JP5845668B2 - 圧電素子及び圧電素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子及び圧電素子の製造方法に関する。

圧電素子として、互いに対向する一対の主面と、一対の主面を連結するように一対の主面の対向方向に延びる端面と、をすると共に、圧電セラミック材料からなる素体と、一対の主面上にそれぞれ配置された一対の電極と、を備えているものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１９２０１０号公報

特許文献１に記載されている圧電素子は、以下のような問題点を有している。

素体が圧電セラミック材料からなるため、素体の端面から結晶粒が脱落する懼れがある。圧電素子が、特許文献１に記載されたようなディスク装置用のヘッドサスペンションに用いられている場合、ディスクと磁気ヘッドを構成するスライダとの間に脱落した結晶粒が入り込み、ディスクやスライダが損傷する要因となる。

また、素体と電極との間で剥離が生じ易い。素体と電極とでは異材質（素体が圧電セラミック材料からなり、電極が金属材料からなる）であるため、素体と電極との界面での剥離の発生は避け難い。

本発明は、素体の端面から結晶粒が脱落するのを防ぐことができると共に、素体と電極との間での剥離の発生を防ぐことが可能な圧電素子及び圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る圧電素子は、互いに対向する一対の主面と、一対の主面を連結するように一対の主面の対向方向に延びる端面と、を有すると共に、圧電セラミック材料からなる素体と、一対の主面上にそれぞれ配置された一対の電極と、端面全体を覆うと共に、一対の電極に接するように配置された樹脂と、を備えており、樹脂は、対向方向での両縁が、各電極よりも対向方向で外側に突出していることを特徴とする。

本発明に係る圧電素子では、素体の端面全体が樹脂で覆われている。このため、素体の端面から結晶粒が脱落するのを防ぐことができる。本発明では、一対の電極が樹脂と接している。このため、電極が素体から剥離するのを防ぐことができる。

ところで、本発明では、素体の端面全体を覆っている樹脂の上記両縁が、各電極よりも対向方向で外側に突出している。このため、圧電素子を他の部材に接着剤により固定する場合、圧電素子は、いずれの主面（電極）が他の部材側となるように配置される。このとき、樹脂の両縁が上述したように突出していることから、電極の表面と他の部材との間に比較的大きな間隙が形成されることとなる。この間隙を接着剤溜まりとして利用することで、圧電素子と他の部材との接着強度が向上できる。

樹脂の両縁のうち少なくとも一方の縁が、電極の表面における端面寄りの領域を電極の縁に沿って覆っていてもよい。この場合、電極と樹脂との接触面積が大きくなり、電極が素体から剥離するのをより一層防ぐことができる。

素体の端面と一対の電極の各端面とは、切断面として、その位置が揃えられていてもよい。この場合、電極と樹脂の接触が容易となる。

本発明に係る圧電素子の製造方法は、互いに対向する一対の主面を有すると共に一対の主面に電極が形成された圧電素子基板を準備する準備工程と、圧電素子基板の一方の主面に粘着性を有するテープを貼り付ける貼付工程と、圧電素子基板の他方の主面側から圧電素子基板を切断すると共に、テープの一部を除去する基板切断工程と、樹脂を、各電極に接すると共に他方の主面に形成された電極よりも一対の主面の対向方向で外側に突出するように切断工程による切溝に充填する樹脂充填工程と、他方の主面側から樹脂を切断する樹脂切断工程と、テープを圧電素子基板から剥離する剥離工程と、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る圧電素子の製造方法では、基板切断工程にてテープの一部を除去し、樹脂充填工程にて樹脂を各電極に接すると共に他方の主面に形成された電極よりも上記対向方向で外側に突出するように切溝に充填し、樹脂切断工程にて樹脂を切断している。これにより、圧電素子基板の切断面全体が樹脂により覆われることとなる。このため、圧電素子基板の切断面から結晶粒が脱落するのを防ぐことができる。そして、樹脂が一対の電極と接することとなるため、電極が圧電素子基板から剥離するのを防ぐことができる。

また、本発明では、テープの一部が除去されていることから、樹脂は、他方の主面に形成された電極だけでなく、一方の主面に形成された電極よりも上記対向方向で外側に突出することとなる。このため、上述されたように、製造された圧電素子他の部材との接着強度が向上できる。

