JP2002338362A

JP2002338362A - セラミックグリーンシートの製造方法

Info

Publication number: JP2002338362A
Application number: JP2001138183A
Authority: JP
Inventors: Emi Suzuki; 恵美鈴木; Kazuhiro Kimura; 和浩木村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-05-09
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2002-11-27

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミックグリーンシートの強度と柔軟性と
の両立を図ること。【解決手段】本発明は、水溶性バインダーとセラミッ
ク粉体とを含むセラミックスラリーを用いるセラミック
グリーンシートの製造方法において、このセラミックス
ラリーに可塑剤を含有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば積層圧電素
子などの積層セラミック電子部品を製造する際に使用す
るセラミックグリーンシートの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電セラミックなどのセラミック部品を
製造する場合、セラミック粉体、バインダー、溶媒、添
加物を混成してセラミックスラリーを生成し、これをＰ
ＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の支持体上に薄
く延ばして乾燥させたグリーンシートを製造する。

【０００３】圧電セラミックでは、このグリーンシート
に電極パターンを取り付けて、用途に応じて積層して焼
成を行っている。

【０００４】このようなセラミック製品の製造で用いら
れるグリーンシートにおいて、近年、環境汚染や毒性等
の観点から有機溶剤を使用しない水系スラリーの要望が
高まっている。

【０００５】すなわち、水溶性バインダーとしてポリビ
ニルアセタール、ポリビニルアルコール、アクリル酸エ
ステル、酢酸ビニルなどが入手できるようになり、有機
溶剤系のスラリーと同様に、セラミック材料などと混合
してセラミックスラリーを得て、これをドクターブレー
ド法などのシート成形法によりグリーンシートを成形し
ている。上記の水系バインダーの中ではポリビニルアセ
タールが他のものと比較するとグリーンシートの強度が
強いため、広く利用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水溶性
ポリビニルアセタールをバインダーとする水系スラリー
を塗布して得られるグリーンシートにおいては、シート
強度は十分であるものの柔軟性に乏しく、壊れやすいた
めに取り扱い性に劣るという問題点がある。そこで、本
発明は、グリーンシートに柔軟性を付与し、十分なシー
ト強度を保ちながら、取り扱い性を改善できるセラミッ
クグリーンシートの製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために成されたものである。すなわち、本
発明は、水溶性バインダーとセラミック粉体とを含むセ
ラミックスラリーを用いるセラミックグリーンシートの
製造方法において、このセラミックスラリーに可塑剤を
含有するものである。

【０００８】このような本発明では、水溶性バインダー
とセラミック粉体とを含むセラミックグリーンシートに
可塑剤を含有することによって、シート強度を保ちなが
ら、柔軟性を付与することができ、取り扱い性を向上で
きるようになる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本実施形態に係るセラミックグリーンシー
トの製造方法は、水溶性バインダーとセラミック粉体と
を含むセラミックスラリーに可塑剤を適宜含有させるこ
とによって、セラミックグリーンシートの強度と柔軟性
との両立を図るものである。

【００１０】ここで、水溶性バインダーとしては、強度
の観点からポリビニルアセタールを用いる。また、可塑
剤としては、グリセリンとジエチレングリコールとの混
合体を用いる。

【００１１】また、本実施形態では、セラミックスラリ
ーの組成として、セラミック粉体１００重量％に対し、
ポリビニルアセタールを５〜１５重量％、可塑剤を１．
２５〜９．００重量％としている。

【００１２】このようなセラミックスラリーの組成にお
いて、ポリビニルアセタールおよび可塑剤の上記各比率
を用いる理由を説明する。図１は、ポリビニルアセター
ルおよび可塑剤の量における積層熱圧着時の剥がれおよ
び焼結時のヒビ、反りの状態を示す図である。

【００１３】すなわち、セラミック粉体に対するバイン
ダー（ポリビニルアセタール）の量を増加させると、可
塑剤添加量が少量でも取り扱い可能なグリーンシートが
得られるようになるが、バインダーの量が多いと、後工
程の焼結で収縮が大きく、反り、ヒビ不良等が発生しや
すくなる。したがって、ポリビニルアセタールは１５重
量％までとする。

【００１４】一方、セラミック粉体に対するバインダー
の量を減少させると、グリーンシートの柔軟性も減少す
る方向にあるので、可塑剤添加量を増やさなければ取り
扱い可能なグリーンシートを得ることができない。しか
し、ポリビニルアセタールが５重量％未満では、可塑剤
添加量を増やしてもセラミック粉体に対するポリビニル
アセタールの量が少なすぎて、支持体上に薄く延ばして
乾燥させた状態で支持体から剥離しやすくなったり、例
えば、後工程で積層熱圧着する際に一体化せず、層間剥
離が発生する。したがって、ポリビニルアセタールは５
重量％以上とする。

【００１５】また、可塑剤が１．２５重量％未満では、
グリーンシートの柔軟性が乏しく、壊れやすい。一方、
可塑剤が９．００重量％より多いと、乾燥後のグリーン
シートの反りが大きく、不良となりやすい。

