(57)【要約】      （修正有）【課題】セラミック軸に対するセラミックシートの密着性を向上させることが可能なセラミック電子部品の製造方法を提供する。【解決手段】セラミック電子部品の製造方法は、基台４の平面にセラミックシート１２を載置し、セラミックシート１２の端部にセラミック軸１３を載置し、押し当て部８の平面と基台４の平面との間にセラミックシート１２及びセラミック軸１３を挟み込み、基台４を、基台４の平面に対して平行な方向Ｈに移動させることにより、回転するセラミック軸１３にセラミックシート１２を巻き付けてセラミック基体を形成する第一巻き付け工程を備える。【選択図】図２
2011207222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台の平面にセラミックシートを載置し、前記セラミックシートの端部にセラミック軸を載置し、押し当て部の平面と前記基台の平面との間に前記セラミックシート及び前記セラミック軸を挟み込み、前記基台又は前記押し当て部の少なくともいずれかを、前記基台の平面に対して平行に移動させることにより、回転する前記セラミック軸に前記セラミックシートを巻き付けてセラミック基体を形成する第一巻き付け工程を備える、
セラミック電子部品の製造方法。
【請求項２】
前記押し当て部の平面と前記基台の平面との間に前記セラミック基体を挟み込み、前記基台又は前記押し当て部の少なくともいずれかを、前記基台の平面に対して平行に移動させることにより、前記セラミック基体を回転させる第二巻き付け工程を備える、
請求項１に記載のセラミック電子部品の製造方法。
【請求項３】
前記第二巻き付け工程における前記基台の硬度が、前記第一巻き付け工程における前記基台の硬度より高い、
請求項２に記載のセラミック電子部品の製造方法。
【請求項４】
前記セラミック基体において前記セラミック軸の表面上に位置する前記セラミックシートの端部を押し当て部の平面又は前記基台の平面に対向させた状態で、押し当て部の平面と前記基台の平面との間に前記セラミック基体を挟み込む端部加圧工程を備える、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のセラミック電子部品の製造方法。
【請求項５】
前記セラミック電子部品がセラミックヒーターである、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のセラミック電子部品の製造方法。
【請求項６】
平面を有する押し当て部と、
前記押し当て部の平面と対向する平面を有する基台と、
前記押し当て部又は前記基台の少なくともいずれかを、前記基台の平面に垂直な方向に移動させる垂直方向移動機構と、
前記押し当て部又は前記基台の少なくともいずれかを、前記基台の平面に平行な方向に移動させる平行方向移動機構と、
を備える、
セラミック電子部品の製造装置。
【請求項７】
前記セラミック電子部品がセラミックヒーターである、
請求項６に記載のセラミック電子部品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック電子部品の製造方法及びセラミック電子部品の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックヒーターは、自動車用酸素センサー、半田ごて、石油ファンヒーター等の石油気化器用熱源、温水加熱機等の産業機器用、電子部品用、一般家庭用等の各種加熱用ヒーターに利用されている。
【０００３】
特許文献１には、ローラーと基台を用いてセラミックシートをセラミック軸に巻き付ける工程を有するセラミックヒーターの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６９４４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載された製造方法では、ローラーの表面が曲面であるため、ローラーの表面と基台との距離が一定ではない。そのため、ローラーと基台に挟まれたセラミック軸とセラミックシートに作用する力の向き及び大きさが一定ではない。したがって、ローラーと基台によってセラミック軸とセラミックシートに加える圧力の制御が不十分となる。その結果、セラミック軸に対してセラミックシートが均一に圧着されずに巻きムラが生じたり、セラミックシートの端部がセラミック軸から剥離したりする場合があった。また、セラミック軸に巻き付けられたセラミックシートの端部は他所に比べて剥離し易いが、ローラーを用いてセラミックシートの端部を局所的に圧着することが困難であった。その結果、完成後のセラミックヒーターにおいてセラミックシートがセラミック軸から剥離し易くなり、セラミックヒーターの外観や、連続通電、断続通電又は抵抗値変化に関する信頼性のばらつきが大きくなる。
【０００６】
また上記特許文献１に記載された製造方法では、ローラーの回転速度を上げてタクトタイムを早めようとすると、セラミック軸又はセラミックシートがローラーと基台の間からはじき出されたり、ローラーの回転がセラミック軸に伝達されずに、ローラーが空回りしたりする場合があった。そのため、タクトタイムを充分に短縮することが困難であった。
【０００７】
