WO2012132660A1 - 圧電デバイス、及び、その焼成前の成形体であるグリーン成形体の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention includes a main body including a portion made of a piezoelectric material, an upper surface electrode that covers at least a part of the upper surface of the main body, a lower electrode that covers at least a part of the lower surface of the main body, and the main body
- the present invention relates to a piezoelectric device that is a fired body that covers at least a part of the side surface portion of the substrate and includes a side electrode that connects the upper electrode and the lower electrode.
- the piezoelectric device is also referred to as a piezoelectric / electrostrictive device.
- This type of piezoelectric device includes an optical lens position control element (for example, a camera autofocus and zoom ultrasonic motor), a magnetic information read / write element position control element (for example, And actuators for magnetic heads of hard disk drives) or sensors that convert mechanical vibrations into electrical signals (for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 2006-1000080 and 2002-359148). See the publication).
- an optical lens position control element for example, a camera autofocus and zoom ultrasonic motor
- a magnetic information read / write element position control element for example, And actuators for magnetic heads of hard disk drives
- sensors that convert mechanical vibrations into electrical signals
- the piezoelectric device is manufactured based on the following procedure, for example. Hereinafter, “before firing” is indicated by adding “green” to the name of the corresponding member.
- one large flat plate in which a portion corresponding to a piezoelectric device before firing (hereinafter referred to as a “green piezoelectric device corresponding portion”) is arranged on a flat base material with a predetermined interval.
- a green molded body is formed.
- Each green piezoelectric device corresponding portion includes a green main body portion corresponding to the main body portion, and a green upper surface electrode and a green lower surface electrode corresponding to the upper surface electrode and the lower surface electrode respectively formed on the upper and lower surfaces of the green main body portion.
- green side electrodes corresponding to the side electrodes are formed so as to connect the green upper surface electrode and the green lower surface electrode at predetermined positions on the side surfaces (that is, the surfaces appearing by the machining) of the green piezoelectric device corresponding portions. And baking is performed with respect to the some green piezoelectric device corresponding
- the film thickness of the “portion in the vicinity of the boundary between the green top electrode and the green side electrode” of the green side electrode tends to be relatively thin. There is. Therefore, after firing, the thickness of the side electrode in the vicinity of the boundary between the top electrode and the side electrode tends to be thin. As a result, there may be a problem that poor conduction between the top electrode and the side electrode is likely to occur.
- the edge of the upper surface of the green piezoelectric device corresponding portion is polished to remove the above-mentioned sharp corner shape, burrs, and the like. That's fine.
- the size of the piezoelectric device is very small, it is very difficult to perform polishing or the like.
- An object of the present invention is to provide a piezoelectric device in which poor conduction between the upper surface electrode (or lower surface electrode) and the side electrode hardly occurs, and to form a molded body (green molded body) of the piezoelectric device before firing.
- the object is to provide a method of manufacturing by a simple technique.
- the piezoelectric device is characterized in that the thickness of the portion where the thickness of the side electrode is minimum is Ta and the thickness of the portion of the side electrode where the radius of curvature of the surface is minimum.
- Tb is Tb
- Tb / Ta is 1.0 to 5.0.
- the portion where the thickness of the side electrode is minimum is, for example, the central portion in the vertical direction of the side electrode
- the portion where the curvature radius of the surface of the side electrode is minimum is, for example, the side electrode In the vicinity of the boundary with the upper surface electrode or the lower surface electrode.
- Tc / Ta is 0.5 to 2.0, where Tc is the thickness of the upper surface electrode or the lower surface electrode.
- the main body may be a laminate in which at least one piezoelectric layer made of the piezoelectric material and at least one internal electrode are laminated. In this case, the internal electrode is connected to the side electrode.
- the main body has, for example, a rectangular parallelepiped shape with a length of 0.2 to 10.0 mm, a width of 0.1 to 10.0 mm, and a height of 0.01 to 10.0 mm. The above dimensions are values after firing.
- Tb / Ta is 1.0 to 5.0, and it is difficult for poor conduction between the upper electrode (or lower electrode) and the side electrode to occur. (Details will be described later).
- green molded bodies including a green main body corresponding to the main body and a green upper surface electrode corresponding to the upper surface electrode formed on the upper surface of the green main body are spaced apart from each other on a flat substrate. A plurality are placed with a gap.
- an inclined portion that falls outward is formed at the edge of the upper surface of each green molded body, and the inclined portion and the green molded body are formed.
- a circular arc portion is formed at a portion where the side surface of the body intersects.
- a green side surface electrode corresponding to the side surface electrode is formed on the side surface of each green molded body so as to be connected to the green upper surface electrode.
- the inclined portion may not be formed. In this case, an arc portion is formed at a portion where the edge of the upper surface of each green molded body and the side surface of the green molded body intersect.
- the sharp edges described above are formed from the edges of the upper surfaces of the plurality of green molded bodies. Square shapes, burrs and the like can be easily removed in the same process.
- the external electrode 20 includes an upper electrode 21 that covers a part of the upper surface of the main body 10, a lower electrode 22 that covers a part of the lower surface of the main body 10, a part of the side surface of the main body 10, and the upper electrode 21 and And a side electrode 23 connecting the lower surface electrode 22.
- the side electrode 23 is electrically connected to the internal electrode 12, the upper surface electrode 21, and the lower surface electrode 22. More specifically, as shown in FIG.
- first electrode group (three) internal electrodes 12A, top electrode 21A, bottom electrode 22A, and side electrode 23A (hereinafter collectively referred to as “first electrode group”) Are electrically connected to each other, and the (two) internal electrodes 12B, the upper electrode 21B, the lower electrode 22B, and the side electrode 23B (hereinafter collectively referred to as “second electrode group”) are electrically connected to each other. It is connected.
