(57)【要約】【課題】製造された圧電素子の静電容量を正確に確保する圧電素子製造方法、内部電極、圧電素子及び圧電素子製造装置を提供する。【解決手段】印刷工程は、セラミックグリーンシート１０１上に外周近傍の範囲Ｌ１が内側部分に比べて厚くなるように内部電極パターン１００を形成する。積層体生成工程は、前記内部電極パターン１００が形成された複数枚の前記セラミックグリーンシート１０１を積層して積層体を生成する。焼成工程は、前記積層体を焼成して圧電素子に用いられる焼結体を生成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックグリーンシート上に外周近傍が内側部分に比べて厚くなるように内部電極ペーストを印刷する印刷工程と、
前記内部電極ペーストが印刷された複数枚の前記セラミックグリーンシートを積層して積層体を生成する積層体生成工程と、
前記積層体を焼成して圧電素子に用いられる焼結体を生成する焼成工程と
を有することを特徴とする圧電素子製造方法。
【請求項２】
前記印刷工程は、前記外周近傍の厚さを前記内側部分の厚さに比べて２０％〜１００％厚くすることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子製造方法。
【請求項３】
前記印刷工程は、外周からの距離が５０μｍ以内の部分にかかる領域を内側部分に比べて厚くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電素子製造方法。
【請求項４】
前記印刷工程は、前記厚くする領域の幅を１００μ〜２５０μｍとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の圧電素子製造方法。
【請求項５】
前記印刷工程は、スクリーンを用いて、該スクリーンが歪むほどに印圧をかけて印刷を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の圧電素子製造方法。
【請求項６】
セラミックグリーンシート上に外周近傍が内側部分に比べて厚くなるように内部電極ペーストを印刷し、
前記内部電極ペーストが印刷された複数枚の前記セラミックグリーンシートを積層して積層体を生成し、
前記積層体を焼成して内部電極を有する圧電素子に用いられる焼結体を生成する
ことで製造されたことを特徴とする内部電極。
【請求項７】
セラミックグリーンシート上に外周近傍が内側部分に比べて厚くなるように内部電極ペーストを印刷する印刷部と、
前記印刷部により前記内部電極ペーストが印刷された複数枚の前記セラミックグリーンシートを積層して積層体を生成する積層体生成部と、
前記積層体生成部により生成された前記積層体を焼成して圧電素子に用いられる焼結体を得る焼成部と
を備えたことを特徴とする圧電素子製造装置。
【請求項８】
セラミックグリーンシート上に外周近傍が内側部分に比べて厚くなるように内部電極ペーストを印刷し、
前記内部電極ペーストが印刷された複数枚の前記セラミックグリーンシートを積層して積層体を生成し、
前記積層体を焼成して得られることを特徴とする圧電素子。
【請求項９】
共に矩形状をした圧電体層と内部電極層とが交互に積層されている圧電素子であって、
前記内部電極層は、外周近傍が内側部分に比べて厚くなっている盛上がり部を有している
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項１０】
前記内部電極層は、前記盛上がり部の周囲に該盛上がり部とは断絶した島状の金属部を有していることを特徴とする請求項９に記載の圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子製造方法、内部電極、圧電素子及び圧電素子製造装置に関し、特に積層セラミックを用いた圧電素子製造方法、内部電極、圧電素子及び圧電素子製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電スピーカに代表される音響発生器は、圧電体を電気音響変換素子に用いた小型、低電流駆動の音響機器として知られており、例えば、モバイルコンピューティング機器等、小型の電子機器に組み込まれる音響発生装置として使用されている。このような音響発生装置に用いられる圧電素子として、積層セラミック圧電素子がある。
【０００３】
積層セラミック圧電素子は、セラミック層と内部電極とを交互に積層した構成を有している。この積層セラミック圧電素子は、内部電極ペーストをセラミックグリーンシートに印刷して内部電極パターンを形成する。次に、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを複数積層し、これをプレスして一体化した後、焼成することにより形成される。そして、例えば、この積層セラミック圧電素子の側面などに内部電極と接続する外部電極を形成して積層セラミック圧電素子を用いた電子部品が製造される。
【０００４】
