JPH0923030A - 積層型圧電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工程時間が短く、コストを抑えることがで
き、量産性の向上がより図れるような積層型圧電素子の
製造方法を提供する。 【構成】 圧電材料と内部電極層とを交互に積層して積
層体を形成する。次に、この積層体の側面に、奇数番目
の内部電極層と電気的に接続させた第１仮設電極膜およ
び偶数番目の内部電極層と電気的に接続させた第２仮設
電極膜を互いに離間して設ける。次に、積層体の側面の
領域であって、圧電素子用の第１電極の形成予定領域に
露出させた奇数番目の内部電極層の端面に、後工程で行
われる焼成の温度で溶融しないめっき材料で第１めっき
層を形成する。また、積層体の側面の領域であって、圧
電素子用の第２電極の形成予定領域に露出させた偶数番
目の前記内部電極層の端面に、めっき材料で第２めっき
層を形成する。次に、第１および第２めっき層が形成さ
れている積層体を焼成すると共に、この焼成により、こ
れら第１および第２めっき層を絶縁層に変える。そし
て、第１および第２仮設電極を除去すると共に、第１電
極および第２電極を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、各種アクチュエータ
等に用いられる積層型圧電素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】積層型圧電素子は、圧電材料と内部電極
層とを交互に積層して構成されたものであり、奇数番目
の内部電極層どうしおよび偶数番目の内部電極層どうし
が互いに電気的に接続されている。この素子は、微少な
位置決めが必要とされる装置、例えば半導体製造装置や
光学装置の圧電アクチュエータ等に用いられている。こ
のような圧電素子を製造する方法の一例として、特開昭
60−247981号公報（以下、公報）に開示されているもの
がある。公報に開示されている積層型圧電素子の製造方
法によれば、まず、圧電セラミック粉体を装置によりフ
ィルム上に塗布した後乾燥させ、フィルムから剥離して
複数枚のグリーンシートを形成する。次に、後に形成さ
れる積層体の最も上の層を除くグリーンシートの表面
に、内部電極層として白金ペースト等をスクリーン印刷
する。次に、これらのグリーンシートを重ねて熱プレス
により圧着一体化した後、さらに１２５０℃で焼成して
積層体とする。そして、積層体の側面を切断して、すべ
ての内部電極層が露出している面と、内部電極層が一層
おきに露出している面とを離間させて（対向させて）一
組ずつ設ける。次に、すべての内部電極層が露出してい
る面の一方において、電気泳動法を用いて奇数番目の内
部電極層の端面にガラス粉末を付着した後、焼成して、
絶縁部とする。すべての内部電極層が露出している面の
他方の、偶数番目の内部電極層の端面にも同様の処理を
する。その後、内部電極層の端面と絶縁部を横断するよ
うにＡｇペーストを塗布し、外部電極を形成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した公報開示の技
術によれば、積層体を形成した後に、そのまま焼成や絶
縁部形成等の処理を行うために、同時に数個の素子を形
成することが可能になり、量産性が向上している。しか
し、以下に示すような問題点があった。

【０００４】図１０は従来の積層型圧電素子の製造工程
のフロー図であり、工程順にＳ１０１〜Ｓ１０８で示し
てある。すでに述べた公報の積層型圧電素子の製造方法
を図１０を用いて簡単に説明すると、積層体形成（Ｓ１
０１）後に、第１回目の焼成を行い（Ｓ１０２）、絶縁
部形成のために仮設電極膜を形成し（Ｓ１０３）、絶縁
部を形成する２つの側面において、片面ずつガラス粉末
を付着（Ｓ１０４、Ｓ１０６）させた後にこのガラス粉
末を焼成して（Ｓ１０５、Ｓ１０７）、絶縁物としてい
る。このように、合計３回もの焼成処理を必要とし、工
程時間が長く、また、コストが高くなってしまう。

【０００５】したがって、工程時間が短く、コストを抑
えることができ、量産性の向上がより図れるような積層
型圧電素子の製造方法の出現が望まれていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、この発明の積
層型圧電素子の製造方法によれば、以下のａ）〜ｇ）の
工程を含むことを特徴とする。

【０００７】ａ）圧電材料と内部電極層とを交互に積層
して積層体を形成する。

【０００８】ｂ）この積層体の側面に、奇数番目の内部
電極層と電気的に接続させた第１仮設電極膜および偶数
番目の内部電極層と電気的に接続させた第２仮設電極膜
を互いに離間して設ける。

【０００９】ｃ）積層体の側面の領域であって、圧電素
子用の第１電極の形成予定領域に露出させた奇数番目の
内部電極層の端面に、後工程で行われる焼成の温度で溶
融しないめっき材料で第１めっき層を形成する。

