JPH0471280A - 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］ 本発明は圧電アクチュエータとして用いられる積層型圧
電素子の製造方法に関する。

［従来の技術］ 近年電磁力を利用したアクチュエータに代わって圧電効
果を利用した圧電アクチュエータが多用されている。こ
の圧電アクチュエータは小型で高速駆動が可能なため、
各種の機械的駆動素子としても極めて有望視されている
。そして圧電効果による機械的変位は本質的に極めて小
さいので、大きな変位量を得るために圧電板と電極板と
を交互に多重に積層した構造の積層型圧電素子が圧電ア
クチュエータとして用いられている。

しかしながら圧電板と電極板とを単に交互に重ねて積層
しただけでは、電極板どうしの間隔が極めて近接してい
るために外周面で放電が生じる場合がある。したがって
積層体の外周面を絶縁体で被覆する必要があり、従来は
特開昭６２−８８３８２号、特開平１−１０８９５９号
等の公報にみられるように、熱硬化性樹脂にて積層体の
外周表面を被覆する保護層を形成して絶縁している。

［発明が解決しようとする課題］ ところで確実な絶縁効果を得るためには、積層体の外周
表面全面において均一な肉厚の保護層を形成する必要が
ある。部分的に肉厚の薄い箇所が生じると、その部分で
絶縁性に劣り放電が生じる場合があるからである。しか
しながら熱硬化性樹脂により保護層を形成する場合、熱
硬化性樹脂は加熱硬化時に軟化して粘度が低下し、垂れ
が生じて膜厚が不均一になる場合がある。また加熱硬化
するのに長時間（約１５０℃Ｘ約３０分）必要となり、
生産性が悪いという問題もある。一方、熱可塑性樹脂を
用いれば生産性は改良されるが、高荷重や高速作動での
使用時に圧電素子が発熱するため使用に耐えない。

本発明はこのような問題を克服するものであり、均一な
厚さの熱硬化性の絶縁層を、短時間で容易に形成するこ
とを目的とする。

［１１１題を解決するための手段］ 本発明の積層型圧電素子の製造方法は、圧電板と電極板
とを交互に積層して積層体を形成する第１工程と、積層
体の外側に透明な筒体を同軸的に被覆し積層体と筒体と
の間に略均一な距離の間隙を形成する第２工程と、間隙
内に紫外線硬化型樹脂を充填する第３工程と、筒体外方
から紫外線を照射し間隙内に充填された紫外線硬化型樹
脂を硬化させて均一な肉厚の保護層を形成する第４工程
とよりなることを特徴とする。

第１工程は圧電板と電極板とを交互に多重に積層して積
層体を形成する工程である。ここで圧電板としては、電
圧の印加により歪や応力を生じるものをいい、ペロブス
カイト結晶構造の３ａｌ’−ｉ０３とＰｂＴ　ｉ　０３
又はＣａＴ　ｉ　０３との固溶体、ＰｂＺｒｏ３とＰｂ
ＴｉＯ３の固溶体（ＰＺＴ）などの圧電体セラミックス
から板状に形成された従来と同様のものが用いられる。

通常、表裏両表面に銀ペーストなどが印刷・焼付けされ
た電極部をもつ。

また電極板としては電極として用いられるものなら特に
制限なく、銅板など従来と同様のものを用いることがで
きる。そして圧電板は表裏の極性が互いに対向するよう
に電極板を介して積層される。圧電板と電極板との積層
枚数は特に制限されない。

第２工程では積層体の外側に透明な筒体が同軸的に被覆
される。このとき積層体外周表面と筒体内周表面との間
隔は全体で略、均一な距離となるようにされる。なお筒
体としては透明であり紫外線を透過するものであれば特
に制限なく、各種樹脂、ガラス等から形成することがで
きる。後述するように熱収縮性チューブから形成するこ
とが特に望ましい。

第３工程では積層体と筒体との間に形成された筒状の間
隙内に紫外線硬化型樹脂が充填される。

充填方法は特に制限されない。なお内部に空気が残らな
いように減圧下で充填する方法、あるいは充填後減圧と
する方法などを採用することが望ましい。

第４工程では筒体の外方から紫外線が照射される。これ
により内部の紫外線硬化型樹脂に筒体を介して紫外線が
照射され、紫外線硬化型樹脂が硬化して略均一な肉厚の
保護層が形成される。すなわち、筒体内周表面と積層体
外周表面とで形成された略均一な厚さのキャビティ内で
紫外線硬化型樹脂を硬化させる構成であるので、略均一
な肉厚の保護層を短時間で形成することができる。

