(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面に導電性接着剤層を形成し、他方の面に導電性接着剤層により接続用突起が形成された金属薄板を接合した圧電板を複数作製する工程と、
前記圧電板の金属薄板上に、他の前記圧電板をその導電性接着剤層を当接するように前記圧電板と前記金属薄板を交互に積層し、前記金属薄板が下側から交互に第１金属薄板または第２金属薄板とされた積層体を作製するとともに、前記第１金属薄板および第２金属薄板に形成された接続用突起の先端部を、それぞれ前記第１金属薄板および第２金属薄板に形成された係合凹部に係合させ、前記第１金属薄板同士および前記第２金属薄板同士を電気的に接続する工程と、
前記積層体を加熱し、前記金属薄板を前記導電性接着剤層を介して前記圧電板に接合する工程と
を具備することを特徴とする積層型圧電アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型圧電アクチュエータの製造方法に関し、例えば、光学装置等の精密位置決め装置や、振動防止用の駆動素子や自動車用エンジンの燃料噴射用の駆動素子等に使用される積層型圧電アクチュエータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、積層型圧電アクチュエータでは、逆圧電効果を利用して大きな変位量を得るために、圧電板と電極とを交互に複数枚積層した積層型圧電アクチュエータの構造が多数提案されている。圧電体に高電圧を印加して圧電体を数〜数十μｍ伸長させ、アクチュエータの駆動力源とするものである。
【０００３】
積層型圧電アクチュエータを作製する方法としては、同時焼成による方法がある。この同時焼成による方法では、圧電板の厚みを薄くすることが比較的容易であり、印加電界を高くできるために低電圧・高変位が可能である。しかし、圧電板材料（例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３  等のセラミックスからなる）と同時焼成を行なうための内部電極用材料としては、ＰｄやＰｔ等の貴金属を使用する必要があり、積層数の増加に伴い内部電極用材料の使用量も増加し、コストが高くなるという問題があった。
【０００４】
そこで、従来、圧電板と電極板を交互に積層した積層型圧電アクチュエータが開発されている。
【０００５】
例えば、特開昭５９−２１８７８４号公報には、両面に導電性接着剤層を形成した圧電板を複数積層し、導電性接着剤層間に金属薄板を配置し、これらの金属薄板に形成された接続用突起を圧電板の外周面に対して所定の空隙を残すように軸方向に折り曲げ、同一極性の接続用突起同士を重なり合わせてハンダ等で接合した積層型圧電アクチュエータが開示されている。
【０００６】
また、特公平４−１６０２９号公報には、複数個の圧電板と、第１のリボン状金属板、および第２のリボン状金属板とを備え、第１および第２のリボン状金属板が折曲げられ所定の圧電板の間に挿入され、複数個の圧電板と第１および第２のリボン状金属板とが交互に重合積層されて積層体を形成するとともに、積層体をケース内に収容し、ケースの内壁の長手方向に沿う溝に、第１、第２のリボン状金属板の折曲部を挿入した積層型圧電アクチュエータが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開昭５９−２１８７８４号公報に開示された積層型圧電アクチュエータでは、同一極性の接続用突起同士を重なり合わせてハンダ等で接合する必要があったため、接続用突起同士の接続が困難であり、製造工程が複雑であるという問題があった。
【０００８】
また、長期使用により接合部が疲労し、剥離し易いという問題があった。さらに、導電性接着剤層が形成された複数の圧電板と、金属薄板とを交互に積層した積層体を作製し、加熱して導電性接着剤層を介して金属薄板を圧電板に接合するため、積層工程中に金属薄板がずれる等により圧電体と金属薄板の中心を一致させて積層接合することが困難であった。これにより、変位量が減少するという問題があった。
【０００９】
また、特公平４−１６０２９号公報に開示された積層型圧電アクチュエータでは、リボン状金属板と圧電板を積層した積層体を円筒状のケース内に収容するとともに、リボン状金属板の折曲部をケースの長手方向に沿う溝に挿入していたため、積層体外周面とケース内周面との間に隙間が形成されており、またリボン状金属板の折曲部が変形することなどによって、圧電板やリボン状金属板がずれ、圧電体とリボン状金属板の板状部の中心を一致させて積層することが困難であった。これにより、変位量が減少したり、折曲部の突出量が小さくなり、変位動作によって折曲部に疲労破壊が生じ、長期の動作信頼性を得ることができないという問題があった。
