JPH06164008A - 積層型電歪素子の製造方法及びそれにより 製造された積層型電歪素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造工程において電歪素子の特性を劣化させ
ず、信頼性の高い積層型電歪素子の製造方法を提供する
ことを目的とする。 【構成】 導体板電極と外部電極とをまず半田付けによ
り電気的に接続固定し、その後、表面に表面電極が形成
された薄板状の電歪材料と導体板電極とを交互に積層し
て積層体を形成することにより、半田付けの際の熱や接
着剤による影響がなく信頼性の高い積層型電歪素子が提
供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電歪効果を利用した電
歪素子の製造方法に関するものであり、さらに詳しくは
積層型電歪素子の製造方法及びそれにより製造された積
層型電歪素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、光ディスクまたは磁気ディスクヘ
ッド、各種光学装置、精密工作機械等の精密位置決め装
置、その他機械的駆動素子として電歪素子（ここで言う
電歪とは、圧電を含む意味での広義の電歪である）が、
極めて有望視されている。その一例として、積層型電歪
素子の構造を図３に示す。この電歪素子は、薄板状の電
歪材料と導体板電極板を交互にサンドイッチ状に積み重
ね張り合わせた積層体を有する。導体板電極は、一つお
きに積層体の相対する側面に張り出しており、それぞれ
の側面には電圧を与えるための配線がなされ、電圧を与
えるための外部電極に接続されている。

【０００３】この積層型電歪素子の製造方法は、以下の
ようである。電歪材料例えばジルコニウム酸鉛とチタン
酸鉛の固溶体（通称ＰＺＴ）の両面全域に、例えば銀ペ
ーストを塗布し、銀電極（表面電極）を形成しておく。
分極処理を行って電歪材料に極性を与えた後、例えば銅
板で作製された導体板電極を挟み込んでエポキシ接着剤
の様な接着剤で接着する。その際、隣接する導体板電極
の分極が同じ極性同士が向かい合って接着されるように
する。その後、積層体のそれぞれの側面に張り出した導
体板電極を側面毎に外部導体線を半田付けすることによ
り電気的に接続する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
積層型電歪素子の製造方法には、次に挙げる問題点があ
った。第一に、導体板電極と電歪材料とを接着剤を用い
て貼り合わせる際、導体板電極と電歪材料の間から接着
剤がはみ出し、導体板電極の張り出し部分の表面を覆っ
てしまい、外部電極との半田付けを不確実にする点であ
る。

【０００５】第二に、導体板電極と外部電極の半田付け
の際、与えられる熱により良熱伝導体である導体板電極
を経由して伝達された熱が電歪材料の特性を劣化させて
しまう点である。第三に、同じく半田付けの際、飛び散
った半田フラックスが積層体の側面に付着し側面の絶縁
性能を低下させてしまう点である。

【０００６】本発明の目的は、これらの欠点をなくし信
頼性の高い積層型電歪素子を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点は、導体板電
極と電歪材料とを接着剤で貼り合わせて積層体を形成す
る前に、導体板電極と外部電極とを電気的に接続してお
くことにより解決される。よって、本発明は、表面に表
面電極が形成された薄板状の電歪材料と導体板電極とが
交互に積層された積層体と該積層体の側面に露出した導
体板電極に接触させた一対の外部電極とから構成された
積層型電歪素子の製造方法において、前記導体板電極と
前記外部電極とをまず電気的に接続固定し、その後で前
記電歪材料と前記導体板電極とを交互に積層することを
特徴とする積層型電歪素子の製造方法（請求項１）、及
びこの製造方法により製造された積層型電歪素子（請求
項２）を提供する。

【０００８】

【作用】本発明の特徴は、前もって導体板電極と外部電
極を電気的に接続固定しておき、その後で電歪材料と導
体板電極とを貼り合わせ積層することにある。図２に導
体板電極２と外部電極３との組立方法を示す。導体板電
極２は、例えばリン青銅板をエッチングを用いて電歪材
料の表面と同じ形状にそのひとつの辺から長方形の形状
のはみ出し部を加えた一枚の電極板として作製する。外
部電極３もやはりリン青銅板等の導電体を長方形に加工
し、導体板電極２のはみ出し部が突き刺さるような穴を
形成しておく。その穴と穴の間隔は後に積層するときの
導体板電極２と電歪材料４の厚みの和の２倍にしてお
く。図２に示すように導体板電極２を外部電極３の穴に
突き刺し、電気的に接続固定されるようにこの両者間を
半田付けする。次々に所定の枚数の導体板電極を同様に
処理する。このようにして作製された複数の導体板電極
と一枚の外部電極の結合体を２個作製する。この後、両
者の外部電極が相対するような位置に導体板電極が交互
に平行に互いに相手の間に入るようにセットし、それら
の間に電歪材料を挟み込むように配置し、接着剤で接着
する。

