JP2010222170A - 積層圧電セラミックス体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 焼結後に反りや、変形などを小さくした焼結体が得られる積層圧電セラミックス体の製造方法を提供する。
【解決手段】 内部導体層３に用いることができる導体ペーストを用いて、積層体４の上下面にペースト膜６を形成し、そのペースト膜６で覆われた積層体４ａを乾燥して焼結することで、その焼結体に生じる反りと変形とを低減した積層圧電セラミックス体にできる。また、本発明のペースト膜６で覆われた脱バインダー体を８００℃以上、９５０℃以下の温度で予焼して予焼体７ａにし、予焼体７ａの上面と下面とを反転させて焼結することで、焼結体５ａに生じる反りと変形とをさらに低減した積層圧電セラミックス体にできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セラミックス層と内部導体層とを積層し、焼結してなる圧電アクチュエータ等となる積層圧電セラミックス体の製造方法に関する。

積層圧電セラミックス体は、電気信号に応じて伸縮動作を行う圧電アクチュエータや、電気信号に応じて音を発する圧電ブザーなどの電子部品として使用されている。
特に、圧電駆動式の圧電アクチュエータは、磁力を用いた電磁駆動式のアクチュエータと比較して高速な応答性や、高精度な位置決め性を有し、更に小型モジュール化に適した長所を生かして、デジタルカメラのオートフォーカス等の小形で高速、高精度な動作が求められる用途等に広く用いられている。
近年、圧電アクチュエータに対してユーザーからは、更に高精度な位置決めできるものが強く要求されている。
ゆえに、高精度な位置決めを実現するため、積層圧電セラミックス体の寸法精度を向上する必要がある。

図３は、従来の圧電アクチュエータを説明する図で、図３（ａ）は、積層体の斜視図で、図３（ｂ）は、焼結体の斜視図で、図３（ｃ）は、積層圧電セラミックス体の斜視図で、図３（ｄ）は、圧電アクチュエータの斜視図である。

圧電縦効果を有する圧電アクチュエータ１０は、焼結して圧電特性を有する圧電セラミックス粉末にバインダーを添加し、これを溶剤中に分散させてスラリーにし、このスラリーを用いてキャスティング成膜法等によりセラミックス層２となるグリーンシートを作製し、その一部グリーンシートの上面に導電性の金属膜となる導体ペーストを用いてスクリーン印刷法により内部導体層３を形成している。
そのセラミックス層２と上面に内部導体層３を有したセラミックス層２とを所望する積層構造となるように複数積層し、その積層したものを熱プレス法によって一体化して積層体４にしている。

次に、その積層体４を熱分解して脱バインダー体にし、その脱バインダー体を焼結して焼結体５にし、その焼結体５を所望の大きさに切断して内部導体層３が露出した電歪材料積層体である積層圧電セラミックス体１にしている。
次に、電気泳動法を用いて電歪材料積層体の内部導体層３が露出した面に電気絶縁性の絶縁膜１１を形成し、その面の絶縁膜１１で覆われていない内部導体層３が接続できる外部電極１２を設け、その外部電極１２に導電性の外部端子１３が接続されている。
このような圧電アクチュエータ１０は、例えば、特許文献１に開示されている。

また、複数のセラミックスを積層した構造の積層セラミックス基板として、焼結温度が異なる複数の絶縁体のセラミックス基板用組成物を層状に積層することにより、焼結後の積層面方向の収縮率を厚み方向の収縮率よりも小さくすることでうねりが少ないセラミックス基板の提案がされている。
このような積層セラミックス基板は、例えば、特許文献２に開示されている。

さらに、セラミックス層と導体層とを積層した構造のセラミック部品として、フィルタ回路となる層状のセラミックス層と導体層とを挟んで十分な面積を有する二層以上のシールド層を上下面に内蔵するように配置することにより、焼結時の収縮のミスマッチを緩和させ、積層間における剥離や、クラック、変形などのない積層セラミック部品とその製造方法が提案されている。
このような積層セラミック部品は、例えば、特許文献３に開示されている。

