JP2006049717A - Manufacturing methods of piezoelectric element and piezoelectric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばインクジェット方式のプリンタのヘッド部分に用いられる圧電アクチュエーターに適した圧電素子の製造方法に関し、より詳細には、マザーのセラミック焼結体かつ個々の圧電素子単位のセラミック焼結体を得て、分極処理する工程を備えた圧電素子の製造方法、及び該圧電素子を備える圧電アクチュエーターの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a piezoelectric element suitable for a piezoelectric actuator used in, for example, a head portion of an ink jet printer, and more specifically, a mother ceramic sintered body and a ceramic sintered body of each piezoelectric element unit. The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric element including a step of performing polarization processing and a method for manufacturing a piezoelectric actuator including the piezoelectric element.
インクジェット方式のプリンタなどのヘッド部分を駆動・制御するのに圧電アクチュエーターが広く用いられている。この種の圧電アクチュエーターは、複数の内部電極が圧電体層を介して積層されている積層型の圧電素子を用いて構成されている。積層型の圧電素子は、電圧が印加されると伸縮する。この伸縮を利用し、圧電素子に接触もしくは連結された被動部材を駆動することにより、インクなどの噴射量の制御が行なわれている。 Piezoelectric actuators are widely used to drive and control head portions of ink jet printers and the like. This type of piezoelectric actuator is configured using a stacked piezoelectric element in which a plurality of internal electrodes are stacked via a piezoelectric layer. The stacked piezoelectric element expands and contracts when a voltage is applied. By using this expansion and contraction to drive a driven member that is in contact with or connected to the piezoelectric element, the amount of ink ejected is controlled.
このような積層型の圧電素子を有する圧電変位素子が、下記特許文献1に記載されている。図11は、特許文献1に開示されている圧電変位素子の製造方法を示す斜視図である。
A piezoelectric displacement element having such a laminated piezoelectric element is described in
特許文献1に開示されている圧電変位素子は、以下のようにして製造される。
The piezoelectric displacement element disclosed in
先ず、定盤201上に長方形状に圧電材料を薄く塗布し、圧電体層202aを成形する(図11(a))。成形された圧電体層202a上に、第1の端部203aより所定幅の部分を残し、第2の端部203bに至るように導電性材料を塗布し、第1の内部電極204aを形成する(図11(b))。第1の端部203a付近の第1の内部電極204aが形成されていない部分と、第1の内部電極204aが形成されている部分とを覆うように、さらに圧電材料を塗布し、圧電体層202bを成形する(図11(c))。次に第1の内部電極204aと上下重なる部分を有するように、第2の端部203bより所定幅の部分を残し、第1の端部203aに至るように、さらに導電性材料を塗布し、第2の内部電極204bを形成する(図11(d))。さらに、圧電材料を塗布する。これらの工程を形成すべき層数に応じて繰り返すことにより、直方体状の積層体205を得る(図11(e))。
First, a thin piezoelectric material is applied in a rectangular shape on the
次に、積層体205を乾燥させ、1000〜1200℃で1時間焼成し、マザー焼結体206を得る。マザー焼結体206の第1の端面203a、第2の端面203bに、導電材料を塗布し、導電層207a,207bを形成する(図11(f))。
Next, the laminated
マザー焼結体206は、第1の端面203aまで至らないように形成されかつ第2の端面203bに引き出されている第1の内部電極204aと、第2の端面203bまで至らないように形成されかつ第1の端面203aに引き出されている第2の内部電極204bとを有する。第1の内部電極204aと、第2の内部電極204bとが、上下厚み方向に重なりあっている部分が活性部208である。ここでは、活性部208は、第1の端面203aの方に片寄らされている。
The mother sintered
導電層207a,207bが形成されたマザー焼結体206は、個々の圧電変位素子の大きさに切断される。切断により得られた圧電変位素子の使用に際しては、第2の端面203a側に位置する不活性部209の側面が接着層を介して固定される。第1の端面203a側は、被駆動部材に対し位置決めする基台に接続される。
The mother sintered
上記のようにして得られた圧電変位素子では、使用に際し、電圧が印加されると、圧電素子の伸縮が阻害されることがないため、インクの噴射量を確実に制御できるとされている。 In the piezoelectric displacement element obtained as described above, when a voltage is applied in use, the expansion and contraction of the piezoelectric element is not hindered, so that the amount of ink ejected can be reliably controlled.