【０００９】このようにして完成した積層型電歪素子を
図１に示す。本発明の電歪材料は、金属化合物を高温処
理してできる焼結体からなる層であり、その材料として
は強誘電材料として知られるペロブスカイト型構造のBa
TiＯ ₃（チタン酸バリウム）、PbZrＯ₃（ジルコニウム酸
鉛）とPbTiＯ₃（チタン酸鉛）の固溶体（ＰＺＴ）等が
挙げられる。

【００１０】導体板電極は、たとえば、金、白金、銀、
アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、ステンレス等を
真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等の
真空薄膜形成技術、スクリーン印刷技術、メッキ法など
により形成する。積層体の積層数をどの位にするかは、
電歪素子の用途に応じて任意であり、数十枚積層したも
のから、大型のもので５００枚以上（積層体の全体の厚
さが２００ｍｍ程度以上）のものまである。一般に、積
層数を増やすことにより変位量（伸びの量）を大きくす
ることができる。

【００１１】こうした製造方法を採用すれば、接着処理
前に導体板電極と外部電極が既に電気的に接続されてお
り、接着の際に接着剤がはみ出して導体板電極と外部電
極の表面に付着したとしても、電気的な接続が壊れるこ
とはない。また、半田付けの際の熱の発生も半田付けの
後十分時間をとって冷えた後に接着処理をすれば電歪材
料の特性を劣化させることもなく、また、半田付けの際
に飛び散った半田フラックスが電歪材料に付着し絶縁を
脅かすこともない。この際、フラックスが導体板電極に
飛び散って付着することが考えられるが、こうなった場
合は導体板電極と外部電極の半田付け処理の後、所定の
フラックス洗浄液で洗浄しフラックスを除去した後積層
工程に入れば良い。従来の方法では半田付けの後にフラ
ックス洗浄をすれば、電歪材料そのものや、接着剤に悪
い影響を与えることになってしまう。

【００１２】

【実施例１】以下、実施例により本発明を説明する。キ
ューリー温度３００℃付近、厚み１ｍｍ、直径１０ｍｍ
のＰＺＴ系圧電セラミック板の表面にスクリーン印刷で
膜厚１０μｍに銀ペーストを印刷し５５０℃で熱処理し
銀ペーストを焼結させ表面電極とする。このＰＺＴ板を
温度１５０℃のシリコンオイル中で４ｋＶの電圧を１時
間かけ分極処理する。次に、厚み０．１ｍｍのリン青銅
板を直径１０ｍｍの円板に巾２ｍｍ長さ２．５ｍｍの長
方形状の張り出しが取り付いた異形板として酸エッチン
グの方法で作製し、導体板電極とする。

【００１３】次に、厚み０．２ｍｍのリン青銅板を横３
ｍｍ縦４５ｍｍ、内部に縦０．１５ｍｍ横２．５ｍｍの
穴が縦にピッチ２．２ｍｍ間隔で２０個存在する形状に
エッチングで作製し、外部電極とする。次に導体板電極
の張り出し部を外部電極の穴に突っ込み半田付けする。
その際、２０個の導体板電極の直径１０ｍｍの部分が平
面の部分からみて正確に平行に一列に並ぶように注意す
る。導体板電極を全部半田付けした後、導体板電極と外
部電極が電気的に導通していることをテスターを用いて
確認する。

【００１４】２個作製された外部電極と導体板電極の接
続部品を互いに向き合う位置で導体板電極の部分が重な
り合うよう両面にエポキシ接着剤を塗ったＰＺＴ板を導
体板電極の間に挿入する。この際に、一枚の導体板電極
を挟み込むＰＺＴ板は同じ極性が向き合う様に注意す
る。また、導体板電極とＰＺＴ板が互いにはみ出さない
ように注意する。積層体の最上部と最下部は厚み３ｍｍ
の同じ面積の不活性のＰＺＴ板を使用する。こうして一
体化した積層体を、接着剤の処理温度６０℃で熱処理し
固定する。

【００１５】こうして製造された積層型圧電素子は導通
不良も無く、圧電特性として３９枚積層で電圧１ｋＶで
伸びの量３０μｍを示した。

【００１６】

【実施例２】厚み０．５ｍｍ，一辺の長さ１０ｍｍの正
方形のマグネシウム・ニオブ酸鉛、通称ＰＭＮ系電歪セ
ラミック板の表面に無電界メッキ法でもってニッケルを
膜厚３μｍで付け、表面電極を形成する。厚み０．１ｍ
ｍのステレンレス板通称ＳＵＳ６３１板を一辺１０ｍｍ
の正方形の一つの辺に一辺２ｍｍの正方形で又その一つ
の辺に一辺１ｍｍの正方形がくっついた図４に示す形の
導体板電極を酸エッチングで作製する。厚み０．２ｍｍ
のリン青銅板を横３ｍｍ、縦４０ｍｍの形状とし、これ
に横１．５ｍｍ、縦０．２ｍｍの穴をピッチ１．２ｍｍ
で縦に３０個あけた形にエッチングで作製し、外部電極
とする。ステンレス製の導体板電極は、そのままでは半
田付け作業ができないので、一旦ステンレス半田付け用
の特殊フラックスに付けておく。

