(57)【要約】【課題】圧電特性のばらつきが小さく、製造が容易で、加工コストが小さい積層型圧電アクチュエータ集合体とその製造方法を提供すること。【解決手段】同一基板上に積層型圧電アクチュエータを行列配置した積層型圧電アクチュエータ集合体で、複数の圧電セラミック層と内部電極層を積層一体化した積層体に、複数の一次加工溝を施し、次に露出する内部電極層を一層おきに絶縁層で被覆し、該絶縁層を覆って一層おきに前記内部電極層と導通する一対の外部電極を形成し、更に前記一次加工溝に直交する二次加工溝を施し、同一基板上に行列配置の積層型圧電アクチュエータ集合体を形成する。【選択図】　図１
2004072013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電セラミック層と内部電極層を積層一体化した積層体で、前記内部電極層が対向電極となるよう、前記積層体側面に露出する前記内部電極層を一層おきに絶縁層で被覆し、該絶縁層を覆って一層おきに前記内部電極層と導通する一対の外部電極を形成してなる積層型圧電アクチュエータを複数配置した構造の積層型圧電アクチュエータ集合体において、同一基板上に少なくとも２個以上の積層型圧電アクチュエータを直線状に配置した積層型圧電アクチュエータの行を少なくとも２行以上並列に配置した行列の構造を特徴とする積層型圧電アクチュエータ集合体。
【請求項２】
請求項１記載の積層型圧電アクチュエータ集合体において、前記同一基板が積層型圧電アクチュエータの端部の圧電セラミック層であることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ集合体。
【請求項３】
複数の圧電セラミック層と内部電極層を積層一体化した積層体に、同一基板となる積層型圧電アクチュエータ端部の圧電セラミック層を残すように積層方向に並行に一定間隔で並行に複数の一次加工溝を施し、次に前記積層体の二側面と前記加工溝面内に露出する内部電極層を一層おきに絶縁層で被覆し、該絶縁層を覆って一層おきに前記内部電極層と導通する一対の外部電極を形成し、更に同一基板となる積層型圧電アクチュエータ端部の圧電セラミック層を残すように、前記一次加工溝に直交する二次加工溝を施し、同一基板上に行列配置の積層型圧電アクチュエータ集合体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集合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電効果を利用し電気的入力エネルギーを変位や力の機械的エネルギーに変換する積層型圧電アクチュエータの集合体とその製造方法に関し、更に詳細には、光スイッチのアクチュエータに用いて好適な、積層型圧電アクチュエータ集合体とその製造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は、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミック層と内部電極層を交互に複数層積層一体化し、内部電極層が対向電極となるように側面に露出した内部電極を一層置きに絶縁し、しかる後に、絶縁層の上に一層置きに内部電極に接続する一対の外部電極を形成した構造で、微小変位量制御と高速応答性が特徴のアクチュエータとして、ワイヤードットプリンタや半導体露光装置に実用化されている。
【０００３】
近年、光ファイバーを使用した通信方式の普及に伴い、複数の光ハァイバーの光信号をそれぞれ独自で同時に切りかえる光スイッチが使用され、この光スイッチに独自に同時駆動が可能なアクチュエータ集合体を用いる検討が盛んになされている。例えば、特開２００１―１５４１２４号公報は、複数のカンチレバーと反射ミラーを組み合わせた光スイッチで、それぞれのカンチレバーが独自に同時駆動が可能であり、複数の光信号の切り替えを可能としている。
【０００４】
本発明に関係する先行文献としては、特開平７―１３５３４７号公報がある。本先行文献に記載の積層型圧電アクチュエータを図２に示した。図２は、複数の圧電セラミック層と内部電極層からなる直方体の二側面に露出した内部電極を一層起きに絶縁し、この絶縁体の上に内部電極と一層起きに接続する外部電極を形成した後に、圧電セラミック不活性部４を共通基板とし切り溝９’で分割された複数の積層型圧電アクチュエータ２０の集合体である。
【０００５】