従来、内部電極の形状を交互に変更していきながら積層させた積層セラミックコンデンサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、内部電極の幅方向の断面形状を３等分したときの、中央部を挟む領域が中央部よりも厚くなるように構成されたセラミック積層電子部品が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６４４４６号公報
【特許文献２】特開平０９−３５９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、セラミックグリーンシートに形成された内部電極パターンが外周付近まで均一の厚さを有し、そこから徐々に薄くなっている場合、焼成を行ったときに、図９のように内部電極９００の外周が波打ち、さらに外周付近の外側に多数の島状の金属部９０１が発生してしまう。すなわち、図１０Ａのような状態の内部電極パターン９０２を焼成すると、図１０Ｂのように、内部電極９００は、範囲Ｌで示される外周の外側の広範囲に亘り金属部９０１が発生してしまう。ここで、図９は、従来の内部電極の焼成体の平面図である。図１０Ａは、従来の焼成前の内部電極パターンの断面図であり、図１０Ｂは、従来の内部電極の焼成体の断面図である。
【０００７】
このように、従来の圧電素子の製造方法では、生成された内部電極の外周付近において電極の連続性がなくなり、圧電素子の静電容量を正確に確保できなくなるおそれがある。
【０００８】
また、内部電極の形状を交互に変更していく構造を用いた場合、外周付近が中央部と同じ程度の厚み又は中央部より薄い形状の場合、焼成を行うと、中央部に近い位置から電極の連続性がなくなるおそれがある。この場合も、圧電素子の静電容量を正確に確保することは困難である。また、内部電極の幅方向の外側の厚みを厚くしても、幅方向以外の方向の端部では厚みが薄いため、焼成を行うと、幅方向以外で中央部に近い位置から電極の連続性がなくなるおそれがある。この場合も、圧電素子の静電容量を正確に確保することは困難である。
【０００９】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、製造された圧電素子の静電容量を正確に確保する圧電素子製造方法、内部電極、圧電素子及び圧電素子製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願の開示する圧電素子製造方法、内部電極、圧電素子及び圧電素子製造装置は、一つの態様において、印刷工程では、セラミックグリーンシート上に外周近傍が内側部分に比べて厚くなるように内部電極ペーストを印刷する。積層体生成工程では、前記内部電極ペーストが印刷された複数枚の前記セラミックグリーンシートを積層して積層体を生成する。焼成工程では、前記積層体を焼成して圧電素子に用いられる焼結体を生成する。
【発明の効果】
【００１１】
本願の開示する圧電素子製造方法、内部電極、圧電素子及び圧電素子製造装置の一つの態様によれば、製造された圧電素子の静電容量を正確に確保することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、音響発生器を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、音響発生器を示す断面図である。
【図２】図２は、内部電極ペーストが印刷されて内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートの平面図である。
【図３】図３は、内部電極パターンの断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、スクリーンを用いた低印圧時の印刷を説明するための図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、低印圧で印刷を行った場合の形成された内部電極パターンの断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、スクリーンを用いた高印圧時の印刷を説明するための図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、高印圧で印刷を行った場合の形成された内部電極パターンの断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、焼成前の内部電極パターンの状態を表す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、焼成前の内部電極パターンの平面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、焼成後の内部電極の状態を表す断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、焼成後の内部電極の平面図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る圧電素子製造装置のブロック図である。
【図８】図８は、圧電素子製造のフローチャートである。
