JP4806929B2 - Manufacturing method of multilayer piezoelectric element - Google Patents
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Description
本発明は、電圧の印加により変位が生じる積層型圧電素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a laminated piezoelectric element in which displacement occurs due to application of a voltage.
従来の積層型圧電素子は、例えば、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる素子本体と、この素子本体の側面に設けられ、内部電極と電気的に接続された外部電極とを備え、素子本体の側面には、積層体の積層方向に対して交差する方向に延在する溝部が形成されている。溝部は、素子本体の変位時に生じる応力集中を緩和させる為のものである。このような積層型圧電素子を製造する方法としては、例えば特許文献１に開示されているものが知られている。
A conventional multilayer piezoelectric element includes, for example, an element body formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes, and an external body provided on a side surface of the element body and electrically connected to the internal electrodes. And a groove portion extending in a direction intersecting the stacking direction of the stacked body. The groove is for relaxing the stress concentration generated when the element body is displaced. As a method for manufacturing such a multilayer piezoelectric element, for example, one disclosed in
特許文献１に記載の方法では、グリーンシート上に内部電極用ペーストをスクリーン印刷し、更にカーボンを主成分とするスリット用空孔形成材ペーストをグリーンシート上にスクリーン印刷する。そして、グリーンシートを所定の形状に切断し、所定枚数のグリーンシートを積層した後、そのグリーン積層体を焼成する。この焼成時に、グリーンシート上に印刷された空孔形成材が飛散することにより、グリーン積層体の側面にスリット（溝部）が形成されることになる。
しかしながら、上記従来技術においては、グリーン積層体の焼成時に、空孔形成材ペーストの主成分であるカーボンによって、グリーンシート（圧電体）中に含まれる金属酸化物（例えばＺｎＯ）が還元され、その還元された金属酸化物が金属（例えばＺｎ）としてグリーンシートから蒸発してしまうことがある。この場合には、グリーンシートの一部組成が変わることになる。また、空孔形成材ペーストを作製してグリーンシート上にスクリーン印刷する必要があるので、積層型圧電素子の製造における工程が増えることに加え、空孔形成材を飛散させるために焼成条件が複雑になるという問題もある。 However, in the above prior art, when the green laminate is fired, the metal oxide (for example, ZnO) contained in the green sheet (piezoelectric body) is reduced by the carbon that is the main component of the pore forming material paste, The reduced metal oxide may evaporate from the green sheet as a metal (for example, Zn). In this case, the partial composition of the green sheet changes. In addition, since it is necessary to prepare a pore-forming material paste and screen-print it on a green sheet, the number of steps in manufacturing the multilayer piezoelectric element is increased, and the firing conditions are complicated to scatter the pore-forming material. There is also the problem of becoming.
本発明の目的は、グリーン積層体の焼成に対して悪影響を及ぼすことなしに、積層型圧電素子の側面に溝部を容易に形成することができる積層型圧電素子の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a multilayer piezoelectric element that can easily form a groove on the side surface of the multilayer piezoelectric element without adversely affecting the firing of the green multilayer body. .
本発明は、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる素子本体と、素子本体の側面に設けられ、内部電極と電気的に接続された外部電極とを備え、素子本体の側面には、素子本体の積層方向に対して交差する方向に延在する溝部が形成されている積層型圧電素子の製造方法であって、複数の圧電体を形成する複数のグリーンシートを用意する工程と、グリーンシートの表面に内部電極を形成する電極形成工程と、内部電極が形成されるグリーンシートとは異なるグリーンシートにレーザ光を照射して、溝部を作り出すための切削部を内部電極が形成されるグリーンシートとは異なるグリーンシートに形成するレーザ切削工程と、切削部が形成されるグリーンシートの表面に、当該グリーンシート上に積層されるグリーンシートとの接着力を低下させる層を形成する工程と、内部電極が形成されたグリーンシートと切削部が形成されたグリーンシートとを含む複数のグリーンシートを積層してなるグリーン積層体を形成する積層工程と、グリーン積層体を焼成する焼成工程とを含むことを特徴とするものである。 The present invention includes an element body formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes, and an external electrode provided on a side surface of the element body and electrically connected to the internal electrodes. Is a method for manufacturing a laminated piezoelectric element in which a groove extending in a direction intersecting with the laminating direction of the element body is formed, and a plurality of green sheets for forming a plurality of piezoelectric bodies are prepared. a step of, an electrode forming step of forming an internal electrode on the surface of the green sheet, the green sheet which the internal electrodes are formed by irradiating a laser beam to a different green sheet, the internal cutting portion for producing the groove electrode a laser cutting step to form a different green sheet and green sheet but is formed on the surface of the green sheet cutting portion is formed, a green sheet is stacked on the green sheet Forming a layer that reduces adhesion, a laminating step of forming a green laminate formed by laminating a plurality of green sheets containing a green sheet green sheet and cutting unit in which internal electrodes are formed are formed And a firing step of firing the green laminate.
