(57)【要約】      （修正有）【課題】積層アクチュエータの欠陥を高精度で発見するためのスクリーニング方法および製造方法を提供する。【解決手段】圧電セラミックス層５１と電極層とを相互に積層してなる積層アクチュエータ５０と抵抗Ｒ２とを直列に接続した回路を形成した後、その回路に１．７ｋＶ／ｍｍ以下の直流電圧Ｖ１を印可し、その抵抗Ｒ２の電圧測定値Ｖ２から積層アクチュエータの抵抗値Ｒ１を求め、積層アクチュエータの抵抗値Ｒ１の推移から欠陥の有無を判断する。【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電極層とを相互に積層してなる積層アクチュエータと抵抗とを直列に接続した回路を形成した後、その回路に１．７ｋＶ／ｍｍ以下の直流電圧を印可し、その抵抗の電圧測定値から積層アクチュエータの抵抗値を求め、積層アクチュエータの抵抗値の推移から欠陥の有無を判断することを特徴とする積層アクチュエータのスクリーニング方法。
【請求項２】
直流電圧を５０〜１７０時間印可することを特徴とする請求項１に記載の積層アクチュエータのスクリーニング方法。
【請求項３】
圧電セラミックス層と電極層とを相互に積層してなる積層アクチュエータと抵抗とを直列に接続した回路を形成する工程、その回路に１．７ｋＶ／ｍｍ以下の直流電圧を印可し、その抵抗の電圧測定値から積層アクチュエータの抵抗値を求める工程、積層アクチュエータの抵抗値の推移から欠陥の有無を判断する工程を含むことを特徴とする積層アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
直流電圧を５０〜１７０時間印可することを特徴とする請求項３に記載の積層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、積層型の圧電アクチュエータの絶縁層に生じるクラック、穴等の欠陥を発見するためのスクリーニング方法および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータは、材料の圧電効果によって電気エネルギーを機械的変位に変換する特性を利用し、光学機器、精密機械、工作機械、小型モータ等のさまざまな装置の駆動源として用いられる。通常、圧電現象を示すＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電セラミックの両面に電極層を設け、これを積層した積層型の圧電アクチュエータ（以下、単に「積層アクチュエータ」と呼ぶ。）が用いられる。
【０００３】
積層アクチュエータは、例えば、セラミックグリーンシートの片面に導体ペーストを印刷し、複数の圧電セラミック層を積層した後、セラミックと導電体とを同時焼成して製造される。また、圧電セラミックを焼成した後、その少なくとも一方の面にめっき、スパッタ等で電極層を形成し、これを接着剤によって複数枚接合して製造されることもある。
【０００４】
図５は、積層アクチュエータの一例を模式的に示す図であり、（Ａ）は積層アクチュエータの全体を示す斜視図であり、（Ｂ）は部分拡大図である。図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、積層アクチュエータ５０は、例えば、圧電セラミック５１と、圧電セラミック５１間に形成される電極層５２と、電極層５２に交互に接続するために形成された絶縁膜５３を設けて、絶縁膜５３の形成されていない電極層５２に接続される左右１本ずつの外部電極５４と、外部電極５４に接続される外部接続端子５５とを有している。上下方向に隣り合う電極層５２は、絶縁膜５３によって交互に被覆され左右が互い違いになっているので、１つの電極層５２は一方の外部電極５４にのみに接続され、他方の外部電極５４には接続されない。これにより、上下方向に隣り合う電極層５２どうしは異極を形成し、それぞれの外部電極５４に電圧を印加することで、電極層５２間にある圧電セラミック５１に変位が生じ、駆動源（アクチュエータ）となる。
【０００５】
なお、外部電極５４への外部接続端子５５の接続は、半田による熱によって圧電セラミック５１にクラックを発生させたり、変位量の劣化が発生しやすいので、低温半田を用いて接合したり、積層型圧電アクチュエータ５０の上に絶縁板等を設けて、そこで半田接合している。また、通常外部電極５４の導体ペーストには、導通抵抗の小さい銅ペーストを用いている。
【０００６】
ここで、積層アクチュエータの変位量を増大すべく、圧電セラミックの厚みを薄くし、その積層数を増やすことが行われるが、このような薄いセラミックスでは、焼成時の温度ムラ、歪により生じるクラック、穴、積層時のクラックなどの欠陥が発生することがある。これらの欠陥が生じると、変位不足、絶縁抵抗低下といった様々問題が生じやすくなる。
【０００７】
