JP2883896B2 - 積層圧電アクチュエータ素子の製造方法 - Google Patents
積層圧電アクチュエータ素子の製造方法Info
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、積層圧電アクチュエー
タ素子の製造方法に関するものである。
タ素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】積層圧電アクチュエータ素子は図１の模
式図に示すように素子の上下、または図２の模式図に示
すように上下及び中央部に内部電極を含まないセラミッ
クス部分よりなる不活性部（１）を設け、圧電セラミッ
クスと内部電極とを交互に積層した活性部（２）を外
力、湿気等から保護するようになっている。なお（３）
は外部電極を示す。不活性部は活性部と同質の圧電セラ
ミックスでできている場合が多く、不活性部の厚みは
０．５〜１．０ｍｍ程度で、活性部の圧電セラミックス
厚みの１０〜２０倍にも達する。
式図に示すように素子の上下、または図２の模式図に示
すように上下及び中央部に内部電極を含まないセラミッ
クス部分よりなる不活性部（１）を設け、圧電セラミッ
クスと内部電極とを交互に積層した活性部（２）を外
力、湿気等から保護するようになっている。なお（３）
は外部電極を示す。不活性部は活性部と同質の圧電セラ
ミックスでできている場合が多く、不活性部の厚みは
０．５〜１．０ｍｍ程度で、活性部の圧電セラミックス
厚みの１０〜２０倍にも達する。
【０００３】活性部用の圧電セラミックスは、ドクター
ブレード等のシート成形機により得られた１００〜２０
０μｍ厚のグリーンシートよりできている。このような
薄いグリーンシートを成形する場合には、シートの強度
を保つために多量のバインダーを含有させる必要があ
る。多量のバインダーを含有させているために、シート
を積層、圧着した場合にグリーン密度が上がらず、その
分焼成時の収縮が大きくなる。また、一体焼成型の積層
圧電アクチュエータ素子の活性部用のグリーンシートに
は、内部電極としてＡｇ／Ｐｄ等の貴金属ペーストが印
刷されており、この内部電極がグリーンシートの焼結を
促進させ、収縮がさらに大きくなる。このように、活性
部の焼結時の収縮が不活性部よりかなり大きくなるため
デラミネーション、変形等の不良が発生する。
ブレード等のシート成形機により得られた１００〜２０
０μｍ厚のグリーンシートよりできている。このような
薄いグリーンシートを成形する場合には、シートの強度
を保つために多量のバインダーを含有させる必要があ
る。多量のバインダーを含有させているために、シート
を積層、圧着した場合にグリーン密度が上がらず、その
分焼成時の収縮が大きくなる。また、一体焼成型の積層
圧電アクチュエータ素子の活性部用のグリーンシートに
は、内部電極としてＡｇ／Ｐｄ等の貴金属ペーストが印
刷されており、この内部電極がグリーンシートの焼結を
促進させ、収縮がさらに大きくなる。このように、活性
部の焼結時の収縮が不活性部よりかなり大きくなるため
デラミネーション、変形等の不良が発生する。
【０００４】不活性部は次の方法で作られているが、そ
れぞれに問題点を有している。 薄いグリーンシートを多数積層して不活性部とする方
法 グリーンシートは圧着及び焼結により厚みがほぼ半減す
る。このため１ｍｍ厚の不活性部を１００μｍのグリー
ンシートを積層して形成するためには、２０回以上の積
層作業を行わなければならない。１つのアクチュエータ
素子では図１及び図２から分かるように、不活性部は２
箇所以上あるため、薄いグリーンシートを積層して不活
性部とするには合計４０回以上の積層作業を余分に行わ
なければならなくなる。また、活性部用の内部電極を印
刷したグリーンシートと不活性部用の内部電極を印刷し
ていないグリーンシートの２種類を用意することが必要
となり、製造工程、装置が複雑化し、生産効率が低下す
る。
れぞれに問題点を有している。 薄いグリーンシートを多数積層して不活性部とする方
法 グリーンシートは圧着及び焼結により厚みがほぼ半減す
る。このため１ｍｍ厚の不活性部を１００μｍのグリー
ンシートを積層して形成するためには、２０回以上の積
層作業を行わなければならない。１つのアクチュエータ
素子では図１及び図２から分かるように、不活性部は２
箇所以上あるため、薄いグリーンシートを積層して不活
