JP4151278B2 - セラミック積層体の製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，セラミック層を複数積層してなるセラミック積層体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
セラミック積層体は，例えば圧電アクチュエータ等の高性能部品に用いられる場合がある。上記圧電アクチュエータには，セラミック層と内部電極層とを交互に積層して構成したセラミック積層体が用いられる。これを例に取ると，近年，圧電アクチュエータは，低電圧で高い変位を得るために，セラミック層の薄肉化と積層数の増加が図られ，さらに装置への組み込みを容易にするために全体の小型化が図られている。
【０００３】
【解決しようとする課題】
しかしながら，セラミック層の薄肉化と積層数の増大は，得られるセラミック積層体において，デラミ（層間剥離）や，クラックが生じ易くなるという問題を招く。このデラミやクラックは，セラミック積層体の動作不良を引き起こす原因となってしまう。
また，このような問題は，圧電アクチュエータに用いる場合に限らず，その他のセラミック積層体においても同様に発生しうる。
【０００４】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，デラミ，クラック等の発生を抑制することができ，高信頼性が得られるセラミック積層体を製造する方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題の解決手段】
第１の発明は，セラミック層を複数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，
セラミック層を積層した状態で，その積層方向の直角方向に位置する側面の全周を側面治具により囲い，上記セラミック層を加熱すると共に上記積層方向に位置する両端面から端面治具によって押圧することにより，熱圧着させたセラミック積層体を形成する熱圧着工程と，
上記熱圧着工程において上記セラミック積層体に生じたダメージ部を含み上記側面全周を研削又は切削する側面研削工程とを含み，
上記ダメージ部は，上記セラミック層の厚み方向におけるそり方向が変化する変曲点及びそれよりも外方の部分である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１）。
【０００６】
本発明における上記熱圧着工程においては，上記側面治具と端面治具とを用いて積層したセラミック層を加熱すると共に加圧して熱圧着させる。このとき，積層したセラミック層に対しては，積層方向だけでなく，上記側面治具から側面にも圧力が加わる。また，積層方向の加圧力の付加及び除去による影響と加熱及びその後の熱膨張の影響によって，セラミック層の少なくとも一部が積層方向において僅かに移動する。そのため，セラミック層の側面側においては，上記側面治具との摩擦力によって変形して，後にデラミやクラック等の不良の原因となるダメージ部となる。
【０００７】
本発明では，上記のごとく，上記熱圧着工程の後に，上記側面研削工程を実施する。そして，上記熱圧着工程において生じた上記ダメージ部が含まれる範囲を上記側面の全周にわたって研削又は切削する。そのため，その後に上記ダメージ部を起因とするデラミやクラック等の不良が発生することを防止することができる。
【０００８】
また，上記ダメージ部の位置を特定する方法としては，例えば，実験的に熱圧着工程直後のセラミック層の変形状態とその後のデラミやクラック等の発生状況を観察して統計的にダメージ部の位置を特定する方法などがある。しかしながら，多数のセラミック積層体を量産する際には，ダメージ部と特定された位置以外の部分に不良発生に影響を与える部分が生じる場合が希にある。この場合においても，本発明においては，上記側面の全周を研削又は切削により除去して，上記ダメージ部以外の部分をも除去するので，上記不良発生に影響を与える部分の除去も可能となり，デラミやクラック等の不良発生防止効果を更に高めることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
上記第１の発明（請求項１）においては，上記ダメージ部は，上記セラミック層の厚み方向におけるそり方向が変化する変曲点及びそれよりも外方の部分とする。すなわち，上記熱圧着工程においては，加熱及び加圧によってセラミック積層体が積層方向に収縮する方向に変位し，その後，加圧の除去によってセラミック積層体が積層方向に膨張する方向に変位することが実験的に求められた。このため，セラミック積層体を構成するセラミック層の変形状態は上記の２段階の変位の発生によって，上記変曲点を伴って異なる方向のそりが生じる場合がある。この場合には，上記変曲点よりも外方が最終的にデラミやクラック等の不良となり易い。そのため，この範囲を上記ダメージ部とすることができる。
