JP5572703B2 - 圧電素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、平面度が高く且つ薄い焼成圧電体を備える、圧電素子を製造する方法に関する。

近年、光学、精密機械、半導体製造等の分野において、サブミクロンのオーダーで光路長や位置を調整する変位制御デバイスが所望されるようになってきている。これに応え、圧電体に電界を加えたときに起こる逆圧電効果等に基づく歪み（変位、変形）を利用した圧電アクチュエータや、同様の効果に基づき圧電体に圧力を加えたときに起こる電荷発生（分極）を利用した圧電センサ等の、圧電デバイスの開発が進められている。

圧電デバイスの中核をなすものは、圧電体を電極で挟んでなる圧電素子である。このうち圧電体は、圧電材料を薄膜法によって膜状に成形し、高温で焼成して作製することが出来る（以下、焼成圧電体という）。圧電材料に添加する材料の種類を適切に選定すれば、圧電定数が高い、大きな変位を発生する焼成圧電体を得ることが可能である。そして、圧電定数が高ければ、所定の特性を得るために焼成圧電体を薄くする必要性が小さいため、ハンドリング性能が向上する。一方、大きな変位を得ることが出来る焼成圧電体で構成される圧電素子は、小型化することが可能となり、重量によって消費電力、応答性が変わる圧電デバイスないしそれを用いた製品に、好ましく適用される。

圧電素子に関する先行技術文献として、例えば、特許文献１（特開２００１−６８７５１号公報）及び特許文献２（特開２００６−６００００号公報）を挙げることが出来る。特許文献１には、圧電素子を金属板に接着する構造の圧電アクチュエータが開示されている。又、特許文献２には、ダミー材の上に電極及び圧電体を積層し、その後、ダミー材を除去することによって、圧電素子を得る圧電素子の製造方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示された圧電アクチュエータでは、フラットな圧電素子でないと金属板に接着する面積がばらつき、所定変位を得ることが難しい。そして、フラットな圧電素子にするためには、フラットな焼成圧電体が必要である。又、特許文献２に開示された圧電素子の製造方法では、電極の厚さや、ダミー材の材質によって、（焼成）圧電体に微小な反りが発生するおそれがある。

このように、圧電素子においては、反りがなくフラットで、薄い焼成圧電体が望まれているといえる。しかしながら、圧電材料は焼成による変形が大きい材料であり、圧電材料を薄く成形して（薄いグリーンシートを得て）高温で焼成すれば、尚のこと変形し易い。従って、圧電素子の構成要素として、フラットな（平面度が高い）薄い焼成圧電体を得ることは難しい。

これに対し、圧電材料を厚くすれば焼成による変形を抑制することが出来るから、厚いグリーンシートを焼成し、その後、切削・研磨等の加工を施すことによって、薄い焼成圧電体が得られるとも考えられる。しかしながら、切削・研磨等の加工によって、薄い焼成圧電体を得るためには、大変な労力、時間を要し、生産性に劣ることとなる。又、加工面は、平滑過ぎるが故に、他の部材の密着性が悪く、その焼成圧電体を有する圧電素子を、圧電デバイスないし製品に組み込む際に、接着剤が必要になる場合がある。これらの点において、焼成後に加工されて薄くなった焼成圧電体は、好ましいものとはいえない。更に、加工による応力によって焼成圧電体に相変態や自発分極が生じ得るところ、薄くするために表裏面を全く同じ条件で加工することは困難である。従って、加工条件が異なることに基づき、焼成圧電体の表裏面における結晶配向度や分極処理前の自発分極状態に差異が生じ易い。そうなれば、のちの分極処理の際に、うねりが発生してしまい、分極処理後のものとして、平面度の高い、薄い焼成圧電体を得ることは出来ない。

一方、焼成後の加工によらないで薄い焼成圧電体を得るべく、基板の上に圧電材料を膜状に成形し、これを焼成して焼成圧電体を得ようとすると、基板との間の格子定数の違いや熱膨張の違いから、やはり、焼成圧電体の表裏面において結晶配向度や結晶形態に差異が生じ易い。これらの差異が生じると、基板から剥離させて取り出す際や、のちの分極処理の際に、うねりが生じてしまう場合がある。又、薄いグリーンシートであっても、セッター上において単独で焼成すれば、うねりは起こり難くなると思われるが、焼成雰囲気に晒される面とセッターに接した面とでは、結晶配向度や結晶形態に差異が生じ易く、この差異が生じれば、同じように、のちの分極処理の際にうねりが生じ易い。何れにしても、平面度の高い、薄い焼成圧電体を得ることは困難である。

うねりが生じた平面度の低い焼成圧電体は、例えば１層又は数層の積層体であって全体の厚みが２０μｍ以下の薄いものである場合には、電位をかけたときに、厚さ方向への変位が面方向の変位に対して数倍となってしまう場合があり、そのような焼成圧電体を有する圧電素子は、好ましいものではない。

以上の他に、圧電材料を成形し、焼成してなる、薄い焼成圧電体においては、その強度が低いため、ハンドリングする際に割れ易い、という問題がある。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、平面度の高い、薄い焼成圧電体を備える圧電素子を得る手段を提供することにある。研究が重ねられた結果、圧電素子の製造過程において、圧電材料を薄いグリーンシート（グリーンシートＡ）に成形し、それよりも数倍厚いグリーンシート（グリーンシートＢ）を補強板として、グリーンシートＡの、のちに得ようとする焼成圧電体となる部分以外に、重ねて一体化し、積層体を得て、その積層体を焼成した後に、加工によりグリーンシートＢが焼成されてなる補強板を除去していくことによって、上記課題が解決されることが見出された。