特開昭６０−０８６８８１号公報 特開平０６−１７２０１７号公報 特開平１１−３４００３９号公報

図４は、積層圧電セラミックス体の焼結体に生じる反りと変形とを説明する図で、図４（ａ）は側面図で、図４（ｂ）は上面図である。

図３に示したような従来の積層圧電セラミックス体１の焼結体５では、図４に示すように反りと変形とが生じる。通常は、図４（ａ）に示すように、弓状に曲がった中央付近の下底面と上端部との厚さＡと中央での焼結体５の厚さＢを引いた差を反りと、図４（ｂ）に示すように、上下面の中心に向かって側面が弓状に窪んだ側面端部と側面中央部との差Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の平均を変形として取り扱われている。通常は、図４に示すように反りと変形が生じると言う問題があり、積層圧電セラミックス体の寸法精度向上を阻害する要因の一つとなっている。

例えば、下面に厚み２５μのセラミックス層２を１４層積層し、その上に厚み２μｍの内部導体層３が印刷された厚み２５μｍのセラミックス層２を７０層積層し、上面に厚み２５μのセラミックス層２を１５層積層し、熱プレス法により積層間を密着させて一体化して幅６０ｍｍ、長さ６０ｍｍ、高さ２．６ｍｍの長方体の積層体４にし、その積層体４を大気雰囲気中４５０℃までの温度で熱分解し、大気雰囲気中１１００℃の温度で焼結してできる特許文献１の積層圧電セラミックス体１では、反りが平均で約３００μｍ以上生じ、変形が一辺あたりの平均で約０．５０ｍｍ以上生じていると言う問題がある。なお、上述した積層圧電セラミックス体１のセラミックス層２は、ＰＺＴのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＴｉＯ₃）で、内部導体層３は、銀（Ａｇ）７０ｗｔ％、パラジウム（Ｐｄ）３０ｗｔ％となる金属合金である。

したがって、高い寸法精度が要求される積層圧電セラミックス体では、その要求を実現するために焼結体の外面に研磨加工や、切断加工などを行うことで対応している。

そのため、研磨加工等が必要な焼結体には、予め研磨して取り除くための余分な除去しろを有するように設計がなされているが、除去しろの部分のセラミックスは再生利用が困難なため、その除去しろの部分が大きいと無駄にするセラミックスの量が増えると言う問題がある。また、除去しろ部分が大きいと除去しろを取り除くための研磨加工に長い時間がかかると言う問題、さらに、除去しろを取り除くことによって寸法の基準点や、基準面が変化し、結果として寸法精度を狂わしてしまうと言う問題がある。

また、反りや変形が想定以上に大きくなると、要求される寸法範囲に収まらなくなると言う不具合を生じ、結果として製品歩留まりが低下すると言う問題もある。

また、特許文献２で示された焼結温度が異なる複数のセラミックス基板用組成物を層状に積層する積層セラミックス基板での構成は、圧電アクチュエータとして機能させる積層圧電セラミックス体に適用するには、未だ技術的な問題があって適用できないと言う問題がある。

さらに、特許文献３で示された層状のセラミックス層と導体層とを挟んで十分な面積を有する二層以上のシールド層を上下面に内蔵するように配置した積層セラミック部品の製造方法では、現在要求されている積層圧電セラミックス体の反りや変形対策として不十分であると言う問題がある。

本発明は、焼結後に反りや変形などを小さくできる積層圧電セラミックス体の製造方法を提供することを目的とする。

発明者は、図４に示した焼結体の外面に生じる反りや、変形の仕方に着目し、積層体に含まれるバインダーや結着剤、溶剤などの熱分解具合と焼結時の積層体の収縮具合とに何らかの違いがあると推測した。

上述した課題を解決するため発明者は、積層体に含まれるバインダーと溶剤の熱分解や蒸発具合を均一化させ、かつ焼結時の積層体の収縮具合を均一化するために積層体の上下面を内部導電体と同じ材料からなるペースト膜で覆われた積層体にし、その積層体を熱分解して脱バインダー体にし、その脱バインダー体を焼結して焼結体にする積層圧電セラミックス体の製造方法を開発した。

この積層圧電セラミックス体の製造方法では、内部導体層に用いることができる銀（以下、Ａｇとも記す）とパラジウム（以下、Ｐｄとも記す）とからなる金属粉末と、その金属粉末を固着できる結着剤とを、この結着剤を溶解できる溶剤に混合して分散させた導体ペーストを用いて、積層体の上下面を覆った後に、その積層体に含まれるバインダーと溶剤とを乾燥して除去した脱バインダー体を焼結することで、焼結体に生じる反りと変形とを低減した積層圧電セラミックス体にすることができる。

