JP2012204704A - セラミックスグリーン成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックスグリーン成形体の上面と側面とが交差する部分（上面の縁部）に発生するバリ等を簡易に除去する製造方法を提供する。
【解決手段】平面部を有する上面と、側面とが交差する部分が角形状を呈するセラミックスグリーン成形体が、平板状の基材上に互いに間隔をあけて複数載置される。その後、複数のセラミックスグリーン成形体に対して平板状の弾性体を上方から押し付けることによって、各セラミックスグリーン成形体の上面の縁部において、外側に向かって下がる傾斜部が形成されるとともに、傾斜部とセラミックスグリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部が形成される。この結果、複数のセラミックスグリーン成形体の上面の縁部からバリ等を簡易に且つ同一工程で除去することができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、圧電材料からなる少なくとも２つの圧電層と少なくとも１つの内部電極とが積層された本体部と、前記本体部の側面の少なくとも一部を覆い且つ前記内部電極と接続する側面電極と、を備えた焼成体である圧電デバイス等の焼成前の成形体であるセラミックスグリーン成形体の製造方法に関する。圧電デバイスは、圧電／電歪デバイスとも称呼される。

この種の圧電デバイスは、光学レンズの位置制御用素子（例えば、カメラ用オートフォーカスやズーム用の超音波モータ）や、磁気的情報等の読取り及び／又は書込み用素子の位置制御用素子（例えば、ハードディスクドライブの磁気ヘッド用のアクチュエータ）、或いは機械的振動を電気信号に変換するセンサ等として活発に開発されてきている（例えば、特許文献１〜２を参照）。

上記圧電デバイスは、例えば、以下の手順に基づいて製造される。以下、「焼成前」であることは、対応する部材の名称に「グリーン」を付して示す。

先ず、平板状の基材上に、焼成前の圧電デバイスに対応する部分（以下、「グリーン圧電デバイス対応部」と呼ぶ）が所定の間隔をおいて整列した状態で含まれる１枚の大きな平板状のグリーン成形体が形成される。

次に、基材に載置された状態にある前記大きなグリーン成形体に切断加工、パンチ加工等の機械加工を施す。この結果、基材上において複数のグリーン圧電デバイス対応部が所定の間隔をおいて載置された状態が得られる。各グリーン圧電デバイス対応部は、本体部に対応するグリーン本体部のみから構成される。

次いで、各グリーン圧電デバイス対応部の側面（即ち、前記機械加工によって現れた面）の所定箇所に、側面電極に対応するグリーン側面電極が形成される。そして、複数のグリーン圧電デバイス対応部に対して焼成が実行される。この結果、複数の上記圧電デバイス（焼成後）を同一工程で得ることができる。

ところで、上述のように、１枚の大きな平板状のグリーン成形体に切断加工、パンチ加工等の機械加工を施すことによって複数のグリーン圧電デバイス対応部を得る手法が採用される場合、得られたグリーン圧電デバイス対応部の上面と側面とが交差する部分（上面の縁部）が鋭い角形状となる、同部分にバリが発生する、等の事態が発生し得る。

上記バリ等を除去するためには、グリーン圧電デバイス対応部の上面の縁部に対して研磨等を行えばよい。しかしながら、圧電デバイスのサイズが非常に小さい場合、研磨等を実行することが非常に困難となる。

特開２００６−１００８０５号公報 特開２００２−３５９１４８号公報

本発明の目的は、セラミックスグリーン成形体の上面と側面とが交差する部分（上面の縁部）に発生するバリ等を簡易に除去することができる、セラミックスグリーン成形体の製造方法を提供することにある。

本発明に係るセラミックスグリーン成形体の製造方法では、先ず、平面部を有する上面と、側面とが交差する部分が角形状を呈するセラミックスグリーン成形体が、平板状の基材上に互いに間隔をあけて複数載置される。

前記セラミックスグリーン成形体としては、セラミックス粉体とバインダとを少なくとも含むペーストを用いて成形された成形体が使用される。前記セラミックスグリーン成形体は、圧電材料からなる少なくとも２つの圧電層と少なくとも１つの内部電極とが積層された積層体である本体部と、前記本体部の側面の少なくとも一部を覆い且つ前記内部電極と接続する側面電極と、を備えた、焼成体である圧電デバイスの焼成前の成形体であってもよい。前記セラミックスグリーン成形体は、縦０．２〜１５．０ｍｍ、横０．１〜１５．０ｍｍ、高さ０．０１〜１５．０ｍｍの直方体状を呈していることが好適である。

