(57)【要約】【課題】内部電極と外部電極との接続を十分に確保でき、外部電極と内部電極の放電現象による絶縁劣化や破壊を抑制し、その上、圧電特性が安定し、信頼性が高く、さらに、製造工程が複雑化しない積層型圧電アクチュエータを提供する。【解決手段】複数の圧電体２と複数の内部電極３ａ、３ｂとを交互に積層し、積層体１の外周面のうち外部電極４の形成される相対向する側面に露出した内部電極３ａ、３ｂの端部に沿って切り欠き溝５を一層毎形成し、その後、切り欠き溝５に樹脂６を充填させ、その上に外部電極４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】
圧電体と内部電極とを交互に積層して積層体を形成し、該積層体の表面に露出した内部電極を一層おきに外部電極に接続した積層型圧電アクチュエータの製造方法において、前記露出した内部電極に一層ごとに切り欠き溝を形成した後、前記内部電極が露出した側面に絶縁層を形成し、さらに、前記外部電極と同じ極性となる内部電極の端部のみを表面に露出させ、その後、前記側面に外部電極を形成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】
前記切り欠き溝を、前記積層体を貫通する穴を設けた後、該穴の中心を切断して形成することを特徴とする請求項１記載の積層型圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
前記貫通する穴を、打ち抜きプレス加工、レーザー加工、放電加工のいずれかの方法を用いて形成することを特徴とする請求項２記載の積層型圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
前記絶縁層を形成した後、前記外部電極と同じ極性となる内部電極の端部のみが表面に露出するまで前記側面を研削することを特徴とする請求項１〜３のいずれか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】
前記切り欠き溝に電気泳動法によりガラス粉末を塗布した後に熱処理し、前記ガラス粉末を溶融一体化することにより、前記切り欠き溝に前記絶縁層を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか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、積層型圧電アクチュエータの製造方法に関し、特に、外部電極の電気的接続について、任意に選択された積層電極部分を電気的に保護する絶縁体被膜（絶縁層）の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
積層型圧電アクチュエータなどの、積層体からなる積層型電子部品の多くは、セラミックスなどの材料を薄い電極で挟んだものを何層も重ねた構造になっている。このような積層素子は、小型化も相まって、一層毎に電気的接続端子を取り出すことが難しい。そのような素子では、接続を望まない内部電極層に絶縁部分を形成し、例えばプラス極の電極だけ、あるいはマイナス極の電極だけが露出した面を素子の端面に形成し、その面上に外部電極を形成して電気的接続を得る方法が一般的である。
【０００３】
上記のような構造の絶縁部分の形成方法には、主に２種類の方法がある。一つめは、図６（ａ）に示す全面電極構造と呼ばれる素子構造で、絶縁部分として絶縁層８を形成する方法である。これは、銀（Ａｇ）または銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）の内部電極７ａ、７ｂを印刷形成した圧電セラミックグリーンシートを内部電極７ａ、７ｂと交互に複数積層させて圧電セラミック積層体を作製し、その圧電セラミック積層体を焼成した後、積層体の側面に内部電極７ａ、７ｂを一層毎に対向電極となるように絶縁層８を形成し、さらに絶縁層８の上に銀を主成分とする導電性ペーストを塗布して外部電極９を形成することにより構成されるものである。
【０００４】
また二つめは、図６（ｂ）で示すような部分電極構造と呼ばれる素子構造で、内部電極１０ｂの一辺または一部を欠いて素子外部に電極の未露出部を形成し、電極間のセラミックス自体を絶縁物に用いる方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図６（ａ）に示す素子構造では、内部電極７ａ、７ｂ部分の欠損がないため、特性低下が生じないなどの利点がある。しかしながら、露出した内部電極７ａ、７ｂ端部においては、一層毎にガラス材からなる絶縁層８を電気泳動法により形成するため、セラミックの材質や表面状態により濡れ性が変わり、ガラス材の幅が広がってしまい絶縁に必要な厚みを確保するのが困難である。このように、絶縁層８が均一に十分厚く形成されない場合、絶縁されるはずの内部電極７ｂと外部電極９との間で放電現象を誘発し短絡状態に至る危険性があり、形成した絶縁層８が隣接する内部電極７ａの端部までを被覆してしまうと、外部電極９との電気的な導通が確保されなくなる。従って、歩留の向上のためには、厳密な工程管理が必要となり、製造が困難であるという問題があった。