【００２５】
また，上記セラミック層は圧電セラミックスよりなり，上記セラミック積層体の少なくとも一部は，上記セラミック層と内部電極層とを交互に積層して構成されており，かつ，上記セラミック層の積層数は５０層以上であることが好ましい（請求項２）。この場合には，上記デラミやクラックが生じやすいので，上記第１の発明の作用効果を得ることが特に有効である。
【００２６】
また，上記熱圧着工程実施時の上記セラミック積層体は四角柱形状を有しており，上記側面研削工程においては，上記セラミック積層体を円柱形状，樽形形状又は八角形状に成形することが好ましい（請求項３）。上記セラミック積層体に熱圧着工程を施す際に，セラミック積層体を四角柱形状とした場合には，特に角部分にダメージ部が生じやすい。この場合，円柱形状，樽形形状又は八角形状に成形すれば，四角形の角部を大きく除去することができ，上記側面研削工程によるダメージ部の除去を容易に行うことができる。
【００２７】
また，上記セラミック層と上記内部電極層とは略多角形状を有しており，上記セラミック積層体は，積層方向に隣接した上記セラミック層の間に上記内部電極層が存在する部分とその周囲の少なくとも一方において上記内部電極層が存在しない控え部を有しており，上記側面研削工程においては，上記控え部を有する側面を研削又は切削する際に，上記控え部と上記内部電極層との境界線に略平行に研削又は切削することが好ましい（請求項４）。
【００２８】
上記セラミック積層体が，上記控え部を有する場合には，上記控え部と上記内部電極層との境界線に平行に上記ダメージ部が生じやすい。そのため，この場合には，上記のごとく上記境界線に平行に研削又は切削することにより，ダメージ部の除去を行うことができる。
【００２９】
また，上記側面研削工程においては，上記控え部を有する側面以外の側面を最初に研削又は切削して上記内部電極層を側面に露出させ，次いで，上記控え部を有する側面を研削又は切削することが好ましい（請求項５）。この場合には，上記控え部を有していない側面を最初に研削又は切削して，上記内部電極層を露出させる。これにより，上記控え部の位置が明確になる。そのため，その後上記控え部を有する側面を研削又は切削する際の削り代の設定を容易かつ正確に行うことができる。それ故，控え部におけるダメージ部をより確実に除去することができる。
【００３０】
また，上記熱圧着工程と上記側面研削工程との間には，上記セラミック積層体を焼成する焼成工程を行うことが好ましい（請求項６）。焼成工程を実施することにより，セラミック積層体の硬度が向上し，研削又は切削が容易となる。そのため，上記側面研削工程の前に焼成工程を実施することによって，側面研削工程における研削又は切削の精度を向上させることができる。
【００３１】
なお，上記熱圧着工程の直後に上記側面研削工程を行い，その後焼成工程を行うことも勿論可能である。
更に，研削代を少なくして研削時間を短縮するため，熱圧着後で研削前に積層体を切断または分断して形を整えてもよい。
また，上記焼成工程は，例えば，上記セラミック積層体を１１００℃に２時間保持することにより行うことができる。
【００３４】
また，上記発明においては，上記セラミック積層体は，インジェクタに用いられる圧電素子であり，積層方向の寸法をＡ，幅寸法をＢとした場合の縦横比Ａ／Ｂが２以上であることが好ましい（請求項７）。ここでの縦横比は，上記のごとく，積層方向を縦として，これに直交する幅方向を横として，横の寸法に対する縦の寸法の比である。そして縦横比（Ａ／Ｂ）が２とは，縦の寸法（積層方向の寸法）が，横の寸法（幅寸法）の２倍であることを意味する。
【００３５】
インジェクタに用いられる圧電素子は，非常に高速で精度の高い変位が求められており，過酷な使用がなされる。そのため，デラミやクラックの発生があれば，上記圧電素子としては致命傷となる。特に上記縦横比が２以上の場合には圧電素子としては変位量を大きくすることができるが，上記デラミやクラックの発生も生じやすくなる。そのため，上記各発明の作用効果を発揮させることが有効である。
【００４３】
【実施例】
（実施例１）
以下，本発明の実施例につき，図１〜図１２を用いて説明する。
本例は，図１２に示すごとく，セラミック層１１を複数積層してなるセラミック積層体１を製造する方法である。特に本例では，セラミック層１１は圧電セラミックスよりなり，またセラミック積層体１は，上記セラミック層１１と内部電極層２とを交互に積層して構成されている。そして，セラミック層１１の積層数は５０層以上である。
