JPH04144971A - 圧電セラミックスの焼成構造 - 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、圧電積層体などに使用される圧電セラミック
スの成形体を焼成する圧電セラミックスの焼成構造に関
する。

［従来の技術］ 圧電セラミックスは、所定のセラミックス粉末を薄板状
に成形された後焼成されて形成される。

この焼成時にこのセラミックス成形体は反りや変形がお
きやすい。この反りや変形を防ぐためには、焼成初期の
昇温速度を遅くしたり、成形体の回りにいわゆる潤滑剤
の役目の敷粉を存在させて焼成するなどの方法がとられ
ている。

たとえば、特開平１−１８４７４号公報には、敷粉を用
いて焼成する際に成形体の重量の０．５〜２倍の重量を
敷粉を介してセラミックス成形体に加重を負荷して焼成
し、反りや変形を防ぐ方法が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の方法では圧電セラミックスの厚み方向の変形は抑
制できるが、長さ方向についてはむしろ変形がおきやす
くなる。これは焼成初期に敷粉がセラミックス成形体の
表面にくいこみ凹凸ができる、このためこの凹凸により
長さ方向の収縮が局部、的に妨げられるため、変形がお
き、場合によっては焼成体が割れる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、反りや変
形を抑制した圧電セラミックス焼成体とすることを目的
とする。

［１題を解決するための手段］ 本発明の圧電セラミックスの焼成構造は、焼成される圧
電セラミックス成形体と、対向する一対の板゛で該圧電
セラミックス成形体をその間隔内に保持する保持板と、
該保持板の間隔内に配置され該圧電セラミックス成形体
の焼成時に該保持板の間隔の大きさを調整する少なくと
も一対のスペーサと、からなる圧電セラミックスの焼成
構造であって、該スペーサは、焼成前においては該圧電
セラミックス成形体の厚みと同じかそれより大きく、焼
成後においては該圧電セラミックス成形体の厚み以下と
なり、該圧電セラミックス成形体の収縮速度より遅い収
縮速度をもつことを特徴とする。

この圧電セラミックスの焼成構造は、焼成中に圧電セラ
ミックスに負荷される荷重をスペーサの厚みの変化によ
って調整することにより、圧電セラミックス焼成体の変
形を抑制することにある。

このスペーサは、圧電セラミックス成形体とは収縮速度
が異なるセラミックスの成形体で形成されており、焼成
開始時は厚みが圧電セラミックス成形体と同じかそれよ
り大きく、焼成終了時には厚みが圧電セラミックス成形
体と同じかそれより小さくなるものを用いる。

すなわち、寸法変化の大きい焼成初期段階では、圧電セ
ラミックス成形体の厚みより大きいスペサにより保持板
が支持されており、圧電セラミックス成形体には直接荷
重が負荷されず、自由に収縮できる。焼成が進行すると
スペーサを構成しているセラミックス成形体の収縮速度
が圧電セラミックス成形体より遅いので、まず圧電セラ
ミックス成形体がスペーサより早く収縮して厚みが小さ
くなり、荷重の負荷を受けることなく自由に収縮できる
。そして焼成後期では収縮速度の遅いスペーサが収縮し
て圧電セラミックス成形体の厚みとスペーサの厚みとが
等しいか逆転して、荷重が負荷された状態で焼成される
ので、得られる焼成体は変形することはない。

このためにスペーサは、圧電セラミックス成形体よりも
遅い収縮速度をもっていることが必要である。これを実
現するにはたとえば、セラミックス粉末の粒径を変化さ
せることで達成できる。すなわち、セラミックス粉末の
粒径が小さいと、粒子間の接触面積が増え焼成が早く進
み焼成速度が早くなり収縮速度も早くなる。逆に粒径が
大きくなる接触面積が少なくなり焼成速度が遅くなり収
縮速度も遅くなる。したがって、圧電セラミックス成形
体の粒径をスペーサの粒径より小さくすることで収縮速
度を調整することができる。

圧電セラミックスとしては、圧電効果を有するものであ
れば特に限定されず、たとえば、ペロブスカイト結晶構
造のＢａＴ　ｉ　０３とＰｂＴ　ｉ　０３またはｃａＴ
ｒ０３との固溶体、ＰｂＺｒｏ３とＰｂＴｉＯ３の固溶
体（ＰＺＴ）などが使用できる。

スペーサで支持される保持板は、耐熱性でたとえば、板
状で焼成温度で変形せず圧電セラミックス成形体に荷重
を負荷でき圧電セラミックス成形体と反応しないもので
あればよい。

［作用］ この焼成構造は、焼成時に圧電セラミックス成形体に負
荷する荷重を支えるスペーサをセラミックス成形体と同
種のセラミックス粉末で形成し、その厚みが圧電セラミ
ックス成形体より大きく、焼成による収縮速度が遅いも
のが用いられる。焼成初期の収縮の大きいときには、圧
電セラミックス成形体は荷重の負荷を受けず自由に収縮
する。

したがって、長さ方向の収縮が妨げられないので割れな
どが防止できる。そして、焼成後期にはスペーサの厚み
が圧電セラミックス成形体と同じかそれより小さくなる
ので、荷重を負荷した状態で焼成される。その結果、得
られる焼成体は反りゃ変形が抑制できる。