即ち、先ず、本発明によれば、圧電材料を用いて、のちに焼成圧電体となる部分を含むグリーンシートＡを作製する過程と、そのグリーンシートＡの少なくとも片面に、のちに焼成圧電体となる部分に対面する部分が開口になっているグリーンシートＢを接合し、その後、焼成をして、グリーンシートＢが焼成されてなる補強板の付いた補強板付焼成圧電体を得る過程と、その補強板付焼成圧電体における前記グリーンシートＡが焼成されてなる部分に、膜状の電極を形成する過程と、を有する圧電素子の製造方法が提供される。

本発明に係る圧電素子の製造方法は、焼成圧電体の両面（主面）に電極が配設された単板の圧電素子、又は、焼成圧電体と電極が複数積層された積層体の表裏の両面（主面）に電極が配設された積層型の圧電素子、であって、両面（主面）が焼成面で構成され面方向に対して厚さ方向変位が小さな焼成圧電体を備える、圧電素子を製造する方法である。本発明に係る圧電素子の製造方法において、グリーンシートＡ（グリーンシート）は、焼成されて焼成圧電体となるものである。厚いグリーンシートＢ（グリーンシート）は、薄いグリーンシートＡ（グリーンシート）が、焼成の際に変形するのを防止する焼成用の補強板である。このグリーンシートＢ（グリーンシート）が、グリーンシートＡ（グリーンシート）に接合されたものが、焼成されて補強板付焼成圧電体となる。焼成された補強板付焼成圧電体のうち補強板とは、焼成前にグリーンシートＢ（焼成用の補強板）であった部分である。即ち、補強板は、実質的には、のちに焼成圧電体となる部分を含むグリーンシートと同じグリーンシート（生のセラミック材料（好ましくは焼成圧電体と同じ圧電材料））であった部分である。

本発明に係る圧電素子の製造方法において、グリーンシートＡの厚さＴ及び面内の最大長Ｌは、得ようとする圧電素子の焼成圧電体の厚さＴ及び面内の最大長Ｌを基に、収縮率を考慮して、決定すればよい。高温の焼成によって縮んで、グリーンシートＡの厚さＴ及び面内の最大長Ｌと、圧電素子の焼成圧電体の厚さＴ及び面内の最大長Ｌとは、異なるものとなるからである。

本発明に係る圧電素子の製造方法においては、グリーンシートＢが、グリーンシートＡより厚いことが好ましい。具体的には、例えば、グリーンシートＡの厚さを１０μｍとすれば、グリーンシートＢは１０μｍ超であって、数十μｍ（例えば５０μｍ〜９０μｍ）であることが好ましい。百μｍオーダーであってもよい。

本発明に係る圧電素子の製造方法においては、膜状の電極が、スピンコート法、スパッタ法、ディップ法、非接触塗布法からなる膜形成手段群から選ばれる何れか１によって形成されることが好ましい。

本発明に係る圧電素子の製造方法では、グリーンシートＡの少なくとも片面に、のちに焼成圧電体となる部分に対面する部分が開口になっているグリーンシートＢを接合するのであり、焼成されて得られる補強板付焼成圧電体における補強板（部分）は、焼成前にグリーンシートＢであった部分であるから、補強板には、当然に開口が存在することになる。本発明に係る圧電素子の製造方法においては、補強板付焼成圧電体を得る過程の後、補強板の開口に、樹脂を充填する過程を有することが好ましい。

本発明に係る圧電素子の製造方法においては、膜状の電極を形成する過程の後、スピンコート法、スパッタ法、ディップ法、非接触塗布法からなる膜形成手段群から選ばれる何れか１の方法によって、焼成圧電体部分の両面又は片面、若しくは電極の表面に、膜状の樹脂からなり剥離が可能な剥離板を接合する過程を有することが好ましい。

本発明に係る圧電素子の製造方法においては、剥離板が、光の照射又は加熱によって剥離が可能なものであることが好ましい。

本発明に係る圧電素子の製造方法においては、膜状の電極を形成する過程の後、レーザー、エッチング、ブラスト、ダイサー、機械加工からなる切断手段群から選ばれる何れか１の手段に基づく切断によって、補強板付焼成圧電体から、膜状の電極を形成した焼成圧電体部分以外を除去して、圧電素子を得る過程を有することが好ましい。

次に、本発明によれば、（焼成圧電体の）結晶が配向していない焼成圧電体が提供される。

本発明に係る焼成圧電体においては、Ｘ線回折プロファイルからＨａｌｌ法で算出される格子歪み量が小さいことが好ましい。

本発明に係る焼成圧電体においては、（圧電体が）正方晶であり、（その場合に歪み量が小さいだけでなく、）Ｘ線回折プロファイルにおける、（００２）面の強度Ｉ_００２と、（２００）面の強度Ｉ_２００と、の比Ｉ_００２／Ｉ_２００が、１．５〜５．０であることが好ましい。本発明に係る焼成圧電体においては、その比Ｉ_００２／Ｉ_２００は、１．５〜３．０であることが特に好ましい。その範囲内であれば、連続駆動時にクラックが生じない。

本発明に係る焼成圧電体は、Ｘ線回折プロファイルにおける、（００２）面の強度Ｉ_００２と、（２００）面の強度Ｉ_２００と、の比Ｉ_００２／Ｉ_２００が、（焼成圧電体の）一の面と他の面とで略同一であることが好ましい。これは、結晶配向度、結晶形態、及び自発分極状態が、一の面と他の面とで、差異がないことを意味する。尚、比Ｉ_００２／Ｉ_２００が略同一であるとは、小数点１桁まで同じである場合をいう。そのような状態であれば、駆動時の面方向の変位量を、面に垂直方向の変位量よりも、特に大きくすることが出来る。

