JPH06291381A - 積層型圧電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高度で複雑な工程を必要とすることなく、圧
電体と内部電極との積層構造を有する積層型圧電素子を
容易かつ経済的に製造する。 【構成】 あらかじめ焼成されたセラミックシートに、
積層後に内部電極となる電極を形成した後、該電極が形
成された複数枚のセラミックシートを、ガラスを用いて
接着することにより、圧電体中に内部電極が配設された
積層構造体を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧電素子の製造方法
に関し、詳しくは、積層型圧電アクチュエータや、２次
以上の高次の振動モードを利用する圧電共振素子（例え
ば、圧電発振子や圧電フィルタ）などの、積層型圧電素
子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電体の内部に電極（内部電極）を有す
る積層型の圧電アクチュエータや、圧電共振素子などの
積層型圧電素子を製造するにあたっては、例えば、図６
のフローチャートに示すように、まず、圧電材料をシー
ト上に成形して圧電体グリーンシートを得る。次いで、
この圧電体グリーンシートを所定の形状に打ち抜き、白
金ペーストなどの内部電極材料を印刷した後、これを積
層、圧着する。そして、これを焼成し、所定の厚みに研
磨した後、外部電極を形成し、分極処理を施すことによ
り積層型圧電素子が製造される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の積
層型圧電素子の製造方法においては、内部電極が形成さ
れた圧電体グリーンシートを積層した後、一体的に焼成
を行うようにしているため、内部電極用の電極材料とし
て、焼成工程において溶融したり酸化されたりすること
のない白金などの高融点の貴金属を用いることが必要に
なり、製造コストが増大するという問題点がある。

【０００４】また、内部電極の厚み方向に対する位置精
度がグリーンシートの厚みのばらつきによって低下して
しまうため、グリーンシートの製造に高度な管理が必要
になり、コストが増大するという問題点がある。

【０００５】この発明は、上記問題点を解決するもので
あり、内部電極を印刷した圧電体グリーンシートを積層
して一体焼成するという高度で複雑な製造工程を必要と
することなく、圧電体と内部電極との積層構造体を容易
かつ経済的に形成することが可能な積層型圧電素子の製
造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の積層型圧電素子の製造方法は、圧電体中
に配設された複数層の内部電極に電圧を印加して圧電体
の収縮を行わせる積層型圧電アクチュエータや、圧電体
の両主面に配設された外部電極と、圧電体中に配設され
た１層または２層以上の内部電極を有する厚み縦振動の
高調波エネルギー閉じ込め型圧電共振素子などの積層型
圧電素子の製造方法において、あらかじめ焼成されたセ
ラミックシートに、積層後に内部電極となる電極を形成
した後、該電極が形成された複数枚のセラミックシート
を、ガラスを用いて接着することにより、圧電体中に内
部電極が配設された積層構造体を形成するようにしたこ
とを特徴とする。

【０００７】また、前記セラミックシートの接着面の表
面粗さを０．１μm以下にすることを特徴とする。

【０００８】

【作用】あらかじめ焼成されたセラミックシートを用い
ることにより、焼成後に研磨して厚み調整することがで
きるため、厳重なグリーンシートの厚み管理が不要にな
るとともに、内部電極を印刷した圧電体グリーンシート
を積層して一体焼成するという高度で複雑な工程が不要
になり、製造工程が簡略化される。

【０００９】また、内部電極材料がセラミックを焼成す
る際の高温にさらされることがなくなるため、電極材料
として、白金などの高価な貴金属を用いることが不要に
なり製造コストの低減を図ることが可能になる。

【００１０】さらに、接着面の粗さを小さくする（０．
１μm以下にする）ことにより、各セラミックシートの
接着面全体を均一にガラスにより接着することが可能と
なり接着強度が向上する。また、接着層（ガラス層）の
厚みを薄くすることが可能になる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を示して、その特徴
とするところをさらに詳しく説明する。

【００１２】［実施例１（積層型圧電アクチュエータの
製造）］図１のフローチャートに示すように、まず、圧
電材料をシート状に成形して圧電体グリーンシートを得
る。次いで、これを所定の形状に打ち抜き、焼成するこ
とによりセラミックシートを作成する。