積層体の上下面を覆う導体ペーストは、前記積層体の内部導体層に用いた導体ペーストと同じ材料を使用することにより、材料混入等によって生じるコンタミネーションの問題を少なくすることができ、かつ使用する導体ペーストを統一して利用することができる。
また、同じ材料の導体ペーストを使用することにより、積層体の外部と内部との焼結時の収縮率を合わせることができる。

さらに、発明者は、焼結時の脱バインダー体の上下面での収縮の均一化を図るために、導体ペーストで上下面が覆われた脱バインダー体の焼結が完全にできない予焼温度にある予焼体を取り出してその上面と下面とを反転させた後に、その予焼体を焼結する積層圧電セラミックス体の製造方法を開発した。

その結果として、脱バインダー体の焼結を大気雰囲気中８００℃〜９５０℃の温度範囲でいったん停止し、その予焼体の上面と下面とを反転させた後に再度焼結することで、その焼結体に生じる反りが５０μｍ以下となり、変形が０．２０ｍｍ以下となる積層圧電セラミックス体の焼結体にすることができる。

本発明によれば、焼結して圧電特性を有するセラミックス粉末とバインダーとを含有するセラミックス層と、焼結して導電性を有する粉末と結着剤と溶剤を含有する導体ペーストからなる内部導体層とを積層して積層体にし、前記積層体に含まれるバインダーと結着剤と溶剤とを熱分解して脱バインダー体にし、前記脱バインダー体を焼結して焼結体にし、前記焼結体を切断、あるいは研磨してできる積層圧電セラミックス体の製造方法であって、前記導体ペーストで前記積層体の上下面を覆うことを特徴とする積層圧電セラミックス体の製造方法が得られる。

本発明によれば、焼結して圧電特性を有するセラミックス粉末とバインダーとを含有するセラミックス層と、焼結して導電性を有する粉末と結着剤と溶剤を含有する導体ペーストからなる内部導体層とを積層して積層体にし、前記積層体に含まれるバインダーと結着剤と溶剤とを熱分解して脱バインダー体にし、前記脱バインダー体を焼結して焼結体にし、前記焼結体を切断、あるいは研磨してできる積層圧電セラミックス体の製造方法であって、前記導体ペーストで前記積層体の上下面を覆い、該脱バインダー体を８００℃以上、９５０℃以下の温度で予焼して予焼体にし、該予焼体の上面と下面とを反転させて焼結することを特徴とする積層圧電セラミックス体の製造方法が得られる。

本発明の積層圧電セラミックス体の製造方法は、焼結体に生じる反りや、変形などを小さくできる効果を奏する。
したがって、寸法精度が良好で、除去しろが少なく、製品の歩留まりが良好で、設計容易な積層圧電セラミックス体を提供できる。

本発明による積層圧電セラミックス体を説明する図。図１（ａ）は積層体の斜視図。図１（ｂ）は、上下面がペースト膜で覆われた積層体の斜視図。図１（ｃ）はＰ−Ｐ断面図。図１（ｄ）は、予焼体を反転した斜視図。図１（ｅ）は、焼結体の斜視図。 本発明による積層圧電セラミックス体を説明する図。図２（ａ）は積層体の斜視図。図２（ｂ）は、上面がペースト膜で覆われた積層体の斜視図。図２（ｂ）は、Ｑ−Ｑ断面図。図２（ｄ）は、予焼体を反転した斜視図。図２（ｅ）は、焼結体の斜視図。 従来の圧電アクチュエータを説明する図。図３（ａ）は、積層体の斜視図。図３（ｂ）は、焼結体の斜視図。図３（ｃ）は、積層圧電セラミックス体の斜視図。図３（ｄ）は、圧電アクチュエータの斜視図。 焼結体に生じる反りと変形とを説明する図。図４（ａ）は側面図。図４（ｂ）は上面図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

図１は、本発明による積層圧電セラミックス体を説明する図で、図１（ａ）は、積層体の斜視図で、図１（ｂ）は、上下面がペースト膜で覆われた積層体の斜視図で、図１（ｃ）は、Ｐ−Ｐ断面図で、図１（ｄ）は、予焼体を反転した斜視図で、図１（ｅ）は、焼結体の斜視図である。

積層圧電セラミックス体は、圧電セラミックス粉末にバインダーを添加し、これを溶剤中に分散させてスラリーにし、このスラリーを用いてドクターブレード製膜法や、キャスティング成膜法などによりセラミックス層２となるグリーンシートにし、その一部グリーンシートの上面に導電性の金属膜となる導体ペーストを用いてスクリーン印刷法により内部導体層３を形成する。
そのセラミックス層２と上面に内部導体層３を有したセラミックス層２とを所望する積層構造となるように複数積層し、その積層したものを熱プレス法等によって圧着させて一体化し、図１（ａ）に示した積層体４ａにする。

