JPH03184385A - 積層型圧電素子の製作方法 - Google Patents
積層型圧電素子の製作方法Info
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- JPH03184385A JPH03184385A JP1323387A JP32338789A JPH03184385A JP H03184385 A JPH03184385 A JP H03184385A JP 1323387 A JP1323387 A JP 1323387A JP 32338789 A JP32338789 A JP 32338789A JP H03184385 A JPH03184385 A JP H03184385A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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。
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〕
本発明は、積層型圧電素子に係り、特に変質層の形成を
抑制して圧電素子の特性劣化を防止するに好適な積層型
圧電素子の製作方法に関する。
抑制して圧電素子の特性劣化を防止するに好適な積層型
圧電素子の製作方法に関する。
従来の積層型圧電素子の製作方法においては、例えば特
願昭６３−１７５０５０号公報に記載されている積層型
圧電素子は、ＡＱ電極層（電極層）と焼成済の圧電セラ
ミックスとの接合を炉中で加熱して行うのが一般的で試
料全体を長時間加熱していた。したがってその長時間加
熱のため、接合界面はＡｆｉ（アルミニウム）により圧
電セラミックスが還元されて変質層が形成される。すな
わち外観上、Ａ４電極層と圧電セラミックスとの接合部
は黒く変色する。
願昭６３−１７５０５０号公報に記載されている積層型
圧電素子は、ＡＱ電極層（電極層）と焼成済の圧電セラ
ミックスとの接合を炉中で加熱して行うのが一般的で試
料全体を長時間加熱していた。したがってその長時間加
熱のため、接合界面はＡｆｉ（アルミニウム）により圧
電セラミックスが還元されて変質層が形成される。すな
わち外観上、Ａ４電極層と圧電セラミックスとの接合部
は黒く変色する。
この変色層（変質層）は接合温度が高いほど、また加熱
時間が長いほど厚く形成される。そしてこの変色層の形
成により圧電セラミ２クスの特性。
時間が長いほど厚く形成される。そしてこの変色層の形
成により圧電セラミ２クスの特性。
すなわち電気機機械結合係数、絶縁抵抗及び比誘電率な
どが低下し、圧電常数が小さくなる。
どが低下し、圧電常数が小さくなる。
なお変質層形成の原因は、ＡＱが非常に活性な金属であ
るため、高温で長時間に亘り圧電セラミックスと接触す
ると還元反応が進み、ＡＱは酸化物に、また圧電セラミ
ックス中の酸素が抜けてその部分が変質層となる。した
がってその対策としては、変質層に酸素を供給するか、
もしくは還元反応を極力少なくすることである。但し還
元反応を起させない方法ではＡＱ電極層と圧電セラミッ
クスとが接合しなくなるため対策とはならない。
るため、高温で長時間に亘り圧電セラミックスと接触す
ると還元反応が進み、ＡＱは酸化物に、また圧電セラミ
ックス中の酸素が抜けてその部分が変質層となる。した
がってその対策としては、変質層に酸素を供給するか、
もしくは還元反応を極力少なくすることである。但し還
元反応を起させない方法ではＡＱ電極層と圧電セラミッ
クスとが接合しなくなるため対策とはならない。
従来の積層型圧電素子の製作方法にあっては、圧電セラ
ミックスとＡＱ電極層との接合時の加熱方法については
考慮されておらず、変質層の形成による圧電素子の特性
劣化の問題があった。
ミックスとＡＱ電極層との接合時の加熱方法については
考慮されておらず、変質層の形成による圧電素子の特性
劣化の問題があった。
本発明の目的は、変質層の形成による積層型圧電素子の
特性劣化を防止しかつ接合する積層型圧電素子の製作方
法を提供することにある。
特性劣化を防止しかつ接合する積層型圧電素子の製作方
法を提供することにある。
前記の目的を達成するため、本発明に係る積層型圧電素
子の製作方法においては、焼成した圧電セラミックスと
、アルミニウム又はアルミニウム合金のいずれか一方の
金属材料で少くとも一層に形成した電極層とを交互に積
層し、電極層と圧電セラミックスとを加圧しながら加熱
して接合する積層型圧電素子の製作方法において、加熱
をマイクロ波加熱により行うように構成されている。
子の製作方法においては、焼成した圧電セラミックスと
、アルミニウム又はアルミニウム合金のいずれか一方の
金属材料で少くとも一層に形成した電極層とを交互に積
層し、電極層と圧電セラミックスとを加圧しながら加熱
して接合する積層型圧電素子の製作方法において、加熱
をマイクロ波加熱により行うように構成されている。
