JP2006315286A - セラミックシートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】形状精度が高く、高品質であり、材料の歩留まりが良いセラミックシートの製造方法を提供すること。
【解決手段】セラミックシートの製造方法は、キャリアフィルム４上に、セラミック原料を含有してなるスラリーをスクリーン印刷する印刷工程を行う。該印刷工程は複数回行い、キャリアフィルム４上にスクリーン印刷する第１印刷工程では、上記セラミック原料を含有してなる高粘度の第１スラリー１１１をスクリーン印刷し、第１スラリー１１１上にスクリーン印刷する第２印刷工程では、第１スラリー１１１よりも粘度が低く、上記セラミック原料を含有してなる第２スラリー１１２をスクリーン印刷することが好ましい。
【選択図】図４

Description

本発明は、セラミック原料を含有してなるセラミックシートの製造方法に関する。

近年、自動車の燃費、排気ガス等の対策の面から、積層型圧電素子を用いた自動車の燃料噴射用インジェクタの開発が進められている。
上記積層型圧電素子は、圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体を有している。このセラミック積層体は、一般的に幅広で厚みの薄いセラミックシートを成形し、それに内部電極層となる電極材料等を印刷した後、所望の形状に打ち抜く。そして、これを複数枚積層して焼成することにより作製する（特許文献１〜６参照）。

また、上記積層型圧電素子は、過酷な条件の下での使用における変形やクラック等の不具合の発生を抑制し、さらに組み付けを容易とするために円形状、樽形状、多角形状、その他様々な形状のセラミックシートを用いてセラミック積層体を作製する。しかしながら、幅広のセラミックシートを所望の形状に打ち抜いて積層するため、材料のロスが多く発生してしまい、材料の歩留まりが悪いといった問題があった。

また、セラミックシートは、従来のドクターブレードやコーター等のシート成形機を用いて作製した場合、成形したセラミックシートに密度のばらつきが生じたり、含有したバインダーが不均一となったりする等の問題が生じていた。これにより、焼成時に変形や内部クラック等が発生するおそれや、作製した積層型圧電素子の品質低下につながるおそれがあった。

また、上記のような問題は、上述した積層型圧電素子に限らず、ガスセンサ素子等のセラミックシートを用いたものに同様に起こりうる。そのため、用途に限定されず、上記問題を解消しうるセラミックシートの開発が望まれていた。

特開平５−２９１６４１号公報 特開平６−２０９１２７号公報 特開平６−２１６４３０号公報 特開平７−１７６８０２号公報 特開平１０−２９００３１号公報 特開２００３−１７７７９号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、形状精度に優れ、高品質であり、材料の歩留まりが良いセラミックシートの製造方法を提供しようとするものである。

第１の発明は、セラミック原料を含有してなるセラミックシートを製造する方法において、
キャリアフィルム上に、上記セラミック原料を含有してなるスラリーをスクリーン印刷する印刷工程を行うことを特徴とするセラミックシートの製造方法にある（請求項１）。

本発明のセラミックシートの製造方法は、上記印刷工程を行うことによりセラミックシートを作製する。即ち、上記セラミック原料を含有してなるスラリーを、上記キャリアフィルム上に直接印刷する。このとき、上記のごとく、印刷方法としてスクリーン印刷を用いるので、印刷する形状を任意に設定することができる。そのため、最終的に得ようとするセラミックシートの形状そのもの、あるいはそれに近い形状を容易に選択することができる。それ故、所望の形状のセラミックシートを容易に作製することができる。
また、上記のごとく、印刷方法としてスクリーン印刷を用いることにより、上記スラリーを均一に印刷することができる。そのため、密度のばらつきが少ない高品質なセラミックシートを作製することができる。

また、上記印刷工程では、上記のごとく、得ようとするセラミックシートの形状そのもの、あるいはそれに近い形状で上記スラリーを印刷することができる。即ち、上記スラリーをセラミックシートの作製に必要な分量だけ印刷することができる。そのため、材料のロスをほとんど出さずに歩留まり良くセラミックシートを作製することができる。これにより、セラミックシートの製造における材料コストの削減や生産効率の向上が可能である。

なお、作製するセラミックシートの形状に極めて高い精度が要求される場合には、作製するセラミックシートの形状よりも少し大きめに上記スラリーを印刷し、その後、所望の形状に打ち抜いてセラミックシートを作製すればよい。この場合には、より形状精度に優れたセラミックシートを作製することができる。また、材料コストの削減や生産効率の向上も充分に図ることができる。

このように、本発明によれば、形状精度に優れ、高品質であり、材料の歩留まりが良いセラミックシートの製造方法を提供することができる。

第２の発明は、上記第１の発明のセラミックシートの製造方法により作製したことを特徴とするセラミックシートにある（請求項７）。

本発明のセラミックシートは、上記第１の発明のセラミックシートの製造方法、即ち、上記セラミック原料を含有してなるスラリーを、上記キャリアフィルム上に直接スクリーン印刷することにより作製したものである。そのため、上記セラミックシートは、形状精度に優れた高品質なシートとなる。また、上記セラミックシートは材料の歩留まりが良いため、材料コストの削減や生産効率の向上を図ることができる。

