JPH11233846A - 積層圧電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層圧電素子の積層状態の良否を簡単に判別
できる積層圧電素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 電気−機械エネルギー変換機能を有する
材料で構成される圧電体層（１１−１〜１１−ｎ）と、
複数個の積層圧電素子分の電極材料の電極層（１２−１
〜１２−ｎ）とを交互に複数重ねて積層したものを一次
積層体１４とし、所定位置で切断することにより、複数
個の二次積層体を得る積層圧電素子の製造方法におい
て、各電極層（１２−１〜１２−ｎ）に対する平面内２
次元方向の位置ずれを検出する印１、２を前記圧電体層
（１１−１〜１１−ｎ）上に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層圧電素子の製
造方法に係り、特に複数層に重なった電極材料の層位置
のずれを容易に検出することができるようにした積層圧
電素子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば電気−機械エネルギー変換
機能を有する圧電セラミックス等の電気−機械エネルギ
ー変換材料を用いて、電極材料の層と、該電気−機械エ
ネルギー変換材料の層である圧電体の層を交互に積層し
た積層圧電素子が提案されている。

【０００３】この積層圧電素子は、例えば同じ厚さの単
一の板状の圧電体と比較した場合、低い印加電圧で大き
な変形歪や大きな発生力が得られるので、近年、特に圧
電アクチュエータや振動波モータ等の振動駆動装置を構
成する振動体に用いられることが提案されている。

【０００４】一方、積層圧電素子の製造方法は、主に焼
成前の圧電セラミックス粉末を有機バインダーと混合し
たシート状の成形体（グリーンシート）の層に電極ペー
ストを印刷して形成した電極材料の層（以下電極層）を
焼結前に各々複数枚重ね合せ熱圧着して一体化した後に
焼成して作る焼結一体型の方法であり、圧電セラミック
スの層の厚さを薄く形成でき、より小型で信頼性の高い
積層圧電素子が可能となるものであり、この製造方法と
しては、特開平８−２１３６６７号公報等に記述されて
いる。

【０００５】この積層圧電素子の製造方法を、図５〜図
７を用いて以下に説明する。

【０００６】図５は焼成前の積層圧電素子１０の一例で
あり、図５の（ａ）に示すように、複数枚のグリーンシ
ート１１（１１−１〜１１−ｎ）の表面に電極ペースト
をスクリーン印刷法にて印刷された電極層１２が形成さ
れ、これらが必要とする積層数（ｎ枚）重ね合せられ、
熱プレスで圧着されている。

【０００７】図６は図５の焼成前の積層圧電素子１０の
製造方法の一例であり、一度に多数個の素子を作るため
に、一定寸法の複数枚（ｎ枚）のグリーンシート１１−
１〜１１−ｎの上に電極層１２−１〜１２−ｎが積層圧
電素子１０の形状に合わせて縦横６×６ケづつ配置され
るように形成されている。

【０００８】そして、この一定寸法のまま圧着され一枚
の板状の積層体１４が作られる。この後、図７のよう
に、形成された積層体１４は破線で示す切断線１５に沿
って一つ一つの積層圧電素子１０とするために角状に切
断分離され焼成を行い、その後内外径加工等を経て積層
圧電素子となる。

【０００９】また、図５に示すように、積層圧電素子１
０の各層の電極層１２を電気的に接続する導体電極とし
て複数のスルーホール（スルーホール電極あるいはバイ
ヤホールと称すこともある）１３を用いている。具体的
には、電極層１２を印刷する前に予めグリーンシート１
１に０．１ｍｍの穴をパンチングによって各素子の所定
の位置に穿孔により形成し、その穴の中に電極ペースト
を充填している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の積層圧電素子の製造において、グリーンシート
１１に電極層１２を印刷する際は、グリーンシート１１
の四隅に位置決め用の穴を設けたり、グリーンシート１
１をフレームの枠にはり付けたりし、その穴や枠基準で
グリーンシートを位置決めして印刷を行い、最終的に、
電極層１２を印刷した複数枚のグリーンシート１１も各
々その穴や枠基準で重ね合せ、穴部や枠部分を切断また
は分離し熱圧着を行って積層化していた。