- FIG. 2 and FIG. 3 which is a partially enlarged view of FIG. 2, an edge (a square frame as viewed from above) and a lower edge (a square when viewed from below) of the upper surface of the main body 10.
- an edge a square frame as viewed from above
- a lower edge a square when viewed from below
- an edge a square frame as viewed from above
- a lower edge a square when viewed from below
- an arc portion is formed in a portion where the inclined portion and the side surface of the main body portion 10 intersect.
- the thickness Tc of the upper surface electrode 21 is substantially constant and is 0.5 to 5.0 ⁇ m.
- the thickness of the bottom electrode 22 is the same as the thickness Tc of the top electrode 21 (after firing).
- the thickness of the side electrode 23 (after baking) changes with places.
- attention is focused on the thickness Ta of the side electrode 23 where the thickness is minimum and the thickness Tb of the side electrode 23 where the surface curvature radius is minimum.
- the portion where the thickness of the side electrode 23 is minimum is present in the central portion of the side electrode 23 in the vertical direction, and the portion where the curvature radius of the surface of the side electrode 23 is minimum is the side electrode. 23 near the boundary with the upper surface electrode 21 or the lower surface electrode 22.
- Tb / Ta is in the range of 1.0 to 5.0.
- Tc / Ta is in the range of 0.5 to 2.0.
- “thickness” at a certain position of the electrode means “included in the inside of the electrode at the same vertical line” when a vertical line is drawn from the surface of the electrode at that position. Refers to the length of the portion.
- the deformation amount of the piezoelectric layer 11 (accordingly, the main body portion 10) can be controlled by adjusting the potential difference applied between the first and second electrode groups.
- the piezoelectric device can be used as an actuator for controlling the position of an object. Examples of the object include an optical lens, a magnetic head, and an optical head.
- the potential difference generated between the first and second electrode groups changes according to the deformation amount of the piezoelectric layer 11 (and hence the main body portion 10).
- the piezoelectric device can be used as various sensors such as an ultrasonic sensor, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, an impact sensor, and a mass sensor.
- piezoelectric ceramics As the material (piezoelectric material) of the piezoelectric layer 11, it is preferable to employ piezoelectric ceramics, electrostrictive ceramics, ferroelectric ceramics, or antiferroelectric ceramics.
- Specific materials include lead zirconate, lead titanate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate, lead zinc niobate, lead manganese niobate, lead antimony stannate, lead manganese tungstate, lead cobalt niobate, Examples thereof include ceramics containing barium titanate, sodium bismuth titanate, potassium sodium niobate, strontium bismuth tantalate, etc. alone or as a mixture.
- the material (electrode material) of the external electrode 20 (upper surface electrode 21, lower surface electrode 22, and side surface electrode 23) and the internal electrode 12 is made of a metal that is solid at room temperature and has excellent conductivity.
- a metal that is solid at room temperature and has excellent conductivity Preferably, for example, simple metals such as aluminum, titanium, chromium, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, niobium, molybdenum, ruthenium, palladium, rhodium, silver, tin, tantalum, tungsten, iridium, platinum, gold, lead, Alternatively, these alloys can be adopted.
- portions corresponding to piezoelectric devices are arranged in a matrix on a flat substrate at predetermined intervals.
- a single large green laminate is formed which is included in a plurality (3 ⁇ 7) aligned.
- This large green laminated body includes a green laminated body portion corresponding to the main body portion 10, a green upper surface electrode film corresponding to the upper surface electrode 21 formed on the upper surface thereof, and a green corresponding to the lower surface electrode 22 formed on the lower surface thereof.
- a lower electrode film is a green laminated body portion corresponding to the main body portion 10.
- the green laminated body portion corresponding to the main body portion 10 is formed by alternately laminating green piezoelectric sheets corresponding to the piezoelectric layers 11 and green electrode films corresponding to the internal electrodes 12.
- the green piezoelectric sheet is formed by molding a paste containing the piezoelectric material using one of well-known methods such as a doctor blade method.
- the green electrode film is formed on the green piezoelectric sheet by forming a paste containing the electrode material using one of well-known methods such as screen printing.
- a green adhesive layer may be interposed between the green piezoelectric sheet and the green electrode film in order to ensure the press-bonding property between the green piezoelectric sheet and the green electrode film. In this case, the green adhesive layer is formed on the green piezoelectric sheet by using one of well-known methods such as coating.
- machining such as cutting and punching is performed along the cutting line (see the two-dot chain line) shown in FIG.
- a plurality of (3 ⁇ 7) identical rectangular parallelepiped green piezoelectric device corresponding parts can be taken out in the same process on the substrate.
- FIG. 7 shows a cross section corresponding to FIG. 2 of the taken out part corresponding to one green piezoelectric device.
- the green piezoelectric device corresponding portion includes a green laminated body 10g corresponding to the main body 10 and a green upper surface electrode 21g corresponding to the upper surface electrode 21 formed on the upper surface of the green laminated body 10g. And a green lower surface electrode 22g corresponding to the lower surface electrode 22 formed on the lower surface of the green laminate 10g.
- the green laminated body 10g is a laminated body in which the piezoelectric sheets 11g are positioned as the uppermost layer and the lowermost layer, and the piezoelectric sheets 11g and the electrode films 12g are alternately laminated.
- the portion (upper edge of the upper surface) where the upper surface and the side surface (the side surface is a surface appearing by the machining) intersecting the green piezoelectric device corresponding portion taken out by the machining is as follows. It tends to be a sharp corner shape. Alternatively, burrs or the like are likely to occur in the same part.
