JP2010168231A - 脱脂方法および脱脂用治具 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を確保し得る複数の被脱脂体についての脱脂を均一性よく良好に行うことができるようにする。
【解決手段】複数の積層体６について、接触面積が少なくなるように脱脂用治具１０によって少なくとも２箇所で部分的に支持するとともに、それぞれの長手方向に沿って流路抵抗分布が均一で一端側から他端側に貫通するように隣接空間７を脱脂ガスが流れるようにしたので、還元雰囲気中であっても、各積層体６に対して脱脂ガスが満遍なく均一に行き渡り、生産性を確保し得る多数本の積層体６についての脱脂を均一性よく良好に行えるようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、セラミック成形体等の被脱脂体を脱脂するための脱脂方法および脱脂用治具に関するものである。

電子部品などに使用される積層セラミック素子は、一般的にプレス成形法などを用いて作製したセラミック成形体を、セッタと呼ばれる板上に載置させて脱脂・焼成を行うことで製造される。この際、セラミック成形体中のバインダや溶剤等を脱脂により極力除去することが望ましい。しかしながら、脱脂工程においてセッタ載置面の脱脂がしにくく、炭素成分が多く残留する傾向にある。残留炭素が多くなると、脱脂工程後の焼成工程において残留炭素が蒸発することにより、セラミックの焼結性が抑制されてしまう問題や、セッタとの摩擦により収縮差が起こり、変形やクラックが生ずる問題がある。

これらの問題を解決するために、セッタ載置面の中心線面粗さを粗くする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。セッタ載置面の中心線面粗さを粗くすることにより、載置面の脱脂がしやすくなり、炭素を均一に除去できるようになる。

一方、低コスト化のため内部電極に銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）等の卑金属を用いて構成された積層セラミック素子の場合、卑金属の酸化を防止するために積層成形体の脱脂は、還元雰囲気中で行われる。この場合、大気中での脱脂と異なり、有機物の酸化反応が起こりにくいため、還元ガスに含まれる水蒸気をできるだけ多く成形体に当てて有機物を除去しているため、例えば９×９×４０ｍｍサイズ等の大形状の成形体になると、特許文献１に示される如く、中心線面粗さを粗くしたセッタを用いた場合でも載置面の良好なる脱脂が困難になっている。特に、セラミック層にＰｂＯ、電極層にＣｕを含む圧電積層セラミック素子等の場合にあっては、上記の問題に加え、脱脂しきれずに残った有機物（残留炭素）が、調整された還元雰囲気をさらに還元化させてしまうことにより、セラミック層中のＰｂＯがＰｂとなり、このＰｂが電極層のＣｕと共晶反応を起こして溶け出してしまう問題も発生する。

これらの問題を解決するため、図１０の平面図および図１１の正面図に示すように、セッタ１０１の載置面を凹凸による波型形状に形成し、載置されるセラミック成形体１０２に対して脱脂ガスのガス通気性を持たせることで脱脂性を向上させる提案例がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−８４９７号公報 特開２００７−２２７４８２号公報

しかしながら、特許文献２の方式の場合、大形状のセラミック成形体１０２を寝かせてセッタ１０１上に載置させるため、面積当りの載置数が少なく生産性が低下してしまう。そこで、特許文献１中に示される方法に準じて、図１２に示すように、セラミック成形体１０２を載置した複数のセッタ１０１を、スペーサ１０３を介して高さ方向に積み上げれば、生産性を向上させることが可能となる。しかしながら、このような方法では、下段側になるほど、還元ガスがセラミック成形体１０２に対して均一に行き渡らなくなり、脱脂性が低下してしまう問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、生産性を確保し得る複数の被脱脂体についての脱脂を均一性よく良好に行うことができる脱脂方法および脱脂用治具を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる脱脂方法は、均一太さで長尺柱状に形成された同一形状の複数の被脱脂体を、長手方向が互いに平行でガス通気性を持たせるためのそれぞれの隣接空間が均一となるように脱脂用治具によって前記長手方向に直交する２次元平面内に均等に配列して支持させる工程と、前記脱脂用治具によって支持された前記各被脱脂体の前記長手方向に沿って一端側から他端側に貫通するように前記隣接空間に対して脱脂ガスを流して前記被脱脂体の脱脂を行う工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明にかかる脱脂方法は、上記発明において、前記被脱脂体の脱脂を行う工程は、還元雰囲気中で行うことを特徴とする。

