JP2002299720A

JP2002299720A - 部分電極構造を有する積層体及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002299720A
Application number: JP2001104885A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ise; 理伊勢
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2002-10-11

Abstract

(57)【要約】【課題】一体焼結法による、部分電極構造を有する積
層体において、部分電極の絶縁部を減少することで、積
層体全体の動作阻害を減少し、応力の集中に起因する素
子の破壊を減少する方法を提供すること。【解決手段】セラミック原料粉末とバインダーからな
るグリーンシートの両面に電極層を形成し、交互に異な
る方向に略１８０°折り返し、一体化したグリーン体を
焼結する。グリーン体は、片側に電極層を形成して電極
層のない側を対向させて一体化したり、間にグリーンシ
ートを介した状態で、電極層のない側を対向させて一体
化したりしたものを折り返してもよい。また、折り返し
の内側になる部分に溝を設けることで、折り返し部分の
曲率半径を小さくして、外部電極の欠陥を減少すること
もできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層構造を有する
圧電磁器部品と、その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電磁器材料からなる部品を高出力で使
用する場合、たとえば圧電トランスの変成比を向上する
場合や、圧電アクチュエータで大きな変位を得るために
は、圧電磁器に印加される電界を大きくする必要があ
り、圧電磁器の厚さを薄くし、複数層重ねた積層構造を
とっている。

【０００３】積層構造を得るには、大別すると二つの方
法がある。その一つは、焼成済みの圧電磁器を薄板とし
て、電極材料を介して積層し、接着剤などで一体化して
素子を得る接着法である。また、もう一つは、圧電材料
の粉末と、高分子化合物、溶媒からなるスラリーを成膜
して得られるグリーンシートに、印刷などで電極層を形
成し、これを積層して圧着した後焼成するという、一体
焼結法である。そして、一般的には一体焼結した積層体
の外縁に外部電極を形成し、各電極層の導通を確保す
る。

【０００４】また、圧電磁器の全面に電極を形成した全
面電極型では、内部電極相互の絶縁と、内部電極と極性
の異なる外部電極との絶縁を確保するために、内部電極
の露出部にガラスなどの絶縁材を付着させるガラス絶縁
法や、部分的に電極が除去されたパターンで電極を形成
し、電極間の距離を確保した部分電極型などがある。

【０００５】前記の接着法では、欠陥の有無により圧電
磁器の薄板を予め選別して、積層体を作製できるなどの
利点がある反面、加工技術やハンドリングの点で、使用
する圧電磁器の薄板の薄さに限界がある。また、接着法
では、各部品間の外部電極の接続が動作の妨げになるこ
とや、積層体の外側を固めたり、層間を接着したりする
のに用いられる接着剤が緩衝材となってしまい、変位や
発生力を吸収してしまうという不具合がある。

【０００６】一方、一体焼結法では、積層する圧電磁器
の一つの層の厚みを比較的容易に制御できるが、素子の
サイズが大きいと全体を均一に製作するのが困難なこ
と、各層間を電気的に接続する外部電極によって、変位
や発生力を吸収してしまうという不具合がある。図４
は、一体焼結法に用いられるグリーン体の断面を示した
ものである。ここに示したようにグリーン体を積層する
際に、内部電極４２の印刷にばらつきが生じているが、
これを完全になくすのは、困難である。

【０００７】そして、部分電極型の積層体を一体焼結法
で製作する場合、電極が形成されていない部分は、電極
による焼結促進効果が得られないため、部分的に焼結の
程度が異なり、応力の集中や素子破壊の起点となってし
まうとともに、使用時に電界が印加されず動作しないた
め、積層体全体の動作の阻害要因となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の技術
的な課題は、一体焼結法において、部分電極の絶縁部を
減少することで前記の問題点に起因する積層体全体の動
作阻害を減少し、応力の集中に起因する素子の破壊を減
少した、部分電極構造を有する積層体、並びにその製造
方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するため、焼結に供するグリーン体の作製方法を検
討した結果なされたものである。

【００１０】即ち、本発明は、原料粉末、高分子化合物
及び溶媒を含むスラリーを成膜して得られるグリーンシ
ートの両面に電極層を形成し、前記グリーンシートを交
互に異なる方向に略１８０°複数回折り返して、焼結用
のグリーン体を得る工程を含むことを特徴とする部分電
極構造を有する積層体の製造方法である。