- a plate-like elastic body is pressed against the plurality of green piezoelectric device corresponding parts placed on the base material from above.
- the elastic body is made of a material such as silicon rubber, and the elastic body has a Shore hardness A of 15 to 50. Further, the pressure (pressing force per unit area) for pressing the elastic body is 5 to 40 kgf / cm 2 . In this example, the interval (gap width) between adjacent green piezoelectric device corresponding portions is 0.5 to 5.0 mm.
- the length La of the inclined portion when the green piezoelectric device corresponding portion is viewed from above is 0.01 to 1.0 mm.
- the inclination angle ⁇ a of the inclined part is 0.1 to 15.0 °.
- the radius Ra of the arc portion is 0.002 to 0.020 mm.
- the inclined portion may not be provided.
- each of the plurality of green piezoelectric device corresponding parts placed on the base material is turned upside down and remounted at the same position on the base material. Placed. Then, in the same manner as the steps shown in FIGS. 8 and 9, the plate-like elastic body is pressed against the plurality of green piezoelectric device corresponding parts placed on the base material from above. As a result, as shown in FIG. 11, in the edge portion of the lower surface of the green piezoelectric device corresponding portion (square frame portion when viewed from below), similarly to the edge portion of the upper surface of the green piezoelectric device corresponding portion, the inclined portion and An arc portion is formed.
- a sample of a piezoelectric device manufactured using the manufacturing method described above in which the piezoelectric layer 11 has a thickness of 20.0 ⁇ m, the internal electrode 12 has a thickness of 2.0 ⁇ m, and the piezoelectric layer 11 is a layer.
- the number of layers is 10, the average thickness of the external electrodes 20 (upper surface electrode 21, lower surface electrode 22, and side surface electrode 23) is 4.0 ⁇ m, the overall size is 2.0 mm in length, 1.0 mm in width, and height.
- the one with 0.2 mm and the firing temperature of 1200 ° C. was used. Each numerical value is a value after firing.
- the base material by performing machining with respect to "the one flat green molded object in which the some green piezoelectric device corresponding
- a plurality of green piezoelectric device corresponding portions are placed on the substrate at intervals.
- a plurality of green piezoelectric device corresponding parts individually formed from the beginning may be placed on the substrate with a space therebetween.
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Abstract