性部とするには合計４０回以上の積層作業を余分に行わ
なければならなくなる。また、活性部用の内部電極を印
刷したグリーンシートと不活性部用の内部電極を印刷し
ていないグリーンシートの２種類を用意することが必要
となり、製造工程、装置が複雑化し、生産効率が低下す
る。
【０００５】１〜２ｍｍ厚のグリーンシートを別途成
形して不活性部とする方法 グリーンシートは圧着、及び焼結により厚みがほぼ半減
するため、１ｍｍ厚の不活性部を形成するためには、２
ｍｍ以上の厚みのグリーンシートを別途成形しなければ
ならない。これは活性部に用いるグリーンシートの１０
〜２０倍の厚みになる。一般に厚みが１０倍以上厚くな
ると、シート成形用の装置、スラリー組成は共用が困難
となり、多額の物的、人的投資が必要となる。
形して不活性部とする方法 グリーンシートは圧着、及び焼結により厚みがほぼ半減
するため、１ｍｍ厚の不活性部を形成するためには、２
ｍｍ以上の厚みのグリーンシートを別途成形しなければ
ならない。これは活性部に用いるグリーンシートの１０
〜２０倍の厚みになる。一般に厚みが１０倍以上厚くな
ると、シート成形用の装置、スラリー組成は共用が困難
となり、多額の物的、人的投資が必要となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、積層工程で
の生産効率を向上させ、さらに焼結工程での積層体のデ
ラミネーション、変形等の不良を抑制することにより、
信頼性の高い積層圧電アクチュエータ素子の製造方法を
提供することを目的とする。
の生産効率を向上させ、さらに焼結工程での積層体のデ
ラミネーション、変形等の不良を抑制することにより、
信頼性の高い積層圧電アクチュエータ素子の製造方法を
提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成せんとして種々研究の結果、活性部に用いるグ
リーンシートと同様にして製造したグリーンシートを粉
砕して粉末状にし、これを所定の形状に加圧成形して不
活性部用の成形体を作った。このようにして得られた不
活性部用の成形体は、バインダー量、その他の性状も活
性部のグリーンシートと同様であるため、焼結時の収縮
特性も活性部に近いものとなる。なお前記の場合でも、
活性部では内部電極用の貴金属の焼結が、グリーンシー
トの焼結をさらに促進させるため、不活性部でも活性部
との間に若干の焼結特性の差異が生じ、デラミネーショ
ン、変形等の不良を発生させる場合がある。
的を達成せんとして種々研究の結果、活性部に用いるグ
リーンシートと同様にして製造したグリーンシートを粉
砕して粉末状にし、これを所定の形状に加圧成形して不
活性部用の成形体を作った。このようにして得られた不
活性部用の成形体は、バインダー量、その他の性状も活
性部のグリーンシートと同様であるため、焼結時の収縮
特性も活性部に近いものとなる。なお前記の場合でも、
活性部では内部電極用の貴金属の焼結が、グリーンシー
トの焼結をさらに促進させるため、不活性部でも活性部
との間に若干の焼結特性の差異が生じ、デラミネーショ
ン、変形等の不良を発生させる場合がある。
【０００８】そこで、圧電セラミックスを原料粉末より
合成する温度を下げると焼結時の収縮率は大きくなるこ
とを利用し、活性部用の圧電セラミックス粉末より低い
温度で合成した粉末を用いてグリーンシートを成形し、
これを粉砕して得た粉体を加圧成形し不活性部用の成形
体を製造すると、不活性部の焼結特性を活性部の焼結特
性と一致させることができることを見いだし、本発明を
完成した。
合成する温度を下げると焼結時の収縮率は大きくなるこ
とを利用し、活性部用の圧電セラミックス粉末より低い
温度で合成した粉末を用いてグリーンシートを成形し、
これを粉砕して得た粉体を加圧成形し不活性部用の成形
体を製造すると、不活性部の焼結特性を活性部の焼結特
性と一致させることができることを見いだし、本発明を
完成した。
【０００９】すなわち、本発明の第１番目の発明は圧電
セラミックスグリーンシートと内部電極とを交互に積層
した活性部と、内部電極を含まない不活性部とを一体焼
成して積層圧電アクチュエータ素子を製造する方法にお
いて、不活性部をセラミックスグリーンシートを粉砕し
て得た粉末を加圧成形して製造することを特徴とし、第
２番目の発明は、圧電セラミックスのグリーンシートと