【００１１】また、本発明は、原料粉末、高分子化合物
及び溶媒を含むスラリーを成膜して得られるグリーンシ
ートの両面に電極層を形成し、前記グリーンシートの両
面に、交互に一定の距離となる位置に溝を形成し、前記
溝が内側となるように、グリーンシートを略１８０°折
り返して、焼結用のグリーンシートを得る工程を含むこ
とを特徴とする部分電極構造を有する積層体の製造方法
である。

【００１２】また、本発明は、前記の部分電極構造を有
する積層体の製造方法において、前記溝は、幅が深さの
２倍であることを特徴とする部分電極構造を有する積層
体の製造方法である。

【００１３】また、本発明は、原料粉末、高分子化合物
及び溶媒を含むスラリーを成膜して得られるグリーンシ
ートの一方の面に電極層を形成し、前記グリーンシート
の電極層を形成していない面を対向させて配置した後
に、交互に異なる方向に略１８０°複数回折り返して、
焼結用のグリーン体を得る工程を含むことを特徴とする
部分電極構造を有する積層体の製造方法である。

【００１４】また、本発明は、原料粉末、高分子化合物
及び溶媒を含むスラリーを成膜して得られるグリーンシ
ートの一方の面に電極層を形成し、前記グリーンシート
の電極層が形成されていない面を対向させて一体化した
グリーンシートの両面に、交互に一定の距離となる位置
に溝を形成し、前記溝が内側となるように、グリーンシ
ートを略１８０°折り返して、焼結用のグリーンシート
を得る工程を含むことを特徴とする部分電極構造を有す
る積層体の製造方法である。

【００１５】また、本発明は、前記の部分電極構造を有
する積層体の製造方法において、前記溝は、深さが一方
の面に電極を形成したグリーンシート１枚分で、幅が深
さの２倍であることを特徴とする部分電極構造を有する
積層体の製造方法である。

【００１６】また、本発明は、原料粉末、高分子化合物
及び溶媒を含むスラリーを成膜して得られるグリーンシ
ートの一方の面に電極層を形成し、前記電極層を形成し
たグリーンシートの電極層を形成していない面を対向さ
せ、別途調製したグリーンシートを、前記２枚のグリー
ンシートの間に配置した状態で、交互に異なる方向に略
１８０°複数回折り返して、焼結用のグリーン体を得る
工程を含むことを特徴とする部分電極構造を有する積層
体の製造方法である。

【００１７】また、本発明は、原料粉末、高分子化合物
及び溶媒を含むスラリーを成膜して得られるグリーンシ
ートの一方の面に電極層を形成し、前記グリーンシート
の電極層を形成していない面を対向させ、別途調製した
グリーンシートを、前記２枚のグリーンシートの間に配
置した後一体化したグリーンシートの両面に、交互に一
定の距離となる位置に溝を形成し、前記溝が内側となる
ように、グリーンシートを略１８０°折り返して、焼結
用のグリーンシートを得る工程を含むことを特徴とする
部分電極構造を有する積層体の製造方法である。

【００１８】また、本発明は、前記の部分電極構造を有
する積層体の製造方法において、前記溝は、深さが、一
方の面に電極を形成したグリーンシートと、間に配置し
たグリーンシートの厚さの和であり、幅が深さの２倍で
あることを特徴とする部分電極構造を有する積層体の製
造方法である。

【００１９】また、本発明は、前記の方法で作製される
焼結用グリーン体を焼結、後加工して得られることを特
徴とする部分電極構造を有する積層体である。

【００２０】

【作用】本発明の一体焼結法による積層体においては、
グリーンシートの両面に電極層を形成するか、一方の面
に電極層を形成し、電極層のない面を対向させて配置し
たグリーンシートを、交互に折り返して、焼結に供する
グリーン体を作製するので、電極各層の電気的な接続を
確保しつつ、同時に絶縁部が形成される。

【００２１】また、連続して形成されている電極層を折
り返すので、印刷した電極層の２倍の厚みを有する内部
電極層が形成されると同時に、折り返した際に外側にな
る電極層が、そのまま外部電極となるので、外部電極層
の形成工程が不要となり、外部電極による拘束に起因す
る損失を減少することができる。

