(57)【要約】【課題】高品質な圧電アクチュエータと、生産性に優れた圧電アクチュエータの製造方法を提供する。【解決手段】所定幅の凸部１９が複数設けられた金属基板１２と、表裏面に電極が設けられた圧電セラミックス基板１１とを、凸部１９が圧電セラミックス基板１１の側面から突出するように貼り合わせた後に、隣接する凸部１９の間を凸部１９が設けられた一辺に対して垂直な方向に切断する。これにより、略矩形の圧電セラミックス板３ａ・３ｂと、圧電セラミックス板３ａ・３ｂと貼り合わされる部分の幅は圧電セラミックス板３ａ・３ｂの幅と同じであり、圧電セラミックス板３ａ・３ｂの長手方向端面から突出する部分、つまり凸部１９の幅は圧電セラミックス板３ａ・３ｂの幅よりも狭い略矩形の金属板２と、を有する圧電アクチュエータを得る。【選択図】　図２
2004128287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略矩形の金属板と略矩形の圧電セラミックス板とが貼り合わされ、前記金属板の長手方向の一端が圧電セラミックス板の長手方向端面から突出している圧電アクチュエータであって、
前記金属板は、前記圧電セラミックス板と貼り合わされている部分の幅が前記圧電セラミックス板の幅と同じであり、かつ、前記圧電セラミックス板の長手方向端面から突出した部分の幅が前記圧電セラミックス板の幅よりも狭い形状を有していることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
略矩形の圧電セラミックス板と、
前記圧電セラミックス板と貼り合わされる部分の幅は前記圧電セラミックス板の幅と同じであり、前記圧電セラミックス板の長手方向端面から突出する部分の幅は前記圧電セラミックス板の幅よりも狭い略矩形の金属板と、
を有する圧電アクチュエータであって、
一辺に所定幅の凸部が所定間隔で複数設けられた金属基板と、表裏面に電極が設けられた圧電セラミックス基板とを、前記凸部が前記圧電セラミックス基板の側面から突出するように貼り合わせた後に、隣接する前記凸部の間を前記凸部が設けられた一辺に対して垂直な方向に切断することによって得られることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
略矩形の金属板と略矩形の圧電セラミックス板とを貼り合わせてなる圧電アクチュエータの製造方法であって、
一辺に所定幅の凸部が所定間隔で複数設けられた金属基板と、表裏面に電極が設けられた圧電セラミックス基板とを、前記凸部が前記圧電セラミックス基板の側面から突出するように貼り合わせる工程と、
隣接する前記凸部の間を前記凸部が設けられた一辺に対して垂直な方向に切断する工程と、
を有することを特徴とする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、屈曲変位型の圧電アクチュエータおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電セラミックスのｄ３１モードを利用した屈曲型変位素子としては、図６に示すように金属板（シム）９１の両面に圧電セラミックス板９２を貼り付けたバイモルフ素子９０が知られている。例えば、バイモルフ素子９０の製造方法としては、複数のバイモルフ素子９０を切り出すことができる大きさを有する圧電セラミックス板（以下「圧電セラミックス基板」という）と金属板（以下「金属基板」という）とを、シムの一辺が所定長さだけ外側に突出するように接着剤で貼り合わせ、その後にダイヤモンドホイール等の切断砥石を用いて、シムが突出している辺と直交する方向に所定間隔で切断する方法が用いられている。
【０００３】
また、特開平６−１７７４４８号公報には、上記バイモルフ素子の製造方法において、金属基板の切断部分に予めスリットを設けて金属基板の切断部分を少なくする方法が開示されている。この方法によれば、切断砥石の切断抵抗が小さくなるために切断砥石のぶれが小さくなり、これによって、圧電セラミックス板９２にチッピング（欠け）等の欠陥が生ずることが回避され、また、切断速度を短くすることができ、切断砥石の寿命を長くすることができる等の効果が得られると述べられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１７７４４８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−１７７４４８号公報に示された製造方法において、金属基板に設けるスリット幅を切断砥石の幅と同じとすると、被切断体（圧電セラミックス基板と金属基板の接着体）と切断砥石の位置決めを極めて正確に行う必要がある。また、高速回転する切断砥石が金属基板に設けられたスリットの側面に触れることによって金属基板の切断面にバリが生じ、後に切断された個々の製品について研磨加工が必要となるおそれがある。一方、スリット幅を切断砥石の幅よりもわずかに広くすれば、圧電セラミックス基板の切断面には、強度不足によってチッピング等の欠陥が生ずるおそれがある。
