JPH0197604A - 積層セラミックス製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は積層セラミック圧電アクチュエータ、積層セラ
ミックコンデンサなどの積層セラミックスの製造法に関
する。

（従来の技術） 積層セラミック圧電アクチュエータ、積層セラミックコ
ンデンサなどを製造する一般的な方法は、あらかじめセ
ラミックスグリーン体を板状に成形し、焼成した後に両
面に内部電極用の電極を形成し、その後接着剤で貼り合
わせて積層するか、あるいはドクターブレード法などに
よってシート状に成形したグリーン体の片面に内部電極
として所定のパターンにペースト状の電極材料をスクリ
ーン印刷法などにより印刷し、その後所定枚数積層し、
熱プレスにより一体化し、所定寸法に切断後、焼成を行
なっている。

各層を並列に電気的接続を行なうために前記の方法のい
ずれの場合にも最終工程として外部電極により内部電極
を一層おきにプラス極とマイナス極となるように接続し
ている。

外部電極により内部電極を並列に接続するには次の２つ
の方法が一般的にとられている。

これらの方法を図面に基づいて説明すると第ψ図及び第
５図は従来の積層セラミックスにおいて、内部電極の形
態及び該電極と外部電極との接続方式の例を説明する為
の説明図であって各図中／／は内部電極、１２は外部電
極、１３はセラミックス、ｌ≠は絶縁体を示す。従来の
第１の方法は内部電極／／の形成パターンを第μ図に示
すように一層おきに素子の一端面に露出させ、これを外
部電極１２により接続する方法である。また第２の方法
は、第５図に示すように内部電極／ｌの形成パターンは
各層一致させ、素子端面には各層全ての内部電極の端部
が露出するように配置し、この後あらたに一層おきに露
出している内部電極の端部を絶縁体ｌ≠によって絶縁し
、残された一層おきの露出している内部電極の端部を外
部電極１２により接続する方法である。

（発明が解決しようとしている問題点）内部電極を並列
的に接続する方法は前記いずれの場合も、内部電極形成
とは別な工程で行ない、さらに１層おきに内部電極を接
続させなければならないので、高い精度と、複雑な工程
が必要である。この問題は特に、セラミックスの一層が
さらに薄くなるほど、また、積層数が増加するほど顕著
となる。

例えば、−層おきに内部電極の端部を露出させ、露出し
ていない部分を絶縁部としているタイプ（第１の方法）
では、この絶縁部分は圧電アクチュエータ、コンデンサ
ーにとっては、絶縁を保つという以外はその性能に対し
てなんら寄与していないのでこの部分は出来るだけ小さ
いことが好ましい。しかしながら通常、内部電極のパタ
ーンは、スクリーン印刷法などにより形成するので、数
１００μｍより小さくさせることは、実際上非常に困難
である。また積層数を増加させた場合この内部電極のパ
ターンを各層一致させるためには高い精度が必要となる
。

一方向部電極の全層を素子端面に露出させ、端面上にあ
らたに絶縁層を形成させる場合（第２の方法）はセラミ
ックス層の厚さが５０８ｍよシも薄くなると、−層おき
に絶縁を実施することは困難となるという、大きな問題
点を有する。

本発明の目的はかかる問題点を解決するために、内部電
極と外部電極を同時に形成させ、より薄層化、多層化を
容易に行なうことが可能な積層セラミック圧電アクチュ
エータ、積層セラミックコンデンサーなどの積層セラミ
ックスの製造法を提供することにある。

（問題を解決するための手段） 本発明の目的は積層セラミック圧電アクチュエータある
いは積層セラミックコンデンサーなどの積層セラミック
ス゛を、従来法の難点を克服して工業的有利に製造する
ことにあり、しかしてか＼る本発明の目的はシート状に
成形された、セラミックスグリーン体を、その両面に電
極を形成した後プリーツ状に折シたたむことによって積
層体を形成し、その積層体を焼成することによって容易
に達成される。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明に用いるセラミックス原料としては、圧電体とし
て Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ３（ＰＺ　Ｔ　） （ＰｂＬａ）（ＺｒＴｉ）０３（ＰＬＺＴ）あるいは ｐ　Ｚ　Ｔ　−ｐｂ（Ｍｇｌ／ａ　Ｎｂ２／ａ　）　０
３などがあり、また誘電体としては ａＴｉ０３ ｒＴｉ０３ などが挙げられる。またその製造法は通常の方法例えば
、原料酸化物を混合して仮焼し、さらに粉砕したもの、
あるいは共沈法によって得られる粉末などが代表的に挙
げられる。

