JPH11145525A - 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Info
- Publication number
- JPH11145525A JPH11145525A JP30525997A JP30525997A JPH11145525A JP H11145525 A JPH11145525 A JP H11145525A JP 30525997 A JP30525997 A JP 30525997A JP 30525997 A JP30525997 A JP 30525997A JP H11145525 A JPH11145525 A JP H11145525A
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- JP
- Japan
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- green sheet
- internal electrode
- electrode layer
- piezoelectric actuator
- layer
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】積層型焼結体の圧電特性を有するセラミックス
層と内部電極層との接合界面の接着強度を高めて、圧電
アクチュエータの耐久性能を高めることの出来る製造方
法を提供する。 【解決手段】圧電特性を有するセラミックスからなるグ
リーンシートの両面に内部電極層を付し、内部電極層の
一部がグリーンシートに侵入している（８，９）グリー
ンシートを複数枚積層し、これを焼結して８′，９′に
示されるように内部電極層の一部がセラミック層に侵入
している積層型焼結体からなる圧電アクチュエータを得
る。
層と内部電極層との接合界面の接着強度を高めて、圧電
アクチュエータの耐久性能を高めることの出来る製造方
法を提供する。 【解決手段】圧電特性を有するセラミックスからなるグ
リーンシートの両面に内部電極層を付し、内部電極層の
一部がグリーンシートに侵入している（８，９）グリー
ンシートを複数枚積層し、これを焼結して８′，９′に
示されるように内部電極層の一部がセラミック層に侵入
している積層型焼結体からなる圧電アクチュエータを得
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電アクチュエータ
の製造方法に関し、特に積層型焼結体の内部電極層面と
圧電特性を有するセラミックスとの接合界面の接着強度
に優れた圧電アクチュエータの製造方法に関するもので
ある。
の製造方法に関し、特に積層型焼結体の内部電極層面と
圧電特性を有するセラミックスとの接合界面の接着強度
に優れた圧電アクチュエータの製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来の圧電アクチュエータの製造方法に
ついて図２を用いて説明する。図２（ａ）は圧電特性を
有するセラミックスからなるグリーンシート４の両面に
ペースト状の電極材を用いて印刷法で内部電極層３，５
を形成し、且つ上下面の保護層１の一方の面に同様に内
部電極層２を印刷法により形成した断面図である。内部
電極層は圧電特性を有するセラミックスからなるグリー
ンシートに侵入していない。
ついて図２を用いて説明する。図２（ａ）は圧電特性を
有するセラミックスからなるグリーンシート４の両面に
ペースト状の電極材を用いて印刷法で内部電極層３，５
を形成し、且つ上下面の保護層１の一方の面に同様に内
部電極層２を印刷法により形成した断面図である。内部
電極層は圧電特性を有するセラミックスからなるグリー
ンシートに侵入していない。
【０００３】図２（ｂ）は図２（ａ）のグリーンシート
を順次積み重ね、上下面に保護層１を設けた積層体に、
熱を加えながら積層方向に圧力を加えて圧着して一体化
し、該一体化した積層体中のバインダーを熱分解により
除去し、焼結して得られる積層型焼結体の断面図であ
る。焼結体中の内部電極層とセラミックスとの接合界面
において、内部電極層はセラミックスに侵入していな
い。
を順次積み重ね、上下面に保護層１を設けた積層体に、
熱を加えながら積層方向に圧力を加えて圧着して一体化
し、該一体化した積層体中のバインダーを熱分解により
除去し、焼結して得られる積層型焼結体の断面図であ
る。焼結体中の内部電極層とセラミックスとの接合界面
において、内部電極層はセラミックスに侵入していな
い。
【０００４】次に、図２（ｂ）の該積層型焼結体側面に
位置する前記内部電極層を絶縁材を用いて、一層おきに
覆い、且つ前記絶縁層を覆って他の導電層に一層おきに
導通するように外部電極を形成して圧電アクチュエータ