第３の発明は、圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体を製造する方法において、
上記第１の発明のセラミックシートの製造方法により上記圧電層となるセラミックシートを形成するシート形成工程と、
上記セラミックシート上に上記内部電極層となる電極材料を印刷する電極印刷工程と、
上記セラミックシートを積層して中間積層体を形成する中間積層体形成工程と、
上記中間積層体を焼成してセラミック積層体を形成する焼成工程とを含むことを特徴とするセラミック積層体の製造方法にある（請求項８）。

本発明のセラミック積層体の製造方法は、上記シート形成工程において、上記第１の発明のセラミックシートの製造方法、即ち、上記セラミック原料を含有してなるスラリーを、上記キャリアフィルム上に直接スクリーン印刷することによりセラミックシートを形成する。形成された上記セラミックシートは、形状精度に優れた高品質なシートであるため、これを用いて得られるセラミック積層体も、形状精度に優れた高品質なものとなる。また、上記セラミックシートは材料の歩留まりが良いため、セラミック積層体の製造における材料コストの削減や生産効率の向上を実現することができる。

第４の発明は、上記第３の発明のセラミック積層体の製造方法により作製したことを特徴とするセラミック積層体にある（請求項９）。

本発明のセラミック積層体は、上記第３の発明のセラミック積層体の製造方法、即ち、上記第１の発明のセラミックシートの製造方法により形成したセラミックシートを用いて構成されたものである。上記セラミックシートは、上記セラミック原料を含有してなるスラリーを、上記キャリアフィルム上に直接スクリーン印刷することにより形成されたものであり、形状精度に優れた高品質なシートである。そのため、これを用いて構成される上記セラミック積層体も、形状精度に優れた高品質なものとなる。また、上記セラミックシートは材料の歩留まりが良いため、上記セラミックシートを用いて構成される上記セラミック積層体は、材料コストの削減や生産効率の向上を図ることができる。

また、上記セラミック積層体を圧電アクチュエータ等に適用される積層型圧電素子に用いた場合、高出力を実現することができ、優れた耐久性及び信頼性を有する高性能な積層型圧電素子となる。即ち、圧電変位を生じる上記圧電層は、形状精度に優れた高品質な上記セラミックシートにより形成されるため、圧電変位によって高出力を得ることができ、繰り返しの作動に対する耐久性及び信頼性を向上させることができる。

第１の発明において、上記印刷工程は複数回行い、上記キャリアフィルム上にスクリーン印刷する第１印刷工程では、上記セラミック原料を含有してなる高粘度の第１スラリーをスクリーン印刷し、上記第１スラリーの上にスクリーン印刷する第２印刷工程では、上記第１スラリーよりも粘度が低く、上記セラミック原料を含有してなる第２スラリーをスクリーン印刷することが好ましい（請求項２）。

この場合には、上記第１スラリーは高粘度であるため、上記キャリアフィルム上に印刷した場合でも、印刷時の形状を維持することができる。そのため、より形状精度に優れたセラミックシートを作製することができる。また、印刷した高粘度の上記第１スラリー上に、該第１スラリーよりも粘度が低い上記第２スラリーを印刷することにより、上記第１スラリーの印刷面の凹凸を上記第２スラリーによって平滑にすることができる。そのため、表面精度に優れたセラミックシートを作製することができる。

また、上記第１スラリーの粘度をＡ、上記第２スラリーの粘度をＢとしたとき、Ａ／Ｂは１．５以上であることが好ましい（請求項３）。
この場合には、高粘度の上記第１スラリーの印刷面の凹凸を上記第２スラリーによって平滑にする効果をより充分に得ることができる。

また、上記第１スラリーの粘度は、７００００〜１０００００ｍＰａ・ｓであることが好ましい（請求項４）。
上記第１スラリーの粘度が７００００ｍＰａ・ｓよりも低い場合には、上記キャリアフィルム上にスクリーン印刷された上記第１スラリーは、印刷時の形状を維持することができないおそれがある。そのため、得られるセラミックシートの形状精度が低下するおそれがある。一方、上記第１スラリーの粘度が１０００００ｍＰａ・ｓよりも高い場合には、上記第１スラリーの印刷面の凹凸が大きくなり、その印刷面の凹凸を上記第２スラリーによって平滑にする効果を充分に得ることができないおそれがある。そのため、得られるセラミックシートの表面精度が低下するおそれがある。

また、上記第２スラリーの粘度は、１００００〜５００００ｍＰａ・ｓであることが好ましい（請求項５）。
上記第２スラリーの粘度が１００００ｍＰａ・ｓよりも低い場合には、１回で印刷される上記第２スラリーの厚みが低減し、所望の厚みのセラミックシートを得るために必要な印刷回数が増加するおそれがある。一方、上記第２スラリーの粘度が５００００ｍＰａ・ｓよりも高い場合には、上記第１スラリーの印刷面の凹凸を上記第２スラリーによって平滑にする効果を充分に得ることができないおそれがある。