上記の問題は、セラミックヒーターの製造方法においてのみならず、圧電変換素子、積層筒状コンデンサ及び点火プラグのように、セラミック軸と当該セラミック軸に巻かれたセラミックシートと電極部とを備えるセラミック電子部品の製造に共通する問題であった。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、セラミック軸に対するセラミックシートの密着性を向上させることが可能なセラミック電子部品の製造方法及びセラミック電子部品の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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、基台の平面にセラミックシートを載置し、セラミックシートの端部にセラミック軸を載置し、押し当て部の平面と基台の平面との間にセラミックシート及びセラミック軸を挟み込み、基台又は押し当て部の少なくともいずれかを、基台の平面に対して平行に移動させることにより、回転するセラミック軸にセラミックシートを巻き付けてセラミック基体を形成する第一巻き付け工程を備える。
【００１０】
上記本発明によれば、セラミック軸に対するセラミックシートの密着性を向上させることができる。
【００１１】
上記本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、押し当て部の平面と基台の平面との間にセラミック基体を挟み込み、基台又は押し当て部の少なくともいずれかを、基台の平面に対して平行に移動させることにより、セラミック基体を回転させる第二巻き付け工程を備えることが好ましい。
【００１２】
第二巻き付け工程によって、セラミック軸に対するセラミックシートの密着性が更に向上する。
【００１３】
第二巻き付け工程における基台の硬度は、第一巻き付け工程における基台の硬度より高いことが好ましい。これにより、セラミック軸に対するセラミックシートの密着性が更に向上する。
【００１４】
上記本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、セラミック基体においてセラミック軸の表面上に位置するセラミックシートの端部を押し当て部の平面又は基台の平面に対向させた状態で、押し当て部の平面と基台の平面との間にセラミック基体を挟み込む端部加圧工程を備えることが好ましい。
【００１５】
端部加圧工程でセラミックシートの端部を加圧することにより、セラミック軸に対するセラミックシートの端部の密着性が向上する。
【００１６】
本発明に係るセラミック電子部品の製造装置は、平面を有する押し当て部と、押し当て部の平面と対向する平面を有する基台と、押し当て部又は基台の少なくともいずれかを、基台の平面に垂直な方向に移動させる垂直方向移動機構と、押し当て部又は基台の少なくともいずれかを、基台の平面に平行な方向に移動させる平行方向移動機構と、を備える。
【００１７】
上記本発明に係るセラミック電子部品の製造装置によれば、上記本発明に係るセラミック電子部品の製造方法を実施することができる。
【００１８】
上記本発明に係るセラミック電子部品の製造方法及び製造装置は、セラミックヒーターの製造に適している。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、セラミック軸に対するセラミックシートの密着性を向上させることが可能なセラミック電子部品の製造方法及びセラミック電子部品の製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るセラミックヒーターの製造装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るセラミックヒーターの製造方法が備える第一巻き付け工程を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るセラミックヒーターの製造方法が備える第二巻き付け工程を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るセラミックヒーターの製造方法が備える端部加圧工程を示す概略図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るセラミックヒーターの製造装置が備える基台の概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るセラミックヒーターの製造方法によって得られるロッド状セラミックヒーターの概略図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る圧電変換素子の斜視図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る圧電変換素子の断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る圧電変換素子の斜視分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素については同一の符号を付す。また、上下左右の位置関係は図面に示す通りである。また、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