このような欠陥のスクリーニング方法としては、例えば、特許文献１には、「圧電層と内部電極層とを交互に積層してなる積層型圧電体素子において、圧電層を介して隣接する内部電極層が交互に異なる電位となるよう積層型圧電体素子に直流電圧を印加することにより発生する検出電流をモニタすることで不良品を分別することを特徴とする積層型圧電体素子の検査方法。」に関する発明が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−５７２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の発明では、その実施例に記載されるように、２．０ｋＶ／ｍｍもの高電圧を印加している。セラミック積層コンデンサなどであれば、このような高圧でも良いが、積層アクチュエータのようにセラミック層の厚みが薄い積層体の場合には、このような高電圧ではセラミック層にクラックなどの欠陥を生じさせる危険がある。また、引用文献１に記載の発明では、１２０秒またはそれ以下の短時間でその欠陥を検査するものであるが、電流を印可した直後は測定値が安定しないため、この方法では正確な検査をすることができない。また、クラックなどの欠陥が存在しても、初期の絶縁抵抗が高い場合もあり、短時間の検査では欠陥を見逃すおそれがある。
【００１０】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、低圧の直流電圧を印加することにより、積層アクチュエータに欠陥を生じさせることなく、高い検査精度で欠陥を発見することができる積層アクチュエータのスクリーニング方法および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】
【００１１】
（１）圧電セラミックス層と電極層とを相互に積層してなる積層アクチュエータと抵抗とを直列に接続した回路を形成した後、その回路に１．７ｋＶ／ｍｍ以下の直流電圧を印可し、その抵抗の電圧測定値から積層アクチュエータの抵抗値を求め、積層アクチュエータの抵抗値の推移から欠陥の有無を判断する積層アクチュエータのスクリーニング方法。
【００１２】
（２）圧電セラミックス層と電極層とを相互に積層してなる積層アクチュエータと抵抗とを直列に接続した回路を形成する工程、その回路に１．７ｋＶ／ｍｍ以下の直流電圧を印可し、その抵抗の電圧測定値から積層アクチュエータの抵抗値を求める工程、積層アクチュエータの抵抗値の推移から欠陥の有無を判断する工程を含む積層アクチュエータの製造方法。
【００１３】
上記（１）の積層アクチュエータのスクリーニング方法および上記（２）の積層アクチュエータの製造方法においては、直流電圧を５０〜１７０時間印可することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、セラミック層に欠陥を生じさせない程度の低圧の直流電圧を印加することにより、積層アクチュエータに欠陥を生じさせることなく、高い検査精度で欠陥を発見することができるので、高品質な積層アクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（１）スクリーニング方法について
図１は、本発明の積層アクチュエータのスクリーニング方法に用いられる回路図である。図１に示すように、本発明の積層アクチュエータのスクリーニング方法においては、例えば、圧電セラミックス層５１と電極層（図示しない）とを相互に積層してなる積層アクチュエータ５０と抵抗Ｒ２とを直列に接続した回路を形成した後、その回路に１．７ｋＶ／ｍｍ以下の直流電圧Ｖ１を印可し、その抵抗Ｒ２の電圧測定値Ｖ２から積層アクチュエータの抵抗値Ｒ１を求め、積層アクチュエータの抵抗値Ｒ１の推移から欠陥の有無が判断される。
【００１６】
なお、積層アクチュエータの抵抗値Ｒ１は、印可した直流電圧Ｖ１、抵抗の抵抗値Ｒ２、抵抗の電圧測定値Ｖ２から下記式により求められる。この回路の抵抗値Ｒ２には、特に制約はないが、１０Ω程度のものを用いればよい。
Ｒ１＝Ｒ２×（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ２
【００１７】
ここで、回路に印可する直流電圧は、１．７ｋＶ／ｍｍ以下とする必要がある。これは、電圧が１．７ｋＶ／ｍｍを超える場合、圧電セラミック層にクラックなどの欠陥を生じさせる場合があるからである。電圧の下限には制限はないが、セラミックス中の５０μｍ以上の大きなボイドの欠陥をスクリーニングするためには、１．０ｋＶ／ｍｍ以上とすることが望ましい。なお、印加電圧としては、積層アクチュエータの最大駆動電圧値を用いればよい。
【００１８】
通電時間（直流電圧の印加時間）は、５０〜１７０時間とするのが好ましい。クラックなどの欠陥が存在していても初期の絶縁抵抗が高い場合があり、５０時間未満の通電時間では、欠陥を発見できない場合がある。通電時間は長い方がよいが、抵抗の低下は概ね１００〜１５０時間に生じることが多い。それを超えて通電しても検査時間が長期化するだけなので、通電時間は１７０時間以下とするのが望ましい。
【００１９】
図２は、本発明の積層アクチュエータのスクリーニング方法において得られる抵抗値の推移を例示した図であり、（Ａ）は良品の例、（Ｂ）および（Ｃ）は不良品の例を示している。クラック等の欠陥がない積層アクチュエータの場合、図２（Ａ）に示すように、抵抗値Ｒ１は、一定時間経過後一定値に収束していき、基準抵抗値を下回らないが、欠陥がある積層アクチュエータの場合、例えば、図２（Ｂ）に示すように、ある時間帯だけ基準抵抗値を下回り、回復するか、図２（Ｃ）に示すように、一定時間を超えると、基準抵抗値を下回ってしまう。
【００２０】
本発明においては、通電時間中の抵抗値Ｒ１の変化をモニタリングし、基準抵抗値を下回るか否かで、積層アクチュエータの欠陥の有無を判定することができる。