［実施例］ 以下、実施例により具体的に説明する。

第１図にこの焼成構造の焼成前の側断面図を、第２図に
焼成初期の側断面図を、第３図に焼成後期の側断面図を
示す。

焼成する圧電セラミックス成形体１と、対向する一対の
板で圧電セラミックス成形体１をその間隔内で保持する
保持板３と、保持板３の間隔内に配置され圧電セラミッ
クス成形体１の焼成時に保持板３の間隔の大きざを調整
する少なくとも一対のスペーサ２と、から構成されてい
る。スペーサ２の厚みは圧電セラミックス成形体１の厚
さより大きい。

保持板３、圧電セラミックス成形体１、スペサ２は以下
のようにして作製した。

保持板３は、平均粒径が１００μｍのＺｒＯ２と、平均
粒径が３０μｍのＰＺＴ粉末を８：２の重量比に混合し
、これに５重量％のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）水
溶液を混合粉末に対して３重量％添加したものを金型プ
レスにより１５０×１５０Ｘ５Ｍの大きざに成形し、１
２５０’Ｃで５時間焼成して形成した。

圧電セラミックス成形体１は、Ｐｂ　（Ｚｒｏ　。

ｓ　２ＴｉＯｏ、４Ｂ　＞０３の組成となるようにＰｂ
ｏ、ＺｒＯ２、Ｔ　ｉ　０２の各粉体を秤量し、ボール
ミル中で水と共に２４時時間式混合をおこなった。これ
を乾燥後、８００℃で６時間仮焼しＰＺＴ化した。次い
でボールミルで平均粒径が１μｍとなるまで粉砕した。

これに結合剤のＰＶＡを０．５重量％添加し、造粒し金
型プレスにより１゜５ｔＯ０／ｃＩｙｉの圧力で、直径
が１８厩、厚さ１馴の形状に成形した。

スペーサ２は、上記の圧電セラミックスと仮焼までは同
じ工程である。次いでボールミルで平均粒径１０〜２０
μｍとなるように粉砕し、ＰＶＡを０．５重量％添加し
、造粒後金型プレスにより１　、　ｏｔｏｎ　／ｃＡの
圧力で直径１８ＩｎＩｒｉ、厚さ１．０ｍに成形した。

上記のようにして形成した保持板３、スペーサ２、圧電
セラミックス成形体１を第１図に示すように保持して、
これをアルミナ製のサヤ中で２００℃／Ｈｒの昇温速度
で昇温し１２５０℃で２時間焼成して圧電セラミックス
焼成体を得た。

焼成前は、保持板３をスペーサ２が支持している。焼成
初期はまだスペーサ２の厚みの方が大きく、圧電セラミ
ックス成形体１は自由に収縮できる。焼成後期ではスペ
ーサ２の厚みが圧電セラミックス成形体１より小さくな
り保持板３の荷重が負荷されて焼成される。

得られた圧電セラミックス焼成体は、直径１５Ｍで楕円
度（焼成体での最大外径と最小外径との差）が２０μｍ
以下でめった。また定板上に置いた焼成体には、その間
に厚みゲージが入るような反りは認められず平行度に優
れていた。

（比較例） スペーサ３を用いないで保持板３を、圧電セラミックス
成形体１に直接載せて、実施例と同じ焼成条件で焼成し
た場合である。得られた圧電セラミックス焼成体は楕円
度が３０〜２００μｍと大きく径方向の変形が大で、さ
らに焼成体には１００個中２〜３個の割合で径方向にク
ラックが入っているのが認められた。

したがって、本発明の構造によれば、反りや変形のない
圧電セラミックス焼成体が得られた。

［効果］ 本発明の焼成構造によれば、焼成時のスペーサの収縮速
度が圧電セラミックス成形体の収縮速度より遅いので、
焼成初期は圧電セラミックス成形体は荷重を受けること
なく自由に収縮できる。そして焼成後期にはスペーサと
圧電セラミックス成形体の厚さが同じかまたは逆転し、
圧電セラミックス成形体に荷重が負荷される。そのため
成形体の収縮の大きい初期段階での加熱速度を速くして
反りや変形が生じても、焼成後期で荷重が負荷されるの
で最終製品では反りや変形は抑制できる。

そのため従来のように初期の加熱を時間を掛けてゆっく
りおこなう必要がなく、焼成時の加熱の制御が簡単とな
る。

得られる焼成体は反り、変形が少なく、製品化する場合
の加工代の低減が可能となる。また加工工程の省略も可
能となる。

また、スペーサは成形時の加圧圧力を下げて成形するこ
とで容易に圧電セラミックスより収縮率が大きくなり、
特別な工程を必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼成前の焼成構造の側断面図であり、第２図は
焼成初期の焼成構造の側断面図であり、第３図は焼成終
了時の焼成構造の側断面図である。 １・・・圧電セラミックス成形体 ２・・・スペーサ ３・・・保持板 特許出願人　　トヨタ自動車株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　焼成される圧電セラミックス成形体と、対向する一対
   の板で該圧電セラミックス成形体をその間隔内に保持す
   る保持板と、該保持板の間隔内に配置され該圧電セラミ
   ックス成形体の焼成時に該保持板の間隔の大きさを調整
   する少なくとも一対のスペーサと、からなる圧電セラミ
   ックスの焼成構造であって、 該スペーサは、焼成前においては該圧電セラミックス成
   形体の厚みと同じかそれより大きく、焼成後においては
   該圧電セラミックス成形体の厚みと同じかそれ以下とな
   り、該圧電セラミックス成形体の収縮速度より遅い収縮
   速度をもつことを特徴とする圧電セラミックスの焼成構
   造。