JPH05335646A - 積層圧電アクチュエータ及びその製造方法 - Google Patents
積層圧電アクチュエータ及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH05335646A JPH05335646A JP16358192A JP16358192A JPH05335646A JP H05335646 A JPH05335646 A JP H05335646A JP 16358192 A JP16358192 A JP 16358192A JP 16358192 A JP16358192 A JP 16358192A JP H05335646 A JPH05335646 A JP H05335646A
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- Japan
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- piezoelectric
- solder
- electrode layer
- layer
- piezoelectric actuator
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 圧電セラミックスと金属板との接合が強固で
あり、また高温高湿の環境下での信頼性に優れ、更に電
圧印加時の変位量の低下を招きにくい。 【構成】 上下両面に電極層１１が形成されこの電極層
の表面にはんだめっき層１３が形成された複数の圧電セ
ラミックス１０とこの電極層に接続するための複数の金
属板１４とをそれぞれ交互に積み重ねて圧電積層体１２
を作製し、この圧電積層体を加圧状態で加熱してはんだ
めっき層のはんだを溶融し、溶融したはんだを冷却して
凝固させることにより圧電セラミックスと金属板とを接
合する。
あり、また高温高湿の環境下での信頼性に優れ、更に電
圧印加時の変位量の低下を招きにくい。 【構成】 上下両面に電極層１１が形成されこの電極層
の表面にはんだめっき層１３が形成された複数の圧電セ
ラミックス１０とこの電極層に接続するための複数の金
属板１４とをそれぞれ交互に積み重ねて圧電積層体１２
を作製し、この圧電積層体を加圧状態で加熱してはんだ
めっき層のはんだを溶融し、溶融したはんだを冷却して
凝固させることにより圧電セラミックスと金属板とを接
合する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、精密位置決め装置、マ
イクロバルブ、ドットプリンタのヘッドの駆動などに用
いられる積層圧電アクチュエータ及びその製造方法に関
するものである。
イクロバルブ、ドットプリンタのヘッドの駆動などに用
いられる積層圧電アクチュエータ及びその製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】積層圧電アクチュエータは、その製造方
法からグリーンシートと電極を交互に積層したのち焼成
する一体焼成型と、焼成した圧電セラミックスを積層す
るスタック型の２通りに分けられる。このうちスタック
型は、圧電セラミックスと電極接続用の金属板とを交互
に積層するのが一般的である。これらの圧電セラミック
スと金属の接合は、エポキシ系やアクリル系の合成樹脂
接着剤を使用するか、或いは接着剤を使わず、積層体を
上下からはさみこんでボルト締めして固定する方法がと
られている。積層圧電アクチュエータの変位や変位によ
り生じた力を的確に伝達するために、接着力又はボルト
締めによる力は強固であることが望まれる。
法からグリーンシートと電極を交互に積層したのち焼成
する一体焼成型と、焼成した圧電セラミックスを積層す
るスタック型の２通りに分けられる。このうちスタック
型は、圧電セラミックスと電極接続用の金属板とを交互
に積層するのが一般的である。これらの圧電セラミック
スと金属の接合は、エポキシ系やアクリル系の合成樹脂
接着剤を使用するか、或いは接着剤を使わず、積層体を
上下からはさみこんでボルト締めして固定する方法がと
られている。積層圧電アクチュエータの変位や変位によ
り生じた力を的確に伝達するために、接着力又はボルト
締めによる力は強固であることが望まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、エポキシ系や
アクリル系などの合成樹脂による接着では、必要とされ
る接着強度が得られず、また高温高湿の環境下での信頼
性に問題があった。一方ボルト締めによる固定では、電
圧印加時の圧電セラミックスの動きを拘束することにな
るため、アクチュエータとしての変位量が低下してしま
うという欠点があった。本発明の目的は、所望の接着強
度を得ることができ、また高温高湿の環境下での信頼性
に優れ、更に変位量の低下を招きにくい積層圧電アクチ
ュエータ及びその製造方法を提供することにある。
アクリル系などの合成樹脂による接着では、必要とされ
る接着強度が得られず、また高温高湿の環境下での信頼
性に問題があった。一方ボルト締めによる固定では、電
圧印加時の圧電セラミックスの動きを拘束することにな