次に、その積層体４ａの外面に内部導体層３と同じ材料からなる導体ペーストで上下面を覆うことにより、図１（ｂ）に示したようにペースト膜６を形成する。なお、ペースト膜６は、導体ペーストをスクリーン印刷や、浸漬、噴きつけ、はけ塗りなどの方法により形成することができる。

次に、その積層体４ａを大気雰囲気中４５０℃まで加熱して熱分解し、その積層体４ａに含まれている溶剤等を熱分解して図示していない脱バインダー体にする。

次に、その脱バインダー体を大気雰囲気中８００℃から９５０℃の温度範囲で予焼して予焼体７ａにし、取り出して問題が生じない温度まで冷却し、図１（ｄ）に示したようにその予焼体７ａの上面と下面とを反転させ、その反転させた予焼体７ａを焼結して図１（ｅ）に示した焼結体５ａにする。なお、その焼結体５ａの上下面を研磨して焼結体５の上下面を覆う不要分の焼結されたペースト膜６と積層圧電セラミックス体の一部とを除去することにより積層圧電セラミックス体に作製できる。

セラミックス層２は、焼結して圧電特性を有する圧電セラミックスの材料粉末と、その材料粉末を結着できるバインダーとを秤量して溶剤に投入したものを、ホモジナイザーや、プラネタリーミキサーなどの混合できる設備などを用いて攪拌混合してスラリーにし、そのスラリーをドクターブレード法や、カレンダロール法などの成膜方法を用いてグリーンシートにし、そのグリーンシートを所定の大きさに打ち抜き、打ち抜いたグリーンシートを所望する厚みとなるまで一層以上積層することによりできる。

圧電セラミックスの求める圧電特性に応じて圧電セラミックスとなる粉末を選定すれば良いが、代表的な例としては、ＰＺＴと呼称されるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＴｉＯ₃）が挙げられる。
なお、セラミックス粉末には、粉末の状態で焼成した仮焼粉末を用いることできる。
なお、セラミックス粉末は、出来上がりの積層圧電セラミックス体の品質を良くするため、メッシュ等を用いてふるい分けするのが好ましい。

バインダーには、ポリビニルアセタール（ＰＶＢ）系や、アクリル系などの樹脂を用いればできる。

セラミックス層２に使用できる溶剤は、前記バインダーを溶解して分散でき、適する粘度に調整できるものであれば良い。例えば、バインダーにポリビニルブチラール樹脂を選択した場合には、メチルプロピレングリコール（以下、ＭＦＧと記す）や、エチレングリコールモノエチルエーテル（ＥＣ）、ブチルカルビトール（以下、ＢＣと記す）などの溶剤と、ジオクチルフタレート（以下、ＤＯＰと記す）や、ブチルフタリルグルコール酸ブチル（ＢＰＢＧ）などの可塑性を有する溶剤とを混合したものが適当である。

スラリーは、材料粉末とバインダーとが均一に分散され、ドクターブレード法等で使用できる分散具合と粘度とを有するように調整する。

セラミックス層２となるグリーンシートは、使用する材料粉末の最大粒径がドクターブレード法に影響しない粒径に調整して製造することが望ましい。なお、グリーンシートは、次工程で取り扱いできる状態に乾燥し、かつヒビやクラックなどが発生しないように乾燥すれば良い。

内部導体層３は、焼結して導電性の膜となる金属粉末と、スクリーン印刷後その形状を保持し、金属粉末を結着できる結着剤とを秤量して導体層の溶剤に投入したものを、三本ロール等を用いて混錬した導体ペーストを作製し、その導体ペーストと印刷した範囲の面を覆うことができるベタ状パターンのスクリーン版とを用いてスクリーン印刷法等により、グリーンシートの上面に印刷すれば良い。

内部導体層３の材料には、高温で焼結しても酸化して絶縁体で覆われない銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）や、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）などの貴金属の金属粉末を用いることができる。
なお、内部導体層３となる金属粉末は、印刷の均一性とスクリーン版の目詰まりの防止とを図るためにメッシュ等を用いてふるい分けしたものを使用するのが好ましい。

