JPH04105375A - 圧電積層体の製造方法 - 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］ 本発明は圧電アクチュエータとして用いられる圧電積層
体の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来より圧電積層体を製造する場合、電極板と圧電板と
を交互に積層して形成している。そしてそれぞれの圧電
板は電圧の印加により変位し、厚み方向の歪みが積層枚
数だけ加算されて全体として軸方向に変位する。したが
ってそれぞれの圧電板の変位が全体の変位となるように
するために、積層体を一体化する必要が生じ、電極板と
圧電板とは接着剤を介して積層され、接着剤の硬化によ
り一体化する方法が採用されている。

しかしながら電極板と圧電板との間に接着剤が介在する
と、接着層で電圧が降下し、圧電板を歪ませるのに有効
な電圧が低くなって変位量が小さくなるという不具合が
ある。また接着剤の剛性は圧電板や電極板に比べて小さ
いため、装置全体としての軸方向の剛性が小さくなる。

このためこのような剛性の低い圧電積層体が微小変位制
御などに用いられると、いわゆるガタを生じて好ましく
ない。

そこで実開昭６１−５９３６５号公報には、電極板に中
心孔と中心孔から外部に連通ずる切欠溝を設け、中心孔
内に接着剤を配置して切欠溝から過剰の接着剤を排出す
る構成とし、電極板との問に実質的に接着剤層が存在し
ないようにした圧電積層体装置が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した実開昭６１−５９３６５号公報に開示された製
造方法においては、圧電板上に電極板を積層し電極板の
中心孔に接着剤を配置してざらにもう一方の圧電板を積
層する。このように接着剤を電極板の中心孔に充填しな
がら一枚づつ積層して接着するため、作業性が悪いとい
う不具合がある。また−枚づつ積層して接着するため電
極板の位置ずれが生じ易く、−度位置ずれが発生すると
修正が困難である。ざらに接着剤による接着面積は中心
孔と切欠溝の鍵穴状の部分のみであるため、接着強度が
乏しいという不具合もある。そして接着剤が多すぎると
電極板と圧電板との当接部分にはみだしやすく、少なす
ぎると接合強度が低下するため、接着剤量の調整が難し
い。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、接着
剤を使用しないで積層体を接合した圧電積層体とするこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の圧電積層体の製造方法は、表裏両面に中央部が
凹状で外周縁部か凸状の電極層を形成した圧電板と、金
属電極板とを交互に複数枚積層して積層体を形成する第
１工程と、該積層体の該金属電極板の同極同士を接合し
て一対の電極とする第２工程と、該積層体の外周縁部に
絶縁物を塗布硬化して圧電積層体とする第３工程とより
なり、少なくとも第１工程は真空中でおこなうことを特
徴とする。゛ 第１工程では特定の形状の電極層を表裏両面にもつ圧電
板と金属電極板とを交互に接着剤を用いず積み重ねて積
層される。

圧電板としては電圧の印加により歪み応力を生じるもの
をいい、ペロブスカイト結晶構造のＢａＴｉＯ３とＰｂ
Ｔｉ０ａまたはＣａＴ　ｉ　０３との固溶体、ＰｂＺｒ
ＯｘとＰｂＴ　ｉ　０３の固溶体（ＰＺＴ）などの圧電
セラミックスから板状に形成された従来と同様のものが
用いられる。

圧電板の表裏両面に形成された電極層は、中央部が凹部
状で外周縁部が凸部状になるように銀ペーストなどによ
り印刷・焼付けされて形成されている。この電極層の外
周縁部が金属電極板と密着し、中央部の凹部が空隙とな
って積層される。この空隙は真空中で形成されているの
で真空状態を維持し、大気下においては大気圧の負荷を
受けて金属電極板に圧電板が吸着されて接着剤なしでも
強固に固定することができる。したがって積層時の真空
度は吸着強度を保持するために１０″−２Ｔｏｒｒとす
ることが好ましい。また中央部の凹部の深さは数μｍあ
れば上記の目的を達成することができる。この電極層の
中央部を凹部状にするには、たとえば、粘度の高い銀ペ
ーストを使用して縁部のみにドーナツ状に塗布すると中
央部に一部流れて周縁が盛上がった形状に付着させるこ
とができる。またまず−様の厚みに塗布した後、ドーナ
ツ状に縁部にさらに塗布してもよい。ざらに圧電板の中
央に適当な粘度のペーストを滴下し中央部にエアーを吹
付は遠心力でペーストを縁部に保持しながら焼付けるか
、圧電板の中心軸を中心に回転させながらペーストを遠
心力で縁部に厚く保持させながら焼付けるなどの方法で
形成することができる。