このセラミック積層体１を製造するに当たり，本例では，後述するごとく熱圧着工程Ｓ６と側面研削工程Ｓ９とを含む製造方法を用いる。
【００４４】
上記熱圧着工程Ｓ６は，セラミック層１１を積層した状態で，その積層方向の直角方向に位置する側面の全周を側面治具７１により囲い，上記セラミック層１１を加熱すると共に上記積層方向に位置する両端面から端面治具７２によって押圧することにより，熱圧着させたセラミック積層体を形成する工程である。
また，上記側面研削工程Ｓ９は，上記熱圧着工程においてセラミック積層体１に生じたダメージ部９を含み上記側面全周を研削又は切削する工程である。
【００４５】
以下，これを詳説する。
本例では，上記セラミック積層体１を製造するに当たって，まず図１に示すごとく，セラミック層１１の基となる長尺のセラミックシートを成形するシート成形工程Ｓ１と，この長尺のセラミックシートから所定の大きさのセラミックシート１１０（図２）を打ち抜くシート打抜き工程Ｓ２を行う。
【００４６】
シート成形工程Ｓ１は，ドクターブレード法，押出成形法，その他の種々の方法を採ることができるが，本例では，ドクターブレード法によってロール状に巻き上げた長尺のセラミックシートを作製する。この原料としては，焼成後に所望の圧電セラミックスとなるよう調整されたものを用いる。具体的には，種々の原料を用いることができるが，本例では，ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）となる原料を用いた。
上記シート打抜き工程Ｓ２では，１６枚のセラミック層１１が採取可能な大きさのセラミックシート１１０を上記の長尺のセラミックシートから切り出す。
【００４７】
次に，図１，図２（ａ）に示すごとく，内部電極印刷工程Ｓ３を実施する。この工程では，各セラミックシート１１０に内部電極層２をパターン印刷する。このとき，内部電極層２の印刷位置は，最終的にセラミック層１１上に控え部１５（図５）が形成されるように設定しておく。
【００４８】
次に，図１，図２（ｂ）（ｃ）に示すごとく，仮圧着工程Ｓ４を行う。この仮圧着工程Ｓ４では，内部電極層２を印刷済みのセラミックシート１１０を１０枚積層して熱圧着する。なお，図２では，枚数等を簡略化して描いている。このときの熱圧着条件は，後述の熱圧着工程Ｓ６よりも低温，低圧の条件で行う。具体的な条件は，加熱温度８０℃，加圧力５ＭＰａであり，上下からのみ治具（図示略）により３分間プレスするという条件とした。
また，上記セラミックシート１１０の積層は，内部電極２の存在しない上記控え部１５の位置が，積層した状態で交互に左右にずれるようにする。
【００４９】
次に，図１，図２（ｄ）に示すごとく，ユニット切断工程Ｓ５を行う。このユニット切断工程Ｓ５では，１０枚積層してなる上記セラミックシート１１０を，各セラミック層１１の大きさに切断する。これにより，１０枚のセラミック層１１を仮圧着してなるユニット体１１２が，上記仮圧着後のセラミックシート１１０からそれぞれ１６個ずつ得られる。
【００５０】
次に，図１，図２（ｅ），（ｆ），図３，図４に示すごとく，２０個のユニット体１１２を積層して熱圧着工程Ｓ６を実施する。
具体的には，図３に示すごとく，側面治具７１として，断面コの字状の第１側面治具７１１とこれに被せる第２側面治具７１２を用いる。また，端面治具７２としては，上記第１側面治具７１１の凹部７１３に挿入可能な一対のものを用いる。
【００５１】
そして，同図に示すごとく，２０個のユニット体１１２を積層させながら第１側面治具７１１の凹部７１３に挿入する。次いで，第１側面治具７１２に第２側面治具７１２を被せる。この状態で，側面治具７１の両端から上記端面治具７２を第１側面治具７１１の凹部７１３挿入して熱圧着工程を実施する。
本例では，加圧の前に加熱を行うため，治具とセラミック積層体とを１２０℃の恒温槽内に３０分間放置する。その後，プレス機に移動し加圧する。
【００５２】
また本例では，端面治具７２から積層方向への加圧力を３４０ＭＰａとした。また，加圧時間は３分間とした。また，加圧中に積層体が冷却されないように，プレス機の温度も１２０℃に保持した。
なお，加熱温度は８０〜２５０℃の範囲で変更することができる。さらに加圧力は５〜１００ＭＰａの範囲で変更することができる。また，加圧及び加熱の時間は，セラミック層１１の大きさ，積層数などによって変更することができる。
【００５３】