また、上記キャリアフィルムは、基材層と該基材層の表面にシリコン又はテフロン（登録商標）をコーティングしてなるコート層とより構成されていることが好ましい（請求項６）。
上記キャリアフィルムとしては、作製するセラミックシートが接着することなく剥がれる剥離性を表面に付与したフィルムを用いることが好ましい。この剥離性を有するキャリアフィルムとしては、種々のものを採用することができるが、特に上記のごとく、基材層と該基材層の表面にシリコン又はテフロン（登録商標）をコーティングしてなるコート層とより構成されているものを用いることが好ましい。この場合には、上記キャリアフィルムは非常に優れた剥離性を有するものとなり、作製したセラミックシートを上記キャリアフィルムから容易に剥がすことができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるセラミックシートの製造方法について、図１〜図６を用いて説明する。
本例の製造方法は、図１〜図６に示すごとく、セラミック原料を含有してなるセラミックシート１１０を製造する方法であり、キャリアフィルム４上に、セラミック原料を含有してなるスラリー１１１、１１２をスクリーン印刷する印刷工程を行う。

また、本例では、第１印刷工程と第２印刷工程とを含む印刷工程を複数回行う。
第１印刷工程は、キャリアフィルム４上に、セラミック原料を含有してなる高粘度の第１スラリー１１１をスクリーン印刷する工程である。
第２印刷工程は、第１スラリー１１１上に、第１スラリー１１１よりも粘度が低く、セラミック原料を含有してなる第２スラリー１１２をスクリーン印刷する工程である。
以下、これを詳説する。

まず、本例で用いたキャリアフィルムについて説明する。
図１に示すごとく、キャリアフィルム４は、ポリエチレンよりなる基材層４１と、基材層４１の表面にシリコンをコーティングしてなり、剥離性を有するコート層４２とより構成されている。つまり、本例のキャリアフィルム４は、作製するセラミックシートが接着することなく剥がれる剥離性を表面に付与したフィルムとなっている。
なお、上記以外にも、基材層４１としては、ポリプロピレン等、剥離性を有するコート層４２としては、テフロン（登録商標）等を用いることができる。

次に、第１印刷工程においてキャリアフィルム上にスクリーン印刷するための第１スラリーと、第２印刷工程において第１スラリー上にスクリーン印刷するための第２スラリーとを準備する。
第１スラリーは、セラミック原料としてのジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）粉末を仮焼する。そして、仮焼粉に純水、分散剤を加えてスラリー状とし、パールミルにより湿式粉砕する。この粉砕物を乾燥、粉脱脂して得られた平均粒径０．５２μｍのＰＺＴ粉末１００重量％に対して、分散剤としてのＳＰＡＮ８５（和光純薬社製）を１．２０重量％、バインダーとしてのＰＶＢ（電気化学社製）を３．７５重量％、可塑剤としてのＢＢＰ（和光純薬社製）を４．５０重量％、油脂としてのテレピネ（和光純薬社製）を７．００重量％、その他溶剤等を添加して混合し、真空装置内で撹拌機により撹拌する。これにより、高粘度の第１スラリーが得られる。

第２スラリーは、第１スラリーと同様に、セラミック原料としてのジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）粉末を仮焼する。そして、仮焼粉に純水、分散剤を加えてスラリー状とし、パールミルにより湿式粉砕する。この粉砕物を乾燥、粉脱脂して得られた平均粒径０．５２μｍのＰＺＴ粉末１００重量％に対して、分散剤としてのＳＰＡＮ８５を１．２０重量％、バインダーとしてのＰＶＢを３．７５重量％、可塑剤としてのＢＢＰを４．５０重量％、油脂としてのテレピネを２１．００重量％、その他溶剤等を添加して混合し、真空装置内で撹拌機により撹拌する。これにより、高粘度の第１スラリーよりも粘度の低い第２スラリーが得られる。

本例の第１スラリーの粘度は８７０００ｍＰａ・ｓ、第２スラリーの粘度は３１０００ｍＰａ・ｓである。第１スラリー及び第２スラリーの粘度は、混合する材料の配合を変えることにより、調整することができる。
なお、第１スラリー及び第２スラリーの粘度は、Ｅ型粘度計（ＨＡＡＫＥ社製）を用いて、温度３０℃、せん断速度２０（１／ｓ）の条件で測定を行ったものである。

次に、キャリアフィルム上に第１スラリーをスクリーン印刷する第１印刷工程を行う。
図２に示すごとく、高粘度の第１スラリー１１１を、キャリアフィルム４上に直接スクリーン印刷する。このとき、第１スラリー１１１は、最終的に得ようとするセラミックシートの形状そのもの、あるいはそれに近い形状で印刷する。印刷した第１スラリー１１１は、上記に示した粘度であるため、剥離性を有するキャリアフィルム４のコート層４２表面にはじかれることなく、印刷時の形状を維持することができる。その後、第１スラリー１１１を乾燥させる。
なお、本例では、図２に示すごとく、第１スラリー１１１を樽形状に印刷したが、得ようとするセラミックシートの形状に合わせて、その他の様々な形状で印刷することができる。