【０００６】
一方、図６（ｂ）に示す素子構造では、内部電極１０ｂが外部に露出しないため放電現象を抑えるのに利点がある。しかしながら、内部電極を欠いてしまうため、電極のプラス、マイナス部分の重なりが小さくなり、圧電特性が低くなってしまう欠点があった。また、内部電極の形成には高い精度が要求されるため、製造工程が複雑となっていた。また、電極形成のわずかなずれにより特性のばらつきが発生しやすくなるなどの欠点もあった。
【０００７】
本発明は、内部電極と外部電極との接続を十分に確保でき、外部電極と内部電極の放電現象による絶縁劣化や破壊を抑制し、その上、圧電特性が安定し、信頼性が高く、さらに、製造工程が複雑化しない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目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧電体と内部電極とを交互に積層して積層体を形成し、該積層体の表面に露出した内部電極を一層おきに外部電極に接続した積層型圧電アクチュエータの製造方法において、前記露出した内部電極に一層ごとに切り欠き溝を形成した後、前記内部電極が露出した側面に絶縁層を形成し、さらに、前記外部電極と同じ極性となる内部電極の端部のみを表面に露出するさせ、その後、前記側面に外部電極を形成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である。
【０００９】
また、本発明は、前記切り欠き溝を、前記積層体を貫通する穴を設けた後、該穴の中心を切断して形成することを特徴とする上記の積層型圧電アクチュエータの製造方法である。
【００１０】
また、本発明は、前記貫通する穴を、打ち抜きプレス加工、レーザー加工、放電加工のいずれかの方法を用いて形成することを特徴とする上記の積層型圧電アクチュエータの製造方法である。
【００１１】
また、本発明は、前記絶縁層を形成した後、前記外部電極と同じ極性となる内部電極の端部のみが表面に露出するまで前記側面を研削することを特徴とする上記の積層型圧電アクチュエータの製造方法である。
【００１２】
また、本発明は、前記切り欠き溝に電気泳動法によりガラス粉末を塗布した後に熱処理し、前記ガラス粉末を溶融一体化することにより、前記切り欠き溝に前記絶縁層を形成することを特徴とする上記の積層型圧電アクチュエータの製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の積層型圧電アクチュエータは、次のようにして作製される。まず、図１及び図２に示すように、複数の圧電体２と複数の内部電極３ａ、３ｂとを交互に積層したグリーンシート積層体１８を作製し、作製したグリーンシート積層体１８にレーザー光、打ち抜きプレス法、放電加工などを用い、内部電極の端部に位置するようにあらかじめ決定した座標に積層体を貫通する穴１１の加工を施す。
【００１４】
次に、穴１１の中心を切断するように縦方向に一定間隔で切断ブレードにより切断して溝２０ａを形成した後、横方向にも一定間隔で切断ブレードにより切断して溝２０ｂを形成する。形成した溝２０ａ、２０ｂに沿って各個片を分離して積層体を得る。
【００１５】
その後、脱バインダー、焼結を行い、焼結積層体を得る。焼結積層体表面の相対向する側面には、内部電極端部が底部に露出した切り欠き溝５が一層毎に形成される。次に、この積層体外周面に外装樹脂６を被覆し、さらに外部電極４が形成される相対向する側面に平面研削を施し、形成する外部電極４と同極性となる内部電極３ａが表面に露出するまで研削加工する。これにより外部電極４の形成される側面は切り欠き溝５にのみ樹脂６が充填された状態が実現される。このように加工された積層体側面に外部電極４を形成し本発明の積層型圧電セラミックアクチュエータが得られる。
【００１６】
次に、図３に、絶縁層の第１の形成方法を示す。図３（ｂ）に示すように、同極性の内部電極３ｂと外部電極の電気的な接続は、積層体外周面に樹脂６を被覆した後、平面研磨することで確実に導通することができ、切り欠き溝５には十分な樹脂６が充填されるために異極性の内部電極３ａと外部電極との絶縁は十分に維持される。
【００１７】
さらに、図３（ａ）に示すように、切り欠き溝５の深さは、グリーンシート積層体に加工する円形の穴１１の形状を楕円形状などにすることでコントロールすることが可能である。これにより、外部電極と内部電極３ａとの距離を十分に確保することが可能となり、より高い信頼性を維持できる。また、切り欠き溝５に充填する樹脂６の厚みは、平面研削により容易かつ高精度にコントロールでき、溝の位置決めも高精度にコントロールできるため、内部電極層の重なりを一定に保つために、図６（ｂ）の従来の部分電極構造のように内部電極の印刷工程での精度が要求されずコストを低く抑えることが可能である。
