JPS58106881A - 圧電装置の製造方法及び該方法により製造された圧電装置 - Google Patents

圧電装置の製造方法及び該方法により製造された圧電装置

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JPS58106881A
JPS58106881A JP57214549A JP21454982A JPS58106881A JP S58106881 A JPS58106881 A JP S58106881A JP 57214549 A JP57214549 A JP 57214549A JP 21454982 A JP21454982 A JP 21454982A JP S58106881 A JPS58106881 A JP S58106881A
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plates
ceramic
piezoelectric device
piezoelectric
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JP57214549A
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ヤン・ウイレム・ワ−ンデルス
ヘルマン・フレデリク・フアン・ヘ−ク
ロゲル・アルフオンス・コルソン
ダヴイツド・ヤコブ・ベルデユイ−ン
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/05—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • H10N30/057—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes by stacking bulk piezoelectric or electrostrictive bodies and electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
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  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

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】 発明の分野及び先行技術の説明 本発明は複数個の圧電セラミック材料の平板を間に中間
金属板を介挿して積層し、斬る徒に該積層体の両端に端
板を設け、両端板を１個以上の予圧素子により機械的に
相互連結して両端板を互の方向に押圧して積層体を機械
的に予圧し、前記金属板は交互に２個の端子電極の各々
に接続して成る圧電装置の製造方法に関するものである
。
この種の圧電装置は米国特＃第２４’１８８８６号明細
書に開示されている。この既知の装置は圧電・セラえツ
ク板の積層体を積層体の側面と遊蒙なしに圧接する円筒
シェル内に配置している。この既知の装置では振動は積
層体の中心軸線と直交する方向に発生し、シェルには端
板に対する影響を最小にするために両端に環状の溝が設
けられている。
英ａｉ４Ｉ許ｌＮ１８Ｂ’１８Ｎδ号明細書に開示され
ている他の既知の装置では、長さ変化がセラミック板の
積層体内に積層体の軸線方向に発生し得る。
斬る長さ変化は端板から＊＊へ伝達し得るため、これら
端板を積層体と遊蒙なしに接触させること、並びに積層
体内にもできるだけ遊隙が存在しないようにすることが
極めて重要である。この目的を達成するために端板を積
層体に予圧で押しつけるようにしている。そして、この
目的のために一円筒スリーブを用い、これに端板を連結
し、これを所望の予圧が与えられるまで緊張させるよう
にしている。
また、中心メルトを用いそのナツトにより端板゛を積層
体に押圧して積層体を予圧することも既知である。
しかし、前記円筒スリーブ並びに中心ボルトの剛性は高
いためにこのスリーブ又はボルトの長さの変化は比較的
大きな加圧力の増大を生ずる。圧電セラミック積層体は
附勢時にこの力に抗して伸張しなければならないのでそ
の運動が妨げられること勿論である。従って、予圧スリ
ーブ又はボルトの剛性が高いことは装置の効率を低下す
るという欠点を生ずる。
更に、既知の装置はそれらの製造に比較的費用がか−る