次に、第１スラリー上に第２スラリーをスクリーン印刷する第２印刷工程を行う。
図３に示すごとく、第１印刷工程においてキャリアフィルム４上に印刷した高粘度の第１スラリー１１１の上に、第１スラリー１１１よりも粘度の低い第２スラリー１１２をスクリーン印刷する。第２スラリー１１２は、印刷した第１スラリー１１１と同じ形状で印刷する。その後、第２スラリー１１２を乾燥させる。このとき、第２スラリー１１２は、第１スラリー１１１よりも粘度が低く、また第２スラリー１１２に含有されている溶剤が乾燥した第１スラリー１１１の印刷面に吸着されながら乾燥するため、第１スラリー１１１の印刷面の凹凸を第２スラリー１１２によって平滑にすることができる。

また、本例では、厚み１００μｍのセラミックシートを得るために、第１印刷工程の後、第２印刷工程を計６回行う。即ち、図４に示すごとく、第１スラリー１１１を印刷後、第２スラリー１１２を計６回印刷する。なお、得ようとするセラミックシートの厚みによって、第１印刷工程及び第２印刷工程の印刷回数等を様々に変えることができる。
そして、図５に示すごとく、キャリアフィルム４上に厚み１００μｍのセラミックシート１１０が得られる。

最後に、セラミックシート１１０をキャリアフィルム４から剥がし、図６に示すごとく、セラミックシート１１０を完成させた。
キャリアフィルム４は、作製するセラミックシート１１０が接着することなく剥がれる剥離性を表面に付与したフィルムであるため、作製したセラミックシート１１０は、キャリアフィルム４から容易に剥がすことができる。

次に、本例のセラミックシート１１０の製造方法における作用効果について説明する。
本例のセラミックシート１１０の製造方法は、第１印刷工程と第２印刷工程とを含む印刷工程を複数回行うことによってセラミックシート１１０を作製する。そして、第１印刷工程において、セラミック原料を含有してなる高粘度の第１スラリー１１１をキャリアフィルム４上に直接印刷する。その後、第２印刷工程において、第１スラリー１１１よりも粘度が低く、セラミック原料を含有してなる第２スラリー１１２を第１スラリー１１１上に印刷する。
このとき、印刷方法としてスクリーン印刷を用いるので、印刷する形状を任意に設定することができる。そのため、最終的に得ようとするセラミックシート１１０の形状そのもの、あるいはそれに近い形状を容易に選択することができる。それ故、所望の形状のセラミックシート１１０を容易に作製することができる。

また、上記のごとく、印刷方法としてスクリーン印刷を用いることにより、第１スラリー１１１及び第２スラリー１１２を均一に印刷することができる。そのため、密度のばらつきが少ない高品質なセラミックシート１１０を作製することができる。
また、上記第１印刷工程及び上記第２印刷工程では、上記のごとく、得ようとするセラミックシート１１０の形状そのもの、あるいはそれに近い形状で第１スラリー１１１及び第２スラリー１１２を印刷することができる。即ち、第１スラリー１１１及び第２スラリー１１２をセラミックシート１１０の作製に必要な分量だけ印刷することができる。そのため、材料のロスをほとんど出さずに歩留まり良くセラミックシート１１０を作製することができる。これにより、セラミックシート１１０の製造における材料コストの削減や生産効率の向上が可能である。

なお、作製するセラミックシート１１０の形状に極めて高い精度が要求される場合には、得ようとするセラミックシート１１０の形状よりも少し大きめに第１スラリー１１１及び第２スラリー１１２を印刷し、その後、所望の形状に打ち抜いてセラミックシート１１０を作製すればよい。この場合には、より形状精度に優れたセラミックシート１１０を作製することができる。また、材料コストの削減や生産効率の向上も充分に図ることができる。

また、本例において、第１スラリー１１１は高粘度であるため、キャリアフィルム４上に印刷した場合でも、印刷時の形状を維持することができる。そのため、より形状精度に優れたセラミックシート１１０を作製することができる。
また、高粘度の第１スラリー１１１上に、第１スラリー１１１よりも粘度が低い第２スラリー１１２を印刷することにより、第１スラリー１１１の印刷面の凹凸を第２スラリー１１２によって平滑にすることができる。そのため、表面精度に優れたセラミックシート１１０を作製することができる。

また、第１スラリー１１１の粘度をＡ、第２スラリー１１２の粘度をＢとしたとき、Ａ／Ｂは１．５以上である。そのため、高粘度の第１スラリー１１１の印刷面の凹凸を第２スラリー１１２によって平滑にする効果を充分に得ることができる。
また、第１スラリー１１１の粘度は、８７０００ｍＰａ・ｓである。そのため、キャリアフィルム４上にスクリーン印刷された第１スラリー１１１は、印刷時の形状を充分に維持することができる。また、第１スラリー１１１の印刷面の凹凸が大きくなるおそれも少なく、その印刷面を第２スラリー１１２によって充分に平滑にすることができる。
また、第２スラリー１１２の粘度は、３１０００ｍＰａ・ｓである。そのため、高粘度の第１スラリー１１１の印刷面の凹凸を第２スラリー１１２によって平滑にする効果をより充分に得ることができる。

また、キャリアフィルム４は、基材層４１と基材層４１の表面にシリコンをコーティングしてなるコート層４２とより構成されている。そのため、キャリアフィルム４は非常に優れた剥離性を有するものとなり、作製したセラミックシート１１０をキャリアフィルム４から容易に剥がすことができる。