樹脂充填工程では、他方の主面に形成された電極の表面における切断面寄りの領域を電極の縁に沿って覆うように樹脂を充填してもよい。この場合、他方の主面に形成された電極と樹脂との接触面積が大きくなり、当該電極が素体から剥離するのをより一層防ぐことができる。

基板切断工程では、一方の主面に形成された電極の表面における切断面寄りの領域とテープとの間に空間が形成されるようにテープの一部を除去し、樹脂充填工程では、形成された上記空間に樹脂を充填してもよい。この場合、一方の主面に形成された電極と樹脂との接触面積が大きくなり、当該電極が素体から剥離するのをより一層防ぐことができる。

本発明によれば、素体の表面から結晶粒が脱落するのを防ぐことができると共に、素体と電極との間での剥離の発生を防ぐことが可能な圧電素子及び圧電素子の製造方法を提供することができる。

本実施形態に係る圧電素子を示す斜視図である。 本実施形態に係る圧電素子の断面構成を説明する図である。 本実施形態に係る圧電素子の製造方法を示すフロー図である。 本実施形態に係る圧電素子の製造方法を説明するための模式図である。 本実施形態に係る圧電素子を他の部材に固定した例を示す図である。 本実施形態の変形例に係る圧電素子の断面構成を説明する図である。 本実施形態の変形例に係る圧電素子の製造方法を説明するための模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る圧電素子１の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る圧電素子を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る圧電素子の断面構成を説明する図である。

圧電素子１は、図１に示されるように、素体３と、一対の第一電極５及び第二電極７と、樹脂９と、を備えている。圧電素子１は、例えば、磁気ディスクを備えたディスク装置などに適用される。すなわち、デュアル・アクチュエータ方式のディスク装置において、ボイスコイルモータ以外の第二のアクチュエータとして、圧電素子１が用いられる。

素体３は、互いに対向する一対の第一主面３ａ及び第二主面３ｂと、第一主面３ａと第二主面３ｂとを連結するように第一主面３ａと第二主面３ｂとの対向方向（以下、単に「対向方向」と称する場合もある）に延びる端面３ｃと、を有している。本実施形態では、素体３は、直方体形状を呈していることから、すなわち、平面形状が矩形を呈していることから、４つの端面３ｃを有している。素体３は、圧電セラミック材料からなる。圧電セラミック材料としては、ＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ_３）、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）などが挙げられる。

第一電極５は、第一主面３ａ上に配置されており、第一主面３ａ全体を覆っている。第二電極７は、第二主面３ｂ上に配置されており、第二主面３ｂ全体を覆っている。端面３ｃは、電極で覆われていない。第一電極５及び第二電極７は、Ａｕなどの金属材料からなる。第一電極５及び第二電極７は、たとえば、スパッタリング法や蒸着法などにより形成することができる。

樹脂９は、端面３ｃ全体を覆っている。樹脂９は、第一電極５と第二電極７とに、それぞれ接するように端面３ｃに配置されている。樹脂９の材料として、エポキシ樹脂が用いられる。エポキシ樹脂の他に、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂を使用することができる。エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂などの紫外線硬化樹脂を使用することもできる。ポリ酢酸ビニルなどのホットメルト樹脂を用いてもよい。

樹脂９は、対向方向での両縁９ａ，９ｂが、各電極５，７よりも対向方向で外側に突出している。すなわち、樹脂９の両縁９ａ，９ｂは、対向方向で、各電極５，７から離れるように突出している。樹脂９の縁９ａは、第一電極５の表面における端面３ｃ寄りの領域を第一電極５の縁に沿って覆っている。

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態に係る圧電素子１の製造方法について説明する。図３は、本実施形態に係る圧電素子の製造方法を示すフロー図である。図４の（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態に係る圧電素子の製造方法を説明するための模式図である。

まず、圧電素子基板１１を準備する（準備工程：Ｓ１０１）。圧電素子基板１１は、圧電セラミック材料からなる基板部分１３と、第一電極１５及び第二電極１７と、を備えている（図４の（ａ）を参照）。すなわち、圧電素子基板１１は、個片化された状態の複数の圧電素子１（ただし、樹脂９を除く）が繋がった状態であり、板状を呈している。

