(57)【要約】【課題】焼成後のセラミック板に反りやうねりが生じるのを防止することができるセラミック板の焼成方法を提供する。【解決手段】対面するジルコニアセッター１，５間においてジルコニアセッター１上にセラミック板２を配置し、セラミック板２とほぼ同一組成のセラミック材料からなる包囲部材４によってセラミック板２の周囲部を包囲して焼成を行う。これにより、セラミック板２とジルコニアセッター５との隙間Ｓにチタン酸ジルコン酸鉛中の鉛が各包囲部材４から放出される。そのため、セラミック板２からのチタン酸ジルコン酸鉛中の鉛の蒸発が抑制され、しかも、隙間Ｓにおける鉛の濃度が焼成中均一に保たれる。したがって、焼成によるセラミック板２の収縮が均一化されて、焼成後のセラミック板２に反りやうねりが生じるのを防止することができる。【選択図】  図１
2004284900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の保持部材と第２の保持部材との間にセラミック板を配置して焼成するセラミック板の焼成方法であって、
前記セラミック板とほぼ同一組成のセラミック材料により形成された包囲部材によって、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材との間における前記セラミック板の周囲部を包囲して、前記セラミック板を焼成することを特徴とするセラミック板の焼成方法。
【請求項２】
前記セラミック板を形成するセラミック材料は、鉛を含有する化合物を含むことを特徴とする請求項１記載のセラミック板の焼成方法。
【請求項３】
前記セラミック板は前記第１の保持部材上に載置され、
前記セラミック板と前記第２の保持部材との間には、前記セラミック板の厚さ以下の隙間が設けられることを特徴とする請求項１又は２記載のセラミック板の焼成方法。
【請求項４】
前記包囲部材は、前記セラミック板の厚さとほぼ同一の高さを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のセラミック板の焼成方法。
【請求項５】
前記包囲部材は、前記セラミック板から所定の距離をもって配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のセラミック板の焼成方法。
【請求項６】
前記セラミック板の周囲部には、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材との間隙を保持するスペーサが複数配置され、
隣り合う前記スペーサ間には前記包囲部材が配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のセラミック板の焼成方法。
【請求項７】
前記セラミック板はセラミック素材から取り出され、
前記包囲部材は、前記セラミック板が取り出された前記セラミック素材の残余部分により形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載のセラミック板の焼成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータや圧電センサ等に用いられる積層型圧電基板等のセラミック板の焼成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来におけるセラミック板の焼成方法は、例えば下記の特許文献１に開示されている。この特許文献１記載の焼成方法においては、対面するセッターの下側のセッター上にセラミック板を載置し、セラミック板と上側のセッターとの間に所定間隔の隙間が形成されるよう、セラミック板と同じ収縮特性を有する支柱によって上側のセッターを下側のセッター上に支持する。この状態で焼成を行うと、セラミック板と共に支柱も収縮するため、セラミック板と上側のセッターとの間の隙間を所定間隔に保つことができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３２４５７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した焼成方法にあっては、対面するセッター間におけるセラミック板の周囲部が開放されているため、セラミック板と上側のセッターとの間における雰囲気の濃度が焼成中均一に保たれず、セラミック板の収縮が場所によって不均一となり、焼成後のセラミック板に反りやうねりが生じるおそれがある。この問題は、セラミック板の厚さが薄型化されるほど顕著になる。
