JPH03185884A - 積層型圧電アクチュエータの製造方法 - 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〕 本発明は積層型圧電アクチュエータの製造方法に関し、
特に、全面電極タイプの積層型圧電アクチュエータの製
造方法に関する。

〔従来の技術〕

積層コンデンサ構造をとる圧電素子は低電圧で大きな歪
みを発生する優れたアクチュエータである。このため、
微細加工を行う半導体等の各種電子部品の製造装置や、
微小な位置決めを必要とする光学装置等にこの圧電アク
チュエータが用いられている。また、このような圧電素
子と電極板とを交互に積層して発生させる歪量を大きく
した積層型圧電アクチュエータも実用化されており、近
年ではドツトプリンタ用ヘッド等の制御部品にもこの積
層型圧電アクチュエータが使用されるようになってきて
いる。

このような積層型圧電アクチュエータの中には、圧電素
子からなる圧電板の積層面全面に電極を印刷して内部電
極を設けた構造の積層型圧電アクチュエータもある。こ
の構造のものでは、内部電極の端部が数ミクロンの幅で
積層体の側面に現れている。そして、従来はこの内部電
極を第１２図〜第１４図に示すような方法で外部電極と
接続していた。

即ち、圧電板１と内部電極２とが積層された積層体の内
部電極２の露出面に、第１２図ではメッキＮ２０を一層
おきに設け、これをリード線２１で電源に接続しており
、第１３図では露出面に一層おきに絶縁印刷層３１を設
けた上から導電印刷層３２を設けてこれを電源に接続し
ており、第１４図では露出面に一層おきにガラス層４１
を用いて絶縁を行った後にメッキ層４２を設け、その上
から導電印刷層４３を塗布してこれを電源に接続してい
る（第１４図の方法は特開昭６１−２３４５７９号公報
に開示がある）。

ところが、このように積層体の側面に現れた線状の内部
電極に、外部よりどのような方法で外部電極を取り付け
ても、外部電極は内部電極と一応結合するが、セラミッ
クである圧電板とは余り良く接合せず、外部電極が剥が
れやすいという欠点がある。また、外部電極と内部電極
の結合が良好になされた場合でも、内部電極端部の厚さ
方向の幅は僅かに数ミクロンしかないので、外部電極が
セラごツタから剥がれた場合には、前述の狭い幅の部分
だけで、ちぎれることなく外部からの振動等の外乱に持
ち堪えることは難しい。このように、積層体の側面に現
れた線状の内部電極に、確実性があり信頼性の高い外部
電極への取り出し口を取り付けることは難しい技である
。

そこで、第１５図および第１６図に示すように、圧電板
１の一方の面だけに導電剤を印刷した内部電極２を有す
る圧電ペレット３を、−枚おきに左右方向に僅かに（例
えば０．１〜１．０ｍｍ）ずらしながら積層する構造の
積層型圧電アクチュエータもある。この構造の積層型圧
電アクチュエータは、内部電極２が積層体から突出して
いて内部電極２の露出端における面積が多いので、外部
電極の取り出しが容易で確実化に行える。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、第１５．１６図に示した構造の積層型圧電ア
クチュエータは、上面（例えばプラス電極）と下面（例
えばマイナス電極）とが対向する部分の圧電板１は正常
に伸縮するが、ずらすことにより形成される圧電板１の
突出部１ａは、その両面に内部電極２が印刷されていな
いので正常に伸縮しない。そのため、正常動作部との境
界において無理な応力が発生するため、繰り返し作動を
するうちに、当該部分にクラックを発生し、そのクラン
クの空洞は絶縁耐力が小さいため、そこを高電圧の放電
が走り壊滅的破壊に至るという問題がある。

