(57)【要約】【課題】高い電気的信頼性を確保することができる圧電素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】多層圧電基板（積層体）の長手方向に沿って、その両端面から５μｍ程度の幅の領域を所定の深さまで除去する。このときの所定の深さは、最も下に位置する電極層１２とその上に位置する電極層２２との中間とする。更に、加工された結果、露出した両端面から５μｍ程度の幅の領域を所定の深さまで除去する。このときの所定の深さは、電極層１２及び２２のうちで、下から２番目に位置する電極層２２とその上に位置する電極層１２との中間とする。続いて、２回目の加工の結果、露出した両端面から５μｍ程度の幅の領域を所定の深さまで除去する。このときの所定の深さは、電極層１２及び２２のうちで、下から３番目に位置する電極層１２とその上に位置する電極層２２との中間とする。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通接続された複数の第１の電極層と共通接続された複数の第２の電極層とがこれらの間に活性層を挟んで交互に積層され、
前記第１の電極層の端面及び前記第２の電極層の端面が露出した側面において、重なり合う前記第１の電極層の端面及び前記第２の電極層の端面の位置がずれていることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
基材と、
前記基材に一端が固定された請求項１に記載の圧電素子と、
前記圧電素子の他端が固定された被駆動部材と、
を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
複数の第１の電極層と複数の第２の電極層とがこれらの間に活性層を挟んで交互に積層された積層体を形成する工程と、
前記第１の電極層の端面及び前記第２の電極層の端面が露出した側面を加工する工程であって、重なり合う前記第１の電極層と前記第２の電極層の各端面の位置をずらすように加工する工程と、
前記複数の第１の電極層を互いに共通接続する第１の電極を形成する工程と、
前記複数の第２の電極層を互いに共通接続する第２の電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項４】
前記各端面の位置を互いにずらす工程は、前記重なり合う第１の電極層と第２の電極層との間に位置する活性層のまで前記積層体の端面を切削加工する工程を有することを特徴とする請求項３に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の方法により圧電素子を製造する工程と、
前記圧電素子の一端を基材に固定する工程と、
前記圧電素子の他端に被駆動部材を固定する工程と、
を有することを特徴とする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、回転型圧電アクチュエータ等に好適な圧電素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器の小型化及び精密化が進められており、微小な移動が可能なアクチュエータの需要が高まっている。このようなアクチュエータには、微小な距離の移動制御を行うことが可能な圧電素子が必要とされる。このようなアクチュエータは、例えば光学系の焦点補正及び傾角制御に用いられる。また、インクジェットプリンタ又は磁気ディスク装置のヘッドに用いられることもある。特に、磁気ディスク装置に関しては、年々大容量化が進められており、ディスク１枚あたりの記憶容量を大きくする要求が高くなっている。このため、ディスクのトラック幅を狭くすることが重要となってきている。そして、トラック方向のヘッドの位置精度を高めるヘッドアクチュエータに用いられる小型の圧電素子に、高い信頼性が要求されている。
【０００３】
磁気ディスク装置のヘッドアクチュエータ等に用いられる圧電素子は、一般に多層構造を有している。このような多層構造の圧電素子の製造に当たっては、通常、電極層１０１を間に挟んで重ね合わせたグリーンシート１０２を焼成して一体化した後に、ダイシングソー等を用いてこれを切断している。その後、端面に電極１０３を形成し、最後に個別切断している。この結果、得られた多層圧電素子の形状は、図１３に示すような直方体となっている。なお、磁気ディスク装置のヘッドアクチュエータ等に用いられる圧電素子では、所望の変位量の確保及び寸法の制約のために、各グリーンシート１０２の厚さは数十μｍ以下としている。
【０００４】