【図９】図９は、従来の内部電極の焼成体の平面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、従来の焼成前の内部電極パターンの断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、従来の内部電極の焼成体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本願の開示する圧電素子製造方法、内部電極、圧電素子及び圧電素子製造装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例により本願の開示する圧電素子製造方法、内部電極、圧電素子及び圧電素子製造装置が限定されるものではない。
【００１４】
（実施の形態）
［音響発生器の構造］
まず、本実施形態に係る圧電素子を有する音響発生器の一例を図１Ａ及び図１Ｂに基づいて説明する。図１Ａは、音響発生器を示す平面図である。また、なお、図１Ｂには、図１Ａに示すＡ−Ａ線に沿った断面図が示されている。また、図１Ｂでは、理解を容易にするために、積層型の圧電素子１の厚み方向（ｙ方向）を拡大して示している。
【００１５】
図１Ａ及び図１Ｂに示す音響発生器は、一対の枠状の枠部材５によって挟持された、支持板となるフィルム３の上面に、積層型の圧電素子１を含んで構成されている。すなわち、音響発生器は、図１Ｂに示すように、張力がかけられた状態でフィルム３を第１および第２の枠部材５ａ，５ｂで挟持することによってフィルム３が第１および第２の枠部材５ａ，５ｂに固定されており、このフィルム３の上面に積層型の圧電素子１が配置されている。
【００１６】
このうち、圧電素子１は、板状に形成されるとともに上下の主面が正方形状、長方形状あるいは多角形状に形成される。かかる圧電素子１は、４層のセラミックスからなる圧電体層７と３層の内部電極層９とを交互に積層してなる積層体１３と、この積層体１３の上下両面に形成された表面電極層１５ａ，１５ｂと、積層体１３の長手方向ｘの両端部にそれぞれ設けられた一対の外部電極１７，１９とを含んでいる。
【００１７】
外部電極１７は、表面電極層１５ａ，１５ｂと１層の内部電極層９ｂとに接続される。また、外部電極１９は、２層の内部電極層９ａ，９ｃに接続される。圧電体層７は、図１Ｂに矢印で示すように分極されており、圧電体層７ａ，７ｂが縮む場合には圧電体層７ｃ，７ｄが延びるように、あるいは圧電体層７ａ，７ｂが延びる場合には圧電体層７ｃ，７ｄが縮むように、外部電極１７，１９に電圧が印加されるように構成されている。
【００１８】
外部電極１９の上下端部は、積層体１３の上下面まで延設されてそれぞれ折返外部電極１９ａが形成されており、これらの折返外部電極１９ａは、積層体１３の表面に形成された表面電極層１５ａ，１５ｂに接触しないように、表面電極層１５ａ，１５ｂとの間で所定の距離を隔てて延設されている。
【００１９】
上記の４層の圧電体層７と上記の３層の内部電極層９とは、積層された状態で同時に焼成されて構成されており、表面電極層１５ａ，１５ｂは、積層体１３を作製した後、ペーストを塗布し焼き付けて形成されている。
【００２０】
また、圧電素子１は、フィルム３側の主面とフィルム３とが接着剤層２１で接合されている。これら圧電素子１とフィルム３との間の接着剤層２１の厚みは、２０μｍ以下とされている。特には、接着剤層２１の厚みは、１０μｍ以外であることが望ましい。このように、接着剤層２１の厚みが２０μｍ以下である場合には、積層体１３の振動をフィルム３に伝えやすくなる。
【００２１】
接着剤層２１を形成するための接着剤としては、エポキシ系樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル系樹脂などの公知のものを使用できる。接着剤に使用する樹脂の硬化方法としては、熱硬化、光硬化や嫌気性硬化等のいずれの方法を用いても振動体を作製できる。
【００２２】
さらに、音響発生器は、圧電素子１を埋設するように、枠部材５ａの内側に樹脂が充填されて樹脂層２０が形成されている。なお、図１Ａでは、理解を容易にするため、樹脂層の図示を省略した。
【００２３】
樹脂層２０には、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂やゴムなどを採用できる。また、樹脂層２０は、スプリアスを抑制する観点から、圧電素子１を完全に覆う状態で塗布されるのが好ましい。さらに、支持板となるフィルム３も圧電素子１と一体となって振動することから、圧電素子１で覆われないフィルム３の領域も同様に樹脂層２０によって被覆されている。
【００２４】
このように、音響発生器では、圧電素子１を樹脂層２０で埋設することによって、圧電素子１の共振現象に伴うピークディップに対し、適度なダンピング効果を誘発させることができる。かかるダンピング効果によって、共振現象を抑制するとともにピークディップを小さく抑制することができる。この結果、音圧の周波数依存性を小さくすることが可能になる。
【００２５】
