(57)【要約】【課題】脱脂工程の早い段階で導電ペーストの周りの層に連続空隙を形成し維持することで、デラミネーションを防止する圧電素子の製造方法を提供する。【解決手段】圧電セラミックス１１０と内部電極１２０とが交互に積層されて形成された圧電素子１０５の製造方法であって、圧電セラミックスを含むグリーンシート１０に対し、導電性物質を含む導電ペースト２０を電極パターンに印刷し、電極パターンの周囲に絶縁物質を含む絶縁ペースト３０を印刷する工程と、グリーンシート１０を積層して圧着する工程と、圧着されたグリーンシート１０を脱脂、焼成する工程と、を有し、絶縁ペースト３０は、触媒活性を有する物質を含んでいる。絶縁ペースト３０は、触媒活性を有する物質を含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックスと内部電極とが交互に積層されて形成された圧電素子の製造方法であって、
圧電セラミックスを含むグリーンシートに対し、導電性物質を含む導電ペーストを電極パターンに印刷し、前記電極パターンの周囲に絶縁物質を含む絶縁ペーストを印刷する工程と、
前記グリーンシートを積層して圧着する工程と、
前記圧着されたグリーンシートを脱脂、焼成する工程と、を有し、
前記絶縁ペーストは、触媒活性を有する物質を含むことを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁ペーストは、前記触媒活性を有する物質として前記導電ペーストの導電性物質と同等以上に触媒活性が高い物質を含むことを特徴とする請求項１記載の圧電素子の製造方法。
【請求項３】
前記導電ペーストは、前記導電性物質として主にＡｇおよびＰｄを含み、
前記絶縁ペーストは、前記触媒活性を有する物質としてＰｔを含むことを特徴とする請求項２記載の圧電素子の製造方法。
【請求項４】
前記導電ペーストは、前記導電性物質として主にＡｇおよびＰｄを含み、
前記絶縁ペーストは、前記触媒活性を有する物質としてＰｄを含むことを特徴とする請求項２記載の圧電素子の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁ペーストは、前記触媒活性を有する物質を、表面積が乾燥後の有機成分重量１ｇあたり０．０１３５ｍ２以上となり、かつ、体積が絶縁ペーストの絶縁物質の粉末の体積１００に対し４３以下である量だけ有していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電セラミックスと内部電極とを交互に積層されて形成された圧電素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、積層型の圧電素子が知られている。積層型の圧電素子を一体焼成すると、脱脂や焼成時にデラミネーションと呼ばれる剥離が起きることがある。図４（ａ）〜（ｃ）は、従来の圧電素子３０５の製造工程を示す断面図である。図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、圧電セラミックスを含むグリーンシート２１０上に導電ペースト２２０をスクリーン印刷して電極パターンを形成し、これを積層、圧着した成形体２０５を一体焼成することで、積層型の圧電素子３０５が形成される。
【０００３】
導電ペースト２２０の層はセラミックス内部に配置されており、脱脂時にそこから生じたガスが周囲のグリーンシート２１０に阻まれ、層間に溜まり剥離２４０が起きやすい。このようにして作製された圧電素子３０５は、圧電セラミックス３１０、内部電極３２０の層間に剥離３４０が生じた不良品となってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平５−３３４９号公報
【特許文献２】特開平６−１４０６８３号公報
【特許文献３】特開２０１１−９１１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
積層型の圧電素子は、絶縁ペースト層、導電ペースト層の両方をグリーンシート上にスクリーン印刷し、交互に形成して一体焼成する方法でも作製できる。例えば、特許文献１、２記載の積層型の圧電素子については、チタン酸鉛を主とする絶縁物からなる絶縁ペーストを導体ペーストと隣接するように印刷した後に、これを積層、圧着して成形体を作製する。そして、成形体を脱脂、焼成し、内部電極に対し外部電極を一層置きに接続することで、圧電素子が作製される。
