JPH09145507A - ダイヤフラム構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 製造過程のセラミックグリーンシート剛性及
び完成したダイヤフラム構造体のダイヤフラム形状を維
持しつつ、非ダイヤフラム部の占める表面積比率を抑制
して小さくできるダイヤフラム構造体と、頻繁な設計変
更や、１基板中に形状の異なるダイヤフラム部を複数配
置する設計においても、安価で迅速に製作可能なダイヤ
フラム構造体の製造方法の提供。 【解決手段】 第１のセラミックスグリーンシート３
と、第２のセラミックスグリーンシート２を積層する面
において、いずれか一方のグリーンシート上で窓部３ｂ
の外周領域の少なくとも一部を除く領域３ｅに、接合・
一体化を促進するセラミックペースト層を選択的に形成
し、次いで、複数のセラミックスグリーンシートを積層
焼成して接合・一体化して、接合・一体化後、空洞部３
ｂ内のダイヤフラム３ａの付け根部３ｄにおいてセラミ
ック積層界面の一部のみを接合するように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明はダイヤフラム構造
体の製造方法に係わり、更に詳しくは、薄肉のダイヤフ
ラムを空洞部に保持するダイヤフラム構造体の製造方法
において、セラミックグリーンシートの特定領域を除く
領域にのみ選択的にセラミックペースト層を形成するこ
とにより、空洞部内におけるダイヤフラムの付け根部に
おける積層界面の一部のみを接合するようにしたダイヤ
フラム構造体の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】 従来から、少なくとも１つの窓部を有
する基体を支持体として、そのような窓部を可撓性の薄
肉膜材料にて覆蓋してダイヤフラムとした構造体が各種
センサーの構成部材などとして用いられてきており、ま
た近年においては、圧電／電歪アクチュエータの構成部
材としても注目されている。例えば、センサー構成部材
として用いられる場合にあっては、そのようなダイヤフ
ラム構造体のダイヤフラム部位が測定すべき対象によっ
て受ける屈曲変位や振動を、適当な検出手段にて検出す
るように構成される。また、圧電／電歪アクチュエータ
の構成部材として用いられる場合にあっては、かかるダ
イヤフラム構造体のダイヤフラム部位が、圧電／電歪ダ
イヤフラム構造体によって変形せしめられて、変位、振
動し、音響を発生したり前記構造体の内部に形成された
加圧室に圧力を生ぜしめるようにして用いられる。

【０００３】 しかして、そのようなダイヤフラム構造
体は、それを構成する支持体としての基体と、ダイヤフ
ラムを与える膜部材とを、一体的に組付けることによっ
て製造されることになるが、その一体的構造の信頼性や
耐熱、耐蝕性の付与等の点より、そのようなダイヤフラ
ム構造体を、セラミックスの一体焼成体にて構成するこ
とが考えられ、本願出願人も、先に特願昭６２−１２９
３６０号（特開昭６３−２９２０３２号）として、一体
焼成にて得られたセラミック製のダイヤフラム構造体を
用いた圧力検出器および圧電／電歪アクチュエータを提
案した。

【０００４】 ところで、このような一体焼成により得
られるセラミックス製のダイヤフラム構造体は、図７に
示すように、一般に、窓部１０ａを貫通形成された第１
の基板１０と、薄肉平板状の第２の基板９とを、グリー
ンシート積層焼成によって一体化することによって、あ
るいは必要に応じて、更に、前記窓部１０ａと連通する
孔１１ａが形成された平板状の第３の基板１１の如きそ
の他の基板とをグリーンシート積層焼成によって一体化
すること等によって得られる。

【０００５】 ここにおいて、もし孔１１ａが存在せず
キャビティ（空洞部）が密閉空間となる場合には、製造
過程での熱処理などを通じて空洞部内の気体圧力が高ま
り、不具合が発生する。孔１１ａは、このような不具合
を防止する役割を果たす。また、この孔１１ａは、例え
ばスピーカー用ダイヤフラム構造体として使用する場合
には、空気等の流出入を調整し、背圧を調整する作用も
有する。