このように、本例によれば、形状精度に優れ、高品質であり、材料の歩留まりが良い高品質なセラミックシートの製造方法を提供することができる。

なお、本例では、セラミック原料としてＰＺＴを用いたが、それ以外の様々なセラミック原料を用いてセラミックシート１１０を作製することができる。
また、樽形状のセラミックシート１１０を作製したが、第１スラリー１１１及び第２スラリー１１２の印刷形状を変えることにより、円形状、楕円形状、四角形状（図７）、八角形状（図８）、その他の様々な形状のセラミックシート１１０を作製することができる。
また、第１スラリー１１１及び第２スラリー１１２をスクリーン印刷方法により印刷を行ったが、その他にもインクジェット等の印刷方法を用いて印刷することもできる。

また、図９に示すごとく、長尺状のキャリアフィルム４上に第１スラリー１１１及び第２スラリー１１２を連続的に多数の場所にスクリーン印刷することにより、多数枚のセラミックシート１１０を連続的に効率よく作製することができる。
また、複数回の印刷工程を行ってセラミックシート１１０を作製する場合、第１印刷工程において、第１スラリー１１１を作製するセラミックシート１１０の形状よりも少し大きめに印刷することもできる。この場合には、印刷した第１スラリー１１１とキャリアフィルム４との間の保持力を高め、乾燥した第１スラリー１１１の剥がれを抑制する効果をより向上させることができる。

（実施例２）
本例は、実施例１のセラミックシートの製造方法によりセラミックシートを作製し、そのセラミックシートを用いて、圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体を作製した例である。さらに、本例では、このセラミック積層体を用いて積層型圧電素子を作製した。

本例のセラミック積層体１０の製造方法は、図１０〜図１２に示すごとく、シート形成工程、電極印刷工程、中間積層体形成工程、及び焼成工程を含む。
シート形成工程は、実施例１のセラミックシートの製造方法により圧電層１１となるセラミックシート１１０を形成する工程である。
電極印刷工程は、セラミックシート１１０上に内部電極層２１、２２となる電極材料２００を印刷する工程である。
中間積層体形成工程は、セラミックシート１１０を積層して中間積層体１００を形成する工程である。
焼成工程は、中間積層体１００を焼成してセラミック積層体１０を形成する工程である。
以下、これを詳説する。

まず、シート形成工程を行う。
実施例１のセラミックシートの製造方法により、図５に示すごとく、圧電材料となるセラミック原料としてのジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を含有してなるセラミックシート１１０を形成する。このとき、セラミックシート１１０は、キャリアフィルム４から剥がさず、キャリアフィルム４上に形成したままにしておく。なお、本例のセラミックシート１１０の厚みは、１００μｍである。

次に、電極印刷工程を行う。
図１０に示すごとく、セラミックシート１１０上において、内部電極層を形成する部分に電極材料２００を印刷する。なお、本例では、電極材料２００として、ペースト状のＡｇ／Ｐｄ合金を用いた。また、上記以外にも、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ等の単体、Ｃｕ／Ｎｉ等の合金を用いることができる。

そして、同図に示すごとく、電極材料２００を印刷した部分と他の部分との印刷高さを略一致させるため、電極材料２００が印刷されていない部分に、セラミックシート１１０と同材料で構成したスラリーよりなるスペーサ層１１３を電極材料２００と同じ厚みで印刷する。さらに、印刷した電極材料２００及びスペーサ層１１３の上に、セラミックシート１１０と同材料で構成したスラリーよりなる接着層１１４を印刷する。

次に、中間積層体形成工程を行う。
図１１に示すごとく、電極材料２００、スペーサ層１１３、及び接着層１１４の印刷を施し、キャリアフィルム４から剥がしたセラミックシート１１０を複数枚積層し、中間積層体１００を形成する。このとき、印刷したスペーサ層１１３の向きが交互に逆方向となるようにセラミックシート１１０を積層する。また、中間積層体１００の上下端には、電極材料２００、スペーサ層１１３、及び接着層１１４の印刷を施していないダミー層用のセラミックシート１１０を配置しておく。

次に、焼成工程を行う。
中間積層体１００を加熱して脱脂した後、焼成を行う。焼成条件は、１０６０℃まで１２時間かけて徐々に昇温し、２時間保持した後、炉内で徐々に冷却する。
これにより、図１２に示すごとく、圧電層１１と内部電極層２１、２２とを交互に積層してなるセラミック積層体１０を得る。セラミック積層体１０は、相互に対面する一対の側面１０１、１０２を形成してなる断面樽形状を呈している。また、セラミック積層体１０の上下端には、圧電変位を生じないダミー層１９が形成されている。

また、同図に示すごとく、セラミック積層体１０は、内部電極層２１、２２の端部の一部がセラミック積層体１０の外周面に露出せずに内部に控えさせた部分電極構造（電極控え構造）を有している。つまり、本例において、セラミック積層体１０の側面１０１では、第１内部電極層２１の端部は露出され、第２内部電極層２２の端部は電極控え部２９によってセラミック積層体１０の内部に控えた状態となっている。一方、側面１０２では、第２内部電極層２２の端部は露出され、第１内部電極層２１の端部は電極控え部２９によってセラミック積層体１０の内部に控えた状態となっている。