【００２２】また、部分電極の大きさは、主として、グ
リーンシートの厚さによって決定され、全体的に一定と
なるので、各層の動作の阻害のばらつきや、変位時の応
力の差が少なく、応力集中による破壊が減少する。

【００２３】また、両面に電極を形成するか、一方の面
に電極を形成して電極が形成されていない側を対向させ
て一体化したグリーンシートの、折り返す部分に溝を設
けることで、折り返しの角度を１８０°としても、９０
°の折り返しを２回続けて１８０°折り返すことにな
り、かつ、９０°折り返す部分の曲率半径が小さくなる
ので、電極層に発生する亀裂などの欠陥を極めて少なく
することが可能となる。

【００２４】そして、この溝の形成は、グリーンシート
に研削加工などを施してもよいが、予め適当な長さに切
断したグリーンシートを貼り合わせるなどの方法で得る
ことも可能である。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、具体的な例を挙げ、図を参照して説明する。

【００２６】図１は、圧電セラミックのグリーンシート
の両面に電極層を形成し、交互に別方向に折り返して得
られるグリーン体を、一体焼結して積層体を得る工程を
模式的に示したものである。

【００２７】この例においては、まず、圧電セラミック
粉末として、平均粒径が１μｍのＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴ
ｉＯ_３系粉末を準備した。バインダーとしてポリビニル
ブチラールを圧電セラミック粉末１００重量部に対して
７重量部、溶媒としてシクロヘキサノンとトルエンを、
それぞれ圧電セラミック粉末１００重量部に対して、３
０重量部、５０重量部秤量し、前記圧電セラミック粉末
と混合した。これを３本ロールミルで混練し、圧電セラ
ミック粉末スラリーを作製した。

【００２８】次に、このスラリーを用いて、厚さ３００
μｍのグリーンシート１２を作製し、両面にＡｇ−Ｐｄ
系の導電性インキを用いて電極層１１を形成した。図１
（ａ）は、この状態の断面を模式的に示したものであ
る。

【００２９】図１（ｂ）は、前記グリーンシートを交互
に反対方向に折り返した状態の断面を示したものであ
る。これを図における上下方向から圧力を加えて圧着
し、焼結用のグリーン体１０を得た。図１（ｃ）は、こ
のようにして得られたグリーン体１０の断面を示したも
のである。

【００３０】そして、前記グリーン体を焼結して、圧電
セラミック積層体を得ることができる。この方法を用い
ることで、グリーンシート１２の折り返しの内側は、グ
リーンシート１２の表面に形成した電極層１１が、２層
重なった状態で内部電極層を形成し、グリーンシート１
２の折り返しの外側の電極層１１は、内部電極各層を接
続する外部電極となる。

【００３１】また、グリーンシート１２の折り返しの外
側となった電極層１１は、焼結の際に、部分電極に対し
て焼結促進効果を示し、積層体内部と部分電極部の焼結
の程度に差を生じさせない効果を発現する。更に、部分
電極の大きさは、主としてグリーンシートの厚さによっ
て決定されるため、全体的に均一となり、積層体全体の
動作が安定するとともに、局部的な応力集中を防止でき
るため、高出力動作時の破壊を防止することができる。

【００３２】図２は、圧電セラミックのグリーンシート
の一方の面に電極層を形成し、電極層を形成していない
面を対向させて配置し、交互に別方向に折り返して得ら
れるグリーン体を、一体焼結して積層体を得る工程を模
式的に示したものである。

【００３３】この場合も、まずＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉ
Ｏ_３系粉末を用いて、厚さ３００μｍのグリーンシート
を形成したが、Ａｇ−Ｐｄ系の電極層は一方の面のみに
印刷した。図２（ａ）は、このグリーンシートの断面を
示したもので、２２は圧電セラミックのグリーンシー
ト、２１は電極層である。

【００３４】この場合、電極層を形成していない側を対
向させて配置させた後、そのまま交互に折り返してもよ
いが、折り返しの位置に溝を設けることにより、折り返
しの際に外側となる部分の曲率半径を小さくすること
で、電極層に割れなどの欠陥が生じるのを防ぐことがで
きる。図２（ｂ）は、折り返し部に溝を設けた状態の断
面を示したものである。図示したように、ここでは一体
化したグリーンシートの両面に、交互に一定の距離とな
る位置に溝２３を形成している。