他方、下記特許文献2には、電圧を印加して駆動した際に、クラックが発生し難い圧電素子の製造方法が開示されている。
On the other hand,
積層圧電体に電圧を印加して駆動する場合、例えば高荷重・高電圧が負荷される条件下で駆動すると、圧電体内にクラックが発生することがある。この原因の一つとして、圧電素子に反りが生じていることが挙げられる。 When driving by applying a voltage to the laminated piezoelectric body, for example, when driven under a condition where a high load or a high voltage is applied, cracks may occur in the piezoelectric body. One of the causes is that the piezoelectric element is warped.
特許文献2では、この反りをなくすために予め圧電板を湾曲形状とし、分極工程時に電極を印加することにより、圧電素子を平坦とする。すなわち、圧電板の一方面及び他方面にそれぞれ電極を形成した後、一方面側が正極、他表面側が負極となるように電圧を印加して分極する。分極処理後の変形を処理前の圧電板の変形と相殺することにより、平坦な圧電素子が得られている。
しかしながら、通常、圧電素子は同時に大量に生産され、マザーの圧電体が1回で多数個取りされる。このような大きなマザーの圧電素子を製造する場合、マザー焼結体206を、粘着シートなどに固定し、個々の圧電素子単位の焼結体にカットされていた。そのため、カットされた焼結体には、粘着シートの粘着成分が付着しがちであった。よって、付着した粘着成分を除去するため、焼結体を熱処理する必要があった。
However, usually, piezoelectric elements are produced in large quantities at the same time, and a large number of mother piezoelectric elements are taken at a time. When manufacturing such a large mother piezoelectric element, the mother sintered
この熱処理工程において、特許文献1に記載の電極重なり部分が一方端面に寄せられている圧電素子では、圧電素子が湾曲形状に変形することがあった。すなわち、内部電極が密集している部分では収縮量が大きく、内部電極が密集していない部分では収縮量が小さいため、湾曲に変形することがあった。
In this heat treatment step, in the piezoelectric element in which the electrode overlapping portion described in
湾曲形状に変形した圧電素子では、電圧を印加して駆動する場合、例えば高荷重・高電圧が負荷される条件下で駆動すると、圧電体内にクラックが発生し易かった。 When a piezoelectric element deformed into a curved shape is driven by applying a voltage, for example, when driven under a condition where a high load or a high voltage is applied, cracks are likely to occur in the piezoelectric body.
従って、クラックの発生を防止するためには、湾曲形状をなくし、平坦な圧電素子とする必要があった。 Therefore, in order to prevent the occurrence of cracks, it has been necessary to eliminate the curved shape and form a flat piezoelectric element.
他方、特許文献2に記載の圧電素子の製造方法では、電極が形成された電極積層方向の反りが少なくされる。しかし、特許文献1に記載の電極重なり部分が一方端面に寄せられて配置されている圧電素子において生じる収縮量の違いによる反りをなくすことはできない。
On the other hand, in the method for manufacturing a piezoelectric element described in
本発明は、上述した従来技術の現状に鑑み、内部電極の圧電体層を介した電極重なり部分が一方の端面に寄せられた圧電素子において、熱処理工程時に発生じた反りを解消し得る圧電素子の製造方法、及びこの圧電素子を備える圧電アクチュエーターの製造方法を提供することにある。 In view of the state of the prior art described above, the present invention is a piezoelectric element in which an electrode overlapping portion through an inner electrode piezoelectric layer is brought close to one end face, and the piezoelectric element capable of eliminating the warp generated during the heat treatment process. And a method of manufacturing a piezoelectric actuator including the piezoelectric element.