しかしながら、従来の多層圧電素子には、図１４に示すように、電極層１０１のダレが切断面において生じることがある。また、このダレの影響によって、電極層１０１同士の間隔が狭まり、図１５に示すように、電極１０１間に短絡が生じることもある。更に、電極層１０１の材料としてＡｇ−Ｐｄが用いられている場合には、高温高湿下の使用の結果、Ａｇのマイグレーションが引き起こされ、更なる絶縁不良が生じる虞もある。従って、電気的信頼性が高いとはいい難い。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４９５１号公報
【特許文献２】特開２００３−４６１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、高い電気的信頼性を確保することができる圧電素子及びその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】
【０００７】
本発明に係る圧電素子では、複数の第１の電極層と複数の第２の電極層とがこれらの間に活性層を挟んで交互に積層され、前記複数の第１の電極層が互いに共通接続され、前記複数の第２の電極層が互いに共通接続されている。そして、前記第１の電極層の端面及び前記第２の電極層の端面が露出した側面において、間に１層の前記活性層を挟んで重なり合う第１の電極層と第２の電極層との間で、各端面の位置が互いにずれている。
【０００８】
本発明に係る圧電素子の製造方法では、複数の第１の電極層と複数の第２の電極層とがこれらの間に活性層を挟んで交互に積層された積層体を形成した後、前記第１の電極層の端面及び前記第２の電極層の端面が露出した側面を加工することにより、間に１層の前記活性層を挟んで重なり合う第１の電極層と第２の電極層との間で、各端面の位置を互いにずらす。次に、前記複数の第１の電極層を互いに共通接続する第１の電極を形成し、前記複数の第２の電極層を互いに共通接続する第２の電極を形成する。
【０００９】
従来の圧電素子における電極間の短絡の原因は、同一平面に切断時の電極だれが生じていることである。これに対し、仮に電極だれが生じても、その発生箇所が同一平面になければ短絡の虞は小さくなる。本発明では、第１の電極層及び第２の電極層の各端面を互いにずらしているため、電極だれが生じても、その発生箇所は互いに異なる平面内にあることになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、加工時の電極だれが同一平面で発生するという不具合を回避することができる。このため、かかる電極だれに伴う短絡を防止し、高い電気的信頼性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。但し、ここでは、便宜上、多層圧電素子の構造については、その製造方法と共に説明する。
【００１２】
本実施形態では、先ず、図１Ａに示すように、グリーンシート（圧電セラミックス層）１１上に、選択的に電極層１２を形成する。グリーンシート１１としては、例えばＰｂＮｉ1/3Ｎｂ1/3Ｏ3−Ｐｂ1/2Ｔｉ1/2Ｏ3−ＰｂＺｒＯ3の粉末を含有するものを用いる。また、グリーンシート１１の厚さは、例えば２０μｍ〜３０μｍ程度とする。電極層１２の形成に当たっては、例えばＰｔペーストのスクリーン印刷を行う。なお、Ｐｔペーストには、ＰｂＮｉ1/3Ｎｂ1/3Ｏ3−Ｐｂ1/2Ｔｉ1/2Ｏ3−ＰｂＺｒＯ3の粉末を総計で５体積％〜５０体積％程度含有させておくことが好ましく、１０体積％〜３０体積％程度含有させておくことが好ましい。例えば２０体積％程度含有させておく。これは、グリーンシート１１との高い密着性を確保するためである。但し、導電性が確保できるのであれば、より多量の粉末を含有させておいてもよく、より高い導電性を確保する必要がある場合には、より少量の粉末を含有させておいてもよい。上記数値範囲の上限を超えると、導電性が低くなりすぎる虞があり、下限を下回ると、十分な密着性を得ることができない虞がある。
【００１３】
同様に、図１Ｂに示すように、グリーンシート２１上に、選択的に電極層２２を形成する。グリーンシート２１としては、例えばグリーンシート１１と同様のものを用いる。また、電極層２２は、例えば電極層１２と同様の材料を用いて同様の方法により形成する。但し、電極層２２のパターンは、後にグリーンシート１１とグリーンシート２１とを重ね合わせたときに、平面視で電極層２１の一部と重なり合うようにする。
【００１４】
なお、本実施形態では、グリーンシート１１と電極層１２との組み合わせを２組作製し、グリーンシート２１と電極層２２との組み合わせを２組作製する。また、グリーンシート２１上への電極層２２の形成を、グリーンシート１１上への電極層１２の形成よりも先に行ってもよい。
