JPH0412677A - 積層型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］ 本発明は積層型アクチュエータの製造方法、詳しくは、
積層された圧電素子又は電歪素子からなる、積層型アク
チュエータの製造方法に関する。

［従来の技術］ 圧電素子又は電歪素子を積層して縦変位及び縦方向の駆
動力を発生させる積層型アクチュエータの端面に弾性体
を固着したものは、特開昭６０−１５６２８８号公報に
開示されており、又、該積層型アクチュエータ自身を超
音波モータの駆動源として用いた例は、例えば特開昭６
１−１４８６号公報や特開昭６８−３０５７６６号公報
に開示され、更に又本出願人が特願平１−１９５７６７
号にて提案している。

これらの超音波モータは、上記積層型アクチュエータや
これに固着された弾性体の端面に楕円振動等を発生させ
、該端面に移動体を接触させることにより、この移動体
を駆動するものである。

上記超音波モータに用いられる積層型アクチュエータは
、従来例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ　（Ｚｒ−Ｔ
ｉ）Ｏｓ　・以下ＰＺＴと略称する）等の圧電セラミッ
クスの両面に銀等の電極をつけて分極処理を行ない、そ
の後この圧電セラミックスを複数枚積層しながら互いに
接着して製造されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したＰＺＴは非常に脆い材料である為、特願平１−
１９５７６７号に示される様な、積層型アクチュエータ
の端面に移動体を接触させるタイプの超音波モータに用
いた場合、積層型アクチュエータの端面に発生する楕円
振動により該端面部分が摩耗し、積層型アクチュエータ
が破壊され、機能が損なわれたり、超音波モータの効率
の低下を招いたりすることがある。

該摩耗を防止する為に、積層型アクチュエータの端面、
即ち移動体との接触面に、該端面と同じ大きさに加工し
たポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂やこれらにカーボン
繊維を混入したものからなる、耐摩耗部材を貼り付ける
方法もあるが、この場合耐摩耗部材を積層型アクチュエ
ータの端面形状に合わせて加工する必要があり、製作工
程が複雑になるばかりでなく、積層型アクチュエータの
端面にずれない様に貼り付ける為には位置決め用の治具
が必要となる。

又、治具を用いたとしても精度良く確実に固着させるの
が難しく、特に高さが１姉程度の積層型アクチュエータ
を精度良く製作することは非常に困難である。

即ち耐摩耗部材が小型で薄い場合、接着剤のはみ出し等
を考えると、小型の積層型アクチュエータを精度良く製
作することは不可能となり、更に耐摩耗部材を貼り付け
る時の接着剤の塗布量、圧着力量、硬化時間等を一定に
しないと耐摩耗部材を貼り付けた積層型アクチュエータ
の全長が不均一になってしまう。

もし、全長が不均一な積層型アクチュエータを、上記特
願平１−１９５７８７号に示される様な複数個の積層型
アクチュエータが必要な超音波モータに用いた場合、移
動体と積層型アクチュエータとの接触状態が各々異なる
ものになり、積層型アクチュエータの上端面に発生する
楕円振動が効率良く移動体に伝達されなくなる。

これを防ぐ為には複数の積層型アクチュエータの、耐摩
耗部材を同時に研磨し、複数の積層型アクチュエータを
全て同じ全長にする必要があり、製作工程が複雑になっ
てしまうという欠点があった。

本発明の目的は、耐摩耗部材を積層型アクチュエータに
容易に設けることができ、かつ複数個の積層型アクチュ
エータを製作した場合でも各々の全長を同じものにでき
ると共に、小型積層型アクチュエータを容易に製造でき
る製造方法を得ることにある。

［課題を解決する為の手段及び作用］ 本発明は上述した目的を達成する為に、積石型アクチュ
エータの製造方法として、圧電素子層又は電歪素子層と
金属導電層とを各々複数層積層し、この積層された圧電
素子層又は電歪素子層と金属導電層の、積層方向の端部
に薄板状の耐摩耗部材を固着又はコーティングした後に
、積層方向に一定の大きさに切断する様にし、簡単な工
程で寸法精度の良い積層型アクチュエータを得る様にし
たものである。