【０００６】
また、スリット幅に関係なく金属基板の縁部はつながっているので、圧電セラミックス板から金属基板がはみ出ている部分において、切断砥石がこの金属基板のつながり部分を切断することとなる。このとき、金属基板は切断抵抗によって折れ曲がったり、切断面にバリが生ずるおそれがある。さらに、切断砥石が薄い金属基板を切断する際に被切断体に共振現象が生じるために、金属基板と圧電セラミックス基板との間の接着層が劣化し（例えば、金属基板と圧電セラミックス基板との間の部分的な剥離の発生）、接着強度が低下するおそれがある。この場合には、製品たる圧電アクチュエータの寿命が短くなったり、圧電アクチュエータの共振波形のピークが小さくなる、つまり駆動特性が低下するといった問題が生ずる。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、高品質で信頼性の高い圧電アクチュエータを提供することを目的とする。また、本発明は、生産性に優れた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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明によれば、略矩形の金属板と略矩形の圧電セラミックス板とが貼り合わされ、前記金属板の長手方向の一端が圧電セラミックス板の長手方向端面から突出している圧電アクチュエータであって、
前記金属板は、前記圧電セラミックス板と貼り合わされている部分の幅が前記圧電セラミックス板の幅と同じであり、かつ、前記圧電セラミックス板の長手方向端面から突出した部分の幅が前記圧電セラミックス板の幅よりも狭い形状を有していることを特徴とする圧電アクチュエータ、が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、略矩形の圧電セラミックス板と、
前記圧電セラミックス板と貼り合わされる部分の幅は前記圧電セラミックス板の幅と同じであり、前記圧電セラミックス板の長手方向端面から突出する部分の幅は前記圧電セラミックス板の幅よりも狭い略矩形の金属板と、
を有する圧電アクチュエータであって、
一辺に所定幅の凸部が所定間隔で複数設けられた金属基板と、表裏面に電極が設けられた圧電セラミックス基板とを、前記凸部が前記圧電セラミックス基板の側面から突出するように貼り合わせた後に、隣接する前記凸部の間を前記凸部が設けられた一辺に対して垂直な方向に切断することによって得られることを特徴とする圧電アクチュエータ、が提供される。
【００１０】
本発明はこれらの圧電アクチュエータの製造方法を提供する。つまり、本発明によれば、略矩形の金属板と略矩形の圧電セラミックス板とを貼り合わせてなる圧電アクチュエータの製造方法であって、
一辺に所定幅の凸部が所定間隔で複数設けられた金属基板と、表裏面に電極が設けられた圧電セラミックス基板とを、前記凸部が前記圧電セラミックス基板の側面から突出するように貼り合わせる工程と、
隣接する前記凸部の間を前記凸部が設けられた一辺に対して垂直な方向に切断する工程と、
を有することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法、が提供される。
【００１１】
このような本発明によれば、金属基板が圧電セラミックス板から突出している部分において金属基板のみを切断する部分がないために、この金属基板に設けられた凸部に折れ等の変形やバリが発生しない。また、圧電セラミックス基板を切断する際には、圧電セラミックス基板は全面的に金属基板と接着されていて十分な強度が確保されているために、切断面におけるチッピングの発生が防止される。これにより生産性が高められる。さらに、薄い金属基板のみを切断することによって被切断体に共振現象が発生することが抑制されるために、圧電セラミックス基板と金属基板との間に接着不良が発生することを回避できる。これにより得られる圧電アクチュエータの品質を高く保持することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態であるバイモルフ素子１の斜視図である。バイモルフ素子１は、略矩形の金属板（シム）２と略矩形の圧電セラミックス板３ａ・３ｂの間に略矩形の金属板２が挟まれて、お互いが樹脂接着剤で貼り合わされおり、金属板２の長手方向の一端が圧電セラミックス板３ａ・３ｂの長手方向端面から突出した構造を有している。圧電セラミックス板３ａ・３ｂの表裏面には薄膜状の電極膜４（圧電セラミックス板３ａの表面のみ図示）が形成されており、圧電セラミックス板３ａ・３ｂは厚み方向に分極されている。
