(57)【要約】【課題】工程数を増加させることなく、切削加工を簡単且つ確実にして、歩留まりのよいセラミック部品の製造方法を提供する。【解決手段】セラミックグリーンシートＳ１、Ｓ２、Ｓ３を積層して、内部に空隙２５を形成した部品中間体１８を一体焼成後切断してセラミック部品を製造するに際し、セラミックグリーンシートＳ１の内側面に、これらセラミックグリーンシートで積層して形成されるセパレータ部２５を配置し、対向面にテオブロミン層を塗布しておく。このテオブロミン層が焼成した隙間には接着剤層２４を形成し、セパレータ部２５とともに第２次部品中間体１９を切り出して切り出し部品を形成する。その後、切り出した部品からセパレータ部２５を取り外す。【選択図】　　　図５
2004014872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板を含む複数枚のセラミックグリーンシートを積層して、内部に空隙を形成すると共に、該空隙に対面する位置に前記薄板を配した部品中間体を一体焼成後切断して、セラミック部品を作製するセラミック部品の製造方法であって、
前記薄板を含む複数枚のセラミックグリーンシートを積層するに際し、前記薄板の内側面に、セパレータ部を配置すると共に、前記薄板と前記セパレータ部の対向面に焼成抑制剤層を所定寸法に亘って配置、形成する工程と、
その後、前記部品中間体を焼成する工程と、
前記セパレータ部とともに前記部品中間体を切り出して切り出し部品を形成する工程と、
前記切り出し部品から前記セパレータ部を取り外す工程と、
を備えることを特徴とするセラミック部品の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のセラミック部品の製造方法であって、
前記部品中間体を焼成した後に、前記焼成抑制剤層が消失した隙間に接着剤を注入して、前記薄板と前記セパレータ部を固着し、
前記セパレータ部とともに前記部品中間体を切り出して切り出し部品を形成し、前記切り出し部品から前記接着剤を除去して前記セパレータ部を取り外すことを特徴とするセラミック部品の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載のセラミック部品の製造方法であって、
前記部品中間体を焼成した後に、外部から押圧して、前記薄板と前記セパレータ部を密着させ、
前記セパレータ部とともに前記部品中間体を切り出して切り出し部品を形成し、
前記切り出し部品から前記セパレータ部を取り外すことを特徴とするセラミック部品の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたセラミック部品の製造方法であって、
前記部品中間体は、前記空隙を挟んで一対のセラミック薄板を備えることを特徴とするセラミック部品の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載のセラミック部品の製造方法であって、
前記焼成抑制剤層は、テオブロミンでなることを特徴とするセラミック部品の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載のセラミック部品の製造方法であって、
前記切り出し部品は、アクチュエータのフレームであることを特徴とするセラミック部品の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載のセラミック部品の製造方法であって、
前記セパレータ部は、前記セラミックグリーンシートの積層体で形成されることを特徴とするセラミック部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はセラミック部品の製造方法に関し、さらに詳しくは、セラミックグリーンシートを積層しなり、内部に空隙を有するセラミック積層体を焼成した後、切削加工を施してセラミック部品を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のセラミック部品としては、例えば、図１１に示すようなフレーム１００がある。このフレーム１００は、バイモルフ型の圧電／電歪デバイスを作製する場合に用いる。このフレーム１００の製造方法は、薄板を含む複数枚のセラミックグリーンシートを積層して内部に空隙を有する部品中間体を一体焼成した後、切削加工して作製されている。このような圧電／電歪デバイスのフレーム１００は、例えばバイモルフ型の場合では正面形状が略コ字状に形成されている。このフレーム１００では、両側の部分がセラミック薄板１０１、１０２で形成されている。すなわち、部品中間体はこれら両側のセラミック薄板１０１、１０２同士の間に空隙１０３が形成された状態で切断されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したように、内部に空隙を有する積層構造の部品中間体に切削加工を施す場合、図１１に示すセラミック薄板１０１、１０２を切削しようとしても、これらセラミック薄板１０１、１０２が切削工具の動きに抗しきれず、振動などが発生して破損してしまう場合があった。
【０００４】
また、上記した圧電／電歪デバイスのフレーム１００では、セラミック薄板１０１が可動板部となり、自由端を有する形状であるため可撓性を有し、フレーム１００をハンドリングする場合に可動板部が撓んで保持しにくいという問題があった。この問題は、バイモルフ型の圧電／電歪デバイスに限られるものではなく、薄い可動板部を有する構造のユニモルフ型の圧電／電歪デバイスでも同様に生じる問題であった。
