JP2014072302A

JP2014072302A - 多連化素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2014072302A
Application number: JP2012216053A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Tateyama; 雄一館山; Nobuyuki Kurosaki; 信之黒崎
Original assignee: Nihon Ceratec Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; NTK Ceratec Co Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-21
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: JP6047358B2

Abstract

【課題】接着作業の作業性を向上しつつ、圧電素子の不活性部同士の拘束により発生する応力を解消できる多連化素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】電圧の印加により伸縮する多連化素子であって、直列に積み重ねられた複数の圧電素子１１０と、圧電素子１１０の対向面の領域より小さい面積を有し、複数の圧電素子の間に設けられた平板２００と、平板２００とともに複数の圧電素子１１０を連結する接着剤と、を備える。これにより、接着作業の作業性を向上しつつ、圧電素子１１０の不活性部同士の拘束により発生する応力を解消できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電圧の印加により伸縮する多連化素子およびその製造方法に関する。

積層型圧電素子（以下、圧電素子）は、電圧印加により積層方向（分極方向）へ伸びる際に面方向へは縮む。このような圧電素子は、必要変位量に応じて、接着剤により積層方向へ直列に多連化して使用される場合がある。

このように多連化した圧電素子については、圧電素子に応力緩和層を設けて多連化したものが知られている。たとえば特許文献１記載のアクチュエータは、活性領域の周囲に形成された応力緩和層を備えた圧電素子を接着工程で多連化することで形成されている。

特開２０１２−０２８４１１号公報

上記のような多連化素子については、多連化工程で接着剤により圧電素子同士を接着する際、圧電素子の不活性部同士を拘束しないようにするために、接着剤を圧電素子の積層方向の端面の中央部に部分的に塗布（部分接着）することが望ましい。

そのため、接着剤の粘度によって、接着剤の塗布量および圧電素子へ掛ける予圧値の管理が必要となる。しかし、予圧値を都度管理しても、塗布を手作業で行う場合は得てして塗布量がばらつき、特に接着剤の粘度が小さい場合等は部分接着が難航する。この問題については、保護層の面取りによる対策が考えられるが、圧電素子への加工はコストが高く、内部電極を傷つけるおそれもある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、接着作業の作業性を向上しつつ、圧電素子の不活性部同士の拘束により発生する応力を解消できる多連化素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明の多連化素子は、電圧の印加により伸縮する多連化素子であって、直列に積み重ねられた複数の圧電素子と、前記圧電素子の対向面の領域より小さい面積を有し、前記複数の圧電素子の間に設けられた平板と、前記平板とともに前記複数の圧電素子を連結する接着剤と、を備えることを特徴としている。これにより、接着作業の作業性を向上しつつ、圧電素子の不活性部同士の拘束により発生する応力を解消できる。

（２）また、本発明の多連化素子は、前記平板が、前記圧電素子の内部電極の投影領域の範囲内に設けられていることを特徴としている。これにより、製造時に圧電素子同士の対向面の間のスペースに接着剤が逃げるため、素子同士は活性部を硬く接着し、不活性部を緩やかに接着することができる。その結果、不活性部同士の拘束を緩和し、応力を解消できる。

（３）また、本発明の多連化素子の製造方法は、複数の圧電素子が直列に連結され、電圧の印加により伸縮する多連化素子の製造方法であって、直列に積み重ねられる複数の圧電素子同士の直列方向の端面に接着剤を塗布するステップと、前記圧電素子同士の対向面の間に、前記圧電素子の直列方向の端面の領域より小さい面積を有する平板を挟むステップと、前記接着剤を硬化させるステップと、を含むことを特徴としている。

このように、本発明の多連化素子の製造方法では、平板を挟むことで圧電素子間にスペースを形成し、接着剤の塗布量が多い方向にばらついてしまった場合でも、そのスペースに接着剤を逃がし、素子同士の全面接着を防止できる。すなわち、全面接着により素子同士の不活性部が拘束し合い発生する応力を解消できる。また、接着剤量のばらつきの余裕が大きくなるため、手作業における接着剤塗布が簡易となる。

本発明によれば、接着作業の作業性を向上しつつ、圧電素子の不活性部同士の拘束により発生する応力を解消できる。

（ａ）、（ｂ）それぞれ本発明の多連化素子を示す正面図および側面図である。（ａ）、（ｂ）それぞれ圧電素子および平板を示す平面図および正面図である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

本発明は、セラミックス等の薄板を圧電素子同士の間に挟み込んで多連化することにより、圧電素子への加工を行うことなく活性層の界面に発生する応力の緩和を図るものである。多連化素子の一例として、以下では圧電アクチュエータについて説明する。

（圧電アクチュエータ（多連化素子）の構造）
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ圧電アクチュエータ１００を示す正面図および側面図である。圧電アクチュエータ１００は、複数の圧電素子１１０、リード部材１２０で構成され、リード部材１２０を介して外部電極１１５に電圧の印加により伸縮する。複数の圧電素子１１０は、圧電素子１１０同士が端面で接着されることで互いに直列（電圧印加による伸縮方向）に連結されている。