また、本発明にかかる脱脂方法は、上記発明において、前記被脱脂体は、鉛系圧電材料を含むことを特徴とする。

また、本発明にかかる脱脂方法は、上記発明において、前記被脱脂体は、銅による内部電極を含む積層圧電体であることを特徴とする。

また、本発明にかかる脱脂用治具は、均一太さで長尺柱状に形成された同一形状の複数の被脱脂体を、長手方向が互いに平行で該長手方向に直交する２次元平面内に均等に配列させ、かつ、脱脂ガスに対して前記各被脱脂体の前記長手方向に貫通するガス通気性を持たせて該長手方向に挿脱自在となるように、前記長手方向における少なくとも２箇所で部分的に支持する第１支持部材と第２支持部材とを備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる脱脂用治具は、上記発明において、前記被脱脂体は、直方体形状に形成されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる脱脂用治具は、上記発明において、前記第１支持部材は、縦置きされる前記各被脱脂体の端面が部分的に接触するとともに該端面に直交する方向に貫通するガス通気性を持たせた載置面を有し、前記第２支持部材は、前記第１支持部材の上方に配設され、前記各被脱脂体を前記載置面上に縦置きした状態で、前記長手方向が互いに平行となり水平面内に均等に配列させて支持するように格子状に形成されて前記各被脱脂体が挿脱自在な複数の開口を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる脱脂用治具は、上記発明において、前記載置面は、底上げ網状構造に形成されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる脱脂用治具は、上記発明において、前記第１支持部材は、横置きされる前記各被脱脂体の長手方向一端側の側面の一部を、該長手方向に貫通するガス通気性を持つように部分的に接触させて支持するとともに格子状に形成されて前記各被脱脂体が挿脱自在な複数の第１開口を有し、前記第２支持部材は、横置きされる前記各被脱脂体の長手方向他端側の側面の一部を、該長手方向に貫通するガス通気性を持つように部分的に接触させて支持するとともに格子状に形成されて前記各被脱脂体が挿脱自在な複数の第２開口を有し、前記第１開口と前記第２開口とにより、前記各被脱脂体を、前記長手方向が互いに平行となり該長手方向に直交する垂直面内に均等に配列させて支持することを特徴とする。

また、本発明にかかる脱脂用治具は、上記発明において、前記第１支持部材および前記第２支持部材は、高耐熱性・高熱伝導性を有することを特徴とする。

本発明にかかる脱脂方法および脱脂用治具によれば、複数の被脱脂体について、それぞれの長手方向に沿って流路抵抗分布が均一で一端側から他端側に貫通するように脱脂ガスが流れるので、各被脱脂体に対して脱脂ガスが均一に行き渡り、生産性を確保し得る複数の被脱脂体についての脱脂を均一性よく良好に行うことができるという効果を奏する。

図１は、本発明の製造方法の対象である積層セラミック素子の一例を示す概略斜視図である。 図２は、積層セラミック素子の圧電体層と内部電極層との積層状態の一例を示す縦断側面図である。 図３は、脱脂工程に用いる本実施の形態１の脱脂用治具の構成例を示す斜視図である。 図４は、積層体を配置させた状態の脱脂用治具を示す斜視図である。 図５は、銅および鉛の酸素解離曲線を示す図である。 図６は、脱脂用治具の変形例を示す部分斜視図である。 図７は、脱脂工程に用いる実施の形態２の脱脂用治具の構成例を示す斜視図である。 図８は、積層体を配置させた状態の脱脂用治具を示す斜視図である。 図９は、積層体の支持状態を拡大して示す正面図である。 図１０は、従来例を示す平面図である。 図１１は、図１０の正面図である。 図１２は、従来例の改良例を示す正面図である。

以下、本発明にかかる脱脂方法およびこれに用いる脱脂用治具を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、各実施の形態では、積層セラミック素子の製造方法中の脱脂工程に適用される脱脂方法の例について説明するが、本発明がこれに限られるものでないことはいうまでもない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の製造方法の対象である積層セラミック素子（ここでは積層圧電素子）の一例を示す概略斜視図であり、図２は、その圧電体層と内部電極層との積層状態の一例を示す縦断側面図である。積層圧電素子１は、図１に示すように、複数のセラミック層（圧電体層２）の間に内部電極層３が挿入された積層体４を備えており、この積層体４が活性部分として変位に寄与する。圧電体層２の１層当りの厚さは任意に設定できるが、例えば１μｍ〜１００μｍ程度に設定するのが通常である。積層体４の両側には、不活性領域として内部電極層３が形成されていない不活性圧電層領域５を有する。この不活性圧電層領域５の圧電層の厚さは、内部電極層３の間の圧電体層２の厚さよりも厚く設定される場合もある。