【０００６】
絶縁ペーストはビヒクル成分の種類によって脱脂温度が決まる。一般的に、絶縁ペースト層のバインダーより導電ペースト層のバインダーの方が低温で脱脂されるため、上記のような作製方法でも脱脂が進んでいない周囲の絶縁ペースト層に脱脂により生じたガスが阻まれ、圧電セラミックスと電極との間に溜まることで層間の剥離が起きやすい。
【０００７】
これに対し、特許文献３記載の圧電素子は、絶縁ペーストのセラミックス成分の含有量を下げて隙間を作ることで内部電極膜の周囲に形成された層に、連続空隙を設け、脱脂段階で、ガス化したバインダーの流通路を確保しようとしている。しかしながら、絶縁ペーストのセラミックス成分の含有量を下げると、バインダーが飛んだ後の連続空隙が維持されずに結局は空隙が塞がるおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、脱脂工程の早い段階で導電ペーストの周りの層に連続空隙を形成し維持することで、デラミネーションを防止する圧電素子の製造方法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】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の圧電素子の製造方法は、圧電セラミックスと内部電極とが交互に積層されて形成された圧電素子の製造方法であって、圧電セラミックスを含むグリーンシートに対し、導電性物質を含む導電ペーストを電極パターンに印刷し、前記電極パターンの周囲に絶縁物質を含む絶縁ペーストを印刷する工程と、前記グリーンシートを積層して圧着する工程と、前記圧着されたグリーンシートを脱脂、焼成する工程と、を有し、前記絶縁ペーストは、触媒活性を有する物質を含むことを特徴としている。
【００１０】
これにより、脱脂工程において導電ペーストと同時かそれより早く絶縁ペーストの脱脂が開始され、導電ペーストの周りの層に連続空隙を形成し維持される。そして、導電ペーストの脱脂のときに生じるガスはその連続空隙を通って外に行くため、脱脂によるガスの排出を向上させ、ガスが溜まることで生じるデラミネーションを防止できる。
【００１１】
（２）また、本発明の圧電素子の製造方法は、前記絶縁ペーストは、前記触媒活性を有する物質として前記導電ペーストの導電性物質と同等以上に触媒活性が高い物質を含むことを特徴としている。これにより、確実に導電ペーストと同時かそれより早く絶縁ペーストの脱脂を開始できる。
【００１２】
（３）また、本発明の圧電素子の製造方法は、前記導電ペーストは、前記導電性物質として主にＡｇおよびＰｄを含み、前記絶縁ペーストは、前記触媒活性を有する物質としてＰｔを含むことを特徴としている。これにより、確実に導電ペーストより早く絶縁ペーストの脱脂を開始できる。
【００１３】
（４）また、本発明の圧電素子の製造方法は、前記導電ペーストは、前記導電性物質として主にＡｇおよびＰｄを含み、前記絶縁ペーストは、前記触媒活性を有する物質としてＰｄを含むことを特徴としている。これにより、確実に導電ペーストより早く絶縁ペーストの脱脂を開始できる。
【００１４】
（５）また、本発明の圧電素子の製造方法は、前記絶縁ペーストは、前記触媒活性を有する物質を、表面積が乾燥後の有機成分重量１ｇあたり０．０１３５ｍ２以上となり、かつ、体積が絶縁ペーストの絶縁物質の粉末の体積１００に対し４３以下である量だけ有していることを特徴としている。
【００１５】