るため、アクチュエータとしての変位量が低下してしま
うという欠点があった。本発明の目的は、所望の接着強
度を得ることができ、また高温高湿の環境下での信頼性
に優れ、更に変位量の低下を招きにくい積層圧電アクチ
ュエータ及びその製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成を実施例に対応する図１及び図２を用い
て説明する。本発明の積層圧電アクチュエータは、上下
両面に電極層１１が形成された複数の圧電セラミックス
１０と前記圧電セラミックス１０と複数の金属板１４と
をそれぞれ交互に積み重ねて作製されたものの改良であ
る。その特徴ある構成は、圧電セラミックス１０の各電
極層１１と各金属板１４とが前記電極層１１の表面に形
成されたはんだめっき層１３のはんだを溶融して接合さ
れたことにある。また、本発明の積層圧電アクチュエー
タの製造方法は、上下両面に電極層１１が形成され電極
層１１の表面にはんだめっき層１３が形成された複数の
圧電セラミックス１０と電極層１１に接続するための複
数の金属板１４とをそれぞれ交互に積み重ねて圧電積層
体１２を作製する工程と、積層体１２を加圧状態で加熱
してめっき層１３のはんだを溶融する工程と、溶融した
はんだを冷却して凝固させることにより圧電セラミック
ス１０と金属板１４とを接合する工程とを含む方法であ
る。圧電セラミックス１０の上下両面に形成される電極
層１１には、ニッケルが用いられる。ニッケル層を形成
するには公知の方法が用いられるが、特に無電解ニッケ
ルめっきが好適である。この電極層１１としてのニッケ
ル層の厚さは、１〜５μｍが好ましい。ニッケル層の厚
さが１μｍ未満では金属板との接合後に導通不能となる
恐れがあり、一方５μｍを超えると接合部の抵抗が高く
なり、好ましくない。
の本発明の構成を実施例に対応する図１及び図２を用い
て説明する。本発明の積層圧電アクチュエータは、上下
両面に電極層１１が形成された複数の圧電セラミックス
１０と前記圧電セラミックス１０と複数の金属板１４と
をそれぞれ交互に積み重ねて作製されたものの改良であ
る。その特徴ある構成は、圧電セラミックス１０の各電
極層１１と各金属板１４とが前記電極層１１の表面に形
成されたはんだめっき層１３のはんだを溶融して接合さ
れたことにある。また、本発明の積層圧電アクチュエー
タの製造方法は、上下両面に電極層１１が形成され電極
層１１の表面にはんだめっき層１３が形成された複数の
圧電セラミックス１０と電極層１１に接続するための複
数の金属板１４とをそれぞれ交互に積み重ねて圧電積層
体１２を作製する工程と、積層体１２を加圧状態で加熱
してめっき層１３のはんだを溶融する工程と、溶融した
はんだを冷却して凝固させることにより圧電セラミック
ス１０と金属板１４とを接合する工程とを含む方法であ
る。圧電セラミックス１０の上下両面に形成される電極
層１１には、ニッケルが用いられる。ニッケル層を形成
するには公知の方法が用いられるが、特に無電解ニッケ
ルめっきが好適である。この電極層１１としてのニッケ
ル層の厚さは、１〜５μｍが好ましい。ニッケル層の厚
さが１μｍ未満では金属板との接合後に導通不能となる
恐れがあり、一方５μｍを超えると接合部の抵抗が高く
なり、好ましくない。
【０００５】はんだめっきに用いる電解液の組成は、錫
（Ｓｎ）１８ｇ／Ｌと鉛（Ｐｂ）２ｇ／Ｌが好ましい。
はんだめっき浴のｐＨは４．５、また温度は２５℃が好
ましい。圧電セラミックス１０の上下両面の電極層１１
の表面に形成されるはんだめっき層１３の厚さは、５〜
２５μｍが好ましい。厚さが５μｍ未満では金属板１４
との接合が不十分となり、一方２５μｍを超えると接合
部の抵抗が高くなり、好ましくない。金属板１４として
は、銅板、ステンレススチール板が好ましいが、加工の
容易さ及び経済性の点から銅板が特に好ましい。圧電積
層体１２は、電極層１１とはんだめっき層１３を有する
圧電セラミックス１０と金属板１４とを一組として、１
０組〜２０組積層されることが好ましい。この圧電積層
体１２を加熱してめっきされたはんだを溶融する温度
は、はんだが溶融する温度以上であれば良く、２７０〜
３００℃が好適である。本発明の圧電セラミックスは、
公知の圧電セラミックス材料を用いることができ、例示
すればジルコン酸チタン酸鉛、ＢａＴｉＯ3、ＰｂＴｉ
Ｏ3、又はＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎ
ｂ2/3）Ｏ3の３成分系などがある。
（Ｓｎ）１８ｇ／Ｌと鉛（Ｐｂ）２ｇ／Ｌが好ましい。
はんだめっき浴のｐＨは４．５、また温度は２５℃が好
ましい。圧電セラミックス１０の上下両面の電極層１１
の表面に形成されるはんだめっき層１３の厚さは、５〜
２５μｍが好ましい。厚さが５μｍ未満では金属板１４
との接合が不十分となり、一方２５μｍを超えると接合
部の抵抗が高くなり、好ましくない。金属板１４として
は、銅板、ステンレススチール板が好ましいが、加工の
容易さ及び経済性の点から銅板が特に好ましい。圧電積
層体１２は、電極層１１とはんだめっき層１３を有する
圧電セラミックス１０と金属板１４とを一組として、１
０組〜２０組積層されることが好ましい。この圧電積層