【００１３】
金属板２は、圧電セラミックス板３ａ・３ｂと貼り合わされている部分の幅が圧電セラミックス板３ａ・３ｂの幅と同じであり、かつ、圧電セラミックス板３ａ・３ｂの長手方向端面から突出した部分（以下「凸部１９」という）の幅が圧電セラミックス板３ａ・３ｂの幅よりも狭い形状を有している。
【００１４】
圧電セラミックス板３ａ・３ｂとしては、ｄ３１モードでの駆動特性に優れたチタン酸ジルコン酸鉛系材料等の材料が好適に用いられる。また、金属板２としては、バネ性に優れた銅板やリン青銅板、ステンレス板、４２アロイ等の各種の合金板等が好適に用いられる。金属板２と圧電セラミックス板３ａ・３ｂとの貼り合わせには、アクリル系樹脂接着剤等の嫌気性接着剤が好適に用いられる。
【００１５】
図２は、バイモルフ素子１の概略の製造工程を示す説明図である。最初に、長方形で所定の厚みを有し、表裏面に電極膜（図示せず）が設けられ、厚み方向に分極処理された圧電セラミックス基板１１と、一辺（図２では長辺側）に一定幅の凸部１９が一定の間隔で複数設けられた金属基板１２とを準備する。なお、金属基板１２が有する複数の凸部１９のそれぞれが、最終的にバイモルフ素子１の金属板２が備える凸部１９となる。
【００１６】
圧電セラミックス基板１１の製造方法としては、例えば、（１）ドクターブレード法や押出成形法等の公知のシート成形方法を用いて、圧電セラミックスの粉末をシート状に成形加工し、（２）製造したグリーンシートから金型によるパンチング等によって長方形シートを打ち抜き、（３）この長方形シートを脱脂、焼成することによって焼成体を製造し、（４）得られた焼成体の表裏面に銀ペースト等の金属ペーストをスクリーン印刷法等により塗布し、次いで焼き付けて電極膜を形成し、（５）形成された電極膜に所定の電圧を印加して分極する方法が挙げられる。
【００１７】
なお、電極膜が焼成体の全面でなく、縁を残すようにして設けられた場合には、電極膜が形成されていない部分を切り落とすことによって、圧電セラミックス基板１１の形状を調整しながら、全面に電極膜が形成されているようにする。一方、電極ペーストが焼成体の全面に塗布された場合には、電極ペーストの塗布時に電極ペーストが焼成体の側面に付着する場合があるので、この側面に付着した電極ペーストを除去した後に焼き付けを行うことが好ましい。また、電極ペーストが焼成体の全面に塗布された場合であっても、周縁部を切り落とすことによって圧電セラミックス基板１１の形状を調整してもよい。最終的に焼成体の周縁部を切り落とす場合には、電極ペーストの塗布時に電極ペーストが焼成体の側面に付着しても、これを焼き付け前に除去する必要はない。
【００１８】
金属基板１２は、例えば、帯状の金属板を金型によってパンチングし、または加工用レーザーによって切り抜くことによって製造することができる。この金属基板１２の大きさは、後に金属基板１２と圧電セラミックス基板１１とを貼り合わせた際に、凸部１９のみが圧電セラミックス基板１１の側面から突出する大きさとする。
【００１９】
なお、後にダイヤモンド砥石等の切断砥石を用いて隣接する凸部１９の間を凸部１９が設けられた一辺に対して垂直な方向に一定間隔で切断するために、隣接する凸部１９の間の距離Ｄは、凸部１９が切断砥石に触れることがないように、切断砥石の幅よりも広く設定されている。また、金属基板１２の短辺には段差が設けられており、凸部１９の間を切断砥石によって切断することによって金属基板１２の両端から得られる２個のバイモルフ素子１が対称な形状を有するようになっている。
【００２０】
次に、２枚の圧電セラミックス基板１１の間に金属基板１２が挟まれ、凸部１９が圧電セラミックス基板１１の側面から突出するように、樹脂接着剤を用いて貼り合わせる。このとき、金属基板１２と圧電セラミックス基板１１に設けられた電極膜とが導通するように、接着層は薄く形成する。
【００２１】
得られた接着体１３を治具（図示せず）上に固定して、接着体１３を図２中の「切断位置」に示す位置でダイヤモンド砥石等の切断砥石を用いて切断する。つまり、隣接する凸部１９の間を凸部１９が設けられた一辺に対して垂直な方向に一定間隔で切断する。これにより同一形状のバイモルフ素子１が複数得られる。