本発明は、このような課題に対し、全面電極タイプの積
層体において、内部電極の外周端（露出端）とメッキあ
るいは印刷等により形成された外部電極とを確実強固に
結合することができる新たな内部電極の外周端（露出端
）形状を持った積層型圧電アクチュエータの製造方法を
提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段〕 前記目的を達成する本発明の積層型圧電アクチュエータ
は、板状の圧電素子の外周側面の全周または一部に、少
なくとも一部の高さ方向の位置が圧電素子の上面に一致
する金属または樹脂の支承体を、メッキまたは接着等の
手段で固着して支承体付圧電素子を作る段階と、この支
承体付圧電素子の片面に、導電剤印刷、電極用金属のメ
ッキ、あるいは、蒸着等に′より薄膜状の内部電極を形
成して、支承体付圧電素子ペレットを作る段階と、複数
枚のこの支承体付圧電素子ペレットを、プラス電極用と
マイナス電極用とに分け、それぞれの外部電極取り出し
部を同じ側に合わせながら接着剤を用いて積層して積層
体を作る段階と、この積屠体の側面に位置する複数の支
承体を、電気溶解、化学溶解、又は有機溶剤による溶解
等により除去し、前記内部電極の一部を積層体側面に突
出させる段階と、前記内部電極の同じ側に突出する部分
を電気的に結合して外部電極を形成する段階とを備えて
いることを特徴としている。

〔作用〕

本発明の積層型圧電アクチュエータの製造方法によれば
、内部電極がその外周全域、あるいは、外周の一部にお
いて、内部電極を支えている圧電素子の最外周側壁位置
よりもさらに外方へ延長されて突出した積層体が得られ
る。即ち、内部電極が圧電板で支えられない中空へ僅か
に伸びる薄板突出部を有し、その突出長は０．０５ない
し０．５ｍｒｒｌで、厚さは数ミクロンないし十数ミク
ロンの薄状をなす。そこで、その薄板突出部を個々の外
部端子部として、それらを−個おきに電気的に結合して
外部電極を形成することができる。

〔実施例〕

以下添付図面を用いて本発明の積層型圧電アクチュエー
タの製造方法の実施例を詳細に説明する。

第１図から第８図は本発明の一実施例の積層型圧電アク
チュエータの製造方法を説明する図である。

圧電積層体を製造する時は、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ
（ＴｉｘＺｒｉ−ｘ　）Ｏｗｌ　　（ｘ＝０．４〜０．
６でモル比を示す）を主成分とする圧電材料仮焼粉末に
、微量の有機バインダを添加し、これを有機溶媒中に分
散させたスラリーをまず準備する。そして、通常の積層
セラミックコンデンサの製造に使用されるキャスティン
グ製膜装置により、このスラリーをマイラフィルム上に
６００　ミクロンの厚さに塗布して乾燥させる。続いて
これをフィルムから剥離し、圧電材料グリーンシートを
製造する。このグリーンシートを所定の大きさ、例えば
、直径３０ｍｍの円形に切って第１図に示すような均一
寸法の圧電板１を作る。次に、この円形のグリーンシー
トを約１２５０″Ｃで焼成し、必要に応じて上下の平面
を研削ないしラッピングにて加工して仕上げる。

このようにして作られた圧電板１の円筒形状をした側面
に、第２図に示すように支承体４をメッキにて形成し、
支承仕付圧電素子５を製作する。

この実施例ではメッキ法を用いたので、圧電板１の上面
から下面までほぼ均一に支承体４が形成されている。又
、上面や下面へのメッキの余分な付着は、研削やラッピ
ング加工により除去しである。

メッキする金属は、例えば、銅を用いる。そして、支承
体４の厚さは、０．０５〜０　、５ｍｍとする。一般に
、この厚さは、後工程の内部電極の厚さが薄い時には薄
く、厚い時には厚く設定する。

なお、支承体４は溶剤で溶かし易い樹脂材料を圧電板Ｉ
の側面にコーティングして形成しても良い。この場合、
後工程の内部電極の付着を確実にするために、必要に応
じて、なんらかの前処理、例えば、樹脂のエツチング処
理を行う。