圧電体層７としては、ジルコン酸鉛（ＰＺ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、Ｂｉ層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系圧電体材料等、既存の圧電セラミックスを用いることができる。圧電体層７の厚みは、低電圧駆動という観点から、１０〜１００μｍとされている。
【００２６】
内部電極層９としては、銀とパラジウムからなる金属成分と圧電体層７を構成する材料成分を包含することが望ましい。内部電極層９に圧電体層７を構成するセラミック成分を含有させることによって、圧電体層７と内部電極層９との熱膨張差による応力を低減でき、積層不良のない圧電素子１を得ることができる。内部電極層９は、特に、銀とパラジウムからなる金属成分に限定されるものではなく、他の金属成分であってよく、また、セラミック成分として、圧電体層７を構成する材料成分に限定されるものではなく、他のセラミック成分であってもよい。内部電極の生成については後で詳細に説明する。
【００２７】
表面電極層１５ａ，１５ｂと外部電極１７，１９は、銀からなる金属成分にガラス成分を含有することが望ましい。このようにガラス成分を含有させることによって、圧電体層７や内部電極層９と、表面電極層１５ａ，１５ｂまたは外部電極１７，１９との間に強固な密着力を得ることができる。
【００２８】
枠部材５は、矩形状をなしており、図１Ｂに示すように、２枚の矩形枠状の枠部材５ａ，５ｂを貼り合わせて構成されている。これら枠部材５ａ及び枠部材５ｂ間には、フィルム３の外周部が挟み込まれ、張力を印加した状態で固定されている。枠部材５ａ，５ｂは、例えば、厚み１００〜１０００μｍのステンレス製とされている。なお、枠部材５ａ，５ｂの材質は、ステンレス製に限らず、樹脂層２０よりも変形し難いものであればよく、例えば、硬質樹脂、プラスチック、エンジニアリングプラスチック、セラミックス等を用いることができ、本形態では、枠部材５ａ，５ｂの材質、厚み等は特に限定されるものでない。更に枠形状も矩形状に限定されるものではなく、内周部または外周部の一部または全部を円形、楕円形としてもよいし、内周部または外周部を菱形としてもよい。
【００２９】
フィルム３は、枠部材５ａ，５ｂ間にフィルム３の外周部を挟み込むことによってフィルム３が面方向に張力をかけられた状態で、枠部材５ａ，５ｂに固定され、フィルム３が振動板の役割を果たしている。フィルム３の厚みは、例えば、１０〜２００μｍとされ、フィルム３は、例えば、ポリエチレン、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリスチレン、テン等の樹脂、あるいはパルプや繊維等からなる紙から構成されている。これらの材料を用いることでピークディップを抑えることができる。
【００３０】
［内分電極の製造］
次に、内部電極の製造について説明する。図２は、内部電極ペーストが印刷されて内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートの平面図である。
【００３１】
内部電極ペーストがセラミックグリーンシート１０１に印刷されることにより、内部電極パターン１００がセラミックグリーンシート１０１に形成される。図２に示すように、本実施形態に係る内部電極パターン１００はセラミックグリーンシート１０１に形成される。より具体的には、内部電極ペーストがセラミックグリーンシート１０１に印刷されることにより、内部電極パターン１００がセラミックグリーンシート１０１に形成される。すなわち、内部電極ペーストを印刷することと、内部電極パターンをセラミックグリーンシートに形成することは同じである。
【００３２】
例えば、内部電極パターン１００は、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの正方形等である。そして、セラミックグリーンシート１０１に印刷された内部電極パターン１００は、外周部分から点線で示すまでの領域が点線の内側の部分よりも厚みを有している。この厚みを有する部分を以下では、厚み部１０２という。
【００３３】
図３は、内部電極パターンの断面図である。図３の断面図は、図２のＡ−Ａ断面を表しており、説明の都合上、厚み部１０２の付近を拡大して表示している。
【００３４】
内部電極パターン１００は、厚み部１０２より内側で高さＨ１を有している。ここで、高さとはセラミックグリーンシート１０１からの距離を指し、その距離は厚みと同じである。この高さＨ１は、例えば、１〜５μｍが一般的であり、本実施形態では、約３μｍとしている。
【００３５】
そして、厚み部１０２は、高さが高さＨ１以上である範囲Ｌ１及び高さが高さＨ１未満の範囲Ｌ２を有している。そして、厚み部１０２は、範囲Ｌ１における最高点の高さは、高さＨ１に高さＨ２を加えた高さである。
【００３６】
ここで、範囲Ｌ２は、印刷された内部電極パターン１００の外周から内部電極パターン１００の厚みが高さＨ１以上となる点までの距離である。そして、範囲Ｌ２は、５０μｍ以内、すなわち、外周からの距離が５０μｍ以内で高さが高さＨ１以上となることが好ましい。