【０００６】 以上のような、ダイヤフラム構造体を応
用したセンサー、スピーカー、アクチュエータ、フィル
ター、コンデンサーアレイ等の素子においては、１個の
素子内において素子表面に占める作動部表面積の増大
（非作動部表面積の抑制）や、複数の作動部の高密度配
置による素子の高性能化や小型化、あるいは頻繁な設計
変更への即応性や、１素子内における特性の異なる複数
駆動部の配置といった各種の要求がある。特にセンサー
として使用する場合、非作動部表面積の占める面積が大
きい素子はセンシングロスが増える為、センサー性能の
低下に繋がる。

【０００７】 そこでダイヤフラム構造体においては、
従来は、図８に示すように、第１のセラミック基板（１
３，１７）の窓部（１３ａ，１７ａ）の相対向する内壁
面間の距離は縮小しないで（Ｌ１＝Ｌ２）、隣接する窓
部（１３ａ，１７ａ）間に形成される仕切り壁の肉厚の
みを厚いもの（１３ｃ）から薄い仕切り壁（１７ｃ）に
変更することにより（Ｄ２≦Ｄ１）、ダイヤフラム部の
寸法を維持しつつ、ダイヤフラム部同士の間隔を狭くし
てダイヤフラム構造体のダイヤフラム部以外の表面積
（Ｄ１〜Ｄ４）の抑制に対応していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、仕切
り壁の肉厚を薄くし、作動部同士の間隔を狭くすること
によってダイヤフラム部以外の占める表面積の抑制を試
みたダイヤフラム構造体においては、以下のような幾つ
かの問題が生じる。第一に、窓部間に形成される仕切り
壁（１７ｃ）の肉厚が薄いことに起因して第１のセラミ
ックグリーンシートの剛性が低くなるため、窓部（１７
ａ）の打ち抜き時に窓部内壁面、即ち仕切り壁（１７
ｃ）が歪んだり、バリが出て、得られるダイヤフラム構
造体の形状が安定しない場合が生じる。第二に、打ち抜
き加工用の金型にも微細な形状が要求されるので、金型
が損耗しやすく、金型寿命が短くなるため、ダイヤフラ
ム構造体の形状不安定化とともに金型の維持管理コスト
が増大し、ひいてはダイヤフラム構造体が高価なものと
なる。第三に、打ち抜き後のハンドリング、特にセラミ
ックグリーンシートを加圧積層する際の積層圧力によっ
て仕切り壁（１７ｃ）が潰れ変形して、ダイヤフラム形
状が安定しないという課題があった。

【０００９】 また、ダイヤフラム構造の設計変更への
即応や、形態の異なる複数のダイヤフラム部を配置する
という要求に対して、高精度に製作できないという課題
や、少量多品種の生産に対応できない、などの課題があ
った。従って、本発明の目的とするところは、製造過程
のセラミックグリーンシート剛性及び完成したダイヤフ
ラム構造体のダイヤフラム形状を維持しつつ、非ダイヤ
フラム部の占める表面積比率を抑制して小さくすること
が可能なダイヤフラム構造体であって、しかも、頻繁な
設計変更や、１基板中に形状の異なるダイヤフラム部を
複数配置する設計においても、安価で迅速に製作可能な
ダイヤフラム構造体の製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】 本発明は、上記した各
課題を解決するためになされたものであり、その要旨と
するところは、窓部を有する第１のセラミックグリーン
シートと、薄肉の第２のセラミックグリーンシートとを
少なくとも含む、複数のセラミックグリーンシートを積
層焼成して接合・一体化することにより、薄肉のダイヤ
フラムを空洞部に保持するダイヤフラム構造体の製造方
法であって、該第１のセラミックグリーンシートと、該
第２のセラミックグリーンシートを積層する面におい
て、いずれか一方のグリーンシート上で窓部の外周領域
の少なくとも一部を除く領域（窓部の外側をとり巻いて
いる領域以外の領域、部分）に、接合・一体化を促進す
るセラミックペースト層を選択的に形成し、次いで、複
数のセラミックグリーンシートを積層焼成して接合・一
体化することにより、接合・一体化後、空洞部内のダイ
ヤフラムの付け根部において、セラミック積層界面の一
部のみを接合するように制御したことを特徴とするダイ
ヤフラム構造体の製造方法である。