【０００５】
このようなセラミック薄板の破損を防止する方策として、上記した部品中間体の空隙内にワックスを溶融させた状態で流し込み、空隙内で固化させたり、セラミック薄板を接着剤などで固定したりして、切削加工時に切削工具の動きに抗しきれる肉厚とした上で、切削加工が行われていた。
【０００６】
しかし、部品中間体の空隙内にワックスを流し込んで固化させると、この固化に伴う体積収縮のため、固化したワックスとセラミック薄板との間に僅かな隙間発生して、ワックスとセラミック薄板とが一体化せず、僅かな振動が発生するという問題点があった。このため、ワックスとセラミック薄板との間の隙間に、接着剤を注入してセラミック薄板をワックスに一体化させる必要があった。このようにワックスや接着剤を用いる場合は、これらワックスや接着剤を注入する工程が煩雑であり、切削加工後にワックスなどの除去工程が煩雑となる問題点があった。加えて、ワックスなどによるセラミック部品および環境への悪影響が考慮されるため、このような悪影響に対する新たな方策が要求されるものであった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、工程数を増加させることなく、切削加工を簡単且つ確実にして、歩留まりのよいセラミック部品の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、薄板を含む複数枚のセラミックグリーンシートを積層して、内部に空隙を形成すると共に、該空隙に対面する位置に薄板を配した部品中間体を一体焼成後切断して、セラミック部品を作製するセラミック部品の製造方法であって、前記薄板を含む複数枚のセラミックグリーンシートを積層するに際し、前記薄板の内側面に、セパレータ部を配置すると共に、前記薄板と前記セパレータ部の対向面に焼成抑制剤層を所定寸法に亘って配置、形成する工程と、その後、部品中間体を焼成する工程と、前記セパレータ部とともに前記部品中間体を切り出して切り出し部品を形成する工程と、前記切り出し部品から前記セパレータ部を取り外す工程と、を備えることにある。
【０００９】
この発明では、セラミックグリーンシートを積層するに際し、内部に形成される空隙に面する薄板の内側面にセパレータ部を配しておくため、切り出し部品を形成する切削の際に、空隙に対面する薄板が切削工具の動きに抗しきることができるため、薄板に振動が発生するのを防止することができる。このため、薄板に破損が生じることがない。
【００１０】
また、この発明では、薄板とセパレータ部との対向面に焼成抑制剤層を介在したことにより、部品中間体を焼成した際に、薄板とセパレータ部とが一体に焼き付くことを防止でき、切り出し部品からセパレータ部を容易に取り外すことができる。
【００１１】
したがって、この発明では、空隙に対面する薄板を破損させることなく、切削加工を簡単且つ確実に行えることができ、歩留まりのよいセラミック部品の製造が可能となる。
【００１２】
この発明においては、部品中間体を焼成した後に、焼成抑制剤層が消失した隙間に接着剤を注入して、薄板とセパレータ部を固着し、セパレータ部とともに前記部品中間体を切り出して切り出し部品を形成し、切り出し部品から接着剤を除去して前記セパレータ部を取り外すことを行うことが好ましい。
【００１３】
また、この発明では、部品中間体を焼成した後に、外部から押圧して、薄板とセパレータ部を密着させ、セパレータ部とともに部品中間体を切り出して切り出し部品を形成し、切り出し部品からセパレータ部を取り外すことを行ってもよい。
【００１４】
さらに、この発明では、部品中間体が、空隙を挟んで一対のセラミック薄板を備える構成とすることが好ましい。そして、焼成抑制剤層としては、難焼結性のもの、例えば、テオブロミン、有機バインダー、樹脂、炭化水素化合物、炭素等が挙げられる。なかでも、テオブロミンは昇華するため、焼成過程においてグリーンシートに干渉することがなく好ましい。
【００１５】
また、この発明では、切り出し部品を、アクチュエータのフレームに適用することができる。
【００１６】
さらに、セパレータ部は、セラミックグリーンシートの積層体で形成されることが好ましい。このようにすることにより、セパレータ部とセラミック部品とを、同じセラミックグリーンシート積層工程で作製することができ、少ない工程数でセパレータ部を確実に形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明をアクチュエータとして機能する圧電／電歪デバイスのフレームに適用した実施の形態について説明する。但し、図面は模式的なものであり、各層の厚みや厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参照して判断すべきものである。
【００１８】
（セラミック部品の構造）
先ず、セラミック部品の製造方法の説明に先駆けて、図１を用いてセラミック部品を含む圧電／電歪デバイス１の構造について説明する。圧電／電歪デバイス１は、セラミック部品としてのフレーム２と、一対の圧電／電歪素子３、３とから構成されている。
【００１９】