内部電極層３は、図２に示すように交互に逆方向に延長されており、各延長方向の端部には、それぞれ内部電極層３と電気的に接続された端子電極（図示は省略する。）が設けられている。端子電極は、例えばＡｕ等の金属をスパッタリングすることにより形成されていてもよいし、電極用ペーストを焼き付けることにより形成されていてもよい。端子電極の厚さは、用途や積層圧電素子１のサイズ等によって適宜設定されるが、通常は、１０〜５０μｍ程度である。

積層圧電素子１において、内部電極層３は、各圧電体層２に電圧を印加する電極としての機能を有するものであり、導電材料により構成される。この場合、導電材料として、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属を用いることもできるが、本実施の形態１では、低コスト化のため、Ｃｕ等の卑金属を用いることが好ましい。導電材料としてＣｕを用いる場合、Ｃｕペーストを塗布し焼成することにより内部電極層３を形成する。

一方、圧電体層２には、圧電磁器組成物を用いるが、使用する圧電磁器組成物は、例えばＰｂ、Ｔｉ、およびＺｒを構成元素とする複合酸化物を主成分とするものである。ここで、複合酸化物は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の他、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）とジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、および亜鉛・ニオブ酸鉛〔Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３〕により構成される３元系の複合酸化物や、３元系の複合酸化物においてＰｂの一部をＳｒ、Ｂａ、Ｃａ等で置換した複合酸化物等を挙げることができる。

このような積層圧電素子１は、焼成後にセラミック層（圧電体層２）や内部電極層３となるセラミック前駆体層と内部電極前駆体層を交互に積層して積層体とする積層工程、被脱脂体である積層体を脱脂処理する脱脂工程、および脱脂した積層体を焼成する焼成工程とにより作製される。以下、積層圧電素子１の製造方法について説明する。

積層圧電素子１を作製するには、先ず、積層工程を行う。この積層工程では、圧電体層２の原料を用意し、目的とする組成に応じて秤量した後、混合し、仮焼きしてから粉砕してセラミック前駆体粉体を得る。圧電体層２の原料には、圧電体層２を構成する元素の酸化物、炭酸塩、シュウ酸塩、水酸化物等が用いられるが、例えば圧電体層２がチタン酸ジルコン酸鉛である場合、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）が原料として用いられる。次いで、得られたセラミック前駆体粉体にバインダ等を加えてセラミック原料混合物とし、このセラミック原料混合物をシート状に成形し、セラミック前駆体層を形成する。

同様に、内部電極層３の原料である卑金属、例えば金属銅を用意し、バインダ等を加えて内部電極原料混合物とする。内部電極層３の原料としては、金属銅を単独で用いてもよいし、他の材料と混合して用いてもよい。この場合、他の材料としては、例えば焼成後に金属銅となる銅酸化物又は有機銅化合物、さらには、金属銅以外の金属や金属酸化物、有機金属化合物等を挙げることができる。また、内部電極原料混合物には、必要に応じて分散剤、可塑剤、誘電体材料、絶縁体材料等の添加物を添加してもよい。

内部電極原料混合物をセラミック前駆体層上に例えばスクリーン印刷することにより、内部電極前駆体層を形成する。以上により、内部電極前駆体層を形成したセラミック前駆体層を複数積層し、セラミック前駆体層と内部電極前駆体層とを交互に積層した積層体を得る。被脱脂体となる積層体は、均一太さで長尺柱状の一例として、例えば９×９×４０ｍｍサイズの如く直方体形状に形成された比較的大形状のものである。

このような積層工程の後、得られた積層体に対して脱脂工程により脱脂処理を行う。脱脂工程は、積層体を構成する各セラミック前駆体層、内部電極前駆体層に含まれるバインダ等を加熱により分解除去する工程である。図３は、脱脂工程に用いる本実施の形態１の脱脂用治具の構成例を示す斜視図であり、図４は、積層体を配置させた状態の脱脂用治具を示す斜視図である。

本実施の形態１の脱脂用治具１０は、同一形状の複数本、例えば１２１本の積層体６を縦置き状態で支持可能に構成されたもので、第１支持部材１１と第２支持部材１２とスペーサ１３、１４とを備える。