【００１６】このような理由から、本実施形態では、セ
ラミックスラリーの組成として、セラミック粉体１００
重量％に対し、ポリビニルアセタールを５〜１５重量
％、可塑剤を１．２５〜９．００重量％としている。

【００１７】さらに、この可塑剤におけるグリセリンと
ジエチレングリコールとの組成比として、本実施形態で
は、グリセリン２０〜５０重量％、ジエチレングリコー
ル８０〜５０重量％の範囲を用いている。

【００１８】上記のようなグリセリンとジエチレングリ
コールとの組成比を用いる理由は以下の通りである。す
なわち、グリセリンが２０重量％未満では、グリーンシ
ートの柔軟性が乏しく壊れやすい。一方、グリセリンが
５０重量％より多いと、グリーンシートの強度不足で壊
れやすい。

【００１９】また、ジエチレングリコールが８０重量％
より多いと、グリーンシートの柔軟性が乏しく壊れやす
い。一方、ジエチレングリコールが５０重量％未満で
は、グリーンシートの強度不足で壊れやすい。

【００２０】本実施形態では、積層圧電素子の製造工程
である、電極印刷、グリーンシート積層工程等におい
て、破損することなく取り扱えるグリーンシートを製造
することを主目的として、破壊強度が４ＭＰａ以上、伸
びが５〜３５％の範囲に収まるものを提供する。

【００２１】以下、破壊強度および伸びの数値範囲と各
種組成との関係について説明する。図２は、圧電セラミ
ックの粉体１００重量％に対し、水溶性ポリビニルアセ
タールを樹脂分換算で５重量％、可塑剤として「グリセ
リン：ジエチレングリコール」の混合体を９重量％、そ
の他、分散剤（ポリカルボン酸アンモニウム塩０．５重
量％）、消泡剤０．１重量％、水２０重量％を混合し
（以下、これを「基準混合」と言う。）、得られたグリ
ーンシートの引っ張り試験結果を示す図である。この図
に示すように、可塑剤組成がグリセリン２０〜５０重量
％およびジエチレングリコール８０〜５０重量％の範囲
を超える部分では、破壊強度４ＭＰａ未満となり、壊れ
やすく取り扱いしにくいものとなる。

【００２２】図３は、水溶性ポリビニルアセタールを樹
脂分換算１５重量％、可塑剤として「グリセリン：ジエ
チレングリコール」の混合体を１．２５重量％とした以
外は、上記基準混合と同様にして得たグリーンシートの
引っ張り試験結果を示す図である。可塑剤組成がグリセ
リン２０〜５０重量％およびジエチレングリコール８０
〜５０重量％の範囲を超える部分では、伸びが５％未満
となり、柔軟性不足のため壊れやすく取り扱いしにくい
ものとなる。

【００２３】図４は、水溶性ポリビニルアセタールを樹
脂分換算１５重量％、可塑剤として「グリセリン：ジエ
チレングリコール」の混合体を５重量％とした以外は、
上記基準混合と同様にして得たグリーンシートの引っ張
り試験結果を示す図である。可塑剤がグリセリン２０〜
５０重量％およびジエチレングリコール８０〜５０重量
％の範囲を超える混合比「１０：９０」では、伸びが５
％未満で柔軟性不足のため壊れやすく取り扱いしにくい
ものとなる。反対に、混合比「６０：４０」「７０：３
０」の時には伸びが大きすぎてグリーンシートが変形し
やすく取り扱いしにくいものとなる。

【００２４】以上のことから、本実施形態で示す水溶性
ポリビニルアセタールのバインダーおよびグリセリンと
ジエチレングリコールとから成る可塑剤を混合して得た
グリーンシートでは、破壊強度が４ＭＰａ以上、伸びが
５〜３５％の範囲となるよう各種組成を選ぶことで十分
な強度と柔軟性による取り扱いやすさを両立できること
になる。

【００２５】なお、本実施形態では、上記の破壊強度お
よび伸びを測定するための引っ張り試験として、以下の
方法を用いている。すなわち、厚み２０μｍのグリーン
シートを６０×２０ｍｍの矩形に切断し、サンプル上下
をシリコーンゴムを介して機械的にチャックし、引っ張
り速度６０ｍｍ／ｍｉｎで測定し、破壊に至るまでの最
大荷重をその断面積で割った値を破壊強度とした。同様
に、最大伸び（ΔＬ）をチャック間のサンプル長（Ｌ）
で割った値を伸び（ΔＬ／Ｌ）とした。

【００２６】以下、実施例および比較例を示す。

【００２７】（実施例１）ジルコン酸チタン酸鉛を主成
分とする圧電用セラミックの粉体１００重量％に対し、
水を２０重量％、分散剤としてポリカルボン酸アンモニ
ウム塩を０．５重量％、水溶性ポリビニルアセタールを
樹脂分換算で８重量％、消泡剤を０．１重量％、可塑剤
として「グリセリン３０：ジエチレングリコール７０
（重量％）」を３重量％加え混合して得られたセラミッ
クスラリーを、ドクターブレード法により支持体上に塗
布して厚み２０μｍのグリーンシートを得た。