次に、上記した何れかの焼成圧電体と、その焼成圧電体の焼成面で構成される両面に形成された膜状の電極と、を有する圧電素子が提供される。

次に、複層構造を有する焼成圧電体と、その焼成圧電体の焼成面で構成される両面に形成された膜状の電極と、を有し、接着層が、膜状の電極である圧電素子が提供される。

本発明に係る圧電素子の製造方法は、圧電材料を用いて、のちに焼成圧電体となる部分を含むグリーンシートＡを作製する過程と、そのグリーンシートＡの少なくとも片面に、のちに焼成圧電体となる部分に対面する部分が開口になっているグリーンシートＢを接合し、その後、焼成をして、グリーンシートＢが焼成されてなる補強板の付いた補強板付焼成圧電体を得る過程と、その補強板付焼成圧電体におけるグリーンシートＡが焼成されてなる部分に、膜状の電極を形成する過程と、を有するので、グリーンシートＡとグリーンシートＢ（焼成用の補強板）が同時に焼成され、焼成圧電体となる部分を含むグリーンシートＡの、焼成時の変形を抑えることが出来るから、当然に、焼成時に焼成圧電体は変形し難く、平面度の高い、薄い焼成圧電体を備える圧電素子を得ることが可能である。又、焼成後に、補強板（グリーンシートＢであった部分）が付いているから、ハンドリングが容易であり、焼成圧電体に、割れの問題が生じ難い。

本発明に係る圧電素子の製造方法は、平面度の高い薄い焼成圧電体を備える圧電素子を得るに際し、焼成後に加工によって焼成圧電体を薄くしていない。そのため、加工による場合に比して、労力、時間を少なくすることが出来、生産性が高い。又、本発明に係る圧電素子の製造方法によって得られる圧電素子の焼成圧電体の表面は、加工面ではなく、未加工焼成面であるため、他の部材との接着性が良好である。更に、加工によって薄くしないため、加工応力に基づく相変態や自発分極が、焼成圧電体に生じず、焼成圧電体の表裏面における結晶配向度や分極処理前の自発分極状態に差異が少ない。従って、のちの分極処理によっても、うねりが発生し難く、平面度の高い薄い焼成圧電体を備える圧電素子が得られる。

本発明に係る圧電素子の製造方法は、平面度の高い薄い焼成圧電体を備える圧電素子を得るに際し、基板の上に圧電材料を膜状に成形したり、薄いグリーンシートをセッター上に、直接、載置して、焼成を行っていない。焼成圧電体となる部分に対面する部分が開口になっている厚いグリーンシートＢを薄いグリーンシートＡに接合して、焼成をするので、焼成圧電体となる部分に応力がかからない状態で、焼成が行われる。そのため、得られる焼成圧電体の表裏面において結晶配向度や結晶形態に差異が生じ難く、のちの分極処理の際に、うねりが生じ難い。従って、平面度が高く薄い焼成圧電体を備える圧電素子が得られる。

本発明に係る圧電素子の製造方法は、その好ましい態様において、グリーンシートＢがグリーンシートＡより厚いので、上記の効果を得易い。即ち、焼成圧電体となる部分を含むグリーンシートＡの、焼成時の変形を、確実に抑えることが出来、その結果、従来は得ることが困難であった、平面度が高い、薄い焼成圧電体を備える圧電素子を、容易に得ることが可能である。

本発明に係る圧電素子の製造方法で得られる圧電素子は、焼成圧電体にうねりが生じていないため、焼成圧電体が、例えば１層又は数層の積層体であって全体の厚みが２０μｍ以下の薄いものであっても、電位をかけたときの変位が、一の方向に揃い、圧電素子として好ましいものといえる。

本発明に係る焼成圧電体は、圧電体の結晶が配向していないので、強度が強い。

本発明に係る焼成圧電体は、その好ましい態様において、両面の表面粗さが略同一であり、機械加工をしたものではないので、微小クラックがなく、耐久性がよい。表裏面で異方性がないため、より面方向への変位をさせ易い。

本発明に係る圧電素子は、本発明に係る焼成圧電体を構成要素とし、本発明に係る焼成圧電体が導く上記の効果を、現に発現するところに効果を奏する。

焼成圧電体の一例を表す斜視図である。 本発明に係る圧電素子の製造方法の一実施形態を表す断面図である。 本発明に係る圧電素子の製造方法の一実施形態を表す断面図であり、工程（１）〜（７）を示す図である。 本発明に係る圧電素子の製造方法の一実施形態を表す断面図であり、図３Ａの工程（１）〜（７）に続く、工程（８）〜（１３）を示す図である。 実施例における圧電素子の態様を示す斜視図である。 実施例の結果を示すグラフである。 実施例の結果を示すＸ線回折プロファイルであり、横軸は回折角２θ、縦軸は回折Ｘ線強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ（ａ．ｕ．））を表す。 本発明に係る圧電素子の製造方法の一実施形態を表す断面図であり、工程（Ｉ）〜（ＶＩ）を示す図である。 本発明に係る圧電素子の製造方法の一実施形態を表す断面図であり、図７Ａの工程（Ｉ）〜（ＶＩ）に続く、工程（ＶＩＩ）〜（Ｘ）を示す図である。 本発明に係る圧電素子の製造方法の一実施形態を表す断面図であり、工程（ａ）〜（ｇ）を示す図である。 本発明に係る圧電素子の製造方法の一実施形態を表す断面図であり、図８Ａの工程（ａ）〜（ｇ）に続く、工程（ｈ）〜（ｊ）を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、適宜、図面を参酌しながら説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は以下に記述される手段である。

尚、以下に説明される本発明に係る圧電素子の製造方法は、複数の圧電素子を同時に作製するもの（多個取り）である。図面は、製造過程が理解し易いように描かれた模式図であり、例えば、焼成圧電体の厚さと、電極の厚さは、好ましい状態には描かれていないことは、当然に理解されるべきである。

本発明に係る圧電素子の製造方法は、平面度が高く薄い焼成圧電体を備える圧電素子を得る方法であるので、先ず、焼成圧電体について説明する。図１に示される焼成圧電体１は、単層の圧電体である。この焼成圧電体１の平面形状は長方形であるが、焼成圧電体の外形は、特に限定されるものではない。生産性を考慮すると、機械加工で得られる外形の形状であることが望ましく、直線で形成される形状、例えば多角形、特に長方形が好ましい。