第１支持部材１１は、全体的に正方形状に形成された平坦な板状のものであり、縦置きされる各積層体６の底面側の端面６ａが載置される載置面１１ａを有する。この載置面１１ａは、格子状に２次元的に整然と配列させた複数個の開口１１ｂにより端面６ａの大きさ（面積）よりも小さな十字状の複数、例えば１２１個分の受け部１１ｃを形成することにより構成されている。すなわち、載置面１１ａは、受け部１１ｃ上に縦置きされる各積層体６の端面６ａを部分的に接触する状態で支持するとともに、その周囲の開口１１ｂを介して端面６ａに直交する上下方向（積層体６の長手方向）に貫通するガス通気性を有する。スペーサ１３は、脱脂用治具１０の設置箇所において、第１支持部材１１を設置面から所定高さ位置に底上げ状態で支持することで、開口１１ｂ部分での貫通するガス通気性を確保するためのものである。

第２支持部材１２は、第１支持部材１１と同様に全体的に正方形状に形成された平坦な板状のものであり、四隅にスペーサ１４を介在させることにより、第１支持部材１１の上方の所定高さ位置に配設されている。この第２支持部材１２は、各積層体６を載置面１１ａ（受け部１１ｃ）上に縦置きした状態（積層体６の長手方向が垂直方向となる状態）で支持するための複数、例えば１２１個分の開口１２ａを有する。これらの開口１２ａは、第２支持部材１２において２次元的に格子状に整然と配列させて形成されることにより、各積層体６を受け部１１ｃ上に縦置きした状態で、長手方向が互いに平行となり水平面内に等間隔で均等に配列させて支持するためのものである。また、開口１２ａは、第２支持部材１２によって支持される積層体６の配列が蜜になりすぎず、かつ、第２支持部材１２の強度が低下しない開口率で形成されている。

さらに、第２支持部材１２における各開口１２ａは、縦置きされる積層体６の水平断面の大きさよりも所定寸法分若干大きめに形成されることで、ガス通気性を持たせるとともに積層体６が上下方向（長手方向）に挿脱自在とされている。隙間を所定寸法分とするのは、積層体６に対する隙間が大きすぎると、積層体６の倒れ防止効果が低下し、隙間が小さすぎると、開口１２ａに対する積層体６の挿脱作業性が低下するとともに積層体６の脱脂時に脱脂ガスのガス通気性が低下してしまうためである。また、第２支持部材１２の配設位置は、受け部１１ｃ上に縦置きされた積層体６の長手方向の中心より上部側となるようにスペーサ１４によって設定されている。第２支持部材１２の配設位置が積層体６の長手方向の中心より下部側では、積層体６の縦置き状態での支持が不安定になりやすいのに対して、上部側とすることで、積層体６を真っ直ぐに支持しやすくなるためである。また、第２支持部材１２の配設位置が積層体６の上端側すぎると、積層体６の取扱性が損なわれるため、積層体６の上端側が第２支持部材１２上に突出する位置とすることが好ましい。

また、脱脂用治具１０を構成する第１支持部材１１および第２支持部材１２は、スペーサ１３、１４を含めて、高耐熱性・高熱伝導性を有する材料からなる。具体的には、熱伝導性がよくて耐熱性の高いインコネル（商品名）などの金属、あるいはセラミックスが用いられる。

積層体６の脱脂に際しては、まず、図３に示すような脱脂用治具１０および複数本、例えば１２１本の積層体６を用意し、各積層体６を脱脂用治具１０に縦置き状態で配置させる。すなわち、図４に示すように、各積層体６を、長手方向が平行でガス通気性を持たせるためのそれぞれの隣接空間７が等間隔でほぼ均一となるように脱脂用治具１０によって水平方向の２次元平面内で均等に配列して支持させる。このように複数本の積層体６が配置された脱脂用治具１０を、脱脂用の管状炉内に挿入セットする。

ついで、脱脂用治具１０で支持された各積層体６の長手方向に沿って一端（上端）側から他端（下端）側に貫通するようにそれぞれの隣接空間７に対して図４中に矢印で示すように脱脂ガスを流して各積層体６の脱脂を行う。この脱脂工程は、内部電極層３の原料として含まれる金属の酸化を抑えるため、還元雰囲気中で行うことが好ましい。還元雰囲気中で脱脂処理を行う場合、バインダ等の分解が起こり難いためクラック発生や内部電極溶出等が大きな問題となるが、本実施の形態１の脱脂用治具１０を用いることで、これらの問題を解消しつつ脱脂処理を還元雰囲気中で行うことの利点を得ることができる。