このように本発明においては、グリーンシートにレーザ光を照射して、素子本体の側面に設けられる溝部を作り出すための切削部（例えば孔、凹み、切欠き等）を形成することにより、焼成時にグリーンシートから飛散させるための例えばカーボンを含むペーストの作製及び印刷が不要となる。これにより、その後の焼成工程において、カーボンによってグリーンシート中の金属酸化物が金属に還元されて蒸発してしまうことが防止される。また、レーザ光を用いることで、上記のように工程の簡略化が図られるだけでなく、所望形状の孔や凹み等の形成が簡単に行えるため、素子本体の側面に溝部を容易に形成することができる。さらに、例えばキャリアフィルム上にグリーンシートを形成した状態で、キャリアフィルムを透過するレーザ光によりグリーンシートに孔や凹み等を形成する場合には、パンチング加工等を用いて孔や凹み等を形成する場合と異なり、グリーンシートと一緒にキャリアフィルムが切削されてしまうことは無い。このため、キャリアフィルムの切削屑がグリーンシートの表面に付着することも無いので、積層型圧電素子の品質低下を防止することができる。 As described above, in the present invention, the green sheet is irradiated with laser light to form a cutting portion (for example, a hole, a dent, a notch, etc.) for creating a groove provided on the side surface of the element body. For example, it is not necessary to prepare and print a paste containing carbon for scattering from the green sheet. This prevents the metal oxide in the green sheet from being reduced to metal by the carbon and evaporating in the subsequent firing step. In addition, the use of laser light not only simplifies the process as described above, but also allows easy formation of holes and dents of a desired shape, so that a groove is easily formed on the side surface of the element body. be able to. Further, for example, when holes or dents are formed in the green sheet with a laser beam transmitted through the carrier film in a state where the green sheet is formed on the carrier film, the holes or dents are formed using punching or the like. Unlike the case, the carrier film is not cut together with the green sheet. For this reason, since the cutting waste of a carrier film does not adhere to the surface of a green sheet, the quality deterioration of a lamination type piezoelectric element can be prevented.
また、レーザ切削工程においては、内部電極が形成されるグリーンシートとは異なるグリーンシートに切削部を形成することにより、素子本体の側面に設けられる溝部は、内部電極と同じ層には存在しないことになる。これにより、例えば積層型圧電素子が長期間にわたって使用されることで、積層型圧電素子の動作時に素子本体における溝部の位置にクラックが発生しても、そのクラックが内部電極に達することを確実に防止できる。
また、切削部が形成されるグリーンシートの表面に、当該グリーンシート上に積層されるグリーンシートとの接着力を低下させる層を形成する工程を含むことにより、積層型圧電素子の動作時に素子本体における溝部の位置にクラックが発生しても、そのクラックは当該接着力を低下させる層に沿って延びることになるため、クラックが内部電極に達することをより確実に防止できる。
Also , in the laser cutting process, the groove provided on the side surface of the element body does not exist in the same layer as the internal electrode by forming the cutting part on a green sheet different from the green sheet on which the internal electrode is formed. become. As a result, for example, when a multilayer piezoelectric element is used over a long period of time, even if a crack occurs at the position of the groove in the element body during operation of the multilayer piezoelectric element, it is ensured that the crack reaches the internal electrode. Can be prevented.
In addition, by including a step of forming a layer on the surface of the green sheet on which the cutting portion is formed to reduce the adhesive force with the green sheet laminated on the green sheet, the element body during operation of the multilayer piezoelectric element Even if a crack is generated at the position of the groove portion in the case, the crack extends along the layer that lowers the adhesive force, so that the crack can be more reliably prevented from reaching the internal electrode.
このとき、積層工程においては、内部電極が形成されたグリーンシートを複数積層してなる複数の集合体を形成すると共に切削部が形成されたグリーンシートを各集合体で挟むように、複数のグリーンシートを積層することが好ましい。これにより、素子本体において変位に関与する活性領域（複数の内部電極が重なり合う領域）の強度等に影響を及ぼすことなく、素子本体の変位時に生じる応力集中を必要最小限の溝部によって十分に緩和させることができる。 At this time, in the laminating step, a plurality of green sheets are formed such that a plurality of aggregates formed by laminating a plurality of green sheets on which internal electrodes are formed and a green sheet on which a cutting portion is formed are sandwiched between the aggregates. It is preferable to laminate the sheets. As a result, stress concentration generated when the element body is displaced is sufficiently mitigated by the minimum necessary groove without affecting the strength of the active area (area where the plurality of internal electrodes overlap) involved in the displacement in the element body. be able to.
