JP2000031558A

JP2000031558A - 積層型圧電アクチュエータの製造方法

Info

Publication number: JP2000031558A
Application number: JP19837498A
Authority: JP
Inventors: Seiji Watabiki; 誠次綿引; Hideo Suzuki; 秀夫鈴木; Motoyuki Miyata; 素之宮田; Osamu Shiono; 修塩野; Mitsuo Hayashibara; 光男林原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】例えば、圧電特性を有する圧電板の両面に内部
電極を形成した圧電板を接着剤を介して多数枚積み重
ね、焼き付けして積層体を形成する工程，該積層体に絶
縁層及び外部電極を形成する工程において、耐熱性及び
応答性に優れた圧電アクチュエータの製造方法を提供す
る。【解決手段】耐熱温度が１５０℃以上のＺｎＯ−Ａｌ₂
Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス絶縁材を形成し、更
に、外部電極材付与部に、耐熱温度が150℃以上で、組
成が導体のＡｇと接合成分のＢｉ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＰｂＯ
系ガラスからなる外部電極材を形成した圧電アクチュエ
ータを得る。

Description

【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、特に応答速度を速くでき且
つ、耐熱温度を高めることができる圧電アクチュエータ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電アクチュエータの製造方法は
例えば、特開昭63−296285号公報に示される如く、圧電
特性を示す焼結体をスライス加工して得た圧電板の片面
または両面にＮｉメッキにより厚み１〜２μｍの内部電
極層を付与し、該圧電板を接着剤を介して積層体を形成
し、該積層体の側面に位置する前記内部電極層を絶縁材
を用いて一層おきに覆い、前記絶縁材を覆って他の導電
層に一層おきに導通するように外部電極を設けた構成が
知られている。なお、内部電極に形成する方法は圧電セ
ラミックス焼結体をスライス加工して得た圧電板にメッ
キにより得てもよいし、グリーンシートにペースト状の
内部電極をスクリーン印刷し、該シートを積層し、脱
脂，焼き付け，焼結して得てもよい。

【０００３】また、グリーンシート積層法で用いた圧電
材料の焼結温度は１２００℃〜1350℃であるので、内部
電極材は融点が圧電材料の焼結温度（１２００℃〜１３
５０℃）以上であれば、貴金属を使用しても、卑金属を
使用してもよい。貴金属は例えば、Ａｕ，Ａｇ，白金族
（Ｒｕ，Ｏｓ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｔｒ，Ｐｔ）などである
が、通常はＡｕ，Ａｇ，Ｐｄ、またはＡｇとＰｄの組成
比の異なるＡｇ／Ｐｄの混合粉または合金粉が用いられ
る。さらに、内部電極として用いられるよい点は酸化雰
囲気で焼結しても酸化されない点である。

【０００４】卑金属はＮｉ系金属が用いられる。Ｎｉ系
以外の卑金属は用いられない。これはＮｉの融点が１４
６０℃程度で、圧電材料の焼結温度より高いためであ
る。卑金属の利点は貴金属に比べ安価な点である。これ
の難点は何らかの細工をしない状態では内部電極材が酸
化されてしまうので、圧電材料を酸化雰囲気下で焼結で
きない点である。また、内部電極層の厚みはスクリーン
印刷により形成する場合は１０〜５０μｍ程度である。

【０００５】１０μｍ未満ではグリーンシートの印刷面
の凹凸が１０μｍ近くあるため、グリーンシート凸部上
の内部電極層は極めて薄いか、または破壊されて、内部
電極の電気抵抗が大きくなり、低電圧で圧電素子を駆動
させることができない。また、５０μｍ以上では内部電
極材は高価であるので、圧電素子のコストが増大する。
また、メッキにより圧電板の片面または両面に内部電極
層を形成する場合の厚みは０.５μｍ〜２μｍであるこ
とが望ましい。０.５μｍ未満では内部電極の電気抵抗
が大きくなり、低電圧で圧電素子を駆動させることがで
きないためである。また、２μｍ以上ではメッキ処理時
間が長くなるので、メッキ処理費用が嵩み、圧電素子の
価格が高くなるためである。

