JP2003197997A - Method of manufacturing laminate type piezoelectric ceramic element - Google Patents

Method of manufacturing laminate type piezoelectric ceramic element

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JP2003197997A
JP2003197997A JP2001394061A JP2001394061A JP2003197997A JP 2003197997 A JP2003197997 A JP 2003197997A JP 2001394061 A JP2001394061 A JP 2001394061A JP 2001394061 A JP2001394061 A JP 2001394061A JP 2003197997 A JP2003197997 A JP 2003197997A
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firing
piezoelectric
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oxygen concentration
piezoelectric ceramic
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Toshiaki Kachi
敏晃 加地
Koichi Yamada
耕市 山田
Suetake Omiya
季武 大宮
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a laminate type piezoelectric ceramic element, which is superior in piezoelectric characteristics and shows high reliability. <P>SOLUTION: In the laminate type piezoelectric ceramic element where inner electrodes containing alloy, which has Ag as main component, are formed via ceramic layers, the ceramic layers and the inner electrodes are simultaneously baked and are re-baked in atmosphere having oxygen concentration of 10% or less. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電共振子、圧電
アクチュエータ、圧電フィルタ、圧電ブザー、圧電トラ
ンス等に使用される圧電セラミック素子の製造方法に関
する。特に、Agを主成分とする合金を内部電極とする
積層型圧電セラミック素子の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric ceramic element used for a piezoelectric resonator, a piezoelectric actuator, a piezoelectric filter, a piezoelectric buzzer, a piezoelectric transformer and the like. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a laminated piezoelectric ceramic element having an internal electrode of an alloy containing Ag as a main component.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、圧電共振子、圧電アクチュエ
ータ、圧電フィルタ、圧電ブザー、圧電トランス等に使
用される圧電セラミック素子において、それぞれの用途
に応じて、構造欠陥がなく、信頼性の高い優れた部品特
性を有するためには、最適な条件で焼成することが必要
不可欠であることはよく知られており、これまでにも種
々の取り組みがなされている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a piezoelectric ceramic element used for a piezoelectric resonator, a piezoelectric actuator, a piezoelectric filter, a piezoelectric buzzer, a piezoelectric transformer, etc., has no structural defects and is highly reliable, depending on each application. It is well known that firing under optimal conditions is essential to have the above-mentioned component characteristics, and various efforts have been made so far.

【0003】たとえば、特開平2−74566号公報で
は、焼成温度までの昇温過程では、炉内雰囲気を酸素濃
度50体積%以上で保ち、かつ焼成温度における保持過
程では、炉内雰囲気を酸素濃度が昇温過程の場合の1/
2ないし10体積%の条件下で焼成するプロセスを示し
ている。これにより、酸素濃度50体積%以上となる高
酸素雰囲気条件下の昇温過程では、この時期に形成され
るセラミックの閉気孔内の酸素濃度を高め、次いで焼成
温度における保持過程で、酸素濃度を昇温過程の場合の
1/2ないし10体積%にすると、前述のセラミックの
閉気孔内と外気の酸素濃度差が大きくなり、よって酸素
の拡散速度が大きくなるので、酸化物で構成される圧電
セラミックスを量産性よく緻密に焼結させることができ
ると提案されている。
For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-74566, the atmosphere in the furnace is maintained at an oxygen concentration of 50% by volume or more in the temperature rising process to the firing temperature, and the atmosphere in the furnace is maintained in the oxygen concentration in the holding process at the firing temperature. Is 1 / when the temperature rise process
It shows a process of firing under conditions of 2 to 10% by volume. This increases the oxygen concentration in the closed pores of the ceramic formed at this time in the temperature raising process under the high oxygen atmosphere condition where the oxygen concentration is 50% by volume or more, and then increases the oxygen concentration in the holding process at the firing temperature. If the volume of the heating step is set to 1/2 to 10% by volume, the difference in oxygen concentration between the closed pores of the ceramic and the outside air becomes large, and thus the diffusion rate of oxygen becomes large. It has been proposed that ceramics can be densely sintered with high productivity.

【0004】また、特開平4−357164号公報や特
開平10−95665号公報などでは、全焼成プロファ
イルにおいて、酸素濃度80体積%以上となる雰囲気条
件下で焼成するプロセスを示している。これにより、セ
ラミック焼結体の空孔や構造欠陥を抑制した緻密で高信
頼性の圧電セラミック素子、特に圧電共振子を得ること
ができるとされている。
Further, Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-357164 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-95665 disclose a process of firing under an atmospheric condition where the oxygen concentration is 80% by volume or more in the entire firing profile. It is said that this makes it possible to obtain a dense and highly reliable piezoelectric ceramic element, particularly a piezoelectric resonator, in which voids and structural defects of the ceramic sintered body are suppressed.