【００１５】
その後、図２に示すように、上からグリーンシート３１、電極層２２が形成されたグリーンシート２１、電極層１２が形成されたグリーンシート１１、電極層２２が形成されたグリーンシート２１、電極層１２が形成されたグリーンシート１１という順でこれらを重ね合わせる。グリーンシート３１としては、例えばグリーンシート１１及び２１と同様のものを用いる。次いで、大気中で脱脂処理を行うことにより、グリーンシート１１、２１及び３１に含有されている有機成分を除去する。続いて、大気中で焼成を行うことにより、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、これらを一体化し多層圧電基板を得る。焼成温度は、例えば１０５０℃程度とする。
【００１６】
次に、多層圧電基板を冶具に装着し、ダイシングソー等を用いて、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、多層圧電基板を２分割する。このときの切断線の方向は、電極層１２及び２２が延びる方向と平行な方向とする。
【００１７】
次いで、２分割された多層圧電基板の各々を、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、更に３分割する。このときの切断線の方向は、電極層１２及び２２が延びる方向に対して直行する方向とする。この結果、６個の多層圧電基板（積層体）が作製される。この時点での多層圧電基板の外形は、図６に示すように、実質的に直方体である。
【００１８】
本実施形態では、その後、図７に示すように、多層圧電基板の長手方向に沿って、その両端面から５μｍ程度の幅の領域を所定の深さまで除去する。このときの所定の深さは、最も下に位置する電極層１２とその上に位置する電極層２２との中間とする。
【００１９】
更に、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、加工された結果、露出した両端面から５μｍ程度の幅の領域を所定の深さまで除去する。このときの所定の深さは、電極層１２及び２２のうちで、下から２番目に位置する電極層２２とその上に位置する電極層１２との中間とする。
【００２０】
続いて、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、２回目の加工の結果、露出した両端面から５μｍ程度の幅の領域を所定の深さまで除去する。このときの所定の深さは、電極層１２及び２２のうちで、下から３番目に位置する電極層１２とその上に位置する電極層２２との中間とする。
【００２１】
そして、図９に示すように、電極層２２を共通接続する電極４１及び電極層１２を共通接続する電極（図示せず）を各多層圧電基板の長手方向における端面に形成することにより、多層圧電素子を完成させる。これらの電極の形成は、例えばスパッタリング法、蒸着法等により行うことができる。また、電極４１の形成は、焼成基板を２分割した後に行ってもよい。
【００２２】
このような方法によって製造された多層圧電素子においては、電極層１２及び２２に挟まれた部分が活性層として機能する。そして、電極への電圧の印加に伴って、長手方向に沿って伸縮する。
【００２３】
また、図９に示すように、各電極層１２及び２２の幅方向における端面の位置が互いにずれたものとなる。即ち、多層圧電素子の側面に段差が存在している。このため、側面の加工時に図１４に示すようなダレが生じたとしても、これらは互いに異なる平面内で生じることとなる。従って、電極層同士の接触に伴う短絡及びマイグレーションに伴う絶縁不良に発展することが防止され、高い信頼性を確保することが可能である。
【００２４】
なお、上述の実施形態では、電極層の総数を４層としているが、磁気ディスク装置のヘッドアクチュエータに用いる場合には、７〜１０層程度とすることが好ましい。また、例えば、長手方向の長さは１ｍｍ程度とし、幅は３００μｍ〜５００μｍ程度とすることが好ましい。
【００２５】
ここで、本願発明者が上述の実施形態に沿って作製した多層圧電素子に対して行った絶縁抵抗の測定結果について説明する。この測定では、電極層の総数を５層とし、温度：８０℃、湿度：８０％の環境下において、駆動時間と絶縁抵抗との関係を調査した。また、強さが０〜１．５Ｖ／μｍの正弦波の電界を、周波数が１ｋＨｚの正弦波として印加した。なお、再現性の確認のため、２個の多層圧電素子（実施例Ｎｏ．１及びＮｏ．２）に対して測定を行った。また、比較のために、従来の方法に沿って作製した２個の多層圧電素子（比較例Ｎｏ．３及びＮｏ．４）に対しても測定を行った。この結果を図１０に示す。