【０００６】かかる構成の積層型圧電アクチュエータの
製造方法として、前記公報に、圧電板の両面にＮｉメッ
キした圧電板を６０枚、エポキシ系絶縁性接着剤を用い
て積層し、積層圧力が１〜２Kg／cm²，加熱温度が８０
〜１５０℃，保持時間が１〜２時間の条件で硬化させて
積層体を形成し、該積層型圧電体側面に位置する前記内
部電極層を紫外線硬化型樹脂（アクリル樹脂）からなる
絶縁材を用いて、一層おきに絶縁層を被覆し、室温で紫
外線を１０〜５０秒間照射して、硬化させることによ
り、絶縁層を形成し、その後、前記絶縁層を覆って他の
導電層に一層おきに導通するように導電性エポキシ樹脂
を用い、スクリーン印刷にて、所要箇所に被着させ、加
熱温度が８０〜１２０℃，保持時間が４０〜８０分間の
焼き付けにて硬化させる方法が示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した公報に開示さ
れた積層法により製造された圧電アクチュエータにおい
て、積層体形成に用いたエポキシ系絶縁性接着材は弾性
率が１×１０³ＭＰａ未満と小さいために、圧電素子の
積層方向に発生した変位を吸収してしまうので、応答速
度が遅い。また、積層体形成に用いたエポキシ系絶縁性
接着材，絶縁層形成に用いた紫外線硬化型樹脂（アクリ
ル樹脂）絶縁材並びに外部電極形成に用いた導電性エポ
キシ樹脂はいずれも有機樹脂を使用しているために、耐
熱温度は１５０℃未満で、耐熱性が劣る。上記のことか
ら、従来技術では耐熱性及び応答性に優れた積層型圧電
アクチュエータを製造することができない。

【０００８】本発明の目的は、耐熱性及び応答性に優れ
た積層型圧電アクチュエータの製造方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】我々は焼結体をスライス
加工して得た圧電板にＮｉメッキを施した試料を用い、
積層体形成に用いたガラスペースト状接着剤，絶縁層形
成に用いたガラスペースト状絶縁材及び外部電極形成に
用いた導電材と接合成分のガラスを含むペースト状外部
電極材を用いて耐熱性，応答性に優れた積層型圧電アク
チュエータを得る方法について種々検討していたとこ
ろ、耐熱性，応答性に優れた製造方法を見い出すことが
できた。

【００１０】上記課題を解決するため、本発明では、焼
結体をスライス加工して得た圧電板の少なくとも一方の
面に内部電極層を形成し、接着剤にて複数の前記圧電板
を積層焼き付け固着して積層体を形成するか、または圧
電特性を有するセラミックからなるグリーンシートに内
部電極を印刷し、これを複数枚積層し加熱圧着後脱脂，
焼結して積層枚数の少ない積層体を形成し、該積層体の
複数個を接着剤にて接合し、所定長さの積層体を形成す
る工程，前記積層体より所要寸法に加工する工程，該積
層体の側面に位置する前記内部電極層に絶縁材を用いて
一層おきに覆って焼き付け固定する工程，前記絶縁材を
覆って他の内部電極層に一層おきに導通するように外部
電極を付与，焼き付けて形成する工程を経て、圧電アク
チュエータを製造する方法において、前記接着剤は耐熱
性が高く、且つ弾性率が大きい、また、前記絶縁材と前
記外部電極材は耐熱性が高い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とした。

【００１１】上記本発明においては、接着剤はガラスを
有機バインダに分散させペースト状にしたものであり、
加熱されると有機バインダが除去され、４０ＭＰａ以上
の接着強度が発現するものである。有機バインダが加熱
除去できない場合は接着強度が発現しないので、内部電
極を付与した圧電板あるいは積層枚数の少ない積層体を
接合することができない。また、圧電アクチュエータを
駆動させるときは圧電素子に電圧を印加したり、解除し
たりする。この場合、圧電板または圧電特性を有するセ
ラミックスは積層方向に伸びたり、縮んだりする。例え
ば、圧電板が縮んだ場合は、圧電板に付与した内部電極
材と接着剤との接合面で、引張り応力が発生する。接着
強度が４０ＭＰａ未満ではこの引張り応力で、圧電板上
の内部電極層と接着剤との接合界面が破壊し、圧電素子
の寿命を短くする。

