JPH0473977A - 積層型圧電素子の製造方法 - 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］ 本発明は圧電アクチュエータとして用いられる積層型圧
電素子の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来より積層型圧電素子を製造する場合、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、接着剤層で電圧が降下し、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素子が微小変位制
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する切欠溝を設け、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、電極板と圧電板との間に実質的に接着剤層
が存在しないようにした圧電体変位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。さ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。そして接着剤が多過ぎると
電極板と圧電板との当接部分にはみ出しやすく、少な過
ぎると接合強度が低下するため、接着剤量の調整がむず
かしい。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
積層・接着の作業性を一層向上させることを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ 本発明の積層型圧電素子の製造方法は、圧電板と、外周
部に開口する接着剤通路が表裏両表面に形成された電極
板とを交互に積層して積層体を形成する第１工程と、 積層体を両端面から加圧保持した状態で接着剤通路に液
状接着剤を充填する第２工程と、充填された接着剤を硬
化させて全体を一体的に接合する第３工程と、よりなる
ことを特徴とする。

第１工程では、接着剤を用いずに圧電板と電極板とが交
互に積層される。

圧電板としては電圧の印加により歪や応力を生じるもの
をいい、ベロアスカイト結晶構造のＢａＴｉＯ２とＰｂ
ＴｉＯ３又はＣａＴ　ｉ　０３との固溶体、ＰｂＺｒＯ
３とＰｂＴ　ｉ　０３の固溶体（ＰＺＴ）などの圧電体
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。通常、表裏両表面に銀ペーストなどが印刷
・焼付けされた電極部をもつ。

また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、銅板など従来と同様のものを用いることがで
きる。ここで電極板には、外周部に開口する接着剤通路
が表裏両表面に形成されている。この接着剤通路は実施
例にも示すように渦巻き形状とすることが望ましい。ま
たこの接着剤通路は切欠きとして設けてもよく、表裏両
表面に設けられた溝とすることもできる。そして圧電板
は表裏の極性が互いに対向するように電極板を介して積
層される。圧電板と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工程で得られた積層体は両端面から
加圧保持された状態で、接着剤通路に液状接着剤が充填
される。この充填は例えば積層体及び液状接着剤層を減
圧下に保持し、積層体を液状接着剤層中に浸漬すること
で充填することができる。また液状接着剤を加圧して接
着剤通路に注入することも可能である。さらに、加熱に
より接着剤の粘度を低下させて、−層充填しやすくする
ことも好ましい。この液状接着剤として−は液状エポキ
シ系接着剤等を用いることができる。

ここで積層体は両端面から加圧保持されているため電極
板と圧電板とは密接し、接着剤通路のみが空洞となって
いる。したがって液状接着剤は電極板と圧電板との間に
侵入することなく接着剤通路のみに確実に充填される。

第３工程では充填された接着剤が加熱により硬化され全
体を一体的に接合する、この加熱条件は液状接着剤の種
類に応じて種々選択することができる。

［発明の作用および効果］ 本発明の製造方法では、積層体を形成する第１工程と、
積層体を接合する第２工程とが別工程で行なわれる。し
たがって積層時の作業性が向上するとともに、第１工程
において位置ずれが生じても修正が容易である。

また第２工程では、積層体は両端から加圧保持され電極
板と圧電板とは密接しているので、電極板と圧電板との
接触部分に接着剤が侵入するのが防止され、必要な接触
面積を確保でき電気的な導通経路の必要面積を確保でき
る。

そして接着剤通路を設けることで必要な量の接着剤を容
易に充填できるので、接着強度の確保も容易である。ざ
らに全体を自動化することができるので、工数及びコス
トの低減を図ることができる。

［実施例］ 以下実施例により具体的に説明する。

第２図及び第３図に本実施例に用いた電極板１を示す。

この銅製電極板１は全体として厚さ０゜０３ｍｍの円板
形状をなし、渦巻き状の本体１０と、本体１０の周縁部
の一部から外方へ突出する舌片部１１とを有している。

そして本体１０には、周縁部の一部に開口１２ａをもち
、本体１０の中心へ向って渦巻き状に伸びる接着剤通路
１２が形成されている。

また圧電板２は第４図に示すように厚さ０．５ｍｍの円
板形状をなし、１）ｂＺｒｏ３とＰｂＴ０３の固溶体（
ＰＺＴ）から成形・焼成して形成され、表裏両表面に銀
ペーストが印刷・焼き付けられた電極２０が形成されて
いる。

（第１工程） 上記電極板１と圧電板２とを接着剤を用いずに交互に５
８枚積層する。このとき舌片部１１は、互い違いに１８
０度反対方向に突出するように配置される。接着剤を用
いずに積層するので、位置ずれが生じた場合でも容易に
積層でき、かつ接着剤が付着していないので取扱いが容
易であり、極めて作業性に優れている。