本発明に係る圧電素子の製造方法によって得られる圧電素子は、図示しないが、図１に示される焼成圧電体１の、焼成面で構成される両面に、膜状の電極を形成してなるものである。圧電素子は、複層構造を有する焼成圧電体を用いて、焼成面で構成される両面に形成された膜状の電極と、単層の間の面に形成された膜状の電極を有する態様を採ることが出来る。即ち、電極、圧電体、電極、圧電体、電極という積層構造を繰り返してなるものであってもよい。この場合の積層数としては、圧電体の数として３、電極の数として４が好ましく、それ以上であってもよい。

次に、本発明に係る圧電素子の製造方法について、その実施形態を示して説明する。本発明に係る焼成圧電体の製造方法では、圧電材料を用いて、グリーンシート２１（グリーンシートＡ）を作製する（図２を参照）。このグリーンシート２１（グリーンシートＡ）は、のちに焼成圧電体となる部分を含むものである。例えば、ジルコン酸チタン酸鉛等のセラミックス粉末に、バインダ、溶剤、分散剤、可塑剤等を添加混合して、スラリーを作製し、これを脱泡処理後、リバースロールコーター法、ドクターブレード法等の方法によって、上記の厚さを有するグリーンシートを作製し、その後、金型を用いた打ち抜き、レーザー加工等の方法により、所望の大きさのグリーンシート２１を得ることが出来る。

又、別途、グリーンシート２１より厚い、グリーンシート２２（グリーンシートＢ）を作製する。このグリーンシート２２（グリーンシートＢ）は、焼成用の補強板である。例えば、グリーンシート２１の場合と同じジルコン酸チタン酸鉛等のセラミックス粉末に、バインダ、溶剤、分散剤、可塑剤等を添加混合して、スラリーを作製し、これを脱泡処理後、リバースロールコーター法、ドクターブレード法等の方法によって、所望の厚さを有するグリーンシートを作製し、その後、金型を用いた打ち抜き、レーザー加工等の方法により、外形をのちに焼成圧電体となる上記グリーンシート２１と同等か又は大きくし、且つ、のちに焼成圧電体となる部分に対面する部分を開口して、グリーンシート２２を得ることが出来る。

そして、グリーンシート２１とグリーンシート２２を接合した後に、使用する圧電材料に基づき８００〜１６００℃の範囲の適切な温度で、焼成をして、補強板付焼成圧電体２３を得る（図２及び図３Ａの工程（１）を参照）。即ち、補強板付焼成圧電体２３は、のちに焼成圧電体となる部分を含むグリーンシート２１、及び、焼成用の補強板であるグリーンシート２２を、焼成してなるものである。グリーンシート２２が焼成された部分を、焼成後においても、補強板と呼び、補強板付焼成圧電体２３における補強板とは、その部分を指す。

次いで、膜状の電極を形成するためにレジストパターニングを行う（図３Ａの工程（２）を参照）。即ち、例えば露光法によって、補強板付焼成圧電体２３の補強板（グリーンシート２２（グリーンシートＢ）が焼成された部分）の付いていない側の面であって、のちに電極となる部分を除く部分に、レジスト３１を塗布する。そして、例えばスパッタ処理によって、導電性材料（例えば金）からなる膜状の電極３３を形成する（図３Ａの工程（３）を参照）。その後、例えば剥離剤によって、レジスト３１を除去すれば、膜状の電極３３のみが残る（図３Ａの工程（４）を参照）。

次に、のちに圧電素子となる部分を、個々に分離するために、レジストパターニングを行うとともに、補強板付焼成圧電体２３の更なる補強を行なう（図３Ａの工程（５）を参照）。即ち、例えば露光法によって、補強板付焼成圧電体２３の切断したい部分を除く部分に、レジスト１３１を塗布する。併せて、補強板付焼成圧電体２３の補強板（グリーンシート２２（グリーンシートＢ）が焼成された部分）の付いている側に、例えば樹脂３４を充填する。樹脂３４を充填してから、レジスト１３１を塗布してもよい。そして、例えばウエットエッチング処理又はブラスト処理によって、補強板付焼成圧電体２３の一部を切断して、のちに圧電素子となる部分を、個々に分離する（図３Ａの工程（６）を参照）。その後、例えば剥離剤によって、レジスト１３１を除去する（図３Ａの工程（７）を参照）。

次に、別途、作製された剥離板３５を接合し一体化する（図３Ｂの工程（８）を参照）。剥離板３５としては接着フィルムを使用することが出来、これは、のちに、剥離し、取り除いてもよい。そして、剥離剤等を用いて、樹脂３４を除去する（図３Ｂの工程（９）を参照）。更に、補強板付焼成圧電体２３のうちの電極３３が配設されていない部分を除去すれば（図３Ｂの工程（１０）を参照）、剥離板３５に、電極３３（下部電極）と、（補強板の付いていない）焼成圧電体１と、が配設されたものが得られる（図３Ｂの工程（１０）は、工程（１１）以降に対し、上下反対に描かれている）。

次に、上部電極を形成するために、レジストパターニングを行う（図３Ｂの工程（１１）を参照）。即ち、例えば露光法によって、剥離板３５における焼成圧電体１が形成されていない面に、レジスト２３１を塗布する。そして、例えばスパッタ処理によって、導電性材料（例えば金）からなる電極３６（上部電極）を形成する（図３Ｂの工程（１２）を参照）。そして、例えば剥離剤によって、レジスト２３１を除去すれば、膜状の電極３６のみが残る。

その後、剥離板３５を切断すれば、個々に分離した圧電素子１００が得られる（図３Ｂの工程（１３）を参照）。圧電素子１００は、焼成圧電体１とその両面に配設された電極３３，３６と、を有する。ここで、既述の通り、用途に応じ、圧電素子１００から剥離板３５を剥離してもよい。剥離する場合、剥離板３５として、熱により剥離可能なシートやＵＶ光により剥離可能なシートを、好適に使用することが出来る。