【００１２】また、請求項２記載の接着強度を発現する
ガラスの線膨張係数が３８×１０^-7／℃〜５３×１０^-7
／℃ で、組成はＳｉＯ₂−ＺｎＯ−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−
TiO₂系の結晶質、またはＰｂＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系
の非晶質である。上記以外のガラス系ではガラスの線膨
張係数が３８×１０^-7／℃〜５３×１０^-7／℃以上にな
り、接着剤を高温度で焼付けた後、室温まで冷却したと
きに、圧電板（線膨張係数：２×１０^-7／℃程度）と一
体になっている内部電極材と接着剤との間に大きな引っ
張り応力が発生し、接合部が破壊し、圧電素子の寿命を
短くするためである。

【００１３】また、最大の接着強度が得られる加熱処理
条件は結晶質ガラスにおいても、非晶質ガラスにおいて
も、加熱温度は７５０℃〜８５０℃で、保持時間は５分
〜３０分である。加熱温度が７５０℃未満，保持時間が
５分未満では接着強度が発現しないので、圧電素子の圧
電板が縮んだ時に発生する引っ張り応力に耐えられず、
接合部が破壊し、圧電素子の寿命を短くする。また、加
熱温度が８５０℃以上，保持時間が３０分以上では結晶
質ガラスではガラスの結晶化が進み、線膨張係数が急激
に大きくなり、焼付け後、室温まで冷却されたとき、大
きな張っ張り応力が発生し、接合部が破壊し、圧電素子
の寿命を短くする。また、非晶質ガラスでは８５０℃以
上に加熱されると、多数の気孔が発生し、接着強度が低
下し、圧電素子の寿命が短くなるためである。

【００１４】また、最適加熱条件で処理した後の接着層
厚みは０.５μｍ〜１０μｍである。０.５μｍ未満で
は接着剤が圧電板または圧電特性を有するセラミックス
の接着表面を完全に濡らすことができないので、接着強
度が小さくなり、小さい衝撃で接合部が破壊し、圧電素
子の寿命が短くなるためである。１０μｍ以上では圧電
素子に電圧が印加されたときに積層体の積層方向に発生
する変位を吸収してしまうので、圧電素子に電圧が印加
されて変位が開始してから終了するまでの応答速度が遅
くなるためである。

【００１５】また、結晶性ガラス及び非晶質ガラスの弾
性率は１×１０⁴ＭＰａ以上である。１×１０⁴ＭＰａ
未満では圧電素子に電圧が印加されたときに積層体の積
層方向に発生する変位を吸収してしまうので、圧電素子
に電圧が印加されて変位が開始してから終了するまでの
応答速度が遅くなるためである。

【００１６】また、絶縁材料はＺｎＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂
Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラスを有機バインダに分散させて、
ペースト状としたものであり、加熱されると有機バイン
ダが除去され、焼き付けられたＺｎＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂
Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラスの絶縁抵抗は１×１０¹²Ωcm以
上である。絶縁抵抗が１×１０¹²Ωcm未満では圧電素子
を駆動させるために通常の電圧を印加したときに、絶縁
破壊を起こし、圧電素子の寿命を短くするためである。
なお、上記以外のガラス系では１×１０¹²Ωcm以上の絶
縁抵抗を得ることができないので、圧電素子の寿命を短
くする。

【００１７】また、絶縁材の最適加熱条件は加熱温度が
６００℃〜７００℃で、保持時間は５分〜３０分であ
る。加熱温度が６００℃未満で、保持時間が５分未満で
は接着強度が発現しないので、積層体端面から絶縁層が
剥離し易くなり、圧電素子の寿命を短くするためであ
る。焼き付け温度が７００℃以上，保持時間が３０分以
上では絶縁層部に多数の気孔が発生し、接着強度が弱く
なり、積層体端面から絶縁層が剥離し易くなり、圧電素
子の寿命を短くするためである。