【００２２】
（セラミック電子部品の製造装置）
以下では、本発明の一実施形態として、セラミック電子部品の一種であるセラミックヒーターの製造装置及び当該装置を用いたセラミックヒーターの製造方法について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るセラミックヒーターの製造装置２は、板状の押し当て部８、及び基台４を備える。押し当て部８が有する平面と基台４が有する平面は、平行に対向している。
【００２３】
押し当て部８は支持体１０に固定されている。支持体１０は、垂直方向移動機構１８に連結されている。垂直方向移動機構１８は、支持体１０及びそれに固定された押し当て部８を、基台４の平面に垂直な方向に自在に移動させる。
【００２４】
基台４は支持台６に固定されている。支持台６は、平行方向移動機構２０に連結されている。平行方向移動機構２０は、支持台６及びそれに固定された基台４を、基台４の平面に平行な方向に自在に移動させる。
【００２５】
基台４又は押し当て部８の少なくともいずれかは可撓性を有することが好ましい。基台４又は押し当て部８が可撓性を有する場合、第一巻き付け工程、第二巻き付け工程又は端部加圧工程において、基台４と押し当て部８に挟まれたセラミック軸及びセラミックシートの表面形状に応じて基台４又は押し当て部８の表面が変形して、セラミック軸又はセラミックシートが基台４又は押し当て部８にめり込む（図２〜４参照）。これにより、基台４及び押し当て部８とセラミック軸及びセラミックシートとの接触面積が大きくなり、セラミック軸及びセラミックシートが均一に加圧され易くなる。その結果、セラミック軸に対するセラミックシートの密着性が向上し易くなる。
【００２６】
可撓性を有する材料としては、Ｓｉスポンジ、Ｓｉゴム、クロロプレンゴム及びウレタンゴム等が挙げられる。これらの材料から基台４及び押し当て部８を構成すればよい。なお、ウレタンゴムの硬度はクロロプレンゴムの硬度より高い。クロロプレンゴムの硬度はＳｉゴムの硬度より高い。Ｓｉゴムの硬度はＳｉスポンジの硬度より高い。基台４又は押し当て部８の硬度が小さいほど、基台４及び押し当て部８とセラミック軸及びセラミックシートとの接触面積は大きくなり、セラミック軸及びセラミックシートに作用する圧力は小さくなる。
【００２７】
セラミックヒーターの製造装置２は基台４を加熱する加熱機構を備えていてもよい。例えば、基台４を加熱しながら、第一巻き付け工程、第二巻き付け工程又は端部加圧工程を実施することにより、熱可塑性のセラミックシートが成型され易くなり、セラミック軸に対するセラミックシートの密着性が向上する。
【００２８】
（セラミック電子部品の製造方法）
以下では、本発明の一実施形態として、セラミック電子部品の一種であるセラミックヒーターの製造方法を説明する。セラミックヒーターの製造法方法は、上記の本実施形態に係るセラミックヒーターの製造装置を用いて実施する。
【００２９】
＜セラミックシート及びセラミック軸の形成工程＞
まず、セラミックスの原料粉末、成型用バインダ及び有機溶剤を湿式で混合して、セラミックス組成物を得る。セラミックスの原料粉末は、基材及び焼結助剤を含有する。基材とは、例えば、Ａｌ２Ｏ３に対応する原料である。焼結助剤とは、例えば、ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ｍｇ及びＺｒＯ２等の酸化物に対応する原料等である。なお、セラミックスの原料粉末は、焼成前に仮焼してもよい。また、セラミックス組成物は、ムライトやスピネル等のアルミナ類似の高温高強度セラミックスの原料や希土類元素の酸化物を更に含有していてもよい。
【００３０】
セラミックス組成物をドクターブレード法等により成型して、矩形のセラミックシート１２を作製する。またセラミックス組成物を押し出し成型して、中空構造を有する管状のセラミック軸１３を作製する。なお、セラミック軸１３は管状ではなく円柱状であってもよい。セラミック軸１３の外周長と、セラミックシート１２の一辺の長さは、ほぼ同等とする。セラミック軸１３の軸長と、セラミックシート１２の他の一辺の長さは、ほぼ同等とする。
【００３１】
セラミックシート１２の片面に、スクリーン印刷等により、抵抗発熱材が埋設された発熱部を形成する。さらにスクリーン印刷等により、発熱部に接続した引き出し部を形成する。セラミックシート１２において引き出し部の末端が位置する部分に、セラミックシート１２を貫通するスルーホールを形成し、スルーホールに導体ペーストを充填する。
【００３２】
発熱部に埋設された抵抗発熱材、引き出し部、及び後述する電極パッドには、例えばＷ，Ｍｏ，Ｒｅ等といった高融点金属を用いることができる。
【００３３】
セラミックシート１２の表面のうち引き出し部が形成された片面とは反対側の表面に位置するスルーホールを覆うように、電極パッド（メタライズ）を形成する。また、発熱部及び引き出し部が形成されたセラミックシート１２の片面上に接着剤２２を塗布する。
【００３４】
＜第一巻き付け工程＞