【0005】さらに、内部電極の種類に依らず、全焼成
プロファイルにおいて、大気中、すなわち酸素濃度が約
21体積%の雰囲気中で焼成するプロセスも知られてお
り、種々の圧電セラミック部品において一般的に適用さ
れている。
Further, regardless of the type of internal electrode, there is also known a process of firing in the air, that is, in an atmosphere having an oxygen concentration of about 21% by volume in the entire firing profile, which is generally used in various piezoelectric ceramic parts. Has been applied to.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示したような圧電セラミック素子において用いられてき
た従来の焼成プロセスの場合では、内部電極がAgを主
成分とする合金からなる未焼成の積層体を焼成すると、
内部電極に含まれるAgが圧電セラミック層中のセラミ
ック粒内に取り込まれて、圧電特性を劣化させるという
問題点があった。
However, in the case of the conventional firing process used in the piezoelectric ceramic element as described above, the unfired laminate in which the internal electrodes are made of an alloy containing Ag as a main component is used. When fired,
There is a problem in that Ag contained in the internal electrodes is taken into the ceramic particles in the piezoelectric ceramic layer to deteriorate the piezoelectric characteristics.

【0007】そこで、本発明の目的は、圧電特性がさら
に優れ、高い信頼性を示す積層型圧電セラミック素子の
製造方法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a laminated piezoelectric ceramic element having further excellent piezoelectric characteristics and high reliability.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の積層型圧電セラミック素子の製造方法は、
圧電セラミック材料を含有するセラミックグリーンシー
ト上に、Agを主成分とする合金を含む導電性ペースト
を塗布し、該セラミックグリーンシートを積み重ねて積
層体とする工程と、該積層体を最初に焼成する工程(以
下、本焼成と記す。)と、該積層焼成体を酸素濃度が1
0体積%以下の雰囲気中で再び焼成する工程(以下、再
焼成と記す。)とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a laminated piezoelectric ceramic element of the present invention comprises:
A step of applying a conductive paste containing an alloy containing Ag as a main component on a ceramic green sheet containing a piezoelectric ceramic material, stacking the ceramic green sheets into a laminated body, and firing the laminated body first. Step (hereinafter referred to as main calcination) and the laminated calcination product have an oxygen concentration of 1
And a step of firing again in an atmosphere of 0% by volume or less (hereinafter referred to as re-firing).

【0009】ここで、再焼成における酸素濃度を10体
積%以下としたのは、10体積%を越えると、本焼成に
おいてセラミック粒内に取り込まれているAgがセラミ
ックの粒界に析出する効果が十分に発揮されず、圧電特
性および信頼性が向上しないからである。一方、再焼成
における酸素濃度の下限値については、特に限定されな
いが、0.05体積%で効果が得られており、焼成条件
によりさらに酸素濃度を低くしてもよい。
Here, the oxygen concentration in the re-firing is set to 10% by volume or less, because when it exceeds 10% by volume, the effect that Ag incorporated in the ceramic grains in the main firing precipitates at the grain boundaries of the ceramics. This is because it is not sufficiently exhibited and the piezoelectric characteristics and reliability are not improved. On the other hand, the lower limit of the oxygen concentration in the re-baking is not particularly limited, but the effect is obtained at 0.05% by volume, and the oxygen concentration may be further lowered depending on the baking conditions.

【0010】本焼成は、たとえば、チタン酸ジルコン酸
鉛(PZT)系の化合物では、酸素濃度が約21体積%
の大気雰囲気、もしくは酸素濃度が約21体積%以上の
雰囲気条件下で焼成される。最高温度域の焼成温度は前
記雰囲気条件下で、積層体の焼結が完了する温度、すな
わち具体的には積層焼成体の充填密度が理論密度に対し
て99%以上となる温度に設定される。なお、最高温度
域での保持時間も前記の焼成温度の場合と同様な思想で
設定される。
For example, in the case of lead zirconate titanate (PZT) type compound, the oxygen concentration is about 21% by volume.
Is fired under the atmospheric condition or the atmospheric condition where the oxygen concentration is about 21% by volume or more. The firing temperature in the maximum temperature range is set to a temperature at which sintering of the laminated body is completed under the above-mentioned atmospheric conditions, specifically, a temperature at which the packing density of the laminated fired body is 99% or more of the theoretical density. . The holding time in the maximum temperature range is set according to the same idea as in the case of the above firing temperature.

【0011】また、本焼成で最高温度域に保持した後
は、300℃以下まで降温させるか、もしくは一旦室温
まで冷却させて、その後に再焼成を実施してもよい。
Further, after maintaining the maximum temperature range in the main firing, the temperature may be lowered to 300 ° C. or lower, or the temperature may be once cooled to room temperature and then re-fired.

