JPH0791114B2 - セラミック薄板の製造方法 - Google Patents

セラミック薄板の製造方法

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JPH0791114B2
JPH0791114B2 JP63251596A JP25159688A JPH0791114B2 JP H0791114 B2 JPH0791114 B2 JP H0791114B2 JP 63251596 A JP63251596 A JP 63251596A JP 25159688 A JP25159688 A JP 25159688A JP H0791114 B2 JPH0791114 B2 JP H0791114B2
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剛 山下
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Hokuriku Electric Industry Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、セラミック生シートを複数枚積層して焼成し
同時に複数枚のセラミック薄板を製造する方法に関する
ものである。
[従来技術] 従来から、セラミック薄板を製造する場合には、セラミ
ック薄板の反りや曲がりを防止するために、セラミック
生シートを複数枚積み重ねて同時に焼成し、その後で各
セラミック薄板を剥離する方法が取られている。しかし
ながら、セラミック生シートを直接積み重ねて焼成を行
うと、焼成中に各セラミック生シートの接触面でも焼結
による融着が進み、各セラミック薄板を剥離させること
が困難になる。そこで、従来から剥離を容易にするため
に剥離粉を各セラミック生シート間に散布したり、剥離
シートを各セラミック生シート間に介在させて加圧状態
下で焼成する方法が用いられている。剥離粉としては、
一般的に酸化ジルコニウム(ZrO2)が用いられており、
また剥離シートとしては焼成ジルコニア粉末をバインダ
中に充填したものが用いられている。また剥離を容易に
するために、積み重ねる枚数を減らすことも行われてい
た。しかしながら剥離粉を散布する作業及び剥離シート
を介在させる作業は非常に面倒であり、作業性が非常に
悪いという問題があった。また剥離粉を用いると、剥離
粉の粒径が小さいときには、焼成の際にセラミック薄板
の上に固着した剥離粉を除去するのが難しくなる問題が
あった。剥離粉が残った状態で電極を印刷形成すると、
剥離粉がセラミック薄板と電極膜との間に入り電極特性
に影響を与えることがあった。これに対し剥離粉の粒径
が大きくなると、焼成後の除去は容易になるものの、除
去後にセラミック薄板の表面に大きな凹部が残ってしま
う上、剥離粉の散布が不均一になるとセラミック生シー
トが反ってしまう問題があった。また剥離粉も剥離シー
トも、セラミック材料と少なからず反応を起こすため、
セラミック薄板の電気的特性が影響を受けることは避け
られなかった。特に、セラミック材料が比較的低い温度
で蒸発する酸化鉛を含むような場合には、剥離粉または
剥離シートとの反応が大きくなる傾向がある。
そこで実願昭54−112119号のマイクロフィルム(実開昭
56−31536号)に示されたセラミック薄板の製造方法で
は、セラミック生シートの接触面に複数の微小突起をプ
レス等により形成する。また特開昭61−136965号公報に
示されたセラミック薄板の製造方法では、面粗さを有す
る離形材の上にセラミック材料のスラリーを塗工し、離
形材の面粗さによりセラミック生シートの一方の面を粗
くしている。
[発明が解決しようと課題] しかしながら、プレス型や面粗さを有する離形材により
微細な突起部を全面的に安価に形成することは難しく、
型や離形材の価格が著しく高くなってセラミック生シー
トの製造コストが上がる問題がある。またプレスにより
突起を形成する場合には、プレス工程及びプレス設備が
必要になる。特に、鉛を含有するセラミック薄板の場合
のように、焼成時にセラミック生シートから蒸発した酸
化鉛がセラミック薄板の剥離性に影響を与えるもので