第一巻き付け工程では、図１及び図２Ａに示すように、接着剤２２が塗布されたセラミックシート１２の片面を押し当て部８に対向させ、セラミックシート１２を基台４の平面に載置する。セラミック軸１３をセラミックシート１２の端部に載置する。このとき、セラミック軸１３の軸長と長さが等しいセラミックシート１２の一辺と、セラミック軸１３とを平行に配置する。
【００３５】
第一巻き付け工程においてセラミック軸１３をセラミックシート１２の端部に密着させることにより、巻きムラを防止できる。
【００３６】
なお、図１、図２Ａ等に示すように、基台４の表面の一端には、基台４の表面に対して傾斜した治具（ガイド）が設置されていてもよい。この治具の表面にセラミック軸１３の表面を当接して、セラミック軸１３の位置決めを行ってもよい。
【００３７】
次に、図２Ｂに示すように、押し当て部８を基台４の平面に向かって垂直移動させ、押し当て部８の平面と基台４の平面との間にセラミックシート１２及びセラミック軸１３を挟み込む。なお、押し当て部８の平面と基台４の平面との間に挟まれたセラミックシート１２及びセラミック軸１３に作用する圧力は、垂直方向移動機構１８によって自在に調整できる。
【００３８】
次に、図２Ｃに示すように、基台４を、基台４の平面に対して平行なＨ方向に移動させることにより、Ｒ方向に回転させたセラミック軸１３にセラミックシート１２を巻き付け始める。更に基台４をＨ方向に移動させ続けることにより、図２Ｄに示すように、セラミック軸１３にセラミックシート１２全体を巻き付ける。なお、上記のように、基台４の平面に載置されたセラミックシート１２の端部にセラミック軸１３を載置する際には、セラミック軸１３をＨ方向に直交させる。なお、Ｈ方向への基台４の移動速度は、平行方向移動機構２０によって自在に調整できる。
【００３９】
以上の第一巻き付け工程によって、図２Ｅに示すように、セラミック軸１３と、セラミック軸１３の外周面に接着剤を介して圧着されたセラミックシート１２とを備えるセラミック基体を形成する。セラミック基体では、接着剤、発熱部、引き出し部がセラミック軸１３とセラミックシート１２に挟まれている。
【００４０】
第一巻き付け工程では、基台４の表面の静摩擦係数が１〜２であり、基台４のデュロメータ硬度が５〜２０であることが好ましい。基台４の表面摩擦係数及び硬度が上記の数値範囲内である場合、基台上でのセラミックシート１２の滑りが抑制され、セラミック軸１３へのセラミックシート１２の巻き付けが容易になる。表面摩擦係数及び硬度が上記の数値範囲内である基台４を構成する材料としては、例えば、Ｓｉスポンジが好適である。押し当て部８を構成する材料としては、例えば、Ｓｉゴムを用いればよい。
【００４１】
第一巻き付け工程では、セラミックシート１２を延伸せずに行うことが好ましい。セラミックシート１２を延伸しながら第一巻き付け工程を行うと、セラミック軸１３へ巻き付けたセラミックシート１２に復元力が働き、セラミックシート１２が剥離し易くなる。
【００４２】
＜第二巻き付け工程＞
本実施形態では、第一巻き付け工程後に下記の第二巻き付け工程を行うことが好ましい。
【００４３】
第二巻き付け工程では、図３Ａに示すように、セラミック基体を基台４ａの平面に設置する。このとき、セラミック基体が備えるセラミック軸１３とＨ方向を直交させる。また、セラミック基体においてセラミック軸１３の表面上に位置するセラミックシート１２の両端部を基台４ａの平面に対向させることが好ましい。そして、図３Ｂに示すように、押し当て部８の平面と基台４ａの平面との間にセラミック基体を挟み込み、基台４ａをＨ方向に移動させ、セラミック基体をＲ方向に回転させる。図３Ａ、３Ｂ、３Ｃに示すように、セラミック基体をＲ方向に半回転させた場合、セラミック基体の全体が押し当て部８又は基台４ａのいずれかと接触するため、セラミック軸１３にセラミックシート１２全体が再度圧着される。なお、第二巻き付け工程では、セラミック軸１３の表面上に位置するセラミックシート１２の両端部の開きを抑制するために、セラミックシート１２及びセラミック軸１３を損傷しない程度の大きな力をかけたほうがよい。
【００４４】
第二巻き付け工程で用いる基台４ａの硬度は、第一巻き付け工程で用いる基台４の硬度より高いことが好ましい。これにより、第二巻き付け工程においてセラミックシート１３に作用する圧力が、第一巻き付け工程に比べて大きくなり、セラミック軸１３に対してセラミックシート１２を圧着させ易くなる。例えば、第一巻き付け工程でＳｉスポンジから構成された基台４を用いた場合、第二巻き付け工程ではＳｉスポンジより硬度が高いクロロプレンゴムから構成された基台４ａを用いればよい。
【００４５】
第二巻き付け工程では、基台４ａの表面の静摩擦係数が０．１〜１であり、基台４ａのデュロメータ硬度が５０〜９０であることが好ましい。基台４ａの表面摩擦係数及び硬度が上記の数値範囲内である場合、セラミック軸１３とセラミックシート１２との密着性を向上させ易くなる。
【００４６】
＜端部加圧工程＞
本実施形態では、第二巻き付け工程の後で、下記の端部加圧工程を行うことが好ましい。
【００４７】
端部加圧工程では、図４Ａに示すように、セラミック基体を基台４ａの平面に設置する。このとき、セラミック基体が備えるセラミック軸１３とＨ方向を直交させる。また、セラミック基体においてセラミック軸１３の表面上に位置するセラミックシート１２の両端部を基台４ａの平面に対向させる。なお、端部加圧工程では、第二巻き付け工程で用いたものと同じ基台４ａを用いればよい。