還元雰囲気とは、具体的には、セラミック前駆体層がセラミック層（圧電体層２）の原料として含む酸化物と、内部電極前駆体層が内部電極層３の原料として含む金属とが共存可能な酸素分圧を有する雰囲気ガスのことである。例えば圧電体層２が酸化物として酸化鉛（ＰｂＯ）を含み、内部電極層３が金属として銅（Ｃｕ）を含む場合、ＣｕとＰｂＯとが共存可能な酸素分圧を有する雰囲気ガス中で脱脂工程を行うことが好ましい。金属と酸化物とが共存可能な酸素分圧を有する雰囲気ガスとは、図５の銅および鉛の酸素解離曲線に示すように、金属（例えば、Ｃｕ）が酸化せず、かつ酸化物（例えば、ＰｂＯ）が還元しない酸素分圧を有する雰囲気ガスのことをいう。また、窒素（Ｎ_２）またはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスと水蒸気、必要に応じて水素を含む雰囲気ガスを炉内に導入した酸素分圧雰囲気中で脱脂工程を行うことも、好ましい形態である。

脱脂工程において、脱脂処理時の温度は、６００℃以下とすることが好ましい。脱脂処理温度が６００℃を超えると、鉛系のセラミック材料が焼結し始めるので、緻密化して通気孔が閉塞し、バインダの分解揮発が妨げられるおそれがあるからである。

脱脂工程の後、焼成工程においては、複数本の脱脂済みの積層体６が配置された脱脂用治具１０を、そのまま匣鉢内に載置して焼成用にも用い、管状炉内に挿入セットして積層体６を焼成することで、積層圧電素子１を得る。焼成温度は、脱脂処理温度より高温に設定し、例えば９００℃〜１０００℃に設定する。焼成工程も、還元雰囲気中で行うことが好ましい。還元雰囲気とは、脱脂工程の場合と同様に、セラミック前駆体層がセラミック層（圧電体層２）の原料として含む酸化物と、内部電極前駆体層が内部電極層３の原料として含む金属とが共存可能な酸素分圧を有する雰囲気ガスのことをいう。

また、焼成工程においては、炉内の温度が１００℃を超えた時点で、酸素分圧を調整した所定の雰囲気ガスを導入することにより、焼成雰囲気を還元雰囲気に制御してもよい。所定の雰囲気ガスは、例えば不活性ガス（窒素やＡｒ等）、水素、及び水蒸気を含有するものである。焼成工程において炉内の温度が１００℃を超えた時点で雰囲気ガスを導入することにより、複雑な制御を行わなくとも内部電極層３の酸化や溶出を抑えることができる。

以上のような脱脂方法によれば、複数の積層体６について、接触面積が少なくなるように脱脂用治具１０によって２箇所を部分的に支持するとともに、それぞれの長手方向に沿って流路抵抗分布が均一で一端側から他端側に貫通するように隣接空間７を脱脂ガスが流れるので、還元雰囲気中であっても、各積層体６に対して脱脂ガスが満遍なく均一に行き渡り、生産性を確保し得る多数本の積層体６についての脱脂を均一性よく良好に行うことができる。よって、積層体６からバインダ等を充分に除去することができるため、その後の焼成工程においてクラックの発生や内部電極層に用いられる金属等の溶出のような不具合の発生を確実に抑えることができる。

なお、脱脂用治具１０を構成する第１支持部材１１の受け部１１ｃについては、板状の第１支持部材１１に開口１１ｂを形成することにより平坦状に形成したが、このような形状に限らない。例えば、載置面１１ａに実質的に平坦部が存在しないように断面三角形状または線状に形成し、あるいはワイヤ状部材を用いることで、積層体６の端面６ａが線接触するように支持させてもよい。これによれば、積層体６と第１支持部材１１との接触部分を極力減らすことができ、還元雰囲気中での脱脂性を一層向上させることができる。

また、第１支持部材１１に代えて、図６に示すように、載置面２１ａが底上げ網状構造に形成された第１支持部材２１を用いるようにしてもよい。網状の第１支持部材２１は、複数本の針金状の金属線を用いて焼き網状に形成されて、直方体形状の積層体６の端面６ａを支持するものである。この場合の載置面２１ａにおける開口率は、積層体６の端面６ａの載置面積Ｓに対して５０％前後に設定される。これは、積層体６の端面６ａに対する載置面２１ａの接触面積を極力減らすとともにガス通気性を確保しつつ、載置面２１ａ上のいずれの位置に載置されても積層体６が網状空間内に落ち込まないようにするためである。このような第１支持部材２１は、載置面２１ａの平坦性を維持し得る強度を持たせて形成されており、スペーサ１３（図６では図示せず）によって設置面から所定高さ位置に底上げ状態で支持することで、網状部分での貫通するガス通気性が確保される。