【００２２】
このようなバイモルフ素子１の製造方法によれば、圧電セラミックス基板１１はその全面が金属基板１２と接着剤によって接着されているために、切断砥石による切断に対する強度が高められている。これによって切断砥石で接着体１３を切断する際に、圧電セラミックス基板１１の切断面、つまりバイモルフ素子１の側面にチッピング等の欠陥が発生することが防止される。また、金属基板１２には、切断砥石の幅よりも広く離間して凸部１９が設けられているので、切断砥石がこの凸部１９に触れることがない。したがって、凸部１９が高速回転する切断砥石に接触することによって変形するおそれもなければ、凸部１９の側面にバリが生ずることもない。こうして、バイモルフ素子１を生産性よく製造することができる。
【００２３】
さらに、切断砥石が金属基板１２のみを切断することがないために、接着体１３に共振現象が生じることが抑制される。これによって、圧電セラミックス基板１１と金属基板１２との間の部分的な剥離等の発生が回避される。こうして、バイモルフ素子１の品質を高く保持することができる。
【００２４】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、金属基板１２の形状は図２に示す形状に限定されない。図３は、バイモルフ素子１の製造に用いられる金属基板の別の実施形態を示す平面図である。図３に示す金属基板１２ａは短辺に段差がなく一直線状になっており、金属基板１２ａの長手方向の両端に形成された２箇所の凸部１８の幅Ｅが、その他の凸部１９の幅Ｇよりも僅かに広くなっている（Ｅ＞Ｇ）。
【００２５】
この金属基板１２ａを使用すると、金属基板１２ａと圧電セラミックス基板１１との接着体の長手方向両端からは、図４に示すバイモルフ素子１´（凸部１８を有する金属板を符号“２´”で示す）が得られ、その他の部分からは図１に示すバイモルフ素子１が得られる。金属基板１２ａを用いた場合でも、凸部１８に切断砥石が触れることはないために生産性が低下することはなく、また、バイモルフ素子１´の駆動特性と品質はバイモルフ素子１と変わるところはない。
【００２６】
また、図５に平面図で示す金属基板１２ｂを用いてもよい。金属基板１２ｂは、その長手方向の両端に切断によって削除される切削しろ１５を有している。金属基板１２ｂと貼り合わせる圧電セラミックス基板は、この切削しろ１５の部分にも貼り合わされる大きさとする。金属基板１２ｂと圧電セラミックス基板１１との接着体を、図５に示す切断位置において切断することによって、同一形状のバイモルフ素子１を得ることができる。
【００２７】
上述したバイモルフ素子１の製造方法は、金属板に１枚の圧電セラミックス板を貼り付けたユニモルフ素子の製造にも適用することができることは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、薄い金属基板を単体で高速回転する切断砥石で切断することがないために、切断時のチッピングの発生、金属基板に設けられた凸部の変形やバリの発生、接着層の劣化が抑制される。こうして、高品質で信頼性に優れる圧電アクチュエータを、生産性よく製造することができるという顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電アクチュエータの一実施形態であるバイモルフ素子の概略構造を示す斜視図。
【図２】図１に示すバイモルフ素子の製造方法の概略説明図。
【図３】図１に示すバイモルフ素子の製造に用いられる金属基板の別の実施形態を示す平面図。
【図４】図３に示す金属基板を用いて製造されるバイモルフ素子の概略構造を示す斜視図。
【図５】図１に示すバイモルフ素子の製造に用いられる金属基板のさらに別の実施形態を示す平面図。
【図６】従来のバイモルフ素子の概略構造を示す斜視図。
【符号の説明】
１・１´；バイモルフ素子
２・２´；金属板（シム）
３ａ・３ｂ；圧電セラミックス板
４；電極膜
１１；圧電セラミックス基板
１２・１２ａ・１２ｂ；金属基板
１３；接着体
１５；切削しろ
１８・１９；凸部
９０；バイモルフ素子
９１；金属板（シム）
９２；圧電セラミックス板
【図１】
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【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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