(57)【要約】【課題】  圧電素子の反りや変形を増大させることなく内部電極と凹部の位置精度を向上させることができる圧電アクチュエータの製造方法を提供する。【解決手段】  超音波振動する圧電素子２と、圧電素子２の一面２ａに形成された凹部３に固定された超音波振動を伝達する摩擦部材４を有する圧電アクチュエータ１の製造方法であって、焼成後に矩形状の圧電素子となる焼成前圧電素子領域１５が格子状に複数個配置されたセラミックグリーンシートを形成し、焼成前圧電素子領域１５に焼成後に内部電極１０となる導体層を形成する工程と、前記セラミックグリーンシートを複数枚積層してセラミックグリーンシート積層体１６を形成する工程と、セラミックグリーンシート積層体１６の外表面上を研削して、焼成前圧電素子領域１５の幅方向に相当する方向に凹部３を形成する工程を有するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動する圧電素子と、前記圧電素子の一面に形成された凹部に固定された前記超音波振動を伝達する摩擦部材を有する圧電アクチュエータの製造方法であって、
焼成後に矩形状の圧電素子となる焼成前圧電素子領域が格子状に複数個配置されたセラミックグリーンシートを形成し、前記焼成前圧電素子領域に焼成後に内部電極となる導体層を形成する工程と、
前記セラミックグリーンシートを複数枚積層してセラミックグリーンシート積層体を形成する工程と、
前記セラミックグリーンシート積層体の外表面上を研削して、前記焼成前圧電素子領域の幅方向に相当する方向に前記凹部を形成する工程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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータの製造方法に関し、特に被駆動体を駆動するための摩擦部材を備えた圧電アクチュエータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータとして、圧電素子と、前記圧電素子の１面に形成された凹部に一部分が固定されると共に被駆動体に接触して該被駆動体との間に摩擦力を生じさせる摩擦部材と、を備えたものが知られている。
図６はこのような圧電アクチュエータの構成を示し、図６（ａ）はその斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。同図において、圧電アクチュエータ５１は、圧電素子５２の１面５２ａに２つの凹部５３が圧電素子５２の幅方向に平行に形成され、それぞれの凹部５３には棒状の摩擦部材５４が固定されている。摩擦部材５４は、その一部が凹部５３に埋設され、他の部分は１面５２ａから突出してその最上部は被駆動体５５である平板の一面に圧接されている。圧電素子５２はセラミック絶縁層６２、内部電極６０、及びグランド電極６３が積層された積層体として構成される。内部電極６０は図示しない貫通導体を介して圧電素子５２の他面５２ｂ上の電源端子６１に接続され、グランド電極６３は図示しない貫通導体を介して圧電素子５２の他面５２ｂ上のグランド端子６４に接続される。
このような構成において、電源端子６１とグランド端子６４に外部から電圧が印加されて圧電素子５２が振動すると、摩擦部材５４と被駆動体５５との間に摩擦力が生じ、被駆動体５５が移動することとなる。
【０００３】
圧電アクチュエータ５１の一般的な製造方法について、図７乃至図８を用いて説明する。
（１）焼成済セラミック親基板形成工程
ＰｂＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２等からなる原料粉末を有機溶剤及びバインダとともに混練する。これをシート状に成形して複数のセラミックグリーンシートを作製する。次に、セラミックグリーンシートに必要に応じて貫通孔を形成するとともにこの貫通孔に貫通導体となる貫通導体用導体ペーストを充填し、セラミックグリーンシートの一方主面に内部電極６０やグランド電極６３となる導体層を被着形成する。また、圧電素子５２の他面５２ｂを構成するセラミックグリーンシートに電源端子６１やグランド端子６４となる導体層を被着形成する。
このように形成されたセラミックグリーンシートを積層してセラミックグリーンシート積層体を作製する。得られたセラミックグリーンシート積層体を８００〜１２００℃の焼成温度で焼成して図７（ａ）に示す複数の圧電素子領域５６が縦横の並びに配列された焼成済セラミック親基板５７を形成する。次に、圧電材料の極性を揃えるために、既知の手法により、分極処理が行われる。