本発明の一実施例を第１図を参照しながら説明する。
第１図に示すように、焼成した圧電セラミックス１とア
ルミニウム（ＡＱ）又はアルミニウム合金により少くと
も１層で形成したＡＱ電極層（電極層）２とを加圧しな
がら加熱して接合する積層型圧電素子の製作方法におい
て、加熱をマイクロ波加熱により行うように構成されて
いる。
ルミニウム（ＡＱ）又はアルミニウム合金により少くと
も１層で形成したＡＱ電極層（電極層）２とを加圧しな
がら加熱して接合する積層型圧電素子の製作方法におい
て、加熱をマイクロ波加熱により行うように構成されて
いる。
ＡＱ心材の両面にＡＱ−８層合金表皮材をクラッドした
厚さ１０μｍの電極箔（電極層）と、既に焼成した圧電
セラミックスとを交互に１２０段積層した積層体を接合
炉内に設置し、１０−４ｔｏｒｒ台の真空圧力まで接合
炉内を排気した。その後０ 、５ ｋｇ／ ｖｍ”の圧
力を積層体にかけて６００℃までマイクロ波加熱した。
厚さ１０μｍの電極箔（電極層）と、既に焼成した圧電
セラミックスとを交互に１２０段積層した積層体を接合
炉内に設置し、１０−４ｔｏｒｒ台の真空圧力まで接合
炉内を排気した。その後０ 、５ ｋｇ／ ｖｍ”の圧
力を積層体にかけて６００℃までマイクロ波加熱した。
そして６００℃で数秒保持したのみで加熱を止め、室温
まで冷却した。
まで冷却した。
本実施例では６００℃まで約４０秒で昇温した。
本実施例に用いたＡＱ−８層合金表皮材をクラッドした
電極箔は、両面のＡ Ｑ −Ｓ ｉ合金表皮材が５８５
℃で溶融し、６００℃では接合界面に液相を生じる。し
たがってＡＱ電極層の両面に形成されている酸化皮膜は
、溶融によって破壊し、活性なＡＱの面が出て瞬時にＡ
Ｑと圧電セラミックスとが反応し接合する。この時、急
速加熱でかつ数秒間６００℃に保持したのみのため、反
応時間が短かく、圧電セラミックスとの反応層、すなわ
ちＡＱによる還元層は極くわずかである。
電極箔は、両面のＡ Ｑ −Ｓ ｉ合金表皮材が５８５
℃で溶融し、６００℃では接合界面に液相を生じる。し
たがってＡＱ電極層の両面に形成されている酸化皮膜は
、溶融によって破壊し、活性なＡＱの面が出て瞬時にＡ
Ｑと圧電セラミックスとが反応し接合する。この時、急
速加熱でかつ数秒間６００℃に保持したのみのため、反
応時間が短かく、圧電セラミックスとの反応層、すなわ
ちＡＱによる還元層は極くわずかである。
このようにして製作した積層型圧電素子の特性を調べる
と、所定の電気機械結合係数、絶縁抵抗及び比誘電率が
得られた。一方、積層型圧電素子の疲労試験においても
１０’回で破壊しない信頼性の高い圧電素子が得られる
ことが分った。
と、所定の電気機械結合係数、絶縁抵抗及び比誘電率が
得られた。一方、積層型圧電素子の疲労試験においても
１０’回で破壊しない信頼性の高い圧電素子が得られる
ことが分った。
本発明の他の実施例として純ＡＱ電極層を用い、加熱温
度を６６０℃まで上昇させることにより同様に良好な結
果が得られた。また接合圧力を増大することにより、大
気中でも接合が可能となる。
度を６６０℃まで上昇させることにより同様に良好な結
果が得られた。また接合圧力を増大することにより、大
気中でも接合が可能となる。
すなわち、接合圧力３ ｋｇ ／ ｍ”を加熱前から積
層体に負荷し、６００℃までマイクロ波で急速加熱する
ことにより、加熱途中からＡＱが軟化するため接合面外
にＡＱの一部がはみ出し、６００℃ではＡＱの融液が接
合面外へ排出される。そこで接合界面における酸化が防
止され、大気中でも接合可能となる。但し、薄い圧電セ
ラミックスの積層接合では、加圧のため圧電セラミック
スが割れる恐れがあり、加圧治具に工夫を要する。
層体に負荷し、６００℃までマイクロ波で急速加熱する
ことにより、加熱途中からＡＱが軟化するため接合面外
にＡＱの一部がはみ出し、６００℃ではＡＱの融液が接
合面外へ排出される。そこで接合界面における酸化が防
止され、大気中でも接合可能となる。但し、薄い圧電セ
ラミックスの積層接合では、加圧のため圧電セラミック
スが割れる恐れがあり、加圧治具に工夫を要する。
また前記実施例は、接合炉外の油圧シリンダにより積層
体を加圧する方法をとったが、・金属性の拘束治具で積
層体を固定し、それをそのまま接合炉内に入れマイクロ
波加熱しても良い。加熱により積層体は熱膨張するが、
拘束治具で固定されているため接合面に熱膨張した分だ
け圧力が掛ることになる。
体を加圧する方法をとったが、・金属性の拘束治具で積
層体を固定し、それをそのまま接合炉内に入れマイクロ
波加熱しても良い。加熱により積層体は熱膨張するが、
拘束治具で固定されているため接合面に熱膨張した分だ
け圧力が掛ることになる。
マイクロ波加熱は次のように動作し、積層型圧電素子全
体を均一に、かつ急速に加熱できるため、ＡＱによって
還元される変質層の形成を抑制できる。
体を均一に、かつ急速に加熱できるため、ＡＱによって
還元される変質層の形成を抑制できる。
圧電セラミックスなどの誘電体がマイクロ波電界場にお