本体部に対応するグリーン本体部と、グリーン本体部の上面に形成された「上面電極に対応するグリーン上面電極」と、を少なくとも含む圧電デバイス対応部が、平板状の基材上に互いに間隔をあけて複数載置される。その後、複数の圧電デバイス対応部に対して平板状の弾性体を上方から押し付けることによって、各圧電デバイス対応部の上面の縁部において、外側に向かって下がる傾斜部が形成されるとともに、前記傾斜部と圧電デバイス対応部の側面とが交差する部分に円弧部が形成される。その後、各圧電デバイス対応部の側面に、グリーン上面電極と接続するように「側面電極に対応するグリーン側面電極」が形成される。その後、この成形体が焼成されて、圧電デバイスが得られる。これにより、上面電極(又は下面電極)と側面電極との間の導通不良が発生し難い圧電デバイスが提供され得る。
Description
本発明は、圧電材料からなる部分を含む本体部と、前記本体部の上面部の少なくとも一部を覆う上面電極と、前記本体部の下面部の少なくとも一部を覆う下面電極と、前記本体部の側面部の少なくとも一部を覆い且つ前記上面電極及び前記下面電極を繋ぐ側面電極とを備えた焼成体である圧電デバイスに関する。圧電デバイスは、圧電/電歪デバイスとも称呼される。
この種の圧電デバイスは、光学レンズの位置制御用素子(例えば、カメラ用オートフォーカスやズーム用の超音波モータ)や、磁気的情報等の読取り及び/又は書込み用素子の位置制御用素子(例えば、ハードディスクドライブの磁気ヘッド用のアクチュエータ)、或いは機械的振動を電気信号に変換するセンサ等として活発に開発されてきている(例えば、特開2006-100805号公報、及び、特開2002-359148号公報を参照)。
上記圧電デバイスは、例えば、以下の手順に基づいて製造される。以下、「焼成前」であることは、対応する部材の名称に「グリーン」を付して示す。
先ず、平板状の基材上に、焼成前の圧電デバイスに対応する部分(以下、「グリーン圧電デバイス対応部」と呼ぶ)が所定の間隔をおいて整列した状態で含まれる1枚の大きな平板状のグリーン成形体が形成される。
次に、基材に載置された状態にある前記大きなグリーン成形体に切断加工、パンチ加工等の機械加工を施す。この結果、基材上において複数のグリーン圧電デバイス対応部が所定の間隔をおいて載置された状態が得られる。各グリーン圧電デバイス対応部は、本体部に対応するグリーン本体部と、グリーン本体部の上下面にそれぞれ形成された上面電極及び下面電極に対応するグリーン上面電極及びグリーン下面電極と、から構成される。
次いで、各グリーン圧電デバイス対応部の側面(即ち、前記機械加工によって現れた面)の所定箇所に、グリーン上面電極及びグリーン下面電極を繋ぐように側面電極に対応するグリーン側面電極が形成される。そして、複数のグリーン圧電デバイス対応部に対して焼成が実行される。この結果、複数の上記圧電デバイス(焼成後)を同一工程で得ることができる。
ところで、上述のように、1枚の大きな平板状のグリーン成形体に切断加工、パンチ加工等の機械加工を施すことによって複数のグリーン圧電デバイス対応部を得る手法が採用される場合、得られたグリーン圧電デバイス対応部の上面と側面とが交差する部分(上面の縁部)が鋭い角形状となる、同部分にバリが発生する、等の事態が発生し得る。
係る事態が発生している状態においてグリーン側面電極の形成工程が実行されると、グリーン側面電極における「グリーン上面電極とグリーン側面電極との境界近傍の部分」の膜厚が相対的に薄くなる傾向がある。従って、焼成後において、上面電極と側面電極との境界近傍の部分の側面電極の膜厚が薄くなる傾向がある。この結果、上面電極と側面電極との間の導通不良が発生し易いという問題が発生し得る。
この問題に対処するためには、グリーン側面電極の形成工程の実行前に、グリーン圧電デバイス対応部の上面の縁部に対して研磨等を行って、上述の鋭い角形状やバリ等を除去すればよい。しかしながら、圧電デバイスのサイズが非常に小さい場合、研磨等を実行することが非常に困難となる。
本発明の目的は、上面電極(又は下面電極)と側面電極との間の導通不良が発生し難い圧電デバイスを提供すること、並びに、この圧電デバイスの焼成前の成形体(グリーン成形体)を簡易な手法で製造する方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る圧電デバイスの特徴は、前記側面電極における厚さが最小となる部分の厚さをTa、前記側面電極における表面の曲率半径が最小となる部分の厚さをTbとしたとき、Tb/Taが1.0~5.0であることにある。ここで、前記側面電極における厚さが最小となる部分は、例えば、前記側面電極における上下方向の中央部分であり、前記側面電極における表面の曲率半径が最小となる部分は、例えば、前記側面電極における前記上面電極又は前記下面電極との境界近傍の部分である。
前記上面電極又は前記下面電極の厚さをTcとしたとき、Tc/Taが0.5~2.0であることが好適である。また、前記本体部は、前記圧電材料からなる少なくとも1つの圧電層と、少なくとも1つの内部電極とが積層された積層体であり得る。この場合、前記内部電極は前記側面電極と接続する。前記本体部は、例えば、縦0.2~10.0mm、横0.1~10.0mm、高さ0.01~10.0mmの直方体状を呈する。以上の各寸法は、焼成後の値である。
検討によれば、上記構成のように、Tb/Taが1.0~5.0であることによって、上面電極(又は下面電極)と側面電極との間の導通不良が発生し難いことが判明した(詳細は後述する)。
上記本発明に係る圧電デバイスの焼成前の成形体(グリーン成形体)の製造方法として、以下の方法が採用され得る。先ず、前記本体部に対応するグリーン本体部と、前記グリーン本体部の上面に形成された前記上面電極に対応するグリーン上面電極と、を含むグリーン成形体が、平板状の基材上に互いに間隔をあけて複数載置される。
次いで、前記複数のグリーン成形体に対して弾性体を上方から押し付けることによって、前記各グリーン成形体の上面の縁部において外側に向かって下がる傾斜部が形成されるとともに前記傾斜部と前記グリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部が形成される。その後、前記各グリーン成形体の側面に、前記グリーン上面電極と接続するように前記側面電極に対応するグリーン側面電極が形成される。なお、前記傾斜部が形成されなくてもよい。この場合、前記各グリーン成形体の上面の縁部と前記グリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部が形成される。
