JP2001261454A - セラミックス部品の製造方法 - Google Patents

セラミックス部品の製造方法

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JP2001261454A
JP2001261454A JP2000082413A JP2000082413A JP2001261454A JP 2001261454 A JP2001261454 A JP 2001261454A JP 2000082413 A JP2000082413 A JP 2000082413A JP 2000082413 A JP2000082413 A JP 2000082413A JP 2001261454 A JP2001261454 A JP 2001261454A
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Kazuo Nakamae
一男 仲前
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 形状歪みが抑制されたセラミックス部品の製
造方法を提供する。 【解決手段】 柱状構造を有するセラミックス部品9の
製造方法であって、焼成温度以上の融点を持つ粉末10
を振りかけた後に、焼成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工業的にさまざま
な分野で使用される微細構造を有するセラミックス部品
の製造方法に関するものであり、たとえば複合圧電材料
等の微細構造を有するセラミックス部品の製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】図1は、微細構造を有するセラミックス
部品の一例として、複合圧電材料21の構造を示す斜視
図である。
【0003】図1を参照して、この複合圧電材料21
は、樹脂23中に四角柱形状の圧電セラミックス柱22
が林立した構造を有している。
【0004】また、図2は、微細構造を有するセラミッ
クス部品の他の例として、複合圧電材料25の構造を示
す斜視図である。
【0005】図2を参照して、この複合圧電材料25
は、樹脂23中に円柱形状の圧電セラミックス柱26が
林立した構造を有している。
【0006】従来、このように構成される複合圧電材料
の製造においては、切削や研削等の機械加工、レーザア
ブレーションによる加工等を用いる方法の他、特願平8
−97483号公報に開示されているように、樹脂に微
細パターンを作り込んだものを型として用いる方法があ
った。
【0007】図11〜図17は、特開平8−97483
号公報に開示された、微細柱の林立したセラミックス部
品の製造方法の一例を示す断面図である。
【0008】まず、図11を参照して、X線リソグラフ
ィ用マスク3を介して、X線に感度のあるレジスト2が
塗布された導電性基板1に、シンクロトロン放射光(S
R)40を照射して、X線リソグラフィを行なう。
【0009】X線リソグラフィ用マスク3としては、た
とえば支持膜31としての厚さが2μmの窒化シリコ
ン、吸収体パターン32としての厚さが5μmのタング
ステンとから構成された、吸収体が比較的厚いマスクを
用いることができる。マスクとしては、このほかに、厚
さが30μm以上のニッケルメッシュを用いることもで
きる。
【0010】次に、図12を参照して、現像処理によ
り、レジスト構造体4を作製する。次に、図13を参照
して、作製されたレジスト構造体4にニッケルめっきを
施して、ニッケル金型5を作製する。その後、導電性基
板1とレジスト構造体4を除去する。
【0011】続いて、図14を参照して、作製されたニ
ッケル金型5を用いて樹脂モールドを行ない、樹脂型6
を作製する。この樹脂型6は、たとえば、直径50μm
で深さ400μmの孔が、ピッチ100μmで2次元に
並んだ構造とすることができる。
【0012】次に、図15を参照して、作製された樹脂
型6に、セラミックススラリー17を注入した後乾燥さ
せる。
【0013】次に、図16を参照して、プラズマ50に
より、樹脂型6を除去する。続いて、図17を参照し
て、脱バインダおよび焼成を行ない、剣山状のセラミッ
クス構造体9が得られる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平8−97483号公報に開示された従来の技術
においては、焼成時に、温度斑やセラミックス注入密度
斑により、形状歪みを生じやすいという問題があった。
【0015】この発明の目的は、上述した問題を解決
し、形状歪みが抑制されたセラミックス部品の製造方法
を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】この発明によるセラミッ
クス部品の製造方法は、柱状構造を有するセラミックス
部品の製造方法であって、焼成温度以上の融点を持つ粉