【００３７】
また、範囲Ｌ１は、１００μｍ〜２００μｍであることが好ましい。
【００３８】
さらに、高さＨ２は、高さＨ１の２０％〜１００％であることが好ましい。すなわち、厚み部１０２の最も厚みがある部分の厚みは、厚み部１０２よりも内側の部分に比べて２０％〜１００％厚くなっていることが好ましい。
【００３９】
ここで、図２及び図３で示した内部電極パターン１００の印刷方法について説明する。本実施形態では、図２及び図３で示した内部電極パターン１００を印刷する場合、スクリーンを用い、そのスクリーンが歪む程度に高い印圧をかけて内部電極ペーストの印刷を行う。
【００４０】
図４Ａは、スクリーンを用いた低印圧時の印刷を説明するための図である。また、図４Ｂは、低印圧で印刷を行った場合の形成された内部電極パターンの断面図である。また、図５Ａは、スクリーンを用いた高印圧時の印刷を説明するための図である。また、図５Ｂは、高印圧で印刷を行った場合の形成された内部電極パターンの断面図である。
【００４１】
スクリーンを用いた印刷では、例えば、図４Ａ及び図５Ａに示すように、スキージ２０１、スクリーン２０２、レジスト膜２０３、セラミックグリーンシート１０１を用いる。
【００４２】
低印圧時の印刷について、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。まず、スクリーン２０２上に内部電極ペーストを載せる。次に、図４Ａに示すように、スキージ２０１でスクリーン２０２に対して押圧を加えながら、スクリーン２０２上を移動させる。図４Ａでは、低印圧であるので、スキージ２０１の押圧によっても、スクリーン２０２の歪みは少ない。例えば、図４Ａの紙面の手前から奥に向かってスキージ２０１を移動させる。これにより、スクリーン２０２上に載せた材料がスクリーン２０２から押し出され、セラミックグリーンシート１０１のレジスト膜２０３が配置されている以外の部分に充填され、塗膜２０４が生成される。
【００４３】
そして、図４Ａで示した低印圧による印刷により、セラミックグリーンシート１０１の上に内部電極パターン１００が図４Ｂのように形成される。この場合、内部電極パターン１００は、中心から外周付近まで均一の厚みを有し、外周付近で外に向かうに従いなだらかに薄くなっていく。
【００４４】
次に、本実施形態に係る圧電素子製造方法における高印圧時の印刷について、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明する。まず、スクリーン２０２上に内部電極パターンを載せる。次に、図５Ａに示すように、スキージ２０１でスクリーン２０２に対して押圧を加えながら、スクリーン２０２上を移動させる。ここでは、高印圧であるので、スキージ２０１の押圧により、スクリーン２０２は歪む。そして、スクリーン２０２は、スキージ２０１の圧力により変形し、レジスト膜２０３が配置されていない部分の中央部分がへこむ。この時、外周付近は傾斜が付き、中央部分から徐々にレジスト膜２０３の厚さまで厚くなる。この状態で、例えば、図５Ａの紙面の手前から奥に向かってスキージ２０１を移動させる。これにより、スクリーン２０２上に載せた材料がスクリーン２０２から押し出され、セラミックグリーンシート１０１のレジスト膜２０３が配置されている以外の部分に充填され、塗膜２０４が生成される。この場合、塗膜２０４の断面は、中央部分の厚みに比べて外周部分の厚みが厚くなっている。
【００４５】
そして、図５Ａで示した高印圧による印刷により、セラミックグリーンシート１０１の上に内部電極パターン１００が図５Ｂのように形成される。この場合、内部電極パターン１００は、中心部分に比べて外周付近の厚みが厚くなっている。
【００４６】
このように内部電極パターン１００が印刷形成されたセラミックグリーンシート１０１を積層して積層体を生成する。次に、積層体を焼成することで生成される内部電極について説明する。
【００４７】
図６Ａは、焼成前の内部電極パターンの状態を表す断面図である。図６Ｂは、焼成前の内部電極パターンの平面図である。図６Ｃは、焼成後の内部電極の状態を表す断面図である。図６Ｄは、焼成後の内部電極の平面図である。
【００４８】
図６Ａに示すように、内部電極パターン１００は、位置１１２より外周側の厚みが中央付近の厚み未満になっている。そして、図６Ａで表される内部電極パターン１００を焼成すると、図６Ｂに示す内部電極が生成される。この場合、内部電極パターン１００の端部に厚みがある部分が配置されているので、内部電極パターン１００の端部における中央側への焼成収縮が軽減される。そのため、図６Ｃに示すように、厚みがある部分、具体的には、中央付近の厚み以上に厚みがある部分の外周側の端部、すなわち位置１１２の付近まで内部電極１１０の途切れが発生せず、その外側で島状の金属部１１１が発生する。そして、島状の金属部１１１が発生する範囲Ｌ３も、厚みがある部分を設けずになだらかに薄くなっていく形状の内部電極パターン１００の場合に比べて、島状の金属部１１１が発生する範囲Ｌ（図１０Ｂ参照）に比べて小さくなる。