結着剤には、金属粉末を結着して固定でき、かつ導体層の溶剤の粘度を調整でき、印刷面が平坦化できるレベリング効果を有するものを用いれば良い。

内部導体層３に使用できる溶剤は、前記結着剤を溶解して分散でき、スクリーン印刷するのに適する粘度に調整できるものであれば良い。
なお、内部導体層３の溶剤は、セラミックス層２と混じり合う材質を避けて選定するのが良い。例えば、セラミックス層２にブチラール系樹脂を溶解する溶剤を選定した場合には、天然油脂を原料としたテルピオネール等からなる溶剤等を選定するのが良い。なお、この場合に結着剤には、レベリング作用もあるエチルセルロース等を用いることが望ましい。

導体ペーストは、三本ロール等を用いて金属粉末とバインダーとを溶剤中で混練して分散し、スクリーン印刷法等で使用できる分散具合と粘度と粒度とを有するように調整する。

積層体４ａは、打ち抜いたグリーンシートを内部導体層３で挟んでなるように少なくとも一層積層し、内部導体層の電気的絶縁と積層体の外郭とを成すグリーンシートが積層体４ａの上下面に少なくとも一層配されるようにする。

ペースト膜６は、内部導体層３に用いた導体ペーストと同じ材料を用いれば良い。さらに、金属粉末に対して溶剤の比率を変えて作製した導体ペーストを使用しても良い。

脱バインダー体は、積層体４ａに含まれるバインダーと結着剤と溶剤とを大気雰囲気中で加熱し、バインダーと結着剤と溶剤とを熱分解することにより作製される。積層体４ａを乾燥する場合には、クラックや、ヒビ、デラミネーションなどが生じないように、急峻な温度変化を与えたり、急激な温度差を与えたりしないようにすることが望ましい。

予焼温度は、脱バインダー体を大気雰囲気中８００℃から９５０℃の温度範囲で予焼できる炉で行えば良い。

予焼体７ａの上面と下面との反転は、予焼体７ａにクラックや、ヒビ、デラミネーションなどが生じないように温度を下げてから行うことが望ましい。

焼結体５ａは、上面と下面とを反転させた予焼体７ａをその材料の焼結温度まで加熱することにより作製される。
例えば、圧電セラミックスとしてＰＺＴを用いた場合は、大気雰囲気中１１００℃の温度で焼結すれば良い。また、積層体４ａの加熱と脱バインダー体の予焼と予焼体７ａの焼結は、一つで加熱、予焼、焼結できる炉を用いて行っても良く、各々が異なる炉を用いても良い。

焼結体５ａは、不要分の外面に付着したペースト膜を除去し、所望する寸法形状となるように研磨加工や、切断加工などを行うことにより所望の積層圧電セラミックス体を形成する。なお、研磨等で除去した導電性の金属粉末は、回収して再利用することができる。

以下、本発明の積層圧電セラミックス体の製造方法について図１を用いて説明する。

（実施例１）
実施例の積層圧電セラミックス体は、ＰＺＴの組成が５０Ｐｂ（Ｎｉ、Ｎｂ）Ｏ₃−１５ＰｂＺｒＯ₃−３５ＰｂＴｉＯ₃で表され、焼結して圧電歪み定数ｄ₃₃＝６００ｐｍ／Ｖとなるセラミックス粉末を用いた。なお、このセラミックス粉末は、予焼され、メッシュ等を用いてふるい分けし、粉末の平均粒径Ｄ₅₀が０．５μｍ以下となるようにした。

そのセラミックス粉末４５ｗｔ％とポリビニルブチラールのバインダー５ｗｔ％と、ＭＦＧ３８ｗｔ％、ＢＣ１０ｗｔ％、ＤＯＰ２ｗｔ％からなる溶剤とを、ホモジナイザーを用いて混合分散し、所望する粘度と分散具合とを有したスラリーにし、そのスラリーをドクターブレード法により、乾燥後の厚みが２５μｍとなるように成膜してセラミックス層２となるグリーンシートを作製した。

次に、平均粒径が０．５μｍ以下とした７０ｗｔ％の銀（Ａｇ）と３０ｗｔ％のパラジウム（Ｐｄ）との比率からなる金属粉末６０ｗｔ％と、結着剤のエチルセルロース４ｗｔ％が添加されたテルピネオールを主とした溶剤４０ｗｔ％とを、三本ロール等を用いて混錬して導体ペーストにし、その導体ペーストとメッシュサイズ＃４００のベタパターンのスクリーン版とを用いてスクリーン印刷法により、グリーンシートの上に厚み２μｍとなるベタパターンの内部導体層３を印刷した。