【０００５】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、焼成後のセラミック板に反りやうねりが生じるのを防止することのできるセラミック板の焼成方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るセラミック板の焼成方法は、第１の保持部材と第２の保持部材との間にセラミック板を配置して焼成するセラミック板の焼成方法であって、セラミック板とほぼ同一組成のセラミック材料により形成された包囲部材によって、第１の保持部材と第２の保持部材との間におけるセラミック板の周囲部を包囲して、セラミック板を焼成することを特徴とする。
【０００７】
このセラミック板の焼成方法においては、第１の保持部材と第２の保持部材との間におけるセラミック板の周囲部が、セラミック板とほぼ同一組成のセラミック材料により形成された包囲部材によって包囲されているため、セラミック板が配置された雰囲気の濃度が焼成中均一に保持される。したがって、焼成によるセラミック板の収縮が均一化されて、焼成後のセラミック板に反りやうねりが生じるのを防止することができる。
【０００８】
なお、セラミック板とは、セラミックシートの単板は勿論、複数のセラミックシートを積層してなる板状の積層体を含む意味であり、セラミックシートを基板として電極等が形成されたものも含む。
【０００９】
そして、本発明に係るセラミック板の焼成方法は、セラミック板を形成するセラミック材料が鉛を含有する化合物を含んでいる場合に特に有効である。チタン酸鉛やチタン酸ジルコン酸鉛等、鉛を含有する化合物中の鉛は焼成により蒸発し易いが、包囲部材がセラミック板とほぼ同一組成のセラミック材料により形成されているため、セラミック板が配置された雰囲気中には、鉛を含有する化合物中の鉛が包囲部材から放出される。これにより、鉛を含有する化合物中の鉛がセラミック板から蒸発することが抑制され、しかも、セラミック板が配置された雰囲気中における鉛の濃度が焼成中均一に保たれる。したがって、焼成によるセラミック板の収縮が一定化されて、焼成後のセラミック板に反りやうねりが生じるのを防止することができる。
【００１０】
また、セラミック板は第１の保持部材上に載置され、セラミック板と第２の保持部材との間には、セラミック板の厚さ以下の隙間が設けられることが好ましい。このように、セラミック板と第２の保持部材との間にセラミック板の厚さ以下の隙間を設けて焼成を行うと、セラミック板が配置された雰囲気の濃度の均一化が促進されるため、セラミック板に反りやうねりが生じるのをより一層抑制することができる。
【００１１】
また、包囲部材は、セラミック板の厚さとほぼ同一の高さを有することが好ましい。このような状態で焼成を行うと、上記と同様に、セラミック板が配置された雰囲気の濃度の均一化が促進され、セラミック板に反りやうねりが生じるのをより一層抑制することができる。しかも、第２の保持部材をセラミック板に近付けるに際し、包囲部材が障害となることがないため、セラミック板と第２の保持部材との間の隙間をセラミック板の厚さ以下に設定する場合に特に有効である。
【００１２】
また、包囲部材は、セラミック板から所定の距離をもって配置されることが好ましい。セラミック板と包囲部材と間に所定の距離をとることで、セラミック板の厚さや組成等に応じて当該セラミック板における反りやうねりの発生が抑制されるよう、セラミック板が配置される雰囲気の濃度を調節することができる。
【００１３】
また、セラミック板の周囲部には、第１の保持部材と第２の保持部材との間隙を保持するスペーサが複数配置され、隣り合うスペーサ間には包囲部材が配置されることが好ましい。このように、隣り合うスペーサ間に包囲部材を配置することで、保持部材の小型化、ひいては省スペース化を図ることができる。