【００２１】
（２）製造方法について
本発明の積層アクチュエータの製造方法においては、その最終段階において、積層アクチュエータと抵抗とを直列に接続した回路を形成し、その回路に１．７ｋＶ／ｍｍ以下の直流電圧を印可して、その抵抗の電圧測定値から積層アクチュエータの抵抗値を求め、積層アクチュエータの抵抗値の推移から欠陥の有無が判断される。
【００２２】
ここで、積層アクチュエータは、通常の方法で製造することができる。即ち、まず、ＰｂＯ、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2その他の添加物で構成されるセラミックの粉末材料を所定の組成になるように秤量し、水を加えてボールミルで所定時間粉砕混合する。次に、混合粉末を乾燥機で乾燥させて水分を除去し、乾燥粉末を６００〜１０００℃程度で仮焼成し、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3系圧電セラミックの仮焼成粉末を製造する。この仮焼成粉末を水と共にボールミル中で粉砕して粒度をそろえた後、更に、ＰＶＡまたはアクリル系等のバインダーを加えてスプレードライヤーで造粒し粉体原料とする。この粉体原料を用いて粉体プレス成形によって所定の大きさのブロック体を形成し、大気中で１０００〜１３００℃で焼成する。焼成したブロック体を切断し、研磨加工をして所望の厚み、０．０５〜０．３０ｍｍの圧電セラミックを製造する。
【００２３】
この圧電セラミックに無電解ニッケルめっきを施し、電極層を形成し、１〜４ｋＶ／ｍｍの電圧を印加して分極を行い、エポキシ系樹脂からなる接着剤を用いて複数枚、例えば１５０枚の圧電セラミックを接合し、積層体を形成する。この積層体の、アクチュエータとして機能した時に変位方向に対して直角をなす面に、銅粒子に銀がコートされた銅ペーストを用いて外部電極の部分を形成する。外部電極の形成に当たっては、先ず電極層が圧電セラミックの端面から露出している部分に圧電セラミックの１層おきに左右は交互となるように、絶縁樹脂等を用いて絶縁膜を被覆する。
【００２４】
そして、絶縁膜上および絶縁膜で覆われていない電極層上に上下方向に外部電極をそれぞれ形成して、１層おきの全ての電極層が接続した外部電極を形成する。外部電極は、それぞれ正負電極となる異極電極を形成する。なお、外部電極は、１面側にそれぞれ正負電極を形成したが、１層おきの電極層を相対向する面にそれぞれ露出させ、それぞれの面に独立させて、外部電極を形成することもできる。また、この場合には、絶縁膜を形成しなくてもよい。
【００２５】
なお、圧電セラミックは、ＰＺＴに限定されるものではなく、マグネシウムニオブ酸−チタン酸鉛系、ニッケルニオブ酸−チタン酸−ジルコン酸鉛系、チタン酸バリウム系、チタン酸鉛系等の他の圧電セラミックを用いてもよい。
【実施例】
【００２６】
厚み０．１１ｍｍの圧電セラミックに内部電極を形成し、これを１５０枚積層し、これに外部電極を形成し、これを外部接続端子に接続して積層アクチュエータを作製した。このうち１０個分を選び、それぞれ図１に示す回路（Ｒ２＝１０Ω）に接続し、１０個の回路を用意した。これを１０チャンネルのハイブリッドレコーダに接続し、同時に１５０Ｖ（１．３６ｋＶ／ｍｍ）の直流電圧を１６８時間印可し、通電時間における積層アクチュエータの抵抗を逐次測定した。これらの結果をそれぞれ図３（Ａ）〜（Ｅ）および図４（Ａ）〜（Ｅ）に示す。
【００２７】
図３（Ａ）〜（Ｅ）および図４（Ａ）〜（Ｃ）に示す例は、通電時間内にＲ１の値が変動するものの、抵抗が基準値（この種類の積層アクチュエータでは、５．０×１０8Ω）を下回らなかったが、図４（Ｄ）に示す例では、通電時間が１２０時間の時に１度だけ、図４（Ｅ）に示す例では、通電時間が１０８〜１６８時間の間、抵抗が基準時を下回った。これにより、図４（Ｄ）および（Ｅ）に示す例は、欠陥が生じていたことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、セラミック層に欠陥を生じさせない程度の低圧の直流電圧を印加することにより、積層アクチュエータに欠陥を生じさせることなく、高い検査精度で欠陥を発見することができるので、高品質な積層アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の積層アクチュエータのスクリーニング方法に用いられる回路図。
【図２】本発明の積層アクチュエータのスクリーニング方法において得られる抵抗値の推移を例示した図。（Ａ）は良品の例、（Ｂ）および（Ｃ）は不良品の例。
【図３】実施例における積層アクチュエータの抵抗の推移を示す図。
【図４】実施例における積層アクチュエータの抵抗の推移を示す図。
【図５】積層アクチュエータの一例を模式的に示す図。（Ａ）は積層アクチュエータの全体を示す斜視図、（Ｂ）は部分拡大図。
【符号の説明】
【００３０】
５０：積層アクチュエータ、
５１：圧電セラミック、
５２：電極層、
５３：絶縁膜、
５４：外部電極、
５５：外部接続端子、
【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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