（２）凹部形成工程
次に、図７（ｂ）に示す高速回転するダイシングソー５９を焼成済セラミック親基板５７に押し当てながら移動させて凹部５３を形成する。凹部５３の断面は摩擦部材５４の埋設部分に対応した形状に形成される。図７（ｂ）では凹部５３の断面は半円形としている。
（３）切断・摩擦部材接着工程
その後、焼成済セラミック親基板５７を、境界線５８に沿って切断し個片化する。最後に、凹部５３に摩擦部材５４を接着剤で固定する。
【０００４】
セラミックグリーンシート積層体を焼成する際、収縮が発生するが、その収縮は一様なものではなく、異形収縮してしまう。つまり、図８（ａ）に示すように、四角形のセラミックグリーンシート積層体であっても、それを焼成することにより、図８（ｂ）に示すように、各辺の中央部が大きく収縮したり、図８（ｃ）に示すように、各辺の両端付近が大きく収縮した焼成済セラミック親基板５７が得られる。このような異形収縮のため、焼成して形成された内部電極の配置もそれに対応して変化する。
しかしながら、ダイシングソーは直線状に移動させるため、図８（ｂ）（ｃ）に示すように、異形収縮した焼成済セラミック親基板５７に直線状の凹部５３を形成することとなる。このような状態で凹部形成を行うため  内部電極６０に対する凹部５３の位置のずれが起こる。このような位置のずれは圧電素子５２の振動モードを乱す原因となるので好ましくない。
さらに、脆くて硬いセラミック焼結体にダイシング加工で凹部５３を形成する方法では、ダイシングソーの磨耗等によるランニングコストが発生するという課題がある。
【０００５】
このような課題に対処することを目的とした発明が特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載された発明は、内部に電極膜を含む圧電／電歪セラミックス積層体と前記圧電／電歪セラミックス積層体の表面に設けられ対象物を摺動運動させる摺動体とを備える超音波モータの製造方法であって、（ａ）突起が形成された積層治具の突起物に対して広がり方向の移動が規制された複数のグリーンシートを前記積層治具の突起形成面に向かって押圧する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）により得られた前記複数のグリーンシートの圧着体を焼成し前記圧電／電歪セラミックス積層体を得る工程と、（ｃ）前記突起形成面への押圧により前記圧電／電歪セラミックス積層体の表面に形成された溝に前記摺動体を嵌合する工程と、を備える超音波モータの製造方法である。
上記特許文献１の発明によれば、グリーンシートの積層治具に対する広がり方向の移動が規制された状態でグリーンシートを突起形成面に向かって押圧することにより溝が形成されるので、溝が形成される位置のずれを抑制することができ、対象物を摺動運動させる摺動体の位置のずれを抑制することができる。
さらに、上記方法では、ダイシングソーの磨耗等によるランニングコストが発生しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４７１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の製造方法で押圧されたグリーンシートの圧着体では、押圧時に突起で圧縮された箇所の密度が他の箇所の密度よりも高くなる。場所によって密度の違うグリーンシートの圧着体を焼成すると焼成後の圧電／電歪セラミックス製品の反りや変形が増大する。圧電／電歪セラミックスの寸法や形状のばらつきは圧電／電歪セラミックスの共振周波数に影響をおよぼすため、圧電／電歪セラミックスの寸法や形状がばらついていると、圧電／電歪セラミックスの共振周波数がばらつくという課題がある。
本発明は  圧電素子の反りや変形を増大させることなく内部電極と凹部の位置精度を向上させることができ、圧電素子の共振周波数のばらつきをおさえることができる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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の請求項１記載の圧電アクチュエータの製造方法は、超音波振動する圧電素子と、前記圧電素子の一面に形成された凹部に固定された前記超音波振動を伝達する摩擦部材を有する圧電アクチュエータの製造方法であって、