圧電素子１１０同士は、平板を挟んで接着されている。これにより、圧電素子１１０同士が対向面で全面接着されず不活性部が拘束し合うことで発生する応力が緩和される。平板２００は、圧電素子１１０の間に設けられ、その主面の面積は、圧電素子１１０の対向面の領域より小さい。なお、主面とは、板状体のもっとも広い面をいう。

圧電アクチュエータ１００の先端には、半球状のチップ１３０が設けられており、底部は座１４０に接着されている。リード部材１２０は、金属製で板状に形成されており、圧電素子１１０の両側面に形成された外部電極１１５に接着されている。一対のリード部材１２０は、座１４０において一対の端子１５０に接続されている。

図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ圧電素子１１０および平板２００を示す平面図および正面図である。圧電素子１１０は、圧電層１１１と内部電極１１２とが交互に積層されている。また、圧電素子１１０の側面には内部電極１１２に接続された外部電極１１５が設けられている。圧電層１１１は、たとえばＰＺＴ等の圧電材料で構成されている。内部電極１１２は、Ａｇ／Ｐｄ等で構成されている。

平板２００は、圧電素子１１０の積層方向の端面（圧電素子１１０同士の対向面）に設けられ、内部電極１１２の投影領域１１７の範囲内に設けられていればさらに好ましい。これにより、多連化時に圧電素子同士の対向面の間のスペースに接着剤が逃げるため、圧電素子１１０同士は活性部を硬く接着し、不活性部を緩やかに接着することができる。その結果、不活性部同士の拘束を緩和し、応力を解消できる。

平板２００の材質は、熱膨張係数が小さく、導通の無いセラミックス等が望ましい。また各圧電素子１１０の間には平板２００とともに塗布され硬化した接着剤が存在し、圧電素子１１０同士を連結している。平板２００のヤング率は３００〜４００ＧＰａであれば、多連化した際に十分な剛性が得られる。板厚は０．２５〜０．５０ｍｍ程度が望ましい。

（圧電アクチュエータの製造方法）
まず、圧電層１１１と内部電極１１２とが交互に積層された圧電素子１１０を作製する。具体的には、圧電セラミックスのグリーンシートにＡｇやＡｇ／Ｐｄ等の電極ペーストを印刷して積層、圧着し、焼成する。次に、圧電素子１１０の側面に積層方向に沿って、内部電極１１２に接続された外部電極１１５を形成する。たとえば、圧電素子１１０の側面に電極ペーストを印刷して焼成することで外部電極１１５を形成できる。

得られた複数の圧電素子１１０の積層方向の端面には、エポキシ等の接着剤を塗布して接着し、直列方向に連結する。その際には、圧電素子１１０の間に平板２００を挟んで接着する。これにより、圧電素子１１０間に形成されるスペースにより、接着剤の塗布量が多い方向にばらついてしまった場合でも、そのスペースに接着剤が逃げ、素子同士の全面接着を防止できる。すなわち、全面接着により発生する応力が解消される。なお、この応力は、圧電素子１１０同士の不活性部が拘束し合うことで発生するものである。

また、接着剤量のばらつきの余裕が大きくなるため、手作業における接着剤塗布が簡易となる。平板２００は、圧電素子１１０の不活性部を拘束しないよう、内部電極１１２の投影領域１１７の内側へ配置することが好ましい。さらには、平板２００の主面の面積は、内部電極面積に対して８〜９割程度とすることが好ましい。

多連化は、ディスペンサーを用い、積層方向の両端面に接着剤を塗布した圧電素子１１０と平板２００を交互に積み重ね、一方から予圧をかけて行う。冶具無しでも十分であるが、位置決め構造を有した冶具の使用が好ましい。治具としては、たとえば平板２００が内部電極１１２の断面の内側に接着されるようなものが好ましい。このようにして多連化を行い、接着剤を硬化させる。最後に、金属製で板状のリード部材１２０を、外部電極１１５に固着させて、多連化素子１００を作製できる。

１００圧電アクチュエータ（多連化素子）
１１０圧電素子
１１１圧電層
１１２内部電極
１１５外部電極
１１７内部電極の投影領域
１２０リード部材
１３０チップ
１４０座
１５０端子
２００平板

Claims

電圧の印加により伸縮する多連化素子であって、
直列に積み重ねられた複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子の対向面の領域より小さい面積を有し、前記複数の圧電素子の間に設けられた平板と、
前記平板とともに前記複数の圧電素子を連結する接着剤と、を備えることを特徴とする多連化素子。
前記平板は、前記圧電素子の内部電極の投影領域の範囲内に設けられていることを特徴とする請求項１記載の多連化素子。
複数の圧電素子が直列に連結され、電圧の印加により伸縮する多連化素子の製造方法であって、
直列に積み重ねられる複数の圧電素子同士の直列方向の端面に接着剤を塗布するステップと、
前記圧電素子同士の対向面の間に、前記圧電素子の直列方向の端面の領域より小さい面積を有する平板を挟むステップと、
前記接着剤を硬化させるステップと、を含むことを特徴とする多連化素子の製造方法。