次いで、前記複数のセラミックスグリーン成形体に対して弾性体を上方から押し付けることによって、前記各セラミックスグリーン成形体の上面の縁部において外側に向かって下がる傾斜部が形成されるとともに前記傾斜部と前記セラミックスグリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部が形成される。なお、前記傾斜部が形成されなくてもよい。この場合、前記各セラミックスグリーン成形体の上面の縁部と前記セラミックスグリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部が形成される。

係る手法によれば、複数のセラミックスグリーン成形体に対して弾性体を上方から押し付けることによって、複数のセラミックスグリーン成形体の上面の縁部から上述の鋭い角形状やバリ等を簡易に且つ同一工程で除去することができる。

前記基材上に載置された複数のセラミックスグリーン成形体の高さは同じであり、前記弾性体は板状を呈していて、前記弾性体の硬度がショア硬度Ａで１５〜５０であり、前記弾性体を押し付ける圧力は５〜４０ｋｇｆ/ｃｍ^２であることが好適である。このとき、前記円弧部の半径は０．００２〜０．０２０ｍｍとなり得る。また、前記傾斜部が形成される場合、前記セラミックスグリーン成形体を上方からみたときの前記傾斜部の長さは０．０１〜１．０ｍｍとなり、前記傾斜部の傾斜角度は０．１〜１５°となり得る。

本発明の実施形態に係る圧電デバイスの斜視図である。 図１に示した圧電デバイスの２−２断面図である。 基材上に形成された大きな積層体を切断して同一工程で多数個の圧電デバイス対応部を取り出す際の切断の様子を示した図である。 切断によって基材上に多数個の圧電デバイス対応部が取り出された状態を示した図である。 図４に示した状態を側方からみた図である。 図４に示した状態にある１つの圧電デバイス対応部の図２に対応する断面図である。 基材上に載置された多数個の圧電デバイス対応部に対して弾性体を上方から押し付けた状態を示した図である。 図７に示した状態を側方からみた図である。 図６に示した圧電デバイス対応部に対して上面の縁部に傾斜部が形成された状態を示した図である。 図９に示した圧電デバイス対応部に対して下面の縁部にも傾斜部が形成された状態を示した図である。 図１０に示した圧電デバイス対応部に対してグリーン側面電極が形成された状態を示した図である。

以下、図面を参照しながら本発明による圧電デバイスの実施形態について説明する。

（構成）
図１、図２に示すように、本実施形態に係る圧電デバイスは、焼成体であり、直方体状の本体部１０と、本体部１０の側面の少なくとも一部を覆うように本体部１０に設けられた側面電極２０と、を備える。

本体部１０は、圧電材料からなる複数（本例では６つ）の圧電層１１と、複数（本例では５つ）の層状の内部電極１２とを有し、最上層及び最下層として圧電層１１が位置し且つ圧電層１１と内部電極１２とが交互に積層された積層体である。圧電層１１と内部電極１２の各層は互いに平行に積層されている。従って、本体部１０は、平面であり且つ互いに平行な上面部と下面部を備えている。本体部１０のサイズ（焼成後）は、例えば、縦０．２〜１０.０ｍｍ、横０．１〜１０.０ｍｍ、高さ０．０１〜１０.０ｍｍである。各圧電層１１（焼成後）の厚さは１．０〜１００.０μｍであり、各内部電極１２（焼成後）の厚さは０．３〜５.０μｍである。

側面電極２０は、内部電極１２と電気的に接続されている。より具体的には、図２に示すように、（３つの）内部電極１２Ａ、及び側面電極２０Ａ（以下、これらを総称して「第１電極群」と呼ぶ）が互いに電気的に接続され、（２つの）内部電極１２Ｂ、及び側面電極２０Ｂ（以下、これらを総称して「第２電極群」と呼ぶ）が互いに電気的に接続されている。

第１、第２電極群は、絶縁体である圧電層１１を介して接続されることによって、互いに電気的に絶縁されている。換言すると、互いに電気的に接続された（３つの）内部電極１２Ａと、互いに電気的に接続された（２つの）内部電極１２Ｂとは、櫛歯状の電極を構成している。側面電極２０（焼成後）の厚さは０．５〜１０．０μｍである。なお、本例では、内部電極が５層となっているが、内部電極の層の数は特に限定されない（ゼロであってもよい）。