かれると誘電加熱が行われるが、その時の単位体積当り
の発熱量Ｑは次式で表わされる。
かれると誘電加熱が行われるが、その時の単位体積当り
の発熱量Ｑは次式で表わされる。
Ｑ ＝ −ｔ ｖ ・Ｅ ｒ ・ｔａｎδ ｆＥ”２
ここで、
εＶ ：真空の誘電率
ε「 ：比誘電率
ｔａｎδ：誘電正接
（Ｅｒｔａｎδ：誘電損率）
ｆ ；周波数
Ｅ ：電界強度
マイクロ波による加熱法は、圧電セラミックスにマイク
ロ波電力を吸収させて、材料内部から自己発熱させるた
め接合部を均一に、かつ急速に加熱できる。したがって
、ＡＱ電極層と圧電セラミックスとの反応を極めて短時
間に制御することができ、還元層（変質層）の形成を抑
制できる。その結果として、圧電セラミックスの特性劣
化なしに強度信頼性の高い積層型圧電素子が得られる。
ロ波電力を吸収させて、材料内部から自己発熱させるた
め接合部を均一に、かつ急速に加熱できる。したがって
、ＡＱ電極層と圧電セラミックスとの反応を極めて短時
間に制御することができ、還元層（変質層）の形成を抑
制できる。その結果として、圧電セラミックスの特性劣
化なしに強度信頼性の高い積層型圧電素子が得られる。
本実施例によれば、マイクロ波加熱を行うため、接合部
が急速加熱され接合部に形成される変質層が抑制される
とともに大気中での接合も可能となる。
が急速加熱され接合部に形成される変質層が抑制される
とともに大気中での接合も可能となる。
そして均一加熱されることにより、大面積の接合部も均
一に接合できる。
一に接合できる。
また熱効率が高いため使用電力の節減が可能であり、さ
らにマイクロ波電力の調整が瞬時にできるため温度制御
が容易で設備が簡単になる低コストを実現できる。
らにマイクロ波電力の調整が瞬時にできるため温度制御
が容易で設備が簡単になる低コストを実現できる。
〔発明の効果ゴ
本発明の積層型圧電素子の製作方法によれば。
接合部をマイクロ波加熱するため、変質層が抑制されて
圧電素子の特性劣化が防止できるとともに、積層型圧電
素子の信頼性が向上する効果がある。
圧電素子の特性劣化が防止できるとともに、積層型圧電
素子の信頼性が向上する効果がある。
第１図は本発明の一実施例を示す斜視図である。
１・・・圧電セラミックス、
２・・・ＡＱ電極層（電極層）。
Claims (1)
- １．焼成した圧電セラミックスと、アルミニウム又はア
ルミニウム合金のいずれか一方の金属材料で少くとも一
層に形成した電極層とを交互に積層し、該電極層と前記
圧電セラミックスとを加圧しながら加熱して接合する積
層型圧電素子の製作方法において、前記加熱をマイクロ
波加熱により行うことを特徴とする積層型圧電素子の製
作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1323387A JPH03184385A (ja) | 1989-12-13 | 1989-12-13 | 積層型圧電素子の製作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1323387A JPH03184385A (ja) | 1989-12-13 | 1989-12-13 | 積層型圧電素子の製作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03184385A true JPH03184385A (ja) | 1991-08-12 |
Family
ID=18154175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1323387A Pending JPH03184385A (ja) | 1989-12-13 | 1989-12-13 | 積層型圧電素子の製作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03184385A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7424771B2 (en) * | 2001-01-25 | 2008-09-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of producing a piezocomposite |
-
1989
- 1989-12-13 JP JP1323387A patent/JPH03184385A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7424771B2 (en) * | 2001-01-25 | 2008-09-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of producing a piezocomposite |
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