さらに、本例では、このセラミック積層体１０を用いて、図１３〜図１５に示すごとく、圧電アクチュエータ等に適用される積層型圧電素子１を作製する。
焼成工程後、図１３に示すごとく、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２上に、導電性接着剤３１を塗布する。そして、図１４に示すごとく、導電性接着剤３１上に外部電極３２を配置した後、導電性接着剤３１を加熱硬化させ、外部電極３２を接合する。
最後に、セラミック積層体１０の側面全周を、絶縁樹脂よりなるモールド材３３によってモールドし、図１５の積層型圧電素子１を完成させた。

なお、本例において、導電性接着剤３１としては、絶縁樹脂としてのエポキシ樹脂に導電性フィラーとしてのＡｇを分散させたものを用いた。また、絶縁樹脂としては、上記以外にも、シリコン、ウレタン、ポリイミド等の各種樹脂を用いることができる。また、導電性フィラーとしては、上記以外にも、Ｃｕ、Ｎｉ等を用いることができる。
また、外部電極３２としては、金属板を加工したメッシュ状のエキスパンダメタルを用いた。また、上記以外にも、パンチングメタル等を用いることができる。
また、モールド材３３としては、シリコン樹脂を用いた。

図１５に示すごとく、積層型圧電素子１は、セラミック積層体１０の側面１０１において、第１内部電極層２１と導電性接着剤３１とが接触し、側面１０２において、第２内部電極層２２と導電性接着剤３１とが接触し、電気的な導通性を確保している。
また、セラミック積層体１０は、電極控え部２９によって、第１内部電極層２１及び第２内部電極層２２と導電性接着剤３１との間の電気的な絶縁性を確保している。
また、セラミック積層体１０は、その側面全周を絶縁樹脂よりなるモールド材３３によってモールドされているため、外部との電気的な絶縁性を確保している。

次に、本例のセラミック積層体１０の製造方法における作用効果について説明する。
本例のセラミック積層体１０の製造方法は、シート形成工程において、実施例１のセラミックシートの製造方法、即ち、高粘度の第１スラリーをキャリアフィルム上に直接スクリーン印刷する第１印刷工程と、第１スラリーよりも粘度が低い第２スラリーを第１スラリー上にスクリーン印刷する第２印刷工程とを行うことによりセラミックシート１１０を形成する。形成されたセラミックシート１１０は、形状精度に優れ、密度のばらつきが少ない高品質なシートであるため、これを用いて得られるセラミック積層体１０も、形状精度に優れた高品質なものとなる。また、セラミックシート１１０は材料の歩留まりが良いため、セラミック積層体１０の製造における材料コストの削減や生産効率の向上を実現することができる。

また、本例のように、作製したセラミック積層体１０を圧電アクチュエータ等に適用される積層型圧電素子１に用いた場合、高出力を実現することができ、優れた耐久性・信頼性を有する高性能な積層型圧電素子１となる。即ち、圧電変位を生じる圧電層１１は、上記の形状精度に優れた高品質なセラミックシート１１０により形成されるため、圧電変位によって高出力を得ることができ、繰り返しの作動に対する耐久性及び信頼性を向上させることができる。

なお、本例において、セラミック積層体１０は、内部電極層２１、２２の端部の一部が外周面に露出せずに内部に控えさせた部分電極構造（電極控え構造）を有しているが、内部電極層２１、２２の端部の全てを外周面に露出させた全面電極構造を採用してもよい（図１６）。ただし、全面電極構造のセラミック積層体１０を積層型圧電素子１に用いるためには、内部電極層２１、２２の一方の端部に絶縁構造を施す必要がある。
また、セラミック積層体１０の側面には、圧電変位によって生じる応力を緩和するためのスリット部１８を設けることもできる（図１７）。スリット部１８は、一対の側面１０１、１０２に設けてもよいし、側面全周に設けてもよい。また、上記以外にも様々な位置に設けることができる。

（実施例３）
本例は、実施例２の積層型圧電素子１をインジェクタ６の圧電アクチュエータとして用いた例である。
本例のインジェクタ６は、図１８に示すごとく、ディーゼルエンジンのコモンレール噴射システムに適用したものである。
このインジェクタ６は、同図に示すごとく、駆動部としての上記積層型圧電素子１が収容される上部ハウジング６２と、その下端に固定され、内部に噴射ノズル部６４が形成される下部ハウジング６３を有している。

上部ハウジング６２は略円柱状で、中心軸に対し偏心する縦穴６２１内に、積層型圧電素子１が挿通固定されている。縦穴６２１の側方には、高圧燃料通路６２２が平行に設けられ、その上端部は、上部ハウジング６２上側部に突出する燃料導入管６２３内を経て外部のコモンレール（図略）に連通している。

上部ハウジング６２上側部には、また、ドレーン通路６２４に連通する燃料導出管６２５が突設し、燃料導出管６２５から流出する燃料は、燃料タンク（図略）へ戻される。ドレーン通路６２４は、縦穴６２１と駆動部（圧電素子）１との間の隙間６０を経由し、さらに、この隙間６０から上下ハウジング６２、６３内を下方に延びる図示しない通路によって後述する三方弁６５１に連通している。

