JP3106627B2 - 圧電アクチュエータ及びその製造方法 - Google Patents
圧電アクチュエータ及びその製造方法Info
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Description
縮みする圧電アクチュエータに関するものである。
変位量が得られるものとして圧電バイモルフが知られて
いる。この製造方法は、まず固相法によって圧電セラミ
ックスの平板を作製しその板の両面に銀やニッケルの電
極を形成した後、分極処理し金属弾性体に接着剤を用い
て接着し製造する方法が一般的である。あるいは、ポリフ
ッ化ビニリデン等の高分子圧電材料を用いた圧電アクチ
ュエータも試作されている。
方法では、湾曲したセラミックスを作製することが難し
く、バイモルフの形状は平板に限られそのため変位量を
大きくできなかった。また、接着工程を含むため、その
工程で破損を防止し歩留りをあげるには圧電セラミック
スの薄板化には限界がある。そのため変位量を大きくで
きず駆動電圧の低電圧化も困難であった。さらに、接着
剤を使用しているので自ずから耐熱性にも限界があり、
接着層に対する信頼性に欠ける場合があった。一方、後
者の圧電高分子を用いる方法では、形状の自由度は圧電
セラミックスに比べ大きく変位量は比較的大きい反面、
発生力が小さく耐熱性に劣るという欠点がある。
スの作製は、固相反応によるため通常900℃以上の高
温で焼成する必要があった。形状も限られ、大面積の薄
い板を焼成することは非常に難しかった。特に膜厚がサ
ブミクロンあるいは50μm以上ぐらいであれば、スッ
パタ法あるいはドクターブレード法を用いれば作製でき
るが、1〜数10μmの厚みの膜を作製する適当な方法
は従来なかった。
になされたものであり、接着工程を必要とせず、大きな
変位量と発生力を兼ね備えた圧電アクチュエータを提供
することにある。
基板と、該波板状弾性体基板の湾曲部に水熱合成、水洗
浄及び乾燥によって形成された圧電結晶膜と、該圧電結
晶膜表面上に配置された電極とからなることを特徴とす
る圧電アクチュエータを提供する。すなわち、波板状弾
性体基板の湾曲部に水熱合成、水洗浄及び乾燥によって
圧電結晶膜を形成する。その際、隣合う湾曲部の圧電結
晶膜はあらかじめ分離されるように波板の直線部分には
結晶が析出しないようにフッ素樹脂などでコートする。
そして、圧電結晶膜の形成後、湾曲部の外側と内側の圧
電結晶膜を印加したときに一方は伸び他方は縮むように
分極処理及び結線をする。また、ぜんまい状金属弾性体
基板と、該ぜんまい状金属弾性体基板に水熱合成、水洗
浄及び乾燥によって形成された圧電結晶膜と、該圧電結
晶膜表面上に配置された電極とからなることを特徴とす
る圧電アクチュエータをも提供する。また本発明は、圧
電アクチュエータの製造方法において、 (a)硝酸鉛水溶液、オキシ塩化ジルコニウム水溶液及
び水酸化カリウム水溶液の混合溶液中に波板状又はぜん
まい状金属弾性体基板を投入し、140〜160℃の温
度で水熱により表面処理を行い、該基板の湾曲部に結晶
核を生成させ、 (b)その後、結晶核を有する該基板を水洗浄及び乾燥
させ、 (c)次に結晶核を成長させるため、硝酸鉛水溶液、オ
キシ塩化ジルコニウム水溶液、塩化チタン水溶液及び水
酸化カリウム水溶液の混合溶液中に結晶核を有する該基
板を投入し、100〜130℃の温度で水熱処理を行
い、 (d)その後、該基板を水洗浄及び乾燥させ、 (e)それによって、該弾性体基板上に圧電結晶膜を形
成させ、そして (f)該圧電結晶膜表面上に、電極を配置させることか
らなる前記製造方法を提供する。 以下に本発明の構成を
詳述する。
処理した金属板又は金属コーテイングした樹脂が用いら
れる。弾性体基板は、波板状またはぜんまい状である。
金属板としてはチタン基板、ステンレス、Fe−Ni合
金等が用いられる。また樹脂としてはポリイミドフィル
ムやポリフェニレンサルファイド等の耐熱性の樹脂が好
ましい。コーテイング用金属としてはPtおよびTi等
が用いられる。
電結晶膜を形成する。圧電結晶膜の形成は、次のように
して行う。Pb(NO3)2水溶液0.5mol/l〜
1.2mol/l、ZrOCl2水溶液0.5mol/
l〜2.0mol/lおよびKOH水溶液2.5mol
/l〜5.0mol/lの混合溶液中に、前記弾性体基
板を投入して140〜160℃、4〜25時間水熱によ
る表面処理を行い結晶核を生成させる。その後純水中で
洗浄し乾燥させる。例えば、純水中で数分間の超音波洗
浄を数回行った後、0.5mol/l〜2mol/l酢
酸水溶液中で超音波洗浄数分間を数回行う。さらに、純
水中で数分間の超音波洗浄を数回行った後、100〜1