【００１３】それから、このセラミックシートを粗い砥
粒を用いて粗研磨し、次に、砥粒を細かくしてセラミッ
クシートの表面粗さが０．１μm以下になるように鏡面
加工を施す。なお、この発明における「表面粗さ」は、
下記の中心線平均粗さＲ_aの値である。

【００１４】なお、中心線平均粗さＲ_aは、長さＬの領
域の平均粗さ曲線を求め、この中心線をｘとして粗さ曲
線をｆ（ｘ）とおいて、下記の数式（数１）より求めた
値である（図２参照）。

【００１５】

【数１】

【００１６】このように、接着面の粗さを小さくする
（０．１μm以下にする）ことにより、各セラミックシ
ートの接着面全体をガラスにより均一に接着することが
可能となり接着強度が向上する。また、接着層（ガラス
層）の厚みを薄くすることが可能になる。

【００１７】それから、セラミックシートの厚み方向に
対して垂直な両主面に、導電ペースト（例えば、Ｎｉペ
ーストやＡｇペースト）を印刷、焼付けすることによ
り、電極（積層後に内部電極となる）を形成する。な
お、電極の形成方法には特別の制約はなく、上記導電ペ
ーストを印刷、焼付けする方法以外の公知の種々の方法
により電極を形成することが可能である。

【００１８】そして、セラミックシートの電極形成面の
いずれか一方に、ガラス粉末粒子と樹脂とを有機溶剤を
用いてペースト状にしたもの（ガラスペースト）を塗布
した後、ペースト中の樹脂を４００〜５００℃に加熱し
て脱脂する。それから、このようにしてガラスペースト
の脱脂を行ったセラミックシートを複数枚積層し、６０
０〜７００℃の温度で熱処理して接着することにより、
圧電体中に内部電極が配設された積層構造体を得る。

【００１９】その後、この積層構造体に分極処理を施す
ことにより、圧電性を付与する。

【００２０】図３は、このようにして製造した縦効果の
積層型圧電アクチュエータを示す斜視図であり、図４
は、同様の方法により製造した横効果の積層型圧電アク
チュエータを示す斜視図である。

【００２１】図３及び図４の積層型圧電アクチュエータ
においては、圧電体１中に内部電極２が配設されてお
り、各セラミックシート（圧電体）１（の両面に形成さ
れた内部電極２）はガラス４により接着されている。そ
して、圧電体１と内部電極２の積層構造体の上面及び下
面には外部電極３，３が形成されている。なお、この積
層型圧電アクチュエータの圧電体１中に配設された内部
電極２及び外部電極３に所定の極性の電圧を印加して圧
電体１の収縮を行わせることにより積層型圧電アクチュ
エータに所定の仕事を行わせることができる。

【００２２】なお、図３の積層型圧電アクチュエータの
外部電極３として、あらかじめ焼成されたセラミックシ
ートの両面に配設された電極の一方を利用するようにし
てもよく、また、圧電体１と内部電極２との積層構造体
（セラミックシートの最外層の外側の主面には電極が形
成されていない積層構造体）を形成した後に、別途外部
電極３を形成するようにしてもよい。

【００２３】［実施例２（高調波エネルギー閉じ込め型
圧電共振素子の製造）］上記実施例１の方法と同様に、
あらかじめ焼成されたセラミックシートの両面に電極を
形成し、そのいずれか一方の面に、ガラス粉末粒子と樹
脂とを有機溶剤を用いてペースト状にしたもの（ガラス
ペースト）を塗布した後、ペースト中の樹脂を４００〜
５００℃に加熱して脱脂する（但し、最外層のセラミッ
クシートについては、接着面にのみ電極を形成したセラ
ミックシートを用いる）。

【００２４】それから、ガラスペーストの脱脂を行った
セラミックシートを複数枚積層し、６００〜７００℃の
温度で熱処理して接着することにより、圧電体中に内部
電極が配設された積層構造体を得る。そして、得られた
積層構造体にエネルギー閉じ込め型の外部電極を形成す
ることにより、積層型の高調波エネルギー閉じ込め型圧
電共振素子を得る。