【0012】また、本焼成における昇温速度および降温
速度は、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系
の化合物では、いずれも、毎分1〜10℃の範囲で設定
されており、最高温度域における保持時間は1〜10時
間の範囲で設定される。
The heating rate and cooling rate in the main calcination are, for example, for lead zirconate titanate (PZT) type compounds, set in the range of 1 to 10 ° C. per minute, and the maximum temperature The retention time in the zone is set within the range of 1 to 10 hours.

【0013】一方、再焼成は、たとえば、チタン酸ジル
コン酸鉛(PZT)系の化合物では、酸素濃度が10体
積%以下の雰囲気条件下で焼成される。また、再焼成に
おける最高温度域の焼成温度は、本焼成での最高温度域
の焼成温度よりも低く設定される。たとえば、チタン酸
ジルコン酸鉛(PZT)系の化合物では、本焼成のトッ
プ温度よりも20℃〜50℃程度低く設定される。これ
は、Pbの蒸発による圧電特性の低下を防止するためで
ある。
On the other hand, the re-baking is carried out, for example, in the case of a lead zirconate titanate (PZT) -based compound, under an atmosphere condition where the oxygen concentration is 10% by volume or less. Further, the firing temperature in the highest temperature range in the re-firing is set lower than the firing temperature in the highest temperature range in the main firing. For example, in the case of lead zirconate titanate (PZT) -based compound, the temperature is set to be about 20 ° C. to 50 ° C. lower than the top temperature of main firing. This is to prevent the deterioration of the piezoelectric characteristics due to the evaporation of Pb.

【0014】また、再焼成における昇温速度および降温
速度は、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系
の化合物では、いずれも、毎分1〜10℃の範囲で設定
されており、最高温度域における保持時間は1〜10時
間の範囲で設定される。
Further, the rate of temperature increase and the rate of temperature decrease in the re-baking are, for example, for lead zirconate titanate (PZT) type compounds, set in the range of 1 to 10 ° C. per minute, and the maximum temperature. The retention time in the zone is set within the range of 1 to 10 hours.

【0015】ただし、本焼成および再焼成の焼成条件
は、上記の条件に限定されるものではなく、Pb元素の
化合物を含有する圧電セラミック材料の種類(組成系)
によって、最適な焼成温度、昇温速度、保持時間、およ
び降温速度を選択すればよい。
However, the firing conditions for the main firing and the re-firing are not limited to the above-mentioned conditions, but the type (composition system) of the piezoelectric ceramic material containing the compound of the Pb element.
The optimum firing temperature, heating rate, holding time, and cooling rate may be selected according to

【0016】なお、前記セラミックグリーンシート中の
圧電セラミック材料としては、上記に示したチタン酸ジ
ルコン酸鉛(PZT)系の化合物のほか、チタン酸鉛
(PbTiO3)系の化合物、メタニオブ酸鉛(PbN
26)系の化合物、およびメタタンタル酸鉛(PbT
26)系化合物等を含有しているものからなる。
As the piezoelectric ceramic material in the ceramic green sheet, in addition to the lead zirconate titanate (PZT) -based compound shown above, a lead titanate (PbTiO 3 ) -based compound and lead metaniobate ( PbN
b 2 O 6 ) -based compounds and lead metatantalate (PbT
a 2 O 6 ) -based compounds and the like.

【0017】また、内部電極用導電性ペーストに含まれ
る導体は、Agを主成分とするもので構成され、Agが
100重量%、もしくはPdが50重量%以下を含有し
ているものからなる。
The conductor contained in the conductive paste for internal electrodes is composed mainly of Ag and contains Ag in an amount of 100% by weight or Pd in an amount of 50% by weight or less.

【0018】前記酸素濃度が10体積%以下の雰囲気は
窒素を主成分とする雰囲気であることを特徴とする。
The atmosphere having an oxygen concentration of 10% by volume or less is characterized by an atmosphere containing nitrogen as a main component.

【0019】なお、この雰囲気ガスには窒素の他に、圧
電特性に悪影響を与えない程度に、アルゴンや二酸化炭
素などの不活性気体も雰囲気中に含まれていてもよい。
In addition to nitrogen, the atmosphere gas may contain an inert gas such as argon or carbon dioxide in the atmosphere to the extent that the piezoelectric characteristics are not adversely affected.

【0020】また、本焼成と再焼成を実施するにあたっ
て、それぞれ別の焼成装置で実施することが望ましい。
これは、焼成工程の雰囲気制御を精度よく行うことがで
きることによる。
Further, it is desirable that the main firing and the re-firing be performed by different firing devices.
This is because the atmosphere in the firing process can be accurately controlled.

