JPH04127410A - セラミック積層体の製造方法 - 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〕 本発明はセラミック積層体に関し、特に、積層セラミッ
ク形電歪効果素子や積層セラミックコンデンサなどに用
いられるセラミック積層体の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来のセラミック積層体の構造および製造方法について
、スリット構造の積層セラミック形電歪効果素子（以後
スリット形素子と記す）を例にして説明する。

一般に、電歪効果素子とは、セラミックなどの固体の電
歪効果を利用して、電気エネルギーを機械エネルギーに
変換するトランスジューサである。

この電歪効果素子の構造としては、低い電圧で大きい機
械エネルギーを得ることができるように、電歪材料を薄
層にし、内部電極と交互に積層した積層構造のものが広
く用いられている。

特に、スリット形素子は、特開昭５８−１９６０７７に
開示されているように、積層形電歪効果素子の積層方向
に平行な側面に、内部電極と平行なスリットを設けるこ
とによって、このスリット形素子に電圧を印加して駆動
させる時の機械強度を上げたものである。

以下に、第３図に示すスリット形素子の構造について、
特開昭５８−１９０６７７の実施例をもとにして説明す
る。

このスリット形素子では、電歪材料としてのセラミック
層１と、内部電極２ａ及び２ｂとが交互に積層されてい
る。

又、積層方向に平行な一対の側面には、外部電極３ａ及
び３ｂが設けられている。

内部電極は、−層毎に左側面または右側面の外部電極に
接続するように振り分けられ、内部電極２ａが外部電ｆ
ｉ３　ａに、又、内部電極２ｂが外部電極３ｂに接続さ
れている。

このような構造においては、外部からリード線４ａ及び
４ｂに電圧を印加すると、隣り合う内部電極同志がセラ
ミック層１を挟んで互いに対向電極となるので、低い電
圧で大きな機械エネルギーを得ることができる。

このスリット形素子では、更に、積層方向に平行な４つ
の側面上に、内部電極に平行なスリット５が数個所設け
られている。

このスリット５は、スリット形素子に電圧を印加した時
に、変位が発生しない部分く図中Ａで示す）と変位が発
生する部分（図中Ｂで示す）との境界（図中Ｃで示す）
に集中する大きな応力を緩和して、このスリット形素子
の動作時の機械強度を増大させるという効果をもたらす
。

以下に、上述のスリット形素子の、従来の製造工程につ
いて、特開昭６１−１１５６０６の実施例をもとにして
説明する。

第４図に、スリット形素子の、従来の製造工程の工程図
を示す。

このスリット形素子は、先ず、泥漿製造工程で、電歪材
料粉末に有機系のバインダと有機系の溶剤とを加え、混
練して泥漿を作る。

次に、テープキャスティング工程で、テープキャスティ
ングによりグリーンシートを得る。

次いで、内部電極・切断線印刷工程で、このグリーンシ
ート上に、第５図（ｂ）及び（ｃ）に示すようなパター
ンの内部電極ペースト６ａ及び６ｂをスクリーン印刷す
る。

又、この工程で、別に、第５図（ａ＞に示すようなパタ
ーンの切断線用ペースト７だけを印刷したグリーンシー
トを準備する。

このグリーンシートは、後の工程で、プレス体を切断す
る位置を示すためのものであって、プレス体の上部に数
枚配置される。

更に、別に、空孔形成材印刷工程で、第５図（ｄ）に示
すようなパターンの空孔形成ペースト８をスクリーン印
刷しておく。

この空孔形成ペースト８は、後に述べる加熱工程で、分
解し飛散して無くなってしまうが、最終的に第３図に示
すスリット５となる部分に対する一時的な詰め物の作用
をする。

次に、積層工程で、上記の加工を施したそれぞれのグリ
ーンシートを所定枚数だけ積層し、熱プレス工程で、バ
インダの軟化する温度まで加熱しな後、−軸加工プレス
で熱圧着して第６図に示すようなプレス体とする。

このプレス体では、内部電極ペースト６ａ及び６ｂを印
刷したグリーンシート４枚毎に、空孔形成ペースト８を
印刷したグリーンシートを１枚配置した積層構造を採っ
ている。