（実施の形態２）
つづいて、本発明の実施の形態２について説明する。図７は、脱脂工程に用いる本実施の形態２の脱脂用治具の構成例を示す斜視図であり、図８は、積層体を配置させた状態の脱脂用治具を示す斜視図であり、図９は、積層体の支持状態を拡大して示す正面図である。本実施の形態２の脱脂用治具３０は、同一形状の複数本、例えば１２１本の積層体６を横置き状態で支持可能に構成されたもので、第１支持部材３１と第２支持部材３２とスペーサ３４と脚部材３５とを備える。脚部材３５は、積層体６を横置き状態で支持する脱脂用治具３０の倒れ防止のためのものである。

第１支持部材３１は、全体的に正方形状に形成された平坦な板状のものである。この第１支持部材３１は、横置きされる各積層体６の長手方向一端側の側面６ｂの一部を底面として部分的に接触させて支持するための複数、例えば１２１個分の矩形状の第１開口３１ａを有する。これらの第１開口３１ａは、第１支持部材３１において２次元的に格子状に整然と配列させて形成されている。

第２支持部材３２は、全体的に正方形状に形成された平坦な板状のものであり、基本的に第１支持部材３１と全く同一形状に形成されてスペーサ３４により所定距離離間されている。よって、この第２支持部材３２は、横置きされる各積層体６の長手方向他端側の側面６ｂの一部を底面として部分的に接触させて支持するための複数、例えば１２１個分の矩形状の第２開口３２ａを有する。これらの第２開口３２ａは、第２支持部材３２において２次元的に格子状に整然と配列させて形成されている。

また、これらの第１、第２開口３１ａ、３２ａは、第１、第２支持部材３１、３２によって支持される積層体６の配列が蜜になりすぎず、かつ、第１、第２支持部材３１、３２の強度が低下しない開口率で形成されている。さらに、第１、第２支持部材３１、３２における各第１、第２開口３１ａ、３２ａは、横置きされる積層体６の断面の大きさよりも所定寸法分若干大きめに形成されることで、ガス通気性を持たせて積層体６が前後方向（長手方向）に挿脱自在とされている。隙間を所定寸法分とするのは、積層体６に対する隙間が大きすぎると、積層体６を均等に配列しにくくなり、隙間が小さすぎると、第１、第２開口３１ａ、３２ａに対する積層体６の挿脱作業性が低下するとともに積層体６の脱脂時に脱脂ガスのガス通気性が低下してしまうためである。

また、これらの第１、第２開口３１ａ、３２ａ内には、図９の拡大図に示すように、積層体６の底面となる側面６ｂに対する接触部分を少なくして支持するための複数の突起３１ｂ、３２ｂが形成されている（図７および図８では、図示を省略）。なお、本実施の形態２では、第１、第２開口３１ａ、３２ａ内の内壁４辺の全てに複数の突起３１ｂ、３２ｂを均等に形成し、積層体６周りを脱脂ガスが極力均等に流れるようにしたが、底面となる側面６ｂを受ける底辺部分にのみ複数の突起３１ｂ、３２ｂを形成し、左右辺および上辺の突起は省略してもよい。また、突起３１ｂ、３２ｂの形状は、三角形状の例を示しているが、上端に平坦部を有しないものであれば適宜でよい。

よって、本実施の形態２の脱脂用治具３０は、第１、第２開口３１ａ、３２ａにより、各積層体６を、長手方向が互いに平行となり長手方向に直交する垂直面内に均等に配列させて支持するように構成されている。また、脱脂用治具３０を構成する第１支持部材３１および第２支持部材３２は、スペーサ３４や脚部材３５を含めて、高耐熱性・高熱伝導性を有する材料からなる。具体的には、熱伝導性がよくて耐熱性の高いインコネル（商品名）などの金属、あるいはセラミックスが用いられる。

積層体６の脱脂に際しては、まず、図７に示すような脱脂用治具３０および複数本、例えば１２１本の積層体６を用意し、各積層体６を脱脂用治具３０に横置き状態で配置させる。すなわち、図８および図９に示すように、各積層体６を、長手方向が平行でガス通気性を持たせるためのそれぞれの隣接空間７が等間隔でほぼ均一となるように脱脂用治具３０によって垂直方向の２次元平面内で均等に配列して支持させる。このように複数本の積層体６が配置された脱脂用治具３０を、脱脂用の管状炉内に挿入セットする。