【００１８】
次に、図４に、絶縁層の第２の形成方法を示す。図４に示すように、内部電極３ｂの端部を被覆する絶縁層１２は、ＩＣなどの半導体表面の絶縁保護技術として一般に使用されている電気泳動法によりガラス粉末を塗布し、しかる後に熱処理によりガラス粉末を溶融一体化する工程により形成する。
【００１９】
図５に示すような電気泳動装置を用いて絶縁層を形成することができる。切り欠き溝５ａが形成されている積層体１６の側面１７ｂに、電気泳動槽１３のリファレンス電極１５と対極となる電極平板１４を密着させ、切り欠き溝の形成されていない内部電極３ｂと電気的な導通を確保することで、導通した内部電極３ｂの端部にガラス材からなる膜状の絶縁層１２が形成される。この際、電極平板１４と密着している側面１７ｂには絶縁層は形成されず、対向する側面１７ａでは切り欠き溝５ａ内の内部電極３ｂ端部に絶縁層１２が形成される。
【００２０】
次に、切り欠き溝５ａに絶縁層１２の形成された側面１７ａと電極平板１４を密着させ電気泳動を行えば、対向する側面１７ｂの切り欠き溝５ｂ内の内部電極３ａの端部に絶縁層が塗布形成されることになる。
【００２１】
本発明によれば、これまで電気泳動法で積層体へ絶縁部分を形成する際に必要となっていた、特定の電極に針などで電気的導通を形成したり、一旦、部分電極構造で素子を作製し、絶縁層の形成後に不要になった部分電極部を切り落としたりする工程などがすべて必要なくなるため製造コストを低く抑えられる。
【００２２】
また、図４で示したように、切り欠き溝５に形成される絶縁層１２は、ガラス／セラミック間の濡れ性と表面張力でドーム状に形成されるため、特性の劣化等を抑える目的で切り欠き溝５の径を小さく形成しても絶縁層１２は精度良く形成される。そのため、図６（ｂ）の従来の部分電極構造に比べ、高い素子特性がばらつきを少なくして得ることができる。
【００２３】
また、切り欠き溝は、打ち抜きプレス、レーザー光、放電加工のいずれかの方法を用いて形成でき、この製造方法によれば切り欠き溝は精度良く短時間で形成できるため高い生産性で実現できる。また、グリーンシートの切断後に切り欠き溝を形成することも可能であるが、グリーンシート積層体を切断する以前に形成する方が生産性が高く、焼成前のブロック体は柔軟な状態で加工できるためクラックの起こらない信頼性の高い切り欠き溝を形成できる。
【００２４】
また、本発明の製造方法により得られた積層型圧電アクチュエータは、高温、高湿の環境下、高い電圧を印加して、高速で長時間連続動作させても、外部電極と内部電極の放電現象による絶縁劣化等が発生せず、信頼性が高い。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３などの圧電体セラミックスの仮焼粉末と、有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、ドクターブレード法などの成膜機を用いて、厚み１５０μｍのセラミックグリーンシートを作製した。
【００２６】
このグリーンシートの片面に内部電極となる銀−パラジウムを主成分とする導電性ペーストを、スクリーン印刷法により５μｍの厚みに印刷し、導電性ペーストを乾燥させた後、導電性ペーストが塗布された複数のグリーンシートを１５０枚積層し、その積層方向の両端部に、不活性層となる導電性ペーストが塗布されていないグリーンシートをそれぞれ１０枚積層した。次に、これを１００℃で加熱を行いながら加圧することでグリーンシート積層体を得た。
【００２７】
次に、グリーンシート積層体に、レーザー光を用いて複数個の円形の穴を形成した。この穴は、内部電極の端部に位置するようにあらかじめ座標を決定し穴加工が施される。次に穴の中心を切断するように横方向に一定間隔で切断ブレードにより切断して溝を形成した後、縦方向にも一定間隔で切断ブレードにより切断して溝を形成する。形成した溝に沿って各個片を分離して積層体を得る。得られた積層体は、８００℃で２０時間の脱バインダーを行い、１０００〜１１５０℃の空気中で２時間本焼成を行い焼結積層体とした。
【００２８】
焼結積層体は、ディッピング等により外周面にシリコーン樹脂を被覆する。被覆する樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーンゴム等でもよい。樹脂が被覆された積層体外周面のうち、内外部電極の形成される側面は平面研削を行い、セラミック層が露出し同極性の内部電極と外部電極が電気的な導通を確保できるように加工する。
【００２９】
その後、表面研削した面にＡｇを主成分とする熱硬化型の導電性ペーストを塗布形成し室温〜４００℃の空気中で硬化を行うことで外部電極を形成した。形成した外部電極は、正極用外部電極、負極用外部電極のリード線を接続した後、その本体外周面に、ディッピング法により、例えばエポキシ樹脂を被覆し、２ｋＶの分極電圧を印加することによりアクチュエータ本体を分極処理して本発明の積層型圧電アクチュエータを作製した。