【００１８】また、外部電極材は有機バインダに導体の
Ａｇと接着強度を発現させるBi₂O₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＰｂＯ系
ガラスを分散させ、ペースト状にしたもので、加熱され
ると有機バインダが除去され、焼付けられた外部電極材
の導体抵抗は３０ｍΩ／□／１０μｍ未満である。導体
抵抗が３０ｍΩ／□／１０μｍ以上では圧電素子に、通
常の電圧を印加したとき、外部電極が発熱，軟化し、積
層体端面から外部電極層が剥離し、圧電素子の寿命を短
くするためである。またＢｉ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＰｂＯ系以
外のガラス系では導体のＡｇとの濡れ性が悪く、導体抵
抗が３０ｍΩ／□／１０μｍ未満の外部電極を形成する
ことができない。

【００１９】また、外部電極材の最適加熱条件は加熱温
度が５００℃〜６００℃で、保持時間は５分〜３０分で
ある。加熱温度が５００℃未満で、保持時間が５分未満
では接着強度が発現しないので、積層体端面から外部電
極層が剥離し易くなり、圧電素子の寿命を短くするため
である。焼き付け温度が６００℃以上，保持時間が３０
分以上では絶縁層部に多数の気孔が発生し、接着強度が
弱くなり、積層体端面から外部電極層が剥離し易くな
り、圧電素子の寿命を短くするためである。

【００２０】また、前記ガラスペースト状接着剤の最適
加熱温度は前記内部電極を付与したグリーンシート積層
体の焼結温度以下であり、前記ガラスペースト状絶縁材
の最適加熱温度は前記接着剤の最適加熱温度以下であ
り、導体と接合ガラスからなる前記ペースト状外部電極
材の最適加熱温度は前記絶縁材の最適加熱温度以下であ
る。接着剤の最適加熱温度が前記積層体の焼結温度以上
であれば、接着剤を加熱処理している時、積層体を形成
する圧電材料が熱分解を起こし、圧電素子の寿命を短く
するためである。

【００２１】また、前記絶縁材の最適加熱温度が前記接
着剤の最適加熱温度以上であれば、接着剤に多数の気孔
が生じ、接着剤の強度が弱くなり、圧電素子の寿命を短
くするためである。同様に、前記外部電極材の最適加熱
温度が前記絶縁材の最適加熱温度以上であれば、前記絶
縁材に多数の気孔が生じ、絶縁材の強度が弱くなり、圧
電素子の寿命を短くするためである。また、最適温度で
加熱処理した後の前記接着剤、前記絶縁材及び前記外部
電極材の耐熱性は１５０℃以上である。耐熱温度が１５
０℃未満では１５０℃以上の温度で稼働している圧電素
子は熱劣化を起こし、圧電素子の寿命を短くするためで
ある。

【００２２】

【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の圧電アクチ
ュエータの製造方法の実施例を図面を用いて説明する。
図１は本発明の第１の実施例による積層型圧電アクチュ
エータの製造方法を示す主要部である。保護層１，２及
びグリーンシート３は圧電特性を有するセラミックグリ
ーンシートであり、下面に使用する保護層２には内部電
極層４が形成されているが、上面に使用する保護層１に
は内部電極層は形成されていない。中間に使用するすべ
てグリーンシートの一方の面には内部電極層が形成され
ている。該内部電極は導電性に優れた金属が主成分でガ
ラス成分が一部含まれるＡｇ／Ｐｄ合金である。内部電
極層の付与はスクリーン印刷法により形成する。

【００２３】内部電極層を付与したグリーンシートを乾
燥した後、図１（ａ）に示すように前記グリーンシート
を６０枚と上下面に保護層を積み重ねて図１（ｂ）積層
体を作製する。但し、図は積み重ね方向の枚数は省略し
ている。さらに、図１（ｂ）積層体を１３０℃に加熱
し、１０ＭＰａで圧着し一体化した。次に、管状炉に空
気を流しながら該積層体を２００℃／ｈの速度で８５０
℃まで昇温し、８５０℃に５時間保持して、グリーンシ
ートに含まれるバインダを熱分解により除去した後、更
に、２００℃／ｈの速度で１２００℃まで昇温し、１２
００℃に２時間保持して焼結させ、図１（ｂ）に示す積
層型焼結体を得た。積層型焼結体の高さ方向の寸法は２
５mmである。なお、内部電極の厚さは保護層及びグリー
ンシートのいずれにおいても２μｍである。

