JP2830724B2 - 圧電アクチュエータの製造方法 - Google Patents

圧電アクチュエータの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は絶縁体が形成された円筒
状あるいはＵ字状空隙部をもつ圧電アクチュエータの製
造方法に関し、特に圧電アクチュエータの信頼性を高
め、かつ経済性に優れた絶縁体の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電セラミック薄板と内部電極膜とが交
互に複数積層された積層型圧電アクチュエータにおいて
内部に円筒状空隙部を設けた場合、そのままでは空隙部
の壁面に内部電極端面が露出している。このような状態
で圧電アクチュエータに直流もしくは直流に近似した電
圧を印加し、これを駆動させると、内部電極を構成する
金属がイオン化して、いわするマイグレーション現象に
よって隣接する内部電極間に架橋を形成する。この現象
は特に高い湿度下で圧電アクチュエータを駆動した場合
に起り易く、隣接する内部電極間が電気的にショートし
た状態になるため、信頼性大きな問題となっていた。
【０００３】この問題を解決する１つの手段として特開
昭６１−１５３８２号公報では、図８に示すように空隙
部の壁面にシリカＳｉＯ2 からなる絶縁膜１４を減圧Ｃ
ＶＤ法で均一に形成することを提案している。こうする
ことによって、空隙部の壁面に露出する内部電極端面は
全てシリカで覆われる。従って内部電極を構成する金属
のイオン化が妨げられることになり、マイグレーション
現象の発生を防止することが可能となった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同公報
による方法には次に記す大きな２つの問題が内包されて
いる。
【０００５】経済性の問題 同公報では、減圧ＣＶＤ法でＳｉＨ4 とＮ2 Ｏを５００
℃で反応させて生じたシリカＳｉＯ2 を円筒状空隙部の
壁面に肉厚５０μｍで付着させている。このような厚さ
の膜をＣＶＤ法によって形成するには非常に長い時間が
必要であり、生産性が極めて低くおよそ経済的な手法と
は言えない。
【０００６】さらに、上述のＣＶＤ法による絶縁体形成
では、通常の方法では圧電アクチュエータの全表面にシ
リカが付着してしまい、目的とする円筒状空隙部の壁面
に選択的にシリカを付着させるためには特別のマスキン
グ操作を個々の圧電アクチュエータ個体に施すことが必
要となり、これも生産性を阻害する大きな要因となる。
【０００７】信頼性の問題 同公報で形成されるシリカ膜は、空隙部の壁面に均一に
付着している。
【０００８】この状態で圧電アクチュエータに電圧を印
加すると、電圧の大きさに比例して厚み方向に圧電アク
チュエータが伸び、このときシリカ膜には引っ張り応力
が働く。従って、電圧が高いすなわち圧電アクチュエー
タの伸びが大きい、あるいは電圧のオン・オフが断続的
に行われると、シリカ膜に大きな引っ張り応力あるいは
サイクリックな引っ張り応力が働き、シリカ膜にクラッ
クが発生し易い状況となる。シリカ膜にクラックが発生
すると円筒状空隙部壁面の内部電極端面が再び露出する
状態となり、当初目的とした信頼性向上が妨げられる。
【０００９】本発明の圧電アクチュエータの製造方法
は、薄板状圧電セラミック膜と内部電極膜とが交互に複
数積層され、この内部に円筒状あるいはＵ字状空隙部が
設けられ、その内部壁面に絶縁体が形成される圧電アク
チュエータにおいて、前記第１と第２の絶縁体を電気泳
動法で被着形成するものであり、かつ前記第１の絶縁体
を電気泳動法で形成する以前に素子内部に円筒状空隙部
を設け、しかるのち第１と第２の絶縁体を電気泳動法で
同時に形成することを特徴としている。
【００１０】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例の圧電アクチュエータの断
面図であるり、図２はその斜視図である。この圧電アク
チュエータの製造方法を図４と図５に示す。図４は、図
５の工程をＡ−Ａ′断面で示したものである。