は製造される。製造された圧電アクチュエータの内部電
極層は圧電特性を有するセラミックスに侵入していない
セラミックスから成るグリーンシート４との境界（６，
７）。なお、グリーンシートの両面に内部電極層を付し
て圧電アクチュエータを製造した公知例はほとんど見当
たらず、唯一見られるのは（特開平7−169999 号公報）
である。これには一方の面もしくは両面に内部電極層を
付し、乾燥した後これらを５８枚積み重ね、加熱圧着し
て圧電アクチュエータを製造したと簡単に記載されてい
る。
位置する前記内部電極層を絶縁材を用いて、一層おきに
覆い、且つ前記絶縁層を覆って他の導電層に一層おきに
導通するように外部電極を形成して圧電アクチュエータ
は製造される。製造された圧電アクチュエータの内部電
極層は圧電特性を有するセラミックスに侵入していない
セラミックスから成るグリーンシート４との境界（６，
７）。なお、グリーンシートの両面に内部電極層を付し
て圧電アクチュエータを製造した公知例はほとんど見当
たらず、唯一見られるのは（特開平7−169999 号公報）
である。これには一方の面もしくは両面に内部電極層を
付し、乾燥した後これらを５８枚積み重ね、加熱圧着し
て圧電アクチュエータを製造したと簡単に記載されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】我々は内部電極層を印
刷法で形成する方法を用いて、実験を積み重ね、内部電
極層の形成法をどのようにすれば接着強度が改善される
かについて詳しく調べた。上述した公報に開示された積
層法により製造された圧電アクチュエータの各接合界面
の接着強度は図２（ｂ）の２ａ面つまり内部電極層とセ
ラミックスとの界面で弱いことが判った。これは、内部
電極材とセラミックスとの濡れ性が悪く、内部電極層と
セラミックが単に接触しているのみだからである。一
方、２ｂ界面の接着強度は強い。これは内部電極層面同
士つまり金属面の接触のため、互いの濡れ性がきわめて
優れているためである。
刷法で形成する方法を用いて、実験を積み重ね、内部電
極層の形成法をどのようにすれば接着強度が改善される
かについて詳しく調べた。上述した公報に開示された積
層法により製造された圧電アクチュエータの各接合界面
の接着強度は図２（ｂ）の２ａ面つまり内部電極層とセ
ラミックスとの界面で弱いことが判った。これは、内部
電極材とセラミックスとの濡れ性が悪く、内部電極層と
セラミックが単に接触しているのみだからである。一
方、２ｂ界面の接着強度は強い。これは内部電極層面同
士つまり金属面の接触のため、互いの濡れ性がきわめて
優れているためである。
【０００６】本発明の目的は、圧電特性を有するセラミ
ックスからなるグリーンシートの両面に内部電極層を付
し、これを複数枚積層して製造した圧電アクチュエータ
の内部電極層とセラミックスとの界面の接着強度を大き
くして、耐久性能に優れた圧電アクチュエータの製造方
法を提供することにある。
ックスからなるグリーンシートの両面に内部電極層を付
し、これを複数枚積層して製造した圧電アクチュエータ
の内部電極層とセラミックスとの界面の接着強度を大き
くして、耐久性能に優れた圧電アクチュエータの製造方
法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電アクチュエ
ータの製造方法は圧電特性を有するセラミックスからな
るグリーンシートの両面に、ペースト状導電材を印刷法
により内部電極層を付したグリーンシートを積層し、グ
リーンシートの中のバインダーが流動化する温度で圧着
後、グリーンシートに含まれるバインダーを除去し、焼
結して得られる圧電アクチュエータにおいて、内部電極
層の一部が圧電特性を有するセラミックスに侵入して複
合組織を形成していることを特徴とする。この侵入の仕
方は網目状になることから機械的な結び付きが生じて、
本界面の接着強度が大きくなる。従って、内部電極層を
セラミックスに侵入するようにして製造した圧電アクチ
ュエータの耐久性能はセラミックスに侵入していない内
部電極層を付して製造したアクチュエータに比べて、耐
久性能が数段優れる。
ータの製造方法は圧電特性を有するセラミックスからな
るグリーンシートの両面に、ペースト状導電材を印刷法
により内部電極層を付したグリーンシートを積層し、グ
リーンシートの中のバインダーが流動化する温度で圧着
後、グリーンシートに含まれるバインダーを除去し、焼
結して得られる圧電アクチュエータにおいて、内部電極
層の一部が圧電特性を有するセラミックスに侵入して複
合組織を形成していることを特徴とする。この侵入の仕
方は網目状になることから機械的な結び付きが生じて、
本界面の接着強度が大きくなる。従って、内部電極層を