係る手法によれば、グリーン側面電極の形成工程の実行前の段階で、複数のグリーン成形体に対して弾性体を上方から押し付けることによって、複数のグリーン成形体の上面の縁部から上述の鋭い角形状やバリ等を簡易に且つ同一工程で除去することができる。この結果、その後に形成されるグリーン側面電極について「グリーン上面電極とグリーン側面電極との境界近傍の部分」の膜厚が相対的に薄くなる事態が発生し難い。従って、焼成後において、上面電極と側面電極との境界近傍の部分の側面電極の膜厚が薄くなる事態も発生し難い。以上、上記方法によれば、上面電極と側面電極との間の導通不良が発生し難い圧電デバイス(の焼成前の成形体)を簡易な手法で製造することができる。
前記基材上に載置された複数のグリーン成形体の高さは同じであり、前記弾性体は板状を呈していて、前記弾性体の硬度がショア硬度Aで15~50であり、前記弾性体を押し付ける圧力は5~40kgf/cm2であることが好適である。このとき、前記円弧部の半径は0.002~0.020mmとなり得る。また、前記傾斜部が形成される場合、前記グリーン成形体を上方からみたときの前記傾斜部の長さは0.01~1.0mmとなり、前記傾斜部の傾斜角度は0.1~15°となり得る。
以下、図面を参照しながら本発明による圧電デバイスの実施形態について説明する。
(構成)
図1、図2に示すように、本実施形態に係る圧電デバイスは、焼成体であり、直方体状の本体部10と、本体部10の表面の少なくとも一部を覆うように本体部10に設けられた外部電極20と、を備える。
図1、図2に示すように、本実施形態に係る圧電デバイスは、焼成体であり、直方体状の本体部10と、本体部10の表面の少なくとも一部を覆うように本体部10に設けられた外部電極20と、を備える。
本体部10は、圧電材料からなる複数(本例では6つ)の圧電層11と、複数(本例では5つ)の層状の内部電極12とを有し、最上層及び最下層として圧電層11が位置し且つ圧電層11と内部電極12とが交互に積層された積層体である。圧電層11と内部電極12の各層は互いに平行に積層されている。従って、本体部10は、平面であり且つ互いに平行な上面部と下面部を備えている。本体部10のサイズ(焼成後)は、例えば、縦0.2~10.0mm、横0.1~10.0mm、高さ0.01~10.0mmである。各圧電層11(焼成後)の厚さは1.0~100.0μmであり、各内部電極12(焼成後)の厚さは0.3~5.0μmである。
外部電極20は、本体部10の上面の一部を覆う上面電極21と、本体部10の下面の一部を覆う下面電極22と、本体部10の側面の一部を覆い且つ上面電極21及び下面電極22を繋ぐ側面電極23と、を備える。側面電極23は、内部電極12、上面電極21、及び下面電極22と電気的に接続されている。より具体的には、図2に示すように、(3つの)内部電極12A、上面電極21A、下面電極22A、及び側面電極23A(以下、これらを総称して「第1電極群」と呼ぶ)が互いに電気的に接続され、(2つの)内部電極12B、上面電極21B、下面電極22B、及び側面電極23B(以下、これらを総称して「第2電極群」と呼ぶ)が互いに電気的に接続されている。
第1、第2電極群は、絶縁体である圧電層11を介して接続されることによって、互いに電気的に絶縁されている。換言すると、互いに電気的に接続された(3つの)内部電極12Aと、互いに電気的に接続された(2つの)内部電極12Bとは、櫛歯状の電極を構成している。なお、本例では、内部電極が5層となっているが、内部電極の層の数は特に限定されない(ゼロであってもよい)。
図2、及び、図2の部分拡大図である図3に示すように、本体部10の上面の縁部(上方からみて四角状の枠部)及び下面の縁部(下方からみて四角状の枠部)において、外側に向かって下がる傾斜部が形成され、且つ、前記傾斜部と本体部10の側面とが交差する部分に円弧部が形成されている。
上面電極21(焼成後)の厚さTcは、略一定で0.5~5.0μmである。下面電極22(焼成後)の厚さは、上面電極21(焼成後)の厚さTcと同じである。また、側面電極23(焼成後)の厚さは、場所によって相違する。特に、側面電極23における厚さが最小となる部分の厚さTaと、側面電極23における表面の曲率半径が最小となる部分の厚さTbに着目する。図3に示すように、側面電極23における厚さが最小となる部分は、側面電極23における上下方向の中央部分に存在し、側面電極23における表面の曲率半径が最小となる部分は、側面電極23における上面電極21又は下面電極22との境界近傍に存在する。Tb/Taは1.0~5.0の範囲内にある。また、Tc/Taは0.5~2.0の範囲内にある。なお、図3から理解できるように、本明細書では、電極の或る位置での「厚さ」とは、電極のその位置の表面から垂線を引いた場合における「同垂線における電極内部に含まれる部分の長さ」を指す。
この圧電デバイスでは、第1、第2電極群の間に与える電位差を調整することによって圧電層11(従って、本体部10)の変形量が制御され得る。この原理を利用することによって、この圧電デバイスは、対象物の位置を制御するアクチュエータとして利用され得る。この対象物として、光学レンズ、磁気ヘッド、光ヘッド等が挙げられる。また、この圧電デバイスでは、圧電層11(従って、本体部10)の変形量に応じて第1、第2電極群の間に発生する電位差が変化する。この原理を利用することによって、この圧電デバイスは、超音波センサ、加速度センサ、角速度センサ、衝撃センサ、質量センサ等の各種センサとしても利用され得る。
圧電層11の材料(圧電材料)としては、圧電セラミックス、電歪セラミックス、強誘電体セラミックス、或いは反強誘電体セラミックスが採用されることが好適である。具体的な材料としては、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、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、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、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等を単独であるいは混合物として含有するセラミックスが挙げられる。
外部電極20(上面電極21、下面電極22、及び側面電極23)、及び内部電極12の材料(電極材料)としては、室温で固体であり、導電性に優れた金属で構成されていることが好ましく、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、鉛等の金属単体、もしくはこれらの合金が採用され得る。
