JPH0476968A - 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〕 本発明は積層型圧電素子の製造方法に関し、特に、圧電
素子の積層面に部分電極を挾んで積層し、この部分電極
に設けられた電極取出片を一層おきに同じ側で外部電極
に接続するタイプの積層型圧電素子の製造方法に関する
。

〔従来の技術］ 積層コンデンサ構造をとる圧電素子は低電圧で大きな歪
みを発生する優れたアクチュエータである。このため、
微細加工を行う半導体等の各種電子部品の製造装置や、
微小な位置決めを必要とする光学装置等にこの圧電アク
チュエータが用いられている。また、このような圧電素
子と電極板とを交互に積層し、各層の上下に位置する電
極をそれぞれ異なった電圧源に接続して、発生させる歪
量を大きくした積層型圧電アクチュエータも実用化され
ており、近年ではドツトプリンタ用ヘッド等の制御部品
にもこの積層型圧電アクチュエータが使用されるように
なってきている。

ところで、積層型圧電アクチュエータは前述のように一
層おきに電極を同じ電源に接続するために、圧電素子と
電極板とが同じ面積であると、同し電源に接続される２
つの電極板（あるいは電極層）の間に、他の電源に接続
される電極板（あるいは電極層）の端部が露出するので
、この逆極性の端部を短絡防止のために絶縁する必要が
ある。

そこで、耐絶縁性向上のために、圧電素子の間に挟む電
極板を、圧電素子の面積より一回り小さい部分電極にす
ることが行われている。

第６図から第８図はこのような部分電極を用いた従来の
積層型圧電素子の製造方法を示すものである。第６図は
積層型圧電素子を構成する圧電体の薄板（以下ペレット
という）１、金属電極２およびこれらペレット１と金属
電極２の上下に取り付ける絶縁板（シム）３の形状およ
びその寸法関係を示すものである。

ペレット１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐ　ｂ（
Ｔｉｔ　Ｚｒ＋−ｘ　）　０３　　（Ｘ　＝０．４〜０
．６でモル比を示す〕を主成分としており、厚さｔ　＝
０．５ｍｍ、直径的３０ｍｍの円板状のものであり、上
下面には印刷電極１ａが焼き付は形成されている。金属
電極２はペレット１の印刷電極１ａに重ね合わせられる
ものであり、ペレット１より一回り小さく、厚さｔ＝　
０．０２ｍｍ程度で、その周縁部の１ケ所に外部引き出
し用の電極取出片２ａが設けられている。また、シム３
はジルコニア、アルミナ等の絶縁体から作られており、
厚さｔ−２，０ｍｍ程度の円板状で、その直径はペレッ
ト１と同しになっている。

これらペレッｌ−１、金属電極２、及びシム３を用いて
積層型圧電素子を製造する際は、第７図に示すように、
シム３を最下部においた後に、ペレット１と金属電極２
とを交互に、金属電極２の電極取出片２ａが互い違いに
反対側に突出するように所定枚数、例えば４０枚積層し
、一番上にもシム３を積層する。積層したペレット１お
よび金属電極２は熱プレスにより圧着一体化し、その後
に金属電極２を途中で折り曲げて、同し側に突出する金
属電極２を外部電極４と抵抗溶接等で接続する。

なお、ペレット１と金属電極２との位置を合わせてこれ
らを積層するために、通常は、ペレット１と金属電極２
との積層は第８図に示すような、積層金型８が使用され
る。この積層金型８は分離可能な雄型８Ａと雌型８Ｂと
からなり、両者を合わせた時に、その本体にペレット１
を収容する筒部８１と、電極取出片２ａを挿入する溝部
８２が形成されるようになっている。従って、積層型圧
電素子の製造時には、ペレット１を筒部８Ｉに挿入し、
金属電極２をその電極取出片２ａを交互に反対側の溝部
８２に合わせながら挿入して、ペレットＩの印刷電極ｌ
ａ上に金属電極２が丁度積層されるようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、１ケ所だけ電極取出片２ａが設けられた金属
電極２を用いた従来の積層型圧電素子の製造方法では、
積層金型８にペレット１と金属電極２とを挿入した後の
積層接着前、或いは積層接着工程中に、金属電極２の積
層金型８内での移動により、第９図に示すように、金属
電極２がペレット１の印刷電極Ｉａ上からずれ、積層型
圧電素子の積層部分で金属電極２の周縁部がペレッ）１
０周縁部に近づき、その結果、耐電圧が低下してしまい
、金属電極２のペレット１の周縁部への近接部において
放電短絡による破損が生じるという問題があった。

