(57)【要約】【課題】量産的に外部電極の形成が可能な積層型圧電アクチュエータの製造方法を提供すること。【解決手段】パターンが刻印された第１のグラビアロール２１の表面に絶縁ペーストを充填した後、第１のグラビアロール２１に接して回転する第１の転写ロール２２の表面に絶縁物ペースト２３を転移させ、次にセラミック積層体１の内部電極層の露出端部に転写することによって、内部電極層の露出端部に絶縁部を１つ置きに設け、このとき絶縁被覆されなかった内部電極の露出端部の全てを電気的に接続するために、第２のグラビアロール３１および第２の転写ロール３２により導電ペースト３３を塗布した後、１回の焼き付け工程により、外部電極を形成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性のセラミック層と内部電極層が交互に積層されて、多角柱の形状をなし、内部電極層が１つ置きに等電位となるように電気的に接続されてなる１対の外部電極を有する積層型圧電アクチュエータの製造方法において、前記内部電極層の端部が露出する前記多角柱の１つの面上で、前記内部電極層の端部を１つ置きに絶縁物で被覆した後、絶縁被覆されなかった内部電極層の端部を、全て電気的に接続する導電層を設けて外部電極を形成する工程として、（１）パターンが刻印されたグラビアロールの表面に絶縁ペーストを充填した後、前記グラビアロールに接して回転する転写ロールの表面に絶縁物ペーストを転移させ、次に前記多角柱の内部電極層の露出端部に転写することによって、前記内部電極層の露出端部に絶縁部を１つ置きに設ける第１の転写部と、（２）前記第１の転写部によって絶縁部が設けられた前記多角柱の面上で、絶縁被覆されなかった内部電極の露出端部の全てを電気的に接続するために、前記グラビアロールおよび転写ロールと同じ機構を用いて導電ペーストによる前記導電層を設ける第２の転写部とを有する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。
【請求項２】
前記１対の外部電極を形成する前記多角柱の２つの面は、ほぼ平行であり、前記第１の転写部において、ほぼ同時に前記絶縁部を形成した後、前記第２の転写部において、１対の外部電極となる２つの前記導電層をほぼ同時に形成す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の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁ペーストは、ガラス、セラミック等の無機絶縁物をフィラーとして含むことを特徴とする請求項１または２に記載の積層型圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
前記導電ペーストは、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔの少なくとも１種の低抵抗金属粉末を含み、前記絶縁ペーストと前記導電ペーストを同時に焼き付けることを特徴とする請求項３に記載の積層型圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記絶縁ペーストは、熱硬化性の高分子材料を主体とする有機絶縁物であることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記導電ペーストは、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔの少なくとも１種の低抵抗金属微粉末と熱硬化性の高分子材料を含むペーストであることを特徴とする請求項５に記載の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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電効果を利用して電気的エネルギーを変位あるいは機械エネルギーに変換する圧電アクチュエータの製造方法に係り、特に、複数の内部電極とセラミックスを一体焼結した積層型圧電アクチュエータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から精密位置決め装置や精密Ｘ−Ｙテーブルのアクチュエータとして、ボイスコイルモータやパルスモータ等の電磁式アクチュエータが使用されている。しかし、近年、位置決め精度、応答速度、消費電力等において電磁式アクチュエータより優れている圧電アクチュエータが多く使用されている。
【０００３】
圧電アクチュエータには、積層型とバイモルフ型の２種類があり、積層型は高変位精度と発生力の大きさにおいて、バイモルフ型は変位量の大きさにおいて、それぞれ特徴があり、精密位置決め装置や精密Ｘ−Ｙテーブルのアクチュエータとしては積層型が多く用いられている。
【０００４】
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を交互に積層し、焼結することによって得られるセラミック積層体からなる。積層型圧電アクチュエータの変位量は、各圧電セラミックス層に印加する電圧が一定の場合、圧電セラミックス層と内部電極層の積層数に比例するので、圧電セラミックス層の厚みを薄くし、積層数を多くすることで変位量を多くし、かつ低電圧駆動化がなされている。
【０００５】
また、積層型圧電アクチュエータの変位方向と直交する圧電セラミック層の断面積と内部電極層の断面積とを一致する構造とすることで、内部応力の集中を無くすことが可能であり、大きな発生力を得ることができる。
【０００６】
図３を参照して、積層型圧電アクチュエータの構造を説明する。ジルコンチタン酸鉛系の圧電セラミックス層１１と銀パラジウム合金の内部電極層１２が交互に複数積層され、セラミック積層体１が形成される。また、内部電極層１２は一層置きに互いに対向する電極となるように、すなわち圧電セラミックス層のそれぞれには並列に電圧が印加されるように外部電極が形成される。