(製造方法)
次に、上記圧電デバイスの製造方法について説明する。以下、「焼成前」であることは、対応する部材の名称に「グリーン」を付し、或いは、対応する部材の符号の末尾に「g」を付すことによって示される。
次に、上記圧電デバイスの製造方法について説明する。以下、「焼成前」であることは、対応する部材の名称に「グリーン」を付し、或いは、対応する部材の符号の末尾に「g」を付すことによって示される。
本例では、先ず、図4に示すように、平板状の基材上に、圧電デバイスに対応する部分(以下、「グリーン圧電デバイス対応部」と呼ぶ)が所定の間隔をおいてマトリクス状に複数個(3×7個)整列した状態で含まれる1枚の大きなグリーン積層体が形成される。この大きなグリーン積層体は、本体部10に対応するグリーン積層体部と、その上面に形成された上面電極21に対応するグリーン上面電極膜と、その下面に形成された下面電極22に対応するグリーン下面電極膜と、を含む。
本体部10に対応するグリーン積層体部は、圧電層11に対応するグリーン圧電シートと、内部電極12に対応するグリーン電極膜とが交互に積層されて形成される。グリーン圧電シートは、ドクターブレード法等の周知の手法の一つを利用して前記圧電材料を含むペーストを成形することによって形成される。グリーン圧電シート上へのグリーン電極膜の形成は、スクリーン印刷等の周知の手法の一つを利用して前記電極材料を含むペーストを成形することによってなされる。グリーン圧電シートとグリーン電極膜との圧着性をより確実とするため、グリーン圧電シートとグリーン電極膜との間にグリーン接着層が介装されてもよい。この場合、グリーン圧電シート上へのグリーン接着層の形成は、塗付等の周知の手法の一つを利用してなされる。
次いで、図4に示す切断線(2点鎖線を参照)に沿って切断加工、パンチ加工等の機械加工を施す。この結果、図5及び図6に示すように、基材上において、複数個(3×7個)の同形の直方体状のグリーン圧電デバイス対応部を同一工程で取り出すことができる。
図7は、取り出された1つのグリーン圧電デバイス対応部の図2に対応する断面を示す。図7に示すように、本例では、グリーン圧電デバイス対応部は、本体部10に対応するグリーン積層体10gと、グリーン積層体10gの上面に形成された上面電極21に対応するグリーン上面電極21gと、グリーン積層体10gの下面に形成された下面電極22に対応するグリーン下面電極22gとから構成される。グリーン積層体10gは、最上層及び最下層として圧電シート11gが位置し且つ圧電シート11gと電極膜12gとが交互に積層された積層体である。
図7に示すように、上記機械加工によって取り出されたグリーン圧電デバイス対応部における上面と側面(側面は、前記機械加工によって現れた面である)とが交差する部分(上面の縁部)は、鋭い角形状となり易い。或いは、同部分にバリ等が発生し易い。
次に、図8及び図9に示すように、基材上に載置された複数個のグリーン圧電デバイス対応部に対して平板状の弾性体が上方から押し付けられる。弾性体は、シリコンゴム等の材料で構成され、弾性体の硬度がショア硬度Aで15~50である。また、弾性体を押し付ける圧力(単位面積あたりの押し付け力)は5~40kgf/cm2である。また、本例では、隣り合うグリーン圧電デバイス対応部の間隔(隙間の幅)は0.5~5.0mmである。
図9に示すように、押し付けられた弾性体の下面における「隣り合うグリーン圧電デバイス対応部間の隙間に対応する部分」は、加圧に基づく弾性変形によって同隙間に入り込む(下方に向けて膨らむ)。これに伴い、図10に示すように、グリーン圧電デバイス対応部の上面の縁部(上方からみて四角状の枠部)が、変形した弾性体の下面の形状(輪郭)に沿って変形する。この結果、グリーン圧電デバイス対応部の上面の縁部において、外側に向かって下がる傾斜部が形成され、且つ、前記傾斜部とグリーン圧電デバイス対応部の側面とが交差する部分(前記傾斜部の端部)に円弧部が形成される。これにより、複数のグリーン圧電デバイス対応部の上面の縁部から上述した「鋭い角形状」や「バリ等」が簡易に且つ同一工程で除去され得る。
図10に示すように、グリーン圧電デバイス対応部を上方からみたときの前記傾斜部の長さLaは0.01~1.0mmである。前記傾斜部の傾斜角度θaは0.1~15.0°である。前記円弧部の半径Raは0.002~0.020mmである。なお、前記傾斜部はなくてもよい。
上述した傾斜部及び円弧部の形成は、グリーン圧電デバイス対応部の下面の縁部(下方からみて四角状の枠部)においても行われる。具体的には、図8及び図9に示した工程の後、基材上に載置された複数個のグリーン圧電デバイス対応部のそれぞれが、上下反転されて基材上の同じ位置に再載置される。そして、図8及び図9に示した工程と同様に、基材上に載置された複数個のグリーン圧電デバイス対応部に対して平板状の弾性体が上方から押し付けられる。この結果、図11に示すように、グリーン圧電デバイス対応部の下面の縁部(下方からみて四角状の枠部)においても、グリーン圧電デバイス対応部の上面の縁部と同様に、傾斜部及び円弧部が形成される。
次に、図12に示すように、グリーン圧電デバイス対応部の側面の所定箇所の上半分に、側面電極23に対応するグリーン側面電極23gが、グリーン上面電極21gの縁部とオーバラップするように形成される。この形成は、スクリーン印刷等の周知の手法の一つを利用して前記電極材料を含むペーストを成形することによってなされる。
続いて、図13に示すように、グリーン圧電デバイス対応部の側面の前記所定箇所の下半分に、側面電極23に対応するグリーン側面電極23gが、グリーン下面電極22gの縁部とオーバラップするように形成される。この形成も、スクリーン印刷等の周知の手法の一つを利用して前記電極材料を含むペーストを成形することによってなされる。
そして、図13に示したグリーン圧電デバイス対応部に対し、所定温度で所定時間に亘って焼成が実行される。この結果、図1及び図2に示す圧電デバイス(焼成後)が得られる。
(弾性体の押し付けによって傾斜部及び円弧部が形成されることによる作用・効果)
次に、弾性体の押し付けによって上記傾斜部及び円弧部が形成されることによる作用・効果を確認するために行った実験について説明する。
次に、弾性体の押し付けによって上記傾斜部及び円弧部が形成されることによる作用・効果を確認するために行った実験について説明する。