【００２５】図５は、このようにして製造した、２次高
調波エネルギー閉じ込め型圧電共振素子を示す斜視図で
ある。

【００２６】この２次高調波エネルギー閉じ込め型圧電
共振素子においては、圧電体１１中に内部電極１２が配
設されており、２つの内部電極（すなわち、２層のセラ
ミックシートの接着面に配設された電極）１２，１２
は、ガラス１４により接着されている。そして、圧電体
１１と内部電極１２の積層構造体の上下の両主面には外
部電極１３，１３が形成されている。

【００２７】実施例２においては、２次高調波エネルギ
ー閉じ込め型圧電共振素子の製造方法を示したが、この
発明の積層型圧電素子の製造方法は、さらに高次の高調
波エネルギー閉じ込め型圧電共振素子にも適用すること
が可能である。

【００２８】また、この発明の積層型圧電素子の製造方
法は、上記実施例で示した積層型圧電素子の製造方法に
限定されるものではなく、圧電体中に内部電極を配設し
てなる種々の積層型圧電素子の製造方法として広く利用
することが可能である。

【００２９】この発明の積層型圧電素子の製造方法は、
さらにその他の点においても上記実施例に限定されるも
のではなく、接着に使用するガラスの種類、積層構造体
の具体的構造などに関し、発明の要旨の範囲内におい
て、種々の応用、変形を加えることが可能である。

【００３０】

【発明の効果】上述のように、この発明の積層型圧電素
子の製造方法は、あらかじめ焼成されたセラミックシー
トに、積層後に内部電極となる電極を形成した後、該電
極が形成された複数枚のセラミックシートを、ガラスを
用いて接着することにより、圧電体中に内部電極が配設
された積層構造体を形成するようにしているので、厳重
なグリーンシートの厚み管理を不要にすることができる
とともに、内部電極を印刷した圧電体グリーンシートを
積層して一体焼成するという高度で複雑な工程を不要に
して製造工程を簡略化することができる。

【００３１】また、内部電極材料がセラミックを焼成す
る際の高温にさらされることがなくなるため、電極材料
として、白金などの高価な貴金属を用いることが不要に
なり製造コストを低減することができる。

【００３２】さらに、接着面の粗さを小さくする（０．
１μm以下にする）ことにより、各セラミックシートの
接着面全体をガラスにより均一に接着することが可能と
なり接着強度が向上する。また、接着層（ガラス層）の
厚みを薄くすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる積層型圧電素子の
製造方法を示すフローチャートである。

【図２】セラミックシートの表面粗さ（中心線粗さ）を
説明する線図である。

【図３】この発明の一実施例にかかる方法により製造さ
れた縦効果の積層型圧電アクチュエータを示す斜視図で
ある。

【図４】この発明の一実施例にかかる方法により製造さ
れた横効果の積層型圧電アクチュエータを示す斜視図で
ある。

【図５】この発明の他の実施例にかかる方法により製造
された２次高調波エネルギー閉じ込め型圧電共振素子を
示す斜視図である。

【図６】従来の積層型圧電素子の製造方法を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１，１１ 圧電体 ２，１２ 内部電極 ３，１３ 外部電極 ４，１４ ガラス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体中に配設された複数層の内部電極
   に電圧を印加して圧電体の収縮を行わせる積層型圧電ア
   クチュエータや、圧電体の両主面に配設された外部電極
   と、圧電体中に配設された１層または２層以上の内部電
   極を有する厚み縦振動の高調波エネルギー閉じ込め型圧
   電共振素子などの積層型圧電素子の製造方法において、 あらかじめ焼成されたセラミックシートに、積層後に内
   部電極となる電極を形成した後、該電極が形成された複
   数枚のセラミックシートを、ガラスを用いて接着するこ
   とにより、圧電体中に内部電極が配設された積層構造体
   を形成するようにしたことを特徴とする積層型圧電素子
   の製造方法。
2. 【請求項２】 前記セラミックシートの接着面の表面粗
   さを０．１μm以下にすることを特徴とする請求項１記
   載の積層型圧電素子の製造方法。