本発明に係る圧電素子の製造方法は、上面と、下面と、対向し合う第1,第2の端面とを有する圧電体と、圧電体内において圧電体層を介して上下厚み方向に配置された複数の内部電極とを備え、複数の内部電極は、第2の端面には至らないように形成されておりかつ第1の端面に引き出されている第1の内部電極と、第1の端面には至らないように形成されておりかつ第2の端面に引き出されている第2の内部電極とを有し、第1の内部電極と、第2の内部電極とが圧電体層を介して上下厚み方向に重なり合う部分を有し、第1,第2の内部電極の上下厚み方向に重なり合う部分が、第1の端面または第2の端面に片寄らされている圧電素子の製造方法に関し、複数枚のセラミックグリーンシートを得る工程と、セラミックグリーンシート上に内部電極を形成する工程と、内部電極が形成された複数枚のセラミックグリーンシートを少なくとも積層し、積層体を得る工程と、積層体を焼成し、マザーの焼結体を得る工程と、マザーの焼結体を、粘着シート上に固定して、個々の圧電素子単位の焼結体にカットする工程と、焼結体を加熱し、付着していた粘着シートの粘着成分を除去する熱処理工程と、熱処理工程の後に、第1,第2の内部電極の重なり合う部分に、後の工程で行なわれる分極処理時に印加される電圧よりも低い電圧を印加する工程とを備えることを特徴とする。 The piezoelectric element manufacturing method according to the present invention includes a piezoelectric body having an upper surface, a lower surface, and opposing first and second end surfaces, and a piezoelectric body disposed in the vertical thickness direction via a piezoelectric layer. A plurality of internal electrodes, wherein the plurality of internal electrodes are formed so as not to reach the second end face and are drawn out to the first end face; and on the first end face And a second internal electrode that is drawn out to the second end face, and the first internal electrode and the second internal electrode are vertically moved through the piezoelectric layer. The present invention relates to a method of manufacturing a piezoelectric element having a portion overlapping in the thickness direction and a portion overlapping in the vertical thickness direction of the first and second internal electrodes being offset from the first end surface or the second end surface. Process for obtaining ceramic green sheet and ceramic green sheet Forming an internal electrode on the substrate, laminating a plurality of ceramic green sheets on which the internal electrode is formed to obtain a laminate, firing the laminate to obtain a mother sintered body, mother Fixing the sintered body on the pressure-sensitive adhesive sheet and cutting it into individual piezoelectric element unit sintered bodies, and heating the sintered body to remove the pressure-sensitive adhesive component of the pressure-sensitive adhesive sheet And a step of applying a voltage lower than a voltage applied in a polarization process performed in a later step to a portion where the first and second internal electrodes overlap after the heat treatment step.
本発明に係る圧電素子のある特定の局面では、電圧を印加する工程において、印加する電圧の値が0.2kV/mm以上である。 On the specific situation with the piezoelectric element which concerns on this invention, in the process of applying a voltage, the value of the voltage to apply is 0.2 kV / mm or more.
本発明に係る圧電素子の別の特定の局面では、電圧を印加する工程において、電圧印加時間が1〜120秒である。 In another specific aspect of the piezoelectric element according to the present invention, the voltage application time is 1 to 120 seconds in the step of applying a voltage.
本発明に係る圧電アクチュエーターの製造方法は、本発明に係る製造方法によって製造された圧電素子と、固定基板とを接合する工程と、固定基板に接合された圧電素子を分極処理する工程とをさらに備えている。 The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to the present invention further includes a step of bonding the piezoelectric element manufactured by the manufacturing method according to the present invention and a fixed substrate, and a step of polarizing the piezoelectric element bonded to the fixed substrate. I have.
本発明に係る圧電素子の製造方法では、個々の圧電素子単位にカットされた焼結体を加熱する熱処理工程を備えているため、付着していた粘着シートの粘着成分を除去することができる。熱処理工程によって、圧電素子の内部電極の収縮による平面方向の反りが生じたとしても、第1,第2の内部電極の重なり合う部分に、後の工程で行なわれる分極処理時に印加される電圧よりも低い電圧を印加する工程をさらに備えているため、反りを著しく小さくすることができる。 Since the piezoelectric element manufacturing method according to the present invention includes a heat treatment step of heating the sintered body cut into individual piezoelectric element units, the adhesive component of the attached adhesive sheet can be removed. Even if the heat treatment process causes a warp in the plane direction due to the contraction of the internal electrode of the piezoelectric element, the voltage applied to the overlapping portion of the first and second internal electrodes is higher than the voltage applied during the polarization process performed in the subsequent process. Since it further includes a step of applying a low voltage, warping can be remarkably reduced.