【００３５】この溝は、電極を形成した後一体化したグ
リーンシートに後加工で設けてもよいが、電極を形成し
たグリーンシートを所要の長さで切断した後、一定の間
隔をあけて貼り合わせてもよい。ここでは、溝の深さを
グリーンシート２２の厚さと電極層２１の厚さを加えた
長さとし、溝の幅を深さの２倍としている。

【００３６】このように、調製したグリーンシートを、
図２（ｂ）における矢印の方向に交互に折り返し、一体
化して焼結用のグリーン体を形成した。図２（ｃ）は、
このグリーン体の断面を示したものである。ここに示し
たように、溝を設けることで、折り返し部は結果的に９
０°の折り曲げを２回連続して、１８０°の折り返しと
なるので、折り返しの外側の伸び率を小さくすることが
でき、電極層での割れなどの欠陥発生を減少できる。こ
のグリーン体を焼結することで、全体の動作が安定し、
外部電極の欠陥や、高出力動作時の破壊が極めて少ない
圧電セラミック積層体が得られる。

【００３７】図３は、圧電セラミックのグリーンシート
の一方の面に電極層を形成し、別途調製したグリーンシ
ート介して電極層を形成していない面を対向させて配置
し、交互に別方向に折り返して得られるグリーン体を、
一体焼結して積層体を得る工程を模式的に示したもので
ある。

【００３８】この場合も、３枚のシートを一体化した
後、そのまま交互に折り返してもよいが、折り返しの位
置に溝を設けることにより、折り返しの際に外側となる
部分の曲率半径を小さくすることで、電極層に割れなど
の欠陥が生じるのを防ぐことができる。図３（ａ）は、
折り返し部に溝を設けた状態の断面を示したものであ
る。図示したように、ここでは一体化したグリーンシー
トの両面に、交互に一定の距離となる位置に溝３４を形
成している。

【００３９】この溝も、一体化したグリーンシートに後
加工で設けてもよいが、電極を形成したグリーンシート
と、電極を形成していないグリーンシートを所要の長さ
で切断した後、一定の間隔をあけて貼り合わせてもよ
い。ここでは、溝の深さをグリーンシート３２、３３の
厚さと電極層３１の厚さを加えた長さとし、溝の幅を深
さの２倍としている。

【００４０】この場合も、図３（ａ）における矢印の方
向に交互に折り返し、一体化して焼結用のグリーン体を
形成した。図３（ｂ）は、このグリーン体の断面を示し
たものである。ここに示したように、溝を設けること
で、折り返し部は結果的に９０°の折り曲げを２回連続
して、１８０°の折り返しとなるので、折り返しの外側
の伸び率を小さくすることができ、電極層での割れなど
の欠陥発生を減少できる。このグリーン体を焼結するこ
とで、全体の動作が安定性し、高出力動作時の破壊が極
めて少ない圧電セラミック積層体が得られる。

【００４１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、一体焼結法において、部分電極の絶縁部を減少する
ことで前記の問題点に起因する積層体全体の動作阻害を
減少し、外部電極の欠陥が極めて少ない、部分電極構造
を有する積層体、並びにその製造方法が得られる。

【００４２】また、前記実施の形態においては、圧電セ
ラミックの積層体の場合についてのみ記載したが、積層
セラミックコンデンサや、フェライトなどの磁性材料を
用いたインダクタ、トランスなどの積層部品にも、本発
明を応用できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】グリーンシートの両面に電極層を形成し、交互
に別方向に折り返して焼結用のグリーン体を得る工程を
模式的に示した図。図１（ａ）は、グリーンシートの断
面図、図１（ｂ）は、グリーンシートを折り返した状態
の断面図、図１（ｃ）は、グリーン体の断面図。

【図２】グリーンシートの一方の面に電極層を形成し、
電極層が形成されていない面を対向させて一体化した
後、交互に別方向に折り返してグリーン体を得る工程を
模式的に示した図。図２（ａ）は、グリーンシートの断
面図、図２（ｂ）は、グリーンシートに溝を設けた状態
の断面図、図２（ｃ）は、グリーン体の断面図。