これは、金属電極２の電極取出片２ａと積層金型８の位
置決め溝８２との間には金属電極２がスムーズに挿入で
きるように、電極取出片２ａの幅方向にある程度の隙間
が設けられているからである。例えば、この隙間が０．
０６ｍｍであるとすると、電極取出片２ａの長さは一般
に、例えば、３ｍｍ程度と短いので、本体部分のずれは
数倍になってしまうからである。

本発明は内部電極として圧電素子よりも小さい形状で１
ケ所に電極取出片が設けられた金属電極を製造し、この
金属電極の電極取出片を折り曲げて外部電極に接続する
タイプの積層型圧電体の前記従来の製造方法における課
題を解消し、積層型圧電素子の製造時にペレットよりも
外径の小さい金属電極が積層時に正しくペレットの所定
部分に位置決めされ、積層型圧電素子を信軌性良く製造
できて生産性の向上、並びにコストの低減を図ることが
できる積層型圧電素子の製造方法を提供することを目的
としている。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成する本発明の積層型圧電素子の製造方法
は、圧電材料からなる圧電板と、この圧電板の積層面よ
りひと回り小さい面積を持ち、周縁部に電極取出片を１
ケ所備えると共に、僅かな外力により分離可能な補助突
片を少なくとも１ケ所に備える金属電極板とを形成し、
前記電極取出片用の溝と補助突片用の溝が設けられた積
層金型に、前記圧電板と金属電極とを交互に、かつ、前
記取出片が一層おきに反対側に突出するように複数枚挿
入して積層し、積層後に各金属電極の補助突片を外力に
より取り去り、電極取出片を外部電極に接続して積層型
圧電素子を形成することを特徴としている。

（作用］ 本発明の積層型圧電素子の製造方法では、ペレット間に
挿入される金属電極として、電極取出片が１ケ所のみに
設けられたものを製造し、その周縁部に僅かな外力によ
って削除可能な少なくとも１個の補助突片を設けておく
。そして、ペレットと金属電極を挿入して組み立てる積
層金型にも、この金属電極に設けられた補助窓片受は入
れ用の溝を形成しておく。よって、ペレットを従来通り
積層金型に挿入し、金属電極を電極取出片と補助突片を
溝に合わせながら積層金型に挿入すると、積層金型に挿
入された金属電極は、積層接着前、或いは積層接着工程
時において電極取出片と補助突片によりその動きが制限
される。この結果、接着前、或いは接着工程時における
金属電極のペレット上の印刷電極上からのずれが防止さ
れる。

〔実施例〕

以下添付図面を用いて本発明の積層型圧電素子の製造方
法の実施例を詳細に説明するが、積層型圧電素子を製造
する際に使用する部材で、従来と同じものについては同
じ符号を付して説明する。

第１図（ａ）、　（ｂ）は本発明の積層型圧電素子の製
造方法に使用するペレット１および一実施例の金属電極
５の形状および寸法関係を示すものである。

ペレット１は従来使用していたものと変わりはなく、チ
タン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（ＴｉｘＺｒｌ−ｘ）０＋Ｃｘ
　＝０．４〜０．６でモル比を示す〕を主成分としてお
り、厚さｔ−０，５ＩｌｌＩＩ＋、直径約３０開の円板
状のものであり、上下面には印刷電極１ａが焼き付は形
成されている。一方、本発明に使用する金属電極５は、
ペレット１より一回り小さく、ペレット１の印刷電極１
ａに重ね合わせられる厚さｔ　＝０．０２ｍｍ程度のも
のであり、その周縁部の１ケ所に外部引き出し用の電極
取出片５ａが設けるところまでは従来の金属電極２と同
じである。本発明に使用する金属電極５が金属電極２と
異なる点は、金属電極５の周縁部に補助突片５ｂを設け
ている点である。