紫外線硬化型樹脂としては、紫外線により短時間に硬化
し、かつ硬化後は絶縁性を有するものであれば特に制限
されず、公知のものをそのまま利用することができる。

得られた積層型圧電素子は、筒体が保護層の外表面を被
覆した状態で使用してもよいし、保護層を形成後に筒体
を除去して使用することもできる。

なお筒体を熱収縮性チューブから形成した場合には、紫
外線硬化型樹脂が硬化した第４工程後に全体を加熱して
筒体を収縮させることが望ましい。

このようにすれば収縮の力により保護層に縮径する力が
作用し、保護層が積層体に圧接される。したがって保護
層と積層体との界面剥離を一層防止する作用が生じ、放
電が生じるのが一層防止される。

［発明の作用および効果１ 紫外線硬化型樹脂をディッピングなどで積層体表面に塗
布して被覆することも考えられるが、積層体の外周に電
極リード部などが突出している場合などには特に厚い保
護層が必要となる。一方、紫外線硬化型樹脂は紫外線が
照射されると表面から硬化が進行し、かつ照射時に熱も
加わるため、特に厚肉に付着させた場合には内部の粘度
が低下して垂れが生じるようになる。

しかしながら本発明の積層型圧電素子の製造方法では、
積層体に透明な筒体が被覆され、筒体と積層体との間に
形成された略均一な厚さの筒状キャビティ内で紫外線硬
化型樹脂が硬化される。したがってたとえ紫外線照射時
に粘度が低下したとしても、垂れが生じないので保護層
の肉厚を確実に略均一にしかも厚肉とすることができ、
放電を確実に防止することができる。また保護層を形成
するのに要する時間は、紫外線硬化反応であるので従来
に比べて極めて短時間である。したがって工数を低減す
ることができる。

また本発明の製造方法では、第３工程後紫外線硬化型樹
脂が未硬化の状態で手で触れても、外側は筒体で被覆さ
れているため、手に未硬化の紫外線硬化型樹脂が付着す
るような不具合がない。したがって取扱いが容易であり
作業性が良い。

さらに筒体を熱収縮性チューブで形成し、紫外線硬化型
樹脂の硬化後に全体を加熱する工程を追加すれば、熱収
縮性チューブの収縮により保護層が積層体と密接するた
め、放電を一層防止することができる。

［実施例］ 以下実施例により具体的に説明する。

（実施例１） （１）第１工程 ＰｂＺｒｏ３とＰｂＴ　ｉ　０３の固溶体（ＰＺＴ）粉
末を成形・焼成して直径１５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円
板形状の圧電体１０を形成し、表裏両表面にＡｇペース
トを印刷し焼付けて電極１１を形成して第２図に示す圧
電板１を得た。

また厚さ０．０３ｍｍの銅板を打法き加工し、第３図に
示すように直径１５ｍｍの円板状の基部２０と、基部２
０から突出する舌片部２１とからなる電極板２を得た。

圧電板１と電極板２とは、第４図に示すように交互に１
００層積層される。このとき１枚の電極板２を介して隣
接する一対の圧電板１は、表裏の極性が互いに対向する
ように積層される。また電極板２は、舌片部２１が交互
に１８０度逆方向両側に突出するように積層される。そ
して両側に突出する舌片部２１をそれぞれリード板３０
．３１に接続しリード線３２．３３を設けて第５図に示
す積層体３が形成される。

（２）第２工程 次に直径１６ｍｍの固定台４を用意し、直径１６ｍｍの
透明なテフロン製チューブ５の先端を固定台４に挿入し
て固定する。そして固定台４を下方としてチューブ５を
垂直に保持し、チューブ５の内部に積層体３を軸方向を
垂直に配置する。このときチューブ５の上端は積層体３
の上端より上部に位置している。また積層体３の外周表
面とチューブ５の内周表面との間の間隔は、リード板３
０．３１の部分を除いて全体で同一のＱ、５ｍｍとなる
ように配置される。