【００１０】ｄ）積層体の側面の領域であって、圧電素
子用の第２電極の形成予定領域に露出させた偶数番目の
前記内部電極層の端面に、めっき材料で第２めっき層を
形成する。

【００１１】ｅ）第１および第２めっき層が形成されて
いる積層体を焼成すると共に、この焼成により、これら
第１および第２めっき層を絶縁層に変える。

【００１２】ｆ）第１および第２仮設電極を除去すると
共に、第１電極および第２電極を形成する。

【００１３】

【作用】上述したこの発明の積層型圧電素子の製造方法
によれば、圧電材料と内部電極層とを交互に積層した積
層体の側面の領域であって、圧電素子用の電極の形成予
定領域に露出させた内部電極層の端面に、後工程で行わ
れる焼成の温度で溶融しないめっき材料でめっき層を形
成している。このため、その後、積層体とめっき層とを
同時に焼成して、圧電性を有する積層体および絶縁層と
することができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明をする。各図は発明が理解できる程度に各構
成成分の大きさ、形状および配置関係等を概略的に示し
てあるにすぎない。また、以下の説明において特定の材
料および条件等を用いることがあるが、これらは好適例
の一つにすぎず、したがってこれら材料および条件等に
何ら限定されることはない。

【００１５】図１はこの発明の積層型圧電素子の製造方
法の工程のフロー図であり、工程順にＳ１〜Ｓ５で示
す。図２〜図９は、実施例の説明に供する図であり、基
本的に積層型圧電素子の製造工程に沿って、構造体の段
階的な外観を斜視図で示しているが、途中、必要に応じ
て側面図や断面図も挿入している。図２〜図９中、内部
電極層、第１および第２めっき層、第１および第２絶縁
層をハッチングで強調して示してあり、また、断面図に
おいては一部分を除いてハッチングを省略してある。

【００１６】この発明の積層型圧電素子の製造方法によ
れば、まず、圧電材料と内部電極層とを交互に積層して
積層体を形成する（図１のＳ１）。このため、この実施
例では、この積層体を、以下のような手順で形成した。
最初に、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の仮焼粉末
を、ＰＶＢ（ポリビニールブチラール樹脂）系の有機バ
インダと有機溶剤中に分散させたスラリーを作成した。
このスラリーをドクターブレード装置を用いてフィルム
上に流し、１５０μｍ程度の厚さにして乾燥させ、プレ
スと金型により所定の大きさおよび形状に打ち抜き、可
塑性のあるセラミック成形体である圧電グリーンシート
１１を複数枚得る。実施例の場合は長方形に打ち抜いた
（図２の（Ａ））。このグリーンシート１１上に内部電
極層１３として白金ペーストを塗布する（図２の
（Ｂ））。図２の（Ｂ）中、内部電極層１３をハッチン
グで強調して示してある。このとき、内部電極層１３は
グリーンシート１１上をすべて覆わずに、一端を塗布し
ない部分１２として残す。このため、内部電極層１３の
４つの端面１４のうち、一面だけはグリーンシート１１
の縁まで届いていない。そして、塗布しない部分１２が
一枚一枚逆方向に向くように、すなわち一層おきに同じ
方向を向くようにして、グリーンシート１１を順次重ね
ていく（図２の（Ｃ））。これは、これらのグリーンシ
ート１１を積み重ねたときに、後に仮設電極膜を設ける
面、すなわち内部電極層１３の端面１４が一層おきに露
出する面を、離間して設けるためである。そして、ほぼ
直方体形状の積層体１００を得る（図３の（Ａ））。こ
のとき、内部電極層１３の端面１４のうちの一面が各層
毎に（すべて）露出している、対向する２つの側面のう
ち、図２の（Ａ）に示す斜視図における正面向きの側面
を側面Ａ、反対側の見えない側面を側面Ｂとし、これら
の側面図を図３の（Ｂ）に示した。また、同じく図３の
（Ａ）に示す斜視図の、一層おきに内部電極層１３の端
面が露出している、対向する側面を側面ＣおよびＤと
し、これらの側面図を図３の（Ｃ）に示した。ここで、
図３の（Ａ）に示す積層体１００において、上から数え
て奇数番目の内部電極層１３ａの端面１４ａが露出して
いる、向かって右側の側面を側面Ｃとし、同じく偶数番
目の内部電極層１３ｂの端面１４ｂが露出している、向
かって左側の見えない側面を側面Ｄとした。その後、図
２に示す積層体１００を、熱プレスにより圧着一体化す
る。