次に、グリーンシートと内部導体層３が印刷されたグリーンシートとを打ち抜き用の金型を用いてプレス機で打ち抜き、下面に１４枚のグリーンシートを積層し、その上に導体層が印刷された７０枚のグリーンシートを積層し、その上面に１５枚のグリーンシートを積層して熱プレス法にて積層間を密着させて一体化し、幅６０ｍｍ、長さ６０ｍｍ、高さ約２．６ｍｍの積層体４ａを作製した。

次に、その積層体４ａの上下面に導体ペーストとスクリーン版とを用いてスクリーン印刷法により、その積層体４ａの上下面がペースト膜６で覆われるようにした。なお、ペースト膜６の厚みは、印刷ムラが生じる稜部を除いた箇所が概１．５μｍ〜１０μｍの範囲となるようにした。

次に、その積層体４ａを大気雰囲気中４５０℃まで加熱して積層体４ａに含まれるバインダーと結着剤と溶剤とを熱分解して脱バインダー体にした。なお、積層体の乾燥は、積層体にクラックや、ヒビ、デラミネーションなどが生じないように１時間当たり１０℃から２５℃の昇温速度で大気雰囲気中４５０℃まで加熱して行った。

次に、その脱バインダー体を大気雰囲気中７５０℃で予焼して予焼体７ａを作製し、その予焼体７ａにクラックや、ヒビ、デラミネーションなどが生じないように予焼体７ａの温度を常温まで下げた後、予焼体７ａの上面と下面とを反転させ、その予焼体７ａを大気雰囲気中１１００℃で焼結して実施例１の積層圧電セラミックス体となる焼結体５ａを作製した。
なお、焼結体５ａは、クラックや、ヒビ、デラミネーションなどが生じないように１時間当たり２５℃から１００℃の昇温速度となるようにして焼結した。なお、１１００℃の温度で２時間焼結が完了すると考えられる時間以上保持した後、クラックや、ヒビ、デラミネーションなどが生じないように常温まで降冷させてから取り出した。なお、脱バインダー体と予焼体７ａとの作製は、一つの炉で連続して行った後、常温まで降冷し、予焼体７ａの上面と下面とを反転させ、その予焼体７ａを同じ炉で焼結した。

（実施例２）
上述した実施例１と同一部材を用いて同じようにペースト膜６で上下面が覆われた積層体４ａを作製し、その脱バインダー体を大気雰囲気中８００℃の温度で予焼して予焼体７ａを作製し、その予焼体７ａの上面と下面とを反転させて大気雰囲気中１１００℃で焼結して実施例２の積層圧電セラミックス体となる焼結体５ａを作製した。

（実施例３）
上述した実施例１と同一部材を用いて同じようにペースト膜６で上下面が覆われた積層体４ａを作製し、その脱バインダー体を大気雰囲気中８５０℃の温度で予焼して予焼体７ａを作製し、その予焼体７ａの上面と下面とを反転させて大気雰囲気中１１００℃で焼結して実施例３の積層圧電セラミックス体となる焼結体５ａを作製した。

（実施例４）
上述した実施例１と同一部材を用いて同じようにペースト膜６で上下面が覆われた積層体４ａを作製し、その脱バインダー体を大気雰囲気中９００℃の温度で予焼して予焼体７ａを作製し、その予焼体７ａの上面と下面とを反転させて大気雰囲気中１１００℃で焼結して実施例４の積層圧電セラミックス体となる焼結体５ａを作製した。

（実施例５）
上述した実施例１と同一部材を用いて同じようにペースト膜６で上下面が覆われた積層体４ａを作製し、その脱バインダー体を大気雰囲気中９５０℃の温度で予焼して予焼体７ａを作製し、その予焼体７ａの上面と下面とを反転させて大気雰囲気中１１００℃で焼結して実施例５の積層圧電セラミックス体となる焼結体５ａを作製した。

（実施例６）
上述した実施例１と同一部材を用いて同じようにペースト膜６で上下面が覆われた積層体４ａを作製し、その脱バインダー体を大気雰囲気中１０００℃の温度で予焼して予焼体７ａを作製し、その予焼体７ａの上面と下面とを反転させて大気雰囲気中１１００℃で焼結して実施例６の積層圧電セラミックス体となる焼結体５ａを作製した。