焼成後に矩形状の圧電素子となる焼成前圧電素子領域が格子状に複数個配置されたセラミックグリーンシートを形成し、前記焼成前圧電素子領域に焼成後に内部電極となる導体層を形成する工程と、
前記セラミックグリーンシートを複数枚積層してセラミックグリーンシート積層体を形成する工程と、
前記セラミックグリーンシート積層体の外表面上を研削して、前記焼成前圧電素子領域の幅方向に相当する方向に前記凹部を形成する工程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である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１記載の圧電アクチュエータの製造方法によれば、異形収縮前のセラミックグリーンシート積層体の外表面上を研削して凹部を形成しているので、内部電極となる導体層と凹部の位置精度が向上する。また、凹部形成時にグリーンシート積層体を押圧することがないので凹部近辺の密度が他の箇所の密度よりも高くなることはない。したがって、凹部形成に起因する焼成後の圧電素子の反りや変形を防ぐことができる。このため、圧電素子の共振周波数のばらつきをおさえることができる。
更にセラミックグリーンシート積層体の外表面を研削するので、焼成体加工時に問題となる欠け、クラックの発生を防ぐことができる。
また、研削速度を向上できるとともにダイシングソーの破損や磨耗を抑えることができ、加工時間の短縮と加工コストの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）本発明の製造方法により製造された圧電アクチュエータの斜視図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図２】本発明の実施例１のうち、セラミックグリーンシート積層体形成工程を説明するための図。
【図３】本発明の実施例１のうち、凹部形成工程を説明するための図。
【図４】本発明の実施例１のうち、個片化・焼成工程を説明するための図。
【図５】本発明の実施例２を説明するための図。
【図６】（ａ）従来例の圧電アクチュエータの斜視図、（ｂ）（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図。
【図７】（ａ）従来例の圧電アクチュエータの製造方法のうち、焼成済セラミック親基板形成工程を説明するための図、（ｂ）従来例の圧電アクチュエータの製造方法のうち、凹部形成工程を説明するための図。
【図８】（ａ）異形収縮を説明するためのセラミックグリーンシート積層体を示す平面図、（ｂ）セラミックグリーンシート積層体を焼成して得られる焼成済セラミック親基板の一例を示す平面図、（ｃ）セラミックグリーンシート積層体を焼成して得られる焼成済セラミック親基板の他の例を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１（ａ）は本発明の製造方法により製造された圧電アクチュエータの斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。この圧電アクチュエータ１は、圧電素子２の１面２ａに２つの凹部３が平行に形成され、それぞれの凹部３には棒状の摩擦部材４が固定されている。摩擦部材４は、その一部が凹部３に埋設され、他の部分は１面２ａから突出してその最上部は被駆動体５である平板の一面に圧接されている。圧電素子２はセラミック絶縁層１２、内部電極１０、及びグランド電極１３が積層された積層体として構成される。内部電極１０は図示しない貫通導体を介して圧電素子２の他面２ｂ上の電源端子１１に接続され、グランド電極１３は図示しない貫通導体を介して圧電素子２の他面２ｂ上のグランド端子１４に接続される。セラミック絶縁層１２の材料としてはチタン酸バリウムやジルコン酸チタン酸鉛等のセラミックス材料が用いられる。内部電極１０、グランド電極１３、電源端子１１、グランド端子１４の材料としては、ニッケル、銀、タングステン、鈴等の金属材料又はこれらの合金が用いられる。
このような構成において、圧電素子２の電源端子１１とグランド端子１４に外部から電圧が印加されて圧電素子２が振動すると、摩擦部材４と被駆動体５との間に摩擦力が生じ、被駆動体５が移動することとなる。
【００１２】
（実施例１）
次に、本発明を適用した製造方法について、図２乃至図４を用いて説明する。
（１）セラミックグリーンシート積層体形成工程
ＰｂＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２からなる原料粉末を有機溶剤及びバインダとともに混練する。これをシート状に成形して複数のセラミックグリーンシートを作製する。セラミックグリーンシートの厚みは、焼成後のセラミック絶縁層の厚みが例えば５０〜２００μｍとなるような厚みに形成される。
次に、セラミックグリーンシートに必要に応じて貫通孔を形成するとともにこの貫通孔に貫通導体となる貫通導体用導体ペーストを充填し、セラミックグリーンシートの一方主面に内部電極やグランド電極となる導体層を被着形成する。また、積層された際に最上層に配置されるセラミックグリーンシートの一方主面に電源端子やグランド端子となる導体層を被着形成する。
このように形成されたセラミックグリーンシートを積層して図２に示す複数の焼成前圧電素子領域１５が縦横の並びに配列されたセラミックグリーンシート積層体１６を作製する。
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（２）凹部形成工程
そして、図３に示すように、セラミックグリーンシート積層体１６の１面１６ａを研削して、焼成前圧電素子領域１５の幅方向に凹部３を形成する。この研削は、先端断面形状が円弧状のダイシングソー９を高速回転させて行う。このように異形収縮前のセラミックグリーンシート積層体１６の外表面を研削して凹部３を形成するので、凹部３と焼成後に内部電極１０となる導体層の位置ずれを抑制することができる。また、セラミック焼成体を加工する時に問題となる欠け、クラックの発生を防ぐことができる。また、研削速度を向上できるとともにダイシングソー９の破損や磨耗を抑えることができ、加工時間の短縮と加工コストの削減を図ることができる。
（３）個片化・焼成工程
上記凹部３が形成されたセラミックグリーンシート積層体１６を境界線１８に沿って切断し、個片化する。個片化した未焼成圧電素子１９を１０００〜１３００℃の温度で焼成し、圧電素子２を形成する。この焼成による未焼成圧電素子１９の収縮によって内部電極１０となる導体層と凹部３も収縮するが、前記導体層と凹部３の収縮率は同じなので内部電極１０を基準としたときの凹部３の位置がずれることはない。
（４）分極・切断・検査工程
上記圧電素子２は、圧電材料の極性を揃えるために、既知の手法により、分極処理が行われる。最後に、凹部３に摩擦部材４を接着固定して圧電アクチュエータ１が完成する。
【００１３】
（実施例２）
本実施例は、セラミックグリーンシート積層体形成工程と凹部形成工程までは実施例１と同様であるが、凹部３が形成されたセラミックグリーンシート積層体１６を焼成した後に個々の圧電素子に個片化する点が実施例１と相違している。
この場合、凹部３が形成されたセラミックグリーンシート積層体１６を１０００〜１３００℃の焼成温度で焼成して図５のような複数の圧電素子領域２０が縦横の並びに配列された焼成済セラミック親基板２１を形成する。次に、圧電材料の極性を揃えるために、既知の手法により、分極処理が行われる。
その後、焼成済セラミック親基板２１を境界線２２に沿って切断して個々の圧電素子２に個片化する。最後に、圧電素子２の凹部３に摩擦部材４を接着剤で固定して圧電アクチュエータ１が完成する。
本実施例においても、異形収縮前のセラミックグリーンシート積層体１６の外表面を研削して凹部３を形成することに変わりはないので、凹部３と焼成後に内部電極１０となる導体層の位置ずれを抑制することができる。
【符号の説明】
【００１４】
１  圧電アクチュエータ  ２  圧電素子    ２ａ  １面      ２ｂ  他面      ３  凹部
４  摩擦部材    ５  被駆動体    ９  ダイシングソー      １０  内部電極
１１  電源端子  １２  セラミック絶縁層  １３  グランド電極      １４  グランド端子
１５  焼成前圧電素子領域        １６  セラミックグリーンシート積層体    １６ａ  １面
１８  境界線    １９  未焼成圧電素子    ２０  圧電素子領域
２１  焼成済セラミック親基板    ２２  境界線
【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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【図７】
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【図８】
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