ついで、脱脂用治具３０によって支持された各積層体６の長手方向に沿って一端（前端）側から他端（後端）側に貫通するように隣接空間７に対して図８中に矢印で示すように脱脂ガスを流して各積層体６の脱脂を行う。この脱脂工程は、内部電極層３の原料として含まれる金属の酸化を抑えるため、還元雰囲気中で行うことが好ましい。還元雰囲気で脱脂処理を行う場合、バインダ等の分解が起こり難いためクラック発生や内部電極溶出等が大きな問題となるが、本実施の形態２の脱脂用治具３０を用いることで、これらの問題を解消しつつ脱脂処理を還元雰囲気中で行うことの利点を得ることができる。還元雰囲気、脱脂処理時の温度等に関しては、実施の形態１の場合と同様である。

脱脂工程の後、焼成工程においては、複数本の脱脂済みの積層体６が配置された脱脂用治具３０を、そのまま匣鉢内に載置して焼成用にも用い、管状炉内に挿入セットして積層体６を焼成することで、積層圧電素子１を得る。なお、焼成の際には、脱脂用治具３０に代えて、別の焼成用治具を用いるようにしてもよい。

以上のような脱脂方法によれば、複数の積層体６について、接触面積が少なくなるように脱脂用治具３０によって２箇所を部分的に支持するとともに、それぞれの長手方向に沿って流路抵抗分布が均一で一端側から他端側に貫通するように隣接空間７を脱脂ガスが流れるので、還元雰囲気中であっても、各積層体６に対して脱脂ガスが満遍なく均一に行き渡り、生産性を確保し得る多数本の積層体６についての脱脂を均一性よく良好に行うことができる。よって、積層体６からバインダ等を充分に除去することができるため、その後の焼成工程においてクラックの発生や内部電極層に用いられる金属等の溶出のような不具合の発生を確実に抑えることができる。

以下、本発明を適用した実施例について説明する。
（積層工程：積層体の作製）
ＰｂＯ、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｒＣＯ_３、ＺｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５原料粉をそれぞれ所定量秤量してボールミルにより１６時間湿式混合し、乾燥した後、大気雰囲気中で７００〜９００℃、２時間の条件で仮焼きした。その後、ボールミルにより１６時間湿式粉砕し、乾燥してセラミック粉末を得た。このセラミック粉末に、アクリル系バインダ、溶剤等を混合してスラリー化し、ドクタブレード法によりグリーンシートを形成した。また、金属銅粉にエチルセルロース系バインダ、溶剤等を混合してペースト化し、グリーンシート上に１〜２μｍ未満の厚みになるように印刷した後、シートを３００層積層して８０℃、１ｔｏｎ／ｃｍ^２で熱圧着し、９×９ｍｍに切断して積層体６を得た。

（脱脂工程）
このように作製された１２１本の積層体６を実施の形態１で説明したような脱脂用治具（縦置き治具）１０に縦置き状態で配置させ、管状炉に挿入し、５５０℃で３２時間保持して脱脂を行った。この際、脱脂温度における金属銅と酸化鉛が共存可能な酸素分圧となるようにＮ_２とＨ_２にＨ_２Ｏを含ませた混合ガスを上から導入した。

比較のため、１２１本の積層体６を、特許文献１中に示されるような中心線平均面粗さの粗いセッタ上に載置し、それを、図１２に示した場合の如く、高さ方向にスペーサを介して２段積みにして同様に脱脂を行った。

それぞれ脱脂後に積層体６を２０本ずつ抜き取り、脱脂後の残留炭素量を酸素気流中燃焼・赤外吸収法を用いて分析した。

（焼成工程）
残りの１０１本の積層体６は、脱脂用治具１０、２段積みセッタとともにそのまま匣鉢内に載置して、管状炉に挿入し、９５０℃で８時間保持して焼成を行った。この際、焼成温度における金属銅と酸化鉛が共存可能な酸素分圧となるようにＮ_２とＨ_２にＨ_２Ｏを含ませた混合ガスを上から導入した。また、匣鉢内は完全密閉ではなく、ガス置換ができるように、厚さ０．５ｍｍのスペーサで蓋に隙間を設けた。そして、それぞれ焼成後に積層体６の外観を目視により観察し、Ｃｕの溶出やクラックを確認した。これらの分析・観察結果を表１に示す。

