JP3366158B2 - セラミックダイヤフラム構造体及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、セラミックダイヤフラム構造体
及びその製造方法に係り、特に薄肉のセラミックダイヤ
フラム部が外方に凸なる形状とされてなる、優れた特性
を有するセラミックダイヤフラム構造体において、その
セラミックダイヤフラム部の外方への突出量を効果的に
制御し得る方法、並びにそれによって得られたセラミッ
クダイヤフラム構造体に関するものである。

【０００２】

【背景技術】従来から、少なくとも一つの窓部を有する
基体を支持体として、そのような窓部を可撓性の薄肉膜
材料にて覆蓋してダイヤフラムとした構造体が、各種セ
ンサの構成部材等として用いられて来ており、また近年
では、圧電／電歪アクチュエータの構成部材としても、
注目を受けている。例えば、センサ構成部材として用い
られる場合にあっては、そのようなダイヤフラム構造体
のダイヤフラム部位が測定すべき対象によって受ける屈
曲変位を、適当な検出手段にて検出するように構成さ
れ、また圧電／電歪アクチュエータの構成部材として用
いられる場合にあっては、かかるダイヤフラム構造体の
ダイヤフラム部位が、圧電／電歪素子によって変形せし
められて、該構造体の内部に形成された加圧室に圧力を
生ぜしめるようにして用いられることとなる。

【０００３】しかして、そのようなダイヤフラム構造体
は、それを構成する支持体としての基体と、ダイヤフラ
ムを与える膜部材とを、一体的に組み付けることによっ
て製造されることとなるが、その一体的構造の信頼性や
耐熱、耐食性の付与等の点より、そのようなダイヤフラ
ム構造体を、セラミックスの一体焼成体にて構成するこ
とが考えられ、本願出願人も、先に、特願昭６２−１２
９３６０号（特開昭６３−２９２０３２号）や特願平３
−２０４８４５号（特開平５−４９２７０号）等とし
て、一体焼成にて得られたセラミックス製のダイヤフラ
ム構造体を用いた圧力検出器や圧電／電歪アクチュエー
タを明らかにした。

【０００４】ところで、このような一体焼成により得ら
れるセラミックス製のダイヤフラム構造体は、一般に、
窓部を有する所定形状のセラミックグリーン基体と該窓
部を覆蓋する薄肉のセラミックグリーンシートとの一体
的な積層物を焼成せしめることにより、得られるもので
あるが、そのような一体焼成操作において、かかるセラ
ミックグリーン基体の窓部に位置し、セラミックグリー
ンシートから形成されるダイヤフラム部位が、凹状に変
形したり、該ダイヤフラム部位にクラックを生じたりす
る問題が内在していることが、本発明者らの検討によ
り、明らかとなったのである。そして、そのようなダイ
ヤフラム部位の凹みやクラックの発生は、ダイヤフラム
の機能乃至は作動を阻害し、また、その信頼性を低下さ
せているのである。

【０００５】また、かかるセラミックダイヤフラム構造
体にあっては、通常、そのダイヤフラム部位の平坦化が
図られているが、そのような平坦な形態のダイヤフラム
部位においては、その固有共振周波数を大きくすること
が困難である他、外表面側からの強度が充分でないため
に、その厚さを薄くすることが困難であり、更には表面
に形成される電極膜や圧電／電歪膜等の焼結を充分に行
ない得ない等の問題をも内在するものであった。

【０００６】このため、本発明者らは、先に、特願平６
−１２２７３３号として、少なくとも一つの窓部を有す
るセラミック基体と、該窓部を覆蓋するように積層され
た、薄肉のセラミックダイヤフラム板とからなる一体焼
成物であって、該窓部において薄肉のダイヤフラム部が
一体に形成されてなる構造体にして、該ダイヤフラム部
が、前記窓部とは反対方向となる外方に凸なる形状とさ
れていることを特徴とするセラミックダイヤフラム構造
体を提案し、これによって、ダイヤフラム部位における
凹みやクラック等の発生のない、そして、その固有共振
周波数を大きくすることが出来ると共に、強度に優れ、
また表面に形成される各種の膜の焼結に際しても、それ
を阻害することの少ない、信頼性の高い薄肉のセラミッ
クダイヤフラム構造体を実現したのである。

【０００７】ところで、このような優れた特徴を有する
セラミックダイヤフラム構造体において、そのダイヤフ
ラム部を外方に凸なる形状とするには、かかるダイヤフ
ラム部とそれを支持する基体の焼結速度や収縮率をコン
トロールしたり、該ダイヤフラム部に圧力を加えて外方
に膨出せしめたり、ダイヤフラム部と基体との間の熱膨
張差を利用したりする方法等が採用されることとなる
が、何れの手法を採用しても、ダイヤフラム部の外方へ
の突出量を、常に、目標とする突出量に制御することは
容易なことではなく、一つのセラミックダイヤフラム構
造体内に形成される複数のダイヤフラム部間において、
また異なるセラミックダイヤフラム構造体のダイヤフラ
ム部間において、外方への突出量を有効に制御すること
が出来ず、そのために特性のバラツキを惹起する問題を
内在するものであった。

【０００８】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景にして為されたものであって、その主たる解決課題と
するところは、ダイヤフラム部が外方に凸なる形状とさ
れたセラミックダイヤフラム構造体を製造するに際し
て、そのダイヤフラム部の外方への突出量を容易に且つ
有利に制御せしめ得る手法を提供することにあり、また
他の課題とするところは、そのような突出量を容易に均
一化せしめて、特性のバラツキを低減せしめることにあ
る。

【０００９】また、本発明の他の異なる解決課題とする
ところは、そのようなセラミックダイヤフラム構造体の
外方に凸なるダイヤフラム部の表面に対して、圧電／電
歪作動部等の薄膜或いは厚膜を形成するに際して、その
膜厚制御の容易な構造を提供することにある。

【００１０】

【解決手段】そして、かかる課題を解決するため、本発
明は、少なくとも一つの窓部を有するセラミック基体
と、該窓部を覆蓋するように積層された、薄肉のセラミ
ックダイヤフラム板とからなる一体焼成物であって、該
窓部において薄肉のダイヤフラム部が一体に設けられ、
且つ該ダイヤフラム部が前記窓部とは反対方向となる外
方に凸なる形状とされた構造体を製造するに際して、該
ダイヤフラム部の凸形状の形成時に若しくは形成の後
に、かかる凸形状の頂部部分に平坦化治具或いは凹面治
具を当接せしめて、該凸形状の頂部部分に若しくはそれ
を含む部分に平坦部或いは、所定の曲率半径の凸面を形
成することにより、該凸形状の突出量を制御するように
したことを特徴とするセラミックダイヤフラム構造体の
製造方法を、その要旨とするものである。

【００１１】なお、かかる本発明に従うセラミックダイ
ヤフラム構造体の製造方法の有利な態様の一つによれ
ば、そのような構造体は、（ａ）少なくとも一つの窓部
を有するセラミックグリーン基体を準備する工程と、
（ｂ）所定厚さの薄肉のセラミックグリーンシートを準
備する工程と、（ｃ）前記セラミックグリーン基体に対
して、その窓部を覆蓋するように、該薄肉のセラミック
グリーンシートを積層し、一体的な積層物と為す工程
と、（ｄ）該積層物を焼成して一体的な焼結体と為し、
前記セラミックグリーン基体の窓部部位において薄肉の
ダイヤフラム部を形成する一方、かかる積層物の焼成と
同時に、該ダイヤフラム部を該窓部とは反対方向となる
外方に凸なる形状に突出せしめる工程とを含んで、製造
されることとなる。

【００１２】また、上記した本発明に従うセラミックダ
イヤフラム構造体の製造方法の他の有利な態様によれ
ば、前記構造体は、（ａ）少なくとも一つの窓部を有す
るセラミックグリーン基体を準備する工程と、（ｂ）所
定厚さの薄肉のセラミックグリーンシートを準備する工
程と、（ｃ）前記セラミックグリーン基体に対して、そ
の窓部を覆蓋するように、該薄肉のセラミックグリーン
シートを積層し、一体的な積層物と為す工程と、（ｅ）
該積層物を構成するセラミックグリーン基体の窓部部位
に位置する前記セラミックグリーンシート部分を、該窓
部とは反対方向の外方に凸なる形状と為す工程と、
（ｆ）このような凸形状の付与された積層物を焼成して
一体的な焼結体と為し、前記セラミックグリーン基体の
窓部部位において外方に突出する薄肉のダイヤフラム部
を形成する工程とを含んで、製造されており、更にその
際、前記凸形状の付与された積層物の焼成に際して、該
凸形状の頂部部分に、前記平坦化治具或いは前記凹面治
具を当接せしめ、形成される前記ダイヤフラム部の凸形
状の突出量が制御されるようにした構成も、本発明の有
利な一つの態様として採用されることとなる。

【００１３】さらに、本発明の望ましい態様によれば、
前記ダイヤフラム部（窓部）の少なくとも一つを間にし
て、その両側に少なくとも位置するように、所定厚みの
枠部を、前記セラミックダイヤフラム板上に設ける一
方、該両側の枠部にて支持されるように、平坦な当接面
を有する前記平坦化治具或いは凹状の当接面を有する前
記凹面治具を重ね合わせ、該平坦な当接面或いは該凹状
の当接面にて前記ダイヤフラム部の凸形状の突出量が制
御されるようにする手法が採用され、その際、有利に
は、前記セラミックグリーン基体とセラミックグリーン
シートとの積層物に対して、前記枠部を与える所定厚さ
のセラミックグリーン層が形成されることとなる。