【００１１】 本発明において、第１のセラミックグリ
ーンシートの積層面に選択的に形成するセラミックペー
スト層は、その厚さが１５μｍ以下、特に１０μｍ以下
とすることが、セラミックグリーンシート積層時におい
て、積層圧力が各空洞部間の仕切り壁全体に略均一に加
わり、積層圧力による仕切り壁の破壊を回避することが
できるため、好ましい。また、上記セラミックペースト
層は、スクリーン印刷等の印刷法や、ディッピング法、
転写法など従来公知の方法により形成することができる
が、このうち印刷法によりセラミックペースト層を形成
することが、寸法精度良く形成でき、しかも実施が容易
な点から好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】 以下、本発明に係るダイヤフラ
ム構造体の製造方法について、図面を参照しながら詳細
に説明する。図１は、本発明の製造方法の製作手順の一
例を説明した分解斜視図であり、ダイフラム構造体１
は、積層焼成一体化後に空洞部となる一般に複数の窓部
３ｂが連通形成された第１のセラミックグリーンシート
３、及び薄肉平板状の第２のセラミックグリーンシート
２、及び、必要に応じて、前記窓部３ｂに連通し、背圧
調整機能などを有する複数の孔４ａが穿設された第３の
セラミックグリーンシート４を積層し焼成一体化するこ
とにより製造される。

【００１３】 ここにおいて、これら複数のセラミック
グリーンシートは、先ず、セラミック原料とバインダー
ならびに溶剤等から調製されるセラミックスのスラリー
から、ドクターブレード装置やリバースロールコーター
装置等の一般的な装置を用いて成形される。次いで、第
１のセラミックグリーンシート３に対して、第２のセラ
ミックグリーンシート２との積層を行う側の表面に、窓
部３ｂの外周領域（仕切り壁３ａの積層面の外周部領
域、および第１のセラミックグリーンシート３の窓部３
ｂ側部分）３ｃを除く領域（窓部３ｂの外側をとり巻い
ている領域以外の領域、部分）３ｅに、接合・一体化を
促進するセラミックペースト層を選択的に形成するとと
もに、第３のセラミックグリーンシート４に対しては、
第１のセラミックグリーンシート３との積層を行う表面
全面に、接合・一体化を促進するセラミックペースト層
を形成する。このセラミックペースト層の形成は、具体
的には、前記したセラミック原料とバインダーならびに
溶剤等から調製されるセラミックススラリーよりもバイ
ンダーや溶剤の含有量が多いセラミックペーストを、上
記した領域に印刷法、転写法など種々の方法により形成
し、乾燥することにより実施でき、積層焼成一体化を促
進する効果を有する、セラミック含有量が少なく積層圧
力で圧壊しやすいセラミックペースト層が形成される。

【００１４】 そして、必要に応じて、各セラミックグ
リーンシートに切断・切削・打抜き等の加工を施して、
窓部３ｂや孔４ａを形成する。次いで、それら各セラミ
ックグリーンシートを積層し、焼成することによって、
一体的なダイヤフラム構造体１が得られるが、前記セラ
ミックペースト層を選択的に形成した部分以外、即ち窓
部３ｂの外周領域３ｃは、図４に示すように、非一体化
領域（非接合領域）５として微小なギャップ形状で残存
する。

【００１５】 本発明において、第１のセラミックグリ
ーンシート３に対して、第２のセラミックグリーンシー
ト２との積層を行う側の表面において、窓部３ｂの外周
領域３ｃを除く領域３ｅに選択的に形成するセラミック
ペースト層は、スクリーン印刷等の印刷法や、ディッピ
ング法、転写法などを用いて施される。これらの印刷
法、ディッピング法、転写法などのうち、セラミックペ
ースト層の形成を寸法精度良く行なうことができ、しか
も実施が容易な点から、印刷法が好ましい。また、印刷
法の中では、スクリーン印刷法が好ましい。

【００１６】 なお、得られるダイヤフラム構造体の空
洞部内のダイヤフラムの付け根部における微小なギャッ
プ部の厚さとしては、１５μｍ以下、特に１０μｍ以下
とすることが望ましい。微小なギャップ部の厚さをこの
程度とすることで、セラミックグリーンシート積層時に
おいて、積層圧力が各空洞部間の仕切り壁全体に略均一
に加わり、積層圧力による仕切り壁の破壊を回避するこ
とができる。