【００１１】特に、最近は小型の積層圧電素子が望まれ
高精度化しつつあり、またグリーンシート１１の厚さも
薄くなり、伸び易かったりまたたわみやすかったりする
ため、電極層の印刷時のずれや積層化時のずれが発生し
易くなり、各電極層１２は２次元的な平面内で互いにず
れを生じ易くなってきた。

【００１２】また、その他様々な原因でずれは発生し、
ずれが大きくなると本来の積層圧電素子の機能が満足さ
れないことが起こる。例えば電極層のずれは圧電素子と
しての対向電極の面積が減少して圧電特性の低下を招
き、スルーホール電極のずれは極端な場合は導通ができ
なくなり電極層間をつなぐことができなかったり、つな
がっていたとしても不完全で導体電極の電気抵抗が増加
し、電力損失が発生することも考えられる。

【００１３】また、効率を高めるために、素子の外径い
っぱいに電極面積をとる場合、ずれた層の電極層が素子
の側面に露出するといった問題が生じた。

【００１４】このような各グリーンシート間の平面内の
ずれとしては、今までに極端な場合には最大０．１〜
０．２ｍｍにも達し、このようなずれ量では積層圧電素
子の機能上の問題が発生することもあった。

【００１５】一方、各グリーンシト間のずれを実際に測
定する方法としては、例えば素子１０を１個取り出し、
素子を破壊しその断面を切り出して各層の電極層のずれ
を顕微鏡で観察するなどして確認する方法が従来より行
われていた。

【００１６】しかしながら、このような検査方法では、
手間がかかり、迅速に製造不良を確認することができな
かった。

【００１７】本出願に係る発明の目的は、積層圧電素子
の積層状態の良否を簡単に判別できる積層圧電素子の製
造方法を提供しようとするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本出願に係る発明の目的
を実現する積層圧電素子の製造方法の第１の構成は、電
気−機械エネルギー変換機能を有する材料で構成される
圧電体層と、電極材料の電極層とを交互に複数重ねて積
層したものを一次積層体とし、この一次積層体を焼結し
て積層圧電素子を形成する積層圧電素子の製造方法にお
いて、各電極層に対する平面内２次元方向の位置ずれを
検出する印を前記圧電体層上に設けたものである。

【００１９】本出願に係る発明の目的を実現する積層圧
電素子の製造方法の第２の構成は、電気−機械エネルギ
ー変換機能を有する材料で構成される圧電体層と、複数
個の積層圧電素子分の電極材料の電極層とを交互に複数
重ねて積層したものを一次積層体とし、この一次積層体
を焼結前または焼結した後、所定位置で切断することに
より、複数個の二次積層体を得る積層圧電素子の製造方
法において、各電極層に対する平面内２次元方向の位置
ずれを検出する印を前記圧電体層上に設けたものであ
る。

【００２０】本出願に係る発明の目的を実現する積層圧
電素子の製造方法の第３の構成は、前記印は、一次積層
体の外縁に露出するように設けるようにしたものであ
る。

【００２１】本出願に係る発明の目的を実現する積層圧
電素子の製造方法の第４の構成は、前記印は、前記二次
積層体の外縁に露出するように設けるようにしたもので
ある。

【００２２】本出願に係る発明の目的を実現する積層圧
電素子の製造方法の第５の構成は、電気−機械エネルギ
ー変換機能を有する材料で構成される圧電体層と、複数
個の積層圧電素子分の電極材料の電極層とを交互に複数
重ねて積層したものを一次積層体とし、この一次積層体
を焼結前または焼結した後、所定位置で切断することに
より複数の二次積層体を得、この二次積層体を原形の積
層圧電素子に加工して複数個の積層圧電素子を得る積層
圧電素子の製造方法において、各電極層に対する平面内
２次元方向の位置ずれを検出する印を前記原形積層圧電
素子の外縁に露出するように設けたものである。