【００１４】更にまた、本発明の他の望ましい態様によ
れば、前記平坦化治具或いは前記凹面治具は、前記ダイ
ヤフラム部の少なくとも一つを間にして、その両側に少
なくとも位置して当接する脚部を有しており、該脚部を
介しての該平坦化治具或いは該凹面治具の当接により、
前記ダイヤフラム部の凸形状の突出量が制御されるよう
にした構成が、採用される。

【００１５】本発明は、かくの如き手法に従って製造さ
れるセラミックダイヤフラム構造体をも、その要旨とす
るものであり、その特徴とするところは、少なくとも一
つの窓部を有するセラミック基体と、該窓部を覆蓋する
ように積層された、薄肉のセラミックダイヤフラム板と
からなる一体焼成物であって、該窓部において薄肉のダ
イヤフラム部が一体に形成されてなる構造体にして、該
ダイヤフラム部が、前記窓部とは反対方向となる外方に
凸なる形状とされていると共に、該ダイヤフラム部の前
記窓部の少なくとも一つに位置するものにおいて、その
凸形状の頂部部分に若しくはそれを含む部分に、平坦部
或いは所定の曲率半径の凸面が形成されているセラミッ
クダイヤフラム構造体にある。

【００１６】なお、このような本発明に従うセラミック
ダイヤフラム構造体の有利な態様によれば、前記セラミ
ックダイヤフラム板は、安定化ジルコニア、部分安定化
ジルコニア、アルミナ若しくはそれらの混合材料を主成
分とする材料から構成されている。

【００１７】また、本発明の望ましい態様によれば、前
記セラミック基体及びセラミックダイヤフラム板は、そ
れぞれ、５μｍ以下の平均結晶粒子径を有するものとし
て形成され、更に、前記ダイヤフラム部は、３０μｍ以
下の厚さにおいて形成され、更にまた、相対密度：９０
％以上の緻密体にて構成されることとなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】このように、本発明は、セラミッ
ク基体に設けられた窓部を覆蓋するように薄肉のダイヤ
フラム部が一体的に形成されてなるセラミックダイヤフ
ラム構造体の製造に際して、かかるダイヤフラム部を外
方に凸なる形状となるように突出せしめると共に、その
ような凸形状の頂部部分に対する平坦化治具或いは凹面
治具の当接によって、該凸形状の頂部部分を平坦化或い
は所定の曲率半径の凸面とせしめて、その突出量を制御
するようにしたものであるが、そのような本発明に従う
セラミックダイヤフラム構造体の製造手法の代表的な一
例が、図１に示されている。なお、そこでは、説明を容
易とするために、一つの窓部を有する構造の具体例とし
て示されている。

【００１９】すなわち、かかる図１において、図の最上
部に示されたダイヤフラム構造体２は、平坦化治具によ
る凸形状の突出量の制御前のものであって、所定大きさ
の矩形窓部６を有する、支持体としての所定厚さのセラ
ミック基体４と、その一方の面に重ね合わされて、窓部
６を覆蓋する薄肉のセラミックダイヤフラム板８とか
ら、一体的に構成されており、かかるダイヤフラム板８
の前記セラミック基体４における窓部６に位置する部分
が、ダイヤフラム部１０とされているのである。そし
て、このダイヤフラム部１０が、ダイヤフラム構造体２
を構成するセラミック基体４及びダイヤフラム板８の焼
結速度や収縮率を制御したり、焼成前にダイヤフラム板
８に圧力を作用せしめて、その形状を調節したりする方
法や、それらの熱膨張差を利用して、突出せしめる方法
等によって、窓部６とは反対方向となる外方に凸なる形
状とされているのである。また、セラミックダイヤフラ
ム板８上には、外方に凸なる形状とされたダイヤフラム
部１０（窓部６に相当する部位）を間にして、その両側
に位置するように、セラミックダイヤフラム板８と同様
なセラミック材料からなる、所定厚みの枠部１２、１２
が、それぞれ、一体的に形成されている。

【００２０】そして、このようなダイヤフラム構造体２
に対して、図示の如く、平坦化治具たるセラミック板１
４が、その平坦な当接面をダイヤフラム部１０に対向さ
せるようにして重ね合わされ、かかるダイヤフラム部１
０の両側の枠部１２、１２にて支持されるようになるま
で、加熱下にて、加圧せしめられるのである。このよう
な加熱下におけるセラミック板１４の平坦な当接面によ
る加圧によって、ダイヤフラム部１０は、その凸形状の
頂部部分において変形せしめられ、図１の下部に示され
る如き、平坦部１０ａが形成されることとなるのである
が、そのような平坦部１０ａの高さ：ｈは、実質的にダ
イヤフラム部１０の両側に設けられた枠部１２、１２の
厚みによって規定されるのである。

【００２１】このように、平坦化治具たるセラミック板
１４の当接によって、ダイヤフラム構造体２におけるダ
イヤフラム部１０の凸形状の頂部部分を押圧して変形せ
しめ、そこに平坦部１０ａを形成することによって、か
かるダイヤフラム部１０の凸形状の突出量（ｈ）が効果
的に制御され得ることとなったのであり、しかも、その
ような凸形状の突出量（ｈ）は、枠部１２の厚みによっ
て自由に制御可能であるところから、かかる突出量
（ｈ）を所定の目標値に一致させることも容易であり、
これによって、ダイヤフラム構造体２間におけるダイヤ
フラム部１０の突出量の変動に基づくところの特性のバ
ラツキを効果的に低減し得ることとなったのである。ま
た、複数のダイヤフラム部が形成されてなるダイヤフラ
ム構造体にあっては、該ダイヤフラム構造体内における
各ダイヤフラム部の突出量の変動に基づくところの特性
のバラツキも、有利に低減され得るのである。

【００２２】また、このようにして得られたダイヤフラ
ム部１０の頂部部分が平坦化せしめられて、平坦部１０
ａが形成されてなるダイヤフラム構造体２にあっては、
そのダイヤフラム部１０の外側表面に圧電／電歪作動部
等の膜が印刷等によって形成されるとき、平坦部１０ａ
が存在しているところから、湾曲した表面に製膜する場
合に比して、周縁部の膜厚が製膜材料の垂れ等によって
変動することが少なく、以てその膜厚の制御が容易とな
る利点があり、形成される膜の膜厚の均一性を有利に確
保することが出来るのである。

【００２３】なお、上記した平坦化治具（１４）の代わ
りに、図２に示すように、ダイヤフラム部１０の凸面の
曲率半径より大きな曲率半径を有する凹状当接面１５ａ
を備えたセラミック板１５からなる凹面治具を用いて
も、上記と同様にして、該凹状当接面１５ａに対応した
所定曲率半径の凸面部（曲面部）１０ｂを形成すること
が可能であり、そして上記と同様の効果を奏し得るので
あるが、特にダイヤフラム部１０の外側表面に形成され
る電極膜や圧電／電歪膜等の焼結を阻害しないという点
において、図１のダイヤフラム構造体より更に望ましい
ダイヤフラム部形状が形成されることとなる。このよう
な凹面治具１５にあっては、その凹状当接面１５ａの曲
率半径（セラミック基体４における窓部６の中心を通る
最短寸法：ｍ方向において）は、凸量制御されるべきダ
イヤフラム部１０の凸面の曲率半径よりも大なる関係に
あり、且つ５０μｍ以上、好ましくは２００μｍ以上の
曲率半径を有していることが望ましい。従って、この凹
面治具１５により、凸量制御された曲面部（凸面部）１
０ｂにあっても、その最短寸法：ｍ方向の断面における
曲率半径は、５０μｍ以上が望ましく、更には２００μ
ｍ以上がより望ましいのである。

【００２４】ところで、かかるダイヤフラム構造体２に
おいて、そのダイヤフラム部１０の制御された突出量
（ｈ）としては、該ダイヤフラム構造体２の用途に応じ
て、適宜に決定されることとなるが、一般に、ダイヤフ
ラム部１０を外方に凸なる形状とすることによって期待
される効果を充分に奏せしめる上において、セラミック
基体４における窓部６の中心を通る最短寸法（ｍ）に対
するダイヤフラム部１０の中央部付近の突出し量
（ｈ）、換言すれば最大突出し量（ｈ）を百分率にて表
した突出し率［ｙ＝（ｈ／ｍ）×１００］が、１％以上
とされることとなる。また、かかる突出し率（ｙ）の上
限にあっても、適宜に決定されることとなるが、一般
に、５０％程度である。さらに、好ましい突出し率
（ｙ）としては、２〜１０％程度である。そして、この
ような突出し率を与え得るように、枠部１２の厚みが決
定されることとなるのである。