なお、図示はしていないが、シム３も従来と同じくジル
コニア、アルミナ等の絶縁体から作り、厚さｔ　＝２．
０ｍｍ程度で、ペレット１と同し直径をもつ円板状に形
成すれば良い。

補助突片５ｂは、この実施例では電極取出片５ａの突出
位置から金属電極５の中心点に対して９０°離れた位置
に突出するように設けており、金属電極５と一体的に形
成している。補助突片５ｂには自由端側において電極取
出片５ａとぼぼ同じ程度の幅を持たせ、補助突片５ｂの
金属電極５の周縁部近傍はその幅を狭めて、僅かな幅の
破膜部５ｃによって金属電極５と接続されるようにする
。なお、補助突片５ｂは抜き勾配を持っていることが望
ましく、また、フッ素系の離型剤が表面に塗布されてい
ることが更に望ましい。

また、本発明では、前述のように構成される金属電極５
に応じて、第２図に示すような、積層金型７を使用する
。この積層金型７は分離可能な雄型７Ａと雌型７Ｂとか
らなり、両者を合わせた時に、その本体にペレット１を
収容する筒部７１と、電極取出片５ａを挿入する溝部７
２と、補助突片５ｂを挿入する溝部７３が形成されるよ
うにする。なお、第１図（ａ）に示すように、補助突片
５ｂは電極取出片５ａに対して直交する方向に設けであ
るので、積層金型７に形成する溝７３は１箇所で良い。

次に、以上のように構成した部材を使用して、積層型圧
電素子を製造する方法について説明する。

まず、雄型７Ａと雌型７Ｂとを合わせた積層金型７の筒
部にシム３を最下部においた後に、第２図に示すように
ペレット１と金属電極５とを交互に、かつ、金属電極５
はその電極取出片５ａが交互に反対側に突出するように
挿入する。この時、金属電極５は第１図（ａ）に示すも
のを１枚おきに裏返して使用し、電極取出片５ａを溝部
７２に、補助突片５ｂを溝部７３に合わせながら挿入す
る。このようにしてペレット１と金属電極５とをそれぞ
れ例えば４０枚程度積層し、一番上にシム３を積層する
。

この後、積層したペレット１および金属電極２を熱プレ
スにより圧着一体化する。この時、金属電極５は、第３
図に示すように積層金型７の中で電極取出片５ａおよび
補助突片５ｂによって位置決めされているので、金属電
極５の位置ずれが生じ難く、また、例え生したとしても
、電極取出片５ａのみで位置決めされていた従来の金属
電極５に比べて位置ずれ量が極めて少なく、耐電圧は設
計値通りとなって品質が確保される。

このようにして積層された積層型圧電素子からは、電極
取出片５ａに加えて補助突片５ｂが突出しているので、
第４図に示すように積層型圧電素子の外部から補助突片
５ｂを矢印方向に引っ張り、補助突片５ｂを破膜部５ｃ
の部分で金属電極５から切り離す。この時、補助突片５
ｂに抜き勾配があれば、補助突片５ｂを金属電極５から
分離しやすく、更に、フッ素系等の離型剤が補助突片５
ｂの表面に塗布されていればなお分離し易いが、実験の
結果では、抜き勾配がなくとも、また、離型剤が塗布さ
れていなくとも、問題なく補助突片５ｂを金属電極５か
ら分離することができた。

そして、補助突片５ｂを全て積層型圧電素子から取り去
った後に、金属電極５を塗中で折り曲げて同じ側に突出
する金属電極５を外部電極４と抵抗溶接等で接続すれば
、積層型圧電素子が製造される。

因みに、補助突片５ｂの破膜部５ｃの切り離される部分
の面積は、例えば、ステンレス金属電極５の厚さを０．
０２ｍｍとし、破膜部５ｃの幅を０．５ｍｍとすれば、
０．０１ｍｍ２であり、例え、１５０ｋｇ／ｍｍ２の強
い引っ張り強さの部材でも、１．５ｋｇで破膜できる。