基板部分１３は、互いに対向する一対の第一主面１３ａ及び第二主面１３ｂを有している。第一主面１３ａには第一電極１５が形成され、第二主面１３ｂには第二電極１７が形成されている。圧電素子基板１１が個片化されることにより、第一電極１５は上記第一電極５となり、第二電極１７は上記第二電極７となる。第一電極１５及び第二電極１７は、Ａｕなどの金属材料からなり、スパッタリング法や蒸着法などにより形成される。

次に、紫外線硬化型ダイシングテープからなるテープ２１を準備する（テープ準備工程：Ｓ１０３）。テープ２１は、表面に紫外線で硬化する粘着層２１ａを含んでおり、粘着性を有している。

次に、圧電素子基板１１の第二電極１７にテープ２１を貼り付ける（貼付工程：Ｓ１０５）。貼付工程Ｓ１０５では、テープ２１の粘着層２１ａに第二電極１７を貼り付ける（図４の（ｂ）を参照）。

次に、圧電素子基板１１を切断する（基板切断工程：Ｓ１０７）。基板切断工程Ｓ１０７では、圧電素子基板１１を、ブレードＷ１によって第一電極１５側からダイシングし、圧電素子基板１１に切溝ＣＨ１を形成する（図４の（ｃ）を参照）。このとき、圧電素子基板１１は切断されるとともに、テープ２１はハーフカットされ、粘着層２１ａ側からテープ２１の一部が除去される。ブレードＷ１の厚み（すなわち切溝ＣＨ１の幅）は、たとえば、１〜３０μｍ程度に設定される。テープ２１のハーフカットの深さは、特に限定されないが、切溝ＣＨ１の部分において粘着層２１ａの一部が残る深さであることが好ましい。

基板部分１３の切断面は、上記端面３ｃとなる。第一電極１５の切断面は第一電極５の端面となり、第二電極１７の切断面は第二電極７の端面となる。第一電極１５及び第二電極１７も基板部分１３と共に切断されるため、各電極１５，１７の切断面（各電極５，７の端面）の位置と基板部分１３の切断面（端面３ｃ）の位置とが揃えられることとなる。

次に、切溝ＣＨ１に樹脂１９を充填する（樹脂充填工程：Ｓ１０９）。樹脂１９の充填方法としては、たとえば、印刷法、ディップ法、ディスペンサによる塗布法、又はスピンコート法などが採用される。切溝ＣＨ１全域に樹脂１９を充填することによって各電極１５，１７の切断面及び基板部分１３の切断面を覆った後に、樹脂１９を硬化させる（図４の（ｄ）を参照）。

樹脂充填工程Ｓ１０９では、切溝ＣＨ１に充填された樹脂１９は、テープ２１に接触する。これにより、樹脂１９は、第二電極１７よりも第一主面１３ａと第二主面１３ｂとの対向方向で外側に突出するように充填され、当該突出した状態で硬化されることとなる。また、樹脂充填工程Ｓ１０９では、樹脂１９は、第一電極１５の表面における切断面寄りの領域を第一電極１５の縁に沿って覆うように充填される。これにより、樹脂１９は、第一電極１５よりも上記対向方向で外側に突出するように充填され、当該突出した状態で硬化されることとなる。

次に、第一電極１５側から樹脂１９を切断する（樹脂切断工程：Ｓ１１１）。樹脂切断工程Ｓ１１１では、樹脂１９を、第一電極１５側からブレードＷ２によってダイシングし、切溝ＣＨ２を形成する（図４の（ｅ）を参照）。これにより、樹脂１９が切断されるとともに、圧電素子基板１１は、よって各電極１５，１７の切断面及び基板部分１３の切断面が樹脂１９で覆われている状態にて個片化されることとなる。

樹脂切断工程Ｓ１１１では、テープ２１もハーフカットされる。ブレードＷ２の厚み（すなわち切溝ＣＨ２の幅）は、ブレードＷ１よりも小さく、たとえば、０．８〜１０μｍ程度に設定される。これによって、上記切断面を被覆する樹脂１９の厚みは、０．４〜５μｍ程度とされる。