【００２５】また、このようなダイヤフラム構造体２に
おいて、それを構成するセラミック基体４やセラミック
ダイヤフラム板８を与える材料としては、公知の各種の
セラミック材料が適宜に選択して用いられ得るが、中で
も、セラミックダイヤフラム板８は、一般に、ムライ
ト、スピネル、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、
窒化アルミニウム、チタニア、ベリリア、安定化ジルコ
ニア、部分安定化ジルコニア、アルミナ、若しくはそれ
らの混合材料等にて形成され、特に、安定化ジルコニ
ア、部分安定化ジルコニア、アルミナ若しくはそれらの
混合材料を主成分とする材料にて形成されていることが
望ましく、更に、本発明者らが特開平５−２７０９１２
号公報等において明らかにした如き、酸化イットリウム
等の化合物を添加せしめて、結晶相が主として正方晶、
若しくは主として立方晶、正方晶、単斜晶のうち、少な
くとも２種以上の結晶相からなる混晶とすることで、部
分安定化されたジルコニアを主成分とする材料が特に好
ましく使用される。そのような材料から形成されるダイ
ヤフラム板８は、高強度及び耐熱・耐蝕性と共に、薄肉
でフレキシブルという優れた特性を発揮し、有利なダイ
ヤフラム構造体を与えることとなる。なお、ダイヤフラ
ム構造体２の一体的構造を実現する上において、セラミ
ック基体４も、また、セラミックダイヤフラム８と同様
な、上記した材料にて構成することが望ましいが、その
他、ガラスセラミックス等のセラミック材料を用いて構
成することも可能である。

【００２６】さらに、かかるダイヤフラム構造体２にお
いて、セラミック基体４やセラミックダイヤフラム板８
（ダイヤフラム部１０）をそれぞれ構成するセラミック
は、機械的強度の点より、一般に、５μｍ以下、望まし
くは３μｍ以下、より望ましくは１μｍ以下の結晶粒子
径を有していることが好ましい。また、セラミック基体
４の窓部６において、薄肉のダイヤフラム部１０を与え
るセラミックダイヤフラム板８は、一層にて構成される
ばかりでなく、多層構造とされていても何等差し支えな
く、更にそのようなダイヤフラム板８の厚さとしては、
振動特性上において、３０μｍ以下とすることが望まし
く、特に３〜２０μｍがより好ましく、更にまた、その
ようなダイヤフラム板８の緻密度としては、相対密度
（＝嵩密度／理論密度）が９０％以上であるようにする
ことが、強度やヤング率等の材料特性上から好ましく、
中でも９５％以上がより好ましく、特に９８％以上が更
に好ましい。

【００２７】一方、ダイヤフラム構造体２を構成するセ
ラミック基体４の厚みや焼結度は、特に限定されず、ダ
イヤフラム構造体２の使用目的によって、適宜に決定さ
れることとなる。また、そのようなセラミック基体４
は、一層にて構成されるばかりでなく、多層構造とされ
ていても何等差し支えないが、ダイヤフラム板８と同様
なセラミック材料を用いて構成されておれば、ダイヤフ
ラム板８との積層界面の信頼性等の点で有利となる。

【００２８】また、ここでは、ダイヤフラム構造体２の
窓部６の形状、換言すればダイヤフラム１０の形状は、
矩形（四角形）形状とされているが、これに限定される
ものではなく、ダイヤフラム構造体２の用途に応じて、
例えば、円形、多角形、楕円形等、またはそれらを組み
合わせた形状等、任意の形状が適宜に選択されることと
なる。

【００２９】ところで、かくの如き構成のセラミックダ
イヤフラム構造体２は、当業者の知識に基づいて、各種
の手法によって製造され得るものであって、例えば、複
数のダイヤフラム部の形成例ではあるが、図３に示され
ているように、セラミックダイヤフラム板８を与える一
枚若しくは複数枚の薄肉のセラミックグリーンシート１
６を、セラミック基体４を与える一枚若しくは複数枚の
セラミックグリーン基体１８に対して、その窓部２０を
覆蓋するようにして重ね合わせ、熱圧着せしめて、一体
的な積層体とした後、それを一体焼成することにより、
製造されることとなる。そして、そのような製造におい
て、ダイヤフラム部を窓部とは反対方向となる外方に凸
なる形状とするには、当業者の知識に基づいて各種の手
段が採用され得るものであるが、特に本発明にあって
は、その有利な手段の一つとして、次の（ａ）〜（ｄ）
からなる工程を有する手法が採用される。

【００３０】すなわち、先ず、（ａ）工程においては、
図３に示されるように、少なくとも一つの窓部２０を有
するセラミックグリーン基体１８が準備される一方、
（ｂ）工程においては、所定厚さの薄肉のセラミックグ
リーンシート１６が準備されるのである。なお、このセ
ラミックグリーンシート１６やセラミックグリーン基体
１８の作製に際しては、前述のセラミック材料が適宜に
用いられることとなるが、中でも、セラミックグリーン
シート１６は、０．０５〜１．０μｍの平均粒子径を有
する粉末形態の、部分安定化ジルコニア材料、完全安定
化ジルコニア材料、アルミナ材料若しくはそれらの混合
材料、または焼成後にそれらの材料となる材料を用いて
形成されることとなる。なお、これらのセラミック材料
粉末に対して、焼成収縮率（成形グリーン密度）をコン
トロールするために、そのスラリー化やペースト化の前
に、３００〜１２００℃の温度で熱処理を施すことも、
有利に採用され得るものである。また、セラミック材料
に対しては、従来と同様に、適当なバインダ、可塑剤、
分散剤、焼結助剤、有機溶媒等が配合されて、スラリー
またはペーストが調製され、そしてそのようなスラリー
やペーストを用いて、ドクターブレード法、カレンダー
法、印刷法、リバースロールコーター法等の従来から公
知の手法に従って、所定厚みのセラミックグリーンシー
ト１６やセラミックグリーン基体１８が成形され、その
後必要に応じて、切断、切削、打抜き等の加工を施した
り、複数枚の積層を行なったりして、所定形状及び厚さ
の成形物（セラミックグリーンシート１６及びセラミッ
クグリーン基体１８）とされるのである。

【００３１】そして、このように準備されたセラミック
グリーンシート１６とセラミックグリーン基体１８と
は、次の（ｃ）工程において、重ね合わされ、積層物と
される。即ち、該セラミックグリーン基体１８に対し
て、その窓部２０を覆蓋するように、薄肉のセラミック
グリーンシート１６が積層され、熱圧着等によって、一
体的な積層物とされるのである。

【００３２】その後、（ｄ）工程において、かかる積層
物に対して焼成操作が実施され、これによって、該積層
物を一体的な焼結体と為し、前記セラミックグリーン基
体１８の窓部２０部位において、薄肉のダイヤフラム部
（１０）を形成する一方、かかる積層物の焼成と同時
に、該ダイヤフラム部（１０）を該窓部２０（６）とは
反対方向となる外方に凸なる形状に湾曲して突出せし
め、以て図１に示される如きセラミックダイヤフラム構
造体２とするのである。なお、この時の焼成温度は、一
般に、１２００〜１７００℃程度、好ましくは１３００
〜１６００℃程度の温度が採用されることとなる。

【００３３】なお、このように、セラミックグリーンシ
ート１６とセラミックグリーン基体１８とからなる積層
一体化物の焼成と同時に、そのダイヤフラム部を外方に
湾曲させた形態にて突出せしめるには、セラミック材料
の材質の選定、材料粉末の粒径の選定、バインダ、分散
剤、焼結助剤等の添加剤の選定やその添加量の程度等に
よって、それらセラミックグリーンシート１６やセラミ
ックグリーン基体１８の焼結速度や焼成収縮率を制御し
て、セラミックグリーンシート１６にて形成されるダイ
ヤフラム部（１０）が、焼成に伴って外方に湾曲せしめ
られるようにする等の手法が採用される。

【００３４】また、このような手法の他、前記（ａ）〜
（ｃ）工程と、以下の（ｅ）工程及び（ｆ）工程を組み
合わせてなる手法も、本発明においては、ダイヤフラム
部が外方に凸なる形状とされたセラミックダイヤフラム
構造体を製造するに際して、有利に採用されることとな
る。即ち、前記した（ａ）〜（ｃ）工程を経て得られた
積層物を用い、（ｅ）工程において、該積層物を構成す
るセラミックグリーン基体１８の窓部２０部位に位置す
る前記セラミックグリーンシート１６部分を、該窓部２
０とは反対方向の外方に凸なる形状と為し、その後、
（ｆ）工程において、そのような凸形状の付与された積
層物を焼成して、一体的な焼結体と為し、前記セラミッ
クグリーン基体１８の窓部２０部位において、外方に突
出する薄肉のダイヤフラム部（１０）を形成せしめるの
である。

【００３５】なお、かかる（ｅ）工程において、積層物
のセラミックグリーンシート１６部分を窓部２０とは反
対側の外方に凸なる形状とするには、かかる窓部２０内
に適当な治具を挿入して、該セラミックグリーンシート
１６部分を押圧する、等の機械的な圧力を加えたり、或
いは流体圧を窓部２０側（内側）より加えたり、また、
かかるセラミックグリーンシート部分に対して、その外
面から負圧を加えたりすること等によって、容易に外方
に凸なる形状のものとすることが出来る。