本先行文献に記載の積層型圧電アクチュエータは、製造工程が短縮され、それぞれ独自に駆動が可能で、圧電特性のばらつきの小さな積層型圧電アクチュエータの集合体が得られる効果がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の光スイッチにおいては、複数の入力光信号のうち任意の一つの入力光信号を複数の出力光ファイバーのうち任意の一つの光ファイバーに出力するためには、光スイッチが行列配置する必要があり、その結果、アクチュエータも行列配置する必要がある。しかしながら、図２に示した積層型圧電アクチュエータは、一列配置した複数の積層型圧電アクチュエータの構造を成し、このままでは光スイッチ用アクチュエータとして使用することが出来ないという問題点がある。
【０００７】
この問題点の解決方法として、前記一列配置した複数の積層型圧電アクチュエータを一行として、スペーサーを挟んで複数の行を並列に接着することで行列配置した積層型圧電アクチュエータ集合体を構成することが出来る。しかし、この構造の積層型圧電アクチュエータ集合体では、行間の積層型圧電アクチュエータの圧電特性のばらつきが大きくなるという問題点と、接着という煩わしい工程を経るので加工コストが大きくなるという問題点がある。
【０００８】
そこで、本発明は、前述の問題点に鑑みてなされたもので、圧電特性のばらつきが小さく、製造が容易で、加工コストが小さい積層型圧電アクチュエータ集合体とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の圧電セラミック層と内部電極層を積層一体化した積層体で、前記内部電極層が対向電極となるよう、前記積層体側面に露出する前記内部電極層を一層おきに絶縁層で被覆し、該絶縁層を覆って一層おきに前記内部電極層と導通する一対の外部電極を形成してなる積層型圧電アクチュエータを複数配置した構造の積層型圧電アクチュエータ集合体において、同一基板上に少なくとも２個以上の積層型圧電アクチュエータを直線状に配置した積層型圧電アクチュエータの行を少なくとも２行以上並列に配置した行列構造を特徴とする積層型圧電アクチュエータ集合体が得られる。
【００１０】
また、前記同一基板が積層型圧電アクチュエータの端部の圧電セラミック層であることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ集合体が得られる。
【００１１】
また、本発明によれば、複数の圧電セラミック層と内部電極層を積層一体化した積層体に、同一基板となる積層型圧電アクチュエータ端部の圧電セラミック層を残すように積層方向に並行に一定間隔で並行に複数の一次加工溝を施し、次に前記積層体の二側面と前記加工溝面内に露出する内部電極層を一層おきに絶縁層で被覆し、該絶縁層を覆って一層おきに前記内部電極層と導通する一対の外部電極を形成し、更に同一基板となる積層型圧電アクチュエータ端部の圧電セラミック層を残すように、前記一次加工溝に直交する二次加工溝を施し、同一基板上に行列配置の積層型圧電アクチュエータ集合体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集合体の製造方法が得られる。
【００１２】
本発明による積層型圧電アクチュエータ集合体の製造方法において、複数の一次加工溝後に加工溝面内に露出した内部電極層上に一層置きに絶縁層を形成する方法としては、液体中に分散した絶縁物粉末を電気的に吸着させる電気泳動法や電着塗装法がある。これらの方法によれば、狭い溝内部にも液体は侵入するので、露出した内部電極層を電気的に選択することで絶縁物粉末を付着させることが可能で、しかる後に熱処理により前記絶縁物粉末を溶融固化することにより絶縁層を形成することが容易に出来る。
【００１３】
更に、前記絶縁層の上に外部電極を形成する方法としては、マイクロノズルを有する細管を一次加工溝後の溝に挿入し、インクジェット方式で導電性インクを塗布する方法や無電界メッキ液を前記溝に侵入させ電極をメッキする方法、または、導電性の薄いシートを溝に挿入接着する方法等いずれの電極形成方法でも容易に外部電極を形成することが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態の積層型圧電アクチュエータ集合体及びその製造方法について図面を参照して説明する。
【００１５】
本発明による積層型圧電アクチュエータ集合体の一実施の形態の斜視図を図１に示す。図１の積層型圧電アクチュエータ集合体は、次の製造方法により、得られたものである。まず、複数の圧電セラミック層と内部電極層を積層一体化した積層体に、外周刃切断機を用いて、同一基板となる積層型圧電アクチュエータ端部の圧電セラミック不活性部４を残すように積層方向に並行に一定間隔で並行に複数の一次加工溝８を施した。次に、前記積層体の二側面と前記加工溝面内に露出する内部電極層２を一層おきにエポキシ係電着塗料を用いて絶縁層５で被覆し、更に導電性インクを使用したインクジェット印刷法で、この絶縁層を覆って一層おきに前記内部電極層と導通する一対の外部電極６を形成した。