内部電極とを交互に積層した活性部と、内部電極を含ま
ない不活性部とを一体焼成して積層圧電アクチュエータ
素子を製造する方法において、不活性部を、活性部用の
グリーンシート原料の圧電セラミックスより低温で合成
した圧電セラミックスをグリーンシートとし、これを粉
砕した粉末を加圧成形して製造することを特徴とする。
セラミックスグリーンシートと内部電極とを交互に積層
した活性部と、内部電極を含まない不活性部とを一体焼
成して積層圧電アクチュエータ素子を製造する方法にお
いて、不活性部をセラミックスグリーンシートを粉砕し
て得た粉末を加圧成形して製造することを特徴とし、第
２番目の発明は、圧電セラミックスのグリーンシートと
内部電極とを交互に積層した活性部と、内部電極を含ま
ない不活性部とを一体焼成して積層圧電アクチュエータ
素子を製造する方法において、不活性部を、活性部用の
グリーンシート原料の圧電セラミックスより低温で合成
した圧電セラミックスをグリーンシートとし、これを粉
砕した粉末を加圧成形して製造することを特徴とする。
【００１０】第１番目の発明及び第２番目の発明におい
て、不活性部製造用の粉体は、それぞれセラミックスグ
リーンシートを０．１〜１．０ｍｍ程度になるように粉
砕するのが好ましい。また、第２番目の発明において、
不活性部製造用の圧電セラミックス粉末は、活性部製造
用の圧電セラミックス粉末よりも１００〜３００℃低い
温度で合成したものを用いるのが好ましい。
て、不活性部製造用の粉体は、それぞれセラミックスグ
リーンシートを０．１〜１．０ｍｍ程度になるように粉
砕するのが好ましい。また、第２番目の発明において、
不活性部製造用の圧電セラミックス粉末は、活性部製造
用の圧電セラミックス粉末よりも１００〜３００℃低い
温度で合成したものを用いるのが好ましい。
【００１１】
【作用】不活性部用の焼結特性を活性部の焼結特性と一
致させることにより、積層体焼結時のデラミネーショ
ン、変形等の不良を抑制することが可能となる。また、
不活性部用の成形体を用いる事により、グリーンシート
を数十枚も積層して不活性部を形成する手間を省く事が
可能となり、生産効率が向上する。さらに、積層工程で
用いるグリーンシートを活性部用のもの１種類だけにす
る事ができるために、積層装置の機構が単純化でき、装
置価格を低減できる。
致させることにより、積層体焼結時のデラミネーショ
ン、変形等の不良を抑制することが可能となる。また、
不活性部用の成形体を用いる事により、グリーンシート
を数十枚も積層して不活性部を形成する手間を省く事が
可能となり、生産効率が向上する。さらに、積層工程で
用いるグリーンシートを活性部用のもの１種類だけにす
る事ができるために、積層装置の機構が単純化でき、装
置価格を低減できる。
【００１２】
【実施例】所定量の酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化チ
タンの粉末を湿式で混合後、脱水、乾燥した後１０００
℃で２時間加熱し、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を
合成した。また、同様にして混合、乾燥した原料粉末を
８００℃で２時間加熱したＰＺＴも合成した。１０００
℃で２時間で合成したＰＺＴをボールミルで微粉砕した
後、これにバインダー、溶剤、分散剤、消泡剤を加え、
アトライターで分散してスラリー化した。スラリーに添
加したバインダー量は固形分でＰＺＴの１０重量％であ
り、体積ではＰＺＴ粉末の８０Ｖｏｌ％にも達する。こ
のスラリーを真空脱泡後、ドクターブレード成形機によ
り厚さ１００μｍのグリーンシートを成形した。これに
Ａｇ／Ｐｄペーストを内部電極として印刷し、活性部用
のグリーンシートとした。
タンの粉末を湿式で混合後、脱水、乾燥した後１０００
℃で２時間加熱し、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を
合成した。また、同様にして混合、乾燥した原料粉末を
８００℃で２時間加熱したＰＺＴも合成した。１０００
℃で２時間で合成したＰＺＴをボールミルで微粉砕した
後、これにバインダー、溶剤、分散剤、消泡剤を加え、
アトライターで分散してスラリー化した。スラリーに添
加したバインダー量は固形分でＰＺＴの１０重量％であ
り、体積ではＰＺＴ粉末の８０Ｖｏｌ％にも達する。こ