【００３６】図１及び図２に示される具体例において
は、このようにして得られたダイヤフラム部１０が外方
に凸なる形状とされたセラミックダイヤフラム構造体２
を用いて、そのダイヤフラム部１０の突出量乃至は高さ
（ｈ）が、平坦化治具或いは凹面治具たるセラミック板
１４、１５の当接によって制御され、目的とする高さと
されているのであるが、そのような高さ制御のために用
いられる所定厚みの枠部１２、１２は、適宜の手法に
て、セラミックダイヤフラム板８上の所定部位に位置す
るように設けられることとなるが、一般的には、前記
（ａ）〜（ｃ）の工程に従って一体的な積層物を形成す
るに際して、セラミックダイヤフラム板８を与えるセラ
ミックグリーンシート１６の所定部位に、印刷法やグリ
ーンシート積層法等の公知の手法に従って形成されるこ
ととなる。具体的には、セラミックグリーンシート１６
上の所定部位に、枠部１２を与える所定厚さのセラミッ
クグリーン層を形成した後、セラミックグリーン基体１
８と積層せしめて、一体的な積層物としたり、セラミッ
クグリーンシート１６とセラミックグリーン基体１８と
の一体的な積層物を形成した後、該積層物のセラミック
グリーンシート部分の所定の表面部位に、枠部１２を与
えるセラミックグリーン層を、印刷法やグリーンシート
積層法等によって形成する手法が採用され、そして積層
物の焼成と同時に、かかるセラミックグリーン層も焼成
され、以て目的とする厚みの枠部１２が一体的に形成さ
れるのである。

【００３７】ところで、枠部１２は、ダイヤフラム部１
０の少なくとも一つを間にして、その両側に少なくとも
位置するように、セラミックダイヤフラム板８上に設け
られておれば、その配設形態や配設形状等は適宜に選定
され得るものであり、例えば、ダイヤフラム部１０（窓
部６）を取り囲むように設けられていても、また、ダイ
ヤフラム部１０を挟んだ状態において、その両側に二つ
の枠部１２、１２が、独立した形態において設けられて
いても、何等差し支えなく、更にそのような枠部１２
は、連続して設けられていても、また断続的に設けられ
ていても、何等差し支えない。

【００３８】なお、かかる枠部１２は、セラミックダイ
ヤフラム板８に対して固定的に固着せしめられていて
も、また、離脱可能な状態において設けられていてもよ
いが、作業性等を考慮すると、枠部１２は固定的に、特
に一体的にダイヤフラム板８上に設けられていることが
望ましい。このために、かかる枠部１２を与える所定厚
さのセラミックグリーン層は、ダイヤフラム板８或いは
セラミック基体４と同様な材料にて構成され、同時に焼
成されることによって、一体的に形成されることとな
る。

【００３９】また、平坦化治具或いは凹面治具は、ダイ
ヤフラム部１０の突出量制御のために、所定の熱履歴を
受けることとなるところから、一般に、セラミック材料
より形成されていることが望ましく、ここでは、セラミ
ック板１４或いは１５にて構成されており、このセラミ
ック板１４の平坦な一面或いはセラミック板１５の凹状
の一面が当接面とされ、ダイヤフラム部１０に対して当
接せしめられ、押圧下において加熱されることによっ
て、かかるセラミック板１４、１５が枠部１２、１２に
て支持され、その移動が阻止されるまで、ダイヤフラム
部１０が変形せしめられ、以て該ダイヤフラム部１０の
凸形状の頂部部分に、平坦部１０ａ或いは曲面部（曲率
大）１０ｂが形成されるのである。

【００４０】このようなセラミック板１４によるダイヤ
フラム部１０の変形を容易に行なわしめるためには、所
定の押圧下において、ダイヤフラム構造体２を加熱せし
め、そのダイヤフラム部１０の温度がクリープ変形が可
能となる温度或いはそれ以上となるようにする必要があ
る。なお、この加熱温度としては、一般に、ダイヤフラ
ム構造体２の焼成温度近傍の温度とされることが望まし
く、あまりにも高い加熱温度を採用すると、ダイヤフラ
ム構造体２の物性が低下するようになって、好ましくな
い。

【００４１】ところで、図４には、外方に突出したダイ
ヤフラム部１０の複数を配列して設けてなるセラミック
ダイヤフラム構造体２に対する、セラミック板１４を用
いた突出量制御の異なる例が示されている。そのうちの
（ａ）の例においては、同じ高さの枠部１２が、各ダイ
ヤフラム部１０を間にして、その両側に少なくとも位置
するように一体的に設けられており、そしてそれら枠部
１２に対して当接、支持せしめられるように、加熱下に
おいて、セラミック板１４が押圧せしめられることによ
って、各ダイヤフラム部１０の凸形状の頂部部分が変形
せしめられて、そこに、平坦部１０ａが、それぞれ形成
されるようになっているのであり、そしてこのような平
坦化操作（突出量制御）によって、各ダイヤフラム部１
０の高さ（ｈ）が、実質的に枠部１２の高さに等しくさ
れ、以て均一な高さとされることとなるのである。な
お、このような平坦化操作において、枠部１２は、両端
部に位置する二つが存在すれば充分であり、中央側の二
つの枠部１２、１２は、省略可能である。

【００４２】また、（ｂ）に示される例においては、ダ
イヤフラム部１０（窓部６）の配列方向の両端部のみ
に、枠部１２ａ、１２ｂが設けられており、しかも、そ
れら枠部１２ａ、１２ｂの高さが異ならしめられてい
る。従って、そのような高さの異なる枠部１２ａ、１２
ｂに当接、支持されるようにセラミック板１４を加圧せ
しめることにより、高さの低い枠部１２ａ側に位置する
ダイヤフラム部１０の変形量は大きく、一方高さの高い
枠部１２ｂ側に位置するダイヤフラム部１０の変形量は
小さくなって、そこに、平坦部１０ａの大きさの異な
る、換言すればダイヤフラム部１０の突出量乃至は高さ
（ｈ）の異なるダイヤフラム構造体２が容易に実現され
得ることとなるのである。このように、平坦化治具たる
セラミック板１４を支持する枠部１２の高さを異ならし
めれば、前記（ａ）の例の如く、各ダイヤフラム部１０
を均一な高さ（ｈ）において突出せしめるばかりでな
く、突出量の変化したダイヤフラム部１０の形成も容易
となるのである。

【００４３】また、以上の具体例では、枠部１２がセラ
ミックダイヤフラム構造体２を構成するダイヤフラム板
８上に固定的に設けられているが、平坦化治具としての
セラミック板１４の当接時に、該枠部１２に相当する高
さを有するスペーサ等をダイヤフラム板８上に位置せし
めた状態下において、そのようなセラミック板１４によ
る凸形状の突出量制御を行なうようにしても、何等差し
支えなく、更には図５に示される如く、セラミック板１
４に枠部１２が一体的に設けられてなる構造の平坦化治
具を用いることも可能である。この図５に示される平坦
化治具は、耐熱性のある材料、例えばセラミック材料か
らなるものであって、全体として平板状を呈する一方の
側の面に、前述の枠部１２に等しい高さの脚部２４の複
数が、一体的に設けられてなる形状を有する脚付き治具
２２であって、その複数の脚部２４が、ダイヤフラム構
造体２におけるダイヤフラム部１０の少なくとも一つを
間にして、その両側に少なくとも位置するように、ダイ
ヤフラム板８上に当接せしめるようにすることによっ
て、各ダイヤフラム部１０の頂部部分の変形を惹起し、
以てそこに平坦部１０ａを形成せしめて、その凸形状の
突出量乃至は高さ（ｈ）を制御するようになっているの
である。

【００４４】このような脚付き治具２２を用いた場合に
あっても、その脚部２４としては、ダイヤフラム部１０
の配列方向における両端部の二つの脚部２４、２４があ
れば足り、中央側の二つの脚部２４、２４を省略するこ
とも可能であり、そして、両端部に位置する二つの脚部
の高さを変化させれば、また、図４（ｂ）に示される如
く、ダイヤフラム部１０の高さの変化したダイヤフラム
構造体２を得ることも可能である。

【００４５】同様に、図６に示される如く、前記凹面治
具たるセラミック板１５に枠部１２が一体的に設けられ
てなる構造の、複数の凹状当接面２３ａと複数の脚部２
４とを有する脚付き凹面治具２３を用いて、各ダイヤフ
ラム部１０の頂部部分の変形を惹起し、そこに制御され
た凸面部１０ｂを形成せしめて、その凸形状の突出量乃
至は高さ（ｈ）を制御せしめることも、可能である。

【００４６】なお、上述した具体例では、平坦化治具た
るセラミック板１４や脚付き治具２２或いは凹面治具た
るセラミック板１５や脚付き治具２３を用いた突出量制
御が、焼成して得られたダイヤフラム構造体２のダイヤ
フラム部１０の凸形状に対して実施されていたが、その
ようなダイヤフラム構造体２の焼成と同時に、セラミッ
ク板１４、１５や脚付き治具２２、２３を用いた突出量
制御を実施することも可能である。

【００４７】具体的には、前記セラミックグリーンシー
ト１６とセラミックグリーン基体１８との一体的な積層
物に対して、前記した脚付き治具２２、２３を重ね合わ
せたり、或いはそのような一体積層物のセラミックグリ
ーンシート１６上に枠部１２を与えるセラミックグリー
ン層の形成されたものに対して、前記したセラミック板
１４、１５を重ね合わせて、該一体積層物の焼成を行な
うことにより、セラミックグリーンシート１６の窓部２
０に対応する部分の突出量を、脚付き治具２２、２３や
セラミック板１４、１５の当接によって抑制し、以て形
成されるダイヤフラム部１０の外方への突出量の制御が
有効に行なわれ得るのである。