は、セラミック生シートの両面の平滑度の差をセラミッ
ク生シート全体に確保できなければ、歩留まりが悪くな
る。
本発明の目的は、鉛を含有するセラミック生シートを直
接多数枚積み重ねて焼成しても、容易にセラミック薄板
を剥離することができ、しかも安価にセラミック薄板を
製造できる方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明の製造方法では、セラミック生シートを直接積み
重ねても、焼成後にセラミック薄板を容易に剥離するこ
とができるようにするために、まず一方の面と他方の面
との平滑度に差を生じさせるようにセラミック生シート
を製造する。そしてこの工程では、セラミック生シート
の両面の平滑度の差が焼成後に各セラミック薄板の剥離
を可能にし且つ各セラミック薄板に大きな反りを生じさ
せない範囲に入るように、鉛を含むセラミック材料に低
重合度のポリビニルブチラールを含む結合剤、可塑剤及
びトルエンとイソプロピルアルコールとを所定の重量比
で混合した溶剤を加えて混練物を作り、該混練物を有機
フィルムまたは有機シート上に所定の厚みでシート状に
塗布して乾燥させる。
次にセラミック生シートを平滑度の異なる面どうしが接
触するように複数枚積み重ねて焼成してセラミック薄板
積層体を作る工程を行う。その後セラミック薄板積層体
をセラミック薄板に剥離する工程を行う。
特にセラミック薄板が鉛を含む場合には、セラミック生
シートの両面の平滑度の差を、1:3以上にすることが好
ましい。なおこの差は、表面粗さの最大高さの比較の差
である。
また、結合剤として低重合度のポリビニルブチラールま
たは低重合度のポリビニルブチラールと中重合度のポリ
ビニルブチラールとを重量比で9:1〜4:6の範囲で混合し
たものを用い、溶剤としてトルエンとイソプロピルアル
コールとを重量比で9:1〜7:3の範囲で混合したものを用
いると、再現性があり、しかも剥離性だけでなく電気的
な特性においても優れた結果が得られる。
[作用] 本発明のように、セラミック生シートを製造する工程
で、セラミック材料に低重合度のポリビニルブチラール
を含む結合剤、可塑剤及びトルエンとイソプロピルアル
コールとを所定の重量比で混合した溶剤を加えた混練物
を有機フィルム上に塗布して乾燥すると、フィルムと接
触していない側の面(以下非フィルム面と言う。)から
溶剤が気化して行くため、非フィルム面の表面が粗面に
なり、フィルムと接触する側の面が平坦な面になる。そ
のため、従来の方法のように高価な型や離形材を用いる
ことなく、既存の装置を用いて簡単にセラミック生シー
トの両表面に平滑度の差を持たせることができる。
特に、本発明のように、トルエンとイソプロピルアルコ
ールとを所定の重量比で混合した溶剤とポリビニルブチ
ラールを含む結合剤とを用いると、セラミック生シート
の非フィルム面の平滑度を所望の範囲内のものとするこ
とができる。これは両溶剤の沸点の相違だけから生じる
ものではなく、ポリマーである結合剤に対して良溶剤で
あるイソプロピルアルコールと貧溶剤であるトルエンと
が、結合剤分子鎖の伸びた状態と緻密に結びついた状態
とを作り出すためであると考えられる。なお結合剤とし
て、重合度の異なる2種のポリビニルブチラールからな
る結合剤を用いると、この効果が顕著になる。
なおセラミック生シートの両面の平滑度の差の程度は、
鉛を含むセラミック材料を用いる場合には、1:3以上に
定めるとセラミック薄板の剥離が容易になる。上限はセ
ラミック生シートに反りや曲がりを生じさせない範囲で
ある。また分散された突起部の長さ寸法が部分的に必要
以上に長くなると、セラミック薄板の反り又は曲りの原
因になるため、突起部の長さ寸法又は高さ寸法をある程
度平均させておく必要があるのは勿論である。
[実施例] 以下図面を参照して、本発明の実施例を説明する。第1
図は、本発明を実施する場合に、セラミック生シート1
…を積層した状態を誇張して示している。本発明ではセ
ラミック生シート1の一方の面(非フィルム面)1a上に
スペーサ手段として複数の突起部2…を設けて、セラミ
ック生シートの両面の平滑度に差を持たせている。そし
て各シート1…を、平滑度の異なる面どうしが接触する