また，本例では，上記熱圧着工程Ｓ６の加熱及び加圧を所定時間行った後，すぐに，上記端面治具７２からの加圧力を除去した後，冷却し，端面治具７２を取り外し，側面治具７１を分解した。これにより，図２（ｆ）に示すごとく，四角柱形状を有したセラミック積層体１が得られた。
【００５４】
このセラミック積層体１の展開図を図５に示す。同図に示すごとく，セラミック積層体１を構成する各セラミック層１１と内部電極層２とは四角形状を有している。また，セラミック積層体１は，隣り合ったセラミック層１１の間に内部電極層２が存在しない控え部１５を上記側面における対向する２つの側面側１０１，１０２に交互に有している。
【００５５】
次に，本例では，上記熱圧着工程Ｓ６直後のセラミック積層体１における，各セラミック層１１の変形状態を観察した。その結果を図６に示す。同図（ａ）に示すごとく，セラミック積層体１を立てた状態で，その上部，中部，下部の積層状態を観察した。その結果をそれぞれ同図（ｂ）〜（ｄ）に示した。
【００５６】
同図（ｂ）に示すごとく，上部のセラミック層１１は，中央部分は，端部に近づくに従って徐々に上方に反り上がる方向に反っており，変曲点Ｐから反対に反り下がっている。また，同図（ｄ）に示すごとく，下部のセラミック層１１は，上部の場合と全く逆で，中央部分は，端部に行くに従って徐々に下方に反り下がる方向に反っており，変曲点Ｐから反対に反り上がっている。また，同図（ｃ）に示すごとく，中部のセラミック層１１は，ほとんど変形が見られなかった。
【００５７】
これまでの実験から，上部及び下部における少なくとも上記変曲点Ｐよりも外方部分は，セラミック積層体１を圧電素子として使用する際にデラミやクラックを生じやすいダメージ部９になりうることがわかっている。そして，本例のセラミック積層体１においては，図７に示すごとく，樽形の形状を残し，その周囲がダメージ部９として判断される。すなわち，四角柱の角部においては円弧状の輪郭で，控え部１５が存在する側面においては控え部１５と内部電極層２との境界線に平行な輪郭で囲まれた部分よりも外方の部分がダメージ部９である。
【００５８】
そこで，上記ダメージ部９を除去するために，次の２工程を実施した後に側面研削工程Ｓ９を行った。
側面研削工程Ｓ９の前には，図１に示すごとく，上記セラミック積層体１に対して，脱脂工程Ｓ７と焼成工程Ｓ８を行った。脱脂工程Ｓ７は，温度３５０℃に５時間保持するという条件で行った。また焼成工程Ｓ８は，温度１１００℃に２時間保持するという条件で行った。
【００５９】
本実施例では，最終積層数，例えば５０層以上にするための中間体としてユニット体を形成しているが，内部電極層が印刷されたセラミック層１１を１枚ずつ直接最終積層数に積層して熱圧着させることもできる。この場合にも，上記と同様のダメージ部９が生じる。本実施例では焼成後に研削を実施しているが，熱圧着後に（脱脂，焼成前に）ダメージ部を研削により除去しても同様の効果は得られる。また，その他の積層方法でも，上記と同様の熱圧着方法を行う限り同様のダメージ部９の問題が生まれる。それ故，以下の工程は，ダメージ部９が生じたすべての場合に有効である。
【００６０】
次に，図１に示すごとく，側面研削工程Ｓ９を行う。
本例では，図８に示すごとく，まず，仮研削工程として，控え部１５を有する側面１０１，１０２以外の側面１０３，１０４を最初に砥石５により平坦に研削して上記内部電極層２を側面１０３，１０４に露出させる。これにより，図９に示すごとく，控え部１５の長さＬを側面１０３，１０４から正確に把握することができる。
【００６１】
次に，図１０に示すごとく，控え部１５を有する側面１０１，１０２を砥石５により研削する。このとき，上記控え部１５と内部電極層２との境界線に平行に研削した。
次に，図１１に示すごとく，側面１０３，１０４が円弧状となるように，砥石５により研削した。これにより，図１２に示すごとく，断面形状が樽形のセラミック積層体１が得られた。
【００６２】
この側面研削工程Ｓ９において除去した領域は，前述した図７に示すごとく，四角形の角部が最も多く，次に，上記控え部１５のある側面１０１，１０２部分である。
そして，このセラミック積層体１は，側面電極の配設等の後工程を追加することによって，圧電素子にすることができる。
【００６３】
次に，本例の作用効果につき説明する。
本例においては，上記のごとく，その製造工程において，熱圧着工程Ｓ６の後に，上記側面研削工程Ｓ９を実施する。そして，上記ダメージ部９を十分に研削除去する。そのため，その後に，ダメージ部を起因とするデラミやクラック等の発生を防止することができる。
【００６４】