上記のようにして電極層が圧電板の表裏の両面に形成さ
れたものが用いられる。

また金属電極板としては、電極として用いられるものな
ら特に制限なく、銅板、ＳＵＳ板など従来と同様のもの
を用いることができる。この金属電極板の形状は円板状
で少なくとも一縁部には他の金属電極板と接合されて接
合電極を形成する端子を有する。

圧電板は、真空中で表裏の極性が互いに対向するように
金属電極板を介して積層される。積層後、金属電極板の
端子を一つ置きに接合して電極となるように積層する。

相互に積層される圧電板と金属電極板との積層枚数は特
に制限されない。

第２工程では、第１工程で得た積層体の外部に突出した
電極端子の同極同士を、たとえば溶接などで接合する。

この電極板の接合により積層体は仮留めされる。この工
程では電極層の凹部か真空状態を保持した積層体である
ので大気圧の負荷で結合力が働くので大気中でおこなう
こともできる。

第３工程では、第２工程で電極を接合した積層体の外周
縁部に絶縁物を塗布し、硬イヒさせて積層体を固めて固
定させる。この絶縁物により固定された積層体は、大気
中に取出されても電極層と金属電極板との間の空隙が真
空状態であるので、大気圧の負荷を受けて電極層と金属
電極板とは強固に吸着され接着剤で固定された場合と同
様に固定される。したがってこの圧電積層体は使用時の
位置ずれなどの発生が抑制できる。

塗布される絶縁物としては、低い粘度の液状物、たとえ
ばエポキシ樹脂が用いられる。塗布後真空恒温槽などで
硬化されて絶縁層が形成される。

さらに圧電積層体の結合を強固にするために外周部に熱
収縮チューブを被せ熱収縮させて固定してもよい。この
熱収縮チューブで絶縁性を高めると共に、チューブの収
縮力により圧電積層体の径方向への移動を抑制すること
ができる。

また各工程を真空中でおこなうのでゴミ、ホ］りの侵入
を防いで積層することができるという利点かある。

［作用］ この方法で組付けた圧電積層体は、圧電板の表面に形成
されている電極層か中央部で凹部状を形成しており、金
属電極板との積層を真空中でおこなう。そのため圧電板
と金属電極板との間に真空の空隙が形成される。そして
その積層体の外周縁を絶縁物の塗布硬化により固め前記
の真空空隙を保持して圧電積層体が形成される。このた
め使用時の大気中では、積層体に常に大気圧の負荷が加
わって金属電極板と圧電板とを吸着している。そのため
機械的あるいは接着剤を使用しなくても積層体を固定す
ることができる。

また積層時に接着剤を使用しないので積層の際の位置ず
れなどの修正が容易にできる。また接着剤の付着による
絶縁層の発生が抑制できる。

［実施例］ 以下、実施例により具体的に説明する。

第３図、第４図に本実施例で用いた圧電板の側面図を示
す。この圧電板２は、第３図に示すように直径１７ｍで
厚さ０．５＃の円盤状で、ＰｂＺｒｏ３とＰｂＴｉＯ３
の固溶体（ＰＺＴ）から成形・焼結して形成されている
。この圧電板２の表裏両面には銀の電極層２１が中心部
を数μｍ薄くし、端縁部が厚くなるように形成され焼付
けられている。