本発明に係る電圧を印加する工程において、印加する電圧の値が0.2kV/mm以上である場合には、圧電素子の反りをより一層小さくすることができる。 In the step of applying a voltage according to the present invention, when the value of the applied voltage is 0.2 kV / mm or more, the warp of the piezoelectric element can be further reduced.
本発明に係る電圧を印加する工程において、電圧印加時間が1〜120秒である場合には、圧電素子の反りをより一層小さくすることができる。 In the step of applying a voltage according to the present invention, when the voltage application time is 1 to 120 seconds, the warpage of the piezoelectric element can be further reduced.
本発明に係る圧電アクチュエーターの製造方法では、電圧を印加して反りを戻した後に、圧電素子と固定基板とを接合する工程と、固定基板に接合された圧電素子を分極処理する工程をさらに備えているため、分極処理時に印加される電圧を低くすることができる。従って、クラック等の発生を効果的に抑制することができる。 The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to the present invention further includes a step of bonding the piezoelectric element and the fixed substrate after applying a voltage to return the warp, and a step of polarizing the piezoelectric element bonded to the fixed substrate. Therefore, the voltage applied during the polarization process can be lowered. Therefore, the occurrence of cracks and the like can be effectively suppressed.
本発明に係る圧電アクチュエーターは、インクジェット方式のプリンタなどのヘッド部分に用いられた場合、電圧を印加して駆動する際、圧電体内にクラックが発生し難い。従って、ヘッド部分を安定に駆動・制御することができる。 When the piezoelectric actuator according to the present invention is used in a head portion of an ink jet printer or the like, cracks hardly occur in the piezoelectric body when driven by applying a voltage. Therefore, the head portion can be driven and controlled stably.
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
本発明の一実施形態に係る圧電素子の製造方法を説明する。 A method for manufacturing a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention will be described.
図1(a)及び(b)に模式的平面図で示す、マザーの第1のセラミックグリーンシート1及びマザーの第2のセラミックグリーンシート11を用意する。マザーのセラミックグリーンシート1,11は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスや、チタン酸鉛系セラミックスなどの圧電セラミックスを含むスラリーを用いてシート成形することにより得られる。次に、セラミックグリーンシート1,11上に導電ペーストを印刷し、内部電極パターン2,12をそれぞれ形成する。
A mother first ceramic
次に、第1のセラミックグリーンシート1と第2のセラミックグリーンシート11とを交互に複数枚積層する。さらに最上部に無地のセラミックグリーンシートを積層し、マザーの積層体を得る。
Next, a plurality of first ceramic
マザーの積層体を厚み方向に加圧した後、焼成する。このようにして、図2(a),(b)に斜視図及び正面図で示す直方体状のマザーの焼結体31が得られる。マザーの焼結体31では、圧電体層32を介して重なるように複数の内部電極パターン2,12が形成されている。
The mother laminate is pressed in the thickness direction and then fired. In this manner, a rectangular parallelepiped mother sintered
次に、図3(a)に部分切欠斜視図で示すように、マザーの焼結体31を粘着シート35上に接着し、固定する。固定後、マザーの焼結体31を、ダイシングソーなどを用いて個々の圧電素子単位の複数のセラミック焼結体41に切断する。
Next, as shown in a partially cutaway perspective view in FIG. 3A, the mother sintered
1つのセラミック焼結体41を図3(b)に図3(a)とは向きを変えて斜視図で示す。図3(b)では、セラミック焼結体41の上方の面が第1の端面42a,下方の面が第2の端面42b,手前側の面を上面43a,奥側の面を下面43bとなるように示されている。