（３）第３工程 次に第１図に示すように、液状紫外線硬化型樹脂６（エ
ポキシ系）をチューブ５と積層体３との間の間隙に、積
層体３が埋没するように充填する。

チューブ５の一端は固定台４に固定されているので、紫
外線硬化型樹脂６がチューブ５内から漏れることはない
。なお、このとき紫外線硬化型樹脂６の粘度が高い場合
などには、全体を減圧雰囲気の槽内に入れる、あるいは
加熱して粘度を下げるなどして、充填された紫外線硬化
型樹脂６中の空気を除去することが望ましい。

（４）第４工程 モして８０Ｗの紫外線ランプを用い、チューブ５の外周
表面より５ｃｍの距離からから紫外線を１０秒間照射し
て、充填された紫外線硬化型樹脂６を硬化させて保護層
７を形成した。

そして固定台４およびチューブ５の両端を切断して除去
し、第６図に断面で示すように、積層体３と、Ｑ、５ｍ
ｍの均一な肉厚の保護層７とチューブ５とが同軸で一体
的に固定された積層型圧電素子を得た。

なお、本実施例では保護層７はチューブ５で被覆された
状態で製品としたが、第４工程後にチューブ５を除去し
てもよい。

（実施例２） 本実施例では、チューブ５として透明なテフロン製熱収
縮性チューブを用い、第４工程後に第５工程として加熱
工程を行なったこと以外は実施例１と同様である。

すなわち、紫外線硬化型樹脂６が硬化して保護層７を形
成した俊、全体を１５０℃に加熱し、熱収縮性チューブ
５を収縮させる。この収縮により保′Ｗ！ｌ１７にはチ
ューブ５から応力が作用し、保護層７は積層体３と強く
密着する。これにより放電が一層防止される。

なお紫外線硬化型樹脂としては、ヤング率が１ｏｋＱ、
、’ｍｍ２以下の低弾性率のものを用いることが望まし
い。このようにすれば熱収縮性チューブ５の収縮時に保
護層７が変形しやすく、積層体３の形状に沿いやすくな
るため、−層高い絶縁性を得ることができる。また熱収
縮性チューブ５が収縮して保護層７表面を強く押圧して
いるので、保護層の変形が防止されクラックなどの発生
も防止される。

ちなみに、紫外線硬化型樹脂としてヤング率がｉ　ｋｇ
／ｍｍ２の低弾性率のものを用いた場合、得られた積層
型圧電素子にパルス電圧（１ｋｖ。

１００Ｈｚ＞を印加すると、１０８回作動しても異常は
みられなかった。しかし熱収縮性チューブはもとより筒
体を設けず、積層体に上記と同様の低弾性率の紫外線硬
化型樹脂を塗布して硬化させただけのものでは、１０５
回で保護層７にクラックが入った。また筒体を設けず、
積層体にヤング率が１００ｋＱ／ｍｍ”の高弾性率の紫
外線硬化型樹脂を塗布して硬化させただけのものでは、
１０７回で保護層が積層体から剥離し、沿面放電が１！
察された。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例の製造方法に関し、第１図は第
３工程を行っている状態を示す説明図、第２図は圧電板
の斜視図、第３図は電極板の斜視図、第４図は第１工程
の積層方法を示す説明図、第５図は第１工程終了後の積
層体の斜視図、第６図は得られた積層型圧電素子の断面
図である。 １・・・圧電板　　　　　　２・・・電極板３・・・積
層体　　　　　　４・・・固定台５・・・チューブ（筒
体）　６・・・紫外線硬化型樹脂７・・・保護層　　　
　　１１・・・へ〇電極２１・・・舌片部　　　３０．
３１・・・リード板特許出願人　　トヨタ自動車株式会
社 代理人　　　弁理士　　　大川　宏 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電板と電極板とを交互に積層して積層体を形成
   する第１工程と、 該積層体の外側に透明な筒体を同軸的に被覆し該積層体
   と該筒体との間に略均一な距離の間隙を形成する第２工
   程と、 該間隙内に紫外線硬化型樹脂を充填する第３工程と、 該筒体外方から紫外線を照射し該間隙内に充填された該
   紫外線硬化型樹脂を硬化させて略均一な肉厚の保護層を
   形成する第４工程とよりなることを特徴とする積層型圧
   電素子の製造方法。