【0021】このように、本発明の積層型圧電セラミッ
ク素子の製造方法では、Agを主成分とする合金を含む
内部電極がセラミック層を介して形成された積層型圧電
セラミック素子において、前記セラミック層と前記内部
電極を同時焼成したものを、酸素濃度10体積%以下と
なる雰囲気中で再焼成することにより、焼成時にセラミ
ックの粒内に取り込まれていたAgが、再焼成プロセス
で粒界に析出し、セラミックの粒内にAgを取り込むこ
とで低下していた素子の圧電特性が改善されるため、圧
電特性を向上させ、かつ高信頼性を十分確保することが
できる。
As described above, according to the method of manufacturing a laminated piezoelectric ceramic element of the present invention, in the laminated piezoelectric ceramic element in which the internal electrode containing the alloy containing Ag as a main component is formed via the ceramic layer, By re-baking the above-mentioned internal electrode and the above-described internal electrode simultaneously in an atmosphere having an oxygen concentration of 10% by volume or less, Ag taken in the grains of the ceramic at the time of firing is precipitated in the grain boundary in the re-baking process. However, since the piezoelectric characteristics of the element, which have been degraded by incorporating Ag into the ceramic grains, are improved, it is possible to improve the piezoelectric characteristics and sufficiently secure high reliability.

【0022】したがって、圧電特性および信頼性のさら
に優れた積層型圧電セラミック素子を得ることが可能と
なる。
Therefore, it becomes possible to obtain a laminated piezoelectric ceramic element having more excellent piezoelectric characteristics and reliability.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の積層型圧電セラミ
ック素子の一例である積層型圧電アクチュエータの製造
方法について、実施例を用いて、実施の形態を詳細に説
明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the method for manufacturing a laminated piezoelectric actuator, which is an example of the laminated piezoelectric ceramic element of the present invention, will be described in detail below with reference to examples.

【0024】[実施例1]まず、出発原料として、Pb
34、TiO2、ZrO2、およびSrCO3を用意し
た。次いで、Pb0.98Sr0.02(Zr0.45Ti0.55)O
3となる圧電セラミック組成物が得られるように、上記
原料を秤量し、ボールミルにて湿式混合した。
[Example 1] First, Pb was used as a starting material.
3 O 4 , TiO 2 , ZrO 2 , and SrCO 3 were prepared. Then, Pb 0.98 Sr 0.02 (Zr 0.45 Ti 0.55 ) O
The above raw materials were weighed and wet mixed in a ball mill so that a piezoelectric ceramic composition of 3 was obtained.

【0025】さらに、上述の混合物を脱水、乾燥して、
800℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することにより、
仮焼粉末を得た。
Further, the above mixture is dehydrated and dried,
By calcining at a temperature of 800 ° C for 2 hours and crushing,
A calcined powder was obtained.

【0026】次いで、この仮焼粉末に、アクリル系有機
バインダー、有機溶剤、および可塑剤などの添加物を加
えて、ボールミルにて湿式混合して、スラリーを得た。
Next, additives such as an acrylic organic binder, an organic solvent, and a plasticizer were added to the calcined powder, and the mixture was wet-mixed with a ball mill to obtain a slurry.

【0027】このスラリーをドクターブレード法にて成
形し、約40μmの厚さのセラミックグリーンシートを
作製した。
This slurry was molded by the doctor blade method to prepare a ceramic green sheet having a thickness of about 40 μm.

【0028】このセラミックグリーンシート上に、Ag
/Pd=80重量%/20重量%の割合となる導体を含
有する導電性ペーストを、スクリーン印刷法により、焼
成後の厚みが1.0〜3.0μmとなるように塗布し、
乾燥させて、内部電極用の層が形成されたセラミックグ
リーンシートを得た。その後、このセラミックグリーン
シートを積み重ね、熱プレスにより圧着させて、一体化
させた積層体を得た。
On this ceramic green sheet, Ag
/ Pd = 80% by weight / 20% by weight of a conductive paste containing a conductor is applied by a screen printing method so that the thickness after firing is 1.0 to 3.0 μm,
It was dried to obtain a ceramic green sheet on which a layer for internal electrodes was formed. After that, the ceramic green sheets were stacked and pressed by hot pressing to obtain an integrated laminate.

【0029】次いで、この積層体をあらかじめ、約50
0℃の温度でバインダー成分を十分に除去させ、表1に
示す焼成プロファイルおよび焼成雰囲気を用いて、本焼
成と再焼成を行った。
Next, this laminated body is preliminarily subjected to about 50
The binder component was sufficiently removed at a temperature of 0 ° C., and the main firing and the re-baking were performed using the firing profile and firing atmosphere shown in Table 1.