【００４９】
また、図６Ｂは、図６Ａの範囲Ｐ１の部分を上から見た状態を示している。図６Ｂの斜線の領域は、中央付近の厚み以上に厚みを有する部分を示し、実線は内部電極パターン１００の外周を示している。そして、図６Ｄは、図６Ｃの範囲Ｐ２の部分を上から見た状態を示している。上述したように、中央付近の厚み以上に厚みがある部分の外周側の端部の付近まで内部電極１１０の途切れが発生せず、その外側で島状の金属部１１１が発生する。そのため、本実施形態に係る内部電極パターン１００は、従来の厚みがある部分を設けずになだらかに薄くなっていく形状の内部電極パターン１００を焼成した場合に比べて、図６Ｄに示すように端部１３３のラインが直線になり易い。また、図６Ｄの端部１３３は、図６Ｂに示す中央付近の厚み以上の部分よりも外側に位置するので、少なくとも図６Ｂに示す中央付近の厚み以上の部分に対応する内部電極１１０の範囲では電極の途切れが生じ難い。この点、従来のように内部電極パターン１００の端部がなだらかである場合、内部電極パターン１００の中央側への焼成収縮が大きいため、場所による収縮のばらつきが生じ易い。そのため、内部電極パターン１００の端部がなだらかである場合、焼成後の内部電極１１０が途切れ易い。このようなことから、内部電極パターン１００の端部がなだらかである場合の焼成後の内部電極１１０では、図９に示すように端部のラインに凹凸が生じ易い。
【００５０】
本実施形態の圧電素子は、セラミックグリーンシート１０１上に外周近傍が内側部分に比べて厚くなるように内部電極ペーストを印刷し、その内部電極ペーストが印刷された複数枚のセラミックグリーンシート１０１を積層して積層体を形成し、次いで。その積層体を焼成して得られるものである。すなわち、この実施形態の圧電素子は、ともに矩形状をした圧電体層と内部電極層とが交互に積層されたものであり、この場合、内部電極１１０である内部電極層は外周近傍が内側部分に比べて厚くなっている盛上り部を有している。この場合この圧電素子を構成する内部電極層は、盛上り部の周囲に、この盛上り部とは断絶した島状の金属部を有していることがのぞましい。図６Ｃ及び図６Ｄに示すように、内部電極１１０の外周付近の盛上がり部の周囲に島状の金属部１１１が形成されることで、内部電極１１０の外周付近における盛上がり部による段差を低減することができる。これにより、内部電極１１０が印刷されたセラミックグリーンシート１０１を積み重ねた積層体である圧電素子の層間剥離を防止することができる。
【００５１】
ここで、本実施形態では、スクリーンを用いて高印圧をかけて印刷する方法について説明したが、印刷方法は、外周付近を厚くできれば他の方法でも良い。例えば、矩形のパターンで印刷し、さらにその上に矩形の中に矩形の空間が開いているパターンでさらに印刷を行うってもよい。この場合、２回目の印刷により中央付近よりも厚い部分が生成される。また、内部電極パターンの印刷には、スクリーン印刷の他に、グラビア印刷、オフセット印刷などを用いることもできる。
【００５２】
さらに、図３に戻って、厚み部１０２の厚みの好適な状態について説明する。厚み部１０２の最も厚い部分を中央付近に比べて２０％以上厚くすることで、厚み部１０２の電極焼成が促進され、図３に示す範囲Ｌ１では確実に内部電極１１０が連続し、範囲Ｌ２において電極の連続性が途切れる。これにより、内部電極１１０の有効な面積を精度良く確保することができる。ただし、厚み部１０２の最も厚い部分を中央付近に比べて１００％より厚くすると、内部電極１１０の外周付近の厚い部分と中央部分との間で電極の連続性がなくなり、電極として成立しなくなるおそれがある。そのため、厚み部１０２の厚さは、厚み部１０２より中央側の部分に比べて２０％〜１００％であることが好ましい。
【００５３】
このように、本実施形態に係る圧電素子製造方法では、内部電極パターン１００の外周付近がそれより内側の部分に比べて厚くなるようにセラミックグリーンシート１０１に形成することで、焼成後の内部電極１１０の端部が直線になり、途切れる部分も短くなる。これにより、内部電極１１０の端部の位置ずれが小さくなり、内部電極１１０の面積のばらつきを抑えることができる。そのため、精度良く内部電極１１０を生成することができ、それらを用いて製造された圧電素子の静電容量を正確に確保することができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る圧電素子製造方法において積層体を招請する際は、内部電極パターン１００に含まれる金属材料の溶融温度以上で焼成することが好ましい。
【００５５】
次に、図７を参照して、本実施形態に係る圧電素子製造方法を用いて圧電素子を製造する圧電素子製造装置の構成について説明する。図７は、本実施形態に係る圧電素子製造装置のブロック図である。
【００５６】
本実施形態に係る圧電素子製造装置は、印刷部３０１、積層体生成部３０２及び焼成部３０３を有する。
【００５７】