【００４８】
次に、図４Ｂに示すように、押し当て部８を基台４ａの平面に向かって垂直移動させ、押し当て部８の平面と基台４ａの平面との間にセラミック基体を挟み込む。これにより、セラミックシート１２の両端部が、基台４ａの平面に押し当てられる。これにより、セラミック軸１３に圧着したセラミックシート１２の両端部の保形性が向上し、セラミックシート１２の両端部が端部加圧工程前の状態に復元し難くなる。その結果、セラミック基体の脱バインダ工程又は焼成工程において、セラミックシート１２の両端部が剥離して開くことを防止できる。
【００４９】
端部加圧工程では、例えば、セラミックシート１２の両端部が押し当てられた基台４ａを加熱しながら、一定時間、押し当て部８と基台４ａとの間にセラミック基体を挟み続けることが好ましい。これにより、セラミック軸１３に圧着したセラミックシート１２の両端部の保形性が更に向上する。
【００５０】
なお、第二巻き付け工程を行わずに、第一巻き付け工程の直後に端部加圧工程を実施した場合、セラミック基体の形状が崩れる可能性がある。具体的には、端部加圧工程中にセラミックシート１２の端部以外の一部が、基台４ａの平面に平行な方向において、セラミック軸１３から剥離する可能性がある。第二巻き付け工程においてセラミック軸１３に対するセラミックシート１２の密着性を向上させた後で、端部加圧工程を実施することによって、端部加圧工程中でのセラミックシート１２が剥離し難くなり、セラミック基体の形状が崩れ難くなる。
【００５１】
次に、焼成工程において、セラミック基体を１４５０〜１６５０℃程度の還元雰囲気中で加熱する。
【００５２】
焼成工程後、電極パッドの表面にＮｉめっきを施す。金属リードをこのＮｉめっき上にロウ材を用いてロウ付けすることにより、電極部を形成する。ロウ材としては、例えばＡｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｐｄのうち少なくとも１種からなるロウ材を用いることができる。ロウ材及び金属リードを保護するために、Ｎｉめっきを施す。これにより、図６に示すセラミックヒーターが得られる。
【００５３】
図６に示すように、セラミックヒーターは、発熱部１４及び引き出し部１５を内蔵したセラミック基体１１を備える。セラミック基体１１は、セラミック軸１３に、セラミックシート１２が巻きつけられた構成を有する。セラミック基体１１には、抵抗発熱材に電力を供給するための電極部１６が設けられている。引き出し部１５は電極部１６と導通する。電極部１６には金属リード１７がロウ付けされている。
【００５４】
セラミックシートの巻き付けにローラーを用いる従来の製造方法では、ローラーの回転速度を上げてタクトタイムを早めようとすると、セラミック軸又はセラミックシートがローラーと基台の間からはじき出されたり、ローラーの回転がセラミック軸に伝達されずに、ローラーが空回りしたりする場合があった。そのため、タクトタイムを充分に短縮することが困難であった。一方、本実施形態では、ローラーを用いないため、これらの問題が発生しない。そして、本実施形態では、第一巻き付け工程においてセラミック軸１３をセラミックシート１２の端部に密着させからセラミックシート１２の巻き付けを開始するため、巻き付け中にセラミックシート１２がセラミック軸１３から外れ難くなる。これらの理由から、本実施形態では、従来に比べて、基台の移動速度を速めることができ、結果としてタクトタイムを短くできる。
【００５５】
本実施形態では、一定の距離をおいて配置された押し当て部の平面と基台の平面との間でセラミック軸及びセラミックシートを加圧しながら、セラミックシートをセラミック軸に巻き付ける。そのため、本実施形態では、ローラーを用いる従来の製造方法に比べて、押し当て部と基台に挟まれたセラミック軸とセラミックシートに作用する力の向き及び大きさが安定し、セラミック軸とセラミックシートに加える圧力の制御が容易となる。その結果、本実施形態では、セラミック軸に対してセラミックシートを均一に圧着することが可能となる。
【００５６】
本実施形態では、完成後のセラミックヒーターにおいてセラミックシートがセラミック軸から剥離し難くなる。そのため、セラミックヒーターの外観が良くなり、連続通電、断続通電又は抵抗値変化に関する信頼性が向上する。
【００５７】
本実施形態では、上述した第一巻き付け工程、第二巻き付け工程及び端部加圧工程を、一対の押し当て部と基台を用いて連続して行うことができる。一方、ローラーを用いる従来の製造方法において、本実施形態のような端部加圧工程を実施する場合、ローラーを用いた巻き付け工程と、ローラーとは別の押し当て部を用いた端部加圧工程を個別に行う必要がある。したがって、本実施形態では、従来に比べて、セラミックヒーターの製造過程を簡略化することが可能となる。
【００５８】
以上、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００５９】
例えば、製造装置が、押し当て部ではなく基台を移動させる垂直方向移動機構を備えていてもよい。また、製造装置が、基台ではなく押し当て部を移動させる平行方向移動機構を備えていてもよい。この場合も上述した実施形態と同様の効果を達成することができる。
