(57)【要約】【課題】  ガラス絶縁層および圧電セラミックス層の欠けを抑制し、より信頼性を向上させた積層型圧電アクチュエータ及びその製造方法を提供する。【解決手段】  圧電セラミックス層１と内部電極層３とを交互に積層する工程と、一対の対向側面の内部電極層３の露出部分をそれぞれ異なる一層おきにガラス絶縁層４で被覆し積層体を形成する工程と、積層体の一対の対向側面において内部電極層３と垂直方向に一定間隔で帯状の樹脂層６を形成する工程と、樹脂層６部分で積層体を切断する工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックス層と内部電極層とが交互に複数積層され、前記内部電極層が側面に露出し、一対の対向側面の前記内部電極層の露出部分がそれぞれ異なる一層おきにガラス絶縁層で被覆され、前記ガラス絶縁層で被覆されていない前記内部電極層をそれぞれの側面で電気的に接続する外部電極が形成された積層型圧電アクチュエータにおいて、前記一対の対向側面の左右端部に帯状の樹脂層を有することを特徴とする積層型圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記樹脂層のＪＩＳＫ７２１５に規定されるタイプＤのデュロメータ硬度が６０〜９０であることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電アクチュエータ。
【請求項３】
圧電セラミックス層と内部電極層とを交互に積層する工程と、一対の対向側面の前記内部電極層の露出部分をそれぞれ異なる一層おきにガラス絶縁層で被覆し積層体を形成する工程と、前記積層体の一対の対向側面において前記内部電極層と垂直方向に一定間隔で帯状の樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層部分で前記積層体を切断する工程とを含むことを特徴とする積層型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、電気エネルギーを変位量や機械エネルギーに変換する装置である、圧電アクチュエータおよびその製造方法に関するもので、特に複数層の圧電振動子を積層してなる、積層型圧電アクチュエータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータは、圧電素子に電圧を印加することにより駆動力を得るアクチュエータである。一般に電気エネルギーを駆動力に変換する際の変換効率が高く、応答速度も速く、さらに小型軽量でありながら発生する駆動力が大きいことから、カメラ、計測機器、その他の精密機器におけるデバイスの駆動や精密な位置決めのために利用されている。
【０００３】
積層型圧電アクチュエータは、圧電縦効果を有する圧電振動子を複数層積層して構成されるアクチュエータであり、一般に圧電セラミックス層と内部電極層とを交互に積層し、焼結することによって得られる、圧電セラミックス積層体を用いて作製される。
【０００４】
積層型圧電アクチュエータの変位量は、圧電セラミックス層と内部電極層の積層数に比例し、また必要な駆動電圧は圧電セラミックス層の厚さに比例するので、圧電セラミックス層の各層の厚さを薄くすることで小型化・低電圧化を実現することができる。
【０００５】
積層型圧電アクチュエータの場合、圧電セラミックス層と内部電極層を交互に積層し、積層体側面に露出した内部電極層を、一方の側面では偶数番目を被覆するガラス絶縁層を形成し、一方の側面と対向する他方の側面では奇数番目を被覆するガラス絶縁層を形成し、ガラス絶縁層により被覆されていない内部電極層を、それぞれの側面において電気的に接続する外部電極を形成する。このようなガラス絶縁層の形成は特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１９６６５６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の積層型圧電体の製造方法においては、積層体を個片に加工した後にガラス絶縁層を形成しているが、積層体にガラス絶縁層を形成した後に、個片に加工するほうが工数的に有利である。しかしながら、ガラス絶縁層を個片に加工するために切断する際に、圧電セラミックス層とガラス絶縁層の機械的な強度差に起因して、切断加工時に圧電セラミックス層、またはガラス絶縁層に欠けが発生しやすく、絶縁不良の原因となることがある。そのため、これら積層型圧電アクチュエータの切断工程においては、切断条件の精細な制御が必要であり、生産性向上が課題となっている。
【０００８】
従って、本発明の課題はガラス絶縁層および圧電セラミックス層の欠けを抑制し、より信頼性を向上させた積層型圧電アクチュエータ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の積層型圧電アクチュエータ及びその製造方法は上記課題の解決のため、ガラス絶縁層および圧電セラミックス層の保護を検討した結果なされたものである。
【００１０】