【００１４】
また、セラミック板は、セラミック素材から取り出され、包囲部材は、セラミック板が取り出されたセラミック素材の残余部分により形成されることが好ましい。例えば、グリーンシートの単板やグリーンシートの積層体等のセラミック素材から、打ち抜き等によりセラミック板を取り出した際に、セラミック素材の残余部分により包囲部材を形成すれば、セラミック板とほぼ同一組成のセラミック材料を含む包囲部材を効率良く形成することができる。しかも、一般に廃材となるセラミック素材の残余部分を利用することで、セラミック板の焼成に要するコストの低廉化を図ることがきる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１及び図２に示すように、１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形状に形成された緻密質（気孔率３％以下、より好ましくは気孔率１％以下）のジルコニアセッター（第１の保持部材）１上にセラミック板２を載置する。ジルコニアセッター１は、焼成中におけるセラミック板２との反応性が低く且つ耐久性が良好であることから、３ｍｏｌ％〜８ｍｏｌ％のイットリア（Ｙ２０３）で安定化されたものが好ましい。また、セラミック板２は、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電セラミック（より詳細には、ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３−Ｐｂ（Ｍｇ１／３  Ｎｂ２／３）Ｏ３−Ｐｂ（Ｚｎ１／３  Ｎｂ２／３）Ｏ３の４成分系圧電セラミック）により形成された単板であり、次のように作製されたものである。
【００１７】
すなわち、酸化物又は炭酸塩の形態の材料をボールミルにより湿式混合し、混合後９５０℃にて仮焼成を行う。この仮焼成後の材料をボールミルにて湿式粉砕して圧電セラミック粉体を用意する。続いて、この圧電セラミック粉体にバインダや溶剤等を加えてスラリー化し、押し出し成形法によって厚さ０．１５ｍｍのグリーンシート（セラミック素材）を成形する。このグリーンシートを押し切り切断して、「８０ｍｍ×８０ｍｍ，厚さ０．１５ｍｍ」の正方形薄板状のセラミック板２を得る。
【００１８】
このように作製されたセラミック板２をジルコニアセッター１の中央に配置し、これにより形成されるジルコニアセッター１上の余白部の四隅に、高さ０．３０ｍｍのスペーサ３を載置する。さらに、ジルコニアセッター１上の隣り合うスペーサ３，３間に棒状の包囲部材４を載置する。このとき、４本の包囲部材４のそれぞれを、セラミック板２の４つ側面２ａのそれぞれから一定距離離間させる。このように、隣り合うスペーサ３，３間に包囲部材４を配置することで、ジルコニアセッター１の小型化を図ることができる。なお、スペーサ３は、ジルコニアセッター１と同材質で構成されていることが好ましいが、アルミナやマグネシア等の材質で構成されていてもよい。そして、スペーサ３の形状は、角柱状に限らず、例えば円柱状でもあってもよい。また、各包囲部材４は、上述したセラミック板２の作製において、セラミック板２が切り出されたグリーンシートの残余部分から形成されたものである。
【００１９】
そして、ジルコニアセッター１と同形状のジルコニアセッター（第２の保持部材）５を、ジルコニアセッター１と対面するようスペーサ３上に載置する。これにより、セラミック板２の上面２ｂとジルコニアセッター５の下面５ａとの間に、間隔０．１５ｍｍの隙間Ｓが形成される。
【００２０】
以上のように構成された焼成ユニット１０を、図３に示すように密閉匣鉢７内に収容して加熱する。これにより、セラミック板２の焼結反応が起こり、セラミック板２の焼成体が得られる。なお、焼成温度は１１００℃、安定時間は２時間である。また、このセラミック板２の焼成前に、ジルコニアセッター１上の上記所定の位置にセラミック板１及び各包囲部材４を載置した状態で３５０℃にて加熱を行い、セラミック板１及び各包囲部材４の脱脂を行った。
【００２１】