【００６０】
また、基台及び押し当て部の各平面の面積を大きくすることで、基台の移動距離当たりの巻付け本数を増やすことが可能である。つまり、基台上に、複数のセラミックシートを同時に配置し、各セラミックシートの端部にセラミック軸を載置することにより、一回の第一巻き付け工程で複数のセラミック軸にセラミックシートを巻き付けてもよい。この場合も上述した実施形態と同様の効果を達成することができる。
【００６１】
第一巻き付け工程、第二巻き付け工程及び端部加圧工程を連続して行う場合は、例えば、図５に示すように、第一基台４と第一基台４より硬度が高い第二基台４ａを併設し、第一基台４の一部で第二基台４ａを被覆してもよい。第一基台４の一部で第二基台４ａを被覆した領域の硬度は、第一基台４だけが配置された領域の硬度より高い。第一基台４だけが配置された領域で第一巻付け工程を行い、第一巻付け工程に連続して、第一基台４の一部で第二基台４ａを被覆した領域で第二巻き付け工程及び端部加圧工程を行えばよい。この場合も上述した実施形態と同様の効果を達成することができる。また、押し当て部を、第一部材と、第一部材より硬度が高い第二部材とから構成してもよい。押し当て部のうち第一部材から構成される領域で第一巻付け工程を行い、押し当て部のうち第二部材から構成される領域で第二巻き付け工程及び端部加圧工程を行ってもよい。この場合も上述した実施形態と同様の効果を達成することができる。
【００６２】
基台を移動させる方向に沿って、基台の平面と押し当て部の平面との距離が短くなるように、押し当て部を基台に対して傾けてもよい。この場合も上述した実施形態と同様の効果を達成することができる。
【００６３】
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法及び製造装置は、セラミック軸と当該セラミック軸に巻かれたセラミックシートと電極部とを備える他のセラミック電子部品の製造にも適用できる。例えば、図７〜９に示す圧電変換素子を、本発明の製造方法及び製造装置によって製造してもよい。
【００６４】
圧電変換素子１１０の製造では、まず、表面に第１の電極部１１１ａが形成された薄板状の第１の圧電素子１１１と、表面に第２の電極部１１２ａが形成された第２の圧電素子１１２とを、作製する。
【００６５】
圧電素子１１１及び１１２の材料としては、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ３・ＰｂＴｉＯ３）を主成分とする圧電セラミックス組成物を使用する。圧電セラミックス組成物の粉体を溶剤、分散剤、バインダ、可塑剤等と混合して得たスラリーを、ブレード等を使用して、平面上で均一な厚さ（例えば２０〜１００μｍの厚さ）のシート状に引き伸ばす。シート状のスラリーから溶剤を蒸発させて乾燥すると、グリーンシートと呼ばれる柔軟性のあるシートを得ることができる。なお、ＰＺＴには、Ｓｒ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｍｎ等の改質用の元素を少量添加してもよい。
【００６６】
次に、このグリーンシートの表面に、スクリーン印刷等の手段で、ペースト状の電極材料（例えばＰｔ系、Ａｇ−Ｐｄ系の電極材料）を１〜数μｍの厚さに印刷し、電極部１１１ａ及び１１２ａをそれぞれ形成する。各電極が印刷されたグリーンシートを所定の大きさに切断することにより、第１の圧電素子１１１及び第２の圧電素子１１２が得られる。
【００６７】
次に、第１の圧電素子１１１の上に第２の圧電素子１１２を積層して貼り合わせることにより、積層体を形成する。この積層体は、上記のセラミックヒーターに係る実施形態におけるセラミックシート１２に対応するものである。
【００６８】
なお、積層体の形成工程では、第１の圧電素子１１１の電極部１１１ａが形成された表面と、第２の圧電素子１１２の電極部１１２ａが形成されていない面とを対向させる。また、積層体の形成工程では、下側に位置する第１の圧電素子１１１の電極部１１１ａの端部を露出させるため、上側に位置する第２の圧電素子１１２の端部に切り欠き部１１２ｂを形成する。これにより、下側の圧電素子１１１の電極部１１１ａにリード線を接続することができる。
【００６９】
次に、積層体を構成する第１の圧電素子１１１を中軸１１３（セラミック軸）に対向させた状態で、積層体を中軸１１３に巻き付けることにより、円筒状のセラミック基体を形成する。積層体の中軸１１３への巻き付けには、セラミックヒーターに係る上記実施形態と同様の製造装置及び製造方法を適用すればよい。なお、第一巻き付け工程において中軸１１３と積層体との間に隙間が生じる可能性がある場合、中軸１１３と積層体とを接着する成分を用いて、隙間を埋めることが好ましい。これにより、巻きズレを防止できる。中軸１１３と積層体とを接着する成分としては、例えば、中軸１１３及び積層体が含むものと同様の圧電セラミックス組成物の粉末、バインダ並びに溶剤等から構成されるペーストを用いればよい。
【００７０】
中軸１１３は、例えば、各圧電素子に用いたものと同様の圧電セラミックス組成物を含むスラリーを押し出し成型することにより、作製すればよい。