粒径としては通常数μｍ程度の大きさのものが用いられ
る。より薄いシート状セラミックスグリーン体（以下、
単にグリーンシートと称する。）を得るためには用いる
粒子も厚さに応じて小さくする必要があるが、ドクター
ブレード法でシート成形を行なう場合は通常０．３−／
μｍ程度の粒径の粉末を用いることが好ましい。またグ
リーンシートを得る為に用いる有機バインダーは非水溶
剤系を用いる場合はポリビニルブチラール、ポリメチル
メタアクリレート、メタクリル酸エステル共重合体など
であり、水系の溶剤を用いる場合にはポリビニルアルコ
ールメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、
アクリル系ポリマーなどが代表的である。また同じく可
塑剤としてはジブチルフタレート、ブチルベンジルフタ
レート、ホリエチレンクリコール、グリセリンなどが代
表的である。シート成形は例えばドクターブレード法を
用いるならば、前記セラミックス原料粉末、有機バイン
ダー、可塑剤とともに適宜分散剤を加え、有機バインダ
ー、可塑剤、分散剤を溶解する溶剤例えばエチルセロソ
ルフ、トルエン、キシレン、ｎ−ブタノール、イソプロ
ハ／−ルあるいは水などとともにボールミルで／！−１
００ｈｒ混合し、スラリー状態にした後、脱泡を行ない
、ポリエステルフィルム上にキャスティングし、乾燥後
、ポリエステルフィルムから剥離することによりグリー
ンシートを得る。

有機バインダー、可塑剤、セラミックス原料粉末の適切
な量は、後の工程でグリーンシートを折りたたむ時に曲
げられた部分にクラックが入ったりあるいは切断されな
いように選択すべきであり、具体的には通常、 有機バインダーが　ｊ−／ｊｗｔ％、 可塑剤が　　　λ〜／ｊｗｔ％、 残部がセラミックス原料粉末となる範囲から選択される
。これら有機バインダーと可塑剤の量が、下限量より少
ない場合は折り曲げ時クラックが発生しやすかったり、
更には切断されてしまうことのおこる可能性があり、ま
た上限値より多い場合はセラミックス原料粉末が少なす
ぎるために焼成後緻密な焼結体を得にくい傾向を生ずる
。特に可塑剤が多い場合はグリーンシートが軟くなりす
ぎ、ハンドリングが困難となる。

次にグリーンシートの両面に電極を形成するには、前記
得られたグリーンシートの片面にスプレー法、スクリー
ン印刷法などにより電極ペーストを塗付し乾燥させた後
に残りの片面に同様な方法で、電極を形成する。あるい
は、ポリエステルフィルム上にあらかじめ電極材料をス
プレー法、スクリーン印刷法により塗布し、乾燥させた
後に、ドクターブレード法によりセラミックス原料粉末
を含むスラリーをこの上に、キャスティングし、乾燥後
、最上面にやはり同様な方法によりもう１つの電極層を
形成し乾燥する。さらに最終的にポリエステルフィルム
を剥離して、両面に電極層が形成されたグリーンシート
を得ることも出来る。

また両面に形成する電極は、全面に電極を形成させても
、所定のパターンに従っ、て部分的に形成させてもよい
。

用いる電極材料としてはＰｔあるいはＡｇ　−Ｐａ　。

Ｐｔ−Ｐｄ、Ｐｄ％Ａｇなどを塗付方法に従い適宜有機
バインダー、溶剤などとともに混合、分散させたものを
用いる。

積層方法は、両面に電極が形成されたグリーンシートを
所定の幅、長さに切断後、例えば紙折機などを用いてプ
リーツ状に折りたたむ。この時折りたたみを容易に行な
うために、あらかじめ折り目を形成させることが好まし
いが温度の低い状態で折り曲げる、あるいは折り目をつ
けると、クラックが入るので、折り曲げ部分を加熱しな
がら行なうことがクラック防止に有効である。

以上の電極形成、折シた＼み方の一例を図面に基づいて
説明すると第１図は電極付グリーンシートの一例を示し
た説明図、第２図は該グリーンシートの折りた＼み方の
一例を示した説明図、第３図は折り九＼みの前にグリー
ンシートに折り目をつける折り目形成装置の一例を示し
た縦断面模式図であり、各図中ｌは電極付きグリーンシ
ート、コはグリーンシートに形成された電極部分、３は
グリーンシートの非電極部分、≠は折り目形成装置の一
対のロール、ｊはその突起部、６は同じくその陥没部を
それぞれ示す。

