JP2623960B2 - 積層型圧電アクチュエータ素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、積層型圧電アクチュエータ素子に関し、特
に、信頼性を改善するための製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の積層型圧電アクチュエータ素子（以下素子と記
す）の製造方法について、第３図および第４図を参照し
て説明する。

第３図は、従来の素子の製造方法を示す工程図であ
り、第４図は製造の途中工程での素子の状態を示す斜視
図である。

従来、素子を以下のように製作していた。

先ず、混練工程で圧電性セラミックの粉末と溶剤とを
混練し泥漿を作った後、厚膜セラミックシート形成工程
で100〜200μｍのセラミックシートを形成する。

次に、電極ペースト印刷工程でこのセラミックシート
上に電極ペーストを10〜20μｍの厚さに印刷し、シート
打抜き工程で所定の大きさに打抜く。

この後、積層・プレス工程で、打抜いたシートを数10
枚積層しプレスしてから、焼成工程で高温で焼成を行な
って第４図（ａ）に示すような焼成体１を得る。

この焼成体１は、同図に示すような、セラミックシー
ト２と内部電極３とが交互に積層された構造となってい
る。

次に、ブロック切断工程でこの焼成体を短冊状のブロ
ックに切断した後、ガラス絶縁部形成工程で、第４図
（ｂ）に示すようにブロック４の切断面に露出した内部
電極３の露出部を、一層おきにガラス絶縁物５で覆う。

次いで、外部電極形成工程で、ブロック４の側面上
に、第４図（ｂ）に示すように外部電極６を形成してこ
の側面に露出した内部電極３を一層おきに接続する。

そして、素子切断工程で、第４図（ｃ）に示すよう
に、最小単位の個片に切断し、皿にリード付け・外装工
程でリード線７を設け、外装を施して素子８を完成す
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した製造方法により得られた素子は、以下に述べ
るように信頼性が充分ではなかった。

以下にその説明を行なう。

先ず、従来の素子に対して信頼性試験を行なった。試
験は耐湿負荷寿命試験で、40℃,90％RHの環境条件下で
定格直流電圧を連続印加する。

この試験の結果を第２図に示す。従来の素子では、試
験開始から40〜50時間後に最初の不良が発生し、更に、
約200時間で50％が不良となり、約300〜400時間で全数
が不良になった。

不良となった素子は、大半がガラス絶縁物５が絶縁不
良を起していた。

そして、このガラス絶縁物５の絶縁不良の原因を調査
した結果、以下のことがその原因であることが分った。

第３図に示す素子の製造工程のうち、ガラス絶縁物形
成工程および外部電極性工程での加熱・冷却時に、ガラ
ス絶縁物内部に応力や欠陥が残ったままであること。

素子切断工程で切断時に使用する潤滑油や、切断後に
この潤滑油を除去するための洗浄液が、ガラス絶縁物内
部の欠陥やピンホール内に残留し、それらが放電の原因
となること。

従来の製造方法によって得られる素子は、上述のよう
に信頼性が充分ではないという欠点を持っている。

本発明の目的は、このような欠点を除去し、信頼性が
高く、寿命時間の長い素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の積層型圧電アクチュエータ素子の製造方法
は、圧電性セラミックシートと内部電極層とを交互に積
層し焼結して得た焼結体をブロックに分割する工程と、 前記ブロックの対向する側面上に露出した内部電極層
の露出部を一層おきに絶縁するように絶縁体を設けた
後、この絶縁体を含む側面上に外部電極を設ける工程
と、 前記外部電極が設けられたブロックを最小単位の個片
に分割する工程と、 前記個片にリード線を接続し、外装を施す工程と、 を含む積層型圧電アクチュエータ素子の製造方法におい
て、 前記分割工程では、個片に分割した後、真空中を含む
乾燥雰囲気中で熱処理を施すことを特徴とする。

〔実施例〕

次に、本発明の最適な実施例について、図面を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の実施例の製造方法を示す工程図で
ある。

本実施例が、第３図に示す従来の製造方法と異なるの
は、素子切断工程の次に熱処理が行われることである。

本実施例では、第１図に示す製造工程に則って以下に
述べる条件で素子を作成し、信頼性試験を行って効果を
確認した。

尚、以下の製造工程の説明では、先に示した第４図も
参照する。

先ず、圧電性セラミックの粉末と溶剤とを混練したの
ち、約130μｍのセラミックシートを形成する。

次に、このセラミックシート上に電極ペーストを10μ
ｍの厚さに印刷して内部電極を形成した後、このシート
を所定の大きさに打抜き、130枚積層した後プレスして
プレス体を作る。