次に、テープ２１を圧電素子基板１１から剥離する（剥離工程：Ｓ１１３）。ここでは、紫外線の照射により粘着層２１ａの粘着力を低下させ、テープ２１を圧電素子基板１１から剥離させる。これにより、個片化された圧電素子１が得られることとなる（図４の（ｆ）を参照）。すなわち、基板部分１３が素体３となり、各電極１５，１７がそれぞれ電極５，７となり、樹脂１９が樹脂９となる。紫外線の照射は、基板切断工程Ｓ１０７の後に、実施しておいてもよい。この場合は、粘着層２１ａの粘着力が低下された状態で、基板切断工程Ｓ１０７以降の工程が実施されることとなる。

以上のように、本実施形態の圧電素子１では、素体３の端面３ｃ全体が樹脂９で覆われている。このため、素体３の端面３ｃから結晶粒が脱落するのを防ぐことができる。圧電素子１では、第一電極５及び第二電極７が樹脂９と接している。このため、第一電極５及び第二電極７が素体３から剥離するのを防ぐことができる。

圧電素子１では、素体３の端面３ｃ全体を覆っている樹脂９の両縁９ａ，９ｂが、各電極５，７よりも対向方向で外側に突出している。このため、図５に示されるように、圧電素子１を他の部材（たとえば、ヘッドサスペンション）３１に接着剤３３により固定する場合、圧電素子１は、いずれの主面３ａ，３ｂ（電極５，７）が他の部材３１側となるように配置される。図５では、圧電素子１は、第二主面３ｂ（第二電極７）が他の部材３１側となるように配置されている。このとき、樹脂９の縁９ｂが上述したように突出していることから、第二電極７の表面と他の部材３１との間に比較的大きな間隙が形成されることとなる。この間隙を接着剤溜まりとして利用することで、圧電素子１と他の部材３１との接着強度が向上できる。

ところで、他の部材３１が導電性を有する部材からなる場合、圧電素子１の電極５，７と他の部材３１との間での絶縁性を確保しなければならない。このため、従来、接着剤３３としてフィラーを含む接着剤を用いている。フィラーにより、他の部材３１側となる電極５又は７と他の部材３１との距離を調整している。

しかしながら、フィラーを含む接着剤を用いる場合、フィラーのサイズにはばらつきが存在するため、他の部材３１側となる電極５又は７と他の部材３１との距離を適切な値に調整することは難しく、絶縁性を確保することは困難であった。また、フィラー入りの接着剤は、フィラーが含まれない接着剤に比して、高価である。これに対して、本実施形態では、樹脂９の縁９ａ，９ｂが上述したように突出していることから、電極５，７の表面と他の部材３１との間の距離が適切に且つ容易に調整されることとなる。したがって、圧電素子１と他の部材３１との絶縁性を良好に且つ安価に確保することができる。

圧電素子１では、樹脂９の縁９ａが、第一電極５の表面における端面３ｃ寄りの領域を第一電極５の縁に沿って覆っている。これにより、第一電極５と樹脂９との接触面積が大きくなり、第一電極５が素体３から剥離するのをより一層防ぐことができる。

素体３の端面３ｃと各電極５，７の各端面とは、切断面として、その位置が揃えられている。これにより、各電極５，７と樹脂９の接触が容易となる。

続いて、図６を参照して、本実施形態の変形例に係る圧電素子１の構成を説明する。図６は、本実施形態の変形例に係る圧電素子の断面構成を説明する図である。

変形例に係る圧電素子１では、樹脂９の縁９ｂが、第二電極７の表面における端面３ｃ寄りの領域を第二電極７の縁に沿って覆っている。

次に、図７を参照して、変形例に係る圧電素子１の製造方法について説明する。図３は、本実施形態に係る圧電素子の製造方法を示すフロー図である。図７の（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の変形例に係る圧電素子の製造方法を説明するための模式図である。

変形例に係る圧電素子１も、上述した準備工程Ｓ１０１〜剥離工程Ｓ１１３により得られるが、樹脂９の縁９ｂが以下のようにして形成される点で上記実施形態とは相違する。

基板切断工程Ｓ１０７にて、粘着層２１ａの一部を除去する際に、図７の（ａ）に示されるように、粘着層２１ａのブレードＷ１に隣接する部分（第二電極１７における切断面寄りの領域に貼り付けられていた部分）が、ブレードＷ１の進行に伴って変形する。これにより、第二電極１７の表面における切断面寄りの領域とテープ２１との間に空間Ｓが形成されることとなる。