【００４８】また、かかる積層物に対して、若しくは積
層物に枠部形成用のセラミックグリーン層を設けたもの
に対して、そのダイヤフラム部１０形成部位を外方に凸
なる形状に加工した後、前記脚付き治具２２、２３やセ
ラミック板１４、１５を重合、配置せしめて、かかる積
層物の焼成を行なうことにより、その凸形状に加工され
た部分を脚付き治具２２、２３やセラミック板１４、１
５にて押圧、変形せしめた状態にて、焼成することによ
り、目的とする突出量の制御されたダイヤフラム部１０
が形成されるのである。

【００４９】このように、積層物の焼成と同時に、換言
すればダイヤフラム部１０の凸形状の形成時に、セラミ
ック板１４や脚付き治具２２等の平坦化治具或いはセラ
ミック板１５や脚付き治具２３等の凹面治具を用いて、
凸形状の頂部部分に対する当接により拘束せしめて、か
かる頂部部分に平坦部１０ａ或いは曲面部１０ｂを形成
することによって、その凸形状の突出量の制御が効果的
に実現され得るのである。

【００５０】かくの如くして得られる薄肉のセラミック
ダイヤフラム構造体２は、そのダイヤフラム部１０の凸
形状の突出量が制御され、目的とする高さ（ｈ）に調節
されているところから、ダイヤフラム構造体間及びダイ
ヤフラム構造体内での特性バラツキが効果的に低減され
ているのであり、以て品質の良好な且つ信頼性の高いも
のとなると共に、強度的に優れ、また平坦部１０ａ或い
は曲率の大きな曲面部１０ｂの存在によって、かかるダ
イヤフラム部１０の外表面上に形成される膜の厚さの制
御も容易となるものであって、センサやアクチュエータ
等の各種の用途に有利に用いられ得るものである。ま
た、このセラミックダイヤフラム構造体は、その材料特
性より、例えば腐食条件の厳しい装置、配管等の一部に
適用すれば、歪みゲージ等の各種検知手段等と併用する
ことで、内圧等をモニタする耐蝕性の圧力センサとする
ことも出来、また、空気圧や押し棒等の駆動源と併用す
ることで、周波数が低いものの、変位量が大きいアクチ
ュエータ等として用いることも出来るのである。

【００５１】もっとも、上記したセラミックダイヤフラ
ム構造体は、そのダイヤフラム部位の一方の側の面に圧
電／電歪作動部を設けて、圧電／電歪膜型素子として有
利に用いられ得るものであり、中でも、アクチュエー
タ、フィルタ、ディスプレイ、加速度センサや衝撃セン
サ、トランス、マイクロフォン、発音体（スピーカ
等）、動力用や通信用の振動子や発振子に用いられるユ
ニモルフ型等の屈曲変位や力を発生させる、或いは屈曲
変位や力を検出するタイプの圧電／電歪膜型素子として
特に有利に用いられ得るものである。因みに、図７に
は、上記で得られる薄肉セラミックダイヤフラム構造体
を用いた圧電／電歪膜型素子の一例が、概略的に示され
ており、また図８には、その分解斜視図が示されてい
る。そして、そこに図示された圧電／電歪膜型素子３０
は、ダイヤフラム構造体３２と、そのダイヤフラム部位
の外表面に配置された圧電／電歪作動部３４とが、接
合、一体化されることによって形成されており、かかる
圧電／電歪作動部３４が、印加電圧に従い、ダイヤフラ
ム構造体３２のダイヤフラム部位を屈曲変形せしめるよ
うにしたものである。

【００５２】より詳細には、ダイヤフラム構造体３２
は、前述の如き本発明に従って得られたものであって、
それぞれ、ジルコニア等のセラミック材料からなる薄肉
の平板形状を呈する閉塞プレート（ダイヤフラム部）３
６と接続プレート（基体部）３８が、同じくジルコニア
等のセラミック材料からなるスペーサプレート（基体
部）４０を挟んで、重ね合わされてなる構造をもって、
一体的に形成されている。そして、接続プレート３８に
は、所定の間隔を隔てて、連通用開孔部４２の複数（こ
こでは３個）が形成され、外部との連通部となるように
構成されている。また、スペーサプレート４０には、正
方形状の窓部４６が複数個（ここでは３個）形成され
て、その長手方向に所定の間隔を隔てて配列されてい
る。そして、それら各窓部４６に対して、前記接続プレ
ート３８に設けられた各一つの連通用開孔部４２が開孔
せしめられるように、かかるスペーサプレート４０が、
接続プレート３８に対して、重ね合わされているのであ
る。なお、連通用開孔部４２の配置は、圧電／電歪膜型
素子３０の用途に応じて、各窓部４６につき、適宜の個
数において設定されるものであって、例示の如き１個の
みの場合だけでなく、２個或いはそれ以上の個数におい
て配設されるものである。また、連通用開孔部の形状、
寸法等も用途に応じて適宜選択し得るものである。更
に、このスペーサプレート４０における接続プレート３
８が重ね合わされた側とは反対側の面には、閉塞プレー
ト３６が重ね合わされており、この閉塞プレート３６に
て、窓部４６の開口が覆蓋されている。それによって、
ダイヤフラム構造体３２の内部には、連通用開孔部４２
を通じて外部に連通された複数の加圧室４８が形成され
ているのである。なお、ここでは、閉塞プレート（ダイ
ヤフラム部）、スペーサプレート（基体部）、及び接続
プレート（基体部）の３層構造を例としたが、４層或い
はそれ以上の多層構造とすることも可能である。

【００５３】そして、このようなダイヤフラム構造体３
２は、前述せるように、ジルコニア等の所定のセラミッ
ク材料を用いて一体焼成品として形成されていると共
に、そのダイヤフラム部位、換言すればスペーサプレー
ト４０の窓部４６部位に位置する閉塞プレート３６部分
が、かかる窓部４６とは反対方向となる外方に凸なる形
状とされていると共に、平坦化治具或いは凹面治具によ
って、その凸形状の突出量が均一となるように制御され
ており、その凸形状の頂部部分には、平坦部或いは曲面
部が形成されている。具体的には、先ず、所定のセラミ
ック材料とバインダ並びに溶媒等から調製されるスラリ
ー乃至はペーストより、ドクターブレード装置、リバー
スロールコーター装置、スクリーン印刷装置等の一般的
な装置を用いてグリーンシートを成形、成膜し、次いで
必要に応じて、該グリーンシートに切断、切削、打抜き
等の加工を施して、窓部４６や連通用開孔部４２等を形
成し、各プレート３６、３８、４０の前駆体を形成した
後、それら各前駆体を積層、熱圧着して、一体的な積層
物と為し、更にその後、焼成を施すことによって、ダイ
ヤフラム部位を与える閉塞プレート３６部分が、外方に
凸なる形状とされてなる一体的なダイヤフラム構造体３
２を得る一方、そのダイヤフラム部位の外方に凸なる形
状が前述の如き平坦化治具を用いて拘束されて、その突
出量の制御が行なわれているのである。

【００５４】また、かかるダイヤフラム構造体３２に
は、その閉塞プレート３６の外方に凸なる外面上におい
て、各加圧室４８に対応する部位に、それぞれ、圧電／
電歪作動部３４が設けられている。この圧電／電歪作動
部３４は、閉塞プレート３６部分、即ちダイヤフラム部
位の外面上に、下部電極５０、圧電／電歪層５２及び上
部電極５４を膜形成法によって順次形成することによ
り、構成されたものである。なお、かかる圧電／電歪作
動部３４としては、本願出願人が先に特願平３−２０３
８３１号や特願平３−２０４８４５号等において提案し
た圧電／電歪作動部の構成が有利に採用されることとな
る。

【００５５】そして、そのような圧電／電歪作動部３４
を与える電極膜（上下の電極５０、５４）及び圧電／電
歪層５２は、公知の各種の膜形成法、例えばスクリーン
印刷、スプレー、ディッピング、塗布等の厚膜形成手法
や、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、イオン
プレーティング、ＣＶＤ、メッキ等の薄膜形成手法によ
って、焼成一体化されてなるダイヤフラム構造体３２の
閉塞プレート３６の外面上に、形成されるのである。な
お、その際の電極膜５０、５４の形成材料や圧電／電歪
層５２の形成材料としては、公知の各種の材料や、先に
引用の本願出願人の特許出願に開示の材料等が適宜に採
用されることとなる。またそのようにして形成される電
極膜５０、５４と圧電／電歪層５２とから構成される圧
電／電歪作動部３４の厚さとしては、一般に、１００μ
ｍ以下とされ、また電極膜５０、５４の厚さとしては、
一般に、２０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下とされる
ことが望ましく、更に圧電／電歪層５２の厚さとして
は、低作動電圧で大きな変位等を得るために、好ましく
は５０μｍ以下、更に好ましくは３μｍ以上４０μｍ以
下とされることが望ましい。

【００５６】従って、このようなダイヤフラム構造体３
２のダイヤフラム部位（３６）上に圧電／電歪作動部３
４が一体的に設けられてなる圧電／電歪膜型素子３０に
あっては、その圧電／電歪作動部３４の作動に基づい
て、かかるダイヤフラム部位（３６）の変位が有効に為
され、以て加圧室４８内が加圧せしめられることとな
り、そして該加圧室４８内の流体の吐出が効果的に実現
され得るのである。