図２に示すように、本体部１０の上面の縁部（上方からみて四角状の枠部）及び下面の縁部（下方からみて四角状の枠部）において、外側に向かって下がる傾斜部が形成され、且つ、前記傾斜部と本体部１０の側面とが交差する部分に円弧部が形成されている。

この圧電デバイスでは、第１、第２電極群の間に与える電位差を調整することによって圧電層１１（従って、本体部１０）の変形量が制御され得る。この原理を利用することによって、この圧電デバイスは、対象物の位置を制御するアクチュエータとして利用され得る。この対象物として、光学レンズ、磁気ヘッド、光ヘッド等が挙げられる。また、この圧電デバイスでは、圧電層１１（従って、本体部１０）の変形量に応じて第１、第２電極群の間に発生する電位差が変化する。この原理を利用することによって、この圧電デバイスは、超音波センサ、加速度センサ、角速度センサ、衝撃センサ、質量センサ等の各種センサとしても利用され得る。

圧電層１１の材料（圧電材料）としては、圧電セラミックス、電歪セラミックス、強誘電体セラミックス、或いは反強誘電体セラミックスが採用されることが好適である。具体的な材料としては、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス等を単独であるいは混合物として含有するセラミックスが挙げられる。

側面電極２０、及び内部電極１２の材料（電極材料）としては、室温で固体であり、導電性に優れた金属で構成されていることが好ましく、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、鉛等の金属単体、もしくはこれらの合金が採用され得る。

（製造方法）
次に、上記圧電デバイスの製造方法について説明する。以下、「焼成前」であることは、対応する部材の名称に「グリーン」を付し、或いは、対応する部材の符号の末尾に「ｇ」を付すことによって示される。

本例では、先ず、図３に示すように、平板状の基材上に、圧電デバイスに対応する部分（以下、「グリーン圧電デバイス対応部」と呼ぶ）が所定の間隔をおいてマトリクス状に複数個（３×７個）整列した状態で含まれる１枚の大きなグリーン積層体が形成される。この大きなグリーン積層体は、本体部１０に対応するグリーン積層体部を含む。

本体部１０に対応するグリーン積層体部は、圧電層１１に対応するグリーン圧電シートと、内部電極１２に対応するグリーン電極膜とが交互に積層されて形成される。グリーン圧電シートは、ドクターブレード法等の周知の手法の一つを利用して前記圧電材料を含むペーストを成形することによって形成される。グリーン圧電シート上へのグリーン電極膜の形成は、スクリーン印刷等の周知の手法の一つを利用して前記電極材料を含むペーストを成形することによってなされる。グリーン圧電シートとグリーン電極膜との圧着性をより確実とするため、グリーン圧電シートとグリーン電極膜との間にグリーン接着層が介装されてもよい。この場合、グリーン圧電シート上へのグリーン接着層の形成は、塗付等の周知の手法の一つを利用してなされる。

次いで、図３に示す切断線（２点鎖線を参照）に沿って切断加工、パンチ加工等の機械加工を施す。この結果、図４及び図５に示すように、基材上において、複数個（３×７個）の同形の直方体状のグリーン圧電デバイス対応部を同一工程で取り出すことができる。

図６は、取り出された１つのグリーン圧電デバイス対応部の図２に対応する断面を示す。図６に示すように、本例では、グリーン圧電デバイス対応部は、本体部１０に対応するグリーン積層体１０ｇから構成される。グリーン積層体１０ｇは、最上層及び最下層として圧電シート１１ｇが位置し且つ圧電シート１１ｇと電極膜１２ｇとが交互に積層された積層体である。

図６に示すように、上記機械加工によって取り出されたグリーン圧電デバイス対応部における上面と側面（側面は、前記機械加工によって現れた面である）とが交差する部分（上面の縁部）は、鋭い角形状となり易い。或いは、同部分にバリ等が発生し易い。

次に、図７及び図８に示すように、基材上に載置された複数個のグリーン圧電デバイス対応部に対して平板状の弾性体が上方から押し付けられる。弾性体は、シリコンゴム等の材料で構成され、弾性体の硬度がショア硬度Ａで１５〜５０である。また、弾性体を押し付ける圧力（単位面積あたりの押し付け力）は５〜４０ｋｇｆ/ｃｍ^２である。また、本例では、隣り合うグリーン圧電デバイス対応部の間隔（隙間の幅）は０．５〜５．０ｍｍである。