【００３０】
（実施例２）
チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３などの圧電体セラミックスの仮焼粉末と、有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、ドクターブレード法などの成膜機を用いて、厚み１５０μｍのセラミックグリーンシートを作製した。
【００３１】
このグリーンシートの片面に内部電極となる銀−パラジウムを主成分とする導電性ペーストを、スクリーン印刷法により５μｍの厚みに印刷し、導電性ペーストを乾燥させた後、導電性ペーストが塗布された複数のグリーンシートを１５０枚積層し、その積層方向の両端部に、不活性層となる導電性ペーストが塗布されていないグリーンシートをそれぞれ１０枚積層した。次に、これを１００℃で加熱を行いながら加圧することでグリーンシート積層体を得た。
【００３２】
次に、グリーンシート積層体に、レーザー光を用いて複数個の円形の穴を形成する。この穴は、内部電極の端部に位置するようにあらかじめ座標を決定し穴加工が施される。次に、穴の中心を切断するように横方向に一定間隔で切断ブレードにより切断して溝を形成した後、縦方向にも一定間隔で切断ブレードにより切断して溝を形成する。形成した溝に沿って各個片を分離して積層体を得る。得られた積層体は、８００℃で２０時間の脱バインダーを行い、１０００〜１１５０℃の空気中で２時間本焼成を行い焼結積層体とした。
【００３３】
焼結積層体は、電気泳動法により積層体表面に露出した内部電極端部にガラス粉末を付着させた。この実施例では、エチルアルコール中にガラス粉末を分散し、アンモニアを添加して発生した水素イオンがガラス粉末の表面に吸着した分散液中に焼結積層体を浸漬した後、浸漬液中のリファレンス電極にプラス電圧を印加する。同時に積層体の切り欠き溝の形成されている対向面の一方の側面に、リファレンス電極と対極となる電極平板を密着させ一定時間保持し、切り欠き溝内の内部電極端部にガラス粉末を付着させて絶縁層を形成した。次に、切り欠き溝に絶縁層の形成された側面に電極平板を密着するようにし、電圧印加後、一定時間保持し対向する側面の切り欠き溝内の内部電極端部にも絶縁層を形成した。
【００３４】
その後、水洗し、電気炉中６００℃で熱処理し、ガラス粉末を溶融一体化し絶縁層を形成した。切り欠き溝内部に絶縁層の形成した側面にＡｇまたはＡｇ−Ｐｄを主成分とする導電性ペーストを塗布形成し５５０〜６５０℃の空気中で焼き付けることにより外部電極を形成した。形成した外部電極は、正極用外部電極、負極用外部電極のリード線を接続した後、その本体外周面に、ディッピング法により例えばエポキシ樹脂を被覆し、２ｋＶの分極電圧を印加することによりアクチュエータ本体を分極処理して本発明の積層型圧電アクチュエータを作製した。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内部電極と外部電極との接続を十分に確保でき、外部電極と内部電極の放電現象による絶縁劣化や破壊を抑制し、その上、圧電特性が安定し、信頼性が高く、さらに、製造工程が複雑化しない積層型圧電アクチュエータの製造方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層型圧電アクチュエータを示す説明図。
【図２】本発明におけるセラミックグリーンシート積層体の穴加工および切断工程を模式的に示す図。
【図３】本発明における絶縁層の第１の形成方法の説明図。図３（ａ）は、積層体へ穴加工を施した状態を模式的に示す図。図３（ｂ）は、積層体外周面に外装樹脂を施した状態を模式的に示す図。
【図４】本発明における第２の絶縁層の形成方法の説明図。
【図５】本発明における第２の絶縁層の形成方法に用いた電気泳動装置を模式的に示す図。
【図６】従来の積層型圧電アクチュエータの説明図。図６（ａ）は、従来の全面電極構造の積層型圧電アクチュエータにおける絶縁形成例を模式的に示す図。図６（ｂ）は、従来の部分電極構造の積層型圧電アクチュエータにおける絶縁形成例を模式的に示す図。
【符号の説明】
１　　積層体
２　　圧電体
３ａ、３ｂ　　内部電極
４　　外部電極
５、５ａ、５ｂ　　切り欠き溝
６　　（外装）樹脂
７ａ、７ｂ　　内部電極
８　　絶縁層
９　　外部電極
１０ａ、１０ｂ　　内部電極
１１　　穴
１２　　絶縁層
１３　　電気泳動槽
１４　　電極平板
１５　　リファレンス電極
１６　　積層体
１７ａ、１７ｂ　　側面
１８　　グリーンシート積層体
２０ａ、２０ｂ　　溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004111718.tif 000005
【図４】
2004111718.tif 000006
【図５】
2004111718.tif 000007
【図６】
2004111718.tif 000008