上部の数枚は、切断線用ペースト７を印刷したグリーン
シートである。

次に、加熱工程で、このプレス体を加熱し、バインダ及
び空孔形成ペーストを熱分解させて除去した後に、内部
電極およびセラミックを焼結させて焼結体とする。

その後、研磨工程で、上下面の平行度を出すための研磨
を施した後、切断工程で、素子の形状に切断して、外部
電極形成工程、リード縁付は工程を経てスリット形素子
を完成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したスリット形素子の製造工程においては、加熱工
程で次のことが起る。

すなわち、プレス体を加熱して行って、プレス体の温度
が、このプレス体中に含まれる成形用のバインダの分解
温度に達すると、バインダが分解して大量の分解ガスが
発生する。

この分解ガスは、プレス体の内部から表面に達し、飛散
して行くが、この時、プレス体の表面積（すなわち分解
カスの出口）が狭いと、プレス体の内部に滞留した分解
ガスによってプレス体の内圧が高くなる。

更にバインダの分解が進むと、プレス体内部の分解ガス
は、プレス体中で比較的接着力の弱い電歪材料と内部電
極との界面または電歪材料と空孔形成ペーストとの界面
を通過しようとして、この部分を押し広げ、いわゆる、
眉間はがれ（デラミネーション；以後デラミと記す）が
起り易くなる。

この現象は、発生する分解ガスの量に対して、分解ガス
の出口が狭ければ狭いほど顕著である。

このことは、プレス体の形状が大きくなればなるほど、
このプレス体の体積に対する表面積の割り合いが小さく
なるため、デラミが発生し易くなることを示している。

ところが、上述したスリット形素子においては、プレス
体の形状はかなり大きなものにならざるを得ない。例え
ば、−例として、縦１００１１×横７０ｎｍＸ高さ１２
ａｍと、極めて大きなものとなることもある。

この寸法は、高さに関しては、電歪効果素子としての変
位の発生量を確保するために必要な寸法であり、縦横に
関しては、焼結後の研磨において、上下面の平行度の精
度を良くするためと生産効率を高めるために、ある程度
大きな面積を実現するのに必要な寸法である。

しかも、プレス体の形状は、スリット形素子の高性能化
および生産効率の高効率化の点から、益々大型化する傾
向にある。

すなわち、従来のスリット形素子の製造方法では、加熱
工程でデラミが非常に発生し易い。

このデラミ現象を避けるための方法として、バインダの
分解温度付近での昇温速度を緩くする方法がある。

しかし、この方法を上述の形状の寸法のプレス体に適用
した場合には、１．０℃／ｈと、極めて緩やかな昇温速
度にすることが必要であり、総加熱時間に約２０日間を
要するなど、生産性に乏しいという別の問題が生ずる。

以上述べたような問題は、スリット形素子の製造工程に
おいてのみ起ることではなく、他の形の積層セラミック
形電歪効果素子や、積層セラミックコンデンサの製造工
程においても同様に発生する問題である。

本発明の目的は、以上述べたような、従来の、セラミッ
ク積層体の製造方法の欠点を改善し、バインダ除去に要
する加熱時間が短かくてすみ、しかもデラミの発生しに
くい製造方法によって、安価で、高品質なセラミック積
層体を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１記載のセラミック積層体の製造方法は、セラミ
ックのグリーンシートの一方の面に導電体層を形成し、
所定寸法に裁断して形成した電極シートを積層してプレ
ス体を得る工程と、前記プレス体を加熱してこのプレス
体中に含まれる有機バインダーを除去した後、更に高温
に加熱して焼結する加熱工程とを含むセラミック積層体
の製造方法において、 前記加熱工程で、プレス体を加熱して有機バインダを除
去した後、このプレス体を冷却し、常温付近で等方向に
圧力を加えることを特徴とする。