噴射ノズル部６４は、ピストンボデー６３１内を上下方向に摺動するノズルニードル６４１と、ノズルニードル６４１によって開閉されて燃料溜まり６４２から供給される高圧燃料をエンジンの各気筒に噴射する噴孔６４３を備えている。燃料溜まり６４２は、ノズルニードル６４１の中間部周りに設けられ、上記高圧燃料通路６２２の下端部がここに開口している。ノズルニードル６４１は、燃料溜まり６４２から開弁方向の燃料圧を受けるとともに、上端面に面して設けた背圧室６４４から閉弁方向の燃料圧を受けており、背圧室６４４の圧力が降下すると、ノズルニードル６４１がリフトして、噴孔６４３が開放され、燃料噴射がなされる。

背圧室６４４の圧力は三方弁６５１によって増減される。三方弁６５１は、背圧室６４４と高圧燃料通路６２２、またはドレーン通路６２４と選択的に連通させる構成である。ここでは、高圧燃料通路６２２またはドレーン通路６２４へ連通するポートを開閉するボール状の弁体を有している。この弁体は、上記駆動部１により、その下方に配設される大径ピストン６５２、油圧室６５３、小径ピストン６５４を介して、駆動される。

そして、本例においては、上記構成のインジェクタ６における駆動源として、実施例２で示した積層型圧電素子１を用いている。この積層型圧電素子１は、上記のごとく、高出力を実現することができ、優れた耐久性・信頼性を有するものである。そのため、高温雰囲気下という過酷な状態で使用されるインジェクタ６においても、作動時のクラックや剥離等の発生を抑制し、耐久性を向上させることができる。そして、インジェクタ６全体の性能向上及び信頼性向上を図ることができる。

（実施例４）
本例は、実施例１のセラミックシートの製造方法によりセラミックシートを作製し、そのセラミックシートを用いて、ガスセンサに内蔵されるガスセンサ素子を作製した例である。
ガスセンサ素子とは、自動車エンジンの排気管等に設置され、ＮＯ_X等の特定ガス濃度の検知を行うガスセンサに内蔵して用いられるものである。

本例のガスセンサ素子７は、図１９、図２０に示すごとく、酸素ポンプセル７２を形成する固体電解質体７１３と、酸素モニタセル７３、センサセル７４を形成する固体電解質体７１１と、被測定ガス室８２０を形成するスペーサ７１２と、基準ガス室８４０、８６０を形成するスペーサ７１４、７６１、７６２と、ガスセンサ素子７に一体的に設けた酸素ポンプセル７２、酸素モニタセル７３、センサセル７４を活性温度に加熱するヒータ７９とを順次積層して構成する。

また、同図に示すごとく、酸素ポンプセル７２は、固体電解質体７１３と固体電解質体７１３を挟むように対向配置した一対のポンプ電極７２１、７２２とより構成される。また、酸素モニタセル７３は、固体電解質体７１１と固体電解質体７１１を挟むように対向配置した一対のモニタ電極７３１、７３２とより構成される。また、センサセル７４は、固体電解質体７１１と固体電解質体７１１を挟むように対向配置した一対のセンサ電極７４１、７４２とより構成される。

また、同図に示すごとく、固体電解質体７１１は多孔質アルミナからなる多孔質保護層７１７で覆われる。また、酸素ポンプセル７２のポンプ電極７２１は多孔質のアルミナを含有する被覆層７５１によって、酸素モニタセル７３、センサセル７４のモニタ電極７３２、センサ電極７４２は多孔質アルミナを含有する被覆層７５２によってそれぞれ覆われている。
また、ヒータ７９は、アルミナ製のヒータシート７９１の上面に通電により発熱する発熱体７９０、リード７９５をパターニング形成し、この発熱体７９１の上面でスペーサ７１４と対面する側に、絶縁用のアルミナ製被覆シート７９２を積層している。

また、同図に示すごとく、ポンプ電極７２１、７２２、モニタ電極７３１、７３２、センサ電極７４１、７４２のそれぞれには、電気信号を取り出すためのリード８２１、８２２、８３１、８３２、８４１、８４２が一体的に設けてある。
また、固体電解質体１１には内部端子８３５、８４５が設けてある。また、スペーサ７６２には外部端子８３３、８３４、８４３、８４４が設けてあり、ヒータシート７９１には外部端子７９４、８９１、８９２が設けてある。

上記構成のガスセンサ素子７は、固体電解質体７１１、７１３、スペーサ７１２、７１４、７６１、７６２、ヒータシート７９１、被覆シート７９２用のセラミックシートを作製し、それぞれのセラミックシートに対して、ポンプ電極７２１、７２２、モニタ電極７３１、７３２、センサ電極７４１、７４２、リード７９５、８２１、８２２、８３１、８３２、８４１、８４２、内部端子８３５、８４５、外部端子７９４、８９１、８９２、８３３、８３４、８４３、８４４をスクリーン印刷する。その後、各セラミックシートを積層し、これを焼成することによってガスセンサ素子７を得る。
本例では、上記の固体電解質体７１１、７１３、スペーサ７１２、７１４、７６１、７６２、ヒータシート７９１、被覆シート７９２用のセラミックシートを実施例１のセラミックシートの製造方法により作製し、これらを用いてガスセンサ素子７を作製した。