体１２を加熱してめっきされたはんだを溶融する温度
は、はんだが溶融する温度以上であれば良く、２７０〜
３００℃が好適である。本発明の圧電セラミックスは、
公知の圧電セラミックス材料を用いることができ、例示
すればジルコン酸チタン酸鉛、ＢａＴｉＯ3、ＰｂＴｉ
Ｏ3、又はＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎ
ｂ2/3）Ｏ3の３成分系などがある。
【０００６】
【作用】加熱処理により、圧電セラミックス１０の上下
両面に設けられた電極層１１の表面上のはんだが溶融す
る。溶融したはんだを冷却するとはんだは再び凝固する
が、その際に圧電セラミックス１０のはんだめっき層１
３のはんだと金属板１４とが金属結合して、圧電セラミ
ックス１０と金属板１４とが互いに強固に接合する。
両面に設けられた電極層１１の表面上のはんだが溶融す
る。溶融したはんだを冷却するとはんだは再び凝固する
が、その際に圧電セラミックス１０のはんだめっき層１
３のはんだと金属板１４とが金属結合して、圧電セラミ
ックス１０と金属板１４とが互いに強固に接合する。
【０００７】
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。本発明はこ
の実施例に限られるものではない。ＰｂＯ、ＺｒＯ2及
びＴｉＯ2の所定量を秤量し、均一に混合して仮焼し
た。仮焼物を微粉砕した後、仮焼粉末に有機溶剤として
エタノールやキシレン等を、かつバインダとしてポリビ
ニルアルコール（ＰＶＡ）等を加えてスラリーを調製し
た。ドクターブレード法により、このスラリーからグリ
ーンシートを作製した。このグリーンシートを２枚重ね
合せた後パンチングして焼成し、図１及び図２に示すよ
うに、外径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのジルコン酸チタン酸
鉛（ＰＺＴ）からなる円板状で焼結体の圧電セラミック
ス１０を得た。この焼結体の圧電セラミックス１０の表
面を硝酸の希釈溶液で粗化し、塩化すず溶液と塩化パラ
ジウム溶液にこの順序で浸漬し、無電解めっきの触媒と
なるパラジウムを焼結体の圧電セラミックス１２の表面
に析出させた。これを８０℃に加熱した無電解ニッケル
めっき液に浸漬し、焼結体の圧電セラミックス１０の表
面にニッケルを析出させた。電極層１１の表面に、ｐＨ
４．５、温度２５℃の錫（Ｓｎ）１８ｇ／Ｌと鉛（Ｐ
ｂ）２ｇ／Ｌの組成の浴を用い、厚さ５〜２５μｍのは
んだめっき層１３を形成した。
の実施例に限られるものではない。ＰｂＯ、ＺｒＯ2及
びＴｉＯ2の所定量を秤量し、均一に混合して仮焼し
た。仮焼物を微粉砕した後、仮焼粉末に有機溶剤として
エタノールやキシレン等を、かつバインダとしてポリビ
ニルアルコール（ＰＶＡ）等を加えてスラリーを調製し
た。ドクターブレード法により、このスラリーからグリ
ーンシートを作製した。このグリーンシートを２枚重ね
合せた後パンチングして焼成し、図１及び図２に示すよ
うに、外径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのジルコン酸チタン酸
鉛（ＰＺＴ）からなる円板状で焼結体の圧電セラミック
ス１０を得た。この焼結体の圧電セラミックス１０の表
面を硝酸の希釈溶液で粗化し、塩化すず溶液と塩化パラ
ジウム溶液にこの順序で浸漬し、無電解めっきの触媒と
なるパラジウムを焼結体の圧電セラミックス１２の表面
に析出させた。これを８０℃に加熱した無電解ニッケル
めっき液に浸漬し、焼結体の圧電セラミックス１０の表
面にニッケルを析出させた。電極層１１の表面に、ｐＨ
４．５、温度２５℃の錫（Ｓｎ）１８ｇ／Ｌと鉛（Ｐ
ｂ）２ｇ／Ｌの組成の浴を用い、厚さ５〜２５μｍのは
んだめっき層１３を形成した。
【０００８】圧電セラミックス１０の円板端面のニッケ
ルめっきとはんだめっきを紙やすりで削り落とし、ニッ
ケルめっきの平行電極である厚さ１〜５μｍの電極層１
１とはんだめっき層１３を形成した。電極層１１とはん
だめっき層１３を有する圧電セラミックス１０を１１
枚、１０ｍｍφで電極層１１に接続するための銅板１４
を１０枚それぞれ用意して、これらを交互に積み重ね、
最上部にセラミックスでできた約５００ｇの重りをの
せ、約６．４ｇ／ｃｍ2の加圧状態で固定した。この状
態で２７０℃に設定したベルト式焼成炉に、この圧電積
層体１２を通過させ、はんだめっきを溶融・凝固させる
ことにより、圧電セラミックス１０と銅板１４とがはん
だで接合された積層体が得られた。この積層体の側面に
現れた金属板１４を一層おきに外部でリード線１７ａ，
１７ｂにより電気的に並列接続し、電気端子１５，１６
を取り出して、積層圧電アクチュエータを作製した。
ルめっきとはんだめっきを紙やすりで削り落とし、ニッ
ケルめっきの平行電極である厚さ１〜５μｍの電極層１
１とはんだめっき層１３を形成した。電極層１１とはん
だめっき層１３を有する圧電セラミックス１０を１１
枚、１０ｍｍφで電極層１１に接続するための銅板１４
を１０枚それぞれ用意して、これらを交互に積み重ね、
最上部にセラミックスでできた約５００ｇの重りをの
せ、約６．４ｇ／ｃｍ2の加圧状態で固定した。この状