印刷部３０１は、スキージ、スクリーンなどを有している。印刷部３０１は、生成する内部電極の大きさに合わせてセラミックグリーンシート上にレジスト膜を配置する。次に、印刷部３０１は、スクリーン上に内部電極ペーストを載せる。そして、印刷部３０１は、スキージでスクリーンに対して高印圧をかけながらスキージを滑らす。そして、印刷部３０１は、スクリーン上に載せられた材料をセラミックグリーンシート上のレジスト膜が配置されていない部分に充填し、塗膜を生成する。その後、印刷部３０１は、スクリーン、スキージ及びレジスト膜をセラミックグリーンシートからはずす。そして、印刷部３０１は、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを取得する。これにより、印刷部３０１は、外周から５０μｍ以内の地点で中央付近よりも厚くなり、最大の厚みが中央付近の厚みに比べ２０％〜１００％厚く、中央付近よりも厚い部分が１００μｍ〜２００μｍとなる内部電極パターンが印刷形成されたセラミックグリーンシートを取得する。
【００５８】
積層体生成部３０２は、セラミックグリーンシートを精度良く積層する機構を有している。積層体生成部３０２は、印刷部３０１により内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを所定枚数取得する。例えば、３つの内部電極を積層させる場合、積層体生成部３０２は、３枚の内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを印刷部３０１から取得する。そして、積層体生成部３０２は、取得した内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを精度良く積層させ積層体を生成する。
【００５９】
焼成部３０３は、積層体を積層体生成部３０２から取得する。そして、焼成部３０３は、内部電極ペーストに含まれる金属材料の溶融温度以上で積層体を焼成する。
【００６０】
次に、図８を参照して、本実施形態に係る圧電素子製造の流れについて説明する。図８は、圧電素子製造のフローチャートである。
【００６１】
印刷部３０１は、外周近傍の厚さがそれより内側の厚さに比べて厚くなるように内部電極ペーストをセラミックグリーンシートに印刷し（ステップＳ１）、内部電極パターンをセラミックグリーンシート上に形成する。例えば、印刷部３０１は、外周から５０μｍ以内の地点で中央付近よりも厚くなり、内側に向かって厚くなるように内部電極ペーストをセラミックグリーンシートに印刷する。加えて、印刷部３０１は、最大の厚みが中央付近の厚みに比べ２０％〜１００％厚く、中央付近よりも厚い部分が１００μｍ〜２００μｍとなる内部電極ペーストをセラミックグリーンシートに印刷する。
【００６２】
積層体生成部３０２は、印刷部３０１が生成した内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを所定枚数取得する。そして、積層体生成部３０２は、内部電極ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを積層する（ステップＳ２）。
【００６３】
焼成部３０３は、積層体生成部３０２が生成した積層体を内部電極ペーストに含まれる金属材料の溶融温度以上で積層体を焼成する（ステップＳ３）。
【実施例】
【００６４】
次に、スピーカを例に積層セラミックの圧電素子を製造した場合の実施例について説明する。
【００６５】
ここでは、内部電極ペーストの面積は１０μｍ以内の精度で印刷した。また、セラミックグリーンシートを積層時の積層精度は１０μｍである。テスト方法としては、内部電極パターンの厚い部分の厚みを変更したサンプルを１００個作成し、平板に並べて焼成した。そして、生成した圧電素子の静電容量を測定した。ここでは、アジレント社製の静電容量計を用いて測定した。
【００６６】
実施例１−１〜１−４は、外周付近の厚み部の厚みを好適な範囲内で変更して圧電素子を製造した場合である。また、比較例１−１〜１−３は、外周付近の厚み部に好適な範囲外の厚みを持たせて圧電素子を製造した場合である。また、実施例１−１〜１−４及び比較例１−１〜１−３のいずれも、外周付近の厚み部の外周と直行する方向の幅を１５０μｍとしている。
【００６７】
実施例１−１では、内部電極の厚み部と中央部分の厚みの差の中央付近の厚みに対する割合（以下では、「厚みの割合」という。）、すなわち図３における高さＨ２の高さＨ１に対する割合を２０％として製造した。実施例１−２では、厚みの割合を４０％として製造した。実施例１−３では、厚みの割合を６０％として製造した。実施例１−４では、厚みの割合を１００％として製造した。
【００６８】
また、比較例１−１では、厚みの割合を０％、すなわち、中央付近と同じ厚さとして製造した。比較例１−２では、厚みの割合を１０％として製造した。比較例１−３では、厚みの割合を１２０％として製造した。
【００６９】
そして、製造した１００個の圧電素子の静電容量の測定値の中の、最大容量に対する最小容量の割合（％）を求めて、静電容量のばらつきを算出した。このテスト結果が次に示す表１である。表１では、厚みの割合を「厚い部分（％）」として表している。また、静電容量のばらつきを「容量ばらつき」として表している。