次にこの支承仕付圧電素子５の上面全面に、第３図に示
すように内部電極２をメッキにて形成して支承仕付圧電
素子ペレット６を製作する。メッキの下地として蒸着に
て薄い金属膜を付けておいてからメッキを行うと、良好
なメッキ層が得られる。このとき、必要に応じて、支承
仕付圧電素子５の上面は、液体ホーニング、シ台ットブ
ラスト、エツチング等の前処理を施しておく。このとき
、メッキ層には強化繊維を含ませても良い。

そして、このようにして製作した支承仕付圧電素子ペレ
ット６を、積層面に導電性接着剤７を塗布してから他の
支承仕付圧電素子ベレット６をこの上に重ねて接着する
。必要な枚数だけ重ねた後に、−養土と下には圧電体か
らなるシムを積層しても良い。積層した圧電板１および
内部電極２は熱プレスにより圧着一体化し、その後に約
５５０″Ｃで導電性接着剤を焼付け、固着処理をして積
層体８を作る。

この後、支承体４の金属を、電気化学的に、あるいは、
化学的に溶解して、積層体８の側面に支承体の無い空間
９を形成する。支承体４の消滅により、内部電極２の端
部は空中に突出した金属薄片である突出部２Ａを形成す
る。この時、内部電極２の突出部２Ａは薄片であっても
、外力のかからない溶解作用によって生成されるもので
あるから、不都合な変形を生しる事なく所望の突出形状
が得られる。また、支承体４が樹脂系の材質で構成され
ている場合には、有機溶剤にて支承体４を除去する事に
より、同様の突出部２Ａを得る事が出来る。

なお、以上のようにして作られる突出部２Ａには、この
上から更に集中的にメッキを施して、厚肉化して強度を
増すようにしても良いものである。

この後、第６図に示すように、突出部２Ａの外部電極形
成部を一層おきに絶縁剤１１で覆い、この絶縁剤１１と
露、出する突出部２Ａを共にその上から第７図に示すよ
うに外部電極１２で覆い、露出する突出部２Ａを外部電
極Ｉ２で電気的に結合する。この外部電極１２はメッキ
によって形成することができる。このような本発明の製
造方法により作られた積層型圧電アクチュエータ１０の
外観図を第８図に示す。外部電極１２はそれぞれプラス
電源とマイナス電源に接続すればよい。

なお、内部電極２の突出部２Ａを電気メッキ法を用い、
０．０５〜０．３ｍｍの厚さのメッキ層で覆って厚肉化
する際に、メッキ電源のマイナス端子を、内部電極２へ
接続する方法として、突出部２への内、厚肉化の不要な
部分に向かって、マイナス端子に連なるマイナス治具を
圧し当てて、そこの部分の突出部２Ａを治具にて圧し潰
した状態にてメッキ電流を通電するようにしても良い。

また第１７図に示すように、圧電板１の側面に、圧電板
１にのみ選択的に付着するガラス層１３を、突出部２Ａ
の突き出し長さの半分以上を埋没させてしまわない程度
の範囲内で、圧電板１の側面に十分に分厚く塗着させ、
この時、ガラス層１３は、選択的塗着の特性を生かした
、突出部２Ａの付近では最も薄くなり、他方、−枚の圧
電板１の厚さ方向の中央高さ近傍では最も厚くなる構威
り形状のガラス層として形成させ、次にプラス側突出部
２Ａ（＋）の近傍のマイナス側内部電極露出端、ないし
マイナス側突出部２　Ａ　（−）を、絶縁剤１１にて絶
縁被覆をして、その後、これらの上方から導電性塗料を
縦方向に帯状に印刷して、前述のプラス側突出部２Ａ（
＋）を電気的に連結する外部電極（図示せず）を構成す
るようにしても良い。