【００１７】 本発明で用いられるセラミックスの材質
は、特に限定されるものではないが、強度と靱性が高
く、又各種薬品への耐久性に優れた部分安定化ジルコニ
アやアルミナ、或いはアルミナを分散した部分安定化ジ
ルコニアが好適であり、又ジルコニアの安定化剤として
は、特に酸化イットリウムを含むものが強度的に優れて
いる。

【００１８】 また、本発明で得られるダイヤフラム構
造体において、第１のセラミックグリーンシートの板厚
は、薄すぎると打抜き後のハンドリング時において異常
変形などを生じるため、焼成後の板厚が５０μｍ以上と
することが好ましい。また第２のセラミックグリーンシ
ートの板厚は、薄すぎると焼成後の工程中において破損
しやすく、また厚すぎるとセンサーや圧電／電歪素子の
基板として使用した際の特性が低下するため、焼成後に
おいて、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３〜
１２μｍ程度とする。第３のセラミックグリーンシート
は、薄すぎると、焼成一体化以降の工程中および使用中
における外力等でダイヤフラム構造体が歪むため、焼成
後において、５０μｍ以上、好ましくは９０μｍ以上と
するほか、さらに複数のセラミックグリーンシートを同
時に積層焼成一体化することも好ましい。

【００１９】 なお、上記の実施例においては、まず、
第１のセラミックグリーンシートの所定領域にセラミッ
クペースト層を選択的に形成した後に、切断・切削・打
抜き等の加工を行ない、窓部や孔を形成する場合を説明
したが、これと逆に、各セラミックグリーンシートに切
断・切削・打抜き等の加工を施して窓部や孔を形成し、
その後に第１のセラミックグリーンシートの所定領域に
セラミックペースト層を選択的に形成することも可能で
ある。

【００２０】 次に、上記のごとく本発明の製造方法に
より得られたダイヤフラム構造体を、図２〜４に基づい
て説明する。図２〜４において、ダイヤフラム構造体１
は、窓部３ｂ間の仕切り壁３ａの肉厚を厚く保ったま
ま、形成された空洞部３ｂ内の、仕切り壁３ａの付け根
部３ｄにおいて、セラミック積層界面のセラミックペー
スト層を選択的に形成した部分のみを接合して、第１の
基板２と、第２の基板３とが一体化していない微小開口
のギャップ領域５を形成している。

【００２１】 すなわち、セラミックグリーンシートへ
の打抜き加工において、窓部３ｂ間の仕切り壁３ａの肉
厚を厚く保つので、窓部３ｂを有するセラミックグリー
ンシートの剛性を高く保持できる。その結果、打抜き時
に窓部内壁面（即ち、仕切り壁）３ａが歪んだり、バリ
が出ることを防止しつつ、さらには、打抜き後の諸工程
で半完成品に加わる力、特に全セラミックグリーンシー
ト積層時の積層圧力によって仕切り壁３ａが潰れること
を防止しつつ、ダイヤフラム構造体を製造することがで
きるのである。

【００２２】 同時に、セラミック積層界面のセラミッ
クペースト層を選択的に形成した部分のみを接合して、
形成された空洞部３ｂ内の、仕切り壁３ａの付け根部３
ｄに、第１の基板２と、第２の基板３とが一体化してい
ないギャップ領域５を形成することにより、複雑な寸
法、形状を有するダイヤフラム部２ａを備えたダイヤフ
ラム構造体であっても、ダイヤフラム部形状に合わせた
打抜き金型を専用に準備すること無く、高精度な形状を
容易かつ迅速に製造することができる。

【００２３】 また、本発明で製造されるダイヤフラム
構造体では、空洞部３ｂ内の、仕切り壁３ａの付け根部
３ｄに、第１の基板２と、第２の基板３とが一体化して
いないギャップ領域５を形成したため、図５〜図６に示
すように、窓部３ｂ間の仕切り壁３ａの肉厚を薄くした
ダイヤフラム構造体６と、ダイヤフラム部幅（Ｌ_D ）を
同一として、同等寸法、形状のダイヤフラム部２ａを有
するダイヤフラム構造体１を得ることができる。すなわ
ち、図５に示す本発明で製造されるダイヤフラム構造体
１は、従来の製法による図６のダイヤフラム構造体６と
同等のダイヤフラム部幅寸法（Ｌ_D ）を有するが、ダイ
ヤフラム構造体１は、ダイヤフラム構造体６と比べて、
非ダイヤフラム部（Ｄ５、Ｄ６）の面積を、非ダイヤフ
ラム部（Ｄ７、Ｄ８）よりも低減することができる。