【００１７】次に、この発明では、この積層体の側面
に、奇数番目の内部電極層と電気的に接続させた第１仮
設電極膜および偶数番目の内部電極層と電気的に接続さ
せた第２仮設電極膜を互いに離間して設ける（図１のＳ
２）。この実施例では、まず、積層体の側面Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄを研磨して、ほぼ同じ太さの内部電極層１３ａお
よび１３ｂの端面１４ａおよび１４ｂをきれいに露出さ
せる。その後、側面ＣにＡｇペーストを塗布して第１仮
設電極膜１５ａとし、同じく側面ＤにもＡｇペーストを
塗布して、第２仮設電極膜１５ｂとした（図４）。この
とき、Ａｇペーストは側面ＣおよびＤの露出していた端
面１４ａおよび１４ｂと接触しているため、第１仮設電
極膜１５ａは奇数番目の内部電極層１３ａと、第２仮設
電極膜１５ｂは偶数番目の内部電極層１３ｂと電気的に
接続している。

【００１８】次に、この発明では、積層体の側面の領域
であって、圧電素子用の第１電極の形成予定領域に露出
させた奇数番目の内部電極層の端面に、後工程で行われ
る焼成の温度で溶融しないめっき材料で第１めっき層を
形成する。そして、積層体の側面の領域であって、圧電
素子用の第２電極の形成予定領域に露出させた偶数番目
の前記内部電極層の端面に、めっき材料で第２めっき層
を形成する（図１のＳ３）。

【００１９】めっき層は、後に焼成して酸化させること
により絶縁層を形成するために設ける。例えば、プラス
側の電極（第１電極とする。）を、第１電極形成予定領
域である側面Ａに設けるとき、側面Ａの第１仮設電極膜
１５ａと電気的に接続している、奇数番目の内部電極層
１３ａの端面１４ａを絶縁層で覆う。また同じく、マイ
ナス側の電極（第２電極とする）を、第２電極形成予定
領域である側面Ｂに設けるとすれば、側面Ｂの第２仮設
電極膜１５ｂと電気的に接続している内部電極層１３ｂ
の端面１４ｂを、絶縁層で覆う。第１および第２電極
は、これら絶縁層を横断して設けることにより、それぞ
れ奇数番目の内部電極層どうしおよび偶数番目の内部電
極層どうしが互いに電気的に接続される。

【００２０】このため、この実施例では、以下に示す手
順で第１および第２めっき層１７ａおよび１７ｂの形成
を行う。

【００２１】図５および図６は、めっき工程の説明に供
する図であり、図５の（Ａ）は積層体１００とめっき電
源とを接続する治具２０を、そして図５の（Ｂ）は積層
体１００を治具２０で挟み込んだ外観を示す斜視図であ
る。図６は、実施例のめっき処理の様子を示す概略的な
図であり、めっき電源の形状等は図示せず省略してあ
る。図７の（Ａ）はめっき後の側面Ａを含む積層体の外
観を示す斜視図であり、図７の（Ｂ）および（Ｃ）は図
７の（Ａ）を破線で切って矢印の方向にみたときの断面
図である。特に、図７の（Ｂ）は側面Ａのみに対してめ
っき処理を施したときの断面図であり、図７の（Ｃ）は
側面ＡおよびＢの両面のめっき処理が終了したときの断
面図である。

【００２２】治具２０は、積層体１００にめっき処理を
施すために、この積層体１００を挟み込んでめっき電源
と接続する、接続端子として働く治具の例である。この
治具２０は、硬質塩化ビニールからなるプラスチック板
２０ａと、このプラスチック板２０の両端から上向きに
ついている、外側に湾曲した形状の金属製（ステンレス
製）の板ばね２０ｂと、双方の板ばね２０ｂの下側に付
いている、導線２０ｃとからなる（図５の（Ａ））。め
っきは側面ＡおよびＢの片面ずつ行うため、どちらか一
方の面のめっきを行う時には、他方の面の全面を粘着テ
ープで覆う。この実施例では、側面Ａのめっき層を先に
形成するため、先に側面Ｂを粘着テープで覆う（図示せ
ず。）。次に、この治具２０のプラスチック板２０ａに
積層体を載せ、積層体１００の第１および第２仮設電極
膜１５ａおよび１５ｂを、板ばね２０ｂにより両側から
挟み込んで固定する（図５の（Ｂ））。こうして、導線
２０ｃ、板ばね２０ｂ、第１（または第２）仮設電極膜
１５ａ（または１５ｂ）が電気的に接続される。