尚、圧電体が２層以上の場合には、先ず、別途、グリーンシート上に、内部電極となる電極層を、スクリーン印刷法等で形成する。そして、そのグリーンシートと、既述のグリーンシート２１（図２を参照）を、電極形成面を挟むように接合し、積層グリーンシートを作製する（３層以上の場合には、この工程を繰り返す）。その後、その積層グリーンシートと既述のグリーンシート２２（図２を参照）を接合する。そして、図３Ａに示した工程を経れば、多層の圧電体を得ることが可能である。尚、内部電極と導通をとるために、グリーンシート２１にスルーホールを形成してもよい。

以上、本発明に係る圧電素子の製造方法について、図２、図３Ａ、及び図３Ｂを参照しながら実施形態を説明したが、更に、図７Ａ、図７Ｂに示される別の実施形態に基づいて説明する。先ず、既述の圧電素子の製造方法と同様にして、補強板付焼成圧電体７２３を作製する（図７Ａの工程（Ｉ）を参照）。次いで、補強板付焼成圧電体７２３に、例えばレーザーを用いて、スルーホール７１１を形成する（図７Ａの工程（ＩＩ）を参照）。補強板付焼成圧電体７２３を作製する際に、金型で打ち抜き成形をしておいてもよい。この場合には、グリーンシートＡとグリーンシートＢを接合した後に、金型で打ち抜き成形をして、その後、スルーホールの開いた状態で、使用する圧電材料に基づき８００〜１６００℃の範囲の適切な温度で、焼成をして、補強板付焼成圧電体７２３を得る。

そして、例えばレジストパターニングを行い、ペースト（導電性材料（例えば金））をスピンコート法で塗布して、スルーホール７１１を形成した補強板付焼成圧電体７２３の両面及びスルーホール７１１に、導電性材料（例えば金）からなる膜状の電極７３３，７３４を形成する（図７Ａの工程（ＩＩＩ）を参照）。電極７３３，７３４の形成は、スパッタ処理で行なうことも出来る。パターニングはレーザー加工によって行なってもよい。

次に、補強板付焼成圧電体７２３の更なる補強を行なうとともに、のちに圧電素子となる部分を個々に分離するためにレジストパターニングを行う。即ち、補強板付焼成圧電体７２３の補強板（が焼成された部分）の付いている側に、樹脂７４４を充填するとともに（図７Ａの工程（ＩＶ）を参照）、例えば露光法によって、補強板付焼成圧電体７２３における切断したい部分を除く部分に、レジスト７４１を塗布する（図７Ａの工程（Ｖ）を参照）。レジスト７４１を塗布してから、樹脂７４４を充填してもよい。そして、例えばウエットエッチング処理又はブラスト処理によって、補強板付焼成圧電体７２３の一部を切断して、のちに圧電素子となる部分を、個々に分離する（図７Ａの工程（ＶＩ）を参照）。

その後、例えば剥離剤によって、レジスト７４１を除去し（図７Ｂの工程（ＶＩＩ）を参照）、次いで、剥離剤等を用いて、樹脂７４４を除去する。更に、補強板付焼成圧電体７２３のうち、のちに圧電素子となる部分のみに、剥離板７３６を貼付し（図７Ｂの工程（ＶＩＩＩ）を参照）、その圧電素子となる部分を分離して取り出す（図７Ｂの工程（ＩＸ）を参照）。図７Ａ及び図７Ｂにおいて、工程（ＩＸ）のみ、他の工程と上下が反対であり、のちに圧電素子となる部分は、剥離板７３６の一の面で分離して個々に存在する。のちに圧電素子となる部分とは、補強板付焼成圧電体７２３から補強板部分等を除去した焼成圧電体（７０１）と、電極７３３，７３４と、からなるものである。剥離板７３６としては、好ましくは発泡した材料からなり、熱を加えると接着力がなくなるものを用いることが出来る。又、剥離板７３６として、例えばＵＶテープを使用することも可能である。

そして、剥離板７３６を取り外せば、個々に分離した圧電素子７００が得られる。剥離板７３６として熱を加えると接着力がなくなるものを用いた場合には剥離温度以上に加熱すればよく、剥離板７３６としてＵＶテープを使用する場合にはＵＶ光を照射すれば、剥離板７３６は、圧電素子７００から外れる。得られる圧電素子７００は、既述のように、（補強板の付いていない）焼成圧電体７０１と、電極７３３，７３４と、からなるものである。この後、熱処理を要する場合には、圧電素子７００をトレー７６１に移して、別途、その熱処理を行うことが出来る（図７Ｂの工程（Ｘ）を参照）。

以上、本発明に係る圧電素子の製造方法について、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら実施形態を説明したが、更に、図８Ａ、図８Ｂに示される別の実施形態に基づいて説明する。先ず、既述の圧電素子の製造方法と同様にして、補強板付焼成圧電体８２３を作製する（図８Ａの工程（ａ）を参照）。次いで、ペースト（導電性材料（例えば金））をスピンコート法で塗布して、補強板付焼成圧電体８２３の両面（補強板部分を除く）に、導電性材料（例えば金）からなる膜状の電極８３３，８３４を形成する（図８Ａの工程（ｂ）を参照）。電極８３３，８３４の形成は、スパッタ処理で行なうことも出来る。

そして、電極８３３，８３４を、のちに圧電素子となる部分毎に、個々に分離するために、レジストパターニングを行う。即ち、例えば露光法によって、電極８３３，８３４の残すべき部分に、それぞれレジスト８４１，８４２を塗布する（図８Ａの工程（ｃ）を参照）。のちに圧電素子となる部分とは、主に、補強板付焼成圧電体８２３から補強板部分等を除去した焼成圧電体（８０１）（図８Ｂの工程（ｊ）を参照（後述））と、電極８３３，８３４と、からなるものである。その後、例えばウエットエッチング処理又はブラスト処理によって、残すべき電極８３３，８３４以外を、除去する（図８Ａの工程（ｄ）を参照）。例えば導電性材料が金（Ａｕ）ならば、ウエットエッチング処理は、よう化カリウム又はよう化アンモニウムを主成分とする水溶液に浸漬することによって、行うことが可能である。