また、好ましくは、電極形成工程においては、グリーンシートの表面に内部電極を複数形成し、レーザ切削工程においては、グリーンシートに切削部を複数の内部電極に対応して複数組形成し、積層工程を実施した後、焼成工程を実施する前に、溝部が形成されるように内部電極ごとにグリーン積層体を切断する。この場合には、一つの製造工程において複数の積層型圧電素子がまとめて作製されることになるので、複数の積層型圧電素子を効率良く製造することができる。 Preferably, in the electrode forming step, a plurality of internal electrodes are formed on the surface of the green sheet, and in the laser cutting step, a plurality of sets of cutting portions are formed on the green sheet corresponding to the plurality of internal electrodes, and the laminating step After performing the above, before carrying out the firing step, the green laminate is cut for each internal electrode so that the groove is formed. In this case, since a plurality of stacked piezoelectric elements are manufactured together in one manufacturing process, the plurality of stacked piezoelectric elements can be manufactured efficiently.
さらに、好ましくは、レーザ切削工程においては、グリーンシートに対してＹＡＧレーザの第２次高調波または第３次高調波のレーザ光を照射して、切削部を形成する。これにより、例えば鉛を含有するセラミック材料でグリーンシートを形成した場合でも、レーザ光により微細な所望形状の切削部をグリーンシートに形成することができる。 Further, preferably, in the laser cutting step, the cutting portion is formed by irradiating the green sheet with the second harmonic or the third harmonic of the YAG laser. Thereby, for example, even when a green sheet is formed of a ceramic material containing lead, a finely cut portion having a desired shape can be formed on the green sheet by laser light.
このとき、ＹＡＧレーザの第２次高調波または第３次高調波のレーザ光をＱスイッチングにより繰り返し発振させて照射することが好ましい。これにより、レーザ光として大きな尖頭出力が得られるため、グリーンシートの切削部周辺に切削屑が堆積しにくくなると共に、微細な所望形状の切削部をグリーンシートに精度良く形成することができる。 At this time, it is preferable that the second harmonic or the third harmonic of the YAG laser is repeatedly oscillated by Q switching and irradiated. Thereby, since a large peak output is obtained as the laser beam, it is difficult for cutting waste to be accumulated around the cutting portion of the green sheet, and a fine cutting portion having a desired shape can be accurately formed on the green sheet.
本発明によれば、グリーン積層体の焼成に対して悪影響を及ぼすことなしに、積層型圧電素子の側面に溝部を容易に形成することができる。これにより、品質の良い積層型圧電素子を効率的に製造することが可能となる。 According to the present invention, the groove can be easily formed on the side surface of the multilayer piezoelectric element without adversely affecting the firing of the green multilayer body. As a result, it is possible to efficiently manufacture a high-quality multilayer piezoelectric element.
以下、本発明に係わる積層型圧電素子の製造方法の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a method for producing a multilayer piezoelectric element according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明に係わる積層型圧電素子の製造方法の一実施形態によって製造された積層型圧電素子を示す斜視図であり、図２は、その積層型圧電素子の側断面図である。各図において、本実施形態に係わる積層型圧電素子１は、例えば自動車に搭載される内燃機関の燃料噴射装置に用いられるものである。
FIG. 1 is a perspective view showing a multilayer piezoelectric element manufactured by an embodiment of a method for manufacturing a multilayer piezoelectric element according to the present invention, and FIG. 2 is a side sectional view of the multilayer piezoelectric element. In each figure, the laminated
積層型圧電素子１は、四角柱状の素子本体２を備えている。素子本体２は、複数の圧電体３と複数の内部電極４Ａと複数の内部電極４Ｂとを積層してなるものである。圧電体３は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分とする圧電セラミック材料で形成されている。内部電極４は、Ａｇ，Ｐｄを主成分とする導電材料で形成されている。積層型圧電素子１の寸法は、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍ×３５ｍｍ程度である。圧電体３の厚さは、１層当たり８０〜１００μｍ程度である。