【００７１】
得られたセラミック基体を所定の温度条件で焼成した後、電極部１１１ａ及び１１２ａにそれぞれリード線を接続する。そして、リード間に所定の直流高電圧を印加して各圧電素子を分極させると、圧電変換素子１１０が完成する。圧電変換素子１１０を所望の長さ（例えば５ｍｍ程度）に切断すると、アクチエータの駆動素子として使用できる。
【００７２】
圧電セラミックス組成物の代わりに、ＢａＴｉＯ３等の誘電体セラミック組成物を用いてグリーンシートを形成すること以外は圧電変換素子１１０とほぼ同様の方法で、積層筒状コンデンサを製造することも可能である。また、本発明の製造装置及び製造方法は、点火プラグの製造に適用することもできる。
【実施例】
【００７３】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７４】
（実施例１）
焼成工程後に９１．２重量％のＡｌ２Ｏ３、５．９重量％のＳｉＯ２、１．７重量％のＣａＯ、０．１重量％のＭｇＯ及び１．１重量％のＺｒＯ２を含有するセラミックスが得られるように、基材及び焼結助剤を秤量して、セラミックスの原料粉末を調製した。セラミックスの原料粉末、成型用バインダ及び有機溶剤を湿式で混合し、セラミック組成物のスラリーを得た。このスラリーをドクターブレード法で成型して、厚み０．３ｍｍのセラミックシートａと厚み０．１ｍｍのセラミックシートｂを得た。このセラミックシートｂの表面に、Ｗ−Ｒｅからなる発熱部とＷ−Ｍｏからなる引き出し部をスクリーン印刷した。セラミックシートａにおいてセラミックシートｂの引き出し部の末端が位置する箇所に対向する部分に、スルーホールを形成し、導体ペーストをスルーホールに充填した。セラミックシートａとセラミックシートｂを重ね合わせ、加熱及び加圧して圧着することにより、セラミックシートｃを形成した。スルーホールと重なるようにセラミックシートｃのセラミックシートａ側の表面に電極パッドをスクリーン印刷して、引き出し部と電極パッドを導通させた。そして、セラミックスシートｃを所定の大きさに切断した。切断したセラミックシートｃの表面のうち、電極パッドが印刷されていない側に、有機溶剤を主成分とする接着剤を塗布した。
【００７５】
上記セラミックス組成物のスラリーを押し出し成型することにより、セラミック軸を作製した。
【００７６】
図１に示す製造装置を用いて、以下の第一巻き付け工程、第二巻き付け工程及び端部加圧工程を行った。
【００７７】
＜第一巻き付け工程＞
第一巻き付け工程では、まず、接着剤が塗布されたセラミックシートｃの片面を、板状の押し当て部に対向させ、セラミックシートｃを基台の平面に載置した。セラミック軸をセラミックシートｃの端部に載置した。次に、板状の押し当て部を基台の平面に向かって垂直移動させ、押し当て部の平面と基台の平面との間にセラミックシートｃ及びセラミック軸を挟み込み、セラミックシートｃとセラミック軸を密着させた。第一巻き付け工程では、シリコンスポンジ製の基台と、シリコンゴム製の押し当て部を用い、第一巻き付け工程では、基台をあらかじめ８０℃に加熱した。
【００７８】
次に、基台を、基台の平面に対して平行な方向に移動させ、セラミック軸を回転させることにより、セラミック軸にセラミックシートｃを巻き付け、セラミック基体を形成した。なお、基台の移動速度は、３００ｍｍ／ｓｅｃに調整した。
【００７９】
＜第二巻き付け工程＞
第一巻き付け工程後の第二巻き付け工程では、シリコンスポンジ製の基台を、クロロプレンゴム製の基台に取替え、クロロプレンゴム製の基台をあらかじめ８０℃に加熱した。第二巻き付け工程では、シリコンゴム製の押し当て部を用いた。
【００８０】
第二巻き付け工程では、セラミック基体をクロロプレンゴム製の基台の平面に設置した。このとき、セラミック基体においてセラミック軸の表面上に位置するセラミックシートｃの両端部を基台の平面に対向させた。そして、板状の押し当て部の平面と基台の平面との間にセラミック基体を挟み込み、基台をその平面に対して平行な方向に移動させ、セラミック基体を回転させ、増し巻きを行った。
【００８１】
＜端部加圧工程＞
第二巻き付け工程後の端部加圧工程では、クロロプレンゴム製の基台を用い、クロロプレンゴム製の基台をあらかじめ８０℃に加熱した。端部加圧工程では、シリコンゴム製の押し当て部を用いた。
【００８２】
端部加圧工程では、セラミック基体を基台の平面に設置した。このとき、セラミック基体においてセラミック軸の表面上に位置するセラミックシートｃの両端部を基台の平面に対向させた。
【００８３】
次に、押し当て部を基台の平面に向かって垂直移動させ、押し当て部の平面と基台の平面との間にセラミック基体を挟み込んだ。これにより、セラミックシートｃの両端部を４０秒間加圧した。
【００８４】
端部加圧工程後、セラミック基体を、１５００〜１６００℃の還元雰囲気炉で焼成した。焼成後、電極パッドの表面に下地Ｎｉめっきを形成した。Ａｕ−Ｃｕからなるロウを用いて、下地Ｎｉめっきに金属リードをロウ付けして、実施例１のセラミックヒーターを得た。ロウ付けには真空炉を使用した。実施例１のセラミックヒーターでは、セラミック軸からのセラミックシートｃの剥離が確認されなかった。
【００８５】
［外観検査］