態で２７０℃に設定したベルト式焼成炉に、この圧電積
層体１２を通過させ、はんだめっきを溶融・凝固させる
ことにより、圧電セラミックス１０と銅板１４とがはん
だで接合された積層体が得られた。この積層体の側面に
現れた金属板１４を一層おきに外部でリード線１７ａ，
１７ｂにより電気的に並列接続し、電気端子１５，１６
を取り出して、積層圧電アクチュエータを作製した。
【０００９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、圧
電セラミックスとその電極層に接続するための金属板と
を電極層の表面に形成したはんだめっき層のはんだを溶
融することにより接合するので、圧電セラミックスと金
属板との接合が強固であり、また高温高湿の環境下での
信頼性に優れ、更に電圧を印加したときの変位量の低下
を招きにくい積層圧電アクチュエータが得られる。
電セラミックスとその電極層に接続するための金属板と
を電極層の表面に形成したはんだめっき層のはんだを溶
融することにより接合するので、圧電セラミックスと金
属板との接合が強固であり、また高温高湿の環境下での
信頼性に優れ、更に電圧を印加したときの変位量の低下
を招きにくい積層圧電アクチュエータが得られる。
【図１】本発明実施例の積層圧電アクチュエータの積層
前の分解断面図。
前の分解断面図。
【図２】その積層後の断面図。
１０ 圧電セラミックス １１ 電極層 １２ 圧電積層体 １３ はんだめっき層 １４ 金属板 １５，１６ 電気端子 １７ａ，１７ｂ リード線
Claims (3)
- 【請求項１】 上下両面に電極層(11)が形成された複数
の圧電セラミックス(10)と複数の金属板(14)とをそれぞ
れ交互に積み重ねて作製された積層圧電アクチュエータ
において、 前記圧電セラミックス(10)の各電極層(11)と各金属板(1
4)とが前記電極層(11)の表面に形成されたはんだめっき
層(13)のはんだを溶融して接合されたことを特徴とする
積層圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】 上下両面に電極層(11)が形成され前記電
極層(11)の表面にはんだめっき層(13)が形成された複数
の圧電セラミックス(10)と前記電極層に接続するための
複数の金属板(14)とをそれぞれ交互に積み重ねて圧電積
層体(12)を作製する工程と、 前記積層体(12)を加圧状態で加熱して前記めっき層(13)
のはんだを溶融する工程と、 溶融したはんだを冷却して凝固させることにより前記圧
電セラミックス(10)と前記金属板(14)とを接合する工程
とを含む積層圧電アクチュエータの製造方法。 - 【請求項３】 圧電セラミックス(10)の上下両面に形成
された電極層(11)の表面に形成されたはんだめっき層(1
3)の厚さが５〜２５μｍである請求項１記載の積層圧電
アクチュエータの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16358192A JPH05335646A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 積層圧電アクチュエータ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16358192A JPH05335646A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 積層圧電アクチュエータ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05335646A true JPH05335646A (ja) | 1993-12-17 |
Family
ID=15776633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16358192A Withdrawn JPH05335646A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 積層圧電アクチュエータ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05335646A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006066876A (ja) * | 2004-07-27 | 2006-03-09 | Denso Corp | 積層型圧電体素子及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-05-29 JP JP16358192A patent/JPH05335646A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006066876A (ja) * | 2004-07-27 | 2006-03-09 | Denso Corp | 積層型圧電体素子及びその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990803 |