【０００７】
そのために、セラミック積層体１の１つの側面において、ガラスの絶縁部１３が層状に１つ置きに形成され、その側面においてガラス絶縁されていない内部電極層の端部を電気的に接続する外部電極１４が形成され、さらにリード線１５が備えられる。なお、図３は模式的であり、実際の積層数は、もっと多い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来、外部電極の形成方法として、セラミック積層体の内部電極に一層置きのガラス絶縁部を形成するために、特許１６５５０１３号公報に示されているように電気泳動法によるガラスの塗布および焼き付けを行った後に、スクリーン印刷法などによって、ガラス絶縁部で被覆されていない内部電極の露出部に導電性の金属ペーストを印刷し焼き付ける方法や金属めっき膜、蒸着膜などを形成する方法がなされていた。
【０００９】
しかしながら、ペーストを焼き付ける方法の場合、ガラス絶縁部と導電膜を焼き付ける工程が２回以上となり、セラミック積層体への熱ストレスが大きくなり信頼性の低下に繋がる。
【００１０】
また、金属めっき膜の場合、セラミック積層体をめっき液に浸漬し形成するため、めっき液が酸・アルカリ溶液であるためセラミックの浸食や電極への残さによって、アクチュエータとして駆動させるときの電圧印加により、内部電極のマイグレーションを引き起こす場合があった。
【００１１】
また、蒸着膜の場合、工程が複雑であり量産に適していなかった。
【００１２】
そこで、本発明は、量産的に外部電極の形成が可能な積層型圧電アクチュエータの製造方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、圧電性のセラミック層と内部電極層が交互に積層されて、多角柱の形状をなし、内部電極層が１つ置きに等電位となるように電気的に接続されてなる１対の外部電極を有する積層型圧電アクチュエータの製造方法において、前記内部電極層の端部が露出する前記多角柱の１つの面上で、前記内部電極層の端部を１つ置きに絶縁物で被覆した後、絶縁被覆されなかった内部電極層の端部を、全て電気的に接続する導電層を設けて外部電極を形成する工程として、（１）パターンが刻印されたグラビアロールの表面に絶縁ペーストを充填した後、前記グラビアロールに接して回転する転写ロールの表面に絶縁物ペーストを転移させ、次に前記多角柱の内部電極層の露出端部に転写することによって、内部電極層の露出端部に絶縁部を１つ置きに設ける第１の転写部と、（２）前記第１の転写部によって絶縁部が設けられた前記多角柱の面上で、絶縁被覆されなかった内部電極層の露出端部の全てを電気的に接続するために、前記グラビアロールおよび転写ロールと同じ機構を用いて導体ペーストによる前記導電層を設ける第２の転写部とを有する積層型圧電アクチュエータの製造方法が得られる。
【００１４】
本発明によれば、前記１対の外部電極を形成する前記多角柱の２つの面は、ほぼ平行であり、前記第１の転写部において、前記２つの面に、ほぼ同時に前記絶縁部を形成した後、前記第２の転写部において、１対の外部電極となる２つの前記導電層をほぼ同時に形成する積層型圧電アクチュエータの製造方法が得られる。
【００１５】
本発明によれば、前記絶縁ペーストは、ガラス、セラミック等の無機絶縁物をフィラーとして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が得られる。
【００１６】
本発明によれば、前記導電ペーストは、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔの少なくとも１種の低抵抗金属粉末を含み、前記絶縁ペーストと前記導電ペーストを同時に焼き付ける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が得られる。
【００１７】
本発明によれば、前記絶縁ペーストは、熱硬化性の高分子材料を主体とする有機絶縁物である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が得られる。
【００１８】
本発明によれば、前記導電ペーストは、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔの少なくとも１種の低抵抗金属微粉末と熱硬化性の高分子材料を含むペーストである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が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明による積層型圧電アクチュエータの外部電極形成方法を示す図であり、転写装置およびセラミック積層体は断面図で示した。また、図２は、本発明の積層型圧電アクチュエータにおける構成の説明図である。
【００２１】
図１を中心に、適宜、図２を参照して、本実施の形態の積層型圧電アクチュエータの外部電極形成方法を示す。
【００２２】
ここで用いる転写装置は、絶縁層を形成する第１の転写部１０１と電気的な接続を得るための導電層を形成する第２の転写部１０２およびセラミック積層体１を搬送する搬送部４から構成されている。
【００２３】
第１の転写部１０１は、第１のグラビアロール２１と第１の転写ロール２２より構成されており、セラミック積層体１の内部電極層１２の露出端部に対して、一層置きにガラス絶縁被覆を設ける。
【００２４】
まず、第１の転写部１０１には、第１のグラビアロール２１の凹部に絶縁ペースト２３を充填し、余剰の絶縁ペースト２３を凹部から掻き取るための第１のスキージ２４が具備され、凹部パターン内の絶縁ペースト２３が第１のゴムライニング２５を有する第１の転写ロール２２に転写される。