特に本例のセラミック積層体１は，上記のごとく，セラミック層１１の積層数は５０層以上であり，圧電素子として使用される。そのため，従来ならば，非常にデラミやクラックが生じやすい。しかし，上記のごとく，側面研削工程Ｓ９の実施によって，ダメージ部９を取り除いているので，デラミやクラックの発生を抑制することができる。
【００６５】
更に，本例では，熱圧着工程Ｓ６実施時にはセラミック積層体１の形状が四角柱形状を有しており，側面研削工程Ｓ９においては，上記セラミック積層体１を樽形形状とした。これにより，上記変曲点Ｐを含み比較的面積の広い角部のダメージ部９を確実に除去することができる。また，上記樽形形状の研削を行うことによって，控え部１５に生じるダメージ部も，控え部１５と内部電極層２との境界線に平行に研削を行うことによって十分に除去することができる。
【００６６】
そしてまた，本例では，側面研削工程Ｓ９を実施する際に，控え部１５を有する側面１０１，１０２以外の側面１０３，１０４を最初に研削して内部電極層２を側面１０３，１０４に露出させる。そのため，控え部１５を有する側面１０１，１０２の削り代を容易かつ正確に定めることができる。これによっても，ダメージ部をより確実に除去することができる。
【００６７】
また，本例では，熱圧着工程Ｓ６と側面研削工程Ｓ９との間には，セラミック積層体１の脱脂工程Ｓ７と焼成工程Ｓ８を実施した。これにより，セラミック積層体１の硬度が向上し，研削を容易かつ精度よく行うことができる。
そして，このような精度の高い側面研削工程Ｓ９の実施によって，上記のごとくデラミやクラックの発生を十分に抑制することができる。
【００６８】
（参考例１）
本例は，実施例１の製造工程はそのままとし，上記熱圧着工程Ｓ６において使用する側面治具７１の内面，即ち，第１側面治具７１１の凹部７１３と，第２側面治具７１２の内面に摩擦低減材を予め塗布する。本例では，摩擦低減材としてシリコーンオイルを用いる。
その他は実施例１と同様である。
【００６９】
本例においては，熱圧着工程Ｓ６の過程において，セラミック層１１が積層方向に移動した場合にも，セラミック層１１の側面と側面治具７１との摩擦力を上記摩擦低減材によって低減させることができる。そのため，セラミック層１１が，セラミック層が熱圧着工程によって変形が生じることを抑制することができ，その後にデラミやクラック等の不良となるようなダメージ部が生じること自体を防止することができる。それ故，更に確実にデラミやクラックの発生を防止することができる。
その他は実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００７０】
（参考例２）
本例は，実施例１の製造工程はそのままとし，上記熱圧着工程Ｓ６を行った後の圧力除去手順を変更する例である。なお，実施例１においては，加圧完了後，すぐに加圧の停止を実施する。
【００７１】
本例では，セラミック積層体１を，セラミック層に含有されたバインダ樹脂のガラス転移点以下の温度まで冷却した後に，端面治具７２からセラミック積層体１への圧力を除去する。具体的には，上記熱圧着工程Ｓ６の加熱温度１２０℃から上記ガラス転移点７５℃までは圧力をかけたままとする。そして７５℃以下となってから端面治具７２からの圧力をすぐに解除し，治具の解体を実施する。
【００７２】
その他は実施例１と同様である。
本例においては，熱圧着に必要な加熱及び加圧が完了した後，加圧力除去の際のセラミック積層体１の変位量を低減することができる。これにより，セラミック層１１の側面と側面治具７１との摩擦による変形を低減することができ，ダメージ部の発生自体を抑制することができる。それ故，更に確実にデラミやクラックの発生を防止することができる。
その他は実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００７３】
（参考例３）
本例は，実施例１の製造工程はそのままとし，上記熱圧着工程Ｓ６を行った後，端面治具７２からセラミック積層体１への圧力を除去する速度を，１００ＭＰａ／秒以下の速度で行う例である。具体的には，本例では，上記圧力の除去速度を１７ＭＰａ／秒とする。即ち，端面治具７２から加圧力３４ＭＰａを与えて熱圧着工程Ｓ６を実施した後，その加圧力を除去するのに２秒間かけて行う。
その他は実施例１と同様である。
【００７４】
この場合には，熱圧着工程Ｓ６後に圧力除去を行った際に生じるセラミック積層体１の変位がゆっくりとなる。そのため，急激な変位によってセラミック層１１の側面と側面治具７１との摩擦により変形が生じることを抑制することができる。
したがって，本例では，ダメージ部自体の発生を低減することができ，更に確実にデラミやクラックの発生を防止することができる。