すなわち、本発明の積層型圧電アクチュエータは、圧電セラミックス層と内部電極層とが交互に積層され、前記内部電極層が側面に露出し、一対の対向側面の前記内部電極層の露出部分がそれぞれ異なる一層おきにガラス絶縁層で被覆され、前記ガラス絶縁層で被覆されていない前記内部電極層をそれぞれの側面で電気的に接続する外部電極が形成された積層型圧電アクチュエータにおいて、前記一対の対向側面の左右端部に帯状の樹脂層を有することを特徴とする。また、前記樹脂層のＪＩＳＫ７２１５に規定されるタイプＤのデュロメータ硬度（以下、「デュロメータ硬度」という。）が６０〜９０であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の積層型圧電アクチュエータの製造方法は、圧電セラミックス層と内部電極層とを交互に積層する工程と、一対の対向側面の前記内部電極層の露出部分をそれぞれ異なる一層おきにガラス絶縁層で被覆し積層体を形成する工程と、前記積層体の一対の対向側面において前記内部電極層と垂直方向に一定間隔で帯状の樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層部分で前記積層体を切断する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、一対の対向側面の左右端部に帯状の樹脂層を有する積層型圧電アクチュエータおよび積層体の一対の対向側面において内部電極層と垂直方向に一定間隔で帯状の樹脂層を形成する工程と、樹脂層部分で前記積層体を切断する工程とを含む積層型圧電アクチュエータの製造方法により、対向側面の左右端部、即ち角部が樹脂層で保護され耐衝撃に強い積層型圧電アクチュエータを提供でき、ガラス絶縁層を形成してから後の工程において、個片素子に切断加工する際などの衝撃によるガラス絶縁層および圧電セラミックス層の欠けを抑制し、生産性・信頼性の高い積層型圧電アクチュエータ及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の積層型圧電アクチュエータの製造方法を説明する斜視図。
【図２】積層型圧電アクチュエータの製造工程のブロック体を説明する斜視図。
【図３】積層型圧電アクチュエータの製造工程のスライス体を説明する斜視図。
【図４】図１のＡ−Ａ線における断面図。
【図５】本発明の実施例１による積層型圧電アクチュエータの斜視図。
【図６】本発明の実施例２による積層型圧電アクチュエータの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の積層型圧電アクチュエータ及びその製造方法について図面を参照して説明する。
【００１５】
本発明の積層型圧電アクチュエータ及びその製造方法は、一対の対向側面の左右端部に帯状の樹脂層を形成するものであり、樹脂層の形成以外は、基本的には従来の工法を適用できる。図１は本発明の積層型圧電アクチュエータの製造方法を説明する斜視図である。図２は積層型圧電アクチュエータの製造工程のブロック体を説明する斜視図である。図３は積層型圧電アクチュエータの製造工程のスライス体を説明する斜視図である。まず図２に示すようにチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス等からなる圧電セラミックス層１と銀やパラジウムなどを主成分とする内部電極層３を交互に積み重ねてブロック体を形成する。ブロック体の最上部と最下部の圧電セラミックス層は圧電セラミックス不活性層２となる。次に図３に示すように、図２のブロック体を所定の厚みに切断加工しスライス体を形成する。次に図１に示すように一対の対向側面の内部電極層３の露出部分をそれぞれ異なる一層おきにガラス絶縁層４で被覆し積層体を形成する。即ち、一対の対向側面に露出した内部電極層３を、一方の側面では偶数番目を被覆するガラス絶縁層４を形成し、他方の側面では奇数番目を被覆するガラス絶縁層４を形成する。次にガラス絶縁層４により被覆されていない内部電極層３を、それぞれの側面において電気的に接続する外部電極５を形成する。次にスライス体を本発明の積層型圧電アクチュエータの個片素子に切断加工する前に、圧電セラミックス層１、内部電極層３、ガラス絶縁層４の切断する部分（切断代）上にアクリル系、エポキシ系、ウレタン系およびシリコン系の樹脂などを用いて切断代を覆う帯状の樹脂層６を形成する。樹脂層６の幅は２ｍｍ程度、厚みは２０〜３０μｍ程度とする。樹脂層６は内部電極層３と垂直方向に一定間隔に形成する。その後、切断代をワイヤーソーまたはダイシングソーなどの切断手段により切断し積層型圧電アクチュエータとする。積層型圧電アクチュエータの製造において、ガラス絶縁層４、外部電極５を形成した後、所定寸法の個片素子に切断加工する際に、切断代上にあらかじめ樹脂などで保護領域となる樹脂層６を形成し、切断加工時の衝撃および、後工程における衝撃を緩和する緩衝材として利用することができガラス絶縁層や圧電セラミックス層の欠けを防止することが可能となる。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００１７】
（実施例１）
まずチタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３を主成分とした圧電セラミックス原料粉末に、有機バインダーや有機溶剤などを混合し分散させたスラリーを作製した。次に成膜プロセスによりスラリーを１００μｍの厚みに薄膜化することで得られる圧電セラミックスのシートに銀・パラジウムを主成分とする金属ペーストを内部電極として印刷し、図２に示すように８０枚重ね合わせ、圧電セラミックス層１と内部電極層３を交互に積み重ねた後、脱バインダー処理し、焼成してブロック体（６０×４０×２０ｍｍ）を作製した。このブロック体を図３に示すようにスライスに切断しスライス体を作製した（６０×５×２０ｍｍ）。次に図１に示すように、電気泳動法により、一方の側面では偶数番目を被覆するガラス絶縁層４を形成し、一方の側面と対抗する他方の側面では奇数番目を被覆するガラス絶縁層４を形成した。さらに、それぞれの積層体の対向側面において絶縁されていない内部電極同士を電気的に接続する銀・パラジウムを主成分とする外部電極ペーストを印刷・焼付し、外部電極５を形成し積層体を製作した。
【００１８】
この積層体を所定寸法の個片素子に切断加工することで、圧電セラミックス素子の外形が出来上がる。圧電セラミックス素子に分極処理を施し、製品に応じてリード線などを取り付ける組立工程を経て、積層型圧電アクチュエータが得られる。
【００１９】
図４は図１のＡ−Ａ線における断面図である。本実施例１の場合、図１、図４に示すようにスライス体の切断代上にガラス絶縁層４や圧電セラミックス層を保護するように、熱硬化型もしくはＵＶ硬化型エポキシ系樹脂を内部電極層３と垂直方向に一定間隔で帯状に印刷し、硬化させることで、樹脂層６を形成した。これにより切断工程・組立工程においておこるガラス絶縁層４や圧電セラミックス層１の欠けを防ぐ。
【００２０】
本実施例１では底面５×５ｍｍ高さ２０ｍｍの積層型圧電アクチュエータを製造した。樹脂層６には熱硬化型エポキシ樹脂（熱硬化型ソルダーレジスト  太陽インキ社製）を使用し、幅は１．２ｍｍ、樹脂層の厚みは３０μｍ、熱硬化後のデュロメータ硬度を８０とした。
【００２１】
図５は本発明の実施例１による積層型圧電アクチュエータの斜視図である。本実施例１では、図５に示すように素子切断部分のガラス絶縁層４のある範囲に樹脂層６を設けた。その後ワイヤーソーにてスライス体を個片素子に切断加工し積層型圧電アクチュエータを得た。その後組立工程においてリード線を取り付け、積層型圧電アクチュエータを製作した。
【００２２】
（実施例２）
図６は本発明の実施例２による積層型圧電アクチュエータの斜視図である。実施例２は図６に示すように、圧電セラミックス不活性層２を含む切断代の全体即ち縦断する範囲に樹脂層６を設けた以外は実施例１と同様に積層型圧電アクチュエータを製作した。
【００２３】
（比較例１）
比較例１は樹脂層を設けない以外は実施例１と同様に積層型圧電アクチュエータを製作した。
【００２４】
積層型圧電アクチュエータの製造において、切断代上に樹脂層を設けない比較例１と、ガラス絶縁層のある範囲に樹脂層を設けた実施例１、さらに圧電セラミックスの不活性層を含む切断代すべてに樹脂層を設けた実施例２について、切断加工後、および組立工程後の製品状態、すなわちガラス絶縁層および圧電セラミックス層の欠けの状態を比較した結果を表１に示す。
【００２５】
なお、ガラス絶縁層の欠けとは、顕微鏡で観察し、ひびが素子と接触している面まで届いているものとする。また、圧電セラミックス層の欠けとは、顕微鏡で観察し、幅・深さいずれかが０．５ｍｍ以上のものとする。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１より、切断代上のガラス絶縁層のある範囲に樹脂層を設けることで、切断加工後および組立工程後のガラス絶縁層の欠けが減少していることが分かる。また、同様に切断代すべてに樹脂層を設けることで、圧電セラミックス層の欠けが減少していることが分かる。
【００２８】
（実施例３〜６）
実施例２の樹脂層に塗布する樹脂のデュロメータ硬度を５４〜９２に変えて欠けの発生率を比較した結果を表２に示す。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
表２より、デュロメータ硬度６０未満の樹脂について、ガラス絶縁層および圧電セラミック層の欠けが発生しており、デュロメータ硬度６０未満の樹脂では、欠けの低減の効果が少ないことが分かった。また、同様にデュロメータ硬度９０を超える樹脂についても、ガラス絶縁層および圧電セラミック層の欠けが発生しており、デュロメータ硬度９０を超える樹脂では、欠けの低減の効果が少ないことが分かった。欠け低減の大幅な効果を得るためには、デュロメータ硬度６０〜９０の樹脂を塗布することが好ましい。
【符号の説明】
【００３１】
１  圧電セラミックス層
２  圧電セラミックス不活性層
３  内部電極層
４  ガラス絶縁層
５  外部電極
６  樹脂層
【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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