（実施例７）
上述した実施例１と同一部材を用いて同じようにペースト膜６で上下面が覆われた積層体４ａを作製し、その脱バインダー体を従来の焼結条件である大気雰囲気中１１００℃で焼結して実施例７の積層圧電セラミックス体となる焼結体５ａを作製した。

（実施例８）
図２は、本発明による積層圧電セラミックス体を説明する図で、図２（ａ）は、積層体の斜視図で、図２（ｂ）は、上面がペースト膜で覆われた積層体の斜視図で、図２（ｃ）は、Ｑ−Ｑ断面図で、図２（ｄ）は、予焼体を反転した斜視図で、図２（ｅ）は、焼結体の斜視図である。上述した実施例１と同一部材を用いて図２（ａ）に示した積層体４を作製し、その積層体４の内部導体層３と同じ導体ペーストを用いてスクリーン印刷法により、上面に導体ペーストを印刷乾燥し、陵部を除くペースト膜６の厚みが概１．５μｍから１０μｍの範囲となるようにした。

上面にペースト膜６を設けた積層体４ｂを実施例１と同じようにして大気雰囲気中で加熱し、その積層体４ｂに含まれるバインダーと結着剤と溶剤とを熱分解して脱バインダー体にした。

次に、その脱バインダー体を実施例１と同じように大気雰囲気中７５０℃で予焼して予焼体７ｂにし、クラックや、ヒビ、デラミネーションなどが生じないように常温まで降冷して取り出し、予焼体７ｂの上面と下面とを反転させ、その予焼体７ｂを大気雰囲気中１１００℃で焼結して参考例１の積層圧電セラミックス体となる焼結体５ｂを作製した。

（実施例９）
上述した参考例１と同一部材を用い、同じように上面にペースト膜６を設けた積層体４ｂを加熱し、その脱バインダー体を大気雰囲気中８００℃の温度で焼結して予焼体７ｂにし、その予焼体７ｂの上面と下面とを反転させて大気雰囲気中１１００℃で焼結して参考例２の積層圧電セラミックス体となる焼結体５ｂを作製した。

（実施例１０）
上述した参考例１と同一部材を用い、同じように上面にペースト膜６を設けた積層体４ｂを加熱し、その脱バインダー体を大気雰囲気中８５０℃の温度で焼結して予焼体７ｂにし、その予焼体７ｂの上面と下面とを反転させて大気雰囲気中１１００℃で焼結して参考例３の積層圧電セラミックス体となる焼結体５ｂを作製した。

（実施例１１）
上述した参考例１と同一部材を用い、同じように上面にペースト膜６を設けた積層体４ｂを加熱し、その脱バインダー体を大気雰囲気中９００℃の温度で焼結して予焼体に７ｂし、その予焼体７ｂの上面と下面とを反転させて大気雰囲気中１１００℃で焼結して参考例４の積層圧電セラミックス体となる焼結体５ｂを作製した。

（実施例１２）
上述した参考例１と同一部材を用い、同じように上面にペースト膜６を設けた積層体４ｂを加熱し、その脱バインダー体を大気雰囲気中９５０℃の温度で焼結して予焼体７ｂにし、その予焼体７ｂの上面と下面とを反転させて大気雰囲気中１１００℃で焼結して参考例５の積層圧電セラミックス体となる焼結体５ｂを作製した。

（実施例１３）
上述した参考例１と同一部材を用い、同じように上面にペースト膜６を設けた積層体４ｂを加熱し、その脱バインダー体を大気雰囲気中１０００℃の温度で焼結して予焼体７ｂにし、その予焼体７ｂの上面と下面とを反転させて大気雰囲気中１１００℃で焼結して参考例６の積層圧電セラミックス体となる焼結体５ｂを作製した。

（実施例１４）
上述した参考例１と同一部材を用い、同じように上面にペースト膜６を設けた積層体４ｂを加熱し、その脱バインダー体を大気雰囲気中１１００℃の温度で焼結して参考例７の積層圧電セラミックス体となる焼結体７ｂを作製した。

（比較例）
比較例として、各実施例と同一部材を用いて積層体４の外面が導体ペーストで覆われていない積層体４を実施例１と同じように４５０℃の大気雰囲気中で乾燥して積層体４に含まれるバインダーと結着剤と溶剤とを熱分解した脱バインダー体にし、その脱バインダー体を大気雰囲気中１１００℃の温度で焼結して比較例の積層圧電セラミックス体となる図１（ｂ）に示した焼結体５を作製した。なお、実施例１〜１４と比較例とは、同一の材料ロットで形成された積層体４を用いて各１０個ずつ作製した。