【００２８】（実施例２）可塑剤として「グリセリン５
０：ジエチレングリコール５０（重量％）」３重量％用
いた以外は、実施例１と同様にして厚み２０μｍのグリ
ーンシートを得た。

【００２９】（比較例１）可塑剤としてグリセリンを３
重量％用いた以外は、実施例１と同様にして厚み２０μ
ｍのグリーンシートを得た。

【００３０】（比較例２）可塑剤としてジエチレングリ
コールを３重量％用いた以外は、実施例１と同様にして
厚み２０μｍのグリーンシートを得た。

【００３１】（比較例３）可塑剤として「グリセリン１
０：ジエチレングリコール９０（重量％）」３重量％用
いた以外は、実施例１と同様にして厚み２０μｍのグリ
ーンシートを得た。

【００３２】以上のようにして得られたそれぞれのグリ
ーンシートについて、引っ張り試験および、取り扱い性
の評価をした結果を図５に示す。

【００３３】また、可塑剤としてグリセリンとジエチレ
ングリコールの混合体の組成がそれぞれ「１０：９
０」、「２０：８０」、「３０：７０」、「４０：６
０」、「５０：５０」、「６０：４０」、「７０：３
０」として、実施例１と同様にして得られたグリーンシ
ートについても引っ張り試験をした。その結果を図６に
示す。

【００３４】図５に示す結果から明らかなように、本実
施例の圧電用セラミックの粉体１００重量％に対して、
ポリビニルアセタール樹脂が５〜１５重量％の範囲とな
るように、可塑剤が１．２５〜９重量％の範囲となるよ
うに用いられ、その可塑剤の組成がグリセリン２０〜５
０（重量％）及びジエチレングリコール８０〜５０（重
量％）の範囲であるセラミックスラリーを用いて作製さ
れたグリーンシートは、良好な取り扱い性が得られた。

【００３５】これに対して、可塑剤にグリセリンのみを
用いた比較例１はグリーンシートが強度不足で脆く、良
好な取り扱い性が得られなかった。また、可塑剤にジエ
チレングリコールのみを用いた比較例２は、グリーンシ
ートの強度は大きいが伸びが小さく、柔軟性不足で硬い
ため良好な取り扱い性が得られなかった。

【００３６】また、図６から分かるように、破線から破
線の間で示される範囲の外であるグリセリンとジエチレ
ングリコール混合体の組成が「１０：９０」のグリーン
シートでは柔軟性不足となり、「６０：４０」、「７
０：３０」のグリーンシートでは強度不足で良好な取り
扱い性が得られない。一方、破線間で示されるグリセリ
ンとジエチレングリコール混合体の組成が「２０：８
０」から「５０：５０」の範囲では、良好な取り扱い性
のグリーンシートが得られている。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
水溶性バインダーを用いたセラミックグリーンシートで
あっても、十分な強度と取り扱いやすい柔軟性とを両立
させることができ、例えば、積層圧電素子など積層セラ
ミック電子部品を製造する際の作業性を大幅に向上でき
るとともに、環境汚染に対して十分な配慮を行うことが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】可塑剤の量における焼結時のヒビ、反りの状態
を示す図である。

【図２】破壊強度および伸びの数値範囲と各種組成との
関係について説明する図（その１）である。

【図３】破壊強度および伸びの数値範囲と各種組成との
関係について説明する図（その２）である。

【図４】破壊強度および伸びの数値範囲と各種組成との
関係について説明する図（その３）である。

【図５】各実施例および比較例の引っ張り試験および取
り扱い性評価の結果を示す図である。

【図６】可塑剤の混合組成比における引っ張り試験結果
を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G030 CA08 GA14 GA15 GA20 PA22 PA25 4G052 DA05 DA08 DB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水溶性バインダーとセラミック粉体とを
含むセラミックスラリーを用いるセラミックグリーンシ
ートの製造方法において、前記セラミックスラリーに可塑剤を含有することを特徴
とするセラミックグリーンシートの製造方法。
【請求項２】前記水溶性バインダーはポリビニルアセ
タールから成り、前記可塑剤は、グリセリンとジエチルレングリコールと
から成ることを特徴とする請求項１記載のセラミックグ
リーンシートの製造方法。
【請求項３】前記セラミックスラリーの組成は、前記セラミック粉体１００重量％に対し、前記ポリビニルアセタールが５〜１５重量％前記可塑剤が１．２５〜９．００重量％であることを特
徴とする請求項２記載のセラミックグリーンシートの製
造方法。
【請求項４】前記可塑剤の内訳は、前記グリセリンが２０〜５０重量％、前記ジエチレング
リコールが８０〜５０重量％であることを特徴とする請
求項３記載のセラミックグリーンシートの製造方法。