のスラリーを真空脱泡後、ドクターブレード成形機によ
り厚さ１００μｍのグリーンシートを成形した。これに
Ａｇ／Ｐｄペーストを内部電極として印刷し、活性部用
のグリーンシートとした。
【００１３】１０００℃で合成したＰＺＴ粉末を用いた
グリーンシートで次の２種類の積層体を製造した。 金型に不活性部としてグリーンシート２０枚を積層
し、この上に内部電極を印刷した活性部用のグリーンシ
ートを１３０枚積層し、さらに不活性部としてグリーン
シート２０枚を積層し、５０℃に加熱しながら５００ｋ
ｇ／ｃｍ２の圧力で、不活性部用のグリーンシートと活
性部用のグリーンシートを圧着した積層体 グリーンシートを粉砕機で１ｍｍ以下に粉砕した後、
５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で厚みが１．２ｍｍに加圧成
形し、上下の不活性部用の成形体とし、これらの間に活
性部用のグリーンシートを１３０枚積層し、５０℃に加
熱しながら５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で、不活性部用の
成形体と活性部用のグリーンシートを圧着した積層体
グリーンシートで次の２種類の積層体を製造した。 金型に不活性部としてグリーンシート２０枚を積層
し、この上に内部電極を印刷した活性部用のグリーンシ
ートを１３０枚積層し、さらに不活性部としてグリーン
シート２０枚を積層し、５０℃に加熱しながら５００ｋ
ｇ／ｃｍ２の圧力で、不活性部用のグリーンシートと活
性部用のグリーンシートを圧着した積層体 グリーンシートを粉砕機で１ｍｍ以下に粉砕した後、
５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で厚みが１．２ｍｍに加圧成
形し、上下の不活性部用の成形体とし、これらの間に活
性部用のグリーンシートを１３０枚積層し、５０℃に加
熱しながら５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で、不活性部用の
成形体と活性部用のグリーンシートを圧着した積層体
【００１４】また、８００℃で２時間加熱合成したＰＺ
Ｔも同様にして、ボールミルで微粉砕した後、バインダ
ー、溶剤、分散剤、消泡剤を加え、アトライターで分散
してスラリー化した。このＰＺＴは合成した温度が低い
ために粉砕されやすく、活性部用のＰＺＴより粒径が小
さくなり、比表面積が大きくなるためスラリー粘度が増
大する。このため、溶剤を加えスラリー粘度を調整し
た。このスラリーを真空脱泡後、ドクターブレード成形
機により厚さ１００μｍのグリーンシートを成形した。
このグリーンシートを粉砕機で１ｍｍ以下に粉砕した
後、５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で厚みが１．２ｍｍに加
圧成形し、第２番目の不活性部用の成形体とした。
Ｔも同様にして、ボールミルで微粉砕した後、バインダ
ー、溶剤、分散剤、消泡剤を加え、アトライターで分散
してスラリー化した。このＰＺＴは合成した温度が低い
ために粉砕されやすく、活性部用のＰＺＴより粒径が小
さくなり、比表面積が大きくなるためスラリー粘度が増
大する。このため、溶剤を加えスラリー粘度を調整し
た。このスラリーを真空脱泡後、ドクターブレード成形
機により厚さ１００μｍのグリーンシートを成形した。
このグリーンシートを粉砕機で１ｍｍ以下に粉砕した
後、５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で厚みが１．２ｍｍに加
圧成形し、第２番目の不活性部用の成形体とした。
【００１５】金型に第２番目の不活性部用の成形体を入
れ、その上に活性部用のグリーンシートを１３０枚積層
した後、さらに第２番目の不活性部用の成形体を重ね
た。この金型を５０℃に加熱し、５００ｋｇ／ｃｍ２の
圧力で、第２番目の不活性部用の成形体と活性部用のグ
リーンシートを圧着し積層体とした。
れ、その上に活性部用のグリーンシートを１３０枚積層
した後、さらに第２番目の不活性部用の成形体を重ね
た。この金型を５０℃に加熱し、５００ｋｇ／ｃｍ２の
圧力で、第２番目の不活性部用の成形体と活性部用のグ
リーンシートを圧着し積層体とした。
【００１６】これらの積層体を同一の条件で脱脂、焼結