又、請求項２記載のスリット形電歪効果素子用のセラミ
ック積層体の製造方法は、セラミックのグリーンシート
の一方の面に導電体層を形成し所定寸法に裁断して形成
した電極シートと、セラミックのグリーンシートの一方
の面に空孔形成材料の層を形成し所定寸法に裁断して形
成した空孔用シートとを積層してプレス体を得る工程と
、前記プレス体を加熱してプレス体中に含まれる有機バ
インダ及び空孔形成材料の層を除去した後、更に高温に
加熱して焼結する加熱工程とを含むスリット形電歪効果
素子用のセラミック積層体の製造方法において、 前記加熱工程で、プレス体を加熱して有機バインダを除
去した後、空孔形成材料の層を残した状態で、このプレ
ス体を冷却し、常温付近で等方向に圧力を加えることを
特徴とする。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の実施例の製造工程を示す工程図であ
る。

なお、以下の説明中、製造工程に関する部分では、第１
図の他に、第２図（ａ〉、第５図（ａ）〜（ｄ）及び第
６図も参照する。

本実施例では、電歪材料としてチタン酸ジルコン酸鉛系
のセラミックを選び、泥漿製造工程で、この材料粉末に
有機系のバインダと有機系の溶剤とを加え、混練して泥
漿を作る。バインダとしてはポリビニルブチラールを用
いる。

次に、テープキャスティング工程で、ドクターブレード
法により、この泥漿をフィルム上にテープキャスティン
グしてグリーンシートを作製する。

このグリーンシートの厚みは１３０μｍである。

次いで、内部電極・切断線印刷工程で、このグリーンシ
ート上に、銀・パラジウム合金を主成分とする内部電極
ペースト６をスクリーン印刷する。

印刷パターンは、第５図（ｂ）及び（ｃ）に示すパター
ンである。

又、この工程で、別に、切断線用ペースト７だけをスク
リーン印刷したグリーンシートを準備する。

印刷材料は、内部電極ペーストと同じく、銀・パラジウ
ムを主成分とするペーストであり、印刷パターンは、第
５図（ａ）に示すパターンである。

更に、別に、空孔形成材印刷工程で、グラファイトを主
成分とする空孔形成ペースト８を印刷する。

印刷パターンは、第５図（ｄ）に示すパターンである。

その後、シート切断工程で、それぞれのグリーンシート
を、１００＋ｎｍＸ７０龍の形状に切断する。

次に、上述の加工を施したグリーンシートを、１１Ｉ層
工程で所定枚数積層した後、熱プレス工程で、プレス金
型中に投入後、１１０℃に加熱して３００ｋｇｆ／ｃｏ
ｔで加圧して熱圧着することにより第６図に示すプレス
体を得る。

このプレス体の高さは、１２ｍｍである。

次に、このプレス体中に含まれるバインダを除去するた
めに、第１加熱工程でプレス体を加熱する。

この加熱の温度プロファイルを第２図（ａ）に示す。

５℃／ｈの温度勾配で３５０℃まで加熱して４時間保持
した後、−５０℃／ｈで室温まで冷却し、電気炉内から
取り出す。

この時点で、バインダは除去されているが、空孔形成ペ
ースト８はまだ分解されずに残っている。

又、プレス体には、バインダの除去に伴って、デラミが
生じている。

本実施例では、このデラミを修復する目的で、冷間等方
圧プレス工程でプレス体に２０００ｋｇｆ／ｃＴＡの圧
力を加える。

このようにすると、デラミは修復されるが、後にスリッ
トになる部分は、空孔形成ペースト８が残っているので
、当初の形態を保っている。

次いで、第２加熱工程で、プレス体を再度電気炉内に投
入し、加熱する。

この時には、３５０℃までは５０’Ｃ／ｈで昇温し、空
孔形成材であるグラファイトが分解を終る温度（４５０
℃）までは５℃／ｈで昇温し、更に、内部電極およびセ
ラミックを焼結させるために、５０℃／ｈで昇温し、１
１００’Ｃに達しな後この温度で４時間保持する。その
後−５０”Ｃ／ｈで室温まで冷却して焼結体を得る。

この後、研磨工程で、焼結体に研磨を施して上下面の平
行度を出し、切断工程で、所定の寸法の素子に切り出し
、外部電極形成工程で銀ペーストを焼き付けて外部電極
を形成し、リード線図は工程を経てスリット形素子とす
る。