【００２４】次に、接着剤５を前記積層型焼結体の一面
にスクリーン印刷法により付与し、二つの積層型焼結体
を重ね併せ、加圧，加熱し、図１（ｃ）に示す接合体を
作製した。接着剤はＰｂＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶
質ガラスで、組成はＰｂＯ：４９％，ＳｉＯ₂：１７.６
％，Ａｌ₂Ｏ₃：１３.０％，Ｌａ₂Ｏ₃：２.９３％，Ｚｒ
Ｏ₂：１.３２％，ＭｇＯ：１.０２％からなり、ガラス
の他にＰｂＴｉＯ₃：６.１％を含むものである。加熱時
の加圧は１００ｇ／cm²である。加熱は１２０℃×３時
間，８５０℃×２０分、酸化雰囲気下で行った。接着層
厚みは２μｍである。加熱処理後の接着剤の耐熱温度は
１５０℃以上であり、弾性率は５×10⁴ＭＰａ以上と高
いところが、本接着剤の特徴である。

【００２５】次に、接合した積層型焼結体の側面に位置
する前記内部電極層をガラスペースト状絶縁材を用いて
一層おきに覆って、絶縁層６を印刷法により形成した。
絶縁層を付与した積層型焼結体を乾燥，加熱により焼き
付けて図１（ｄ）に示す形状にした。前記絶縁材はＺｎ
Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系結晶質ガラスで、組
成はＺｎＯ：３６.１％，Ａｌ₂Ｏ₃：２８.９％，Ｂ
₂Ｏ₃：１４.０％，ＳｉＯ₂：６.９７％，ＢａＯ：１.１
９％である。絶縁材付与後の乾燥焼付けは１２０℃×３
時間，７００℃×２０分、酸化雰囲気下で行った。絶縁
層の厚さはおおよそ１０μｍである。加熱処理後の絶縁
材の絶縁抵抗は１×１０¹³Ωcmで、耐熱温度は１５０℃
以上と高いところが本絶縁材の特徴である。

【００２６】前記絶縁層を覆って他の内部電極層に一層
おきに通電するように導体のＡｇと接合材のガラスから
なるペースト状外部電極材により外部電極７を形成し
た。外部電極層７を付与した積層型焼結体を乾燥した
後、焼き付けて、図１（ｄ）に示す形状を作製した。外
部電極付与後の乾燥，焼付け条件は１２０℃×３時間，
６００℃×２０分、酸化雰囲気下で行った。加熱処理後
の外部電極の導体抵抗は２０ｍΩ／□／１０μｍで、耐
熱温度は１５０℃以上と高いところが本外部電極材の特
徴である。得られた積層型焼結体を所要寸法に切断加工
し、この発明方法による圧電アクチュエータを得た。

【００２７】（実施例２）本発明の圧電アクチュエータ
の製造方法の実施例２を図面を用いて説明する。圧電特
性を有する焼結体をスライス加工して、図２(ａ)に示す
幅５mm×長さ４０mm×厚さ０.３mm の圧電板８を得た。
この圧電板の両面に無電解メッキ法により、図２（ｂ）
に示すＮｉＰの内部電極層４を設けた圧電板を得た。内
部電極層の厚さは１.５〜２μｍである。更に、ＮｉＰ
層を設けた圧電板を６０枚、実施例１と同じＰｂＯ−Ｓ
ｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系非晶質ガラスペースト接着材を用い
て積層し、加圧しながら、乾燥，加熱処理して焼き付け
て一体化し、図２（ｃ）に示す圧電板８と内部電極層４
とが交互に積層された積層体を得た。