ように積み重ねて焼成を行う。突起部2…はセラミック
生シートを作るときにセラミック生シートと同じ材料か
ら形成される。そしてこれらの複数の突起部2は、焼成
された後に他のセラミック薄板の他方の面1bとの間に容
易に分離可能な空間を形成することができる突出長さを
有しており、また焼成後のセラミック薄板に大きな反り
を生じさせることがないように分散されて設けられてい
る。具体的にセラミック生シートの両面に平滑度の差を
生じさせて、圧電セラミック薄板を製造する場合につい
て以下説明する。
圧電セラミック材料として、粒径が約1.8μmの仮焼PZT
(チタン酸ジルコン酸鉛)粉末を用いた。具体的には、
PbZr0.51Ti0.47(Sb1/2Nb1/2)0.02O3の仮焼粉末を用いて
いる。そして結合剤として低重合度(n=200〜400)の
ポリビニルブチラール(PVB)と中重合度のポリビニル
ブチラール(n=600〜800)とを所定の重量比で混合し
たものを4部、可塑剤としてフタル酸ジブチル(DBP)
を1.5部、溶剤としてトルエンとイソプロピルアルコー
ル(IPA)の混合液20部を混合して乳化した。なおトル
エンとイソプロピルアルコールの重量比は下記表1に示
す通りである。乳化した混合剤をドクターブレード法を
用いて有機フィルム(例えばポリエステルフィルム)の
上にシート状に形成した後、有機フィルムを剥がさずに
乾燥を行って厚みが約120μmのセラミック生シートを
得た。なお乾燥は自然乾燥でも良いが、本実施例では、
60℃〜110℃の温度で乾燥を行った。
次にセラミック生シートからパンチングにより27mmφの
円板を作った。そして50枚の円板を積層してマグネシア
密閉匣鉢中で1150℃の温度で一時間焼成した。その後、
セラミック薄板の積層体を液中に入れて、超音波により
各セラミック薄板の剥離を行った。そしてセラミック生
シートのシート状態、焼結状態、非フィルム面の表面粗
さ、剥離性及び圧電特性を測定した。結果は、下記表に
示す通りである。また比較のために、上記とは異なった
溶剤を用いて上記と同じ方法で実験を行ったものの結果
も併せて下記表2に示してある。
上記表1及び2において、IPAはイソプロピルアルコー
ル、MEKはメチルエチルケトン、MTNはメタノールであ
る。非フィルム面の表面粗さは、JIS B0601−1982に従
って測定した最大高さ(Rmax)を示している。上記表に
は記載していないが、同様にして測定したフィルム面の
表面粗さは、いずれの場合にも約0.5μmであった。ま
た「厚みの変化」は、生シートの塗布幅方向と長さ方向
のバラツキを示しており、剥離性は水中での超音波によ
る剥離が可能なものを「○」、不可能なものを「X」と
した。
上記表の結果から、剥離性について検討すると、溶剤の
種類の如何にかかわらず、セラミック生シートの両表面
の平滑度の差(表面粗さの差)が1:3以上になると良好
な剥離性が得られることが判る。なお平滑度の差は、セ
ラミック材料の種類、セラミック生シートの厚み及び焼
成温度によっても異なってくる。第2図は、結合剤の配
合割合と表面粗さの関係をグラフで示している。本実施
例では、表面粗さが1.5μm以上の場合には良好な剥離
性が得られるが、このグラフから中重合度のポリビニル
ブチラールの量を10wt%未満にすると急激に表面粗さが
低下することが判る。また第2図のグラフからは、トル
エンとイソプロピルアルコールとの重量比を10:0〜7:3
の範囲、結合剤の重量比を9:1〜4:6の範囲にすれば常に
所望の表面粗さが得られることが判る。
セラミック生シートの厚みのコントロールについて見る
と、溶剤としてトルエンだけを含んだもの(試料1〜
3)やメタノール(MTN)を含んだもの(試料33,34)で
は、セラミック生シートの厚みをコントロールすること
ができない。またトルエンとメチルエチルケトン(ME
K)との混合液を用いると(試料28〜32)、所望の表面
粗さを得ることができないことが判る。したがって本実
施例では、溶剤としてトルエンとイソプロピルアルコー
ルとの混合液を用いることが好ましい。
また再現性について検討すると、混合溶剤あるいは混合