欠点があり、これは慣例の方法では圧電セラミック板に
金属電極を設け、次いでこれらを組立前に分極させる必
要があるためである０発明の概要 本発明の目的は既知の装置より安価で優れた構造λもの
を門供し得、る上述した種類の圧電装置の製造方法を提
供することにある。
本発明は複数個の圧電セラミック材料の平板を間に中間
金属板を介挿して積層し、斯る後に該積層体の両端に端
板を設け、両端板を１個以上の゛予圧素子により機械的
に相互連結して両端板を互の方向に押圧して積層体を機
械的に予圧し、前記金属板は交互に３個の端子電極の各
々に接続して成る圧電装置を製造するに当り、セラミッ
ク板をまだ分極してない状態で積層し、金属板はセラミ
ック材料と直接接触させ、祈る後に予圧素子を取付けて
積層体に比較的大きな予圧な加えると共に該予圧素子は
比較的平坦なばね特性を示すものとし、・斯る後にセツ
ミック板を、必要に応じ加熱しながら電極に必要な電圧
を印加して分極させることを４Ｈ１ｌとする。ここで、
比較的平坦なばね特性とはばね復元力に関するものであ
り、それが圧電積層体ののびの動作範囲に亘って殆んど
変化しない（即ち例えばｓｏｎ以上変化しない）特性を
意味する。
圧電動作範囲に亘って比較的平坦なばね特性を有〜する
予圧素子を使用する結果として、比較的大きな予圧を加
えることができる。ここで、比較的大きな予圧とは積層
体内に遊蒙が殆んど生じないようにするに充分であって
積層体内の遊蒙が実際上着しく減少又は除去されるよう
な予圧を意味する。その結果、更に、電極が予め設けら
れていない＊う”７り板を使用し得ると共にセラミック
板を組立後に分極させることができる。これがため、比
較的大きな予圧とは、更に、分極処理中のセラミック板
の形状の変化をおさえ、斯る変形が生じても中間金属板
をセラミック板にしつかり圧接して金属板をセラミック
板の表面にメタライズする必要なしに金属板とセラミッ
ク板との間に適切な接触を常時維持するに充分な予圧で
あるとも解釈される。
例えばオランダ国特許出願７９０８９６４及び対応する
欧州特許出願８１００１９８８７号に記載されている材
料をセラミック板に使用するときは、分極処理は室温で
行なうことができる。他の材料を使用するときは分極処
理中装置の温度を少し高い温度に上昇させる必要がある
。
本発明は上述の方法により製造される装置にも関するも
のである。即ち、本発明は複数個の積層した圧電セラミ
ック材料の平板を具え、これらセラミック板は１個以上
の予圧素子により機械的に相互連結された２個の端板間
に配置してセラミック板の積層体を予圧し、隣接するセ
ラミック板の各対間には薄い金属板を配置し、これら金
属板は交互に２個の端子電極の各々に接続して成る圧電
装置の改良にも関するものであり、本発明は斯る装置に
おいて、各金属板を関連するセラミック板のセラミック
材料と直接接触させ、前記予圧素子は比較的平坦なばね
特性を有するものとしてこれにより比較的大きな予圧な
及ぼすようにしたことを特徴とする０ 本発明圧゛電装置の一実施例では、予圧素子を円筒スリ
ーブで構成し、このスリーブにはその中心軸線と直交す
る互に離間した第１組の平面の各平面内に１傭の溝を、
これら溝が軸線を含む第１直径面内に位置する橋絡部の
両側に位置するよう設けると共に、前記第１組の隣接す
る平面間に位置する同様にスリーブ中心軸線と直交する
第２組の平面の各平面内にｓｌＩの溝を、これら溝が前
記、第１直径面と斜交する第２直径面に位置する橋絡部
の両側に位置するよう設ける。
このようにすると、牛後方向に極めて瓢牢であると共に
軸線方向に必要な予圧を発生することができ、且つ比較
的平坦なばね特性を有する円筒状の予圧スリーブが得ら
れる。この予圧スリーブによれば、セラミック板の積層
体に比較的大きな予圧を加えることができるため、積層
体内の遊隙が減少又は略々除去されると共に、圧電伸長
が許容し得ない程大きいばね力の増大により妨けら′れ
ることもない。
既知の構造の装置では予圧は制限しなければならないた
め、既知の構造に使用する各セラミック板の端面には薄
い金属層、例えば薄い銀層な例えば蒸着により予め設け
ておいて小さな予圧でも電極とセラミック板との適切な
接触が得られるようにしている。この場合、電極はセラ
ミック板間に交互に設けた３個の金属箔で形成される。
各セラミック板の端面のメタライズは極めて困■で、従
って費用がか−る処理であり、更にセラミック材料内へ
の金属の拡散により両端面間の短絡をしば□しば生ずる
という欠点もある。