【００２４】 以上、本発明の代表的な、第１のセラミ
ックグリーンシート上で仕切り壁３ａをはさむ位置にの
み非接合領域を設ける実施例について詳述してきたが、
本発明はこれらの実施例によって何らの限定をも受ける
ものでないことは言うまでもないところであり、上記の
実施例の他にも、第２のセラミックグリーンシート上に
非接合領域を設ける方法や窓部３ｂの全周に非接合領域
を設ける等、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、
当業者の知識に基づいて種々の変更、修正、改良等を加
えうるものであることが理解されるべきである。

【００２５】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、セラミックグリーンシートの所定領域にセラミック
ペースト層を選択的に形成することにより、接合・一体
化後の空洞部内のダイヤフラムの付け根部において、セ
ラミック積層界面の一部のみが接合されたダイヤフラム
構造体を製造することができる。従って、グリーンシー
トへの窓部打抜き時において、打抜き部が単純形状で、
かつ窓部間の仕切り壁の肉厚を厚くした金型を使用で
き、第２のセラミックグリーンシートの剛性を高く保持
できる。このため、本発明で製造されるダイヤフラム構
造体は、ダイヤフラム部の寸法を維持しつつ、ダイヤフ
ラム部同士の間隔を狭くしてダイヤフラム構造体のダイ
ヤフラム部以外の表面積を抑制する設計、あるいは形
状、寸法の異なるダイヤフラム部を複数配置する設計で
あっても、打ち抜きや積層時に生じる窓部の仕切り壁の
損傷あるいは変形による特性の不安定化が無い。更に、
頻繁な設計変更にも、コストを抑えつつ迅速に対応可能
である。従って、高密度・高性能なスピーカー、アクチ
ュエータ、フィルター、センサー、コンデンサーアレ
イ、ディスプレイ等のダイヤフラム構造体を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の製造方法の製作手順の一例を説明し
た分解斜視図である。

【図２】 本発明で製造されるダイヤフラム構造体の一
例を示す一部切欠斜視図である。

【図３】 図２の断面図である。

【図４】 図３の一部拡大図である。

【図５】 本発明で製造されるダイフラム構造体の例を
示す説明図である。

【図６】 従来のダイフラム構造体の例を示す説明図で
ある。

【図７】 一体焼成により得られるセラミックス製ダイ
ヤフラム構造体の例を示す分解斜視図である。

【図８】 ダイヤフラム構造体の非作動部を低減する従
来例を示す説明図である。

【符合の説明】

１・・ダイヤフラム構造体、２・・第２の基板（第２の
セラミックグリーンシート）、２ａ・・ダイヤフラム
部、３・・第１の基板（第１のセラミックグリーンシー
ト）、３ａ・・仕切り壁、３ｂ・・空洞部（窓部）、３
ｃ・・窓部外周の領域、３ｄ・・付け根部、３ｅ・・窓
部の外周領域を除く領域、４・・第３の基板（第３のセ
ラミックグリーンシート）、５・・ギャップ領域、６・
・ダイヤフラム構造体。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窓部を有する第１のセラミックグリーン
   シートと、薄肉の第２のセラミックグリーンシートとを
   少なくとも含む、複数のセラミックグリーンシートを積
   層焼成して接合・一体化することにより、薄肉のダイヤ
   フラムを空洞部に保持するダイヤフラム構造体の製造方
   法であって、 該第１のセラミックグリーンシートと、該第２のセラミ
   ックグリーンシートを積層する面において、いずれか一
   方のグリーンシート上で窓部の外周領域の少なくとも一
   部を除く領域に、接合・一体化を促進するセラミックペ
   ースト層を選択的に形成し、 次いで、複数のセラミックグリーンシートを積層焼成し
   て接合・一体化することにより、接合・一体化後、空洞
   部内のダイヤフラムの付け根部において、セラミック積
   層界面の一部のみを接合するように制御したことを特徴
   とするダイヤフラム構造体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記セラミックペースト層の厚さが１５
   μｍ以下である請求項１記載のダイヤフラム構造体の製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記セラミックペースト層が印刷法によ
   り形成されている請求項１又は２記載のダイヤフラム構
   造体の製造方法。