One ceramic
なお、以下に説明する図3(b),図4(a)に示すセラミック焼結体41、及び図5(a),図6に示す圧電素子61の右側の面における内部電極パターンについては、図3(a)に示す個々の圧電素子単位のセラミック焼結体の手前側の面における内部電極パターンと同様であるが、図3(a)を参照することにより、右側の面の内部電極パターンの図示を省略する。
In addition, about the internal electrode pattern in the right side surface of the ceramic
ダイシング後に、セラミック焼結体41を粘着シート35から剥離すると、下面43bには、粘着シート35の粘着成分が付着する。
When the ceramic
セラミック焼結体41は、直方体状の形状を有する。セラミック焼結体41内には、焼結体層を介して厚み方向に重なるように配置された複数の内部電極が形成されている。複数の内部電極は、第2の端面42bには至らないように形成されておりかつ第1の端面42aに引き出されている複数の第1の内部電極44aと、第1の端面42aには至らないように形成されておりかつ第2の端面42bに引き出されている複数の第2の内部電極44bとを有する。
The ceramic
上記第1の内部電極44aと、第2の内部電極44bとが、上面43aと下面43bとを結ぶ方向である厚み方向に重なり合っている部分が駆動時に電圧が印加される活性部45である。本実施形態では、活性部45は第1の端面42a側に片寄らされている。
The portion where the first internal electrode 44a and the second
本実施形態の特徴は、第1の内部電極と第2の内部電極との厚み方向に重なり合う部分である活性部が、第1の端面と第2の端面とのいずれか一方の端面側に片寄らされていることにある。 The feature of this embodiment is that the active portion, which is a portion overlapping in the thickness direction between the first internal electrode and the second internal electrode, is shifted to one end surface side of either the first end surface or the second end surface. There is in being.
次に、セラミック焼結体41の下面43bに付着した粘着成分を除去するため、セラミック焼結体41を熱処理する。この熱処理工程により、図4(a)に斜視図で示す変形した湾曲形状のセラミック焼結体41となる。すなわち、第1の端面42a側のセラミック焼付体部分では、第2の端面42b側のセラミック焼結体部分よりも内部電極が密集しているため、熱処理による内部電極の収縮量が第1の端面に近い側で大きくなり、凹状に変形している。他方、第2の端面42b側のセラミック焼結体部分は、第1の端面42a側のセラミック焼結体の部分よりも内部電極が密集していないため、熱処理による内部電極の収縮量が小さく、凸状に変形している。なお、このセラミック焼結体41は、上述の通り直方体状の形状を有しており、図4(a)の上面43aにおける縦の辺42a1よりも横の辺43a2の方が長くなるように、マザーの焼結体31から切断されている。上述の変形は、縦よりも横の辺の方が長ければ長い形状のものほどより顕著に発生する。よって、本発明は、長尺な形状のセラミック焼結体に適用するほどより効果を発揮することができる。
Next, in order to remove the adhesive component adhering to the
図4(b)には、セラミック焼結体41の展開図が示されている。上述したように、セラミック焼結体41は、活性部45を有する第1の端面42aが凸状に変形した湾曲形状を有する。なお、上面43a,下面43bは平面であり、内部電極の積層方向には反りが生じていない。
FIG. 4B shows a development view of the ceramic
次に、セラミック焼結体41に、外部電極を形成して、圧電素子を得る。すなわち、図5(a),(b)に斜視図及び正面図で示すように、圧電素子61では、セラミック焼結体41の第1の端面42aを覆い上面43a,下面43bの一部に至るように第1の外部電極62aが形成されている。また、第2の端面42bを覆い上面43a,下面43bの一部に至るように第2の外部電極62bが形成されている。
Next, external electrodes are formed on the ceramic
第1,第2の外部電極を構成する材料としては、CuやAgなどの適宜の金属もしくは合金を用いることができる。第1,第2の外部電極は、スパッタリングや蒸着などの薄膜形成方法、あるいは、導電ペーストの塗布・硬化や焼成などの適宜の方法で形成され得る。 As a material constituting the first and second external electrodes, an appropriate metal or alloy such as Cu or Ag can be used. The first and second external electrodes can be formed by a thin film forming method such as sputtering or vapor deposition, or an appropriate method such as application / curing or baking of a conductive paste.