The multilayer
内部電極４Ａ，４Ｂは、圧電体３を介して交互に積層されている。内部電極４Ａは、素子本体２の側面２ｂの内側から反対側の側面２ａに露出するように形成され、内部電極４Ｂは、素子本体２の側面２ａの内側から側面２ｂに露出するように形成されている。これにより、内部電極４Ａ，４Ｂの一部が互いに重なり合うこととなる。ここで、圧電体３において内部電極４Ａ，４Ｂが重なり合う部分は、内部電極４Ａ，４Ｂ間に電圧を印加した時に実際に変位する活性部Ｐである。
The
素子本体２の側面２ａ，２ｂには、素子本体２の積層方向に対して直交（交差）する方向に延在する複数のスリット状の溝部５が形成されている。これらの溝部５は、その一部（底部側部分）が活性部Ｐの領域内まで延びるように圧電体３に形成されている。また、各溝部５は、側面２ａ，２ｂの一方の縁から他方の縁にわたって形成されている。なお、溝部５の長さ（深さ）は、例えば側面２ａ，２ｂから０．２ｍｍ程度である。
A plurality of slit-
溝部５の底面及び側面は、後述する焼成後に研磨加工等の機械的表面加工が施されていない状態の焼成面（自然面）であるのが好ましい。これにより、圧電体３における溝部５の底面及び側面付近の密度が高くなるため、圧電体３中の粒子の脱落等が生じにくくなり、信頼性の向上につながる。
The bottom surface and side surfaces of the
素子本体２は、複数（ここでは３つ）の内部電極４Ａと複数（ここでは２つ）の内部電極４Ｂとを圧電体３を介して交互に積層してなる複数の集合体６と、各集合体６に挟まれるように配置され、圧電体３からなると共に両側に溝部５が形成された接続体７とを有している。これにより、各溝部５は、素子本体２において圧電体３の変位に殆ど寄与しない内部電極４Ａ，４Ａ間の領域に形成されることになるため、各溝部５が圧電体３の変位に影響を及ぼすことは殆ど無い。また、溝部５は素子本体２の所定層毎に存在することになるので、溝部５が必要以上に多くなって活性部Ｐの強度等を損なうことも無い。最下側の集合体６の下方には、圧電体３からなるベース部８が配置され、最上側の集合体６の上方には、圧電体３からなるフタ部９が配置されている。
The
素子本体２の側面２ａには、各内部電極４Ａと電気的に接続された外部電極１０Ａが設けられ、素子本体２の側面２ｂには、各内部電極４Ｂと電気的に接続された外部電極１０Ｂが設けられている。
An
外部電極１０Ａ，１０Ｂは、各集合体６に対応して設けられた複数の電極部１１と、これらの電極部１１の外側に配置され、素子本体２の積層方向に波状に延在する電極部１２とからなっている。電極部１２は、素子本体２の積層方向に伸縮性（柔軟性）をもつように各電極部１１に接合されている。これにより、溝部５によって各電極部１１が寸断されるような構成であっても、電極部１２により各内部電極４Ａ同士の電気的接続と各内部電極４Ｂ同士の電気的接続とが確保される。また、電極部１２の伸縮性により圧電体３の変位の阻害が抑制される。電極部１１は、例えばＡｇ、Ａｕ及びＣｕのいずれかを主成分とする導電材料で形成されている。電極部１２は、例えばＣｕ及びその合金、Ｎｉ及びその合金、フレキシブル基板等で形成されている。
The external electrodes 10 </ b> A and 10 </ b> B are a plurality of
このような積層型圧電素子１において、外部電極１０Ａ，１０Ｂ間に電圧を印加されると、外部電極１０Ａ，１０Ｂと接続された内部電極４Ａ，４Ｂ間に電圧が印加されることになる。これにより、素子本体２の活性部Ｐに電界が生じ、この活性部Ｐが素子本体２の積層方向に変位するようになる。
In such a laminated
ここで、素子本体２の側面２ａ，２ｂにはスリット状の溝部５が形成されているので、例えば積層型圧電素子１が長期間にわたって使用されることで、活性部Ｐの変位により側面２ａ，２ｂから素子本体２の内部に至るクラックが発生する場合には、そのクラックは溝部５の形成部位において発生するようになる。このため、活性部Ｐの変位時に素子本体２の他の部位にかかる応力が緩和されるので、溝部５の形成部位に生じたクラックの進行が抑制される。また、溝部５は内部電極４Ａ，４Ｂとは異なる層に所定間隔で配置されているので、素子本体２に多数のクラックが不用意に生じることが防止される。これにより、内部電極４Ａ，４Ｂにクラックが到達しにくくなるため、内部電極４Ａ，４Ｂ同士のショートが防止され、積層型圧電素子１の絶縁破壊を避けることが可能となる。
Here, since the slit-shaped
次に、上述した積層型圧電素子１を製造する方法について、図３に示すフローチャートより説明する。
Next, a method for manufacturing the multilayer
まず、図４に示すような設備を用いて、複数枚のセラミックグリーンシートを成形する（工程１０１）。具体的には、例えば粉体密度が8000kg/m3のＰＺＴを主成分とした圧電セラミックを用意し、これに有機バインダ・有機溶剤等を混合したペーストを作製する。そして、そのペーストをタンク１３内に貯留した後、キャリアフィルム１４を一方のリール１５から他方のリール１５へと巻き取る間に、ドクターブレード法によって上記ペーストをキャリアフィルム１４上に塗布することにより、図５に示すように、上記の圧電体３となる矩形状のグリーンシート１６をキャリアフィルム１４の上面に形成する。なお、キャリアフィルム１４としては、後述するレーザ光を透過させる例えば透明ＰＥＴフィルムを用いる。
First, a plurality of ceramic green sheets are formed using equipment as shown in FIG. 4 (step 101). Specifically, for example, a piezoelectric ceramic mainly composed of PZT having a powder density of 8000 kg / m 3 is prepared, and a paste in which an organic binder, an organic solvent, or the like is mixed is prepared. Then, after storing the paste in the
続いて、図６に示すように、グリーンシート１６が形成されたキャリアフィルム１４を一方のリール１５から他方のリール１５へと巻き取りつつ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１７を用いて、上記のスリット状の溝部５を作り出すための複数組（ここでは４組）のスリット孔１８（図７参照）をグリーンシート１６に形成する（工程１０２）。具体的には、グリーンシート１６の所定位置にＮｄ：ＹＡＧレーザの第３次高調波（波長３５５ｎｍ）のレーザ光Ｌを照射して、スリット孔１８を形成する。このとき、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３次高調波をＱスイッチングにより繰り返し発振（ＯＮ／ＯＦＦ）させたレーザ光Ｌを照射するのが好ましい。この時のレーザ照射条件としては、例えば繰り返し周波数が３０ｋＨｚ、パルス幅が２１０nsec、出力が５Ｗである。