図８に示すように、押し付けられた弾性体の下面における「隣り合うグリーン圧電デバイス対応部間の隙間に対応する部分」は、加圧に基づく弾性変形によって同隙間に入り込む（下方に向けて膨らむ）。これに伴い、図９に示すように、グリーン圧電デバイス対応部の上面の縁部（上方からみて四角状の枠部）が、変形した弾性体の下面の形状（輪郭）に沿って変形する。この結果、グリーン圧電デバイス対応部の上面の縁部において、外側に向かって下がる傾斜部が形成され、且つ、前記傾斜部とグリーン圧電デバイス対応部の側面とが交差する部分（前記傾斜部の端部）に円弧部が形成される。これにより、複数のグリーン圧電デバイス対応部の上面の縁部から上述した「鋭い角形状」や「バリ等」が簡易に且つ同一工程で除去され得る。

図９に示すように、グリーン圧電デバイス対応部を上方からみたときの前記傾斜部の長さＬａは０．０１〜１．０ｍｍである。前記傾斜部の傾斜角度θａは０．１〜１５．０°である。前記円弧部の半径Ｒａは０．００２〜０．０２０ｍｍである。なお、前記傾斜部はなくてもよい。

上述した傾斜部及び円弧部の形成は、グリーン圧電デバイス対応部の下面の縁部（下方からみて四角状の枠部）においても行われる。具体的には、図７及び図８に示した工程の後、基材上に載置された複数個のグリーン圧電デバイス対応部のそれぞれが、上下反転されて基材上の同じ位置に再載置される。そして、図７及び図８に示した工程と同様に、基材上に載置された複数個のグリーン圧電デバイス対応部に対して平板状の弾性体が上方から押し付けられる。この結果、図１０に示すように、グリーン圧電デバイス対応部の下面の縁部（下方からみて四角状の枠部）においても、グリーン圧電デバイス対応部の上面の縁部と同様に、傾斜部及び円弧部が形成される。

次に、図１１に示すように、グリーン圧電デバイス対応部の側面の所定箇所に、側面電極２０に対応するグリーン側面電極２０ｇが形成される。この形成は、スクリーン印刷等の周知の手法の一つを利用して前記電極材料を含むペーストを成形することによってなされる。

そして、図１１に示したグリーン圧電デバイス対応部に対し、所定温度で所定時間に亘って焼成が実行される。この結果、図１及び図２に示す圧電デバイス（焼成後）が得られる。

（作用・効果）
本実施形態に係る圧電デバイスの製造方法では、平板状の基材上に載置された複数個のグリーン圧電デバイス対応部に対して平板状の弾性体が上方から押し付けられる。この結果、グリーン圧電デバイス対応部の上面の縁部において、上記「傾斜部」及び「円弧部」が形成される。これにより、複数のグリーン圧電デバイス対応部の上面の縁部から上述した「鋭い角形状」や「バリ等」を簡易に且つ同一工程で除去することができる。

本発明は上記実施形態に限らず、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、本体部１０が、圧電層１１と内部電極１２が交互に積層された積層体であるが、本体部１０が圧電材料のみからなる（内部電極を有さない）圧電体であってもよい。また、本体部１０が圧電材料以外のセラミックス材料のみからなる（内部電極を有さない）セラミックス体であってもよい。

また、上記実施形態では、基材上に載置された「複数のグリーン圧電デバイス対応部が互いに間隔をあけて含まれる１枚の平板状のグリーン成形体」に対して機械加工を施すことにより、複数のグリーン圧電デバイス対応部が基材上に互いに間隔をあけて載置されている。これに対し、初めから個別に成形された複数のグリーン圧電デバイス対応部が基材上に互いに間隔をあけて載置されてもよい。

１０…本体部、１１…圧電層、１２…内部電極、２０…側面電極

Claims (8)