【００２５】
第１の転写ロール２２に転写された絶縁ペースト２３は、第１の転写ロール２２の回転方向と同一の方向に搬送される機構をもち、搬送部４に設置されたセラミック積層体１の内部電極層１２の端部に一層置きに転写される。
【００２６】
ここで、セラミック積層体１は直方体であり、また、第１の転写部においては、図１に示すように、セラミック積層体１の上面および下面に同時に、１対の外部電極となる導電層を塗布している。
【００２７】
次に、セラミック積層体１は第２の転写部１０２に搬送される。
【００２８】
第２の転写部は、第１の転写部と同様に、第２のグラビアロール３１と第２の転写ロール３２から構成されており、セラミック積層体１の内部電極層１２の露出端部で一層置きのガラス絶縁被覆されなかった内部電極層の露出端部の全てについて電気的な接続を施して、各セラミックス層に並列に電圧が印加できるように一対の電極層を形成する。
【００２９】
そのために、第２の転写部には、第２のグラビアロール３１の凹部に導電ペースト３３を充填し、凹部より余剰の導電ペースト３３を掻き取るための第２のスキージ３４が具備され、凹部パターンに充填された導電ペースト３３が第２のゴムライニング３５を有する第２の転写ロール３２に転写される。
【００３０】
転写された導電ペースト３３は、第２の転写ロール３２の回転方向と同一の方向に搬送される機構をもち、搬送部４に設置されたセラミック積層体１に転写される。
【００３１】
次に、図２を用いて、本発明の積層型圧電アクチュエータの構造を説明する。図２（ａ）は、ジルコンチタン酸鉛系の圧電セラミックス層１１と銀パラジウム合金の内部電極層１２が交互に複数積層されたセラミック積層体１を示す断面図である。図２（ｂ）は、第１の転写ロール２２によって、内部電極層１２に一層置きに互いに対向する電極となるよう絶縁部１３が層状に形成されている様子を示す断面図である。ここで、絶縁部１３の形成にはガラス、セラミック等の無機絶縁物がフィラーである絶縁ペーストを用いた。
【００３２】
図２（ｃ）は、絶縁被覆されていない内部電極層の露出端部の全てについて、第２の転写ロール３２によって、電気的な接続を施した様子を示す断面図であり、各圧電セラミックス層１１に並列に電圧が印加できるように一対の外部電極１４となる導体ペーストが塗布されている。
【００３３】
このガラス絶縁ペーストと導体ペーストが塗布されたセラミック積層体を１２０℃の乾燥機で１０分間乾燥させた後、４５０℃〜６００℃のリフロー炉でガラス絶縁ペーストと導電ペーストを焼き付けることによって積層型圧電アクチュエータが得られる。
【００３４】
本実施の形態における積層型圧電アクチュエータの寸法は、断面が５ｍｍ×５ｍｍで長さが１８ｍｍ、内部電極間隔が１１５μｍ、内部電極積層数が１５０枚である。
【００３５】
本発明による外部電極形成方法の効果を確認するため、（１）絶縁ペーストとして、ホウ珪酸系のガラスペーストと、導電ペーストとしてＡｇペーストを用いて形成した外部電極形成方法▲１▼と、（２）絶縁ペーストとして熱硬化性の高分子材料を主体とするペーストと、導電ペーストとして熱硬化型Ａｇペーストを用いて形成した外部電極形成方法▲２▼によって作製した積層型圧電アクチュエータについて、エージング試験を実施した。
【００３６】
試料に印加した直流電圧は１００ボルトであり、恒温高湿試験槽中の環境条件は、温度４０℃で相対湿度９０％である。
【００３７】
試験結果を表１に示す。比較例として、電気泳動法でガラス絶縁部を焼き付けた後、電気的な接続を得るための導電ペーストを焼き付ける外部電極形成方法で作製した積層型圧電アクチュエータも同時に環境負荷試験を実施した。試料数は、各々５０個とした。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
表１の結果より、本発明による外部電極形成方法▲１▼または▲２▼によれば、恒温高湿度の環境下でのエージング試験において、従来からある電気泳動法による比較例に対して、故障率が小さく、長寿命化が達成されたことがわかる。これは、外部電極形成時の熱ストレスが解消された結果である。
【００４０】
それとともに、外部電極を形成する方法が簡便になったため、生産効率の向上も図ることができた。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、環境負荷試験の結果が良好で、生産効率の良い積層型圧電アクチュエータの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による積層型圧電アクチュエータの外部電極形成方法を示す図。
【図２】本発明による積層型圧電アクチュエータの構造の説明図。図２（ａ）は圧電セラミックスと内部電極の積層体を示す断面図、図２（ｂ）はガラス絶縁部を形成した後の断面図、図２（ｃ）は外部電極層を形成した後の断面図。
【図３】積層型圧電アクチュエータの断面図。
【符号の説明】
１　　セラミック積層体
４　　搬送部
１１　　圧電セラミックス層
１２　　内部電極層
１３　　絶縁部
１４　　外部電極
１５　　リード線
２１　　第１のグラビアロール
２２　　第１の転写ロール
２３　　絶縁ペースト
２４　　第１のスキージ
２５　　第１のゴムライニング
３１　　第２のグラビアロール
３２　　第２の転写ロール
３３　　導電ペースト
３４　　第２のスキージ
３５　　第２のゴムライニング
１０１　　第１の転写部
１０２　　第２の転写部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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