脱脂後の積層体６の外観を観察したところ、２段積みセッタを用いた場合には上段側の積層体ではセッタ載置面のみ、下段側の積層体では全体が黒色化していたのに対して、脱脂用治具（縦置き治具）１０を用いた本実施例の積層体６では全体的に黒色は見られなかったものである。また、残留炭素量は、２段積みセッタを用いた場合の上段側の積層体では３２０ｐｐｍ、下段側の積層体では８５０ｐｐｍであったのに対して、脱脂用治具（縦置き治具）１０を用いた本実施例の積層体６では２５０ｐｐｍであり、目標値３００ｐｐｍ以下となったものである。また、焼成後の外観観察によれば、２段積みセッタを用いた場合には上下段関係なく、全ての積層体について一様にＣｕが溶出していたのに対して、脱脂用治具（縦置き治具）１０を用いた本実施例の積層体６では１本も外観不良が見られなかったものである。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。例えば、実施の形態１、２では、直方体形状の積層体６を脱脂対象となる被脱脂体としたが、このような形状のものに限らない。被脱脂体としては、要は、均一太さで長尺柱状に形成されたものであればよく、例えば円柱形状であってもよい。

また、実施の形態１、２では、積層体６を脱脂用治具１０、２０、３０によって２箇所で部分的に支持するようにしたが、ガス通気性を損なわなければ、３箇所以上で部分的に支持するようにしてもよい。すなわち、第２支持部材１２、３２は、複数設けるようにしてもよい。

６ 積層体
６ａ 端面
６ｂ 側面
７ 隣接空間
１０ 脱脂用治具
１１ 第１支持部材
１１ａ 載置面
１２ 第２支持部材
１２ａ 開口
２１ 第１支持部材
２１ａ 載置面
３１ 第１支持部材
３１ａ 第１開口
３２ 第２支持部材
３２ａ 第２開口

Claims (10)

1. 均一太さで長尺柱状に形成された同一形状の複数の被脱脂体を、長手方向が互いに平行でガス通気性を持たせるためのそれぞれの隣接空間が均一となるように脱脂用治具によって前記長手方向に直交する２次元平面内に均等に配列して支持させる工程と、
   前記脱脂用治具によって支持された前記各被脱脂体の前記長手方向に沿って一端側から他端側に貫通するように前記隣接空間に対して脱脂ガスを流して前記被脱脂体の脱脂を行う工程と、
   を含むことを特徴とする脱脂方法。
2. 前記被脱脂体の脱脂を行う工程は、還元雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１に記載の脱脂方法。
3. 前記被脱脂体は、鉛系圧電材料を含むことを特徴とする請求項２に記載の脱脂方法。
4. 前記被脱脂体は、銅による内部電極を含む積層圧電体であることを特徴とする請求項３に記載の脱脂方法。
5. 均一太さで長尺柱状に形成された同一形状の複数の被脱脂体を、長手方向が互いに平行で該長手方向に直交する２次元平面内に均等に配列させ、かつ、脱脂ガスに対して前記各被脱脂体の前記長手方向に貫通するガス通気性を持たせて該長手方向に挿脱自在となるように、前記長手方向における少なくとも２箇所で部分的に支持する第１支持部材と第２支持部材とを備えることを特徴とする脱脂用治具。
6. 前記被脱脂体は、直方体形状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の脱脂用治具。
7. 前記第１支持部材は、縦置きされる前記各被脱脂体の端面が部分的に接触するとともに該端面に直交する方向に貫通するガス通気性を持たせた載置面を有し、
   前記第２支持部材は、前記第１支持部材の上方に配設され、前記各被脱脂体を前記載置面上に縦置きした状態で、前記長手方向が互いに平行となり水平面内に均等に配列させて支持するように格子状に形成されて前記各被脱脂体が挿脱自在な複数の開口を有することを特徴とする請求項５または６に記載の脱脂用治具。
8. 前記載置面は、底上げ網状構造に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の脱脂用治具。
9. 前記第１支持部材は、横置きされる前記各被脱脂体の長手方向一端側の側面の一部を、該長手方向に貫通するガス通気性を持つように部分的に接触させて支持するとともに格子状に形成されて前記各被脱脂体が挿脱自在な複数の第１開口を有し、
   前記第２支持部材は、横置きされる前記各被脱脂体の長手方向他端側の側面の一部を、該長手方向に貫通するガス通気性を持つように部分的に接触させて支持するとともに格子状に形成されて前記各被脱脂体が挿脱自在な複数の第２開口を有し、
   前記第１開口と前記第２開口とにより、前記各被脱脂体を、前記長手方向が互いに平行となり該長手方向に直交する垂直面内に均等に配列させて支持することを特徴とする請求項５または６に記載の脱脂用治具。
10. 前記第１支持部材および前記第２支持部材は、高耐熱性・高熱伝導性を有することを特徴とする請求項５〜９のいずれか一つに記載の脱脂用治具。

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