し、デラミネーション、変形等の不良の発生状況を調べ
た。デラミネーションは目視により確認できるものを不
良とした。また、上下の不活性部のいずれかの反りが１
ｍｍ以上のものを変形不良とした。結果を表１に示す。
し、デラミネーション、変形等の不良の発生状況を調べ
た。デラミネーションは目視により確認できるものを不
良とした。また、上下の不活性部のいずれかの反りが１
ｍｍ以上のものを変形不良とした。結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１から、本発明例１及び本発明例２のも
のは従来例に比べ不良率が少ないこと、特に本発明例２
のものが不良率が皆無であることが認められる。
のは従来例に比べ不良率が少ないこと、特に本発明例２
のものが不良率が皆無であることが認められる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明方法によれ
ば、積層圧電アクチュエータ素子焼結時のデラミネーシ
ョン、変形の発生を抑制する事ができる。
ば、積層圧電アクチュエータ素子焼結時のデラミネーシ
ョン、変形の発生を抑制する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】上下に不活性部を有する積層圧電アクチュエー
タ素子の模式図。
タ素子の模式図。
【図２】上下及び中央部に不活性部を有する積層圧電ア
クチュエータ素子の模式図。
クチュエータ素子の模式図。
１ 不活性部 ２ 活性部 ３ 外部電極
Claims (2)
- 【請求項１】 圧電セラミックスのグリーンシートと内
部電極とを交互に積層した活性部と、内部電極を含まな
い不活性部とを一体焼成して積層圧電アクチュエータ素
子を製造する方法において、不活性部をセラミックスグ
リーンシートを粉砕して得た粉末を加圧成形して製造す
ることを特徴とする積層圧電アクチュエータ素子の製造
方法。 - 【請求項２】 圧電セラミックスのグリーンシートと内
部電極とを交互に積層した活性部と、内部電極を含まな
い不活性部とを一体焼成して積層圧電アクチュエータ素
子を製造する方法において、不活性部を、活性部用のグ
リーンシート原料の圧電セラミックスより低温で合成し
た圧電セラミックスをグリーンシートとし、これを粉砕
した粉末を加圧成形して製造することを特徴とする積層
圧電アクチュエータ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20790194A JP2883896B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 積層圧電アクチュエータ素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20790194A JP2883896B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 積層圧電アクチュエータ素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0846267A JPH0846267A (ja) | 1996-02-16 |
| JP2883896B2 true JP2883896B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=16547455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20790194A Expired - Lifetime JP2883896B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 積層圧電アクチュエータ素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2883896B2 (ja) |
-
1994
- 1994-07-28 JP JP20790194A patent/JP2883896B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0846267A (ja) | 1996-02-16 |
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