これらの欠点は、金属箔をセラミック板のセラミック材
料に直接接触させるだけである本発明装置によれば軽減
又は除去される。これは、蒸着金属層なしでも金属箔を
セラミック板にきつく圧接して電極とセラミック板との
間に密接な接触を達成し得る大きな予圧を加えることが
できるためであるＯ 本発明装置の他の利点は、セラミック板を装置内にまだ
分極させてない状態で組込むことができるため、慣例の
分極処理を予め行なう必要がなし１点にある。また、動
作中に何らかの理由によって分極が消失した場合には、
装置を分解することなく電極間に所望の電圧を印加する
と共に必要に応じ装置の温度を所望値に上昇させて分極
を容易に回復させることができる。
実施例の説明 以下ｍｍを参照して本発明の詳細な説明する。
図中１は多数の積層圧電セラミック板を示す。
Ｓ＊するセラミック板間には互に直交する金属箔３及び
８が交互に通され、各セラミック板の一方の面が一方の
箔と、他方の面が他方の箔と接触するようにしである。
これら金属箔は電圧導体１４及び１６と接触し、これら
導体はねじ材端プラグ６を通して引き出される。
セラミック板ｌの積層体は端板として作用する２個のね
じ材端プラグ４及び５間に配置する〇ねじ材端プラグ鳴
及びｂは円筒状予圧スリーブ６にねじ込まれる。
所望の予圧が達成されるようスリーブに圧電セラミック
の動作範囲に亘って比較的平坦なばね特性（ＩＩちばね
力とのびとの関係）を与えるために、スリーブ６にその
軸線を中心にそれぞれ同−向きの嬉１組の複数個の溝フ
を設け、これら溝はスリーブの中心軸線と直交する互に
離間した複数の平面内にあってスリーブを両側から８個
の橋絡部８が残るようカットして形成する。全ての橋絡
部８は軸線を通る嬉ｌ直径面に位置させる。
スリーブ６にはその軸線を中心にそれぞれ同−向きの嬉
１組の複数個の溝１ｏを設ける。これら溝１０もスリー
ブ６の両側から、橋絡部８が位置する直径面に対し略々
直角に延在する第８直径面に位置する橋絡部１１が残る
ようにカットして形成する。
このようにすると、半径方向に極めて＃Ｉｌ！Ｉで・セ
ラミック板の積層体の適切な保護を提供する予圧スリー
ブが得られる。このスリーブは軸線方向に、／１当大き
な予圧を及ぼすことができるにもかかわらず、そのばね
特性は装置の圧電動作範囲に亘って比較的平坦となる。
このことはのび変化により予圧に比較的小さな増大を伴
なうだけであることを意味する。
従って、大きな予圧を加えることができるため、電極３
及び８をセラミック板に直接接触させることができ、セ
ラミック板上に金属面を予め堆積する必要がなくなる。
比較的大きな予圧は電極をセラミック板のセラミック材
料に圧接してめっきされた電極の金属と同等の効果をも
たらす。組立後、電ｓ１４及び１５に必要な電圧を印加
してセラミック板を分極させることができる。
実際の例ではセラミック積層体は１００枚ノーにラミッ
ク板で構成し、各セラミック板は直径１０■、厚さ０．
６−とした。電極２及び８は厚さ３０μ閣、輻フ■の銅
箔で構成した。予圧スリーブはｓＯ−の外径及び２■の
壁厚を有するものとした。
このスリーブの剛性は約ｇＸ１ＯＮｍｌ　　になり、こ
のスリーブで１０００１の予圧を積層体に印加した。
電極間にｓｏｏ’ｖの電圧差を印加すると、この装置は
約１００μＢで５０μ講の長さ変化を発生した。
効　　　　　果 本発明装置の利点は要約すると次の通りである。
比較的大きな機械的予圧をばね力の許容し得ない―の増
大を生ずることなく加えることができる結果として効率
が高い、盛牢である、遊隙が殆んどない無遊隙構造が得
られる。更に、簡単な構成要素を使用する結果及び特に
予備処理（即ち分極処理及び金属層の被着処理）してな
いセラミック板を使用する結果として安価に製造できる
。更に、電気容量が低いため装置の電力消費が低い。。
本発明装置ではセラミック板は予め分極させる必要がな
く、分極は組立てた状態で装置全体を必要な温度に上昇
させ、次いで電極間に必要な電圧を印加することにより
行なうことができる。
ｌ１ｌＫ４ｖ！Ｊは本発明圧電装置の他の実施例を示し
、本例では圧電セラミック板１の積層体を円筒スリーブ
ｌ−で取り囲む。積層体ｌはねじ材端プラグ１７と、ス
リーブ１６の端面２０を通して案内される部分１９を有
する端板１８とで挾持する。
端ｆ１１１０と端板１８との間には円板ばね２１を配置
する。
本例では端プラグ１７を円筒スリーブ１６内にねじ込む
ことにより圧力を積層体１に加えることができる。
【図面の簡単な説明】