【００２８】なお、内部電極層を設けた圧電板を積層し
たとき、圧電板の両端部に生じるすき間には上記した図
２（ｃ）の接着剤９を充填した。また、接着剤の加圧，
乾燥及び加熱処理条件は実施例１と同様である。次に、
該積層体を５mm×５mm×１８mmの寸法に加工し、図２
（ｄ）を得た。その後、実施例１と同様にして、図２
（ｅ）に示す絶縁層６と外部電極層７を形成した。形成
後の乾燥，加熱処理条件は実施例１と同じである。従っ
て、加熱処理後の絶縁層及び外部電極層の耐熱温度は１
５０℃以上と高い。得られた積層型焼結体を所要寸法に
切断加工し、この発明方法による圧電アクチュエータを
得た。

【００２９】比較のため、前述の特開昭63−296285号公
報に記載の従来方法、すなわち、圧電ブロック体をスラ
イス加工して得た圧電板の両面にＮｉメッキにより厚み
１〜２μｍの内部電極層を設け、この圧電板を６０枚、
エポキシ系絶縁性接着剤を用いて積層し、積層加圧が１
〜２Kg／cm²，加熱温度が８０〜１５０℃，保持時間が
１〜２時間の条件で硬化させて一体化し、圧電板と内部
電極とが交互に積層した積層体を得た後、絶縁層とし
て、紫外線硬化型樹脂（アクリル樹脂）を被着し、室温
で紫外線を３０秒間照射して硬化させることにより絶縁
層を形成し、外部電極層には、導電性エポキシ樹脂を用
い、所要箇所に被着させ、加熱温度が８０℃〜１２０
℃，保持時間が４０〜８０分間の熱処理にて硬化させ、
圧電板材質及び形状寸法が本発明と同一の圧電アクチュ
エータ（比較例）を得た。得られた３種類の圧電アクチ
ュエータを用いて、パルス状電界を印加した際のパルス
応答性を室温と１５０℃で測定した。その結果を、表１
に示す。

【００３０】パルス応答性の測定は、図３（ａ)，(ｂ）
に示す如く、印加したパルス状電界に対応する圧電アク
チュエータの変位の追従性にて評価するため、変位測定
器として、非接触光学式検出器を用い、また、パルス発
生器としては、該圧電アクチュエータの応答時間に対し
て、充分に無視できる間隔にて所要電圧を印加できる電
源を用いた。測定結果は、各圧電アクチュエータに、１
００Ｖ，２００Ｖを印加した際の応答時間を５回測定
し、その平均値にて評価した。その結果を表１に示し
た。

【００３１】

【表１】

【００３２】比較例の圧電アクチュエータでは本発明の
（１)，(２）に比較し、室温測定においても、１５０℃
の高温測定においても応答時間が長い。本発明の
（１），（２）では、室温測定においても１５０℃の高
温測定においても応答時間は同じである。従って、本発
明の圧電アクチュエータは耐熱性を高めることができ、
且つ応答時間を短くすることができる。なお、接合界面
の少ない本発明（２）は接合界面の多い本発明（１）よ
り、応答時間が短い。

【００３３】

【発明の効果】本発明の製造方法では、メッキ法で内部
電極を付した圧電板及び内部電極を付与したグリーンシ
ート積層法で作製した積層枚数の少ない積層体の接着剤
に、焼付け後の耐熱温度が１５０℃以上，弾性率が５×
１０⁴ＭＰａ以上のガラスを用いている。これは従来技
術で用いているエポキシ樹脂より耐熱温度，弾性率共に
優れている。弾性率が大きい場合は圧電アクチュエータ
に電圧を印加したときに、印加と同時に圧電板の積層方
向に発生する変位が接着剤に発生初期の変位を吸収され
ることが少ない。

【００３４】従って、圧電素子に電圧が印加されて、変
位が開始してから終了するまでの時間が短いので、応答
速度を速めることができる。また、接着剤に使用したガ
ラスの弾性率は１５０℃においても、室温においても変
わらないので、圧電アクチュエータの作動温度が１５０
℃以上でも、室温の応答時間と差はない。また、本発明
の製造方法では、耐熱温度が１５０℃以上の絶縁材及び
外部電極材を採用している。従来の絶縁材，外部電極材
の耐熱温度は１５０℃未満である。従って、本発明の圧
電アクチュエータは従来品より耐熱性と応答速度を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）ないし（ｄ）は本発明の実施例である積
層型圧電アクチュエータを製造する工程順を示す側断面
図。