【0030】なお、本焼成、再焼成はそれぞれ別の焼成
装置で実施し、本焼成、再焼成はともに、昇温速度は毎
分3℃、最高温度域での保持時間は2時間、および降温
速度は毎分4℃とした。
The main calcination and the re-calcination are carried out by different calcination apparatuses. In both the main calcination and the re-calcination, the temperature rising rate is 3 ° C. per minute, the holding time in the maximum temperature range is 2 hours, and the temperature is lowered. The rate was 4 ° C / min.

【0031】また、表1において、*印を付したもの
は、本発明の範囲外のものであり、それ以外はすべて本
発明の範囲内のものである。
Further, in Table 1, those marked with * are outside the scope of the present invention, and all other items are within the scope of the present invention.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】この再焼成後の積層体を、所定の大きさに
カットした後、外部電極を塗布、焼成にて形成して、内
部電極と電気的に接続させた、積層型圧電アクチュエー
タを得た。
The laminated body after re-baking was cut into a predetermined size, and then external electrodes were applied and baked to form electrically connected internal electrodes, thereby obtaining a laminated piezoelectric actuator. .

【0034】次に、60℃の絶縁オイル中で、4.0k
V/mmの直流電界を60分間印加して、分極処理を施
した。その後、120〜200℃の空気中で、30〜6
0分間、エージングして、図1に示すような目的とする
積層型圧電アクチュエータ10を得た。なお、図1にお
いて、11は内部電極、12は外部電極、13は圧電セ
ラミックをそれぞれ示す。
Then, in insulating oil at 60 ° C., 4.0 k
A DC electric field of V / mm was applied for 60 minutes to perform polarization treatment. Then, in air at 120 to 200 ° C, 30 to 6
After aging for 0 minutes, the intended laminated piezoelectric actuator 10 as shown in FIG. 1 was obtained. In FIG. 1, 11 is an internal electrode, 12 is an external electrode, and 13 is a piezoelectric ceramic.

【0035】これらの積層型圧電アクチュエータの圧電
歪定数|d31|、および圧電セラミックの電気抵抗率ρ
を求めた。その結果を表2に示した。
The piezoelectric strain constant | d 31 | of these laminated piezoelectric actuators and the electrical resistivity ρ of the piezoelectric ceramics
I asked. The results are shown in Table 2.

【0036】|d31|はレーザードップラー振動計にて
歪み量を測定し、31方向の圧電歪定数を算出して求め
た。また、ρはセラミック層を介した内部電極間にDC
50Vの電圧を30秒間印加した時の絶縁抵抗を測定
し、その絶縁抵抗に電極面積を乗じ、この値を内部電極
間のセラミック層厚みで割って求めた。
│d 31 │ was obtained by measuring the amount of strain with a laser Doppler vibrometer and calculating the piezoelectric strain constant in the 31 direction. Also, ρ is DC between the internal electrodes through the ceramic layer.
The insulation resistance when a voltage of 50 V was applied for 30 seconds was measured, the insulation resistance was multiplied by the electrode area, and this value was divided by the thickness of the ceramic layer between the internal electrodes.

【0037】|d31|は平均値(表では、AVE.と記
す。)と3σ(σは標準偏差を指す。)を示し、ρは平
均値を示す。
│d 31 │ represents an average value (in the table, referred to as AVE.) And 3σ (σ represents a standard deviation), and ρ represents an average value.

【0038】なお、表2において、*印を付したもの
は、本発明の範囲外のものであり、それ以外はすべて本
発明の範囲内のものである。
In Table 2, those marked with * are outside the scope of the present invention, and other than that are within the scope of the present invention.

【0039】[0039]

【表2】 [Table 2]

【0040】表1、2から明らかなように、本焼成の後
で、大気中、すなわち酸素濃度が約21%となる雰囲気
中で再焼成している試料番号4と比較して、酸素濃度が
それぞれ0.05体積%、1体積%、10体積%の各窒
素雰囲気中で再焼成している試料番号1、2、3によれ
ば、圧電セラミックの圧電歪定数d31、および電気抵抗
率ρは向上しており、d31の特性バラツキも低減してい
ることがわかる。
As is clear from Tables 1 and 2, the oxygen concentration was higher than that of sample No. 4 which was re-fired in the air, that is, in the atmosphere in which the oxygen concentration was about 21%, after the main firing. According to the sample numbers 1, 2, and 3 which are re-fired in respective nitrogen atmospheres of 0.05% by volume, 1% by volume, and 10% by volume, the piezoelectric strain constant d 31 and the electrical resistivity ρ of the piezoelectric ceramic are shown. It can be seen that is improved, and the characteristic variation of d 31 is also reduced.

【0041】これは、再焼成での雰囲気で、酸素濃度を
低くしたことに大きく起因していると考えられる。
It is considered that this is largely due to the fact that the oxygen concentration was lowered in the atmosphere for re-firing.