次に、本実施例の効果を確めるために、上述の実施例に
従って作製したスリット形素子と、従来の製造方法によ
って作製したスリット形素子とを比較した結果について
説明する。

従来の製造方法によるスリット形素子は、第４図に示す
工程図に従って作製し、加熱工程での温度プロファイル
を、第２図（ｂ）及び（ｃ）に示す２種類とした。

なお、上記の比較において、使用した材料およびスリッ
ト形素子の構造は、両方の製造方法で同一とした。

従来の製造方法で、第２図（ｂ）に示す加熱条件ｌ、す
なわち、バインダ除去、空孔形成材除去の工程の昇温速
度を５℃／ｈとして４５０”Ｃまで温度を上げる条件で
スリット型素子を６００個作製した時の、デラミの発生
に対する良品率は、７％であった。

又、同じ〈従来の製造方法で、第２図（ｃ）に示す加熱
条件２、すなわち、昇温速度を１℃／ｈとした場合の素
子６００個の良品率は、１００％であった。

しかし、この場合には、バインダ除去がら焼成終了まで
に約２０日間を要した。

一方、これに対して、本実施例では、上記の加熱工程は
約７日間で終了し、しがち素子６００個の良品率は１０
０％であった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、セラミック積層
体の製造工程中で、プレス体中のバインダを除去した後
に、このプレス体に室温付近で等方向に圧力を加えてか
ら焼成を行なうことにより、製造に要する時間を短がく
し、良品率を上げることが可能であるので、安価でしが
も眉間はがれなどのない品質のよいセラミック積層体を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の製造工程を示す工程図、第
２図（ａ）から＜ｃ＞は、本発明の実施例およびスリッ
ト形素子の従来の製造方法における加熱工程での温度プ
ロファイルを表す図、第３図は、スリット形素子の構造
を示す縦断面図、第４図は、スリット形素子の従来の製
造工程を示す工程図、第５図（ａ）から（ｄ）は、スリ
ット形素子の製造工程における内部電極・切断線印刷工
程および空孔形成材印刷工程での印刷パターンを表す図
、第６図は、スリット形素子のプレス体の構造を示す縦
断面図である。 １・・・セラミック層、２ａ、２ｂ・・・内部電極、３
ａ、３ｂ・・・外部電極、４ａ、４ｂ・・・リード線、
５・・・スリット、６ａ、６ｂ・・・内部電極ペースト
、７・・・切断線用ペースト、８・・・空孔形成ペース
ト。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．セラミックのグリーンシートの一方の面に導電体層
   を形成し、所定寸法に裁断して形成した電極シートを積
   層してプレス体を得る工程と、前記プレス体を加熱して
   このプレス体中に含まれる有機バインダーを除去した後
   、更に高温に加熱して焼結する加熱工程とを含むセラミ
   ック積層体の製造方法において、 前記加熱工程で、プレス体を加熱して有機バインダを除
   去した後、このプレス体を冷却し、常温付近で等方向に
   圧力を加えることを特徴とするセラミック積層体の製造
   方法。
2. ２．セラミックのグリーンシートの一方の面に導電体層
   を形成し所定寸法に裁断して形成した電極シートと、セ
   ラミックのグリーンシートの一方の面に空孔形成材料の
   層を形成し所定寸法に裁断して形成した空孔用シートと
   を積層してプレス体を得る工程と、 前記プレス体を加熱してプレス体中に含まれる有機バイ
   ンダ及び空孔形成材料の層を除去した後、更に高温に加
   熱して焼結する加熱工程とを含むスリット形電歪効果素
   子用のセラミック積層体の製造方法において、 前記加熱工程で、プレス体を加熱して有機バインダを除
   去した後、空孔形成材料の層を残した状態で、このプレ
   ス体を冷却し、常温付近で等方向に圧力を加えることを
   特徴とするスリット形電歪効果素子用のセラミック積層
   体の製造方法。
3. ３．請求項１又は請求項２記載のセラミック積層体の製
   造方法において、常温付近でプレス体に等方向に圧力を
   加える方法が、冷間等方圧プレス法であることを特徴と
   するセラミック積層体の製造方法。