実施例１〜１４と比較例との反りは、切断研磨していない焼結体を図４に示すようにハイトゲージを用いて測定し、１０個の反り＝Ａ−Ｂの平均値を算出した。但し、一桁目は、有効桁外のため参考値である。反りの低減効果は、反りが５０μｍ以下を◎、１００μｍ以下を○、１５０μｍ未満を△、１５０μｍ以上を×とした。
なお、比較例である従来の焼結体の反りは、平均で約２５０μｍであった。

実施例１〜１４と比較例との変形は、ノギスを用いて切断研磨していない焼結体を図４に示すように４つの側面を測定し、１０個の変形＝（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ４）／４の平均値を算出した。変形の低減効果は、収縮が０．２０ｍｍ以下を◎、０．２５ｍｍ以下を○、０．３０ｍｍ未満を△、０．３０ｍｍ以上を×とした。
なお、比較例である従来の焼結体の変形は、４つの側面の平均で約０．３５ｍｍであった。

総合判定は、実施例１〜７と参考例１から７とを比較例と比較した結果の反り低減効果と変形低減効果との設定（◎、○、△、×）の論理積（ＡＮＤ）により判定した。

表１は、実施例１〜７と参考例１〜７と比較例との導体ペーストと反転有無と予焼体の焼結温度と反りと変形と反り低減効果と変形低減効果と総合判定とを比較した表である。

表１の比較表によれば、実施例２〜５の焼結体は、従来の比較例と比較して反りが５０μｍ以内、変形が０．２０ｍｍ以内にでき、特に優れた反りと変形との低減効果が得られた。

表１の比較表によれば、実施例１の焼結体と実施例６の焼結体と実施例７の焼結体とは、比較例と比較して反りが１００μｍ以内、かつ変形が０．２５ｍｍ以内にでき、優れた反りと変形との低減効果が得られた。

表１の比較表によれば、実施例８〜１３の積層圧電セラミックス体となる焼結体は、比較例と比較して反りが１００μｍ以内、かつ変形が０．３０ｍｍ以内にでき、反りと変形との低減効果が得られた。

表１の比較表によれば、実施例１４の積層圧電セラミックス体となる焼結体は、比較例と比較して反りが比較例よりも小さく、かつ変形が０．３０ｍｍ以内にでき、変形の低減効果が得られた。

以上実施例を用いて、本発明を具体的に説明したが、本発明は、これらの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更があっても本発明に含まれる。即ち、当業者であれば当然なしえるであろう各種変形や、変更、修正もまた本発明に含まれる。

本発明の積層圧電セラミックス体の製造方法は、セラミックスの内部に導体が埋設され、一体焼結されてできる各種セラミックス製品に利用することができる。

１ 積層圧電セラミックス体
２ セラミックス層
３ 内部導体層
４、４ａ、４ｂ 積層体
５、５ａ、５ｂ 焼結体
６ ペースト膜
７、７ａ、７ｂ 予焼体
１０ 圧電アクチュエータ
１１ 絶縁膜
１２ 外部電極
１３ 外部端子

Claims (2)

1. 焼結して圧電特性を有するセラミックス粉末とバインダーとを含有するセラミックス層と、焼結して導電性を有する粉末と結着剤とを含有する導体ペーストからなる内部導体層とを積層して積層体にし、前記積層体に含まれるバインダーと結着剤と溶剤とを熱分解して脱バインダー体にし、前記脱バインダー体を焼結して焼結体にし、前記焼結体を切断、あるいは研磨してできる積層圧電セラミックス体の製造方法であって、
   前記導体ペーストで前記積層体の上下面を覆うことを特徴とする積層圧電セラミックス体の製造方法。
2. 焼結して圧電特性を有するセラミックス粉末とバインダーとを含有するセラミックス層と、焼結して導電性を有する粉末と結着剤とを含有する導体ペーストからなる内部導体層とを積層して積層体にし、前記積層体に含まれるバインダーと結着剤と溶剤とを熱分解して脱バインダー体にし、前記脱バインダー体を焼結して焼結体にし、前記焼結体を切断、あるいは研磨してできる積層圧電セラミックス体の製造方法であって、
   前記導体ペーストで前記積層体の上下面を覆い、該脱バインダー体を８００℃以上、９５０℃以下の温度で予焼して予焼体にし、該予焼体の上面と下面とを反転させて焼結することを特徴とする積層圧電セラミックス体の製造方法。

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