次に、圧電素子61の、第1,第2の外部電極62a,62bの一方に正極、他方に負極を接続して、電圧を印加する。この電圧は、後の工程で行なわれる分極処理時に印加される電圧よりも低い電圧とされる。圧電素子61に電圧が印加されると、活性部45付近の分極方向が一定方向に向き、収縮する。凹状に変形した第1の端面42a側の部分が収縮することに伴って、凹状に変形した第1の端面42a側の部分と凸状に変形した第2の端面42b側の部分との間の反りが小さくなり、平坦化する。従って、図6(a)に斜視図で示すように反りが小さくされた、矩形状の圧電素子61を得ることができる。
Next, in the
上記電圧の値は、後の工程で行なわれる分極処理時に印加される電圧よりも低ければ特に限定されないが、0.2〜3.0kV/mmが好ましい。印加する電圧の値が0.2kV/mmより低い場合には、圧電素子の反りを小さくする効果が十分でないことがあり、印加する電圧の値が3.0kV/mmより高い場合には、圧電素子の反りを小さく効果が高すぎることがある。 Although the value of the said voltage will not be specifically limited if it is lower than the voltage applied at the time of the polarization process performed at a next process, 0.2-3.0 kV / mm is preferable. When the applied voltage value is lower than 0.2 kV / mm, the effect of reducing the warpage of the piezoelectric element may not be sufficient. When the applied voltage value is higher than 3.0 kV / mm, the piezoelectric element The warp of the element is small and the effect may be too high.
電圧印加時間は、特に限定されないが、1〜120秒が好ましい。電圧を印加する時間が1秒より短いと、圧電素子の反りを小さくする効果が十分でないことがあり、電圧を印加する時間が120秒より長いと、圧電素子の反りを小さくする効果が飽和した状態となることがある。
なお、上記実施形態では、第1,第2外部電極62a,62bを形成して電圧を印加したが、活性部45に電圧が印加されれば別の方法を用いてもよい。例えば、対向する第1,第2の内部電極44a,43bの引き出し部に電圧を印加してもよい。
The voltage application time is not particularly limited, but is preferably 1 to 120 seconds. If the voltage application time is shorter than 1 second, the effect of reducing the warpage of the piezoelectric element may not be sufficient, and if the voltage application time is longer than 120 seconds, the effect of reducing the warpage of the piezoelectric element is saturated. It may become a state.
In the above embodiment, the first and second
上記のようにして得られた矩形状の圧電素子61を用いた圧電アクチュエーターの製造方法を説明する。
A method for manufacturing a piezoelectric actuator using the rectangular
図7に示すように、固定基板81に圧電素子61を、接着剤を用いて固定する。圧電素子61は、活性部45と第1の端面42aとの間に第1の不活性部82aと、活性部45と第2の端面42bとの間に第2の不活性部82bとを有する。圧電素子61の固定に際しては、第2の不活性部82b部分の下面43bを、固定基板81に接着すればよい。
As shown in FIG. 7, the
なお、第2の不活性部82b部分の上面43a、第1の不活性部82a部分の上面43a、または第1の不活性部分82a部分の下面43bが、固定機材81と接着されてもよい。すなわち第1の端面42a、第2の端面42bのいずれか一方面が、圧電アクチュエーターの駆動面となるよう形成されればよい。
The
上記接着剤としてはエポキシ系接着剤などの適宜の樹脂系接着剤、あるいは金属からなる接合剤などを用いることができる。 As the adhesive, an appropriate resin adhesive such as an epoxy adhesive or a bonding agent made of metal can be used.