【００１１】製造のフローは図３に示す通りである。
【００１２】図４（ａ），図５（ａ）に示すように、ま
ず銀パラジウムの導体ペーストを印刷した圧電セラミッ
クミートを複数枚積層し、プレス脱バインダー焼結を行
い圧電セラミック１と内部電極２が積層された積層体３
を得る。積層体３は、向いあう一組の側面には全ての内
部電極が露出しており別の向いあう一組の側面には、内
部電極が一層おきに露出し、たがいに同じ内部電極層が
露出していないようになっている。この一層おきに内部
電極の露出した面には銀ペースト、あるいは導電性樹脂
で仮電極４ａ，４ｂを形成する。又、超音波加工等によ
り孔５を形成する。
【００１３】この孔５の内壁面には図４（ａ）のように
内部電極２が露出している事になる。
【００１４】次に図５（ｂ）の積層体３の内部電極２が
露出している向い合った面のうち一方の面を粘着テープ
やマスキング剤などの被覆材６ａで覆い、電気泳動法に
より絶縁体７ａを形成する。この絶縁体７ａは、図６に
示すように、容器８中のガラスやセラミック化合物、ジ
ルコニア、チタニア等の無機物やポリアミド、ポリイミ
ド、フッ素系樹脂、エポキシ等の高分子等の絶縁体より
なる粉子を分散させた懸濁液９に浸積し、同様に浸積し
てある参照極１０と、積層体３の一方の仮電極４ａとの
間に電圧を印加する。又、他方の仮電極４ｂは参照極１
０と接続させる。こうしておき、仮電極４ａと参照極１
０との間に電源１１を接続し、電圧を印加すると、懸濁
液９中の絶縁体粒子は電界によって移動し、図４（ｂ）
および図５（ｂ）のように積層体３の内部電極のうち仮
電極４ａに接続しているもののみに付着し、絶縁体７ａ
を形成する。本方法による絶縁体形成方法を一般に電気
泳動法と呼ぶ。絶縁体７ａの付着した積層体３を懸濁液
９より取出し、被覆材６ａをはがして加熱し、絶縁体７
ａを積層体３に固着させる。この時絶縁体７ａは、孔５
の内側にも形成される。
【００１５】本実施例では、絶縁体７ａとなる絶縁体粒
子にガラス粉末を分散したアセトンと電解質の混合液を
懸濁液９とし、２０Ｖの電圧を５分間印加した後６５０
℃を１０分間保持するプロファイルで加熱して厚さ５０
μｍの絶縁体７ａを固着させた。
【００１６】次に、図４（ｃ）および図５（ｃ）に示す
ように、先に形成された絶縁体７ａの固着された面に被
覆材６ｂを形成し、先ほどとは逆の仮電極４ｂと参照値
１０との間に電圧を印加し、絶縁体７ｂを形成し同様に
固着させる。
【００１７】以上の操作によって図１および図２に示す
ように積層体３の内部電極２が露出している向い合った
面において、露出した内部電極２は、一層おきに、互い
違いに絶縁体７ａ，７ｂで覆われる。さらに孔の内部に
露出した内部電極２は、全て絶縁体７ａ，７ｂで覆われ
る事になる。
【００１８】次に、積層体３の一層おきに絶縁体７ａ，
７ｂを形成した向い合う２面に導体ペーストで内部電極
２と直交する方向に外部電極１２ａ，１２ｂを形成し、
積層体３を隣り合う孔５の間で切断して、図１，図２に
示すような圧電アクチュエータを作製する。
【００１９】さらに切断時に孔５の中心で切断すれば図
７に示すように切欠き１３を持ったＵ字断面の圧電アク
チュエータを作製する事もできる。
【００２０】本実施例では、外面の絶縁体と孔の内面の
絶縁体を同時に形成したが、両者を別々の工程によって
異った材料により構成できる事は当然である。
【００２１】さらにＵ字断面の圧電アクチュエータを作
製する場合、図５（ａ）の工程において、孔ではなく切
欠きを形成しても同様の方法によって切欠き部壁面に絶
縁体を形成できる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は円筒状あ
るいはＵ字状空隙部の壁面に絶縁体を電気泳動法で形成
したので次に記す効果を得た。
【００２３】経済性の向上 円筒状空隙部の壁面への絶縁体形成が特開昭６１−１５
３８２号公報に記されている減圧ＣＶＤ法による形成よ
り短時間かつ大量に行えた。
【００２４】すなわち、本実施例では円筒状空隙部の壁
面への厚さ５０μｍの絶縁体形成はおよそ１分で完了