その他は実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００７５】
（参考例４）
本例は，実施例１の製造工程はそのままとし，熱圧着工程Ｓ６を行った後，治具の解体の方法を変更する例である。
即ち，本例では，熱圧着工程Ｓ６の実質的処理が完了した後，セラミック積層体１への圧力を除去する際に，端面治具７２からの圧力は維持したままとし，最初に側面治具７１を分離してセラミック積層体１の側面側を解放する。そしてその後端面治具７２からの圧力を除去する。
【００７６】
これにより，端面治具７２からの圧力を除去した際にセラミック積層体１が積層方向へ変位しても，セラミック層１１の側面に摩擦力が付与されることがない。それ故，セラミック層１１の側面と側面治具との摩擦による変形を防止することができる。
それ故，本例では，ダメージ部の発生自体を抑制することができ，更に確実にデラミやクラックの発生を防止することができる。
その他は実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００７７】
本件発明は上記実施例１に限定されるものではなく，実施例１に記載の製造工程の順序の変更，別工程の追加等は可能である。例えば，熱圧着工程の後に，セラミック積層体を切断或いは分断し，その後，上記側面研削工程を実施してもよい。更に，セラミック積層体を切断或いは分断する工程を脱脂及び焼成工程の後に持ってきても前に持ってきてもよい。
また，上述したごとく，ユニット体を途中で設けることなく，直接セラミック層を最終積層数まで重ねることも可能である。
【００７８】
（参考例５）
本例は，図１９に示すごとく，後述する１つのユニット体１１２のみよりなるセラミック積層体１を製造する例である。本例でも，セラミック層１１は圧電セラミックよりなり，また得られるセラミック積層体１は，セラミック層１１と内部電極層２とを交互に積層して構成されている（図１８）。そして，セラミック層１１の積層数は２層以上である。
本例では，図１３に示すごとく，このセラミック積層体１を製造するに当たり，後述する熱圧着工程Ｓ２０４と，切断工程Ｓ２０５と，側面研削工程Ｓ２０８とを含む製造方法を用いる。
【００７９】
上記熱圧着工程Ｓ２０４は，セラミックシートを複数枚積層した状態で，加熱すると共に積層方向に押圧することにより，熱圧着させた広幅中間積層体１１９を形成する工程である。また，上記切断工程Ｓ２０５は，図１５に示すごとく，鋭角状の刃先を有する切断刃５５を上記広幅中間積層体１１９の一方の表面から押し込んで切断を行ってユニット体を形成する工程である。また，上記側面研削工程Ｓ２０８は，切断工程により形成された切断面を含み上記ユニット体の側面を研削又は切削する工程である。
以下，さらに詳説する。
【００８０】
本例では，まず，図１３に示すごとく，セラミック層１１の基となる長尺のセラミックシートを成形するシート成形工程Ｓ２０１と，この長尺のセラミックシートから所定の大きさのセラミックシート１１０を打ち抜くシート打抜き工程Ｓ２０２を行う。
【００８１】
シート成形工程Ｓ２０１は，ドクターブレード法，押出成形法，その他の種々の方法を採ることができるが，本例では，実施例１と同様に，ドクターブレード法によってロール状に巻き上げた長尺のセラミックシートを作製する。この原料としては，焼成後に所望の圧電セラミックスとなるよう調整されたものを用いる。具体的には，種々の原料を用いることができるが，本例では，ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）となる原料を用いた。
上記シート打抜き工程Ｓ２２０では，多数枚のセラミック層１１が採取可能な大きさのセラミックシート１１０を上記の長尺のセラミックシートから切り出す。
【００８２】
次に，図１３，図１４（ａ）に示すごとく，内部電極印刷工程Ｓ２０３を実施する。この工程では，各セラミックシート１１０に内部電極層２をパターン印刷する。このとき，内部電極層２の印刷位置は，最終的にセラミック層１１上に後述する控え部１５１，１５２（図１８）が形成されるように設定しておく。
【００８３】
次に，図１３，図１４（ｂ）（ｃ）に示すごとく，熱圧着工程Ｓ２０４を行う。この熱圧着工程Ｓ２０４では，内部電極層２を印刷済みのセラミックシート１１０を１０枚積層して熱圧着して広幅中間積層体１１９を形成する。なお，図１４では，枚数等を簡略化して描いている。このときの熱圧着条件は，加熱温度１２０℃，加圧力１５ＭＰａであり，上下から治具により３分間プレスするという条件とした。