結合剤を用いる場合には、10wt%以上の割合で混合しな
ければシート状態に不均一が生じやすく、再現性がない
ことが判かった。
本実施例で得られた圧電セラミック薄板の圧電特性Kpの
変化の傾向を見るために、第3図に典型的な例を示し
た。同図から判るように、結合剤の中重合度のポリビニ
ルブチラールの割合が60wt%を超えると低下が大きくな
ることが判る。
第4図A及びBは、上記表の試料15と試料17のセラミッ
ク生シートを実際に表面粗さ計で測定した結果を示して
おり、第4図Cにはフィルム面の表面粗さを示してあ
る。
上記実施例においては、圧電セラミック材料としてPbZr
0.51Ti0.47(Sb1/2Nb1/2)0.02O3を用いているが、上記溶
剤と結合剤とを用いる場合には、PZT系の複合ペロブス
カイト系の代表的なPb(X,Nb)O3−PbTiO3−PbZrO3(X
=Mg,Ni,Zn etc)を用いても同様の効果が得られる。
また可塑剤は、セラミック生シートに柔軟性を保持させ
るものであり、表面粗さ及び圧電特性に影響を与えない
ため、他の材料との適合性を考慮して公知の種々の可塑
剤を用いることができる。特に上記実施例のように、結
合剤としてポリビニルブチラールを用いる場合には、フ
タル酸エステル系(DBP,DOP)の可塑剤が最も適合性が
優れている。
[発明の効果] 本発明によれば、従来の方法のように高価な型や離形材
を用いることなく、既存の装置を用いて簡単にセラミッ
ク生シートの両表面に平滑度の差を確実に持たせること
ができる。特に、本発明のように、トルエンとイソプロ
ピルアルコールとを所定の重量比で混合した溶剤とポリ
ビニルブチラールを含む結合剤とを用いると、セラミッ
ク生シートの非フィルム面の平滑度を簡単に所望の範囲
内のものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はセラミック生シートを積み重ねた状態を誇張し
て描いた図、第2図は本発明の実施例によって製造した
試料の表面粗さと結合剤配合割合との関係を示す線図、
第3図は本発明の実施例によって製造した試料の圧電特
性と結合剤配合割合との関係を示す線図、第4図(A)
及び(B)は試料15と試料17の表面粗さを表面粗さ計で
実際に測定した結果を示す図、第4図(C)はフィルム
面の表面粗さを示す図である。 1…セラミック生シート 2…突起部。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一方の面と他方の面との平滑度に差を生じ
    させるようにセラミック生シートを製造する工程と、 前記セラミック生シートを平滑度の異なる面同志が接触
    するように複数枚積み重ねて焼成してセラミック薄板積
    層体を作る工程と、 前記セラミック薄板積層体をセラミック薄板に剥離する
    工程とを行ない、 前記セラミック生シートを製造する工程では、前記セラ
    ミック生シートの両面の平滑度の差が焼成後に各セラミ
    ック薄板の剥離を可能にし且つ各セラミック薄板に大き
    な反りを生じさせない範囲に入るように、鉛を含むセラ
    ミック材料に低重合度のポリビニルブチラールを含む結
    合剤、可塑剤及びトルエンとイソプロピルアルコールと
    を所定の重量比で混合した溶剤を加えて混練物を作り、
    該混練物を有機フィルムまたは有機シート上に所定の厚
    みでシート状に塗布して乾燥させることを特徴とするセ
    ラミック薄板の製造方法。
  2. 【請求項2】前記平滑度の差は、1:3以上である請求項
    1に記載のセラミック薄板の製造方法。
  3. 【請求項3】前記結合剤として低重合度のポリビニルブ
    チラールまたは低重合度のポリビニルブチラールと中重
    合度のポリビニルブチラールとを重量比で9:1〜4:6の範
    囲で混合したものを用い、前記溶剤としてトルエンとイ
    ソプロピルアルコールとを重量比で9:1〜7:3の範囲で混
    合したものを用いる請求項1に記載のセラミック薄板の
    製造方法。
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