次に、補強板付焼成圧電体８２３の更なる補強を行なうとともに、補強板付焼成圧電体８２３の一部分を切除するためのレジストパターニングを行う。即ち、補強板付焼成圧電体８２３の補強板の付いている側に、樹脂８４４を充填するとともに、例えば露光法によって、補強板付焼成圧電体８２３における切断しようとする部分を除く部分に、レジスト８４３を塗布する（図８Ａの工程（ｅ）を参照）。レジスト８４３を塗布してから、樹脂８４４を充填してもよい。又、レジスト８４３の塗布の代わりに、ドライレジストフィルムを貼付してもよい。ここで、樹脂８４４の膨張があると、その充填された樹脂８４４から補強板付焼成圧電体８２３に対する応力が増加し、補強板付焼成圧電体８２３が割れることがあり、好ましくない。これを防止すべく、樹脂８４４として、水溶液で溶解可能な樹脂を用いることが好ましい。例えば、露光していないネガレジスト等を用いることが出来る。このような樹脂を用いると、酸やアルカリの水溶液、溶剤等への溶解性に優れるため、樹脂の膨張は防止される。

そして、例えばウエットエッチング処理又はブラスト処理によって、補強板付焼成圧電体８２３の一部を切除する（図８Ａの工程（ｆ）を参照）。切除する部分は、のちに圧電素子となる部分における一方の側面にあたる部分である（図８Ａの工程（ｆ）及び図８Ｂの工程（ｊ）（後述）を参照）。但し、この段階では、未だ、補強板付焼成圧電体８２３の補強板は、切り離されず残っている。又、図８Ａは断面を示しているので、その図８Ａの工程（ｆ）において、のちに圧電素子となる部分が分離しているように見えるが、のちに圧電素子となる部分は、補強板付焼成圧電体８２３のうち切除されない部分で繋がっており、個々に分離されていない。その後、剥離剤等を用いて、樹脂８４４及びレジスト８４３を除去する。

次いで、のちに圧電素子となる部分全体を覆うように、補強板付焼成圧電体８２３の両面に、樹脂８３６を塗布する（図８Ａの工程（ｇ）を参照）。この樹脂８３６は、のちに周囲から圧電素子を護る保護膜となり、パーティクルの付着を防止するとともに、高温高湿環境下においても圧電素子の安定駆動に寄与する。そして、この樹脂８３６をパターニングする。即ち、樹脂８３６に、外から電極８３３に通じるような、スルーホール８４５を形成する（図８Ｂの工程（ｈ）を参照）。樹脂８３６として、感光性樹脂（フォトレジスト）を用いれば、このパターニングは、露光、現像によって行うことが出来、製造コストが安価となる。その後、そのスルーホール８４５に、例えばメッキを施して、端子電極８４６を形成する（図８Ｂの工程（ｉ）を参照）。

そして、例えばレーザー加工機、ダイサー等を使用し、切断によって、不要な補強板付焼成圧電体８２３（特に補強板部分）及び不要な樹脂８３６を取り除けば、個々に分離した圧電素子８００が得られる（図８Ｂの工程（ｊ）を参照）。この圧電素子８００は、既述のように、主に、（補強板の付いていない）焼成圧電体８０１と、電極８３３，８３４と、からなるものであり、それらが保護膜である樹脂８３６で覆われるとともに、端子電極８４６が形成されたものである。

次に、圧電素子に用いられる材料について説明する。焼成圧電体（グリーンシートＡ）の材料（圧電材料）としては、圧電効果若しくは電歪効果等の電界誘起歪みを起こす材料であれば、問われるものではない。半導体セラミック、強誘電体セラミック、及び反強誘電体セラミックを用いることが可能であり、用途に応じて適宜選択し採用すればよい。又、分極処理が必要な材料であっても必要がない材料であってもよい。

具体的には、好ましい圧電材料として、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、ニッケルタンタル酸鉛、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、アンチモンニオブ酸鉛、イッテリビウムニオブ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、マグネシウムタングステン酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、チタン酸ビスマスネオジウム（ＢＮＴ）、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、銅タングステンバリウム、鉄酸ビスマス、又は、これらのうちの２種以上からなる複合酸化物を挙げることが出来る。これらの材料には、希土類元素、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、タンタル、リチウム、ビスマス、スズ、銅等の酸化物が添加もしくは置換されていてもよい。これらのなかでも、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛の複合酸化物において、鉛の一部をストロンチウムで置換し、ジルコニウム及び／またはチタンの一部をニオブで置換した材料は、高い材料特性を発現出来るので好ましい。上記材料等に、ビスマス酸リチウム、ホウ酸リチウム、炭酸リチウム、ゲルマン酸鉛等を添加した材料は、圧電体の低温焼成を実現しつつ高い材料特性を発現出来るので、更に好ましい。

圧電材料の調整については、その組成が所定の式で表される（Ｐｂ、Ｓｒ）（Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ）Ｏ_３を主成分とするものを例にとると、以下のようにして調製することが出来る。先ず、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、又はＴｉの各元素からなる単体、これら各元素の酸化物（例えば、ＰｂＯ、Ｐｂ_３Ｏ_４、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２）、これら各元素の炭酸塩（例えば、ＳｒＣＯ_３、）、又はこれら各元素を複数含有する化合物等を、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、及びＴｉの各元素の含有率が、式（１）に示す所望の割合になるように、例えば、ボールミル、アトライタ、ビーズミル等を用いて混合して、混合物を調製する。混合物の平均粒径は、１μｍ以下とすることが、均一な混合が可能となるために好ましく、０．５μｍ以下とすることが更に好ましい。調製した混合物を７５０〜１３００℃で仮焼すれば、圧電磁器組成物を得ることが出来る。
Ｐｂ_０．９８Ｓｒ_０．０２Ｎｂ_{０．０１５}（Ｚｒ_{０．５２５}Ｔｉ_{０．４７５}）_{０．９８５}Ｏ_３ ・・・ （１）