【００１６】
しかる後に、前記外周刃切断機を用いて、同一基板となる積層型圧電アクチュエータ端部の圧電セラミック不活性部４を残すように、前記一次加工溝８に直交する複数の二次加工溝９を施し、同一基板上に行列配置の積層型圧電アクチュエータ２０の集合体を形成した。
【００１７】
以下に実際に試作した本発明による積層型圧電アクチュエータ集合体について説明する。ニッケル酸二オブ酸鉛で変成したジルコン酸チタン酸鉛系圧電セラミックスと銀―パラジウム合金粉末を主成分とする内部電極ペーストを出発原料として、グリーンシートの印刷積層法で、まず、内部電極間隔１１０μｍ、内部電極積層数１００層で、縦横寸法２２．７ｍｍ、積層方向厚さ１５ｍｍの積層体を作製した。圧電不活性部の寸法は、積層体の上部１ｍｍ、下部３ｍｍとした。
【００１８】
次に、刃厚０．３ｍｍの外周刃切断機を用いて、この積層体の一辺の２２．７ｍｍと並行に２．３ｍｍピッチで幅０．３ｍｍ、深さ１２．５ｍｍの一次加工溝を９本施し、幅２ｍｍ、長さ２２．７ｍｍ、厚さ１２．５ｍｍの積層体柱に１０分割した。共通の基板となる圧電セラミック不活性部の寸法は、積層体の下部２．５ｍｍである。
【００１９】
次に、前記積層体柱の２２．７ｍｍ×１２．５ｍｍの加工溝面とそれに並行な二側面に、片面をマスキングし、他方の面に露出した内部電極を電気的に一層置きに接続し、エポキシ系電着塗料を付着して、一層置きの内部電極層上に絶縁層を形成する処理を繰り返し実施した。次に、この絶縁層の上に銀を主成分とするインクを使用して、インクジェット法で幅１ｍｍ、厚さ１５μｍ、長さ１２ｍｍの外部電極を形成した。
【００２０】
しかる後に、前記外周刃切断機を用いて、この積層体の一辺の２２．７ｍｍと並行に２．３ｍｍピッチで幅０．３ｍｍ、深さ１２．５ｍｍの一次加工溝に直交する二次加工溝を９本施し、２２．７ｍｍ×２２．７ｍｍの基板上に２ｍｍ×２ｍｍ×１２．５ｍｍの積層型圧電アクチュエータが１０個×１０個の行列配置で１００個構成した積層型圧電アクチュエータ集合体を作製した。本発明による積層型圧電アクチュエータ集合体を１００個作製し、その時の製造工数及び１００個の積層型圧電アクチュエータ間の変位特性のばらつきを表１に示した。比較のため、同一寸法の積層型圧電アクチュエータが１０個直列に並んだ積層型圧電アクチュエータ集合体を１０列接着した積層型圧電アクチュエータ集合体を作製し、製造工数と変位量のばらつきを表１に示した。
【００２１】
【表１】
2004072013.tif 000003
【００２２】
ここで、製造工数とは、本発明では一次加工溝開始から二次加工溝終了までの時間で、比較例では１００個の積層型圧電アクチュエータを基板に接着固定するのに要した時間を示した。また、変位量のばらつきは、各積層型圧電アクチュエータに直流１００Ｖの電圧を印加した時の変位量の最大値と最小値の差の値を示した。
【００２３】
表１より明らかなように、本発明による積層型圧電アクチュエータ集合体は、各積層型圧電アクチュエータを基板に接着する時間を必要としないため、従来、個々の積層型圧電アクチュエータを接着する場合に比べて製造時間が１／１２に短縮され、かつ各積層型圧電アクチュエータの変位量のばらつきも、本発明では１／２に改善されている。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一つの積層体から行列配置の複数の積層型圧電アクチュエータの集合体を容易に製造することが可能で、製造工程が短縮され、圧電特性のばらつきが改善された積層型圧電アクチュエータ集合体とその製造方法の提供が可能となった。
【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実施の形態を示す斜視図。
【図２】従来の積層型圧電アクチュエータの例を示す図、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図。
【符号の説明】
１　　圧電セラミック活性部
２　　内部電極層
３，４，３１，４１　　圧電セラミック不活性部
５　　絶縁層
６，７　　外部電極
８　　一次加工溝
９　　二次加工溝
９’　　切り溝
１２　　積層型圧電アクチュエータ変位面
２０　　積層型圧電アクチュエータ
【図１】
2004072013.tif 000004
【図２】
2004072013.tif 000005