Subsequently, as shown in FIG. 6, the Nd:
このようにグリーンシート１６に対してレーザ光Ｌを照射することにより、所望形状のスリット孔１８を容易に且つ精度良く形成することができる。ちなみに、打ち抜き加工によってスリット孔１７を機械的に形成する場合には、グリーンシート１６と一緒にキャリアフィルム１４を打ち抜くことになるため、キャリアフィルム１４から出る屑がグリーンシート１６に付着・堆積したり、打ち抜き金型とグリーンシート１６との接触によりグリーンシート１６に亀裂が入ったり、キャリアフィルム１４とグリーンシート１６とが癒着してしまうといった問題が生じる。しかし、レーザ光Ｌを用いてスリット孔１８を形成することで、そのような不具合を回避することができる。
Thus, by irradiating the
また、第３次高調波のレーザ光ＬをＱスイッチングにより繰り返し発振させて照射することにより、レーザ光Ｌのパワーピークが高くなり、大きな尖頭出力が得られるようになる。このため、加工によりグリーンシート１６から発生する切削屑がスリット孔１８の周辺に付着・堆積することが抑制される。また、テーパー状の広がりが極めて小さいスリット孔１８が得られる。
Further, by irradiating the third harmonic laser beam L by repeatedly oscillating it by Q switching, the power peak of the laser beam L becomes high and a large peak output can be obtained. For this reason, it is suppressed that the cutting waste generated from the
なお、Ｎｄ：ＹＡＧレーザのレーザ光Ｌとしては、第３次高調波のレーザ光の代わりに、第２次高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザ光を用いても良い。この場合にも、上記と同様の作用効果を得ることができる。 As the laser beam L of the Nd: YAG laser, a laser beam of the second harmonic (wavelength 532 nm) may be used instead of the laser beam of the third harmonic. Also in this case, the same effect as described above can be obtained.
このようなレーザ切削によるスリット孔１８の形成工程が終了した後、図７に示すようなスリット孔１８が形成されたグリーンシート１６（以下、スリット付きグリーンシート１９）とは異なるグリーンシート１６の上面に、４組のスリット孔１８に対応して４つの内部電極４Ａ（図８（ａ）参照）を形成すると共に、スリット付きグリーンシート１９とは異なる他のグリーンシート１６の上面に、４つの内部電極４Ｂ（図８（ｂ）参照）を形成する（工程１０３）。具体的には、例えばＡｇ：Ｐｄ＝７：３の比率で構成された導電材料と有機バインダ・有機溶剤等とを混合したペーストを作製し、例えばスクリーン印刷法により内部電極４Ａ，４Ｂを形成する。ここで、グリーンシート１６に対する内部電極４Ａ及び内部電極４Ｂの形成位置は、互いにずれている。
After the step of forming the
続いて、ピックアップ装置（図示せず）を用いて、図５に示すグリーンシート１６の単体、図７に示すスリット付きグリーンシート１９、図８（ａ）に示すような内部電極４Ａが印刷されたグリーンシート１６（以下、電極付きグリーンシート２０Ａ）、図８（ｂ）に示すような内部電極４Ｂが印刷されたグリーンシート１６（以下、電極付きグリーンシート２０Ｂ）をそれぞれキャリアフィルム１４から剥離させる（工程１０４）。
Subsequently, a single unit of the
そして、これらのグリーンシート１６，１９，２０Ａ，２０Ｂを所定の枚数だけ所定の順序で積層することで、上記の複数の集合体６、複数の接続体７、ベース部８及びフタ部９に対応する部分を有するグリーン積層体を形成する（工程１０５）。具体的には、集合体６に対応する部分については、上から電極付きグリーンシート２０Ａ、グリーンシート１６、電極付きグリーンシート２０Ｂ、グリーンシート１６、電極付きグリーンシート２０Ａ…となるように積層する。接続体７に対応する部分については、上からスリット付きグリーンシート１９及びグリーンシート１６の２層構造となるように積層する。ベース部８及びフタ部９に対応する部分については、複数枚のグリーンシート１６を積層する。
Then, by stacking a predetermined number of these
続いて、そのようにして形成されたグリーン積層体に対し、例えば６０℃程度の熱を加えながら１００ＭＰａ程度の圧力でプレス加工を行い、各層のグリーンシート１６，１９，２０Ａ，２０Ｂを圧着させる（工程１０６）。
Subsequently, the green laminate thus formed is pressed at a pressure of about 100 MPa while applying heat of, for example, about 60 ° C., and the
そして、圧着後のグリーン積層体を所定の寸法に切断する（工程１０７）。具体的には、図５、図７及び図８に示す１点鎖線Ｓに沿うようにグリーン積層体を切断することにより、４つのグリーン積層体に分割する。このとき、これらの分割されたグリーン積層体における対向する２つの側面には、上記のスリット孔１８によってスリット状の溝部が形成されることになる。なお、圧着後のグリーン積層体の切断は、例えばダイヤモンドブレードにより行う。 And the green laminated body after crimping | bonding is cut | disconnected to a predetermined dimension (process 107). Specifically, the green laminate is cut into four green laminates along the alternate long and short dash line S shown in FIGS. At this time, slit-like grooves are formed by the slit holes 18 on two opposing side surfaces of the divided green laminate. In addition, the green laminated body after crimping is cut with, for example, a diamond blade.