この実験では、上述した製造方法を利用して作製された圧電デバイスのサンプルであって、圧電層11の厚さが20.0μm、内部電極12の厚さが2.0μm、圧電層11の層数が10層で、外部電極20(上面電極21、下面電極22、及び側面電極23)の平均的な厚さが4.0μm、全体のサイズが縦2.0mm、横1.0mm、高さ0.2mmであり、焼成温度が1200℃のものが使用された。各数値は焼成後の値である。
上述のように、本実施形態のサンプルでは、上記弾性体の押し付けの実行によって上記傾斜部及び円弧部が形成された状態でグリーン側面電極23gが形成される。これに対し、この実験では、比較例として、図13及び図3にそれぞれ対応する図14及び図15に示すように、上記弾性体の押し付けが実行されない状態(即ち、上述した「鋭い角形状」や「バリ等」が残存する状態)でグリーン側面電極23gが形成されたサンプルが導入された。
この実験では、パラメータとして、厚さTaに対するTbの割合Tb/Taが導入された(Ta,Tbについては、図3及び図15を参照)。Tb/Taが異なるそれぞれの上記サンプルについて、焼成後における圧電デバイスの上面電極21(又は下面電極22)と側面電極23との間の導通性が評価された。導通性評価は、導通チェッカー(テスター)の一対の端子を、側面電極23によって繋げられた上面・下面電極21,22にそれぞれ接触させることによって行われた。この結果を表1に示す。表1において、弾性体での加圧「有」(水準9~16)が本実施形態に対応し、弾性体での加圧「無」(水準1~8)が比較例に対応する。
表1から理解できるように、比較例では、Tb/Taが0.9以下となる。そして、上面電極21(又は下面電極22)と側面電極23との間で導通不良が発生し易い。これは、上述した「鋭い角形状」や「バリ等」が存在することに起因して、グリーン側面電極23gにおける「グリーン上面電極21gとグリーン側面電極23gとの境界近傍の部分」の膜厚が相対的に薄くなることに基づく、と考えられる。
これに対し、本実施形態では、Tb/Taが1.1~4.6となる。そして、上面電極21(又は下面電極22)と側面電極23との間で導通不良が発生しない。これは、上述した「鋭い角形状」や「バリ等」が除去されていることに起因して、グリーン側面電極23gにおける「グリーン上面電極21gとグリーン側面電極23gとの境界近傍の部分」の膜厚が相対的に薄くなる事態が発生し難いことに基づく、と考えられる。
以上より、弾性体の押し付けにより傾斜部及び円弧部が形成されることによって、上述した「鋭い角形状」や「バリ等」が簡易に且つ同一工程で除去され得る。この結果、上面電極21(又は下面電極22)と側面電極23との間の導通不良が発生し難い圧電デバイス(の焼成前の成形体)を簡易な手法で製造することができる。
本発明は上記実施形態に限らず、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、本体部10が、圧電層11と内部電極12が交互に積層された積層体であるが、本体部10が圧電材料のみからなる(内部電極を有さない)圧電体であってもよい。また、本体部10が圧電材料以外のセラミックス材料のみからなる(内部電極を有さない)セラミックス体であってもよい。
また、上記実施形態では、基材上に載置された「複数のグリーン圧電デバイス対応部が互いに間隔をあけて含まれる1枚の平板状のグリーン成形体」に対して機械加工を施すことにより、複数のグリーン圧電デバイス対応部が基材上に互いに間隔をあけて載置されている。これに対し、初めから個別に成形された複数のグリーン圧電デバイス対応部が基材上に互いに間隔をあけて載置されてもよい。
Claims (12)
- 圧電材料からなる部分を含む本体部であって、その表面が、平面である上面部と、平面である下面部と、前記上面部及び前記下面部を繋ぐ側面部とからなる本体部と、
前記本体部の上面部の少なくとも一部を覆う上面電極と、
前記本体部の下面部の少なくとも一部を覆う下面電極と、
前記本体部の側面部の少なくとも一部を覆い且つ前記上面電極及び前記下面電極を繋ぐ側面電極と、
を備えた焼成体である圧電デバイスであって、
前記側面電極における厚さが最小となる部分の厚さをTa、前記側面電極における表面の曲率半径が最小となる部分の厚さをTbとしたとき、Tb/Taが1.0~5.0である、圧電デバイス。 - 請求項1に記載の圧電デバイスにおいて、
前記側面電極における厚さが最小となる部分は、前記側面電極における上下方向の中央部分であり、
前記側面電極における表面の曲率半径が最小となる部分は、前記側面電極における前記上面電極又は前記下面電極との境界近傍の部分である、圧電デバイス。 - 請求項1又は請求項2に記載の圧電デバイスにおいて、
前記上面電極又は前記下面電極の厚さをTcとしたとき、Tc/Taが0.5~2.0である、圧電デバイス。 - 請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
前記本体部は、前記圧電材料からなる少なくとも1つの圧電層と、少なくとも1つの内部電極とが積層された積層体であり、
前記内部電極は前記側面電極と接続する、圧電デバイス。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
前記本体部は縦0.4~10.0mm、横0.2~10.0mm、高さ0.3~10.0mmの直方体状を呈している、圧電デバイス。 - 圧電材料からなる部分を含む本体部であって、その表面が、平面である上面部と、平面である下面部と、前記上面部及び前記下面部を繋ぐ側面部とからなる本体部と、
前記本体部の上面部の少なくとも一部を覆う上面電極と、
前記本体部の下面部の少なくとも一部を覆う下面電極と、
前記本体部の側面部の少なくとも一部を覆い且つ前記上面電極及び前記下面電極を繋ぐ側面電極と、
を備えた焼成体である圧電デバイスの焼成前の成形体であるグリーン成形体の製造方法であって、
前記本体部に対応するグリーン本体部と、前記グリーン本体部の上面に形成された前記上面電極に対応するグリーン上面電極と、を含むグリーン成形体を、平板状の基材上に互いに間隔をあけて複数載置する第1工程と、
前記第1工程後、前記複数のグリーン成形体に対して弾性体を上方から押し付けることによって、前記各グリーン成形体の上面の縁部において外側に向かって下がる傾斜部を形成するとともに前記傾斜部と前記グリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部を形成する第2工程と、