1. セラミックス粉体とバインダとを少なくとも含むペーストを用いて成形された焼成前のセラミックスグリーン成形体の製造方法であって、
   平面部を有する上面と、側面とが交差する部分が角形状を呈するセラミックスグリーン成形体を、平板状の基材上に互いに間隔をあけて複数載置する第１工程と、
   前記第１工程後、前記複数のセラミックスグリーン成形体に対して弾性体を上方から押し付けることによって、前記各セラミックスグリーン成形体の上面の縁部において外側に向かって下がる傾斜部を形成するとともに前記傾斜部と前記セラミックスグリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部を形成する第２工程と、
   を含む、セラミックスグリーン成形体の製造方法。
2. セラミックス材料である圧電材料からなる少なくとも２つの圧電層と少なくとも１つの内部電極とが積層された積層体である本体部と、前記本体部の側面の少なくとも一部を覆い且つ前記内部電極と接続する側面電極と、を備えた、焼成体である圧電デバイスの焼成前の成形体であるセラミックスグリーン成形体の製造方法であって、
   平面部を有する上面と、側面とが交差する部分が角形状を呈する、前記本体部に対応するセラミックスグリーン成形体を、平板状の基材上に互いに間隔をあけて複数載置する第１工程と、
   前記第１工程後、前記複数のセラミックスグリーン成形体に対して弾性体を上方から押し付けることによって、前記各セラミックスグリーン成形体の上面の縁部において外側に向かって下がる傾斜部を形成するとともに前記傾斜部と前記セラミックスグリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部を形成する第２工程と、
   前記第２工程後、前記各セラミックスグリーン成形体の側面に前記側面電極に対応するグリーン側面電極を形成する第３工程と、
   を含む、セラミックスグリーン成形体の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のセラミックスグリーン成形体の製造方法において、
   前記基材上に載置された複数のセラミックスグリーン成形体の高さは同じであり、前記弾性体は板状を呈していて、
   前記弾性体の硬度がショア硬度Ａで１５〜５０であり、
   前記弾性体を押し付ける圧力は５〜４０ｋｇｆ/ｃｍ^２であり、
   前記セラミックスグリーン成形体を上方からみたときの前記傾斜部の長さは０．０１〜１．０ｍｍであり、
   前記傾斜部の傾斜角度は０．１〜１５．０°であり、
   前記円弧部の半径は０．００２〜０．０２０ｍｍである、セラミックスグリーン成形体の製造方法。
4. セラミックス粉体とバインダとを少なくとも含むペーストを用いて成形された焼成前のセラミックスグリーン成形体の製造方法であって、
   平面部を有する上面と、側面とが交差する部分が角形状を呈するセラミックスグリーン成形体を、平板状の基材上に互いに間隔をあけて複数載置する第１工程と、
   前記第１工程後、前記複数のセラミックスグリーン成形体に対して弾性体を上方から押し付けることによって、前記各セラミックスグリーン成形体の上面の縁部と前記セラミックスグリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部を形成する第２工程と、
   を含む、セラミックスグリーン成形体の製造方法。
5. セラミックス材料である圧電材料からなる少なくとも２つの圧電層と少なくとも１つの内部電極とが積層された積層体である本体部と、前記本体部の側面の少なくとも一部を覆い且つ前記内部電極と接続する側面電極と、を備えた、焼成体である圧電デバイスの焼成前の成形体であるセラミックスグリーン成形体の製造方法であって、
   平面部を有する上面と、側面とが交差する部分が角形状を呈する、前記本体部に対応するセラミックスグリーン成形体を、平板状の基材上に互いに間隔をあけて複数載置する第１工程と、
   前記第１工程後、前記複数のセラミックスグリーン成形体に対して弾性体を上方から押し付けることによって、前記各セラミックスグリーン成形体の上面の縁部と前記セラミックスグリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部を形成する第２工程と、
   前記第２工程後、前記各セラミックスグリーン成形体の側面に前記側面電極に対応するグリーン側面電極を形成する第３工程と、
   を含む、セラミックスグリーン成形体の製造方法。
6. 請求項４又は請求項５に記載のセラミックスグリーン成形体の製造方法において、
   前記基材上に載置された複数のセラミックスグリーン成形体の高さは同じであり、前記弾性体は板状を呈していて、
   前記弾性体の硬度がショア硬度Ａで１５〜５０であり、
   前記弾性体を押し付ける圧力は５〜４０ｋｇｆ/ｃｍ^２であり、
   前記円弧部の半径は０．００２〜０．０２０ｍｍである、セラミックスグリーン成形体の製造方法。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のセラミックスグリーン成形体の製造方法において、
   前記セラミックスグリーン成形体は、縦０．２〜１５．０ｍｍ、横０．１〜１５．０ｍｍ、高さ０．０１〜１５．０ｍｍの直方体状を呈している、セラミックスグリーン成形体の製造方法。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載のセラミックスグリーン成形体の製造方法において、
   前記第１工程では、前記基材上に載置された、前記複数のセラミックスグリーン成形体に対応する部分が互いに間隔をあけて含まれる１枚の平板状のグリーン体に対して機械加工を施すことにより、前記複数のセラミックスグリーン成形体が前記基材上に互いに間隔をあけて載置される、セラミックスグリーン成形体の製造方法。

Images