続いて、切断後のグリーン積層体をセッターに載せ、当該グリーン積層体の脱脂（脱バインダ）を例えば４００℃前後の温度で１０時間程度行う（工程１０８）。その後、脱脂後のグリーン積層体が載置されたセッターを密閉炉内に入れ、当該グリーン積層体の焼成を例えば１１００℃程度の温度で２時間程度行い、焼結体として上記の素子本体２を得る（工程１０９）。 Subsequently, the cut green laminate is placed on a setter, and degreasing (debinding) of the green laminate is performed, for example, at a temperature of about 400 ° C. for about 10 hours (step 108). Thereafter, the setter on which the green laminate after degreasing is placed is placed in a closed furnace, and the green laminate is baked at a temperature of, for example, about 1100 ° C. for about 2 hours. Obtain (step 109).
続いて、素子本体２の側面２ａに外部電極１０Ａを形成すると共に、素子本体２の側面２ｂに外部電極１０Ｂを形成する（工程１１０）。具体的には、まず例えばＡｇを主成分とする導電ペーストを素子本体２の側面２ａ，２ｂにスクリーン印刷した後、例えば７００℃程度の温度で焼付処理を行うことで、側面２ａ，２ｂにそれぞれ複数の電極部１１を形成する。なお、この電極部１１の形成手法としては、焼付の代わりにスパッタリング法や無電解メッキ法等を用いても良い。そして、波状に延びる電極部１２を、例えば半田付けにより複数の箇所で各電極部１１と接合する。なお、電極部１２は、例えばニッケル合金からなる板材にスズめっきを施し、波形状に加工することによって得られる。
Subsequently, the
最後に、例えば温度１２０℃の環境下で、素子本体２の圧電体３の厚みに対する電界強度が２ｋＶ／ｍｍとなるように所定の電圧を例えば３分間印加することにより、分極処理を行う（工程１１１）。これにより、積層型圧電素子１が完成する。
Finally, a polarization process is performed by applying a predetermined voltage, for example, for 3 minutes so that the electric field strength with respect to the thickness of the
以上のような積層型圧電素子１の製造方法においては、グリーンシート１６にＹＡＧレーザの第２次高調波または第３次高調波のレーザ光Ｌを照射してスリット孔１８を形成し、これにより得られたスリット付きグリーンシート１９を電極付きグリーンシート２０Ａとグリーンシート１６とで挟み込むように積層して切断することにより、素子本体２の側面２ａ，２ｂにスリット状の溝部５を形成する。このため、焼成時に溝部５を形成すべく、例えばカーボンを主成分とする飛散用ペーストを作製し、その飛散用ペーストをスクリーン印刷する必要が無くなる。従って、製造工程の簡素化が図られると共に、飛散用ペーストを飛散させることに伴う焼成条件の複雑化を抑えることができる。これにより、素子本体２の側面２ａ，２ｂにスリット状の溝部５を容易に形成することができる。
In the manufacturing method of the multilayer
また、そのようなカーボンを主成分とする飛散用ペーストを使用しないので、グリーン積層体の焼成時に、カーボンがグリーンシート１６中に含まれる金属酸化物（例えばＺｎＯ）を還元させることで、グリーンシート１６から金属酸化物が金属（例えばＺｎ）として蒸発してしまうことは無い。このため、グリーンシート１６の一部の組成が変わってしまうことが防止される。さらに、グリーンシート１６に対してＹＡＧレーザのレーザ光Ｌを照射したときに、上述したようにキャリアフィルム１４の切削屑がグリーンシート１６上に付着すること等が起きないので、グリーン積層体の焼成時に、グリーンシート１６上の付着物が飛散することで、例えばグリーンシート１６に空洞が形成されてしまうことも無い。以上により、積層型圧電素子１の品質が低下することを防止できる。
In addition, since the scattering paste mainly composed of such carbon is not used, the green sheet reduces the metal oxide (for example, ZnO) contained in the
さらに、グリーンシート１６と複数組のスリット孔１８を有するスリット付きグリーンシート１９と複数の内部電極４Ａを有する電極付きグリーンシート２０Ａと複数の内部電極４Ｂを有する電極付きグリーンシート２０Ｂとを積層して、グリーン積層体を形成した後、焼成前にグリーン積層体を切断することにより、複数の積層型圧電素子１をまとめて製造することができる。これにより、積層型圧電素子１の大量生産に有利である。
Further, a
図９は、本発明に係わる積層型圧電素子の製造方法の他の実施形態によって製造された積層型圧電素子を示す斜視図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 9 is a perspective view showing a multilayer piezoelectric element manufactured by another embodiment of the method for manufacturing a multilayer piezoelectric element according to the present invention. In the drawing, the same reference numerals are given to the same or equivalent members as those of the above-described embodiment, and the description thereof is omitted.