［実施例］ 以下、図示の実施例を用いて本発明における積層型アク
チュエータの製造方法を詳細に説明する。

以下に説明する実施例においては、積層型アクチュエー
タの製造方法として、圧電素子を積層して構成した積層
型圧電アクチュエータの製造方法を示す。

第１図乃至第５図は、本発明の第１実施例における積層
型アクチュエータの製造方法の、各製造工程おける製品
を示す斜視図である。

まず、ＰＺＴ等の圧電セラミックス１の両面にスパッタ
リング、蒸着、塗布等により銀等の電極２を設け、その
後該圧電セラミックス１を厚み方向に分極する。

そして分極処理を施した圧電セラミックス１を互いに接
着しながら積層し、第１図に示す如く母体３を製造する
。

この際、各々の圧電セラミックス１の分極方向が、各々
第１図中に矢印Ａにて示す如（、枚毎に逆向きになる様
に該圧電セラミックスを積層する。

そして上記母体３の最上部に、ポリイミド樹脂、ポリア
ミド樹脂やこれらにカーボン繊維を混入したもの、又は
アルミナセラミックス、カーボン膜、硬質合金等からな
る薄膜状の耐摩耗部材４を接着する。

この母体３をダイヤモンドブレードを用いた切断機によ
って第１図中の破線Ｂに沿って切断し、第２図に示す圧
電積層体５を得る。

次に圧電積層体５の、第２図中向かつて左側面６に露出
している電極２の端部を、一つ置きに第３図中に記号Ｃ
，Ｄにて示される寸法で切り欠き、右側面７においては
一層ずらした位置を同様に切り欠（０ そしてこの切り欠いた部分に、第３図に示す如く絶縁材
料を注入固化することにより、絶縁部８を形成する。

これら絶縁部８は、寸法Ｃの厚さを有する固形の絶縁材
料を切り欠き部分に嵌入させた後に接着、埋設して、そ
の後左側面６及び右側面７を研磨することにより形成し
ても良いことは勿論である。

その後圧電積層体５の左右の側面６，７のほぼ全面に、
塗布、蒸着、スパッタリング等により銀等の電極を設け
、第４図に示す様に外部電極９，１０とし、この外部電
極９，１０を設けた圧電積層体５を、ダイヤモンドブレ
ードを用いた切断機によって第４図中の破線Ｅに沿って
切断し、第５図に示す積層型圧電アクチュエータ１１を
得る。

本実施例においては、上記耐摩耗部材４は積層型圧電ア
クチュエータ１１の上端面にのみ設けられているが、使
用する超音波モータ等の形状によっては、耐摩耗部材４
を積層型圧電アクチユエータ１１の上下の両端面に設け
ても良い。

又、上記耐摩耗部材４を、窒化チタ石窒化アルミニウム
、窒化珪素等の材料を、真空蒸着。

イオンブレーティング、スパッタ等の物理蒸着（Ｐｈｙ
ｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　・以
下ＰＶＤと略称する）法によりコーティングして形成し
ても良い。

以上の様な製造工程をとることにより、本実施例におい
ては同一寸法で耐久性の高い積層型圧電アクチユエータ
が多量に製造でき、そしてこの積層型圧電アクチュエー
タを超音波モータの駆動源として用いた場合にも、小型
で精度が高く、かつ製作が容易で耐久性の高い超音波モ
ータを得ることができる。