また，図１８に示すごとく，上記セラミックシート１１０の積層は，内部電極２の存在しない上記控え部１５１，１５２がそれぞれずれた状態で配置されるようにする。
【００８４】
次に，図１３，図１４（ｄ），図１５に示すごとく，切断工程Ｓ２０５を行う。この切断工程Ｓ２０５では，上記セラミックシート１１０を１０枚積層してなる広幅中間積層体１１９を，切断刃５５によって切断する。
切断刃５５としては，図１５に示すごとく，刃先５５１が鋭角状となっており，先端から離れるに連れ徐々に厚みが厚くなるようなものを用いた。これを上記広幅中間積層体１９の一方の表面から押し込んで切断を行った。
【００８５】
これにより，ユニット体１１２は，非常に効率よく個片化された。
また，図１６に示すごとく，得られた各ユニット体１１２は，側面から見た形状が略台形状となる。即ち，側面の切断面１１３は，上記切断刃５５の形状に沿って圧縮され，同図において上方ほど圧縮量が大きい形状となっている。従って，切断面１１３の近傍には，上記圧縮量が大きいところほど密度が高いというダメージ，つまり，切断によるダメージ部が残った状態となっている。
【００８６】
次に，本例では，図１３に示すごとく，脱脂工程Ｓ２０６と焼成工程Ｓ２０７を行う。この結果，上記ユニット体１１２の側面全周における切断面１１３においては，密度の差によって収縮率が異なり，変形等が生じる。
本例では，図１７に示すごとく，上記切断によるダメージ部の影響で変形等が生じる部分を確実に除去すべく，側面部１１３近傍を切削する側面研削工程Ｓ２０８を行う。
【００８７】
同図に示すごとく，研削範囲は，ユニット体１２のうち最終的に残留する領域Ａの周囲全周であり，側方から見た形状は台形から略長方形に変わる。残留する領域Ａの形状は，四角形の角をとったような略八角形のものとなる。
そして，本例では，ユニット体１１２を１つ用いてそのままセラミック積層体１とする。そのため，得られるセラミック積層体１は，図１９に示すごとく，比較的厚みの薄い八角柱状のものとなる。
【００８８】
なお，本例では，図１５，図１７に示すごとく，切断刃５５を最初に押し当てた面である上面１１８において，少なくとも幅Ｂが５０μｍ以上の部分が除去されるように側面研削工程Ｓ２０８で行った。これにより，切断時のダメージ部が確実に除去されるようにした。
【００８９】
また，セラミック積層体１の内部の積層状態は，図１８に示すごとく，異なる形状の控え部１５１，１５２を有するように配設した内部電極層２とセラミック層１１とが積層した状態となる。同図に示すごとく，一方の控え部１５１の形状は，４つの長辺と４つの短辺を交互に連ねた略八角形のうち，１つの長辺とそれを囲む２つの短辺の外周側のみに設けたものである。他方の控え部１５２は，１つの長辺を除く７つの辺の外周側に設けたものである。
【００９０】
そして，最終的には，図１８（ｃ）におけるＨ１〜Ｈ５の辺に接する内部電極層の領域２５１と，Ｈ７の辺に接する内部電極層の領域２５２とが交互に存在し，透過すれば八角形の領域２５０には必ず内部電極層２が存在する状態となる。これにより，一対の側面電極を配設するに当たっては，上記領域２５１のいずれかの場所に接するところに一方の側面電極を配置し，領域２５２に接する場所に他方の側面電極を配置することができる。
【００９１】
次に，本例の作用効果につき説明する。
本例においては，上記のごとく，その製造工程において，上記切断刃５５を用いて押し切りを行う切断工程Ｓ２０５を採用した。そのため，非常に効率よくユニット体１１２の個片化を行うことができる。
【００９２】
また，上記切断刃５５を用いた押し切りによるダメージ部は，上記側面研削工程Ｓ２０８において除去することができる。そのため，切断によるダメージ部の影響によって生ずるデラミやクラック等の欠陥のないセラミック積層体を得ることができる。
【００９３】
なお，本例では，側面研削工程Ｓ２０８は，焼成工程Ｓ２０７を行った後に行ったが，切断工程Ｓ２０５の直後に側面研削工程Ｓ２０８を行うこともできる。また，本例では，図１９に示すごとく，上記ユニット体１１２を１つでセラミック積層体１とした。これに代えて，図２０に示すごとく，側面研削工程Ｓ２０８の後に，複数のユニット体１１２を接着剤層４を介して積層する接着工程を行って比較的積層高さが高いセラミック積層体１を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１における，製造工程を示すブロック図。
【図２】 実施例１における，製造工程を示す説明図。
【図３】 実施例１における，熱圧着工程に使用する治具を示す説明図。
【図４】 実施例１における，熱圧着工程を行っている状態を示す説明図。
【図５】 実施例１における，セラミック層の積層状態を示す展開説明図。