本発明において、圧電素子61が、例えばインクジェット方式のプリンタのヘッドを駆動するのに用いられる場合、圧電素子61には複数本のスリット83が形成される。スリット83は、圧電素子61の第1の端面42aから第2の端面42b側に向かって延ばされており、かつ圧電素子61の上面43aから下面43bを貫通している。スリット83は、上記スリット83の両側に配置されている第1の外部電極62aを分断するように延ばされている。従って、隣り合うスリット83間の圧電体部分が1つの圧電アクチュエーター部を構成している。よって、図7に示す構造では、複数本のスリット83の形成により複数の圧電アクチュエーター部が構成されている。
In the present invention, when the
次に、複数本のスリット83が形成された圧電素子61上に、正極に接続されるリード線92を載置し、第2の外部電極62bを負極に接続し、電圧を印加することにより分極処理を行なう。
Next, the lead wire 92 connected to the positive electrode is placed on the
この場合、圧電素子61が予め反りをなくすために電圧が印加され配向度が高められているため、分極に際して高い電圧を印加しなくてもよい。分極処理時に印加される電圧が低いので、クラック等の発生を効果的に抑制することができる。
In this case, since the
分極処理時の電圧の印加条件は特に限定されないが、例えば3.0kV/mmの電圧を60秒印加するとよい。なお、この分極処理の際には、圧電素子61は固定基板81に固定されているため、収縮が防がれており変形は生じ難い。
Although the voltage application conditions during the polarization treatment are not particularly limited, for example, a voltage of 3.0 kV / mm may be applied for 60 seconds. In this polarization process, since the
以下、本発明に係る圧電素子の製造方法の具体的な実験例を挙げることにより、本発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by giving specific experimental examples of the method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention.
上記の製造方法に従って得られた湾曲形状を有する圧電素子61の第1,第2の外部電極62a,62bに、図8に斜視図で示すように、第1の外部電極62aに正の電極63a、第2の外部電極62bに負の電極63bを接続し、電圧を印加した。印加条件は、印加する電圧の値を0.6kV/mm、電圧印加時間を10,20,30,90秒とした。
As shown in the perspective view of FIG. 8, the first and second
なお、圧電素子61としては、湾曲していないとした場合、30×3×厚み0.6mmの寸法を有するものを作製した。また、内部電極の積層数は16とした。
In addition, as the
電圧印加前後での反り具合、すなわちアーチ量を表面粗さ計で測定した。図9で示すように、第2の端面42b部分において、表面粗さ計の触針を走らせたときの表面粗さの最大値Lをアーチ量とした。また、第2の端面42bが凸状に変形している場合にはアーチ量は正の値とし、凹状に変形している場合にはアーチ量は負の値とした。
The degree of warpage before and after voltage application, that is, the arch amount was measured with a surface roughness meter. As shown in FIG. 9, in the
電圧印加時間とアーチ量との関係を図10に示す。 The relationship between the voltage application time and the arch amount is shown in FIG.
電圧印加前は、平均3.0μmのアーチ量であるのに対し、電圧印加後はいずれの条件においてもアーチ量が小さくなった。また、電圧印加時間が長いほど、電圧印加後のアーチ量が大きくなった。印加する電圧の値を0.6kV/mm、電圧印加時間を10秒とした場合、アーチ量は0μmに最も近くなり、反りが極めて小さい矩形状の圧電素子61とすることができた。
Before the voltage application, the average arch amount was 3.0 μm, but after the voltage application, the arch amount was small under any condition. Further, the longer the voltage application time, the greater the arch amount after voltage application. When the applied voltage value was 0.6 kV / mm and the voltage application time was 10 seconds, the arch amount was closest to 0 μm, and the rectangular
次に、上記実施例と同様にして、印加する電圧の値を0〜4.0kV/mm、電圧印加時間を1〜180秒の範囲で印加条件を変化させ、電圧印加前後のアーチ量を測定した。 Next, in the same manner as in the above embodiment, the voltage applied is changed in the range of 0 to 4.0 kV / mm, the voltage application time is in the range of 1 to 180 seconds, and the arch amount before and after the voltage application is measured. did.
電圧印加前のアーチ量から変化した距離をアーチ変形量とし、電圧の印加条件とアーチ変形量(μm)との関係を表1に示す。 Table 1 shows the relationship between the voltage application condition and the arch deformation amount (μm), with the distance changed from the arch amount before voltage application as the arch deformation amount.