20℃で数時間乾燥させる。
O3)2水溶液0.5mol/l〜1.2mol/l、Z
rOCl2水溶液0.5mol/l〜2.0mol/
l、TiCl4水溶液0.5mol/l〜5.0mol
/lおよびKOH水溶液2.5mol/l〜5.0mo
l/l中に前記結晶核を有する基板を投入して100〜
130℃、24〜96時間投入し水熱による処理を行
う。これにより弾性体基板上に圧電結晶膜が形成され
る。水熱処理での加熱方法は油浴や電気炉などによる。
また洗浄方法は、例えば純水中で超音波洗浄3分間×2
回、1mol/l酢酸水溶液中で超音波洗浄3分間×2
回およびさらに純水中で超音波洗浄3分間×2回を行
う。乾燥は100〜120℃で12時間行う。
としてPb(ZrxTi(1-x))O3(0≦X≦1)から
なる。圧電結晶膜はX線回折等により確認される。
が、コストや量産性を考慮し最適なものを選定する。例
えば、スパッタリング法によるNi、無電解メッキ法に
よるNi、焼付けタイプのAgなどがある。その他、蒸
着によるAl、スパッタリング法によるPtあるいはA
uなども用いることができる。しかし、基板に樹脂を用
いる場合には、高温に加熱できないので焼付けタイプの
Ag電極は使用できない。
面上に形成するのは次のようにして行う。まず、メッキ
をする前に、導電性の膜が形成されてはならない部分、
すなはち素子の側面にメッキレジストを塗布する。メッ
キレジストを塗布したものを20〜30℃のピンクシュ
ーマに1〜2分間浸漬する。その後、純水中に10秒程
度浸し水洗する。それを20〜30℃のレッドシューマ
に2〜3分間浸漬する。純水中で10秒程度水洗後、7
0〜90℃のブルーシューマS−680に1〜5分間浸
漬してNiメッキ膜を形成する。純水中で、1分間の超
音波洗浄を数回行う。そして、トルエンなどの有機溶剤
でメッキレジストを溶解除去する。その後、100〜2
50℃で2〜12時間加熱処理する。ここで、ピンクシ
ユーマ、レッドシューマおよびブルーシューマは商品名
であり、所定の濃度に希釈して用いる。 Ag電極の場
合は市販の銀ペーストをスクリーン印刷で塗布し600
〜800℃程度大気中で焼き付ける。
ZrOCl2水溶液2.73mmolおよびKOH水溶
液50mmolの混合溶液中に空気中700℃で1時間
加熱処理し表面に酸化膜を形成させ、湾曲部以外の場所
にはフッソ樹脂をコートした波板状のチタン基板を投入
し、150℃で24時間の水熱処理を行い基板上にPb
(ZrTi)O3の結晶核を生成させた。その後、純水
中で2分間の超音波洗浄を3回行った後、1mol/l
の酢酸水溶液中で3分間の超音波洗浄を2回行った。さ
らに、純水中で1分間の超音波洗浄を3回行った。その
後、100℃で6時間乾燥した。次に、結晶成長のため
Pb(NO3)2水溶液6.82mmol、ZrOCl2
水溶液2.73mmol、TiCl4水溶液2.52m
molおよびKOH水溶液50mmolの混合溶液中に
投入し、120℃、48時間の水熱条件でPb(ZrT
i)O3の薄膜を合成した。その後、純水中で3分間の
超音波洗浄を2回行った後、1mol/lの酢酸水溶液
中で3分間の超音波洗浄を2回行った。さらに、純水中
で3分間の超音波洗浄を2回行った。その後、100℃
で12時間乾燥した。そして、結晶薄膜上にRFスパッ
タリング法で約0.5μmの厚みのNi電極を形成し
た。
圧を印加し、Pb(ZrTi)O3薄膜のニッケル電極
側にマイマスの電圧を印加し分極処理を施した。このア
クチュエータの駆動については、伸ばしたいときには、
金属板の外側のPb(ZrTi)O3膜のニッケル電極
にマイマスの電圧を、また、金属板の内側のPb(Zr
Ti)O3膜のニッケル電極にプラスの電圧を印加すれ
ば良い。一方、収縮させるときにはその逆の電圧を印加
すれば良い。あるいは、当然のことながら、金属板の内
側のPb(ZrTi)O3膜のニッケル電極にプラス
を、金属板にマイマスの電圧を印加して分極処理し、金
属板の外側のPb(ZrTi)O3膜は、金属板にプラ
スを、Pb(ZrTi)O3膜のニッケル電極にマイナ
スの電圧を印加して分極処理し、駆動時には、金属板を
共通電極としPb(ZrTi)O3膜に電圧を印加して
も良い。
2mmol、ZrOCl2水溶液2.73mmolおよ
びKOH水溶液50mmolの混合溶液中に空気中70
0℃で1時間加熱処理し表面に酸化膜を形成させたぜん
まい状のチタン基板を投入し、150℃で24時間の水
熱処理を行い基板上にPb(ZrTi)O3の結晶核を
生成させた。その後、純水中で2分間の超音波洗浄を3
回行った後、1mol/lの酢酸水溶液中で3分間の超
音波洗浄を2回行った。さらに、純水中で1分間の超音
波洗浄を3回行った。その後、100℃で6時間乾燥し