【００５７】そして、かくの如き本発明に従うダイヤフ
ラム構造体の有利な適用例においては、ダイヤフラム構
造体３２のダイヤフラム部位（３６）が外方に凸なる形
状とされていることによって、圧電／電歪作動部３４の
設けられるダイヤフラム部位（３６）の剛性が効果的に
高められ得、また、その機械的強度や固有振動数が効果
的に大ならしめられ得て、その応答速度が有利に高めら
れ得ると共に、圧電／電歪作動部３４に発生する歪みや
応力を効率良く変位に変え得る等の優れた特徴を発揮す
ることは言うまでもなく、そのダイヤフラム部位（３
６）の外方への凸形状の突出量が制御され、効果的に均
一な突出量と為し得るところから、特性のバラツキが効
果的に低減され得て、例えば、前記圧電／電歪作動部３
４の駆動形態において、その変位量が変化する等の問題
もなく、均一な変位量を示し、品質の均一な圧電／電歪
膜型素子３０となるのである。また、本構造の圧電／電
歪膜型素子は、ダイヤフラム部における屈曲変位、力等
を電圧信号として取り出す検出器（センサ）としても使
用可能である。

【００５８】ところで、上記した本発明に従う薄肉のセ
ラミックダイヤフラム構造体は、上例の如き圧電／電歪
膜型素子の構成部材として有利に用いられ得るものであ
るが、そのような圧電／電歪膜型素子の構造としては、
上例以外のものも採用され得ることは言うまでもなく、
またスピーカ、センサ、振動子、発振子、フィルター、
ディスプレイ、トランス等の他、内野研二著（日本工業
センター編）「圧電／電歪アクチュエータ 基礎から応
用まで」（森北出版）に記載のサーボ変位素子、パルス
駆動モータ、超音波モータ等に用いられるユニモルフ型
やバイモルフ型の圧電／電歪膜型アクチュエータ等の公
知の各種の用途における構成部材としても、有利に用い
られ得るものである。

【００５９】

【実施例】以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本
発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明
が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも
受けるものでないことは、言うまでもないところであ
る。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には
上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しな
い限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変
更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解さ
れるべきである。

【００６０】実施例 １ 先ず、長手方向に０．５ｍｍ×０．７ｍｍの大きさの矩
形の窓部が０．３ｍｍの間隔を隔てて、０．５ｍｍ巾方
向において１０個配列されてなるダイヤフラム構造体
（２）を得るために、セラミックグリーンシート（１
６）及びセラミックグリーン基体（１８）を、それぞれ
下記の如くして作製した。

【００６１】 ａ）セラミックグリーン基体（１８）の作製 ３モル％イットリア添加部分安定化ジルコニア粉末（平均粒径０．８μｍ） １００重量部 ポリビニルブチラール樹脂（バインダ） ９重量部 ジブチルフタレート（可塑剤） ４重量部 ソルビタン脂肪酸エステル系分散剤 ２重量部 トルエン／イソプロピルアルコール（５０／５０）混合溶剤 ７０重量部 上記の組成を、常法に従って、ポットミル混合し、初期
粘度：１０００ｃｐｓ（センチポアズ）のスラリーを得
た。次いで、このスラリーを真空脱泡、粘度調整し、１
００００ｃｐｓのスラリーとした後、ドクターブレード
法にて、かかるスラリーから、焼成後の厚みが２００μ
ｍとなるようにシート状のグリーン基体を成形した。な
お、乾燥は、８０℃で３時間行なった。

【００６２】 ｂ）セラミックグリーンシート（１６）の作製 ３モル％イットリア添加部分安定化ジルコニア粉末（平均粒径０．８μｍ） ９９重量部 アルミナ粉末（平均粒径０．２μｍ） １重量部 ポリビニルブチラール樹脂（バインダ） １１重量部 ジブチルフタレート（可塑剤） ５重量部 ソルビタン脂肪酸エステル系分散剤 ２重量部 トルエン／イソプロピルアルコール（５０／５０）混合溶剤 ７５重量部 上記の組成を、常法に従って、ポットミル混合し、初期
粘度：１０００ｃｐｓのスラリーを得た。次いで、この
スラリーを真空脱泡、粘度調整し、３０００ｃｐｓのス
ラリーとした後、リバースロールコーター装置にて、か
かるスラリーから、焼成後の厚みが２０μｍとなるダイ
ヤフラム部（１０）を与えるようなグリーンシートを成
形した。

【００６３】そして、上記の如くして得られたセラミッ
クグリーン基体（１８）を所定の金型にてパターン打抜
き（窓部２０の形成）した後、これに上記で作製したセ
ラミックグリーンシート（１６）を重ね合わせ、１００
kg/cm²の圧力下に、８０℃×１分の条件にて熱圧着せし
め、一体的な積層物を得た。また、この一体積層物を構
成するセラミックグリーンシート（１６）の外表面上
に、該セラミックグリーンシート（１６）用のスラリー
と同組成のペーストを用いて、図９に示される如く、焼
成後に２０μｍの厚みの枠部（１２）を与えるセラミッ
クグリーン層（２８）を、スクリーン印刷法にて形成し
た。なお、このセラミックグリーン層（２８）は、図よ
り明らかな如く、セラミックグリーン基体（１８）の窓
部（２０）によって形成されるダイヤフラム部を取り囲
むように、印刷、形成されている。

【００６４】そして、この２種の積層物（枠部１２形成
用のセラミックグリーン層２８を設けたものと設けられ
ていないもの）について、それぞれ１０個のサンプルを
作製し、１５００℃×２時間の焼成を行なった。また、
枠部（１２）形成用のセラミックグリーン層（２８）が
設けられてなる積層物の焼成体に対しては、そのダイヤ
フラム部の外方に突出した側に、平滑な高純度アルミナ
緻密体からなるセラミック板（１４）を載せ、加圧下に
おいて再度加熱せしめ、１５００℃で２時間再焼成を行
なうことにより、ダイヤフラム部における凸形状の突出
量制御を行ない、本発明例１のサンプルを得た。

【００６５】また、前記枠部（１２）形成用のセラミッ
クグリーン層（２８）の設けられていない積層物から得
られた焼成体を用い、そのダイヤフラム部の突出側の面
に対して、脚部（２４）の高さが２０μｍとされた、平
滑、高純度アルミナ緻密体からなる脚付き治具（２２）
を、図５に示される如くして載置し、加圧下において加
熱せしめ、１５００℃×２時間の再焼成を行なうことに
より、ダイヤフラム部における凸形状の突出量制御を実
施し、本発明例２のサンプルを得た。

【００６６】このようにして得られた本発明例１及び２
に係るサンプルについて、そのダイヤフラム部の外方へ
の突出量を測定し、その平均を求めると共に、バラツキ
の程度を調べ、その結果を下記表１に示した。なお、比
較のために、枠部（１２）形成用のセラミックグリーン
層（２８）を設けた積層物の焼成体（比較例１）及びそ
のようなセラミックグリーン層（２８）の設けられてい
ない積層物の焼成体（比較例２）における、それぞれの
ダイヤフラム部の突出量についても、同様に測定し、そ
の平均及びバラツキを求めて、下記表１に併せ示した。

【００６７】

【表１】

【００６８】かかる表１の結果から明らかなように、本
発明に従って、平坦化治具たるセラミック板（１４）や
脚付き治具（２２）によって、ダイヤフラム部における
凸形状の突出量制御が実施されたものにあっては、その
突出量が平均化され、バラツキの少ないものとなってい
ることが理解される。

【００６９】さらに、かくして得られた各種のダイヤフ
ラム構造体を用いて、そのダイヤフラム部の外表面上
に、従来と同様な圧電／電歪作動部を形成して、圧電／
電歪膜型素子を作製し、その変位特性を評価したとこ
ろ、本発明例１及び２のサンプルのバラツキ量は、サン
プル内、サンプル間とも、比較例１、２の１／２以下と
なっていることを認めた。

【００７０】実施例 ２ 実施例１において作製された、枠部（１２）形成用のセ
ラミックグリーン層（２８）が設けられてなる積層物を
用い、そのセラミックグリーンシート（１６）側に、平
滑な高純度アルミナ緻密体からなるセラミック板（１
４）を載せて、１５００℃×２時間の焼成を行なうこと
により、かかる積層物の焼結の進行に伴って、ダイヤフ
ラム部を外方に突出せしめ、そしてその突出形状をセラ
ミック板（１４）の平坦な表面に当接せしめて拘束する
ことによって、その突出量の制御を行なった。その結
果、得られたダイヤフラム構造体のダイヤフラム部にお
ける外方への突出量は、平均で２０．５μｍであり、そ
のバラツキは０．５μｍであった。

【００７１】実施例 ３ 実施例１において得られた、セラミックグリーン層（２
８）の設けられていない積層物を用いて、そのセラミッ
クグリーンシート（１６）側に、実施例１において用い
られた、平滑なアルミナ緻密体からなる脚付き治具（２
２）を載せ、１５００℃×２時間の焼成を行ない、形成
されるダイヤフラム部の凸形状を、かかる脚付き治具
（２２）にて当接、拘束せしめて、その突出量を制御す
ることにより、突出量の平均が２１．５μｍ、バラツキ
が１．１μｍのダイヤフラム構造体を得た。