湾曲形状の圧電素子61を平坦化するのに印加条件は、電圧印加前の圧電素子61のアーチ量によって異なるが、表1に示した結果より、印加する電圧の値と電圧印加時間によって、反りを0〜20μmの範囲で制御できることがわかった。
The application condition for flattening the curved
ところで、電圧印加前の湾曲形状の圧電素子61のアーチ量は、最大15μm程度である。従って、電圧印加前の湾曲形状の圧電素子61のアーチ量により、印加する電圧の値を0〜4.0kV/mm、電圧印加時間を1〜180秒の範囲で印加条件を適宜設定することで、矩形状の圧電素子61を得ることができることがわかった。
By the way, the arch amount of the curved
1…第1のセラミックグリーンシート
2…内部電極パターン
11…第2のセラミックグリーンシート
12…内部電極パターン
31…マザーの焼結体
32…圧電体層
35…粘着シート
41…セラミック焼結体
42a…第1の端面
42b…第2の端面
43a…上面
43b…下面
44a…第1の内部電極
44b…第2の内部電極
45…活性部
61…圧電素子
62a…第1の外部電極
62b…第2の外部電極
81…固定基板
82a…第1の不活性部
82b…第2の不活性部
83…スリット
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記圧電体内において圧電体層を介して上下厚み方向に配置された複数の内部電極とを備え、
前記複数の内部電極は、前記第2の端面には至らないように形成されておりかつ前記第1の端面に引き出されている第1の内部電極と、前記第1の端面には至らないように形成されておりかつ前記第2の端面に引き出されている第2の内部電極とを有し、
前記第1の内部電極と、前記第2の内部電極とが圧電体層を介して上下厚み方向に重なり合う部分を有し、
前記第1,第2の内部電極の上下厚み方向に重なり合う部分が、前記第1の端面または前記第2の端面に片寄らされている圧電素子の製造方法であって、
複数枚のセラミックグリーンシートを得る工程と、
前記セラミックグリーンシート上に内部電極を形成する工程と、
前記内部電極が形成された複数枚のセラミックグリーンシートを少なくとも積層し、積層体を得る工程と、
前記積層体を焼成し、マザーの焼結体を得る工程と、
前記マザーの焼結体を、粘着シート上に固定して、個々の圧電素子単位の焼結体にカットする工程と、
前記焼結体を加熱し、付着していた前記粘着シートの粘着成分を除去する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後に、前記第1,第2の内部電極の重なり合う部分に、後の工程で行なわれる分極処理時に印加される電圧よりも低い電圧を印加する工程とを備えることを特徴とする圧電素子の製造方法。 A piezoelectric body having an upper surface, a lower surface, and first and second end surfaces facing each other;
A plurality of internal electrodes arranged in the vertical thickness direction through the piezoelectric layer in the piezoelectric body,
The plurality of internal electrodes are formed so as not to reach the second end face, and do not reach the first end face and the first internal electrode drawn out to the first end face. And has a second internal electrode drawn out to the second end face,
The first internal electrode and the second internal electrode have a portion that overlaps in the vertical thickness direction through the piezoelectric layer,
A method of manufacturing a piezoelectric element in which the overlapping portions of the first and second internal electrodes in the vertical thickness direction are offset from the first end surface or the second end surface,
Obtaining a plurality of ceramic green sheets;
Forming an internal electrode on the ceramic green sheet;
Laminating a plurality of ceramic green sheets on which the internal electrodes are formed to obtain a laminate; and
Firing the laminate to obtain a mother sintered body;
Fixing the mother sintered body on an adhesive sheet and cutting the sintered body into individual piezoelectric element units;
A heat treatment step of heating the sintered body and removing the adhesive component of the adhesive sheet attached thereto;
And a step of applying a voltage lower than a voltage applied in a polarization process performed in a subsequent process to an overlapping portion of the first and second internal electrodes after the heat treatment process. Device manufacturing method.
圧電素子と、固定基板とを接合する工程と、
前記固定基板に接合された圧電素子を分極処理する工程とをさらに備えることを特徴とする、圧電アクチュエーターの製造方法。
After manufacturing a piezoelectric element by the method for manufacturing a piezoelectric element according to any one of claims 1 to 3,
Bonding the piezoelectric element and the fixed substrate;
And a step of polarizing the piezoelectric element bonded to the fixed substrate.
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