た。次に、結晶成長のためPb(NO3)2水溶液6.8
2mmol、ZrOCl2水溶液2.73mmol、T
iCl4水溶液2.52mmolおよびKOH水溶液5
0mmolの混合溶液中に投入し、120℃、48時間
の水熱条件でPb(ZrTi)O3の薄膜を合成した。
その後、純水中で3分間の超音波洗浄を2回行った後、
1mol/lの酢酸水溶液中で3分間の超音波洗浄を2
回行った。さらに、純水中で3分間の超音波洗浄を2回
行った。その後、100℃で12時間乾燥した。そし
て、結晶薄膜上にRFスパッタリング法で約0.5μm
の厚みのNi電極を形成した。次に、実施例1と同様に
分極処理した。
電極はニッケルに限らず、アルミや銀などでも良い。
ングの変位しか得られず変位量も小さかったが、本発明
によれば、小さな電圧でも変位量が大きく、発生力も比
較的大きく、しかも耐熱性に優れた直線的または回転的
な動きをする圧電アクチュエータが得られる。
クチュエータの概略図である。
ばした時の概略図である。
電アクチュエータの概略図である。
Claims (2)
- 【請求項1】波板状又はぜんまい状金属弾性体基板と、
該波板状又は該ぜんまい状金属弾性体基板の湾曲部に水
熱合成、水洗浄及び乾燥によって形成された圧電結晶膜
と、該圧電結晶膜表面上に配置された電極とからなるこ
とを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項2】圧電アクチュエータの製造方法において、 (a)硝酸鉛水溶液、オキシ塩化ジルコニウム水溶液及
び水酸化カリウム水溶液の混合溶液中に波板状又はぜん
まい状金属弾性体基板を投入し、140〜160℃の温
度で水熱により表面処理を行い、該基板の湾曲部に結晶
核を生成させ、 (b)その後、結晶核を有する該基板を水洗浄及び乾燥
させ、 (c)次に結晶核を成長させるため、硝酸鉛水溶液、オ
キシ塩化ジルコニウム水溶液、塩化チタン水溶液及び水
酸化カリウム水溶液の混合溶液中に結晶核を有する該基
板を投入し、100〜130℃の温度で水熱処理を行
い、 (d)その後、該基板を水洗浄及び乾燥させ、 (e)それによって、該弾性体基板上に圧電結晶膜を形
成させ、そして (f)該圧電結晶膜表面上に、電極を配置させることか
らなる前記製造方法。
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JP32671991A JP3106627B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 圧電アクチュエータ及びその製造方法 |
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JP32671991A Expired - Fee Related JP3106627B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 圧電アクチュエータ及びその製造方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04328211A (ja) * | 1991-04-26 | 1992-11-17 | Hirata Kiko Kk | フラットケーブル並びにその製造方法及びその装着方法 |
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-
1991
- 1991-11-15 JP JP32671991A patent/JP3106627B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
「Preparation of Lead Zirconate Titanate Thin Film by Hydrothermal Method」Japanese Journal of Applied Physics,Vol.30,No.9B,September,1991,pp.2174−2177 |
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JPH04328211A (ja) * | 1991-04-26 | 1992-11-17 | Hirata Kiko Kk | フラットケーブル並びにその製造方法及びその装着方法 |
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JPH05136476A (ja) | 1993-06-01 |
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