【0042】すなわち、焼成時に粒内に取り込まれてい
たAgが、再焼成プロセスで粒界に析出し、Agを取り
込むことで低下していた素子の圧電特性が改善されるた
めである。
That is, Ag that has been incorporated into the grains during firing is precipitated at the grain boundaries in the re-firing process, and the incorporation of Ag improves the piezoelectric characteristics of the element, which has been degraded.

【0043】以上の通り、焼成雰囲気の条件としては、
本焼成後の再焼成プロセスにおいて、酸素濃度が10体
積%以下の窒素雰囲気条件を満足させることにより、圧
電特性や絶縁性を向上させることができる。
As described above, the conditions for the firing atmosphere are:
In the re-firing process after the main firing, by satisfying the nitrogen atmosphere condition where the oxygen concentration is 10% by volume or less, it is possible to improve the piezoelectric characteristics and insulating properties.

【0044】[実施例2]まず、出発原料として、Pb
34、TiO2、ZrO2、Cr23、およびSb 23
用意した。次いで、97重量%のPb(Zr0.47Ti
0.53)O3に添加物として1重量%のCr23と2重量
%のSb23を含有する圧電セラミック組成物が得られ
るように、上記原料を秤量し、ボールミルにて湿式混合
した。 さらに、上述の混合物を脱水、乾燥して、80
0℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することにより、仮焼
粉末を得た。
Example 2 First, Pb was used as a starting material.
3OFour, TiO2, ZrO2, Cr2O3, And Sb 2O3To
I prepared. Then, 97% by weight of Pb (Zr0.47Ti
0.53) O31% by weight of Cr as an additive to2O3And 2 weight
% Sb2O3A piezoelectric ceramic composition containing
As above, weigh the above raw materials and wet mix them with a ball mill.
did. Further, the above mixture is dehydrated and dried to obtain 80
Calcination by calcination at 0 ° C for 2 hours and crushing
A powder was obtained.

【0045】次いで、この仮焼粉末に、アクリル系有機
バインダー、有機溶剤、および可塑剤などの添加物を加
えて、ボールミルにて湿式混合して、スラリーを得た。
Next, additives such as an acrylic organic binder, an organic solvent, and a plasticizer were added to this calcined powder, and the mixture was wet-mixed in a ball mill to obtain a slurry.

【0046】このスラリーをドクターブレード法にて成
形し、約80μmの厚さのグリーンシートを作製した。
This slurry was molded by the doctor blade method to prepare a green sheet having a thickness of about 80 μm.

【0047】このセラミックグリーンシート上に、Ag
/Pd=80重量%/20重量%の割合となる導体を含
有する導電性ペーストを、スクリーン印刷法により、焼
成後の厚みが1.0〜3.0μmとなるように塗布し、
乾燥させて、内部電極用の層が形成されたセラミックグ
リーンシートを得た。その後、このセラミックグリーン
シートを積み重ね、熱プレスにより圧着させて、一体化
させた積層体を得た。
On this ceramic green sheet, Ag
/ Pd = 80% by weight / 20% by weight of a conductive paste containing a conductor is applied by a screen printing method so that the thickness after firing is 1.0 to 3.0 μm,
It was dried to obtain a ceramic green sheet on which a layer for internal electrodes was formed. After that, the ceramic green sheets were stacked and pressed by hot pressing to obtain an integrated laminate.

【0048】次いで、この積層体をあらかじめ、約50
0℃の温度でバインダー成分を十分に除去させ、表3に
示す焼成プロファイルおよび焼成雰囲気を用いて、本焼
成と再焼成を行った。
Next, this laminated body is preliminarily subjected to about 50
The binder component was sufficiently removed at a temperature of 0 ° C., and the main firing and the re-baking were performed using the firing profile and firing atmosphere shown in Table 3.

【0049】なお、本焼成、再焼成はそれぞれ別の焼成
装置で実施し、本焼成、再焼成はともに、昇温速度は毎
分3℃、最高温度域での保持時間は2時間、および降温
速度は毎分4℃とした。
The main calcination and the re-calcination are carried out by different calcination apparatuses. In both the main calcination and the re-calcination, the temperature rising rate is 3 ° C. per minute, the holding time in the maximum temperature range is 2 hours, and the temperature is lowered. The rate was 4 ° C / min.

【0050】また、表3において、*印を付したのもの
は、本発明の範囲外のものであり、それ以外はすべて本
発明の範囲内のものである。
Further, in Table 3, those marked with * are outside the scope of the present invention, and other than that are within the scope of the present invention.