これにより、有機成分乾燥重量あたりの触媒表面積が十分に大きいことから早く絶縁ペーストの脱脂が開始され、導電ペーストの周りの層に連続空隙が生じる。一方、触媒活性を有する物質と絶縁物質の粉末との体積比が３／７以下であることから絶縁ペースト印刷部分に導通は生じない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、脱脂工程の早い段階で導電ペーストの周りの層に連続空隙を形成し維持することで、脱脂によるガスの排出を向上させ、ガスが溜まることで生じるデラミネーションを防止する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）、（ｂ）本発明の圧電素子の製造工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）本発明の圧電素子の製造工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）それぞれ本発明の圧電素子を示す斜視図、平断面図および側断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）従来の圧電素子の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
（圧電素子の製造方法）
圧電セラミックス材料を用いてスラリーを作製し、ドクターブレード法等によりグリーンシートを作製する。圧電セラミックス材料は、例えばＰＺＴ系材料である。一方、Ａｇ（銀）／Ｐｄ（パラジウム）を含む導電ペースト、チタン酸鉛を含む絶縁ペーストを準備する。Ａｇ／Ｐｄの配合比は、例えば、７：３とする。
【００２０】
図１（ａ）、（ｂ）および図２（ａ）〜（ｃ）は、圧電素子１０５の製造工程を示す断面図である。まず、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電セラミックスのグリーンシート１０に対し、電極パターンで導電性物質を含む導電ペースト２０を印刷し、電極パターンの周囲に絶縁物質を含む絶縁ペースト３０を印刷する。絶縁ペースト３０の印刷領域の幅は、外部（外部電極や外側のケース等）との絶縁を保ちつつ、不活性な領域を小さくするために概ね積層間距離の２倍以上導電ペースト２０の印刷領域の大きさの１０％以下が好ましい。このように処理がなされたグリーンシート１０を積層し、圧着して、図２（ａ）に示すような成形体５を作製する。
【００２１】
絶縁ペースト３０は、触媒活性を有する物質を含んでいる。絶縁ペースト３０は、触媒活性を有する物質として導電ペースト２０の導電性物質と同等以上に触媒活性が高い物質を含むことが好ましい。これにより、確実に導電ペースト２０と同時かそれより早く絶縁ペースト３０の脱脂を開始できる。例えば、このような例として、導電ペースト２０は、導電性物質として主にＡｇおよびＰｄを含み、絶縁ペースト３０は、触媒活性を有する物質としてＰｔ（白金）を含む場合が挙げられる。絶縁ペーストは、触媒活性を有する物質としてＰｔに代えてＰｄを含むものであってもよい。
【００２２】
導電ペースト２０にＡｇ／Ｐｄ（ＡｇおよびＰｄの混合粉末）を用いる場合には、絶縁ペースト３０は、導電ペースト２０のＡｇ／Ｐｄより触媒活性が高いものを含むようにする。触媒活性が高いという観点では、例えば、含有物質の比表面積を増やすことも好ましいし、含有物質はＰｄよりＰｔが好ましい。また、表面改質等により触媒活性を高めることも考えられる。一方、導電ペースト２０のＡｇ／Ｐｄは表面改質等により触媒活性を低下させる方が望ましい。
【００２３】
また、絶縁ペースト３０は、触媒活性を有する物質を、表面積が乾燥後の有機成分重量１ｇあたり０．０１３５ｍ２以上となり、かつ、体積が絶縁ペースト３０の絶縁物質の粉末の体積１００に対し４３以下である量だけ有していることが好ましい。
【００２４】
これにより、有機成分の乾燥重量あたりの触媒表面積が十分に大きいことから、早く絶縁ペースト３０の脱脂が開始され、導電ペースト２０の周りの層に連続空隙が空く。一方、触媒活性を有する物質と絶縁物質の粉末との体積比が３／７以下であることから絶縁ペースト３０の印刷部分に導通は生じない。
【００２５】
上記のような工程を経て、作製された成形体５を脱脂、焼成する。これにより、１００℃から３００℃程度までの脱脂工程において導電ペースト２０と同時かそれより早く絶縁ペースト３０の脱脂が開始され、導電ペースト２０の周りの絶縁ペースト３０の層に細かい連続空隙が形成され、維持される。そして、図２（ｂ）に示すように、導電ペースト２０から脱脂のときに生じるガスはその連続空隙を通って外に行くため（矢印方向）、デラミネーションを防止できる。脱脂は、例えば２０℃から１００℃まで２０℃／ｈで昇温し、１００℃から３００℃まで３℃／ｈで昇温し、３００℃から５００℃まで２０℃／ｈで昇温し、５００℃で５ｈ保持し、炉冷するというパターンで温度制御することで行うことができる。