【図２】（ａ）ないし（ｅ）は本発明の他の実施例であ
る積層型圧電アクチュエータを製造する工程順を示す側
断面図。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は圧電アクチュエータにパル
ス電圧を印加した時のパルス状電界特性図及び電圧アク
チュエータの変位特性図。

【符号の説明】

１，２…圧電特性を有するセラミックスからなるグリー
ンシートの保護層、３…圧電特性を有するセラミックス
からなるグリーンシート、３′…圧電特性を有するセラ
ミックス、４…内部電極層、５…ガラス組成からなる接
合層、６…内部電極層と外部電極層との導通を防ぐ絶縁
層、７…内部電極と導通する外部電極層、８…圧電特性
を有する圧電板、９…内部電極の酸化を防止する酸化防
止層。

フロントページの続き (72)発明者宮田素之茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者塩野修茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者林原光男茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼結体をスライス加工して得た圧電板の少
なくとも一方の面に内部電極層を形成し、接着剤にて複
数の前記圧電板を積層，焼き着け固着して積層体を形成
するか、または圧電特性を有するセラミックスからなる
グリーンシートに内部電極を印刷し、これを複数枚積層
し加熱圧着後脱脂，焼結して積層枚数の少ない積層体を
形成し、該積層体の複数個を接着剤にて焼き付け接合
し、所定長さの積層体を形する工程，前記積層体より所
要寸法に加工する工程，該積層体の側面に位置する前記
内部電極層に絶縁材を用いて一層おきに覆って焼き付け
固定する工程，前記絶縁材を覆って他の内部電極層に一
層おきに導通するように外部電極材を付与、焼き付け固
定する工程を経て、圧電アクチュエータを製造する方法
において、前記接着剤は耐熱性が高く、且つ弾性率が大
きい、また、前記絶縁材と前記外部電極材は耐熱性が高
い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】接着剤はガラスを有機バインダに分散させ
ペースト状にしたものであり、加熱されると有機バイン
ダが除去され、４０ＭＰａ以上の接着強度が発現するこ
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】請求項２記載の接着剤の線膨張係数は３８
×１０^-7／℃〜５３×１０^-7／℃で、組成はＳｉＯ₂−
ＺｎＯ−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＯ₂系の結晶系ガラス
またはＰｂＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系の非晶質ガラスで
あ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４】最大の接着強度が得られる加熱処理条件は
結晶質ガラス，非晶質ガラスのいずれも、加熱温度は７
５０℃〜８５０℃で、保持時間は５分〜３０分であるこ
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５】最適条件で加熱処理した後の接着剤の接着
層厚さは０.５μｍ〜１０μｍであ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６】請求項４記載の結晶性ガラス及び非晶質ガ
ラスの弾性率は１.０×１０⁴ＭＰａ以上であることを特
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７】絶縁材はＺｎＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−Ｓｉ
Ｏ₂系ガラスを有機バインダに分散させて、ペースト状
にしたものであり、加熱されると有機バインダが除去さ
れ、焼付けられたＺｎＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂
系ガラスの絶縁抵抗は１×１０¹²Ωcm以上であることを
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８】絶縁材の焼付け条件は加熱温度が６００℃
〜７００℃で、保持時間は５分〜３０分であることを特
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９】外部電極材は有機バインダに導体のＡｇと
接着強度を発現させるＢｉ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＰｂＯ系ガラ
スを分散させて、ペースト状にしたものであり、加熱さ
れると有機バインダが除去され、外部電極材の導体抵抗
は３０ｍΩ／□／１０μｍ未満であ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１０】前記接着剤の最適加熱温度は前記内部電
極を付与したグリーンシート積層体の焼結温度以下であ
り、前記絶縁材の最適加熱処理温度は前記接着剤の最適
加熱処理温度以下であり、外部電極材の最適加熱温度は
絶縁材の最適加熱温度以下であ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１１】最適加熱条件で処理した後の前記接着
剤、前記絶縁材及び前記外部電極材の耐熱温度は１５０
℃以上であ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。