【００７０】
【表１】
2014049907.tif 000003
【００７１】
表１に示すように、実施例１−１〜１−４では、静電容量のばらつきが０．１％〜０．２％に収まっており、ほぼ静電容量のばらつきは無いといえる。これに対して、比較例１−１及び比較例１−２では、静電容量のばらつきが４％〜５％であり、静電容量のばらつきが非常に大きい。また、比較例１−３でも、静電容量のばらつきは０．９％でほぼ１％に近く、実施例１−１〜１−３に比べるとばらつきは大きくなっている。
【００７２】
このように、厚みの割合が２０％〜１００％の間で、静電容量のばらつきが適切に抑えられており、２０％〜１００％が好適な厚みの割合であることが分かる。
【００７３】
実施例２−１〜２−４は、外周付近の厚み部の外周と直行する方向の幅（以下では、単に「厚い部分の幅」という。）、すなわち図３における範囲Ｌ１を好適な範囲内で変更して圧電素子を製造した場合である。また、比較例２−１〜２−３は、厚い部分の幅を好適な範囲外として圧電素子を製造した場合である。また、実施例２−１〜２−４及び比較例２−１〜２−３のいずれも、厚みの割合を４０％としている。
【００７４】
実施例２−１では、厚い部分の幅を１００μｍとして製造した。実施例２−２では、厚い部分の幅を１５０μｍとして製造した。実施例２−３では、厚い部分の幅を２００μｍとして製造した。実施例２−４では、厚い部分の幅を２５０μｍとして製造した。
【００７５】
また、比較例２−１では、厚い部分の幅を５０μｍとして製造した。比較例２−２では、厚い部分の幅を８０μｍとして製造した。比較例２−３では、厚い部分の幅を３００μｍとして製造した。
【００７６】
そして、この場合も同様に、製造した１００個の圧電素子の静電容量の測定値の中の、最大容量に対する最小容量の割合（％）を求めて、静電容量のばらつきを算出した。このテスト結果が次に示す表２である。表１では、厚い部分の幅を「幅（μｍ）」として表している。また、静電容量のばらつきを「容量ばらつき」として表している。
【００７７】
【表２】
2014049907.tif 000004
【００７８】
表２に示すように、実施例２−１〜２−４では、静電容量のばらつきが０．５％〜０．２％に収まっており、ほぼ静電容量のばらつきは無いといえる。これに対して、比較例２−１及び比較例２−２では、静電容量のばらつきが３．４％〜３．５％であり、静電容量のばらつきは非常に大きい。また、比較例２−３でも、静電容量のばらつきは１．８％でほぼ２％に近く、実施例２−１〜２−３に比べるとばらつきは大きくなっている。
【００７９】
このように、厚い部分の幅が１００μｍ〜２５０μｍの間で、静電容量のばらつきが適切に抑えられており、１００μｍ〜２５０μｍが好適な厚い部分の幅であることが分かる。
【００８０】
以上に説明したように、本実施例に係る圧電素子製造方法では、外周近傍の厚みをそれより内側の厚みよりも厚くして内部電極ペーストをセラミックグリーンシートに印刷し、焼成することで、厚みを厚くした部分では内部電極の途切れが発生せず、連続性を維持できる。また、内部電極の端部を直線にできる。さらに、内部電極の連続性が途切れる範囲を小さく抑えることができる。これにより、有効な電極の面積を精度良く確保することができ、圧電素子の静電容量を精度良く確保することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１    圧電素子
３    フィルム
５，５ａ，５ｂ    枠部材
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ    圧電体層
９，９ａ，９ｂ，９ｃ    内部電極層
１３    積層体
１５ａ，１５ｂ    表面電極層
１７，１９    外部電極
２０    樹脂層
１００  内部電極パターン
１０１  セラミックグリーンシート
１０２  厚み部
２０１  スキージ
２０２  スクリーン
２０３  レジスト膜
２０４  塗膜
【図１Ａ】
2014049907.tif 000005
【図１Ｂ】
2014049907.tif 000006
【図２】
2014049907.tif 000007
【図３】
2014049907.tif 000008
【図４Ａ】
2014049907.tif 000009
【図４Ｂ】
2014049907.tif 000010
【図５Ａ】
2014049907.tif 000011
【図５Ｂ】
2014049907.tif 000012
【図６Ａ】
2014049907.tif 000013
【図６Ｂ】
2014049907.tif 000014
【図６Ｃ】
2014049907.tif 000015
【図６Ｄ】
2014049907.tif 000016
【図７】
2014049907.tif 000017
【図８】
2014049907.tif 000018
【図９】
2014049907.tif 000019
【図１０Ａ】
2014049907.tif 000020
【図１０Ｂ】
2014049907.tif 000021