電極は前述した如くグリーンシートの両面に全面的に設
けても良いが、第１図の如く適当な間隔で電極部分コと
非電極部分が交互に出現し、電極部分２が若干幅広で、
しかもグリーンシートの表裏において、一部に電極部分
コの重複がちる他は電極部分コと非電極部分３が常に共
存する如く、縞模様に形成するのが好ましく、が＼るグ
リーンシートを折りた＼む際は、第２図の如く電極部分
コの一端２′が折り九＼み内端に位置し、他端コ”が折
りた＼み外端をはソ完全に被覆する位置となる如く折り
九＼まれる。そしてこの様な折りた＼み方を容易にすべ
く第３図の如き紙折シ機を用いると便利である。同図に
おいてｌは周面に略三角形の突条を有する、少くともグ
リーンシートの幅より幅広の、一対の噛合回転ロールで
あって、相互の突起部ｊと陥没部６とが噛合うことによ
り電極付きグリーンシートｌに上述の如き折りた＼みを
実現し得る折り目を形成せしめることが可能である。な
お、この折り目形成の際、突起部！と陥没部６とはグリ
ーンシートが軟化する温度（通常ＳＯ〜ｌｊＯ℃）に加
温されているとクラックや折損を防止できて好適である
。

次に、プリーツ状に所定の積層数となる如く折りた＼ま
れ死重極付きグリーンシートは、好ましくは熱プレスに
かけて一体化される。以上の如くして得られたグリーン
シート積層体において、グリーンシートの両面に形成さ
れた電極は、内部電極と外部電極両方を兼ねることにな
り、内、外電極が同時に形成されたことになる。

また、一体化された積層体は、構造的には、第ψ図の従
来積層体とはソ同じになるが、絶縁部分の大きさは各セ
ラミック層の厚さと同じになり、１層の厚さが薄くなれ
ばなるほど、この絶縁部分も少くなり、素子の性能に寄
与しない部分を最少限に少く出来ることとなる。

次に、一体化したグリーン状態の積層体は、所定の大き
さに切断後焼成し、有機物を分解除去し、さらに焼結を
行ないセラミックスとする。

焼成は通常空気中などの酸化雰囲気中で行ないアルミナ
製の！鉢中でＱ、ｊ〜３０℃／ｈｒで昇温、ｔｉｏｏ〜
１００℃で／−１０時間保持し、有機物を熱分解揮散さ
せる。その後１００−／２３０℃で、空気中あるいは酸
素中で／−７０時間程度焼結を行なう。この時ＰＺＴの
ように鉛の化合物は焼成中鉛が蒸発するので、鉛雰囲気
調製用の粉末例えばＰｂＺｒＯ３あるいはＰｂＺｒＯ３
−ＺｒＯ２混合物などを同じ配錘中に入れて一緒に焼成
する。

得られた積層セラミックスは圧電体であれば分極処理を
行ないリード線の半田づけを行なう。

以下、実施例によって、本発明を更に具体的に説明する
が、本発明はその要旨を越えない限り、下記実施例によ
って限定されるものではない。

〈実施例１〉 （１）　　グリーンシートの作製 セラミックス原料粉末として市販のチタン酸ジルコン酸
鉛４０Ａ　（富士チタン工業株式％式％ バインダーとしてポリビニルブチラールＬＢ−／（積水
化学工業株式会社製）≠、ｒ　ｔ、可塑剤としてジブチ
ルフタレート２．１　？　、分散剤／、７ｆ１溶剤とし
てエチルセロソルブ／　Ａ、７　ｆをボールミルを用い
て≠を時間混合した。得られたスラリーの粘度はブルッ
クフィールド型粘度計を用いてＪ　０００　ｃｐ日（／
、２ｒｐｍ％２００）であった。

このスラリーをポリエステルフィルム上ニキャスティン
グし、ドクターブレード法によりシート成形を行なった
。乾燥後ポリエステルフィルムからハクリしてグリーン
シートを得た。この時得られたシートの厚さは７０μｍ
であった。

電極の塗付はスクリーン印刷法により、片面ずつｐｔペ
ーストを塗付した。用いたスクリーンは３ｊＯメツシユ
のステンレス製であった。また塗付した電極は、グリー
ンシートの全面にペタ塗りした。