【００２６】
図１０に示すように、実施例Ｎｏ．１及びＮｏ．２では、絶縁抵抗が高く維持されていたが、比較例Ｎｏ．３及びＮｏ．４では、駆動時間が１００時間を超えると、急激に絶縁抵抗が低下した。このことは、実施例Ｎｏ．１及びＮｏ．２の信頼性が高いことを示すと共に、比較例Ｎｏ．３及びＮｏ．４では、短絡等が生じうる状態となっており、電気的特性が低下していることを示している。
【００２７】
次に、上述のような多層圧電素子を備えた磁気ディスク装置の圧電アクチュエータについて説明する。図１１は、本発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの一例を示す分解斜視図である。
【００２８】
本実施形態に係る圧電アクチュエータには、図１１に示すように、２個の多層構造の圧電素子５３が用いられている。そして、各圧電素子５３の一方の表面にサスペンション接着部５４が設けられており、サスペンション接着部５４を介して各圧電素子５３とサスペンション５１とが互いに貼付されている。なお、２個の圧電素子５３は、各端部の位置が互いにずれるようにして、互いに平行に配置されている。また、サスペンション接着部５４は、互いに逆側の端部に設けられている。
【００２９】
また、被駆動部材であるスライダ５２の一表面の２箇所にスライダ接着部５５が設けられており、これらのスライダ接着部５５を介してスライダ５２と２個の圧電素子５３とが互いに貼付されている。なお、スライダ接着部５５は、各圧電素子５３において、サスペンション接着部５４とは逆側の端部に位置するように設けられている。スライダ５２には、磁気ヘッド５６が備えられている。
【００３０】
このように構成された圧電アクチュエータにおいては、図１２に示すように、圧電素子５３に電圧が印加されていない状態では、圧電素子５３は直線状に延びた状態となっている。これに対し、電圧が印加されると、各圧電素子５３が収縮しようとする。しかし、２個の圧電素子５３の端部の位置が互いにずれているため、一方の圧電素子５３は他方の圧電素子５３からの拘束を受ける。このため、いずれの圧電素子５３も、図１２に示すように、直線的に収縮するのではなく、内側に湾曲される。この結果、スライダ５２がサスペンション５１に対して回転することとなる。従って、圧電素子５３に印加する電圧を制御することにより、スライダ５２の微小な回転量を制御することができ、磁気ヘッド５６を所望の位置に移動させることが可能となる。
【００３１】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００３２】
（付記１）
共通接続された複数の第１の電極層と共通接続された複数の第２の電極層とがこれらの間に活性層を挟んで交互に積層され、
前記第１の電極層の端面及び前記第２の電極層の端面が露出した側面において、重なり合う前記第１の電極層の端面及び前記第２の電極層の端面の位置がずれていることを特徴とする圧電素子。
【００３３】
（付記２）
側面が階段状となっていることを特徴とする付記１に記載の圧電素子。
【００３４】
（付記３）
前記活性層は、圧電セラミック層であることを特徴とする付記１又は２に記載の圧電素子。
【００３５】
（付記４）
前記第１の電極層及び第２の電極層は、前記圧電セラミック層を構成するものと同一の組成の粉末を５体積％乃至５０体積％含有することを特徴とする付記３に記載の圧電素子。
【００３６】
（付記５）
基材と、
前記基材に一端が固定された付記１乃至４のいずれか１項に記載の圧電素子と、
前記圧電素子の他端が固定された被駆動部材と、
を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【００３７】
（付記６）
複数の第１の電極層と複数の第２の電極層とがこれらの間に活性層を挟んで交互に積層された積層体を形成する工程と、
前記第１の電極層の端面及び前記第２の電極層の端面が露出した側面を加工する工程であって、重なり合う前記第１の電極層と前記第２の電極層の各端面の位置をずらすように加工する工程と、
前記複数の第１の電極層を互いに共通接続する第１の電極を形成する工程と、
前記複数の第２の電極層を互いに共通接続する第２の電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする圧電素子の製造方法。
【００３８】
（付記７）
前記活性層として、圧電セラミック層を用いることを特徴とする付記６に記載の圧電素子の製造方法。
【００３９】
（付記８）
