JPH05175568A - 圧電バイモルフの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 【構成】 シム板と電極が付与された圧電セラミッ
クスとの接合を、硬化時の硬度がジュロメーターでＤ５
０以下、Ａ２０以上の接着剤を使用して行う圧電バイモ
ルフの製造法 【効果】 上述の接着剤を用いることにより圧電セ
ラミックスの静電容量の低下を抑制することができるの
で、圧電セラミックス本来の圧電性能を圧電バイモルフ
の性能に十分反映することができ、圧電バイモルフの屈
曲変位量を大きくすることが可能となる。。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアクチュエータ、振動子
として用いられる圧電バイモルフの製造法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】一般に圧電バイモルフは、両面に電極を
付与した２枚の圧電セラミックスを、中間電極材として
かつ機械的な補強材として作用する金属板であるシム板
を介在させて貼り合わせた構造を有している。シム板と
圧電セラミックスに付与された電極との間には接着剤の
層が存在するが、シム板の表面は予めサンドペーパー等
により荒らされており、シム板と電極とは部分的に点接
触することによって電気的に短絡している（図１参
照）。通常、接着剤としてはエポキシ、エポキシ−フェ
ノール系といった有機系接着剤が用いられているが、接
着剤層における電圧降下をより小さくして圧電セラミッ
クスにかかる電圧を大きくするために、銀粉末などの導
電性フィラーを含有する導電性有機接着剤を使用する場
合もある。

【０００３】圧電バイモルフの設計においては圧電セラ
ミックスの横方向の伸縮をいかに有効に屈曲変位に変換
するかが大切であり、接着剤の選択は非常に重要である
が、接着剤の硬化物硬度と圧電バイモルフの屈曲変位量
との関係はその詳細は明らかでない。しかし、圧電セラ
ミックスの伸縮を効率よく屈曲変位に変換するには比較
的硬い接着剤が有効であると考えられており、例えばジ
ュロメーターでＤ８０程度のものが広く使用されてい
る。

【０００４】また、圧電バイモルフの屈曲変位量を大き
なものにする場合、優れた圧電特性を示す圧電セラミッ
クスを用いることは当然であり、特に静電容量の大きな
ものを用いることは非常に有効である。圧電バイモルフ
の静電容量は、例えばパラレル型の場合（図２参照）、
単純には、貼り合わせた２枚の圧電セラミックスの静電
容量の和になる。しかしながら、前記の観点に基づき選
択、使用している硬度の高い接着剤を用いた場合、接着
剤の硬化に伴い２枚の圧電セラミックスの静電容量の和
に比べ実際に得られる圧電バイモルフの静電容量は２０
〜３０％減少した値となり、優れた特性を示す圧電セラ
ミックスを使用しても屈曲変位量は期待される値に比べ
て小さなものになってしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の前記
問題点を解決し、大きな屈曲変位量を示す圧電バイモル
フの製造法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討を
行った結果、本発明に到達した。すなわち本発明は、シ
ム板と圧電セラミックスの接合において硬化した接着剤
の硬度がジュロメーターでＤ５０以下、Ａ２０以上であ
る接着剤を使用することによって、接着剤の硬化に伴う
圧電セラミックスの静電容量の低下を抑制し、接合後の
圧電バイモルフの静電容量を大きくすることを特徴とす
る圧電バイモルフの製造法に関するものである。

【０００７】圧電バイモルフの変位量を大きなものにす
るためには、圧電セラミックスの横方向の伸縮が効率よ
く屈曲変位に変換されることと同時に、接着剤の硬化に
伴う静電容量の低下を最小限に抑えて圧電セラミックス
の特性を十分に生かすことが可能となる接着剤の選択が
重要となる。屈曲変位への高効率化を達成するには硬化
した接着剤の硬度が大きいものが有効であることは知ら
れているが、本発明者らは接着剤の硬化したときの硬度
と硬化に伴う静電容量の低下の大きさの関係を詳細に検
討した結果、硬化したときの硬度の小さいものほど静電
容量の低下を抑制するのに有効であることを見出した。
しかしながら極端に接着剤の硬度が小さい場合は、屈曲
変位への変換効率が著しく低下するため、変位量の大き
な圧電バイモルフを得るには、ある一定範囲の硬度を有
する接着剤に限り有効となる。