し、かつ３０個同時に行い得た。また、電気泳動法では
絶縁体は選択的に内部電極露出端面近傍に付着するの
で、不必要な面に絶縁体が付着する問題はなく、これに
対する対策も不要であった。
【００２５】信頼性の向上 電気泳動法によって形成した絶縁体は、円筒状空隙部の
壁面のうちで特に内部電極露出端面近傍に選択的に付着
する。従って、圧電アクチュエータに電圧を印加して厚
み方向に圧電アクチュエータが伸びたときに絶縁体に働
く引っ張り応力は、同公報で減圧ＣＶＤ法によって形成
したシリカ膜と比較して、はるかに小さなものとなっ
た。その結果表１に記す信頼性の向上が得られた。
【００２６】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の縦断面図。
【図２】本発明の一実施例の斜視図。
【図３】本発明の一実施例の製造方法のブロック図。
【図４】本発明の一実施例の製造工程毎の積層体の縦断
面図。
【図５】本発明の一実施例の製造工程毎の積層体の斜視
図。
【図６】本発明の一実施例の電気泳動法による絶縁体形
成のための装置。
【図７】本発明の他の実施例の斜視図。
【図８】従来の圧電アクチュエータの縦断面図。
【符号の説明】
１ 圧電セラミック ２ 内部電極 ３ 積層体 ４ａ，４ｂ 仮電極 ５ 孔 ６ａ，６ｂ 被覆材 ７，７ａ，７ｂ 絶縁体 ８ 容器 ９ 懸濁液 １０ 参照極 １１ 電源 １２ａ，１２ｂ 外部電極 １３ 切欠き １４ 絶縁膜
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−15382（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−86883（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−65688（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 41/08 H01L 41/083 H01L 41/09 H01L 41/22 H01L 41/24

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 薄板状圧電セラミック膜と内部電極膜と
    が交互に複数積層された素子であって、一対の向かい合
    う素子側面に露出している各内部電極層端部が一層おき
    に第１の絶縁体で覆われ、該素子側面にこの上から外部
    電極が形成され、さらに該素子内部に円筒状空隙部が設
    けられ、かつ該円筒状空隙部壁面に第２の絶縁体が形成
    されている圧電アクチュエータにおいて、前記第１と第
    ２の絶縁体を電気泳動法で被着形成するものであり、か
    つ前記第１の絶縁体を電気泳動法で形成する以前に素子
    内部に円筒状空隙部を設け、しかるのち第１と第２の絶
    縁体を電気泳動法で同時に形成することを特徴とする圧
    電アクチュエータの製造方法。
  2. 【請求項２】 前記第２の絶縁体を形成したのち円筒状
    空隙部を含めて素子を縦に切断することによってＵ字型
    の横断面を得ることを特徴とする請求項１記載の圧電ア
    クチュエータの製造方法。
  3. 【請求項３】 前記第１および第２の絶縁体が無機材料
    および高分子材料のいずれかあるいは両方であることを
    特徴とする請求項１乃至２記載の圧電アクチュエータの
    製造方法。
  4. 【請求項４】 前記第１および第２の絶縁体がガラス，
    シリカ，圧電体の全部あるいは一部を構成する元素から
    なるセラミック化合物、ジルコニア、チタニアの無機材
    料、およびポリイミド、ポリアミド、フッ素系樹脂、エ
    ポキシの高分子材料のいずれか１つの材料あるいは複数
    の材料であることを特徴とする請求項３記載の圧電アク
    チュエータの製造方法。
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