同図において、本実施形態に係わる積層型圧電素子３０は素子本体２を有し、この素子本体２における各溝部５が形成された位置には、ダミー電極３１がそれぞれ配置されている。各ダミー電極３１は、素子本体２の側面２ａ，２ｂに形成された各溝部５とつながっている。ダミー電極３１は、内部電極４Ａ，４Ｂと同じ導電材料で形成されている。
In the drawing, the laminated
このような積層型圧電素子３０では、素子本体２における溝部５の形成位置にダミー電極３１が設けられているので、ダミー電極３１を挟んで上下の圧電体３同士の接着力が低下する。このため、素子本体２における溝部５の形成位置にクラックが発生しても、そのクラックはダミー電極３１に沿って横方向に延びることになる。従って、溝部５の形成部位に生じたクラックが内部電極４Ａ，４Ｂに更に到達しにくくなるため、内部電極４Ａ，４Ｂ同士のショートを一層確実に防止することができる。
In such a laminated
上記の積層型圧電素子３０を製造する手順を図１０に示す。なお、図３に示す工程と同等のものについては、同じ符号を付してある。
A procedure for manufacturing the laminated
図１０において、グリーンシート１６へのスリット孔１８の形成工程（工程１０２）が終了した後、同じグリーンシート１６の上面にダミー電極３１（図１１参照）を形成する（工程１０２Ａ）。ダミー電極３１の形成方法は、上述した内部電極４Ａ，４Ｂの形成方法と同様である。このとき、ダミー電極３１は、図１１に示すように、グリーンシート１６における各組（４組）の２つのスリット孔１８間の領域に形成される。なお、工程１０２，１０２Ａを行う順番は逆であっても良い。
In FIG. 10, after the step of forming the
続いて、上記と同様にして内部電極４Ａ，４Ｂの形成工程（工程１０３）を実施した後、グリーンシート１６単体（図５参照）、電極付きグリーンシート２０Ａ，２０Ｂ（図８参照）、図１１に示すようなスリット孔１８及びダミー電極３１が形成されたグリーンシート１６（以下、スリット付きグリーンシート３２）をキャリアフィルムから剥離させる（工程１０４）。そして、グリーンシート１６単体、電極付きグリーンシート２０Ａ，２０Ｂ及びスリット付きグリーンシート３２を所定の枚数だけ所定の順序で積層することで、グリーン積層体を形成する（工程１０５）。その後、上記と同様にして工程１０６〜１１１を実施することにより、各溝部５に対応する位置にダミー電極３１を有する積層型圧電素子３０が得られる。
Subsequently, after forming the
なお、素子本体２における溝部５の高さ位置に形成される層は、特にダミー電極３１に限られず、圧電体３同士の接着力を低下させるものであれば、例えば圧電体３と異なる材料からなる層であっても良い。
In addition, the layer formed in the height position of the
以上、本発明に係わる積層型圧電素子の製造方法の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、グリーンシートにＹＡＧレーザの第２次高調波または第３次高調波のレーザ光を照射してスリット孔を形成するようにしたが、使用するレーザ光の種類としては、特にそれに限られず、グリーンシートの材料等に応じて適宜決めれば良い。 As mentioned above, although preferred embodiment of the manufacturing method of the lamination type piezoelectric element concerning this invention has been described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the above embodiment, the green sheet is irradiated with the second harmonic or the third harmonic of the YAG laser to form the slit hole, but the type of laser light used is as follows: In particular, the present invention is not limited thereto, and may be determined as appropriate according to the material of the green sheet.