【００７２】実施例 ４ 実施例１と同様に、ダイヤフラム部（窓部）の１０個が
配列したダイヤフラム構造体を得るために、セラミック
グリーンシート（１６）及びセラミックグリーン基体
（１８）を、下記の如くして作製した。

【００７３】 ａ）セラミックグリーン基体（１８）の作製 ５モル％イットリア添加部分安定化ジルコニア粉末（平均粒径０．４μｍ） １００重量部 ポリビニルブチラール樹脂（バインダ） １２重量部 ジオクチルフタレート（可塑剤） ６重量部 ソルビタン脂肪酸エステル系分散剤 ２重量部 キシレン／ｎ−ブチルアルコール（５０／５０）混合溶剤 ８５重量部 上記の組成を、常法に従って、ポットミル混合し、初期
粘度：１０００ｃｐｓのスラリーを得た。次いで、この
スラリーを真空脱泡、粘度調整し、１００００ｃｐｓの
スラリーとした後、ドクターブレード法にて、かかるス
ラリーから、焼成後の厚みが２００μｍとなるようなシ
ート状のグリーン基体を成形した。

【００７４】 ｂ）セラミックグリーンシート（１６）の作製 ５モル％イットリア添加部分安定化ジルコニア粉末（平均粒径０．３μｍ） １００重量部 ポリビニルブチラール樹脂（バインダ） １１重量部 ジオクチルフタレート（可塑剤） ５重量部 ソルビタン脂肪酸エステル系分散剤 ２重量部 キシレン／ｎ−ブチルアルコール（５０／５０）混合溶剤 ８２重量部 上記の組成を、常法に従って、ポットミル混合し、初期
粘度：１０００ｃｐｓのスラリーを得た。次いで、この
スラリーを脱泡、粘度調整し、３０００ｃｐｓのスラリ
ーとした後、リバースロールコーター装置を用いて、か
かるスラリーから、焼成後の厚みが２０μｍとなるグリ
ーンシートを成形した。

【００７５】そして、上記の如くして得られたセラミッ
クグリーン基体を所定の金型にてパターン打抜き（窓部
２０の形成）した後、これに上記で作製したセラミック
グリーンシートを重ね合わせ、１００kg/cm²の圧力下
に、８０℃×１分の条件にて熱圧着せしめ、一体的な積
層物Ａを得た。また、この得られた積層物Ａのセラミッ
クグリーンシート（１６）側の表面に、前記セラミック
グリーン基体（１８）作製スラリーと同組成のペースト
を用いて、図９と同様なパターンにて、焼成後の厚みが
２０μｍとなるような厚さにおいて、セラミックグリー
ン層（２８）を印刷形成することにより、枠付きの積層
物Ｂを得た。

【００７６】次いで、この得られた枠付きの積層物Ｂに
対して、そのセラミックグリーン基体（１８）の窓部
（２０）を通じて空気圧を作用せしめることにより、か
かる窓部（２０）部位に位置するセラミックグリーンシ
ート（１６）部分にて与えられるグリーン状態のダイヤ
フラム部を、外方に約３５μｍ突出させた。

【００７７】そして、この生のダイヤフラム部位が突出
せしめられてなる枠付きの積層物Ｂに対して、１５００
℃×２時間の焼成操作を施した後、更に、平滑な高純度
アルミナ多孔体からなるセラミック板（１４）を重ね合
わせ、押圧下において再度加熱せしめ、１５００℃×２
時間の再焼成操作を実施することにより、ダイヤフラム
部における凸形状の突出量制御を行なったところ、ダイ
ヤフラム部の突出量は、平均で２１．３μｍ、バラツキ
が０．７μｍであった。これに対して、かかるセラミッ
ク板（１４）の載置下における再焼成操作が施されてい
ない、前記突出加工された積層物Ｂの焼成体において
は、そのダイヤフラム部における凸形状の突出量は、平
均で２７．５μｍ、バラツキが３．８μｍであった。

【００７８】また、前記生のダイヤフラム部位に対して
突出加工の施された枠付きの積層物Ｂ上に、平滑な高純
度アルミナ多孔体からなるセラミック板（１４）を載せ
て、かかる積層物Ｂの焼成を、１５００℃×２時間の条
件下で行なったところ、ダイヤフラム部の凸形状の突出
量は、平均で２０．４μｍとなり、またバラツキも０．
９μｍであった。

【００７９】実施例 ５ 前記実施例４において作製された積層物Ａを用い、その
窓部（２０）を通じて所定の空気圧を作用せしめること
により、かかる窓部（２０）に対応するセラミックグリ
ーンシート（１６）部位を外方に凸なる形状に突出せし
めた。尚、この突出加工にて形成された生のダイヤフラ
ム部の凸形状の突出量は、約３５μｍであった。

【００８０】次いで、この突出加工の施された積層物Ａ
を、１５００℃×２時間の条件下で焼成した後、その得
られた焼成体上に、脚部（２４）の長さが２０μｍであ
る高純度アルミナ多孔体からなる脚付き治具（２２）
を、図５に示される如き形態において重ね合わせ、所定
の押圧力を作用せしめつつ、再び加熱し、１５００℃×
２時間の再焼成を行ない、ダイヤフラム部の凸形状の突
出量制御を行なったところ、突出量の平均が２２．１μ
ｍ、バラツキが１．２μｍとなった。これに対して、か
かる脚付き治具（２２）を用いた再焼成操作が施される
前の焼成体におけるダイヤフラム部の突出量は、平均で
２６．７μｍ、バラツキは３．６μｍであった。

【００８１】また、上記で得られた突出加工の施されて
なる積層物Ａに対して、その生のダイヤフラム部の突出
側に、上記と同様な高純度アルミナ多孔体からなる脚付
き治具（２２）を載せた状態において、１５００℃×２
時間の焼成を行ない、かかる積層物Ａの焼成と同時に、
形成されるダイヤフラム部の凸形状の突出量制御を行な
ったところ、得られたダイヤフラム構造体におけるダイ
ヤフラム部の突出量は、平均で２１．４μｍ、バラツキ
は１．３μｍであった。

【００８２】実施例 ６ 実施例１にて得られた一体的な積層物を用いて、該積層
物のセラミックグリーンシート（１６）の外表面上に、
該セラミックグリーンシート（１６）用のスラリーと同
組成のペーストを用いて、焼成後に１０μｍの厚みの枠
部（１２）を与えるセラミックグリーン層（２８）を、
図９に示される如く、スクリーン印刷法にて形成した。
そして、実施例１と同様にして、１５００℃×２時間の
焼成を行なった後、得られたダイヤフラム構造体（２）
におけるダイヤフラム部（１０）の外方に突出した側
に、高純度アルミナ緻密体からなり、且つ該ダイヤフラ
ム部（１０）の曲率半径（１０６７μｍ）より大なる曲
率半径（２２６８μｍ）を有する凹状当接面（１５ａ）
を備えたセラミック板（１５）からなる凹面治具を載
せ、加圧下において再度加熱せしめて、１５００℃で２
時間再焼成することにより、ダイヤフラム部（１０）に
おける凸形状の突出量制御を行なった。

【００８３】その結果、凸形状のダイヤフラム部（１
０）に、凹面治具の凹状当接面（１５ａ）に略対応した
曲率半径の凸面部（１０ｂ）が形成され、その突出量
（ｈ）は平均で１９．２μｍ、バラツキは０．６μｍと
なった。

【００８４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、セラミックダイヤフラム構造体におけるダイ
ヤフラム部位が、外方に凸なる形状とされると共に、そ
の凸形状が、平坦化治具への当接によって平坦化せしめ
られ、或いは凹面治具への当接によって、所定の曲率半
径の凸面状とされることにより、その突出量の制御が自
由に且つ容易に可能となったのであり、以てダイヤフラ
ム構造体間やダイヤフラム構造体内における特性のバラ
ツキが効果的に低減され得ることとなったのである。

【００８５】また、本発明に従って得られるセラミック
ダイヤフラム構造体にあっては、そのダイヤフラム部位
が外方に凸なる形状とされていることによって、従来の
フラット状のダイヤフラムでは得られなかったような利
点、例えば、固有共振周波数を有利に大きくすることが
出来る他、強度が向上され、またダイヤフラム部位の外
面上に厚膜法等によって形成される膜（例えば、電極膜
や圧電／電歪膜等）の焼結も阻害することがない等の特
徴を発揮することは勿論、かかる外方に凸なる形状とさ
れている頂部部分に平坦部乃至は凸面部が存在している
ことによって、そこに形成される膜を印刷等によって形
成する際に、その膜厚の制御が容易となり、その均一性
の確保が有利に実現し得る等の特徴を有しているのであ
る。

【００８６】そして、そのような本発明に従うセラミッ
クダイヤフラム構造体を用いて得られる圧電／電歪膜型
素子は、また、その作動信頼性の著しく向上されたもの
となるのであり、以てアクチュエータ、ディスプレイ、
フィルタ、マイクロフォン、発音体（スピーカ等）、各
種センサ、各種振動子や発振子等に有利に用いられ得る
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセラミックダイヤフラム構造体の
製造方法の代表的な一例を示す工程説明図である。