【0051】[0051]

【表3】 [Table 3]

【0052】この再焼成後の積層体を、所定の大きさに
カットした後、外部電極を塗布、焼成にて形成して、内
部電極と電気的に接続させた、積層型圧電アクチュエー
タを得た。
The laminated body after this re-baking was cut into a predetermined size, and then external electrodes were applied and baked to form an electrically connected internal electrode, thereby obtaining a laminated piezoelectric actuator. .

【0053】次に、60℃の絶縁オイル中で、4.0k
V/mmの直流電界を60分間印加して、分極処理を施
した。その後、120〜200℃の空気中で、30〜6
0分間、エージングして、実施例1と同様に、図1に示
すような目的とする積層型圧電アクチュエータ10を得
た。
Then, in insulating oil at 60 ° C., 4.0 k
A DC electric field of V / mm was applied for 60 minutes to perform polarization treatment. Then, in air at 120 to 200 ° C, 30 to 6
Aging was performed for 0 minutes to obtain a desired laminated piezoelectric actuator 10 as shown in FIG.

【0054】これらの積層型圧電アクチュエータの電気
機械結合係数K31、および機械的品質係数Qm31につい
ては、インピーダンスアナライザーにて測定した。
The electromechanical coupling coefficient K 31 and the mechanical quality coefficient Qm 31 of these laminated piezoelectric actuators were measured with an impedance analyzer.

【0055】また、ρはセラミック層を介した内部電極
間にDC50Vの電圧を30秒間印加した時の絶縁抵抗
を測定し、その絶縁抵抗に電極面積を乗じ、この値を内
部電極間のセラミック層厚みで割って求めた。
Further, ρ is measured by measuring the insulation resistance when a voltage of DC 50 V is applied for 30 seconds between the internal electrodes through the ceramic layers, multiplying the insulation resistance by the electrode area, and multiplying this value by the ceramic layer between the internal electrodes. Calculated by dividing by the thickness.

【0056】その結果を表4に示す。K31、Qm31、ρ
の値はいずれも平均値(表では、AVE.と記す。)を
示す。
The results are shown in Table 4. K 31 , Qm 31 , ρ
All of the values of 1 indicate the average value (in the table, referred to as AVE.).

【0057】なお、表4において、*印を付したのもの
は、本発明の範囲外のものであり、それ以外はすべて本
発明の範囲内のものである。
In Table 4, those marked with * are outside the scope of the present invention, and other than that are within the scope of the present invention.

【0058】[0058]

【表4】 [Table 4]

【0059】表3、4から明らかなように、本焼成の後
で、大気中、すなわち酸素濃度が約21%となる雰囲気
中で再焼成している試料番号8と比較して、酸素濃度が
それぞれ0.05体積%、1体積%、10体積%の各窒
素雰囲気中で再焼成している試料番号5、6、7によれ
ば、積層型圧電アクチュエータの電気機械結合係数
31、機械的品質係数Qm31、および圧電セラミックの
電気抵抗率ρはいずれも向上していることがわかる。
As is clear from Tables 3 and 4, after the main firing
In the atmosphere, that is, an atmosphere where the oxygen concentration is about 21%
Compared to sample No. 8 which is re-fired in
0.05% by volume, 1% by volume, and 10% by volume, respectively
According to sample Nos. 5, 6, and 7, which are re-fired in an elementary atmosphere
For example, the electromechanical coupling coefficient of laminated piezoelectric actuators
K 31, Mechanical quality factor Qm31, And piezoceramic
It can be seen that the electrical resistivity ρ is improved.

【0060】これは、再焼成での雰囲気で、酸素濃度を
低くしたことに大きく起因していると考えられる。
It is considered that this is largely due to the fact that the oxygen concentration was lowered in the atmosphere for re-firing.

【0061】すなわち、焼成時に粒内に取り込まれてい
たAgが、再焼成プロセスで粒界に析出し、Agを取り
込むことで低下していた素子の圧電特性が改善されるた
めである。
That is, Ag that has been incorporated into the grains during firing is precipitated at the grain boundaries in the re-firing process, and the reduced piezoelectric characteristics of the element are improved by incorporating Ag.

【0062】以上の通り、焼成雰囲気の条件としては、
本焼成後の再焼成プロセスにおいて、酸素濃度が10体
積%以下の窒素雰囲気条件を満足させることにより、圧
電特性や絶縁性を向上させることができる。
As described above, the conditions for the firing atmosphere are:
In the re-firing process after the main firing, by satisfying the nitrogen atmosphere condition where the oxygen concentration is 10% by volume or less, it is possible to improve the piezoelectric characteristics and insulating properties.