前記積層体を形成する工程は、前記第１の電極層と前記第２の電極層と前記圧電セラミックス層を重ね合わせた後に、これらを一体焼成する工程を有することを特徴とする付記７に記載の圧電素子の製造方法。
【００４０】
（付記９）
前記積層体を形成する工程は、前記第１の電極層及び第２の電極層として、前記圧電セラミック層を構成するものと同一の組成の粉末を５体積％乃至５０体積％含有する金属ペースト層を形成する工程を有することを特徴とする付記７又は８に記載の圧電素子の製造方法。
【００４１】
（付記１０）
前記各端面の位置を互いにずらす工程は、前記重なり合う第１の電極層と第２の電極層との間に位置する活性層のまで前記積層体の端面を切削加工する工程を有することを特徴とする付記６乃至９のいずれか１項に記載の圧電素子の製造方法。
【００４２】
（付記１１）
付記６乃至１０のいずれか１項に記載の方法により圧電素子を製造する工程と、
前記圧電素子の一端を基材に固定する工程と、
前記圧電素子の他端に被駆動部材を固定する工程と、
を有することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る多層圧電素子の製造方法を示す平面図である。
【図１Ｂ】同じく、本発明の実施形態に係る多層圧電素子の製造方法を示す平面図である。
【図２】図１Ａ及び図１Ｂに引き続き、多層圧電素子の製造方法を示す分解斜視図である。
【図３Ａ】図２に引き続き、多層圧電素子の製造方法を示す平面図である。
【図３Ｂ】図２に引き続き、多層圧電素子の製造方法を示す正面図である。
【図４Ａ】図３Ａ及び図３Ｂに引き続き、多層圧電素子の製造方法を示す平面図である。
【図４Ｂ】図３Ａ及び図３Ｂに引き続き、多層圧電素子の製造方法を示す正面図である。
【図５Ａ】図４Ａ及び図４Ｂに引き続き、多層圧電素子の製造方法を示す平面図である。
【図５Ｂ】図４Ａ及び図４Ｂに引き続き、多層圧電素子の製造方法を示す正面図である。
【図６】図５Ａ及び図５Ｂに引き続き、多層圧電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図７】図６に引き続き、多層圧電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図８Ａ】図７に引き続き、多層圧電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図８Ｂ】図７に引き続き、多層圧電素子の製造方法を示す断面図である。
【図９】図８Ａ及び図８Ｂに引き続き、多層圧電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図１０】縁抵抗の測定結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの一例を示す分解斜視図である。
【図１２】圧電アクチュエータの動作を示す図である。
【図１３】従来の多層圧電素子の外観を示す斜視図である。
【図１４】電極だれを示す電子顕微鏡写真である。
【図１５】電極だれに伴う短絡を示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４４】
１１、２１、３１：グリーンシート
１２、２２：電極層
４１：電極
５１：サスペンション
５２：スライダ
５３：圧電素子
５４：サスペンション接着部
５５：スライダ接着部
５６：磁気ヘッド
【図１Ａ】
2007142209.tif 000003
【図１Ｂ】
2007142209.tif 000004
【図２】
2007142209.tif 000005
【図３Ａ】
2007142209.tif 000006
【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2007142209.tif 000009
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2007142209.tif 000011
【図６】
2007142209.tif 000012
【図７】
2007142209.tif 000013
【図８Ａ】
2007142209.tif 000014
【図８Ｂ】
2007142209.tif 000015
【図９】
2007142209.tif 000016
【図１０】
2007142209.tif 000017
【図１１】
2007142209.tif 000018
【図１２】
2007142209.tif 000019
【図１３】
2007142209.tif 000020
【図１４】
2007142209.tif 000021
【図１５】
2007142209.tif 000022