樹脂充填工程Ｓ１０９では、図７の（ｂ）に示されるように、樹脂１９が、テープ２１に接触するまで、切溝ＣＨ１に充填される。したがって、樹脂１９が空間Ｓにも充填され、樹脂１９が空間Ｓに充填された状態で硬化される。これにより、樹脂１９は、第二電極１７の表面における切断面寄りの領域を第二電極１７の縁に沿って覆うように充填され、硬化されることとなる。

その後、樹脂切断工程Ｓ１１１及び剥離工程Ｓ１１３を経て、図７の（ｃ）に示されるように、個片化された圧電素子１が得られることとなる。

本変形例においても、上述したように、素体３の端面３ｃから結晶粒が脱落するのを防ぐことができると共に、第一電極５及び第二電極７が素体３から剥離するのを防ぐことができる。また、圧電素子１と他の部材３１との接着強度が向上できる。

更に、本変形例では、樹脂９の縁９ｂが、第二電極７の表面における端面３ｃ寄りの領域を第二電極７の縁に沿って覆っている。これにより、第二電極７と樹脂９との接触面積が大きくなり、第二電極７が素体３から剥離するのをより一層防ぐことができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

たとえば、圧電素子１（素体３）の平面形状は、図１に示される矩形に限定されず、圧電素子１を適用する箇所にあわせて適宜変更することができる。

本発明は、ディスク装置用のヘッドサスペンションに搭載される圧電アクチュエータに利用できる。

１…圧電素子、３…素体、３ａ…第一主面、３ｂ…第二主面、３ｃ…端面、５…第一電極、７…第二電極、９…樹脂、９ａ，９ｂ…縁、１１…圧電素子基板、１３…基板部分、１３ａ…第一主面、１３ｂ…第二主面、１５…第一電極、１７…第二電極、１９…樹脂、２１…テープ、Ｓ…空間。

Claims (5)

1. 互いに対向する一対の主面と、前記一対の主面を連結するように前記一対の主面の対向方向に延びる４つの端面と、を有すると共に、圧電セラミック材料からなる直方体形状の素体と、
   前記一対の主面上にそれぞれ配置された一対の電極と、
   前記４つの端面全体を覆うと共に、前記一対の電極に接するように配置された樹脂と、を備えており、
   前記樹脂は、前記対向方向での両縁が、各前記電極よりも前記対向方向で外側に突出し、
   前記樹脂の前記両縁が、前記電極の表面における前記４つの端面寄りの領域を前記電極の縁に沿って覆っていることを特徴とする圧電素子。
2. 前記素体の前記４つの端面と前記一対の電極の各端面とは、切断面として、その位置が揃えられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
3. 互いに対向する一対の主面を有すると共に前記一対の主面に電極が形成された圧電素子基板を準備する準備工程と、
   表面に粘着層を含んでおり、粘着性を有するテープを準備する工程と、
   前記圧電素子基板の一方の前記主面に前記テープの前記粘着層を貼り付ける貼付工程と、
   前記圧電素子基板の他方の前記主面側から前記圧電素子基板を切断すると共に、前記テープの前記粘着層の一部を除去し、前記粘着層が底として露出する切溝を形成する基板切断工程と、
   樹脂を、各前記電極に接すると共に前記他方の主面に形成された前記電極よりも前記一対の主面の対向方向で外側に突出するように前記切断工程による前記切溝に充填する樹脂充填工程と、
   前記他方の主面側から前記樹脂を切断する樹脂切断工程と、
   前記粘着層の粘着力を低下させて、前記テープを前記圧電素子基板から剥離する剥離工程と、を備えていることを特徴とする圧電素子の製造方法。
4. 前記樹脂充填工程では、前記他方の主面に形成された前記電極の表面における切断面寄りの領域を前記電極の縁に沿って覆うように前記樹脂を充填することを特徴とする請求項３に記載の圧電素子の製造方法。
5. 前記基板切断工程では、前記一方の主面に形成された前記電極の表面における切断面寄りの領域と前記テープの前記粘着層との間に空間が形成されるように前記テープの前記粘着層の一部を除去し、
   前記樹脂充填工程では、形成された前記空間に前記樹脂を充填することを特徴とする請求項３又は４に記載の圧電素子の製造方法。

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