末を振りかけた後に、焼成することを特徴としている。
【0017】この発明によるセラミックス部品の製造方
法は、微細な柱状構造を有するセラミックス部品の製造
方法であって、微細な柱状構造に対応する形状の孔を持
つ樹脂型に、セラミックススラリーを充填して固化させ
るステップと、樹脂型を除去して、セラミックス構造体
を作製するステップと、焼成温度以上の融点を持つ粉末
を振りかけた後に、焼成するステップと、を備えること
を特徴としている。
【0018】好ましくは、柱状構造は、1辺が30μm
以下で、アスペクト比(柱の高さ/1辺の長さ)が4以
上の複数の四角柱を含んでいるとよい。
【0019】また、好ましくは、柱状構造は、直径が5
0μm以下で、アスペクト比(柱の高さ/直径)が4以
上の複数の円柱を含んでいるとよい。
【0020】このような微細な柱状構造を有する場合
に、特に形状歪みの発生が問題となるからである。さら
に、形状歪みを戻そうとして力を加えた際、このような
微細構造の場合、柱状構造が壊れてしまうおそれがある
からである。
【0021】好ましくは、粉末は、セラミックスである
とよい。セラミックスは熱歪みが小さく、かつ融点が高
いからである。すなわち、熱歪みが大きい材料からなる
粉末を用いると、林立する柱に応力がかかってしまい、
壊れる可能性があるからである。
【0022】好ましくは、粉末の粒径は、柱状構造の間
隔以下であるとよい。林立する各柱の間に入って、歪み
の発生を防止する作用をするためである。
【0023】
【発明の実施の形態】図3〜図10は、本発明による微
細構造を有するセラミックス部品の製造方法の一例とし
て、複合圧電素子の製造方法を示す断面図である。
【0024】まず、図3を参照して、X線リソグラフィ
用マスク3を介して、X線に感度のあるレジスト2が塗
布された導電性基板1に、シンクロトロン放射光(S
R)40を照射して、X線リソグラフィを行なう。
【0025】X線リソグラフィ用マスク3としては、た
とえば支持膜31としての厚さが2μmの窒化シリコ
ン、吸収体パターン32としての厚さが5μmのタング
ステンとから構成された、吸収体が比較的厚いマスクを
用いることができる。マスクとしては、このほかに、厚
さが30μm以上のニッケルメッシュを用いることもで
きる。
【0026】次に、図4を参照して、現像処理により、
レジスト構造体4を作製する。次に、図5を参照して、
作製されたレジスト構造体4にニッケルめっきを施し
て、ニッケル金型5を作製する。その後、導電性基板1
とレジスト構造体4を除去する。
【0027】続いて、図6を参照して、製作されたニッ
ケル金型5を用いて樹脂モールドを行ない、樹脂型6を
作製する。この樹脂型6は、たとえば、直径50μmで
深さ400μmの孔が、ピッチ100μmで2次元に並
んだ構造とすることができる。
【0028】次に、図7を参照して、圧電セラミックス
粉体とバインダとを混ぜて作製したセラミックススラリ
ー17を、樹脂型6の上に載せてダイスに入れ、樹脂型
6側からプレス成形する。
【0029】その後、乾燥させ、図8に示すように、樹
脂型6をプラズマ50で除去する。続いて、図9を参照
して、脱バインダを行なった後、圧電セラミックス焼成
温度(約1200℃)以上の融点(約2800℃)を持
つ直径3μm以下の窒化アルミニウム粉末10を、セラ
ミックス構造体9の隙間に埋込んで焼成を行なう。
【0030】焼成後は、窒化アルミニウム粉末10を取
除き、図10に示すセラミックス構造体9を作製する。
【0031】その後、エポキシ樹脂を含浸して硬化さ
せ、その後研削して複合圧電材料とする。
【0032】一方、発明者らは、図1にまたは図2に示
されるような柱状構造体の形状歪みの少ないセラミック
ス部品を製作する方法として、まず、焼成時に柱状構造
体を下向きに置くことで、柱の重さにより形状歪みをな
くすことができないかと考えた。しかしながら、柱の重
さが軽いため、効果が得られなかった。
【0033】そこで、発明者らは、脱バインダ焼成後に
柱状構造体の隙間に、セラミックス焼成温度以上の融点
を持つ微細セラミックス粉体を埋込んで焼成し、焼成後
に粉体を取除くことにより、形状歪みが低減できるか検
討した。微細セラミックス粉体を用いて焼成したとこ
ろ、形状歪みは抑制されていることがわかり、この手段
は有効であることがわかった。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれ
ば、従来法に比べ、10%以上形状歪みが低減されたセ
ラミックス部品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 微細構造を有するセラミックス部品の一例の
構造を示す斜視図である。
【図2】 微細構造を有するセラミックス部品の他の例
の構造を示す斜視図である。
【図3】 本発明による微細構造を有するセラミックス