（２）積層 （１）で得られた両面に電極が形成されたグリーンシー
トを幅ｊｃｒＩＬ１長さ１ｍの帯状に切断した後、第３
図に示した様な折９目形成用の治具を通し折り目をつけ
た。この時折り目と折り目の間隔は／２ｆｒｒｍであっ
た。また折り目形成治具はあらかじめざ０℃になるよう
に加温されている。

折り目のついたグリーンシートは容易に折りたたむこと
が出来るので折りたたんだ後に長さｊｃＩｒＬ１幅１．
２ｃｒｒＬ％深さｊｃｒＩＬの金型中に入れ、減圧脱気
下、ｔｏ′Ｃｓ時間圧力３岬／　ｃｒ／１で加熱圧着を
行ない積層一体化した。

得られたグリーン状態の積層体は１層７μｍ　１３層で
全体の大きさは長さ！α、幅１．２ＣＩＩＬ１厚さ約０
．６儂テアクタ。

（３）焼結 上記グリーン状態の積層体をアルミナ質の鉢中に鉛雰囲
気調製用にジルコン酸鉛を入れ、アルミナ製のふたをし
てｊＯＯ′Ｃまでは７０℃／ｈｒで昇温し、その後２０
０℃でμ時間保持した。次いで／３０℃／ｈｒで昇温し
１２１０℃で１時間保持して焼結を行ない、積層セラミ
ック圧電体を得た。

〈実施例２〉 特公昭ｊｊ−３≠５２参号公報実施例１で示される共沈
法にて得られたｐ　ｂ　ｏ、、、Ｌａ０．０９　（ｚｒ
Ｏ０６５Ｔｉｅ、３５）。、、７□５０３粉末をセラミ
ックス原料粉末として使用した以外は実施例１と同様に
して、積層セラミック素子を製造した。

得られた積層セラミック素子は電気光学素子として、光
シヤツター等にも有用である。

〈実施例３〉 折りたたみを紙折機（株式会社筑紫製７００型）を用い
て行なった以外は、実施例１と同様にして行ない、積層
体を製造した。

〈実施例≠〉 第２図の如く行った以外は実施例１と同様にして、各セ
ラミックス層間に一層の電極を有し、外部電極への接続
が極めて容易なセラミックス積層体を得た。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明はシート状に成形された
セラミックス原料粉末有機バインダー、可塑剤からなる
セラミックスグリーンシートの両面に電極を形成させ、
プリーツ状に折りたたむことによって積層体を作り、そ
の後焼成して、積層セラミック圧電アクチュエータや、
積層セラミックコンデンサーを製造するようにしたので
、内部電極と外部電極を同時に形成させることが可能に
なり、積層体の１層のより薄層下、及びより多層化を容
易に製造できる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は電極付グリーンシートの一例を示した説明図、
第２図は該グリーンシートの折りたたみ方の一例を示し
た説明図、第３図は折りたたみの前にグリーンシートに
折り目をつける折り目形成装置の一例を示した縦断面模
式図であり、各図中ｌは電極付グリーンシート、２はグ
リーンシートに形成された電極部分、３はグリーンシー
トの非電極部分、Ｖは折り目形成装置のｌ対のロール、
夕はその突起部、６は同じくその陥没部をそれぞれ示す
。また第Ｖ図及び第５図は従来用いられている積層セラ
ミック圧電アクチエエータ−あるいは積層セラミックコ
ンデンサーの説明図であり、各図中、ｌｌは内部電極、
／Ｊは外部電極、１３はセラミックス、ｌ≠は絶縁体を
それぞれ示す。 出　願　人　三菱化成工業株式会社 代　、理　人　弁理士　長谷用　　　−ほか１名 第３因 メ４凪

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）シート状に成形されたセラミックスグリーン体を
   、該セラミックスグリーン体の両面に電極を形成した後
   プリーツ状に折りたたむことによって積層体を形成し、
   該積層体を、焼成することを特徴とする積層セラミック
   スの製造法。
2. （２）前記シート状に成形されたセラミックスグリーン
   体がセラミックス原料粉末、有機バインダー及び可塑剤
   を含有して成形されたものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載の積層セラミックスの製造法
   。
3. （３）前記シート状に成形されたセラミックスグリーン
   体をプリーツ状に折りたたむ際に紙折機を用いることを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項及び第（２）項記
   載の積層セラミックスの製造法。
4. （４）前記シート状に成形されたセラミックスグリーン
   体を、プリーツ状に折りたたむ際に折り目を５０〜１５
   ０℃に加勢しながら形成させて折りたたむことを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）〜（３）項記載の積層セラ
   ミックスの製造法。