前記第2工程後、前記各グリーン成形体の側面に、前記グリーン上面電極と接続するように前記側面電極に対応するグリーン側面電極を形成する第3工程と、
を含む、グリーン成形体の製造方法。 - 圧電材料からなる部分を含む本体部であって、その表面が、平面である上面部と、平面である下面部と、前記上面部及び前記下面部を繋ぐ側面部とからなる本体部と、
前記本体部の上面部の少なくとも一部を覆う上面電極と、
前記本体部の下面部の少なくとも一部を覆う下面電極と、
前記本体部の側面部の少なくとも一部を覆い且つ前記上面電極及び前記下面電極を繋ぐ側面電極と、
を備えた焼成体である圧電デバイスの焼成前の成形体であるグリーン成形体の製造方法であって、
前記本体部に対応するグリーン本体部と、前記グリーン本体部の上下面にそれぞれ形成された前記上面電極に対応するグリーン上面電極及び前記下面電極に対応するグリーン下面電極と、からなるグリーン成形体を、平板状の基材上に互いに間隔をあけて複数載置する第1工程と、
前記第1工程後、前記複数のグリーン成形体に対して弾性体を上方から押し付けることによって、前記各グリーン成形体の上面の縁部において外側に向かって下がる傾斜部を形成するとともに前記傾斜部と前記グリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部を形成する第2工程と、
前記第2工程後、前記複数のグリーン成形体を上下反転させて前記基材上に互いに間隔をあけて再載置し、前記複数の前記グリーン成形体に対して弾性体を上方から押し付けることによって、前記各グリーン成形体の上面の縁部において外側に向かって下がる傾斜部を形成するとともに前記傾斜部と前記グリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部を形成する第3工程と、
前記第3工程後、前記各グリーン成形体の側面に、前記グリーン上面電極及び前記グリーン下面電極を繋ぐように前記側面電極に対応するグリーン側面電極を形成する第4工程と、
を含む、グリーン成形体の製造方法。 - 請求項6又は請求項7に記載のグリーン成形体の製造方法において、
前記基材上に載置された複数のグリーン成形体の高さは同じであり、前記弾性体は板状を呈していて、
前記弾性体の硬度がショア硬度Aで15~50であり、
前記弾性体を押し付ける圧力は5~40kgf/cm2であり、
前記グリーン成形体を上方からみたときの前記傾斜部の長さは0.01~1.0mmであり、
前記傾斜部の傾斜角度は0.1~15.0°であり、
前記円弧部の半径は0.002~0.020mmである、グリーン成形体の製造方法。 - 圧電材料からなる部分を含む本体部であって、その表面が、平面である上面部と、平面である下面部と、前記上面部及び前記下面部を繋ぐ側面部とからなる本体部と、
前記本体部の上面部の少なくとも一部を覆う上面電極と、
前記本体部の下面部の少なくとも一部を覆う下面電極と、
前記本体部の側面部の少なくとも一部を覆い且つ前記上面電極及び前記下面電極を繋ぐ側面電極と、
を備えた焼成体である圧電デバイスの焼成前の成形体であるグリーン成形体の製造方法であって、
前記本体部に対応するグリーン本体部と、前記グリーン本体部の上面に形成された前記上面電極に対応するグリーン上面電極と、を含むグリーン成形体を、平板状の基材上に互いに間隔をあけて複数載置する第1工程と、
前記第1工程後、前記複数のグリーン成形体に対して弾性体を上方から押し付けることによって、前記各グリーン成形体の上面の縁部と前記グリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部を形成する第2工程と、
前記第2工程後、前記各グリーン成形体の側面に、前記グリーン上面電極と接続するように前記側面電極に対応するグリーン側面電極を形成する第3工程と、
を含む、グリーン成形体の製造方法。 - 圧電材料からなる部分を含む本体部であって、その表面が、平面である上面部と、平面である下面部と、前記上面部及び前記下面部を繋ぐ側面部とからなる本体部と、
前記本体部の上面部の少なくとも一部を覆う上面電極と、
前記本体部の下面部の少なくとも一部を覆う下面電極と、
前記本体部の側面部の少なくとも一部を覆い且つ前記上面電極及び前記下面電極を繋ぐ側面電極と、
を備えた焼成体である圧電デバイスの焼成前の成形体であるグリーン成形体の製造方法であって、
前記本体部に対応するグリーン本体部と、前記グリーン本体部の上下面にそれぞれ形成された前記上面電極に対応するグリーン上面電極及び前記下面電極に対応するグリーン下面電極と、からなるグリーン成形体を、平板状の基材上に互いに間隔をあけて複数載置する第1工程と、
前記第1工程後、前記複数のグリーン成形体に対して弾性体を上方から押し付けることによって、前記各グリーン成形体の上面の縁部と前記グリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部を形成する第2工程と、
前記第2工程後、前記複数のグリーン成形体を上下反転させて前記基材上に互いに間隔をあけて再載置し、前記複数の前記グリーン成形体に対して弾性体を上方から押し付けることによって、前記各グリーン成形体の上面の縁部と前記グリーン成形体の側面とが交差する部分に円弧部を形成する第3工程と、
前記第3工程後、前記各グリーン成形体の側面に、前記グリーン上面電極及び前記グリーン下面電極を繋ぐように前記側面電極に対応するグリーン側面電極を形成する第4工程と、
を含む、グリーン成形体の製造方法。 - 請求項9又は請求項10に記載のグリーン成形体の製造方法において、
前記基材上に載置された複数のグリーン成形体の高さは同じであり、前記弾性体は板状を呈していて、
前記弾性体の硬度がショア硬度Aで15~50であり、
前記弾性体を押し付ける圧力は5~40kgf/cm2であり、
前記円弧部の半径は0.002~0.020mmである、グリーン成形体の製造方法。 - 請求項6乃至請求項11の何れか一項に記載のグリーン成形体の製造方法において、
前記第1工程では、前記基材上に載置された、前記複数のグリーン成形体に対応する部分が互いに間隔をあけて含まれる1枚の平板状のグリーン成形体に対して機械加工を施すことにより、前記複数のグリーン成形体が前記基材上に互いに間隔をあけて載置される、グリーン成形体の製造方法。
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