得られる圧電磁器組成物の、Ｘ線回折装置による回折強度における、パイロクロア相の最強回折線の強度に対するペロブスカイト相の最強回折線の強度の比は、５％以下であることが好ましく、２％以下であることが更に好ましい。

上記の圧電磁器組成物を、例えば、ボールミル、アトライタ、ビーズミル等の粉砕装置で粉砕することにより、所望の粒径の圧電材料（粉末）を得ることが出来る。圧電材料（粉末）の平均粒径は、０．０５〜１．０μｍであることが好ましく、０．１〜０．５μｍであることが更に好ましい。又、圧電材料（粉末）の最大粒径は３．０μｍ以下であることが好ましく、１．５μｍ以下であることが更に好ましい。尚、圧電材料（粉末）の粒径の調整は、粉砕物を４００〜７５０℃で熱処理することにより行ってもよい。これにより、微細な粒子ほど、他の粒子と一体化して、粒径の揃った粉末となり、粒径が揃った圧電素子とすることが出来る。又、圧電材料は、例えば、アルコキシド法や共沈法等によって調製してもよい。

補強板（グリーンシートＢ）の材料についても、上記の圧電材料を用いることが出来る。熱膨張の程度を同じにすべく、焼成圧電体（グリーンシートＡ）と同じ材料を用いることが好ましい。

次に、電極の材料としては、導電性の金属が採用される。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、又は鉛等の金属単体又はこれら２種類以上からなる合金、例えば、銀−白金、白金−パラジウム、銀−パラジウム等を１種単独で又は２種類以上を組み合わせたものを用いることが好ましい。又、これらの材料と、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化セリウム、ガラス、又は圧電材料等との混合物、サーメットであってもよい。これらの材料の選定にあたっては、圧電材料の種類に応じて選択することが好ましい。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）本発明に係る圧電素子の製造方法によって、一の短辺が固定された長方形の焼成圧電体の両面に、電極を形成して、圧電素子１０を得た（図４を参照）。焼成圧電体の厚さは１５μｍであり、長方形である焼成圧電体の面内の最大長（長辺）は５ｍｍであり、短辺は３ｍｍであった。焼成圧電体の表面粗さＲａは、一の面では０．１９μｍ、他の面では０．１μｍであった。うねり量は最大５μｍ、厚さのばらつきは０．６μｍであった。

尚、製造に際しては、（グリーンシートＡの）圧電材料として、０．１７Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−０．０３Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−０．４３ＰｂＴｉＯ_３−０．３７ＰｂＺｒＯ_３を使用した。焼成用の補強板（グリーンシートＢ）についても、同じ（圧電）材料を使用し、厚さを８０μｍとした。成形手段（グリーンシート作製手段）としては、ドクターブレード法を用いた。補強板の開口は、金型による打抜加工によって開けた。焼成は、１２００℃で２時間行った。電極は、金（Ａｕ）を使用し、スパッタ処理によって形成した。

得られた圧電素子を室温で５ｋＶ／ｍｍで分極した後、電極間に電界をかけ、レーザードップラー振動計（グラフテック社製、型番ＡＴ３０１１、ＡＴ３５００）を用いて、Ｘ方向及びＺ方向の（図４を参照）変位を測定した。電界を変化させたときの、それぞれの変位を測定した結果を、図５に示す。図５によれば、圧電素子１０の焼成圧電体の厚さ方向（Ｚ方向）の変位が、常に、面方向（Ｘ方向）の変位より、小さいことがわかる。換言すれば、圧電素子１０は、面方向（Ｘ方向）の変位が大きい。

（実施例２）１ｍｍ×１ｍｍの正方形で、厚さが１５μｍの焼成圧電体を得た。得た焼成圧電体の外形以外は、実施例１に準じて作製した。

そして、その焼成圧電体の表面（焼成面）にＸ線を照射し、Ｘ線回折プロファイルを、２θ／θ法によって、４０°〜５０°の範囲で、測定した。結果を図６に示す。図６に示されるＸ線回折プロファイルより、（００２）面の強度Ｉ_００２と、（２００）面の強度Ｉ_２００と、の比Ｉ_００２／Ｉ_２００は、２．０であった。

同じ焼成圧電体の裏面（焼成面）にＸ線を照射し、Ｘ線回折プロファイルを、２θ／θ法によって、４０°〜５０°の範囲で、測定した。結果を図６に示す。図６に示されるＸ線回折プロファイルより求めた、（００２）面の強度Ｉ_００２と、（２００）面の強度Ｉ_２００と、の比Ｉ_００２／Ｉ_２００は、２．０であった。

次に、焼成圧電体の両面にＡｕをスパッタして電極を形成し、５ｋＶ／ｍｍの電圧を１５分印加して分極処理を行った。その後、うねり量を測定したところ、２μｍであった。そして、１０Ｖ、５ｋＨｚの矩形波で、１時間、駆動耐久試験を行い、問題ないことを確認した。

（比較例１）焼成用の補強板（グリーンシートＢ）を使用せずに、単にグリーンシート（グリーンシートＡ）を焼成する公知の製造方法によって、１ｍｍ×１ｍｍの正方形で、厚さが５０μｍの焼成圧電体を得た。次いで、その焼成圧電体の表面を、＃８００のスポンジ研磨材を使用して研磨し、厚さが１５μｍの焼成圧電体を得た。尚、これらの違い以外は、実施例１と同条件とした。

そして、その焼成圧電体の表面（研磨面）にＸ線を照射し、Ｘ線回折プロファイルを、２θ／θ法によって、４０°〜５０°の範囲で、測定した。結果を図６に示す。図６に示されるＸ線回折プロファイルより、（００２）面の強度Ｉ_００２と、（２００）面の強度Ｉ_２００と、の比Ｉ_００２／Ｉ_２００は、０．１であった。