この場合には、実施例１のセラミックシートの製造方法、即ち、高粘度の第１スラリーをキャリアフィルム上に直接スクリーン印刷する第１印刷工程と、第１スラリーよりも粘度が低い第２スラリーを第１スラリー上にスクリーン印刷する第２印刷工程とを行うことによりセラミックシートを作製する。そのため、得られるセラミックシートは、形状精度に優れ、密度のばらつきが少ない高品質なシートとなる。そして、これらのセラミックシートを用いて作製されるガスセンサ素子７は形状精度に優れた高性能なものとなる。
特に、本例のガスセンサ素子のように複雑な形状のセラミックシートが必要な場合には、実施例１のセラミックシートの製造方法を用いてセラミックシートを作製することが有効となる。

また、材料のロスをほとんど出さずに歩留まり良くセラミックシートを作製することができるため、各セラミックシートの作製における材料コストの削減や生産効率の向上が可能である。これにより、ガスセンサ素子７の製造における材料コストの削減や生産効率の向上が可能となる。
なお、作製するセラミックシートの形状に極めて高い精度が要求される場合には、得ようとするセラミックシートの形状よりも少し大きめのセラミックシートを作製した後、所望の形状に打ち抜けばよい。この場合には、より形状精度に優れたセラミックシートを作製することができる。また、材料コストの削減や生産効率の向上も充分に図ることができる。

実施例１における、キャリアフィルムを示す説明図。 実施例１における、キャリアフィルム上に第１スラリーを印刷する工程を示す説明図。 実施例１における、第１スラリー上に第２スラリーを印刷する工程を示す説明図。 実施例１における、第２スラリーを繰り返し印刷する工程を示す説明図。 実施例１における、キャリアフィルム上に作製したセラミックシートを示す説明図。 実施例１における、セラミックシートを示す説明図。 実施例１における、その他の形状のセラミックシートを示す説明図。 実施例１における、その他の形状のセラミックシートを示す説明図。 実施例１における、多数のセラミックシートを作製する工程を示す説明図。 実施例２における、セラミックシート上に電極材料、スペーサ層、及び接着層を印刷する工程を示す説明図。 実施例２における、セラミックシートを積層する工程を示す説明図。 実施例２における、セラミック積層体の構造を示す説明図。 実施例２における、セラミック積層体の側面上に導電性接着剤を塗布する工程を示す説明図。 実施例２における、導電性接着剤上に外部電極を配置する工程を示す説明図。 実施例２における、積層型圧電素子の構造を示す説明図。 実施例２における、その他のセラミック積層体の構造を示す説明図。 実施例２における、スリット部を設けたセラミック積層体の構造を示す説明図。 実施例３における、インジェクタの構造を示す説明図。 実施例４における、ガスセンサ素子の断面構造を示す説明図。 実施例４における、ガスセンサ素子の斜視展開図。

符号の説明

１１０ セラミックシート
１１１ 第１スラリー
１１２ 第２スラリー
４ キャリアフィルム
４１ 基材層
４２ コート層

Claims (9)

1. セラミック原料を含有してなるセラミックシートを製造する方法において、
   キャリアフィルム上に、上記セラミック原料を含有してなるスラリーをスクリーン印刷する印刷工程を行うことを特徴とするセラミックシートの製造方法。
2. 請求項１において、上記印刷工程は複数回行い、上記キャリアフィルム上にスクリーン印刷する第１印刷工程では、上記セラミック原料を含有してなる高粘度の第１スラリーをスクリーン印刷し、上記第１スラリー上にスクリーン印刷する第２印刷工程では、上記第１スラリーよりも粘度が低く、上記セラミック原料を含有してなる第２スラリーをスクリーン印刷することを特徴とするセラミックシートの製造方法。
3. 請求項２において、上記第１スラリーの粘度をＡ、上記第２スラリーの粘度をＢとしたとき、Ａ／Ｂは１．５以上であることを特徴とするセラミックシートの製造方法。
4. 請求項２又は３において、上記第１スラリーの粘度は、７００００〜１０００００ｍＰａ・ｓであることを特徴とするセラミックシートの製造方法。
5. 請求項２〜４のいずれか１項において、上記第２スラリーの粘度は、１００００〜５００００ｍＰａ・ｓであることを特徴とするセラミックシートの製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、上記キャリアフィルムは、基材層と該基材層の表面にシリコン又はテフロン（登録商標）をコーティングしてなるコート層とより構成されていることを特徴とするセラミックシートの製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のセラミックシートの製造方法により作製したことを特徴とするセラミックシート。
8. 圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体を製造する方法において、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のセラミックシートの製造方法により上記圧電層となるセラミックシートを形成するシート形成工程と、
   上記セラミックシート上に上記内部電極層となる電極材料を印刷する印刷工程と、
   上記セラミックシートを積層して中間積層体を形成する中間積層体形成工程と、
   上記中間積層体を焼成してセラミック積層体を形成する焼成工程とを含むことを特徴とするセラミック積層体の製造方法。
9. 請求項８に記載のセラミック積層体の製造方法により作製したことを特徴とするセラミック積層体。

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