【図６】 実施例１における，熱圧着工程直後のセラミック積層体の変形状態を示す説明図。
【図７】 実施例１における，ダメージ部を示す説明図。
【図８】 実施例１における，仮研削工程を行っている状態を示す説明図。
【図９】 実施例１における，控え部の長さを示す説明図。
【図１０】 実施例１における，控え部を有する側面を研削している状態を示す説明図。
【図１１】 実施例１における，控え部を有する側面でない側面を円弧状に研削している状態を示す説明図。
【図１２】 実施例１における，断面樽形状のセラミック積層体を示す斜視図。
【図１３】 参考例５における，製造工程を示すブロック図。
【図１４】 参考例５における，製造工程を示す説明図。
【図１５】 参考例５における，切断工程を示す説明図。
【図１６】 参考例５における，切断工程直後のユニット体を示す，（ａ）平面図，（ｂ）側面図。
【図１７】 参考例５における，側面研削工程で研削する領域（研削後に残存する領域）を示す説明図。
【図１８】 参考例５における，電極パターンを示す説明図。
【図１９】 参考例５における，１つのユニット体よりなるセラミック積層体を示す説明図。
【図２０】 参考例５における，複数のユニット体を接着して作製した別例のセラミック積層体を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．セラミック積層体，
１１．．．セラミック層，
１１２．．．ユニット体，
１１９．．．広幅中間積層体，
１５．．．控え部，
２．．．内部電極層，
７１．．．側面治具，
７１１．．．第１側面治具，
７１２．．．第２側面治具，
７２．．．端面治具，
９．．．ダメージ部，

Claims (7)

  1. セラミック層を複数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，
    セラミック層を積層した状態で，その積層方向の直角方向に位置する側面の全周を側面治具により囲い，上記セラミック層を加熱すると共に上記積層方向に位置する両端面から端面治具によって押圧することにより，熱圧着させたセラミック積層体を形成する熱圧着工程と，
    上記熱圧着工程において上記セラミック積層体に生じたダメージ部を含み上記側面全周を研削又は切削する側面研削工程とを含み，
    上記ダメージ部は，上記セラミック層の厚み方向におけるそり方向が変化する変曲点及びそれよりも外方の部分であることを特徴とするセラミック積層体の製造方法。
  2. 請求項１において，上記セラミック層は圧電セラミックスよりなり，上記セラミック積層体の少なくとも一部は，上記セラミック層と内部電極層とを交互に積層して構成されており，かつ，上記セラミック層の積層数は５０層以上であることを特徴とするセラミック積層体の製造方法。
  3. 請求項１又は２において，上記熱圧着工程実施時の上記セラミック積層体は四角柱形状を有しており，上記側面研削工程においては，上記セラミック積層体を円柱形状，樽形形状又は八角形状に成形することを特徴とするセラミック積層体の製造方法。
  4. 請求項２において，上記セラミック層と上記内部電極層とは略多角形状を有しており，上記セラミック積層体は，積層方向に隣接した上記セラミック層の間に上記内部電極層が存在する部分とその周囲の少なくとも一方において上記内部電極層が存在しない控え部を有しており，上記側面研削工程においては，上記控え部を有する側面を研削又は切削する際に，上記控え部と上記内部電極層との境界線に略平行に研削又は切削することを特徴とするセラミック積層体の製造方法。
  5. 請求項４において，上記側面研削工程においては，上記控え部を有する側面以外の側面を最初に研削又は切削して上記内部電極層を側面に露出させ，次いで，上記控え部を有する側面を研削又は切削することを特徴とするセラミック積層体の製造方法。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項において，上記熱圧着工程と上記側面研削工程との間には，上記セラミック積層体を焼成する焼成工程を行うことを特徴とするセラミック積層体の製造方法。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項において，上記セラミック積層体は，インジェクタに用いられる圧電素子であり，積層方向の寸法をＡ，幅寸法をＢとした場合の縦横比Ａ／Ｂが２以上であることを特徴とするセラミック積層体の製造方法。
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