【００２３】本出願に係る発明の目的を実現する積層圧
電素子の製造方法の第６の構成は、前記印は、電極層の
形成と同時に印刷によって圧電体層上に形成されるよう
にしたものである。

【００２４】本出願に係る発明の目的を実現する積層圧
電素子の製造方法の第７の構成は、前記印は、各層の電
極層接続するためのスルーホールによって圧電体層内に
形成されたものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下図面に
基づいて詳細に説明する。

【００２６】（第１の実施の形態）図１および図２は本
発明の第１の実施の形態を示す。

【００２７】図１は、積層圧電素子（直径１０ｍｍ）が
縦横６個づつ並んだグリーンシートの積層体（一次積層
体）を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）
はマーク１、２、３、４の拡大図である。

【００２８】本実施の形態では、各グリーンシートの位
置ずれは基本的にグリーンシート面内の平面内（２次元
方向）であることから、Ｘ，Ｙ方向の位置ずれがわかる
ように、長方形状（例えば長さ２ｍｍ、幅０．５ｍｍ）
の位置ずれ検出マーク１，２をおよび丸形状（例えば直
径１ｍｍ）のスルーホール電極であるマーク３，４を、
各々Ｙ方向をみるためのマーク１，３、Ｘ方向をみるた
めのマーク２，４を設けている。

【００２９】積層される複数枚の全ての各グリーンシー
トの電極層またはスルーホール電極と相対的に同位置
に、マーク１，２は電極層１２を形成する際に、同じス
クリーン印刷で同じ電極ペーストを用いて同時に設ける
ようにしており、またマーク３，４は各グリーンシート
の他のスルーホールを形成するパンチングの際に同時に
穴を設けている。

【００３０】位置ずれ検出マーク１とマーク２、又はマ
ーク３とマーク４は、１枚のグリーンシートで最低各々
１個所設けても良いが、グリーンシート内でも各場所に
よりずれの量が異なることも考えられるので、理想的に
は１つ１つの素子に設け、位置ずれを検査することが望
ましいが、実際の作業や検査時間などを考慮して、例え
ばグリーンシートの四隅と中心部にも設けることにし
た。

【００３１】また、これらの位置ずれ検出マーク１，
２，３，４は丁度切断線１５の上になるようにすること
で、積層体１４を最終的に１個の素子１０を角状に切断
分離（二次積層体）した時点で、その切断面に位置ずれ
マーク１，２が現れるようにした。

【００３２】図２（ａ）は位置ずれ検出マーク１が切断
面上に見えた状態の図、（ｂ）はマーク３が切断面上に
見えた状態の図である。最大のずれ量はａである。この
ようなマークを設けることで、製造過程において作業者
が積層体１４について位置ずれ検出マークの表われる図
１の四隅と中央の素子を取り出し拡大鏡または顕微鏡で
観察することで位置ずれの検査が容易にできるようにな
った。例えば位置ずれ検出マークのずれ量の最大（図２
のａ）が０．１ｍｍ以上であれば不良と判断することが
できる。

【００３３】前述のマーク１，２とマーク３，４は、図
１のように一緒に設けても良いが、印刷とパンチングの
互いの位置精度は製造装置によるが、多くても２０〜３
０μｍであり、どちらか一方のマークで充分である。

【００３４】（第２の実施の形態）上記した第１の実施
の形態において、位置ずれマーク１、２の形状を長方形
としたが、他の形状であっても良く、切断線の誤差等を
考慮した場合、切断線位置のずれが大きくても判別に支
障のない形状が望ましい。

【００３５】（第３の実施の形態）上記した第１の実施
の形態において、位置ずれ検出マーク３，４は、スルー
ホール電極としたが、これは印刷時に電極ペーストで充
填したものである。また切断線の誤差等を考慮した場
合、切断線に対して少しづつずらして複数個形成する
等、切断線の位置ずれが多少大きくても判別に支障のな
い配置が望ましい。