【００１０】
本発明は、圧電体と金属薄板の中心を一致させて容易に積層接合することができ、変位量を向上できるとともに、金属薄板同士の電気的接続を確実にかつ長期に亘って維持できる積層型圧電アクチュエータの製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の積層型圧電アクチュエータの製造方法は、片面に導電性接着剤層を形成し、他方の面に導電性接着剤層により接続用突起が形成された金属薄板を接合した圧電板を複数作製する工程と、前記圧電板の金属薄板上に、他の前記圧電板をその導電性接着剤層を当接するように前記圧電板と前記金属薄板を交互に積層し、前記金属薄板が下側から交互に第１金属薄板または第２金属薄板とされた積層体を作製するとともに、前記第１金属薄板および第２金属薄板に形成された接続用突起の先端部を、それぞれ前記第１金属薄板および第２金属薄板に形成された係合凹部に係合させ、前記第１金属薄板同士および前記第２金属薄板同士を電気的に接続する工程と、前記積層体を加熱し、前記金属薄板を前記導電性接着剤層を介して前記圧電板に接合する工程とを具備する方法である。
【００１５】
【作用】
本発明の積層型圧電アクチュエータの製造方法では、予め、導電性接着剤層により金属薄板を接合した圧電板を作製するため、圧電体と金属薄板の中心を一致させて積層することが可能となり、変位量の増大を図ることができる。
【００１６】
具体的には、１組の圧電板と金属薄板を予め接合しておき、その後積層することで、圧電板と金属薄板の正確な位置決めが可能となり、更に、積層前に位置ずれが確認できる。また、積層時には、圧電体同士の位置決めを行えば良く、非常に工程が簡略になり、歩留まりも向上できる。また、接続用突起の先端部を第１金属薄板および第２金属薄板に形成された係合凹部に係合させるため、接続用突起を圧電板外周面から充分な距離を保ったアーチ状に折曲することが可能となる。このように接続用突起がアーチ状をなすために、接続用突起に生ずる応力を緩和でき、長期連続駆動における接続用突起の疲労破壊を低減できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３は、本発明に係る積層型圧電アクチュエータの一実施形態を示すもので、符号１は円板状の圧電板を示している。これらの圧電板１は、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３  （以下ＰＺＴと略す）を主成分とする焼結体からなる。
【００１８】
圧電板１を構成する圧電体材料には、例えばチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス材料などが使用される。しかし、これに限定されるものではなく、圧電性を有するセラミックス、結晶あるいは、電歪性を有するセラミックス、結晶であれば何でもよい。この圧電板１を構成する圧電体材料としては、圧電歪み定数ｄ３３が大きいものが望ましい。
【００１９】
この圧電板１の厚みｔは、小型化および高い電界を印加するという点から、０．２〜０．６ｍｍであることが望ましい。
【００２０】
そして、複数の圧電板１が積層されて積層体２が形成されており、圧電板１の両主面には、導電性接着剤層３が形成されている。導電性接着剤層３の形成された圧電板１の間には、円板状の金属薄板６が介装され、金属薄板６が導電性接着剤層３により圧電板１に接合されている。金属薄板６は、下側から交互に第１金属薄板６ａまたは第２金属薄板６ｂとされている。
【００２１】
金属薄板６は、導電性を有するもので、例えば、銀、真鍮、銅、ステンレス等の金属が好ましい。金属薄板６の厚さは、変位量に寄与しないためにできるだけ薄いもの、例えば、１０〜５０μｍのものが好ましい。また、金属薄板６は、他の金属薄板６との短絡や放電を防止するために、圧電板１の積層体２の外周面に露出しないように、圧電板１よりも小さいことが望ましい。
【００２２】
導電性接着剤層３は、Ａｇ等の導電性の金属粉末とガラス成分を含有し、４００〜６００℃程度で溶融するものが望ましい。これは、積層時に加圧加熱すると導電性接着剤層３に含有されるガラス成分が溶融し、圧電板１同士を強固に接合し、高電界の繰り返し印加によって発生する界面での剥離等を防止することができ、積層型圧電アクチュエータの信頼性を向上できるからである。この導電性接着剤層３は、特に、Ａｇ粉末を７０〜９８重量％と、ＰｂＯ−ＳｉＯ２  −Ｂ２  Ｏ３  からなるガラス成分２〜３０重量％とからなることが望ましい。
【００２３】