また、上記実施形態では、グリーンシートにスリット孔を形成し、その切削加工したグリーンシートを含む複数枚のグリーンシートを積層することにより、素子本体２の側面２ａ，２ｂにスリット状の溝部５を形成するようにしたが、そのようなスリット孔の代わりに、レーザ光によってグリーンシートにスリット状の凹み、切り欠き、面取り等を形成しても良く、或いはレーザ光によってグリーンシートの端部を単に削り落としても良い。
Moreover, in the said embodiment, the slit-shaped
さらに、上記実施形態では、素子本体２の側面２ａ，２ｂに複数の電極部１１を積層方向にそれぞれ並設する構成としたが、積層方向に延びる長尺状の電極部をそれぞれ設けても良い。この場合、素子本体２における溝部５の形成位置にクラックが生じることで、万が一その位置で長尺状の電極部が切断されたとしても、その電極部には波状の電極部１２が接続されているので、内部電極４Ａと外部電極１０Ａとの電気的接続及び内部電極４Ｂと外部電極１０Ｂとの電気的接続は確保されたままとなる。また、波状の電極部１２を用いる代わりに、各電極部１１同士をリード線でつないでも良い。
Furthermore, in the said embodiment, although it was set as the structure which arranged the some
また、上記実施形態では、内部電極４Ａ，４Ｂが形成されたグリーンシート１６とは異なるグリーンシート１６にスリット孔１８を形成したが、１枚のグリーンシートに内部電極とスリット孔等の切削部とを形成し、このグリーンシートを含む複数のグリーンシートを積層することにより、側面に溝部を有する素子本体を構成しても良い。この場合には、グリーンシートの切削屑が内部電極に降りかからないように、先ずグリーンシートにスリット孔等を形成し、その後で内部電極を形成するのが望ましい。
Moreover, in the said embodiment, although the
さらに、上記実施形態では、複数の積層型圧電素子をまとめて製造するようにしたが、積層型圧電素子を一つずつ製造しても勿論構わない。 Furthermore, in the above-described embodiment, a plurality of stacked piezoelectric elements are manufactured together, but it is of course possible to manufacture stacked piezoelectric elements one by one.
１…積層型圧電素子、２…素子本体、３…圧電体、４Ａ，４Ｂ…内部電極、５…溝部、６…集合体、７…接続体、１０Ａ，１０Ｂ…外部電極、１６…グリーンシート、１８…スリット孔（切削部）、１９…スリット孔付きグリーンシート、２０Ａ，２０Ｂ…電極付きグリーンシート、３０…積層型圧電素子、３１…ダミー電極、３２…スリット孔付きグリーンシート、Ｌ…レーザ光。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記複数の圧電体を形成する複数のグリーンシートを用意する工程と、
前記グリーンシートの表面に前記内部電極を形成する電極形成工程と、
前記内部電極が形成されるグリーンシートとは異なるグリーンシートにレーザ光を照射して、前記溝部を作り出すための切削部を前記内部電極が形成されるグリーンシートとは異なるグリーンシートに形成するレーザ切削工程と、
前記切削部が形成されるグリーンシートの表面に、当該グリーンシート上に積層されるグリーンシートとの接着力を低下させる層を形成する工程と、
前記内部電極が形成されたグリーンシートと前記切削部が形成されたグリーンシートとを含む複数のグリーンシートを積層してなるグリーン積層体を形成する積層工程と、
前記グリーン積層体を焼成する焼成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。 An element body formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes; and an external electrode provided on a side surface of the element body and electrically connected to the internal electrodes. On the side surface, there is a method for manufacturing a stacked piezoelectric element in which a groove extending in a direction intersecting with the stacking direction of the element body is formed,
Preparing a plurality of green sheets for forming the plurality of piezoelectric bodies;
An electrode forming step of forming the internal electrode on the surface of the green sheet;
Laser cutting that irradiates a green sheet different from the green sheet on which the internal electrode is formed with laser light, and forms a cutting portion for creating the groove on a green sheet different from the green sheet on which the internal electrode is formed Process,
Forming a layer on the surface of the green sheet on which the cutting portion is formed to reduce the adhesive force with the green sheet laminated on the green sheet;
A laminating step of forming a green laminate formed by laminating a plurality of green sheets including the green sheet on which the internal electrode is formed and the green sheet on which the cutting portion is formed;
And a firing step of firing the green laminated body.
前記レーザ切削工程においては、前記グリーンシートに前記切削部を前記複数の内部電極に対応して複数組形成し、
前記積層工程を実施した後、前記焼成工程を実施する前に、前記溝部が形成されるように前記内部電極ごとに前記グリーン積層体を切断することを特徴とする請求項１または２記載の積層型圧電素子の製造方法。 In the electrode forming step, a plurality of the internal electrodes are formed on the surface of the green sheet,
In the laser cutting step, the green sheet is formed with a plurality of sets of the cutting portion corresponding to the plurality of internal electrodes,
3. The laminate according to claim 1, wherein the green laminate is cut for each of the internal electrodes so that the groove is formed after the lamination step and before the firing step. 4. Method for manufacturing a piezoelectric element.
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