【０００８】

【実施例】次に本発明を実施例により説明する。尚、接
着剤の硬化時の硬度は、ＪＩＳＫ ７２１５ に従い、
直径５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍのペレットを成型し、タイ
プＤの場合は、荷重１０ｋｇｆで、タイプＡの場合は、
荷重１ｋｇｆで測定した。

【０００９】実施例１ 鉛、チタン、ジルコニウム、ニッケル、亜鉛、ニオブを
主成分とする複酸化物粉末に、有機溶剤、バインダー、
分散剤、可塑剤を添加してスラリー化し、ドクターブレ
ード法によりシート成形し、グリーンシートを得た。円
盤状に切り出したグリーンシートを大気中にて１２００
℃に２時間保持して焼結させた。この焼結体を直径４５
ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの円盤状に機械加工し、銀電極
を付与し、さらに分極処理を施して圧電セラミックスを
得た。ベクトルインピーダンスメーターを用いて、１ｋ
Ｈｚでの静電容量、および電気機械結合係数ｋｐ値を測
定した結果、各々２５０ｎＦ、５８％であった。

【００１０】直径４４ｍｍ、厚さ０．１ｍｍで一部リー
ド線の取り付け部があるリン青銅板の両面を＃１００の
サンドペーパーで荒らしたものをシム板として用いた。
圧電セラミックスの一方の面に、硬化したときの硬度が
ジュロメーターでＤ４０のエポキシ接着剤を印刷したも
の２枚用意した。この時、２枚の圧電セラミックスには
圧電バイモルフがパラレル型として作動するように接着
剤を塗布した。シム板の両面に圧電セラミックスを貼り
合わせ、１００℃に２時間保持して硬化させた。なお、
接着剤の塗布量は４ｍｇ／ｃｍ２とした。

【００１１】実施例２ 実施例１において使用した接着剤の代わりに硬化したと
きの硬度がＡ６０のエポキシ接着剤を用いた。

【００１２】実施例３ 実施例１において使用した接着剤の代わりに硬化したと
きの硬度がＡ３０のエポキシ接着剤を用いた。

【００１３】実施例１〜３で得た圧電セラミックスとシ
ム板の一体物にリード線をはんだ付けして圧電バイモル
フを得た。これを図３に示す位置で固定し、＋１００Ｖ
及び−１００Ｖの直流電圧を印加した時の中央部のそれ
ぞれの変位の差を、渦電流方式の非接触変位測定器を用
いて測定した。又、このものの１ｋＨｚにおける静電容
量をベクトルインピーダンスメーターを用いて測定し
た。この測定結果を表１に示す。

【００１４】比較例１ 実施例１で使用した接着剤の代わりに硬化したときの硬
度がＤ８０のエポキシ接着剤を用いて圧電バイモルフを
製造した。

【００１５】比較例２ 実施例１で使用した接着剤の代わりに硬化したときの硬
度がＤ６０のエポキシ接着剤を用いて圧電バイモルフを
製造した。

【００１６】比較例３ 実施例１で使用した接着剤の代わりに硬化したときの硬
度がＡ１０のエポキシ接着剤を用いて圧電バイモルフを
製造した。

【００１７】比較例１〜３で得た圧電バイモルフを実施
例と同様の測定を行った。測定結果を表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明の製造法によれば、
接着剤の硬化に伴う圧電セラミックスの静電容量の低下
を抑制することができるので、圧電セラミックス本来の
圧電性能を圧電バイモルフの性能に十分反映することが
でき、圧電バイモルフの屈曲変位量を大きくする上で非
常に有効なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 圧電バイモルフの概略を示した図である。

【図２】 圧電バイモルフの等価回路を示した図であ
る。

【図３】 圧電バイモルフを上面より示した図である。

【符号の説明】

１：圧電セラミックス ２：電極 ３：外部リード線 ４：接続リード線 ５：シム板 ６：接着剤 ７：変位量測定時の固定位置 ８：変位量測定位置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シム板と電極が付与された圧電セラミッ
   クスとの接合において、硬化時の硬度がジュロメーター
   でＤ５０以下、Ａ２０以上の接着剤を使用することを特
   徴とする圧電バイモルフの製造法。