本第１実施形態に係るセラミック板の焼成方法においては、ジルコニアセッター１，５間におけるセラミック板２の周囲部（周囲空間）が、セラミック板２とほぼ同一組成のセラミック材料からなる包囲部材４によって包囲されているため、セラミック板２とジルコニアセッター５との隙間Ｓにチタン酸ジルコン酸鉛中の鉛が各包囲部材４から放出される。これにより、セラミック板２からのチタン酸ジルコン酸鉛中の鉛の蒸発が抑制され、しかも、隙間Ｓにおける鉛の濃度が焼成中均一に保たれることになる。したがって、焼成によるセラミック板２の収縮が均一化されて、焼成後のセラミック板２に反りやうねりが生じるのを防止することができる。
【００２２】
そして、隙間Ｓの間隔をセラミック板２の厚さ以下にすると、焼成後のセラミック板２の反りを極めて小さくし得ることが、次に示す実験結果から明らかとなった。その主な理由としては、隙間Ｓの間隔をセラミック板２の厚さ以下にして焼成を行うと、隙間Ｓにおける鉛の濃度の均一化が促進されるため、ということを挙げることができる。
【００２３】
まず、上述のように隙間Ｓの間隔を０．１５ｍｍ（＝セラミック板２の厚さ）にすると、反り量は１５．７μｍであり、さらに、隙間Ｓの間隔を０．１０ｍｍ（＜セラミック板２の厚さ）にすると、反り量は１５．５μｍであった。これらに対し、隙間Ｓの間隔を０．３０ｍｍ（＞セラミック板２の厚さ）にすると、反り量は９５．５μｍであった。このように、隙間Ｓの間隔をセラミック板２の厚さ以下にすると、反り量を６分の１程度にまで抑えることができる。ここで、反り量とは、レーザ式の非接触３次元形状測定装置を用いて測定したセラミック板２の最大高低差であり、１００枚のセラミック板２についての平均値である。
【００２４】
なお、隙間Ｓの間隔を０．１０ｍｍ以下とすると、正方形状であったセラミック板２が台形や平行四辺形等に歪んだり、セラミック板２に割れや欠けが発生したりする傾向が若干確認された。したがって、隙間Ｓの間隔を０．１０ｍｍより大きくすることがより好ましい。また、緻密質のジルコニアセッター１，５に換えて、多孔質（気孔率約１５％）のジルコニアセッターを用いた場合には、反り量が増加する傾向が若干確認された。
【００２５】
また、本第１実施形態に係るセラミック板の焼成方法においては、包囲部材４の高さがセラミック板２の厚さとほぼ同一であるため、スペーサ３の高さを調節してジルコニアセッター５をセラミック板２に近付ける場合に、包囲部材４が障害となることがない。
【００２６】
また、各包囲部材４がセラミック板２の側面２ａから一定距離離間しているため、セラミック板２上の隙間Ｓにおける鉛の濃度の均一化を図ることができる。しかも、セラミック板２の側面２ａと包囲部材４との距離を調節することで、セラミック板２の厚さや組成等に応じて当該セラミック板２における反りやうねりの発生が抑制されるよう、隙間Ｓにおける鉛の濃度を調節することができる。
【００２７】
さらに、包囲部材４は、セラミック板２を切り出したグリーンシートの残余部分であるため、セラミック板２とほぼ同一組成のセラミック材料からなる包囲部材４を効率良く形成することができる。しかも、一般に廃材となるグリーンシートの残余部分を利用するため、セラミック板２の焼成に要するコストの低廉化、及び廃材の発生量の減少化を図ることができる。
【００２８】
［第２実施形態］
第２実施形態に係るセラミック板の焼成方法においては、セラミック板２として、電極がパターン形成されたセラミックシートの積層体を用いた。このセラミック板２は、プレス処理後のグリーンシートの積層体（セラミック素材）から押し切りにより１０枚取り出されたものであり、「３３ｍｍ×１２ｍｍ，厚さ０．３７５ｍｍ」の長方形薄板状に形成されている。なお、セラミック板２は、以下に示す焼成後、分極処理等が施されて積層型圧電素子となる。
【００２９】
図４及び図５に示すように、グリーンシートの積層体から切り出された１０枚のセラミック板２をジルコニアセッター１上に載置し、ジルコニアセッター１の中央に２行５列のマットリックス状に配置する。そして、セラミック板２の集合の周囲部を包囲するように、４本の棒状の包囲部材４をジルコニアセッター１上に載置する。さらに、ジルコニアセッター１上の余白部の四隅に、高さ０．７５ｍｍのスペーサ３を載置する。なお、各包囲部材４は、セラミック板２が切り出されたグリーンシートの積層体の残余部分から形成されたものである。