【００２３】まず、側面Ａの、第１仮設電極膜１５ａと
電気的に接続されている奇数番目の内部電極層１３ａの
露出している端面１４ａにのみめっきをするために、積
層体１００を挟み込んだ治具２０の導線２０ｃの片方を
めっき用電源のマイナス側に接続する。そして、めっき
槽２１に満たした、めっき液（硫酸ニッケル（２４０ｇ
／ｌ）、塩化ニッケル（４５ｇ／ｌ）、硼酸（３０ｇ／
ｌ）の水溶液）２２中に入れる。そして、めっき電源の
プラス側に接続された、ニッケル製の陽極板２３を、め
っき槽２１（めっき液２２）中に沈める。このとき、積
層体の側面Ａと陽極板２３とが、平行になるように配置
する（図６）。そして、２Ａ／ｄｍ² の電流密度でめっ
き電源を通電し、１０分程度電解めっき処理を行う。こ
の結果、ニッケルが電解により還元されて、端面１４ａ
を覆うように付着し、ニッケルめっき層１７ａが、３０
μｍ程度の厚さで形成される。陽極板２３は、めっき液
２２に電流を流し、かつマイナス電極側の端面１４ａに
付着するニッケルの補給を行うものである。こうして、
側面Ａにおいて奇数番目の内部電極層１３ａの端面１４
ａにのみ、第１めっき層１７ａとしてニッケルめっきが
施される（図７の（Ａ）および（Ｂ））。

【００２４】次に、側面Ｂを覆っていた粘着テープをは
がして今度はめっき後の側面Ａを粘着テープで覆う。そ
して、側面Ａと同様の工程で側面Ｂの偶数番目の内部電
極層１３ｂの端面１４ｂに対して、同様に電解めっきを
行う。そして、側面Ｂにおいても、偶数番目の内部電極
層１３ｂの端面１４ｂに、第２めっき層１７ｂとしてニ
ッケルめっきが施される。（図７の（Ｃ））。

【００２５】次に、この発明では、第１および第２めっ
き層１７ａおよび１７ｂが形成されている積層体を焼成
すると共に、この焼成により、これら第１および第２め
っき層１７ａおよび１７ｂを第１および第２絶縁層１９
ａおよび１９ｂに変える（図１のＳ４）。図８の（Ａ）
は焼成後の焼成積層体１００ａの外観を示す斜視図であ
り、図８の（Ｂ）は図８の（Ａ）を破線で切って矢印の
方向にみたときの断面図である。この実施例では、ニッ
ケルめっき後の積層体１００から粘着テープを除去した
後に１２９０℃で焼成する。このことにより、第１およ
び第２めっき層１７ａおよび１７ｂであるニッケルめっ
きは酸化して第１および第２絶縁層１９ａおよび１９ｂ
となり、グリーンシート１１は、焼成基板１１ａとな
る。こうして、焼成積層体１００ａを形成する（図８の
（Ａ）および（Ｂ））。このように、積層体の焼成温度
で溶融しないニッケルでめっき層を形成したため、積層
体の焼成と、めっき層の焼成を同時に行うことができ
る。

【００２６】次に、この発明では、第１および第２仮設
電極を除去すると共に、第１電極および第２電極を形成
する（図１のＳ５）。図９の（Ａ）は焼成積層体１００
ａから第１および第２仮設電極膜１５ａおよび１５ｂを
除去したときの外観を示す斜視図であり、図９の（Ｂ）
はその後第１および第２電極２５ａおよび２５ｂを設け
て積層型圧電素子としたときの外観を示す斜視図であ
る。この実施例では、焼成を行ったためにＡｇが溶融し
ている第１および第２仮設電極膜１５ａおよび１５ｂを
研磨（または切削）により除去する（図９の
（Ａ）））。その後、側面Ａおよび側面Ｂの、絶縁層１
９（１９ａ、１９ｂ）および端面１４（１４ａ、１４
ｂ）にＡｇペーストを焼きつけて第１および第２電極２
５ａおよび２５ｂを形成する。ここでは、第１電極２５
ａをプラス側、第２電極２５ｂをマイナス側の電極とし
た（図９の（Ｂ））。

【００２７】その後圧電素子として機能するための通常
の前処理として、積層体を１２０℃のシリコーンオイル
中に入れた状態で２５０Ｖの電圧を印加し、積層型圧電
素子を完成させた（図示せず）。

【００２８】この発明は、上述した実施例にのみ限定さ
れるものではないことは明らかである。例えば実施例に
おける積層型圧電素子の形状は直方体であるが、円筒状
などでも良いし、この発明の積層型圧電素子の製造方法
を用いることが可能ならば、素子の形状は問わない。ま
た、この実施例では、ひとつの積層型圧電素子を製造す
る方法を示しているが、第１および第２電極を複数組設
けて一度に複数個の積層型圧電素子を製造することも可
能である。また、めっきの材料、めっき条件、積層体の
焼成温度等も、好適な材料や条件を用いることができ
る。