【図３】グリーンシートの一方の面に電極層を形成し、
電極層を形成していないグリーンシートを介して、電極
層が形成されていない面を対向させて一体化した後、交
互に別方向に折り返してグリーン体を得る工程を模式的
に示した図。図３（ａ）は、グリーンシートに溝を設け
た状態の断面図、図３（ｂ）は、グリーン体の断面図。

【図４】従来法によるグリーン体の断面を示す図。

【符号の説明】

１０，２０，３０グリーン体１２，２２，３２，３３，４１グリーンシート１１，２１，３１電極層２３，３４溝４２内部電極４３外部電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料粉末、高分子化合物及び溶媒を含む
スラリーを成膜して得られるグリーンシートの両面に電
極層を形成し、前記グリーンシートを交互に異なる方向
に略１８０°複数回折り返して、焼結用のグリーン体を
得る工程を含むことを特徴とする部分電極構造を有する
積層体の製造方法。
【請求項２】原料粉末、高分子化合物及び溶媒を含む
スラリーを成膜して得られるグリーンシートの両面に電
極層を形成し、前記グリーンシートの両面に、交互に一
定の距離となる位置に溝を形成し、前記溝が内側となる
ように、グリーンシートを略１８０°折り返して、焼結
用のグリーンシートを得る工程を含むことを特徴とする
部分電極構造を有する積層体の製造方法。
【請求項３】請求項２に記載の部分電極構造を有する
積層体の製造方法において、前記溝は、幅が深さの２倍
であることを特徴とする部分電極構造を有する積層体の
製造方法。
【請求項４】原料粉末、高分子化合物及び溶媒を含む
スラリーを成膜して得られるグリーンシートの一方の面
に電極層を形成し、前記グリーンシートの電極層を形成
していない面を対向させて配置した後に、交互に異なる
方向に略１８０°複数回折り返して、焼結用のグリーン
体を得る工程を含むことを特徴とする部分電極構造を有
する積層体の製造方法。
【請求項５】原料粉末、高分子化合物及び溶媒を含む
スラリーを成膜して得られるグリーンシートの一方の面
に電極層を形成し、前記グリーンシートの電極層が形成
されていない面を対向させて一体化したグリーンシート
の両面に、交互に一定の距離となる位置に溝を形成し、
前記溝が内側となるように、グリーンシートを略１８０
°折り返して、焼結用のグリーンシートを得る工程を含
むことを特徴とする部分電極構造を有する積層体の製造
方法。
【請求項６】請求項５に記載の部分電極構造を有する
積層体の製造方法において、前記溝は、深さが一方の面
に電極を形成したグリーンシート１枚分で、幅が深さの
２倍であることを特徴とする部分電極構造を有する積層
体の製造方法。
【請求項７】原料粉末、高分子化合物及び溶媒を含む
スラリーを成膜して得られるグリーンシートの一方の面
に電極層を形成し、前記電極層を形成したグリーンシー
トの電極層を形成していない面を対向させ、別途調製し
たグリーンシートを、前記２枚のグリーンシートの間に
配置した状態で、交互に異なる方向に略１８０°複数回
折り返して、焼結用のグリーン体を得る工程を含むこと
を特徴とする部分電極構造を有する積層体の製造方法。
【請求項８】原料粉末、高分子化合物及び溶媒を含む
スラリーを成膜して得られるグリーンシートの一方の面
に電極層を形成し、前記グリーンシートの電極層を形成
していない面を対向させ、別途調製したグリーンシート
を、前記２枚のグリーンシートの間に配置した後一体化
したグリーンシートの両面に、交互に一定の距離となる
位置に溝を形成し、前記溝が内側となるように、グリー
ンシートを略１８０°折り返して、焼結用のグリーンシ
ートを得る工程を含むことを特徴とする部分電極構造を
有する積層体の製造方法。
【請求項９】請求項８に記載の部分電極構造を有する
積層体の製造方法において、前記溝は、深さが、一方の
面に電極を形成したグリーンシートと、間に配置したグ
リーンシートの厚さの和であり、幅が深さの２倍である
ことを特徴とする部分電極構造を有する積層体の製造方
法。
【請求項１０】請求項１ないし請求項９のいずれかに
記載の方法で作製される焼結用グリーン体を焼結、後加
工して得られることを特徴とする部分電極構造を有する
積層体。