セラミックスに侵入するようにして製造した圧電アクチ
ュエータの耐久性能はセラミックスに侵入していない内
部電極層を付して製造したアクチュエータに比べて、耐
久性能が数段優れる。
【０００８】
【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の圧電アクチ
ュエータの製造方法の実施例を図面を用いて説明する。
図１は本発明の第１の実施例による積層型圧電アクチュ
エータの製造方法を示す主要部である。保護層１及びグ
リーンシート４は圧電特性を有するセラミックグリーン
シートであり、保護層１の一方の面及びグリーンシート
の両面に付す内部電極層２，３，５は導電性に優れた金
属が主成分でガラス成分が一部含まれる。内部電極層の
付与は印刷法により形成するが、この場合、グリーンシ
ート密度を小さくしておくと、電極層の一部がグリーン
シートの空隙部分に侵入して複合組織を形成しているこ
とを特徴とする。
ュエータの製造方法の実施例を図面を用いて説明する。
図１は本発明の第１の実施例による積層型圧電アクチュ
エータの製造方法を示す主要部である。保護層１及びグ
リーンシート４は圧電特性を有するセラミックグリーン
シートであり、保護層１の一方の面及びグリーンシート
の両面に付す内部電極層２，３，５は導電性に優れた金
属が主成分でガラス成分が一部含まれる。内部電極層の
付与は印刷法により形成するが、この場合、グリーンシ
ート密度を小さくしておくと、電極層の一部がグリーン
シートの空隙部分に侵入して複合組織を形成しているこ
とを特徴とする。
【０００９】内部電極層を付与したグリーンシートを乾
燥した後、図１に示すように前記グリーンシートを５０
枚と上下面に保護層を積み重ねて積層体を作製する。但
し、図は積み重ね方向の枚数は省略している。積層体を
１３０℃に加熱し、10ＭＰａで圧着し一体化した。次
に、管状炉に空気を流しながら該積層体を８５０℃に加
熱し、グリーンシートに含まれるバインダーを熱分解に
より除去した後、酸化雰囲気中で１２６０℃で焼結させ
た。当然、積層型焼結体においても、内部電極層の一部
とその一部が侵入した圧電特性を有するセラミックスと
の境界８′，９′の接合界面１ａに複合組織層が形成さ
れている。なお、内部電極の厚さは複合組織形成層を含
めて保護層においては２μｍであり、セラミックスの両
面に付した一方の面の厚さは１μｍである。
燥した後、図１に示すように前記グリーンシートを５０
枚と上下面に保護層を積み重ねて積層体を作製する。但
し、図は積み重ね方向の枚数は省略している。積層体を
１３０℃に加熱し、10ＭＰａで圧着し一体化した。次
に、管状炉に空気を流しながら該積層体を８５０℃に加
熱し、グリーンシートに含まれるバインダーを熱分解に
より除去した後、酸化雰囲気中で１２６０℃で焼結させ
た。当然、積層型焼結体においても、内部電極層の一部
とその一部が侵入した圧電特性を有するセラミックスと
の境界８′，９′の接合界面１ａに複合組織層が形成さ
れている。なお、内部電極の厚さは複合組織形成層を含
めて保護層においては２μｍであり、セラミックスの両
面に付した一方の面の厚さは１μｍである。
【００１０】次に、図示を省略しているが焼結した積層
体の側面に位置する前記導電層を絶縁材を用いて一層お
きに覆い、前記絶縁材を覆って他の導電層に一層おきに
通電するように外部電極を形成し、本実施例の積層型圧
電アクチュエータと図２に示す従来の圧電アクチュエー
タ（つまり内部電極層がセラミック層に侵入していな
い）とに対して信頼性試験を実施した例について述べ
る。
体の側面に位置する前記導電層を絶縁材を用いて一層お
きに覆い、前記絶縁材を覆って他の導電層に一層おきに
通電するように外部電極を形成し、本実施例の積層型圧
電アクチュエータと図２に示す従来の圧電アクチュエー
タ（つまり内部電極層がセラミック層に侵入していな
い）とに対して信頼性試験を実施した例について述べ
る。
【００１１】なお、試料は、図１（ｂ）のセラミックス
層４′の厚さが１２０μｍ，内部電極層２′と３′を一
つの層と数えた場合の層数が６０層、上下２つの保護層
１′の厚さがそれぞれ２mm及び４mm、変位方向に垂直な
断面の形状が５mm×５mm、変位方向の長さが１８mmの構
造を持つ。圧電特性を有するセラミックス４′は、ＰＺ
Ｔ（Ｐｂ０.６４，ＺｒＯ2０.２４，ＴｉＯ2０.１１ ）
のＰｂの一部をＳｒに置換したペロブスカイト構造酸化
物であり、内部電極層２′，３′はＡｇ６５％，Ｐｄ３
５％の銀−パラジュウム混合粉電極である。
層４′の厚さが１２０μｍ，内部電極層２′と３′を一
つの層と数えた場合の層数が６０層、上下２つの保護層
１′の厚さがそれぞれ２mm及び４mm、変位方向に垂直な
断面の形状が５mm×５mm、変位方向の長さが１８mmの構