【図２】本発明に係るセラミックダイヤフラム構造体の
製造方法の代表的な他の一例を示す工程説明図である。

【図３】図１に示されるダイヤフラム構造体の製造に際
しての、セラミックグリーンシートと、セラミックグリ
ーン基体との組合せの一例を示す説明図である。

【図４】外方に突出したダイヤフラム部の複数を設けて
なるセラミックダイヤフラム構造体に対するセラミック
板を用いた突出量制御の異なる例を示す説明図であっ
て、そのうちの（ａ）は、同一高さの枠部を用いた例を
示し、（ｂ）は、異なる高さの枠部を用いた例を示して
いる。

【図５】異なる平坦化治具を用いた例を示す図４（ａ）
に対応する説明図である。

【図６】異なる凹面治具を用いた例を示す図５に対応す
る説明図である。

【図７】本発明に従うセラミックダイヤフラム構造体を
用いた圧電／電歪膜型素子の一例を示す断面図である。

【図８】図７に示される圧電／電歪膜型素子の分解斜視
図である。

【図９】実施例において、積層物のセラミックグリーン
シート側の表面に形成されるセラミックグリーン層の印
刷パターンを示す部分平面説明図である。

【符号の説明】

２，３２ ダイヤフラム構造体 ４ セラミック基体 ６，２０，４６ 窓部 ８ セラミックダイヤフラム板 １０ ダイヤフラム部 １０ａ 平坦部 １０ｂ 曲面部（凸面部） １２ 枠部 １４，１５ セラミック板 １５ａ，２３ａ 凹状当接面 １６ セラミックグリーンシート １８ セラミックグリーン基体 ２２，２３ 脚付き治具 ２４ 脚部 ２８ セラミックグリーン層 ３０ 圧電／電歪膜型素子 ３４ 圧電／電歪作動部 ３６ 閉塞プレート ３８ 接続プレート ４０ スペーサプレート ４２ 連通用開孔部 ４８ 加圧室 ５０ 下部電極 ５２ 圧電／電歪層 ５４ 上部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 勝之 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日本碍子株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−168333（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−292032（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 41/08

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一つの窓部を有するセラミッ
   ク基体と、該窓部を覆蓋するように積層された、薄肉の
   セラミックダイヤフラム板とからなる一体焼成物であっ
   て、該窓部において薄肉のダイヤフラム部が一体に設け
   られ、且つ該ダイヤフラム部が前記窓部とは反対方向と
   なる外方に凸なる形状とされた構造体を製造するに際し
   て、 該ダイヤフラム部の凸形状の形成時に若しくは形成の後
   に、かかる凸形状の頂部部分に平坦化治具或いは凹面治
   具を当接せしめて、該凸形状の頂部部分に若しくはそれ
   を含む部分に平坦部或いは所定の曲率半径の凸面部を形
   成することにより、該凸形状の突出量を制御するように
   したことを特徴とするセラミックダイヤフラム構造体の
   製造方法。
2. 【請求項２】 前記構造体が、 少なくとも一つの窓部を有するセラミックグリーン基体
   を準備する工程と、 所定厚さの薄肉のセラミックグリーンシートを準備する
   工程と、 前記セラミックグリーン基体に対して、その窓部を覆蓋
   するように、該薄肉のセラミックグリーンシートを積層
   し、一体的な積層物と為す工程と、 該積層物を焼成して一体的な焼結体と為し、前記セラミ
   ックグリーン基体の窓部部位において薄肉のダイヤフラ
   ム部を形成する一方、かかる積層物の焼成と同時に、該
   ダイヤフラム部を該窓部とは反対方向となる外方に凸な
   る形状に突出せしめる工程と、 を含んで、製造される請求項１に記載のセラミックダイ
   ヤフラム構造体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記構造体が、 少なくとも一つの窓部を有するセラミックグリーン基体
   を準備する工程と、 所定厚さの薄肉のセラミックグリーンシートを準備する
   工程と、 前記セラミックグリーン基体に対して、その窓部を覆蓋
   するように、該薄肉のセラミックグリーンシートを積層
   し、一体的な積層物と為す工程と、 該積層物を構成するセラミックグリーン基体の窓部部位
   に位置する前記セラミックグリーンシート部分を、該窓
   部とは反対方向の外方に凸なる形状と為す工程と、 このような凸形状の付与された積層物を焼成して一体的
   な焼結体と為し、前記セラミックグリーン基体の窓部部
   位において外方に突出する薄肉のダイヤフラム部を形成
   する工程と、 を含んで、製造される請求項１に記載のセラミックダイ
   ヤフラム構造体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記凸形状の付与された積層物の焼成に
   際して、該凸形状の頂部部分に前記平坦化治具或いは前
   記凹面治具を当接せしめ、形成される前記ダイヤフラム
   部の凸形状の突出量が制御されるようにした請求項３に
   記載のセラミックダイヤフラム構造体の製造方法。
5. 【請求項５】 前記ダイヤフラム部の少なくとも一つを
   間にして、その両側に少なくとも位置するように、所定
   厚みの枠部を、前記セラミックダイヤフラム板上に設け
   る一方、該両側の枠部にて支持されるように、平坦な当
   接面を有する前記平坦化治具或いは凹状の当接面を有す
   る前記凹面治具を重ね合わせ、該平坦な当接面或いは該
   凹状の当接面にて前記ダイヤフラム部の凸形状の突出量
   が制御されるようにした請求項１乃至請求項４の何れか
   に記載のセラミックダイヤフラム構造体の製造方法。
6. 【請求項６】 前記セラミックグリーン基体とセラミッ
   クグリーンシートとの積層物に対して、前記枠部を与え
   る所定厚さのセラミックグリーン層が形成される請求項
   ５に記載のセラミックダイヤフラム構造体の製造方法。
7. 【請求項７】 前記平坦化治具或いは前記凹面治具が、
   前記ダイヤフラム部の少なくとも一つを間にして、その
   両側に少なくとも位置して当接する脚部を有しており、
   該脚部を介しての該平坦化治具の当接により、前記ダイ
   ヤフラム部の凸形状の突出量が制御されるようにした請
   求項１乃至請求項４の何れかに記載のセラミックダイヤ
   フラム構造体の製造方法。
8. 【請求項８】 少なくとも一つの窓部を有するセラミッ
   ク基体と、該窓部を覆蓋するように積層された、薄肉の
   セラミックダイヤフラム板とからなる一体焼成物であっ
   て、該窓部において薄肉のダイヤフラム部が一体に形成
   されていると共に、該セラミック基体及び該セラミック
   ダイヤフラム板の平均結晶粒子径が、それ ぞれ、５μｍ
   以下である構造体にして、 該ダイヤフラム部が、前記窓部とは反対方向となる外方
   に凸なる形状とされていると共に、該ダイヤフラム部の
   前記窓部の少なくとも一つに位置するものにおいて、そ
   の凸形状の頂部部分に若しくはそれを含む部分に、平坦
   部或いは所定の曲率半径の凸面が形成されていることを
   特徴とするセラミックダイヤフラム構造体。
9. 【請求項９】 前記セラミックダイヤフラム板が、安定
   化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、アルミナ若しく
   はそれらの混合材料を主成分とする材料から構成されて
   いる請求項８に記載のセラミックダイヤフラム構造体。
10. 【請求項１０】 前記ダイヤフラム部の厚さが、３０μ
    ｍ以下である請求項８又は請求項９に記載のセラミック
    ダイヤフラム構造体。
11. 【請求項１１】 前記ダイヤフラム部が、相対密度：９
    ０％以上の緻密体にて構成されている請求項８乃至請求
    項１０の何れかに記載のセラミックダイヤフラム構造
    体。
12. 【請求項１２】 内部に対向した側壁面を持つ窓部を少
    なくとも一つ以上有するセラミック基体と、該窓部を覆
    蓋するように積層された、薄肉のセラミックダイヤフラ
    ム板とからなる一体焼成物であって、該窓部の該側壁面
    端部で薄肉のダイヤフラム部端部と接続され、一体に形
    成されてなる構造体にして、 該ダイヤフラム部が、前記窓部とは反対方向となる外方
    に凸なる形状とされていると共に、該ダイヤフラム部の
    前記窓部の少なくとも一つに位置するものにおいて、そ
    の凸形状の頂部部分に若しくはそれを含む部分に、平坦
    部或いは所定の曲率半径の凸面が形成されていることを
    特徴とするセラミックダイヤフラム構造体。
13. 【請求項１３】 前記セラミックダイヤフラム板が、安
    定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、アルミナ若し
    くはそれらの混合材料を主成分とする材料から構成され
    ている請求項１２に記載のセラミックダイヤフラム構造
    体。
14. 【請求項１４】 前記セラミック基体及びセラミックダ
    イヤフラム板の平均結晶粒子径が、それぞれ、５μｍ以
    下である請求項１２又は請求項１３に記載のセラミック
    ダイヤフラム構造体。
15. 【請求項１５】 前記ダイヤフラム部の厚さが、３０μ
    ｍ以下である請求項１２乃至請求項１４の何れかに記載
    のセラミックダイヤフラム構造体。
16. 【請求項１６】 前記ダイヤフラム部が、相対密度：９
    ０％以上の緻密体にて構成されている請求項１２乃至請
    求項１５の何れかに記載のセラミックダイヤフラム構造
    体。