次に、裏面は焼成面としたまま、実施例１と同様にして分極処理を行い、その後のうねり量を測定したところ、６０μｍであった。そして、１０Ｖ、５ｋＨｚの矩形波で、１時間、駆動耐久試験を行ったところ、１０の試料中、５つでクラックが発生した。

（比較例２）比較例１と同様にして、１ｍｍ×１ｍｍの正方形で、厚さが５０μｍの焼成圧電体を得た。次いで、その焼成圧電体の表面を、０．０５μｍのコロイダルシリカを使用して研磨し、厚さが１５μｍの焼成圧電体を得た。

そして、その焼成圧電体の表面（研磨面）にＸ線を照射し、Ｘ線回折プロファイルを、２θ／θ法によって、４０°〜５０°の範囲で、測定した。結果を図６に示す。図６に示されるＸ線回折プロファイルより、（００２）面の強度Ｉ_００２と、（２００）面の強度Ｉ_２００と、の比Ｉ_００２／Ｉ_２００は、１．３であった。

次に、裏面は焼成面としたまま、実施例１と同様にして分極処理を行い、その後のうねり量を測定したところ、１５μｍであった。そして、１０Ｖ、５ｋＨｚの矩形波で、１時間、駆動耐久試験を行ったところ、１０の試料中、１つでクラックが発生した。

実施例２、比較例１、２において、使用したＸ線回折装置は、理学電機製ＲＩＮＴ２５００である。Ｃｕ−Ｋα線を線源とし、グラファイトモノクロメータを検出器の手前に設置し、Ｘ線発生条件を、３５ｋＶ−３０ｍＡ、スキャン幅０．０２°、スキャン速度２°／分、発散スリット１°、受光スリット０．３ｍｍとして測定し、２θ＝４３°〜４６°の範囲に強度の大きい２つのピークが存在することを確認した。このうち４４．２°に現れたピークが（００２）面であり、４５．２°に現れたピークが（２００）面である。

分極処理後のうねり量の測定は、キーエンス製のレーザー変位計、ＬＫ−Ｇ５０００で行った。

（考察）実施例２、比較例１、２の結果より、研磨を行うことによって、Ｘ線回折プロファイルにおける、（２００）面の（Ｘ線）強度が減少することがわかる。これは研磨（加工）により応力が加わったため、と考えられる。そのため、研磨面における比Ｉ_００２／Ｉ_２００は、焼成面より大きく低下した。

本発明に係る圧電素子の製造方法は、計測器、光変調器、光スイッチ、マイクロバルブ、搬送装置、画像表示装置（ディスプレイ、プロジェクタ等）、画像描画装置、マイクロポンプ、液滴吐出装置、微小混合装置、微小撹拌装置、微小反応装置、等に適用される各種の圧電アクチュエータ（圧電デバイス）や、流体特性、音圧、微小重量、加速度等の検出に用いられる各種の圧電センサ（圧電デバイス）に設けられる、圧電素子を製造する手段として、好適に利用される。

１：焼成圧電体、１０，１００：圧電素子、２１：グリーンシートＡ（グリーンシート）、２２：グリーンシートＢ（グリーンシート）、２３：補強板付焼成圧電体、３１，１３１，２３１：レジスト、３３：電極、３４：樹脂、３５：剥離板、３６：電極、７００：圧電素子、７０１：焼成圧電体、７１１：スルーホール、７２３：補強板付焼成圧電体、７３３，７３４：電極、７３６：剥離板、７４１：レジスト、７４４：樹脂、７６１：トレー、８００：圧電素子、８０１：焼成圧電体、８２３：補強板付焼成圧電体、８３３，８３４：電極、８３６：樹脂、８４１，８４２，８４３：レジスト、８４４：樹脂、８４５：スルーホール、８４６：端子電極。

Claims (7)

1. 圧電材料を用いて、のちに焼成圧電体となる部分を含むグリーンシートＡを作製する過程と、
   そのグリーンシートＡの少なくとも片面に、のちに焼成圧電体となる部分に対面する部分が開口になっているグリーンシートＢを接合し、その後、焼成をして、前記グリーンシートＢが焼成されてなる補強板の付いた、補強板付焼成圧電体を得る過程と、
   その補強板付焼成圧電体における前記グリーンシートＡが焼成されてなる部分に、膜状の電極を形成する過程と、
   を有する圧電素子の製造方法。
2. 前記グリーンシートＢが、グリーンシートＡより厚い請求項１に記載の圧電素子の製造方法。
3. 前記膜状の電極が、スピンコート法、スパッタ法、ディップ法、非接触塗布法からなる膜形成手段群から選ばれる何れか１によって形成される請求項１又は２に記載の圧電素子の製造方法。
4. 前記補強板付焼成圧電体を得る過程の後、
   前記補強板の前記開口に、樹脂を充填する過程を有する請求項１〜３の何れか一項に記載の圧電素子の製造方法。
5. 前記膜状の電極を形成する過程の後、
   スピンコート法、スパッタ法、ディップ法、非接触塗布法からなる膜形成手段群から選ばれる何れか１の方法によって、前記焼成圧電体部分の両面又は片面、若しくは前記電極の表面に、膜状の樹脂からなり剥離が可能な剥離板を接合する過程を有する請求項１〜４の何れか一項に記載の圧電素子の製造方法。
6. 前記剥離板が、光の照射又は加熱によって剥離が可能なものである請求項５に記載の圧電素子の製造方法。
7. 前記膜状の電極を形成する過程の後、
   レーザー、エッチング、ブラスト、ダイサー、機械加工からなる切断手段群から選ばれる何れか１の手段に基づく切断によって、補強板付焼成圧電体から、膜状の電極を形成した焼成圧電体部分以外を除去して、圧電素子を得る過程を有する請求項１〜６の何れか一項に記載の圧電素子の製造方法。

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