同極性の金属薄板６同士は、アーチ状に形成された接続用突起７により接続され、第１金属薄板６ａ同士および第２金属薄板６ｂ同士が電気的に接続されている。アーチ状の接続用突起７は、図１および図３に示すように、第１金属薄板６ａ同士を接続する接続用突起７と、第２金属薄板６ｂ同士を接続する接続用突起７とが、交互に９０度の角度をなすように形成されている。
【００２４】
第１金属薄板６ａの接続用突起７は、図３に示すように、圧電板１の外周面から離間した位置でアーチ状に折曲され、その先端部８が間に第２金属薄板６ｂを隔てた圧電板１上の第１金属薄板６ａの係合凹部９に係合された状態で圧電板１間に介装されている。第２金属薄板６ｂの接続用突起７も、同様に、圧電板１の外周面から離間した位置でアーチ状に折曲され、その先端部８が間に第１金属薄板６ａを隔てた圧電板１上の第２金属薄板６ｂの係合凹部９に係合された状態で圧電板１間に介装されている。
【００２５】
金属薄板６には、図４に示すように、圧電板１から直径方向に突出する接続用突起７が形成されており、この接続用突起７の先端部８は円形に加工されている。一方、接続用突起７の突出方向と同じ方向に、係合凹部９が形成されており、この係合凹部９は接続用突起７の先端部８と合致する形状とされている。
【００２６】
尚、金属薄板６と、この金属薄板６に形成された接続用突起７は、上記例に限定されるものではなく、例えば、図５に示すような形状、即ち、金属薄板６に長方形状の係合凹部１２を形成し、接続用突起７の先端部１３を係合凹部１２に合致するような長方形状とされているもの、図６に示すような形状、即ち、金属薄板６に三角形状の係合凹部１４を、接続用突起７の先端部１５を係合凹部１４に合致するような三角形状とされているものであっても良く、係合凹部と接続用突起７の先端部の形状が一致するものであれば良い。
【００２７】
アーチ状に形成された接続用突起７は、図１に示したように、圧電板１の外周面から距離Ｌだけ離れている。この距離Ｌは０．５ｍｍ以上とされている。
【００２８】
アーチ状の接続用突起７を、圧電板１外周面から０．５ｍｍ以上突出させたアーチ状に形成したのは、圧電板１の外周面からの距離Ｌが０．５ｍｍよりも小さい場合には、圧電アクチュエータ動作時に接続用突起７に応力が作用し、破損する虞があるからである。接続用突起７は、圧電板１の外周面から０．５〜３ｍｍ、特には、１〜１．５ｍｍ突出することが望ましい。３ｍｍ以上突出すると積層型圧電アクチュエータが大型化するからである。接続用突起７の幅は、１ｍｍ以上が望ましい。
【００２９】
そして、図示しないが、上記積層体２の上下には、変位量を伝達するための不活性体が接合されている。
【００３０】
積層体２の外周面およびアーチ状の接続用突起７と圧電板１の外周面との隙間は、隙間が無いように耐水性樹脂等を充填することが望ましい。使用される耐水性樹脂は、絶縁性が高く、常温から２００℃までの温度で硬化できる有機樹脂であればどのようなものでもよいが、絶縁性が高く、充填しやすいという点からシリコン系樹脂、あるいは、エポキシ系樹脂であることが望ましい。
【００３１】
以上のように構成された積層型圧電アクチュエータの製造は、先ず、図２に示したように、片面に導電性接着剤層３が形成され、他方の面に金属薄板６が導電性接着剤層３により接合された圧電板１を複数作製する。
【００３２】
具体的には、圧電板１の片側主面に導電性接着剤を塗布し、この導電性接着剤を乾燥した後、金属薄板６を、圧電板１の導電性接着剤を塗布した面上に同心円状となるような位置に配置し、焼き付け接合する。さらに、圧電板１の他側主面に導電性接着剤を塗布乾燥し、焼き付けておく。このようにして、図２に示したような金属薄板６が接合された圧電板１を複数作製する。
【００３３】
また、圧電板１と同一の材料により２個の不活性体を作製し、これらの不活性体の一方の面に、導電性ペーストのガラスと同一材料からなる絶縁性ペーストを塗布し、乾燥させ、ガラス層を形成する。
【００３４】
この後、図３に示すように、８本の棒部材１１を円形状に配置し、その内部に円筒状空間を形成する。この円筒状空は圧電板１の外形形状とほぼ同一とされている。
【００３５】
そして、その円筒状空間内に、先ず、ガラス層を上にした状態で１個の不活性体を収容する。この不活性体の上面に、第１金属薄板６ａが上側になるように圧電板１を配置する。この時、第１金属薄板６ａに形成された接続用突起７は、２本の棒部材１１により挟持されるようにする。この後、第２金属薄板６ｂを上側になるように圧電板１を積層する。この第２金属薄板６ｂに形成された接続用突起７は、下側の接続用突起７と９０度の角度をなして突出するように、かつ２本の棒部材１１により挟持されるようにする。
【００３６】