【００１７】次に、実施例１と同じ要領で導体板電極を
外部電極の穴に差し込む。この際、導体板電極の先端が
外部電極の穴に突き刺さった後、先端のみが突き出し、
肩の部分は突き刺さることができずここの部分で止まっ
てしまう。突きだした先端部分と外部電極との間を半田
付けし、電気的に接続固定する。つまり、導電板電極の
突き出し部の先端の構造が外部電極との接続との際、導
体板電極の配列の位置出しをしていることになりその後
の積層作業がやり易い。接続作業の後、電気導通を確か
める。次に、導体板電極に付着しているフラックスを水
洗で洗い落とす。その後酸洗いをして表面を洗浄する。
実施例１と同じ要領で積層作業をする。

【００１８】こうした工程で製造された積層型電歪素子
は、導通不良もなく電歪特性として５９枚積層で電圧５
００Ｖで伸びの量２５μｍを示した。

【００１９】

【実施例３】実施例１で示したＰＺＴ板を用意し、同じ
方法で第１の電極を作製する。導体板電極は、実施例１
で使用したものの張り出し部分の先端近くの部分に直径
１．２ｍｍの穴を空けた形状にする。外部電極として、
直径１ｍｍの銅線を用意する。銅線を導体板電極の張り
出し部の穴に通し、半田付けして電気的に接触させる。

【００２０】この半田付けは、導体板電極の間隔を一定
に確保することと位置を確保するために工夫が必要であ
る。まず、ＰＺＴ板と同じ直径で二倍の厚みをもつセラ
ミックを用意する。セラミックの材質は、ＰＺＴでもア
ルミナでも快削セラミックでもよい。接着剤を使用しな
いで導体板電極を挟み込んで積層し、導体板電極の平行
と位置出しをする。その工程の後、上下を抑え込んで積
層体がバラバラにならないようにして導体板電極と外部
電極である電線を半田付けする。この後、挟んであるセ
ラミックを取り外す。こうして、導体板電極と外部電極
が接続された結合体部品が完成する。後は、２個の結合
体を使用し接着剤にて接着積層すれば良い。

【００２１】このようにして、実施例１と同じ特性のＰ
ＺＴ積層型電歪素子が完成する。

【００２２】

【発明の効果】導体板電極と外部電極とをまず半田付け
により電気的に接続固定した後、表面に表面電極を持つ
電歪材料を導体板電極間に接着剤で接着積層することに
より、半田付けの際の熱の影響がなく、接着の際にはみ
出した接着剤があっても電気接触が確保された積層型電
歪素子が提供できる。また、半田の内部に入っているフ
ラックスが飛び散り絶縁不良を起こすこともない。実施
例では電気接続を半田付けで行ったが、スポット溶接を
用いて行っても良い。この場合も溶接の際に発生する熱
が電歪材料の特性を劣化させることが懸念されるが、本
発明の製造方法を採用すれば全く心配ない。特に電歪材
料としてキュリー温度の低い圧電材料を使用するとき
は、熱に対して劣化の程度が大きいだけに非常に有効で
ある。導体板電極として実施例２で述べたステンレス板
や封着材料として知られる鉄・ニッケル合金（通称４２
合金）を使用できることは、寿命の点で有利である。何
故なら、接着剤で加温接着するとき、電歪材料と外部電
極の熱膨張係数の差が大きければ大きいほど接着部分に
蓄えられる応力が大きくなり寿命が短くなるが、熱膨張
係数はステンレス合金や４２合金の方が銅合金より小さ
くＰＺＴを含む電歪素子に近い。つまり、ステンレス板
や４２合金を使った方が寿命が長くなる。この点でも本
発明の有利な点は明白である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明により製造された積層型電歪素子の斜
視図である。

【図２】 本発明中、導体板電極と外部電極との接続組
み合わせを示す斜視図である。

【図３】 従来の積層型電歪素子を示す斜視図である。

【図４】 実施例２で説明の異形の第２の導電板を示す
図である。

【符号の説明】

１・・・電歪材料の表面上の表面電極 ２・・・導体板電極 ３・・・外部電極 ４・・・電歪材料 ５・・・実施例２で使用した導体板電極

フロントページの続き (72)発明者 野村 達士 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に表面電極が形成された薄板状の電歪
   材料と導体板電極とが交互に積層された積層体と該積層
   体の側面に露出した導体板電極に接触させた一対の外部
   電極とから構成された積層型電歪素子の製造方法におい
   て、 前記導体板電極と前記外部電極とをまず電気的に接続固
   定し、その後で前記電歪材料と前記導体板電極とを交互
   に積層することを特徴とする積層型電歪素子の製造方
   法。
2. 【請求項２】表面に表面電極が形成された薄板状の電歪
   材料と導体板電極とが交互に積層された積層体と該積層
   体の側面に露出した導体板電極に接触させた一対の外部
   電極とから構成された積層型電歪素子において、 前記導体板電極と前記外部電極とをまず電気的に接続固
   定され、その後で前記電歪材料と前記導体板電極とが交
   互に積層されることを特徴とする積層型電歪素子。