【0063】なお、前記実施例には積層型圧電アクチュ
エータの場合について示したが、勿論この場合に限定さ
れるものではなく、圧電効果を利用した圧電共振子、圧
電フィルタ、圧電ブザー、および圧電トランス等の積層
型圧電セラミック素子全般について適用できることは言
うまでもないことである。図3に本発明が適用され得る
インクジェット用の積層型圧電素子30の斜視図を示
す。31は圧電セラミック、32は内部電極、33は外
部電極を示す。
Although the above-mentioned embodiment shows the case of the laminated piezoelectric actuator, it is of course not limited to this case, and a piezoelectric resonator, a piezoelectric filter, a piezoelectric buzzer, and a piezoelectric transformer utilizing the piezoelectric effect. It goes without saying that the present invention can be applied to all laminated piezoelectric ceramic elements such as. FIG. 3 shows a perspective view of a laminated piezoelectric element 30 for an ink jet to which the present invention can be applied. Reference numeral 31 is a piezoelectric ceramic, 32 is an internal electrode, and 33 is an external electrode.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
積層型圧電セラミック素子の製造方法によれば、Agを
主成分とする合金を含む内部電極がセラミック層を介し
て形成された積層型圧電セラミック素子において、前記
セラミック層と前記内部電極を同時焼成させたものを、
さらに酸素濃度が10体積%以下の雰囲気中で再焼成す
ることにより、焼成時に粒内に取り込まれていたAg
が、再焼成プロセスで粒界に析出し、Agを取り込むこ
とで低下していた素子の圧電特性が改善されるため、圧
電特性を向上させ、高信頼性を十分確保することができ
る。したがって、圧電特性および信頼性のさらに優れた
積層型圧電セラミック素子を得ることが可能となる。
As is apparent from the above description, according to the method for manufacturing a laminated piezoelectric ceramic element of the present invention, a laminated structure in which internal electrodes containing an alloy containing Ag as a main component are formed via ceramic layers. Type piezoelectric ceramic element, in which the ceramic layer and the internal electrode are simultaneously fired,
Further, by re-baking in an atmosphere having an oxygen concentration of 10% by volume or less, the Ag taken in the particles at the time of baking
However, the piezoelectric characteristics of the element, which have been precipitated at the grain boundaries in the re-firing process and deteriorated by incorporating Ag, are improved, so that the piezoelectric characteristics can be improved and high reliability can be sufficiently ensured. Therefore, it becomes possible to obtain a laminated piezoelectric ceramic element having more excellent piezoelectric characteristics and reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る一実施例の積層型圧電アクチュエ
ータを示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a laminated piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す積層型圧電アクチュエータのa−b
方向における断面図である。
2 is a-b of the laminated piezoelectric actuator shown in FIG.
It is sectional drawing in a direction.

【図3】本発明が適用され得るインクジェット用の積層
型圧電素子の一例を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a laminated piezoelectric element for inkjet to which the present invention can be applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10.積層型圧電アクチュエータ 11.内部電極 12.外部電極 13.圧電セラミック 30.インクジェット用積層型圧電素子 31.圧電セラミック 32.内部電極 33.外部電極 10. Multilayer piezoelectric actuator 11. Internal electrode 12. External electrode 13. Piezoelectric ceramic 30. Multilayer piezoelectric element for inkjet 31. Piezoelectric ceramic 32. Internal electrode 33. External electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 41/24 H01L 41/22 A Fターム(参考) 4G031 AA05 AA11 AA12 AA16 AA31 AA32 BA10 CA03 GA08 GA09 GA17 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 41/24 H01L 41/22 AF term (reference) 4G031 AA05 AA11 AA12 AA16 AA31 AA32 BA10 CA03 GA08 GA09 GA17

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Pb元素の化合物を含有している圧電セ
ラミック材料のセラミックグリーンシート上に、Agを
主成分とする合金を含む導電性ペーストを塗布し、該セ
ラミックグリーンシートを積み重ねて積層体とする工程
と、該積層体を最初に焼成する工程と、該積層焼成体を
酸素濃度が10体積%以下の雰囲気中で再び焼成する工
程とを備えることを特徴とする、積層型圧電セラミック
素子の製造方法。
1. A ceramic green sheet of a piezoelectric ceramic material containing a compound of a Pb element is coated with a conductive paste containing an alloy containing Ag as a main component, and the ceramic green sheets are stacked to form a laminate. And a step of first firing the laminated body, and a step of firing the laminated fired body again in an atmosphere having an oxygen concentration of 10% by volume or less. Production method.
【請求項2】 前記酸素濃度が10体積%以下の雰囲気
は窒素を主成分とする雰囲気であることを特徴とする、
請求項1に記載の積層型圧電セラミック素子の製造方
法。
2. The atmosphere having an oxygen concentration of 10% by volume or less is an atmosphere containing nitrogen as a main component,
A method of manufacturing the multilayer piezoelectric ceramic element according to claim 1.
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