【００２６】
焼成は、脱脂後、例えば１１００℃まで昇温、維持して行うことができる。そして、焼成後、焼成体は加工され圧電素子１０５が得られる。なお、例えば８×８×１４ｍｍの大きさの成形体５を準備し、焼成、加工後に大きさが６×６×１０ｍｍの圧電素子１０５を得ることができる。
【００２７】
このようにして、図２（ｃ）に示す圧電素子１０５が作製される。図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ圧電素子１０５を示す斜視図、平断面図および側断面図である。図３（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図３（ａ）における断面３ｂ、３ｃによる図である。圧電素子１０５は、圧電セラミックス１１０と内部電極１２０とを交互に積層されて形成されている。なお、得られた絶縁層１３０は、チタン酸鉛等の絶縁物質の粉末が十分に含まれた状態で焼成され、焼成後は粉末として残留するか、離脱して空隙を形成して応力緩和層として機能する。
【００２８】
（実施例）
比較例１〜３、実施例１〜６として表１、表２に示す配合（絶縁物質の粉末の重量を１００としたときの重量比）の絶縁ペーストを作製した。また、表３に示す配合（導電性物質の粉末の重量を１００としたときの重量比）の導電ペーストを作製した。
【００２９】
作製された絶縁ペースト、導電ペーストのそれぞれを用いてＰＺＴ系の圧電セラミックスを含むグリーンシートの全面に印刷し、積層、圧着して、成形体を作製し、１００〜３００℃を３℃／ｈで昇温して脱脂した。その結果、各比較例、実施例の絶縁ペーストおよび導電ペーストについて表１〜表３に示すように有機物の分解が加速される温度として分解加速温度が得られた。
【００３０】
また、各比較例、実施例について、ＰＺＴ系の圧電セラミックスを含むグリーンシートに電極パターンを印刷し、電極パターンの周囲に絶縁ペーストを印刷して、積層、圧着して、成形体を作製した。作製した成形体を１００〜３００℃を３℃／ｈで昇温して脱脂した結果、それぞれについて脱脂不良率が得られた。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
【表２】
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【００３３】
【表３】
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【００３４】
上記の結果から、不具合を生じさせずに脱脂するために絶縁ペーストに加えるべき触媒の必要量は、有機物の重量に対する表面積として表されると考えられる。すなわち、上記の配合では、脱脂前に乾燥するため、バインダー＋増粘剤＋可塑剤の重量に対する表面積が基準となる。
【００３５】
触媒粉末はＰｔの比表面積が３０ｍ２／ｇ、Ｐｄの比表面積が１２．５ｍ２／ｇのものを使用した。絶縁ペースト中における有機成分乾燥重量あたりの触媒の表面積量は、表１、表２に示す通りである。この「有機成分乾燥重量あたりの触媒の表面積」が、連続空隙を確保するための下限となる。一方、絶縁物質の粉末と触媒金属との体積比が３／７より大きくなると導通のおそれが高まる。これが配合の上限になると考えられる。
【００３６】
したがって、絶縁ペーストへの触媒の添加量は、絶縁ペーストの乾燥後の有機成分重量１ｇあたり０．０１３５ｍ２以上の表面積となる触媒金属量で、かつ、触媒金属の体積が絶縁ペーストの絶縁物質の粉末の体積１００に対し４３以下であることが好ましいことが実験結果から分かる。
【符号の説明】
【００３７】
５  成形体
１０  グリーンシート
２０  導電ペースト
３０  絶縁ペースト
１０５  圧電素子
１１０  圧電セラミックス
１２０  内部電極
１３０  絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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