（第２工程） 上記により形成された積層体３を第１図に示す含浸室４
内に配置する。ここで含浸室４内には、エポキシ系接着
剤５が入れられた槽５０が配置され、槽５０の下部には
ヒータ５１が設けられている。また天井部分にはシリン
ダ装置６が固定されている。シリンダ装置６のピストン
ロンドロ０先端にはクランプ７が着脱自在に保持可能で
あり、シリンダ装置６の駆動によりクランプ７が含浸室
４内を上下に移動するように構成されている。モして含
浸室４には真空ポンプ４０が接続され、含浸室４内をほ
ぼ真空にできるように構成されている。

積層体３はクランプ７で挟持され、軸方向両端から加圧
保持される。そしてクランプ７をピストンロンドロ０の
先端に固定し、真空ポンプ４１の駆動により含浸室４内
を５ｔＯｒｒの減圧下とした後、シリンダ装置６を駆動
して積層体３を接着剤５内に浸漬する。このとき含浸室
４内は減圧とされているため接着剤５の脱泡ができると
ともに、接着剤５は電極板１の開口１２ａから接着剤通
路１２内に充填される。なお、ヒータ５１で接着剤５を
加温することにより粘度を低下させると、充填が一層容
易となる。また、この後含浸室４内に正圧を導入して、
接着剤通路１２への接着剤５の充填度をざらに高めるこ
とも有効である。これにより少なくとも８０％の充填率
で接着剤通路１２に接着剤５が充填される。

このときの積層体３の状態を第５図に断面で示す。電極
板１と圧電板２とは加圧保持されて密接しているので、
接着剤５は接着剤通路１２内にのみ存在している。

（第３工程） その後積層体３を槽５０から引上げて含浸室４を常圧に
戻し、クランプ７で加圧保持した状態を維持しつつ積層
体３仝体を図示しない加熱装置で１５０℃に加熱して１
時間保持する。これにより接着剤通路１２内の接着剤５
が硬化し、積層体３は全体が一体的に接合される。

その後積層体３の左右両側で軸方向に並ぶそれぞれの舌
片部１１を一対のリード板８にそれぞれ溶接し、リード
線９を接続して第６図に示す積層型圧電素子が得られる
。

すなわち本実施例の製造方法によれば、積層時には接着
剤５を使用しないため、位置ずれが生じても容易に修正
することができる。また第２工程では減圧下で接着剤５
は容易に接着剤通路１２に充填され、しかも全ての電極
板１の接着剤通路１２に同時に充填されるので、極めて
効率よく接着剤５を塗布することができる。したがって
全体として工数及び作業時間を低減することができる。

また減圧下で接着剤５を充填しているので、接着剤塗布
時にゴミや異物の混入が防止され、気泡の残存も防止さ
れる。

さらに接着剤は渦巻き状の接着剤通路１２内で硬化した
渦巻き形状である。積層型圧電素子は電圧が印加される
と軸方向には伸び、半径方向には縮むが、接着剤層は渦
巻き形状であるので圧電板の縮径および拡径の変位に追
従が容易である。したがって圧電素子としての使用時の
接着剤の劣化が防止され、耐久寿命が格段に向上する。

ちなみにパルス電圧（’ｌ　ｋｖ、１００Ｈ２）を印加
した際、従来の製造方法で得られた圧電素子では１×１
０？回でショート不良となったが、本実施例の製造方法
により製造された圧電素子では３Ｘ１０Ｂ回作動しても
異常がなく、耐久寿命が３０倍以上も向上している。

なお、本実施例では電極板１に表裏面を貫通する接着剤
通路１２を設けたが、第７図に示すように表裏面にそれ
ぞれ貫通しない溝状の接着剤通路１２−を設けても同様
の作用効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例の製造方法に関するものであり
、第１図は積層体を配置した状態で示す含浸室の説明図
、第２図は電極板の平面図、第３図は第２図のＡ−Ａ断
面図、第４図は圧電板の斜視図、第５図は接着剤を充填
した状態で示す積層体の部分断面図、第６図は形成され
た積層型圧電素子の斜視図、第７図は他の態様の電極板
の平面図である。 １・・・電極板 ３・・・積層体 ５・・・接着剤 ７・・・クランプ １１・・・舌片部 ２・・・圧電板 ４・・・含浸室 ６・・・シリンダ装置 ８・・・リード板 １２・・・接着剤通路 特許出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　　　弁理士　　　大川　宏 第１図 第３図 第５図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電板と、外周部に開口する接着剤通路が表裏両
   表面に形成された電極板とを交互に積層して積層体を形
   成する第１工程と、 該積層体を両端面から加圧保持した状態で該接着剤通路
   に液状接着剤を充填する第２工程と、充填された該接着
   剤を硬化させて全体を一体的に接合する第３工程と、よ
   りなることを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。