さらに、第１金属薄板６ａを上側になるように圧電板１を配置する。最下層の第１金属薄板６ａの接続用突起７をアーチ状に折曲して、第２金属薄板６ｂ上に載置された圧電板１の第１金属薄板６ａの係合凹部９に係合させ、この状態で、さらに、第２金属薄板６ｂが接合された圧電板１を積層する。このような工程を繰り返して、所望の積層枚数だけ積層した後、下面にガラス層を形成した不活性体を積層する。
【００３７】
この後、加熱しながら加圧し、複数の圧電板１を相互に接合し、棒部材１１により形成された収容空間から積層体２を取り出す。
【００３８】
次に、所望により作製された、積層体２全体をディッピング等の方法により、シリコンゴム等の耐水性樹脂で被覆する。この後、第１金属薄板６ａ、第２金属薄板６ｂ間に直流電界を印加し、積層体２全体に分極処理を施すことにより積層型圧電アクチュエータが作製される。
【００３９】
尚、本発明の積層型圧電アクチュエータは、円柱状や四角柱状等どのような形状であってもよい
以上のように構成された積層型圧電アクチュエータでは、接続用突起７の先端部８を第１金属薄板６ａおよび第２金属薄板６ｂに形成された係合凹部９に係合させることにより、第１金属薄板６ａ同士および第２金属薄板６ｂ同士が電気的に接続されるため、従来と同様、接続用突起７により電気的に接続されるものの、その接続部は外部に露出しておらず、しかも、その接続用突起７の先端部８と金属薄板６の係合凹部９が確実に接続される。従って、長期使用によっても疲労破壊や剥離等が発生し難い。
【００４０】
また、従来のように、同一極性の接続用突起同士を重なり合わせてハンダ等で接合する必要がないため、第１金属薄板６ａ同士および第２金属薄板６ｂ同士の接続を容易に行なうことができる。
【００４１】
さらに、本発明の製造方法では、予め、導電性接着剤層３により金属薄板６を接合した圧電板１を作製するため、圧電体１と金属薄板６の中心を一致させて積層することが可能となり、変位量の増大を図ることができる。つまり、１組の圧電板１と金属薄板６を予め接合しておき、その後積層することで、圧電板１と金属薄板６の正確な位置決めが可能となり、更に、積層前に位置ずれが確認できる。また、積層時には、圧電体１同士の位置決めを行えば良く、非常に工程が簡略になり、歩留まりも向上できる。また、接続用突起７の先端部８を第１金属薄板６ａおよび第２金属薄板６ｂに形成された係合凹部９に係合させるため、接続用突起７を圧電板１外周面から充分な距離Ｌを保ったアーチ状に折曲したので、接続用突起７に生ずる応力を緩和でき、長期連続駆動における接続用突起７の疲労破壊を低減できる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の製造方法により得られた積層型圧電アクチュエータでは、接続用突起により電気的に接続されるものの、その接続部は外部に露出しておらず、しかも、その接続用突起の先端部と金属薄板の係合凹部が確実に接続され、長期使用によっても疲労破壊や剥離等が発生し難い。
【００４３】
また、従来のように、同一極性の接続用突起同士を重なり合わせてハンダ等で接合する必要がないため、第１金属薄板同士および第２金属薄板同士の接続を容易に行なうことができる。
【００４４】
さらに、本発明の製造方法では、予め、導電性接着剤層により金属薄板を接合した圧電板を作製するため、圧電体と金属薄板の中心を一致させて積層することが可能となり、変位量の増大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層型圧電アクチュエータの側面図である。
【図２】圧電板に金属薄板を接合した状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の積層型圧電アクチュエータの製造工程を示す斜視図である。
【図４】図２の接続用突起が形成された金属薄板を示す平面図である。
【図５】接続用突起が形成された金属薄板の他の例を示す平面図である。
【図６】接続用突起が形成された金属薄板のさらに他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１・・・圧電板
２・・・積層体
３・・・導電性接着剤層
６・・・金属薄板
６ａ・・・第１金属薄板
６ｂ・・・第２金属薄板
７・・・接続用突起
８、１３、１５・・・先端部
９、１２、１４・・・係合凹部
１１・・・棒部材
【図１】
0003545930.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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