次に、このプレシ体を1120℃で２時間焼成して焼結体
１とした後、幅5mmの短冊状のブロック４に切断する。

次いで、この短冊状のブロック４の一方の切断面に露
出した内部電極３に一層おきにガラス絶縁物５を形成す
る。

次に、ブロック４のもう一方の側面に露出した内部電
極にも一層おきにガラス絶縁物５を形成する。この場
合、ブロック４の左右の側面に形成されたガラス絶縁物
５が互いに異なる内部電極３を絶縁するように、互い違
いに形成する。

この後、ガラス絶縁された２つの側面に外部電極６を
設ける。

そして、このような工程を経たブロックを、マルチワ
イヤーソーにて個々の個片に切断する。

更に、この個片を400℃で10分間加熱処理した後、外
部電極６にリード線７をはんだ付けし、外装樹脂を静電
塗装して素子８を完成する。

次に、完成した素子に対して信頼性試験を行った結果
について述べる。

試験は、40℃,90％RHの環境下で定格直流電圧150Vを
印加する耐湿負荷寿命試験である。

信頼性の判定は、素子に直列に接続したヒューズが溶
断したか否かで素子の不良を検出し、不良発生までの試
験時間と累積不良率との関係をワイブル確率紙にプロッ
トして判定した。

試験の結果を第２図に示す。第２図は、試験時間と累
積不良率とをワイブル確率紙にプロットしたものであ
る。

第２図から、本実施例による素子では、試験開始から
500〜600時間後に最初の不良が発生し、1500時間で合計
30％が不良となり、2500時間で全数が不良となるという
結果が得られ、本実施例の効果が確認された。

上記の効果は、熱処理の雰囲気として、還元性雰囲
気、酸化性雰囲気および不活性雰囲気のいずれの雰囲気
を用いても違いがなかったが、いずれの場合において
も、乾燥していることが必要であった。

なお、熱処理の効果は、300〜500℃の熱処理温度の範
囲内で顕著に現れ、300℃未満および500℃より高い温度
では、従来の製造方法による素子と試験結果に差異がな
かった。

このことは、次のように考えられる。

素子の製造工程中、素子切断工程で用いられる潤滑油
およびその潤滑油の洗浄に用いられる洗浄液の物理的な
性質はそれぞれ以下のようである。

素子の製造工程中で用いられる潤滑油や洗浄液が上記
のような性質をもつため、300℃以上の乾燥雰囲気中で
熱処理すれば分解されてしまうものと考えられる。

更に、熱処理することによって、ガラス絶縁物内部
や、ガラス絶縁物と外部電極との界面に残留していた応
力が解放され、ガラス絶縁物の強度が改善されるものと
考えられる。

一方、500℃以上の熱処理温度で効果が現れないの
は、ガラス絶縁物の材料および外部電極の材料の物性の
変化によるものであって、モードの異なる原因による不
良が寄与するようになるからであると考えられる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、素子切断後に熱処理
を行なうことによって、ガラス絶縁物内部の残留応力の
除去、ガラス絶縁物の欠陥の修復、素子切断時の潤滑油
および洗浄液の残さの除去を可能ならしめるものであ
り、これによって、信頼性の高い素子を提供することを
可能にするという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の製造工程を示す工程図、第
２図は、本発明の実施例による素子および従来の製造方
法による素子の信頼性試験の結果を示す図、第３図は、
従来の素子の製造工程を示す工程図、第４図は、製造の
途中工程での素子の状態を示す斜視図である。 １……焼結体、２……セラミックシート、３……内部電
極、４……ブロック、５……ガラス絶縁物、６……外部
電極、７……リード線、８……素子。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電性セラミックシートと内部電極層とを
   交互に積層し焼結して得た焼結体をブロックに分割する
   工程と、 前記ブロックの対向する側面上に露出した内部電極層の
   露出部を一層おきに絶縁するように絶縁体を設けた後、
   この絶縁体を含む側面上に外部電極を設ける工程と、 前記外部電極が設けられたブロックを最小単位の個片に
   分割する工程と、 前記個片にリード線を接続し、外装を施す工程と、 を含む積層型圧電アクチュエータ素子の製造方法におい
   て、 前記分割工程では、個片に分割した後、真空中を含む乾
   燥雰囲気中で熱処理を施すことを特徴とする積層型圧電
   アクチュエータ素子の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の積層型圧電アクチュエータ
   素子の製造方法において、前記熱処理を乾燥空気中で、
   300℃から500℃の温度範囲で行なうことを特徴とする積
   層型圧電アクチュエータ素子の製造方法。