造を持つ。圧電特性を有するセラミックス４′は、ＰＺ
Ｔ（Ｐｂ０.６４，ＺｒＯ2０.２４，ＴｉＯ2０.１１ ）
のＰｂの一部をＳｒに置換したペロブスカイト構造酸化
物であり、内部電極層２′，３′はＡｇ６５％，Ｐｄ３
５％の銀−パラジュウム混合粉電極である。
【００１２】また、図略の絶縁物はほう酸系ガラスであ
り、外部電極層は、銀を導体とした。また、前記外周を
被覆する保護層にはシリカ系ガラスを用いた。前記のよ
うに製造された圧電アクチュエータをテストサンプルと
して１０個用い、以下に示す条件により作動試験をし
た。作動条件としては、荷重２００Ｎ，周波数１００Ｈ
ｚの矩形波駆動で概略３００〜−１５００Ｖの電圧を印
加し、変位量１８μｍとした。そして内部電極層とセラ
ミック層との界面が剥離し、セラミックが破壊を起こし
変位量１８μｍが得られなくなるまで繰り回し回数を確
認し、結果を図３に示した。
り、外部電極層は、銀を導体とした。また、前記外周を
被覆する保護層にはシリカ系ガラスを用いた。前記のよ
うに製造された圧電アクチュエータをテストサンプルと
して１０個用い、以下に示す条件により作動試験をし
た。作動条件としては、荷重２００Ｎ，周波数１００Ｈ
ｚの矩形波駆動で概略３００〜−１５００Ｖの電圧を印
加し、変位量１８μｍとした。そして内部電極層とセラ
ミック層との界面が剥離し、セラミックが破壊を起こし
変位量１８μｍが得られなくなるまで繰り回し回数を確
認し、結果を図３に示した。
【００１３】比較例の圧電アクチュエータでは５×１０
7 回の動作でセラミックスが破壊しなかった割合は０％
であった。すなわち、比較例の場合には、積層体の変位
量１８μｍが得られなくなった。これに対し、実施例１
の圧電アクチュエータでは１×１０9 回動作してもセラ
ミックスが破壊しなかった割合は６５％と高い値が得ら
れた。従って、本発明の圧電アクチュエータはセラミッ
クが破壊するまでの作動回数及び駆動耐久性を増やすこ
とが出来る。
7 回の動作でセラミックスが破壊しなかった割合は０％
であった。すなわち、比較例の場合には、積層体の変位
量１８μｍが得られなくなった。これに対し、実施例１
の圧電アクチュエータでは１×１０9 回動作してもセラ
ミックスが破壊しなかった割合は６５％と高い値が得ら
れた。従って、本発明の圧電アクチュエータはセラミッ
クが破壊するまでの作動回数及び駆動耐久性を増やすこ
とが出来る。
【００１４】（実施例２）圧電特性を有するセラミック
からなるグリーンシートの両面に内部電極を形成する方
法において、内部電極の厚さは複合組織形成層を含め
て、一方の面の厚さが０.５μｍ で、他の面の厚さが
１.５μｍ で、他の実施例１と同様に製造した。なお、
内部電極の形成順序は薄い方を先に形成し、厚い方を後
から形成した。この圧電アクチュエータについても実施
例１と同様に評価し、結果を図３に示した。実施例２の
圧電アクチュエータは実施例１のアクチュエータと同じ
結果を示した。尚、６，７′は内部電極とそれが侵入し
ていない圧電特性を有するセラミックスとの境界、８，
９は内部電極層とその一部が侵入した圧電特性を有する
セラミックスとの境界である。
からなるグリーンシートの両面に内部電極を形成する方
法において、内部電極の厚さは複合組織形成層を含め
て、一方の面の厚さが０.５μｍ で、他の面の厚さが
１.５μｍ で、他の実施例１と同様に製造した。なお、
内部電極の形成順序は薄い方を先に形成し、厚い方を後
から形成した。この圧電アクチュエータについても実施
例１と同様に評価し、結果を図３に示した。実施例２の
圧電アクチュエータは実施例１のアクチュエータと同じ
結果を示した。尚、６，７′は内部電極とそれが侵入し
ていない圧電特性を有するセラミックスとの境界、８，
９は内部電極層とその一部が侵入した圧電特性を有する
セラミックスとの境界である。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、内部電極層の一部が圧
電特性を有するセラミックスからなるグリーンシートに
侵入している。このため積層型焼結体においても、内部
電極層の一部がセラミックスに侵入しているので、内部
電極層面とセラミックス面との接合界面の接着強度が従
来技術による強度より増大する。これにより圧電アクチ
ュエータの駆動時に発生する応力で、界面の剥離が起こ
ることが無いので、セラミックスの破壊を防止できる。
従って、本発明の圧電アクチュエータはセラミックスが
破壊するまでの作動回数及び駆動耐久性能を増すことが
できる。
電特性を有するセラミックスからなるグリーンシートに
侵入している。このため積層型焼結体においても、内部
電極層の一部がセラミックスに侵入しているので、内部
電極層面とセラミックス面との接合界面の接着強度が従
