して内部電極層と電気的に接
続するように外部電極を形成する工程とを備えるので導
電性テープを介して内部電極層の形成と、圧電セラミッ
クスの接合とが同時に行われアクチュエータ素子製造の
生産性と経済性を高めまた絶縁層とそれに精度良（重設
されたスリット群とにより必要な内部電極層のみが確実
に露出され、これに電気的に接続するようにして、２つ
の外部電極がアクチュエータ素子表面に固定されるので
外部電極の相互の接触がなくなり素子の信輔性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及至第５図は本発明の実施例に係る積層圧電アク
チュエータ素子の製造方法を手順に従って示す製造工程
図である。 ２・・・導電性テープ、・１１・・・圧電性セラミック
スの１板、１２・・・内部電極層、１３４．１３Ｂ・・
・！！！縁層、１４＾。 １４Ｂ・・・スリット群、１５Ａ、　１５Ｂ・・・外部
電極。 （α）　　　　　　（ｂ） 第　１　図 １．２　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）圧電セラミックスの内部に離間して平行に埋込まれ
   た内部電極層に交互に異なる極性の電圧を印加して圧電
   セラミックスの伸縮を行なわせる積層圧電アクチュエー
   タ素子の製造方法において、（イ）圧電セラミックスの
   薄板の片面または両面に全面にわたって導電性テープを
   貼着したものを所定枚数積層して熱処理し内部電極層の
   埋込まれた圧電セラミックスの積層体を形成する工程と
   、（ロ）前記内部電極層の露出する前記積層体の端面に
   絶縁層を形成する工程と、 （ハ）内部電極層と一層おきに当接するように前記絶縁
   層上にスリットを複数個穿設してスリット群を形成する
   工程と、 （ニ）前記スリット群を介して内部電極層と電気的に接
   続するように外部電極を形成する工程、とを備えること
   を特徴とする積層圧電アクチュエータ素子の製造方法。