次に、第６図を用いて上記第１実施例における積層型圧
電アクチ一エータ１１を超音波モータの駆動源として用
いた例を示す。

この例は前述した特願平１−１９５７６７号に示される
超音波モータの駆動源の一つである縦振動子に、上記第
１実施例の積層型アクチユエータ１１を利用した例であ
る。

薄板状の弾性体１２の下面に、該弾性体１２の厚み方向
に分極された圧電素子１８が固着され、屈曲振動子１４
が構成される。

この圧電素子１３に交流電圧を印加することにより、屈
曲振動子１４は屈曲振動を行なう。

又、この屈曲振動の２つの節１５．１６上に、上記第１
実施例において製造された積層型圧電アクチュエータ１
１が、各々上記弾性体１２の厚み方向に積層されて固着
され、更に積層型圧電アクチユエータ１１の上端面、即
ち耐摩耗部材４の上面には、不図示の弾性手段の弾性力
により、移動体１７が上記屈曲振動子１４及び積層型圧
電アクチュエータエ１に対して移動可能に圧接されてい
る。

以上の様な構成において、圧電素子１３に交流電圧を印
加し、屈曲振動子１４を屈曲振動させ、積層型圧電アク
チュエータ１１の先端を上記節１５゜１６を中心として
往復動させる。

そして、この往復動の内のいずれか一方向への動作を上
記移動体１７に作用させる様に、上記積層型圧電アクチ
ュエータ１１を上記屈曲振動に同期させて交互に伸縮さ
せ、積層型圧電アクチュエータエ１の先端面に楕円振動
を発生させ、上記移動体１７を、上記屈曲振動子１４及
び積層型圧電アクチュエータ１１に対して一方向に移動
させる。

以上の超音波モータに、上記第１実施例における積層型
圧電アクチュエータ１１を適用した場合、高さが同一の
アクチユエータが多量に製作できる為、各アクチユエー
タの高さを調節する必要が無いので、製作も容易になる
ばかりでなく、安定性の良い高効率の超音波モータを提
供できる。

次に、本発明の第２実施例として、第７図及び第８図を
用いて、グリーンシート法による積層型アクチュエータ
の製造方法を説明する。

第７図は本実施例における積層型アクチュエータの製造
工程を示す図、第８図は本実施例における積層型アクチ
ユエータの完成品を示す断面図である。

本第２実施例における製造工程は、従来積層セラミック
コンデンサ等の製造に採用されているグリーンシート積
層プロセスとほぼ同様な工程である。

まず圧電セラミックの仮焼粉末に有機バインダ、有機溶
剤、有機可塑剤及び分散剤を添加して泥漿を作成する（
第７図中工程Ｆ−Ｋ）。

次にこの泥漿をキャリアフィルム上にドクターブレード
を用いて一定の厚さ、例えば数μｍの厚さに塗布し、乾
燥後キャリアフィルムから剥離させグリーンシート１８
を作成する（第７図中工程Ｌ）。

次に、このグリーンシート１８を適当な寸法に打ち抜い
た後に、その片面に内部電極１９用の金属ペーストをス
クリーン印刷する（第７図中工程Ｍ）。

内部電極１ｇを印刷したグリーンシート１８を必要な枚
数積層しく第７図中工程Ｎ）、更にその上にポリイミド
樹脂、ポリアミド樹脂やこれらにカーボン繊維を混入し
たもの、又はアルミナセラミックス、カーボン膜、硬質
合金等からなる薄膜状の耐摩耗部材２０を重ねて、数１
００ｋｇ／ｄの圧力によるプレス成形あるいは数１００
）Ｃｇ／−の圧力と約１００°Ｃの熱による加熱プレス
成形を行ない一体化し、積層体２１を形成する（第７図
中工程Ｏ）。

このプレス時の温度は用いる有機バインダの軟化温度に
より定まり、本実施例における温度に限られるものでは
ない。

積層圧着した積層体２１はグリーンシート１８中に有機
バインダがかなり多く含まれている為、焼結の前に５０
０℃〜６００℃の温度までゆっくり加熱し完全に有機成
分を熱分解させる。