第一巻き付け工程後、第二巻き付け工程を行う前の実施例１のセラミック基体の外観検査を行い、外観不良の有無を調べた。なお、外観不良とは、セラミック軸からのセラミックシートｃの剥離を意味する。外観検査の結果、実施例１のセラミック基体には外観不良がなかった。
【００８６】
（実施例２）
第一巻き付け工程における基台の移動速度を５００ｍｍ／ｓｅｃに調整したこと以外は、実施例１と同様の方法で、第一巻き付け工程だけを行い、実施例２のセラミック基体を形成した。実施例１と同様の外観検査の結果、実施例２のセラミック基体には外観不良がなかった。
【００８７】
（比較例１）
比較例１では、第一巻き付け工程における基台の移動速度を５００ｍｍ／ｓｅｃに調整した。また、比較例１では、板状の押し当て部の代わりに、シリコンゴムで形成された表面を有するローラーを用いた。以上の事項以外は実施例１と同様の方法で、第一巻き付け工程だけを行い、比較例１のセラミック基体を形成した。実施例１と同様の外観検査の結果、比較例１のセラミック基体には外観不良が発見された。また、この外観不良は、ローラーの空回りに起因することが判明した。
【００８８】
実施例と比較例との比較から、実施例では、セラミックシートｃの剥離を起こすことなく、基台移動速度を速めることができ、結果としてタクトタイムを短くできることが確認された。
【００８９】
［硬度及び摩擦係数の測定］
実施例１で用いたシリコンスポンジ製の基台、クロロプレンゴム製の基台、シリコンゴム製の押し当て部それぞれの硬度及び静摩擦係数を測定した。硬度の測定は、デュロメータ：ＪＩＳ−Ｋ−７２１５法を用いて行った。静摩擦係数の測定は、ＪＩＳ−Ｋ−７１２５法を用いて行った。
【００９０】
シリコンスポンジ製の基台のデュロメータ硬度は、１２であった。シリコンスポンジ製の基台の静摩擦係数は、１．６であった。
【００９１】
クロロプレンゴム製の基台のデュロメータ硬度は、７０であった。クロロプレンゴム製の基台の静摩擦係数は、０．４であった。
【００９２】
シリコンゴム製の押し当て部のデュロメータ硬度は、５０であった。シリコンゴム製の押し当て部の静摩擦係数は、１０であった。
【００９３】
（実施例３）
実施例３では、下記の方法で、アクチエータの駆動素子を作製した。
【００９４】
まず、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ３・ＰｂＴｉＯ３）を主成分とする圧電セラミックス組成物のセラミックス粉体を溶剤、分散剤、バインダ、可塑剤等と混合してスラリーを調製した。ブレードを使用して、スラリーを平面上で一定の厚さのシート状に引き伸ばした。シート状のスラリーから溶剤を蒸発させて乾燥して、グリーンシートを得た。
【００９５】
グリーンシートの表面に、スクリーン印刷で、ペースト状の電極材料を所定の厚さに印刷し、第１の電極部及び第２の電極部を形成した。各電極が印刷されたグリーンシートを所定の大きさに切断するにより、表面に第１の電極部が形成された薄板状の第１の圧電素子と、表面に第２の電極部が形成された第２の圧電素子とを、作製した。
【００９６】
第１の圧電素子の上に第２の圧電素子を積層して貼り合わせることにより、積層体（セラミックシート）を形成した。なお、積層体の形成工程では、第１の圧電素子の電極部が形成された表面と、第２の圧電素子の電極部が形成されていない面とを対向させた。また、積層体の形成工程では、下側に位置する第１の圧電素子の電極部の端部を露出させるため、上側に位置する第２の圧電素子の端部に切り欠き部を形成した。
【００９７】
各圧電素子に用いたものと同様の圧電セラミックス組成物を含むスラリーを押し出し成型することにより、円筒状の中軸（セラミック軸）を作製した。
【００９８】
積層体（セラミックシート）を構成する第１の圧電素子を中軸（セラミック軸）に対向させた状態で、実施例１と同様に、第一巻き付け工程及び第二巻き付け工程を実施した。これらの工程により、積層体を中軸に巻き付けで、円筒状のセラミック基体を形成した。
【００９９】
得られたセラミック基体を所定の温度条件で焼成した後、第１及び第２の電極部にそれぞれリード線を接続した。そして、リード線間に所定の直流高電圧を印加して各圧電素子を分極させ、圧電変換素子を得た。圧電変換素子を所望の長さに切断し、実施例３のアクチエータの駆動素子を得た。
【０１００】
実施例１と同様の外観検査の結果、実施例３のセラミック基体には外観不良がなかった。
【符号の説明】
【０１０１】
２・・・セラミックヒーターの評価装置、４，４ａ・・・基台、６・・・支持台、８・・・押し当て部、１０・・・支持体、１１・・・セラミック基体、１２・・・セラミックシート、１３・・・セラミック軸、１４・・・発熱部、１５・・・引き出し部、１６・・・電極部、１７・・・金属リード、１８・・・垂直方向移動機構、２０・・・平行方向移動機構、２２・・・接着剤、１１０・・・圧電変換素子、１１１・・・第１の圧電素子、１１２・・・第２の圧電素子、１１１ａ・・・第１の電極部、１１２ａ・・・第２の電極部、１１３・・・中軸（セラミック軸）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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