【００３０】
そして、ジルコニアセッター１と同形状のジルコニアセッター５を、ジルコニアセッター１と対面するようスペーサ３上に載置する。これにより、各セラミック板２の上面２ｂとジルコニアセッター５の下面５ａとの間に、間隔０．３７５ｍｍの隙間Ｓが形成される。
【００３１】
以上のように構成された焼成ユニット１０を、３５０℃で脱脂後、上述した第１実施形態と同様に密閉匣鉢７内に収容して加熱する。これにより、セラミック板２の焼結反応が起こり、セラミック板２の焼成体が得られる。なお、焼成温度は１１００℃、安定時間は２時間である。
【００３２】
本第２実施形態に係るセラミック板の焼成方法においても、上述した第１実施形態と同様に、ジルコニアセッター１，５間における各セラミック板２の周囲部が、セラミック板２とほぼ同一組成のセラミック材料からなる包囲部材４によって包囲されていることから、焼成による各セラミック板２の収縮が均一化されて、焼成後の各セラミック板２に反りやうねりが生じるのを防止することができる。
【００３３】
そして、第１の実施形態と同様の実験による実験結果は次の通りである。まず、上述のように隙間Ｓの間隔を０．３７５ｍｍ（＝セラミック板２の厚さ）にすると、反り量は１３．５μｍであり、さらに、隙間Ｓの間隔を０．１０ｍｍ（＜セラミック板２の厚さ）にすると、反り量は１３．３μｍであった。これらに対し、隙間Ｓの間隔を０．８２５ｍｍ（＞セラミック板２の厚さ）にすると、反り量は９２．６μｍであった。このように、隙間Ｓの間隔をセラミック板２の厚さ以下にすると、反り量を７分の１程度にまで抑えることができる。
【００３４】
本発明は、上記第１及び第２実施形態には限定されない。例えば、包囲部材は、セラミック板とほぼ同一組成のセラミック材料により形成されたものであれば、セラミック板が取り出されたセラミック素材の残余部分でなくてもよい。なお、包囲部材とセラミック板とを同一組成のセラミック材料から形成しても、ほぼ同一組成のセラミック材料から形成した場合と同等又はそれ以上の効果が奏されることは勿論である。また、上記第１及び第２実施形態は、複数の包囲部材によってセラミック板の周囲部を包囲する場合であったが、リング状の包囲部材によってセラミック板の周囲部を包囲してもよい。また、包囲部材の高さとセラミック板の厚さとがほぼ同一でなくとも（例えば、包囲部材の高さがセラミック板の厚さより小さくても）、焼成後のセラミック板に反りやうねりが生じるのを防止することが可能である。さらに、図６に示すように、第１実施形態に係る焼成ユニットや第２実施形態に係る焼成ユニットを複数段（例えば１０段）積み重ねて密閉匣鉢に収容し、複数のセラミック板の焼成を同時に行ってもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、焼成後のセラミック板に反りやうねりが生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る焼成ユニットの部分断面正面図である。
【図２】図１に示す焼成ユニットの一部を切り欠いた平面図である。
【図３】図１に示す焼成ユニットを密閉匣鉢に収容した状態を示す部分断面正面図である。
【図４】第２実施形態に係る焼成ユニットの部分断面正面図である。
【図５】図４に示す焼成ユニットの一部を切り欠いた平面図である。
【図６】焼成ユニットを複数段積み重ねて密閉匣鉢に収容した状態を示す部分断面正面図である。
【符号の説明】
１…ジルコニアセッター（第１の保持部材）、２…セラミック板、３…スペーサ、４…包囲部材、５…ジルコニアセッター（第２の包囲部材）。
【図１】
2004284900.tif 000003
【図２】
2004284900.tif 000004
【図３】
2004284900.tif 000005
【図４】
2004284900.tif 000006
【図５】
2004284900.tif 000007
【図６】
2004284900.tif 000008