【００３６】（第４の実施の形態）上記した第１の実施
の形態において、位置ずれマーク１，２を設ける位置を
切断線上としたが、最終的にマークの断面が現れれば良
く、図３に示すように、熱圧着後の積層体１４の最外周
の側面のように、切断することなく積層後直接観察でき
る所に設けても良い。

【００３７】（第５の実施の形態）図４は第５の実施の
形態を示す。

【００３８】本実施の形態は、各素子（本例は丸形状）
１０の外周部の側面に丁度表われるような位置にマーク
１を設け、素子の最終加工の丸形状加工後に検査できる
ようにしても良い。また、本実施の形態ではＸ，Ｙ方向
を同時に見るために、４５度の角度を隔ててマーク１を
設けるようにしている。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
積層圧電素子の製造過程において、積層化後各層の電極
層間の位置ずれを容易に検査することができ、また、不
良品を後工程に流すことがなくなったため、製造上、大
きなメリットをもたらす結果となった。さらに本検査を
続けて行うことで電極層の位置ずれが起こる製造上の様
々な原因を見つけることが可能となり品質の向上と安定
にも役立つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、（ａ）は平
面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はマークの拡大図。

【図２】（ａ）、（ｂ）は図１の素子のマーク位置での
切断面を示す図。

【図３】第２の実施の形態を示す斜視図。

【図４】第５の実施の形態を示す斜視図。

【図５】従来の焼結前の圧電素子を示し、（ａ）は分解
斜視図、（ｂ）は最上位置のグリーンシートの斜視図。

【図６】従来の積層圧電素子の製造方法を説明する斜視
図。

【図７】図６の積層圧電素子製造例を示し、（ａ）は平
面図、（ｂ）は側面図。

【符号の説明】

１，２，３，４ 位置ずれ検出用マーク １０ 積層圧電素子 １１ グリーンシート １２ 電極層 １４ 積層体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 信之 千葉県東金市季美の森東１−４−36 (72)発明者 浅井 義博 千葉県東金市田間443−７東金ハイツ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気−機械エネルギー変換機能を有する
   材料で構成される圧電体層と、電極材料の電極層とを交
   互に複数重ねて積層したものを一次積層体とし、この一
   次積層体を焼結して積層圧電素子を形成する積層圧電素
   子の製造方法において、 各電極層に対する平面内２次元方向の位置ずれを検出す
   る印を前記圧電体層上に設けたことを特徴とする積層圧
   電素子の製造方法。
2. 【請求項２】 電気−機械エネルギー変換機能を有する
   材料で構成される圧電体層と、複数個の積層圧電素子分
   の電極材料の電極層とを交互に複数重ねて積層したもの
   を一次積層体とし、所定位置で切断することにより、複
   数個の二次積層体を得る積層圧電素子の製造方法におい
   て、 各電極層に対する平面内２次元方向の位置ずれを検出す
   る印を前記圧電体層上に設けたことを特徴とする積層圧
   電素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記印は、一次積層体の外縁に露出する
   ように設けられていることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の積層圧電素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記印は、前記二次積層体の外縁に露出
   するように設けられていることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の積層圧電素子の製造方法。
5. 【請求項５】 電気−機械エネルギー変換機能を有する
   材料で構成される圧電体層と、複数個の積層圧電素子分
   の電極材料の電極層とを交互に複数重ねて積層したもの
   を一次積層体とし、所定位置で切断することにより複数
   の二次積層体を得、この二次積層体を原形の積層圧電素
   子に加工して複数個の積層圧電素子を得る積層圧電素子
   の製造方法において、 各電極層に対する平面内２次元方向の位置ずれを検出す
   る印を前記原形積層圧電素子の外縁に露出するように設
   けたことを特徴とする積層圧電素子の製造方法。
6. 【請求項６】 前記印は、電極層の形成と同時に印刷に
   よって圧電体層上に形成されることを特徴とする請求項
   １、２、３、４または５に記載の積層圧電素子の製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記印は、各層の電極層接続するための
   スルーホールによって圧電体層内に形成されることを特
   徴とする請求項１、２、３、４または５に記載の積層圧
   電素子の製造方法。