来技術による強度より増大する。これにより圧電アクチ
ュエータの駆動時に発生する応力で、界面の剥離が起こ
ることが無いので、セラミックスの破壊を防止できる。
従って、本発明の圧電アクチュエータはセラミックスが
破壊するまでの作動回数及び駆動耐久性能を増すことが
できる。
【図１】本発明の実施例である圧電アクチュエータを製
造する工程を示す保護層の断面図。
造する工程を示す保護層の断面図。
【図２】従来の圧電アクチュエータの製造工程を示す保
護層の断面図。
護層の断面図。
【図３】圧電アクチュエータの繰り返し作動回数と圧電
アクチュエータのセラミックスが破壊しなかった割合と
の関係を示す特性図。
アクチュエータのセラミックスが破壊しなかった割合と
の関係を示す特性図。
１，１′…保護層、１ａ，１ｂ…接合界面、２，２′，
３，３′，５…内部電極層、４…グリーンシート、４′
…セラミックス、６，６′，７，７′，８，８′，９，
９′…境界。
３，３′，５…内部電極層、４…グリーンシート、４′
…セラミックス、６，６′，７，７′，８，８′，９，
９′…境界。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩野 修 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 石田 富雄 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 林原 光男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】圧電特性を有するセラミックスから成るグ
リーンシートの両方の面に内部電極用の導電体層を付し
たグリーンシートを得る工程と、前記グリーンシートを
順次積み重ねグリーンシート積層体を形成する工程と、
前記グリーンシート積層体を加熱しながらこれに積層方
向に圧力を加えて圧着し一体化して積層しプレス体を得
る熱プレス工程と、前記積層プレス体に含まれるバイン
ダーを熱分解除去して焼結する工程と、該積層型焼結体
側面に位置する前記内部電極層を絶縁材を用いて一層お
きに覆う絶縁層形成工程と、前記絶縁材を覆って他の内
部電極層に一層おきに導通するように外部電極を形成す
る工程からなる圧電アクチュエータの製造方法におい
て、前記内部電極層の一部が前記グリーンシートに侵入
していることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30525997A JPH11145525A (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | 圧電アクチュエータの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30525997A JPH11145525A (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | 圧電アクチュエータの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11145525A true JPH11145525A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=17942954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30525997A Pending JPH11145525A (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | 圧電アクチュエータの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11145525A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7656077B2 (en) * | 2003-12-24 | 2010-02-02 | Kyocera Corporation | Laminated piezoelectric device |
-
1997
- 1997-11-07 JP JP30525997A patent/JPH11145525A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7656077B2 (en) * | 2003-12-24 | 2010-02-02 | Kyocera Corporation | Laminated piezoelectric device |
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