この後、上記積層体２１を約１２００°Ｃの温度にて焼
結させる（第７図中工程Ｐ）。

これによりグリーンシート１８．内部電極１９及び耐摩
耗部材２０が一体化された焼結チップとなる。

そして上記積層体２１を所望の寸法に切断（第７図中工
程Ｑ）した後、第８図に示す様に、積層体２１の左側面
における上記内部電極１９の端部の一層おきに、特開昭
５９−１１５５７９号公報、特開昭６０−１７８６７８
号公報、特開昭６０−２２９３８１号公報。

特開昭６１−２０８８８０号公報に記載される電気泳動
法によりガラス絶縁物を付着させ、これを焼付けてガラ
ス絶縁層２２を形成する。

右側面においても、−層ずらした位置に同様の手法を用
いてガラス絶縁層２８を形成する（第７図中工程Ｒ）。

最後にこれらガラス絶縁層２２．２３の上から積層体２
１の左右の側面に外部電極２４を印刷、塗布等により形
成すれば（第７図中工程Ｓ）、全ての内部電極１９が一
層おきに上記外部電極２４に並列に接続された、積層型
圧電アクチュエータ２５が完成する（第７図中工程下）
。

本実施例においては、前述した第１実施例と同様に、小
型で寸法精度が高い積層型圧電アクチュエータ２５を容
易に得ることができるばかりでなく、更に簡単な方法に
て積層型圧電アクチュエータを製造することができる。

尚、本実施例においては、薄膜状の耐摩耗部材２０をグ
リーンシート１８の積層時に同時に積層したが、グリー
ンシート１８のみを積層し焼結した後に薄膜状の耐摩耗
部材２０を固着するという方法を採用しても良いことは
勿論である。

又、本実施例においては、耐摩耗部材２０として薄膜状
のポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂やこれらにカーボン
繊維を混入したもの、又はアルミナセラミックス、カー
ボン膜、硬質合金等からなるものを使用しているが、グ
リーンシート法によって積層、焼結した後に、窒化チタ
ン。

窒化アルミニウム、窒化珪素などをＰＶＤ法によりコー
ティングして形成しても良い。

尚、上述した特願平１−１９５７６７号に示される超音
波モータの駆動源の−っである縦振動子に、本第２実施
例において製造された積層型圧電アクチュエータ２５を
用いても、上記第１実施例において製造される積層型圧
電アクチュエータ１１を用いた場合と同様の効果を得る
ことは勿論である。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、あらかじめ圧電素子層
又は電歪素子層と金属導電層とを各々複数石積層し、こ
の積層した圧電素子層又は電歪素子層の積層方間の、少
なくとも一方の端部に薄板状の耐摩耗部材を一体成形し
、その後実際に使用する寸法に切断して積層型アクチユ
エータを製作する様にしたので、同一寸法で耐久性の高
い積層型アクチュエータが多量に製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は、本発明の第１実施例における積層
型圧電アクチュエータの製造方法を用いた場合の、製造
工程途中における製品を示す斜視図、 第６図は、上記第１実施例において製造される積層型圧
電アクチユエータを、超音波モータの駆動源として用い
た例を示す図、 第７図は、本発明の第２実施例における積層型圧電アク
チュエータの、製造プロセスを示す図、 第８図は、上記第７図における製造プロセスにて製造し
た、積層型圧電アクチュエータを示す断面図、 である。 １・・・圧電セラミックス（圧電素子層又は電歪素子層
）　２・・・電極（金属導電層）　４・・・耐摩耗部材
　１１・・・積層型圧電アクチュエータ（積層型アクチ
ユエータ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧電素子層又は電歪素子層と金属導電層とを各々複数
   層積層し、この積層された圧電素子層又は電歪素子層と
   金属導電層の、積層方向の端部に薄板状の耐摩耗部材を
   固着又はコーティングした後に、積層方向に一定の大き
   さに切断することを特徴とする積層型アクチュエータの
   製造方法。