第３図では電極層２１は高粘度の銀ペーストを圧電板２
に均一に塗布し、圧電板２の中心軸のまわりで回転させ
ながら焼付けて形成したものである。

第４図の圧電板２は、電極層２１を均一面状に銀ペース
トを塗布した後、周縁部のみドーナツ状に塗布して焼付
は周縁部を凸状にしたものである。

金属電極板３はＳＵＳ製の厚さ０．０３＃１１の円板形
状で周縁部の一部から外方へ突出し同種の電極同士を接
続する舌片状端子部３０とを有する。

第２図にこの圧電積層体の部分拡大断面図を示す。

第１工程では、真空室内で前記の圧電板２（第４図のも
の）と金属電極板３とを交互に積み重ねて第２図に示す
ように積層する。すると圧電板２の電極層２１と、金属
電極板３との間には、空隙１１が形成されて積層される
。この空隙１１は真空室の真空度に応じた真空度の空間
を形成することができる。なお真空室の真空度は１Ｏ−
２Ｔ。

ｒｒでおこなった。真空度があまり低すぎると空隙１１
で圧電板２と電極板３と吸着固定する力が不十分となる
ので好ましくない。

なお、この積層体１の形成の際には、接着剤を使用して
いないので積層中での電極板３の位置の修正は容易にで
きる。

第２工程では積層体１の金属電極板３の舌片状の端子部
３０のうち同種のもの同士（−枚おき〉を折曲げて溶接
して接合電極３１とする。そして一対の電極を形成する
。この電極にはリード線４が接続される。このとき舌片
状の端子部３０の位置を揃えておくことが折曲げ溶接す
るのに好ましい。この工程では積層体１はまだ固定され
ていないので真空室内でおこなう。

第３工程では、得られた積層体１の外周縁部に絶縁物５
を塗布して硬化させる。絶縁物５は真空恒温槽で加熱す
ることで硬化し積層体１を固定する。この固定により真
空室から取出した積層体１はその状態を保持することが
できる。第１図にこの積層体１の模式図を示す。接合電
極３１にはリード線が付けられている。この積層体１の
上下両端面には絶縁板８が設けられて積層体１を保護し
ている。そして熱収縮チューブ６で積層体を覆い所定の
温度に加熱してチューブ６を収縮させて絶縁物５を保護
することができる。積層体１は絶縁物５層により外周縁
部が固定されると共に、空隙１１の真空により圧電板２
と電極板３とが強固に吸着固定され、特に機械的な荷重
を与えなくても使用時にねじれたり曲がったりすること
のない圧電積層体が形成できる。

［効果］ 本発明の製造方法によれば、圧電板と金属電極板との積
層時に接着剤を使用しないため、位置すれか生じても容
易に修正かできる。また接着剤を使用しないので接着剤
による絶縁層の形成が防げる。この組付は工程は全工程
を真空室内でおこなうので、空隙部は真空状態となり大
気圧の負荷が加わり積層体を固定しているので、接着剤
で固定した場合と同様に積層体のねじれや位置ずれが防
止できる。

真空中で組付けるのでごみほこりなどが積層体に混入す
ることが防げる。また外周に塗布する絶縁物の脱泡効果
も期待でき絶縁部とすることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第２工程を終えた積層体の斜視図であり、第
２図は圧電積層体の部分断面図であり、第３図、第４図
は圧電板の側面図である。 １・・・積層体　　　　　２・・・圧電板３・・・金属
電極板　　　４・・・リード線５・・・絶縁物層　　　
　６・・・熱収縮チューブ１１・・・空隙　　　　　２
１・・・電極層３２−・・接合電極 第１図 第３図 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）表裏両面に中央部が凹状で外周縁部が凸状の電極
   層を形成した圧電板と、金属電極板とを交互に複数枚積
   層して積層体を形成する第１工程と、該積層体の該金属
   電極板の同極同士を接合して一対の電極とする第２工程
   と、 該積層体の外周縁部に絶縁物を塗布硬化して圧電積層体
   とする第３工程とよりなり、少なくとも第１工程は真空
   中でおこなうことを特徴とする圧電積層体の製造方法。