第９図〜第１１図は本発明の積層型圧電アクチュエータ
の製造方法の他の実施例を示すものであり、内部電極２
の突出部２Ａを部分的に設ける製造方法を示すものであ
る。この実施例では、第９図に示すような、一部分が圧
電板１の高さに等しく、他の部分が圧電板１の高さより
低い、樹脂性の支承体４を用意し、この支承体４の内周
部に圧電板１を嵌め込んで第１０図に示すような支承仕
付圧電素子５を作成する。そして、圧電板１と支承体４
の一部の面一の部分に、第１１図に示すように内部電極
２を形威して支承仕付圧電素子ペレット６を作り、これ
を突出部２Ａが一層おきに反対側を向くように積層して
第４図に示したものと同し状態の積層体８を作る。

そして、この後に支承体４の樹脂を、有機溶剤にて除去
する事により、側面の両側に一層おきに突出部２Ａが存
在する積層体８が形威される。そして、反対側の電極は
積層体８の側面に面一に露出することになる。よって、
この場合には圧電板１に付着しやすいガラス層を絶縁層
として突出部２Ａの高さより低く積層体８の表面に形威
し、その上から外部電極を形成することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の製造方法によれば、内部
電極板を使用しない積層体において、外部電極の取り出
しが、確実強固になり、接合部の信頼性が向上する。ま
た、ガラス層のコーティングや、絶縁剤の塗布を組み合
わせて工程を設定する際にも、内部電極の外周端が、あ
やまって埋没されてしまうトラブルが、格段に減少する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法に使用する圧電板の斜視図、
第２図（ａ）、　（ｂ）は支承仕付圧電素子の斜視図及
び正面断面図、第３図（ａ）、　（ｂ）は支承仕付圧電
素子ペレットの斜視図及び正面断面図、第４図は支承仕
付圧電素子ベレットを積層した積層体の断面図、第５図
は支承体を除去した積層体の側面図、第６図は第５図の
積層体の内部電極２を一層おきに絶縁剤で絶縁した状態
を示す部分断面図、第７図は第６図の積層体に外部電極
を形成した状態を示す部分断面図、第８図は第１図から
第７図の製造方法により作られる積層型圧電アクチュエ
ータの外観を示す斜視図、第９図は本発明の他の実施例
の製造方法に使用する圧電板と支承体の斜視図、第１Ｏ
図は第９図の圧電板と支承体を嵌め合わせた状態の斜視
図、第１１図は第１０図の支承仕付圧電素子に内部電極
を形成して得られる支承仕付圧電素子ペレットの斜視図
、第１２図〜第１４図は従来の全面電極タイプの積層型
圧電アクチュエータにおける外部電極構造を示す部分断
面図、第１５図および第１６図は従来の部分電極タイプ
の積層型圧電アクチュエータの構造を示す部分断面図、
第１７図は本発明の更に他の実施例の構成を示す部分断
面図である。 ｌ・・・圧電板、２・・・内部電極、２Ａ・・・突出部
、４・・・支承体、５・・・支承仕付圧電素子、６・・
・支承仕付圧電素子ベレット、７・・・導電性接着剤、
８・・・積層体、１０・・・本発明の製造方法により作
られる積層型圧電アクチュエータ、１１・・・絶縁剤、
１２・・・外部電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　板状の圧電素子の外周側面の全周または一部に、少な
   くとも一部の高さ方向の位置が圧電素子の上面に一致す
   る金属または樹脂の支承体を、メッキまたは接着等の手
   段で固着して支承体付圧電素子を作る段階と、 この支承体付圧電素子の片面に、導電剤印刷、電極用金
   属のメッキ、あるいは、蒸着等により薄膜状の内部電極
   を形成して、支承体付圧電素子ペレットを作る段階と、 複数枚のこの支承体付圧電素子ペレットを、プラス電極
   用とマイナス電極用とに分け、それぞれの外部電極取り
   出し部を同じ側に合わせながら接着剤を用いて積層して
   積層体を作る段階と、この積層体の側面に位置する複数
   の支承体を、電気溶解、化学溶解、又は有機溶剤による
   溶解等により除去し、前記内部電極の一部を積層体側面
   に突出させる段階と、前記内部電極の同じ側に突出する
   部分を電気的に結合して外部電極を形成する段階と、 により圧電積層体を作る圧電積層体の製造方法。