第１Ｗｉは本発明圧電装置の一実施例の断ｍ図、＃Ｉ２
図及び＃１８図はそれｆれ第１ｇの装置の円筒状予圧ス
リーブの斜視図及び圧電セラミック板の積層体の斜視図
、 第４図は本発明′圧電装置の他Ｃ実施例の断面図である
。 １・・・圧電セラミック板　２．８・・・金属板４．５
・・・端プラグ（端板） ６・・・円筒状予圧スリーブ ？、１０・・・溝 １４．１６・・・電圧導′体（端子電極）１６・・・円
筒スリーブ １７．１８・・・端板 １！１・・・予圧円板ばね〇 ＦＩＧ、２　　　　　　ＦＩＧ、１ イーン オランダ国５６２１ベーアー・アイ ンドーフエン・フルーネヴアウ ツウエツハ１

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 Ｌｌｌ数個の圧電セラミック材料の平板を間に中間金属
    板を介挿して積層し、斯る後に該積層体の両端に端板を
    設け、両端板を１個以上の予圧素子により機械的に相互
    連結して両端板を互の方向に押圧して積層体を機械的に
    予圧しＸｍｍ金金属板交互に２個の端子電極の各々に接
    続して成る圧電装置を製造するに当り、セラミック板を
    まだ分極させてない状態で積層し、金跳板はセラミック
    材料と直接接触させ、斯る後に予圧素子を取付けて積層
    体に比較的大きな予圧を加えると共に該予圧素子は比較
    的平坦なばね特性を有するものとし、祈る後にセラミッ
    ク板を、必要に応じ装置を加熱しながら電極間に必要な
    電圧を印加して分極させることを特徴とする圧電装置の
    製造方法。 龜　複数個の積層した圧電セラミック材料の平板を具え
    、これらセラミック板は１個以上の予圧素子により機械
    的に相互連結された２個の端板間に配置してセラミック
    板の積層体を予圧し、隣接するセラミック板間には薄い
    金属板を配置し、これら金属板は交互に２個の電圧導体
    の各々に接続して成る圧電装置において、各金属板は関
    連するセラミック板のセラミック材料と直接接触させ、
    前記予圧素子は比較的大きな予圧を及ぼすと共に比較的
    平坦なばね特性を有するものとしたことを特徴とする圧
    電装置。 ＆　特許請求の範囲第Ｓ項記載の装置において、前記予
    圧素子は円筒状のスリーブで構成し、このスリーブには
    その中心軸線と直交する互に離間したＩｓ１組の複機平
    面の各平面内に２傭の溝を、これら溝が中心軸線を含む
    ＃１１直径面内に位置する僑格部の両側に位置するよう
    設けると共に、＃記ｊｌｌａｉの隣接する平面間に位置
    する同様に中心軸顧と直交する第２組のＩＩＷＩ平面の
    各平面に２個の溝を、これら溝が前記直径面と斜交する
    第２直径面内に位置する橋絡部の両側に位置するよう設
    けであることを特徴とする圧電装置。 表　特許請求の範囲第２項記載の装置において、圧電セ
    ラミック板の積層体は円筒スリーブ内に配置し、予圧素
    子は円板ばねとしたことを特徴とする圧電装置。
JP57214549A 1981-12-08 1982-12-07 圧電装置の製造方法及び該方法により製造された圧電装置 Pending JPS58106881A (ja)

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NL8105502 1981-12-08
NL8105502A NL8105502A (nl) 1981-12-08 1981-12-08 Werkwijze voor het vervaardigen van een piezo-elektrische inrichting alsmede een inrichting vervaardigd volgens deze werkwijze.

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JP (1) JPS58106881A (ja)
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FR (1) FR2517889A1 (ja)
GB (1) GB2113460B (ja)
IT (1) IT1154623B (ja)
NL (1) NL8105502A (ja)
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