なお、実際の実験の結果では、破膜部５ｃは１ｋｇ以下
の引張力で破膜できた。このように、補助突片５ｂを金
属電極５から分離するのは非常に僅かな力で済むために
、積層型圧電素子本体や接着面には何ら悪影響はない。

第５図は本発明の積層型圧電素子の製造方法に使用する
金属電極５の他の実施例を示すものである。第５図（ａ
）に示す金属電極５は、補助突片５ｂを幅広にして、破
膜部５ｃを２ケ所に設けたものであり、位置決めの安定
化を図ったものである。第５図（１））に示す金属電極
５は、従来の電極取出片５ａの先端部にＴ字状の補助突
片５ｂを設け、そのＴ字状部により金属電極５のずれを
防止し、補助突片５ｂと電極取出片５ａとの境界部には
エツチング等の手段によってミシン目状の破膜部５ｃを
設けたものである。第５図（Ｃ）の金属電極５は、電極
取出片５ａの反対側に補助突片５ｂを設けたものであり
、この実施例では積層金型に新たな位置決め用の溝を作
る必要がなく、従来と同じ積層金型８を使用できる。

第５図（ｄ）及び（ｅ）は、金属電極５に２つの補助突
片５ｂｌ、５ｂｚを設けたものであり、第５図げ）は金
属電極５に６つの補助突片５ｂ、〜５ｂ、を設けたもの
であって、積層体の圧縮工程において接着剤の粘度が高
く、かつ上下に接着剤を押し出す時に、万一均一な面圧
がかからなくて、横方向の力が金属電極５に印加された
場合でも、金属電極５のずれを防止し、位置決め精度を
増大させたものである。

以上は本発明の積層型圧電素子の製造方法に使用する金
属電極５の形状の一例であり、本発明に使用する金属電
極５の形状はこれらの形状で限定されるものではない。

このような本発明の方法によって製造された積層型圧電
素子では、金属電極５の積層後のずれが防止されるので
、耐電圧の低下、金属電極の周縁部における放電短絡に
よる破損も防止される。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の積層型圧電素子の製造方
法によれば、積層型圧電素子の製造時にペレットよりも
外径の小さい金属電極が積層時に正しくペレットの所定
部分に位置決めされ、積層型圧電素子を信幀性良く製造
できるので、生産性の向上、コストの低下が図れるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の積層型圧電素子の製造方法に使用する
金属電極およびペレットの寸法形状を示す平面図、 第２図は本発明の積層型圧電素子の製造方法の一工程を
示す斜視図、 第３図は本発明の積層型圧電素子の製造方法の一工程を
示す平面図、 第４図は本発明の積層型圧電素子の製造方法の別の工程
を示す説明図、 第５図（ａ）〜（ｆ）は本発明の積層型圧電素子の製造
方法に使用する金属電極の他の実施例の形状を示す平面
図、 第６図は従来の積層型圧電素子の製造方法に使用するペ
レット、金属電極、およびシムの形状および寸法関係を
示す平面図、 第７図は従来の積層型圧電素子の構成を示す斜視図、 第８図は従来の積層型圧電素子の製造方法における一工
程を示す斜視図、 第９図は従来の積層型圧電素子の製造方法乙こおける問
題点を示す平面図である。 １・・・ペレット ２・・・金属電極、 ２ａ・・・電極取出片、 ３・・・シム、 ４・・・外部電極、 ５・・・金属電極、 ５ａ・・・電極取出片、 ５ｂ、　５ｂ＋〜５ｂ、・・・補助突片、７．８・・・
積層金型、 ７Ｌ　８１・・・筒部、 ７２、８２．８３・・・溝部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 圧電材料からなる圧電板と、この圧電板の積層面よりひ
   と回り小さい面積を持ち、周縁部に電極取出片を１ケ所
   備えると共に、僅かな外力により分離可能な補助突片を
   少なくとも１ケ所に備える金属電極板とを形成し、 前記電極取出片用の溝と補助突片用の溝が設けられた積
   層金型に、前記圧電板と金属電極とを交互に、かつ、前
   記取出片が一層おきに反対側に突出するように複数枚挿
   入して積層し、 積層後に各金属電極の補助突片を外力により取り去り、
   電極取出片を外部電極に接続して積層型圧電素子を形成
   することを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。