部品の製造方法の一例として、複合圧電素子の製造方法
を示す断面図である。
【図4】 本発明による微細構造を有するセラミックス
部品の製造方法の一例として、複合圧電素子の製造方法
を示す断面図である。
【図5】 本発明による微細構造を有するセラミックス
部品の製造方法の一例として、複合圧電素子の製造方法
を示す断面図である。
【図6】 本発明による微細構造を有するセラミックス
部品の製造方法の一例として、複合圧電素子の製造方法
を示す断面図である。
【図7】 本発明による微細構造を有するセラミックス
部品の製造方法の一例として、複合圧電素子の製造方法
を示す断面図である。
【図8】 本発明による微細構造を有するセラミックス
部品の製造方法の一例として、複合圧電素子の製造方法
を示す断面図である。
【図9】 本発明による微細構造を有するセラミックス
部品の製造方法の一例として、複合圧電素子の製造方法
を示す断面図である。
【図10】 本発明による微細構造を有するセラミック
ス部品の製造方法の一例として、複合圧電素子の製造方
法を示す断面図である。
【図11】 微細柱の林立したセラミックス部品の製造
方法の一例を示す断面図である。
【図12】 微細柱の林立したセラミックス部品の製造
方法の一例を示す断面図である。
【図13】 微細柱の林立したセラミックス部品の製造
方法の一例を示す断面図である。
【図14】 微細柱の林立したセラミックス部品の製造
方法の一例を示す断面図である。
【図15】 微細柱の林立したセラミックス部品の製造
方法の一例を示す断面図である。
【図16】 微細柱の林立したセラミックス部品の製造
方法の一例を示す断面図である。
【図17】 微細柱の林立したセラミックス部品の製造
方法の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 導電性基板、2 レジスト、3 X線マスク、4
レジスト構造体、5ニッケル金型、6 樹脂型、9 セ
ラミックス構造体、10 微粒粉末、21,25 複合
圧電素子、22,26 圧電セラミックス柱、23 樹
脂、31 支持膜、32 吸収体パターン、40 シン
クロトロン放射光(SR)、50 プラズマ。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 柱状構造を有するセラミックス部品の製
    造方法であって、 焼成温度以上の融点を持つ粉末を振りかけた後に、焼成
    することを特徴とする、セラミックス部品の製造方法。
  2. 【請求項2】 微細な柱状構造を有するセラミックス部
    品の製造方法であって、 前記微細な柱状構造に対応する形状の孔を持つ樹脂型
    に、セラミックススラリーを充填して固化させるステッ
    プと、 前記樹脂型を除去して、セラミックス構造体を作製する
    ステップと、 焼成温度以上の融点を持つ粉末を振りかけた後に、焼成
    するステップと、 を備えることを特徴とする、セラミックス部品の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 前記柱状構造は、1辺が30μm以下
    で、アスペクト比が4以上の複数の四角柱を含む、請求
    項1または請求項2記載のセラミックス部品の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記柱状構造は、直径が50μm以下
    で、アスペクト比が4以上の複数の円柱を含む、請求項
    1または請求項2記載のセラミックス部品の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記粉末はセラミックスである、請求項
    1〜請求項4のいずれかに記載のセラミックス部品の製
    造方法。
  6. 【請求項6】 前記粉末の粒径は、前記柱状構造の間隔
    以下である、請求項1〜請求項5のいずれかに記載のセ
    ラミックス部品の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013168654A (ja) * 2004-12-20 2013-08-29 Palo Alto Research Center Inc 微細寸法セラミック厚膜素子アレイ、高精細形状セラミック厚膜素子アレイ及び高アスペクト比セラミック厚膜素子アレイの形成方法

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JP2013168654A (ja) * 2004-12-20 2013-08-29 Palo Alto Research Center Inc 微細寸法セラミック厚膜素子アレイ、高精細形状セラミック厚膜素子アレイ及び高アスペクト比セラミック厚膜素子アレイの形成方法

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