【００２９】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の積層型圧電素子の製造方法によれば、圧電材料
と内部電極層とを交互に積層した積層体の側面の領域で
あって、圧電素子用の第１電極の形成予定領域に露出さ
せた奇数番目および偶数番目の内部電極層の端面に、後
工程で行われる焼成の温度で溶融しないめっき材料で第
１および第２めっき層を形成している。このため、その
後、積層体と第１および第２めっき層とを同時に焼成し
て、圧電性を有する積層体および絶縁層とすることがで
きる。このため、従来３回にわたり行われた焼成処理工
程を１度で済ませることができる。

【００３０】したがって、工程数が減り、工程時間が短
縮し、コストも低減され、そのために量産性の向上も図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の積層型圧電素子の製造方法のフロー
工程図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例における積層型圧電
素子の工程を示す斜視図である。

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例の積層体の構成を示
す説明図である。

【図４】仮設電極形成後の積層体の外観を示す斜視図で
ある。

【図５】（Ａ）は外部接続端子として働く治具の例であ
り、（Ｂ）は、実施例の治具を積層体と電気的に接続す
る方法を示す斜視図である。

【図６】めっきの様子を示す概略図である。

【図７】（Ａ）はめっき層を形成したときの積層体の外
観を示す斜視図であり、（Ｂ）は側面Ａに対してめっき
が終了したときの、また、（Ｃ）はＡ、Ｂ両側面にめっ
き層の形成が終了したときの、断面図である。

【図８】（Ａ）は焼成後の積層体の構成を示す斜視図で
あり、（Ｂ）はその断面図である。

【図９】（Ａ）は仮設電極除去後の積層体の外観を示す
斜視図、（Ｂ）は電極形成後の積層型圧電素子の外観を
示す斜視図である。

【図１０】従来の積層型圧電素子の製造方法のフロー工
程図である。

【符号の説明】

１１：圧電材料（グリーンシート） １１ａ：焼成基板 １２：塗布しない部分 １３：内部電極層 １３ａ：奇数番目の内部電極層 １３ｂ：偶数番目の内部電極層 １４ａ：奇数番目の内部電極層の端面 １４ｂ：偶数番目の内部電極層の端面 １５ａ：第１仮設電極膜 １５ｂ：第２仮設電極膜 １７ａ：第１めっき層 １７ｂ：第２めっき層 １９ａ：第１絶縁層 １９ｂ：第２絶縁層 ２０：治具 ２０ａ：プラスチック板 ２０ｂ：板ばね ２０ｃ：導線 ２１：めっき槽 ２２：めっき液 ２３：陽極板 ２５ａ：第１電極 ２５ｂ：第２電極 １００：積層体 １００ａ：焼成積層体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ａ）圧電材料と内部電極層とを交互に積
   層して積層体を形成する工程と、 ｂ）該積層体の側面に、奇数番目の前記内部電極層と電
   気的に接続させた第１仮設電極膜および偶数番目の前記
   内部電極層と電気的に接続させた第２仮設電極膜を互い
   に離間して設ける工程と、 ｃ）前記積層体の側面の領域であって、圧電素子用の第
   １電極の形成予定領域に露出させた奇数番目の前記内部
   電極層の端面に、後工程で行われる焼成の温度で溶融し
   ないめっき材料で第１めっき層を形成する工程と、 ｄ）前記積層体の側面の領域であって、圧電素子用の第
   ２電極の形成予定領域に露出させた偶数番目の前記内部
   電極層の端面に、前記めっき材料で第２めっき層を形成
   する工程と、 ｅ）前記第１および第２めっき層が形成されている前記
   積層体を焼成すると共に、この焼成により、これら第１
   および第２めっき層を絶縁層に変える工程と、 ｆ）前記第１および第２仮設電極を除去すると共に、前
   記第１電極および第２電極を形成する工程とを含むこと
   を特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の積層型圧電素子の製造
   方法において、前記第１および第２めっき層の形成を、
   前記めっき材料をニッケルとし、硫酸ニッケル（２４０
   ｇ／ｌ）、塩化ニッケル（４５ｇ／ｌ）、硼酸（３０ｇ
   ／ｌ）の水溶液を用いて、２Ａ／ｄｍ² の電流密度で行
   うとき、前記焼成を、１２９０℃の温度で行うことを特
   徴とする積層型圧電素子の製造方法。