フレーム２は、所定間隔を隔てて対向するように形成された一対の可動板部４、４と、これら可動板部４、４の一方の端部側でこれら可動板部４、４同士を連結するように形成された固定部５とが一体に形成されてなる。可動板部４は、セラミック薄板で形成されている。固定部５は、セラミック積層体で形成されている。すなわち、フレーム２は、セラミックグリーンシート積層体を焼成により一体化してなるセラミック一体構造を有する。
【００２０】
圧電／電歪素子３は、フレーム２の両外側において固定部５と可動板部４とに跨るように、図示しない接着剤を介して接着固定、又は、接着剤を介せず焼成により固着されている。図１に示す圧電／電歪素子３は、複数の圧電体セラミック層６と複数の電極層７とが交互に積層されると共に、これらの積層体の互いに対向する２つの側面で各電極７を交互に共通接続して外部回路に接続される外部接続電極８、９を有している。
【００２１】
（セラミック部品の製造方法）
次に、上記した構造のフレーム（セラミック部品）２の製造方法について図２〜図８を用いて説明する。本実施の形態の工程の流れは、図８のフローチャートに示す通りである。なお、図２〜図５は、製造方法の説明の便宜を図るため、最小単位の積層体を形成するに必要な領域に着目して示したものである。
【００２２】
（イ）まず、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、それぞれ所定の厚さを有する３種類のセラミックグリーンシート１０、１１、１２を用意し、それぞれのセラミックグリーンシート１０、１１、１２の所定箇所に図示しないセラミックペースト（接着剤）を塗布する。なお、セラミックグリーンシート１０、１１は薄板であり、セラミックグリーンシート１２は比較的厚みのある板である。
【００２３】
（ロ）次に、図２（ａ）、（ｃ）および図８に示すように、セラミックグリーンシート１０、１２を所定のパターンに打ち抜いてセラミックグリーンシートＳ１、Ｓ３を形成する。また、図２（ｂ）および図８に示すように、セラミックグリーンシート１１は、所定のパターンに打ち抜いてセラミックグリーンシート１３を形成した後、所定領域表面に焼成抑制剤層としてのテオブロミン層１４を印刷してセラミックグリーンシートＳ２を形成する（テオブロミン印刷工程）。なお、セラミックグリーンシートＳ３は、図２（ｃ）および図８に示すように複数枚（本実施の形態では３枚）を仮積層しておく。これらセラミックグリーンシートＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、焼成前成形体である。
【００２４】
ここで、各セラミックグリーンシートＳ１、Ｓ２、Ｓ３の打ち抜きパターンについて説明する。まず、セラミックグリーンシートＳ１は、図２（ａ）および図３に示すように、一方側寄りにスリット１５を形成する。このスリット１５は、後述するセパレータ部の取り外しを容易にするために形成される。また、セラミックグリーンシートＳ２には、後述するセパレータ部の一部をなし、図１に示したフレーム２と分離するための矩形の開口部１６を打ち抜く。さらに、セラミックグリーンシートＳ３には、セラミックグリーンシートＳ２の開口部１６と対応する位置にこの開口部１６と同一平面形状の開口部１７を打ち抜く。
【００２５】
（ハ）次に、図３および図８に示すように、順次、セラミックグリーンシートＳ１、Ｓ２、複数のセラミックグリーンシートＳ３の仮積層体、セラミックグリーンシートＳ２、Ｓ１を積層して図４に示すような第１次部品中間体１８を作製する（本積層工程）。このとき、セラミックグリーンシートＳ２は、印刷されたテオブロミン層１４が、外側のセラミックグリーンシートＳ１側に位置するように配位させる。
【００２６】
（ニ）その後、図４に示すように、本積層された第１次部品中間体１８を、各材料層の有機分が残らない程度の速度で昇温させて焼成を行い、同じく図４に示す構造の第２次部品中間体１９にする（焼成工程）。この結果、積層されたセラミックグリーンシートＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、焼成されて一体化される。この焼成に際して、セラミックグリーンシートＳ１とセラミックグリーンシートＳ２との間に、テオブロミン層１４が介在された領域は、焼成によっても一体に接合することがない。なお、説明の便宜上、図４〜図６には、セラミックグリーンシートＳ１、Ｓ２、Ｓ３が焼成されてなるセラミック板に順次符号２０、２１、２２を付している。
【００２７】
（ホ）そして、テオブロミン層１４が焼成によって消失して、セラミック板２０とセラミック板２１との間に生じた隙間に、接着剤を注入して両セラミック板２０、２１を接着する。なお、接着剤は、セラミック板２０のスリット１５から注入する。
【００２８】
（ヘ）次に、第２次部品中間体１９を図４に示す一点鎖線ａに沿って切断する（切断工程）。なお、この切断は、周知のワイヤーソウや回転ブレードなどを用いて行うことができる。すると、図５に示すように、第２次部品中間体１９の内部に形成されている空隙２３が露呈する。この空隙２３は、上記したセラミックグリーンシートＳ２、Ｓ３に形成されていた開口部１６、１７が連続して形成されているものである。なお、セラミック板２０、２１間に注入された接着剤層２４は、図５に示す切断面に露呈する。この状態では、空隙２３を挟むセラミック板２０のスリット１５の近傍をセラミック板２１、２２の積層体でなるセパレータ部２５が介在されている。しかも、セパレータ部２５を構成するセラミック板２１と、可動板部４となるセラミック板２０とは、接着剤層２４で固定されているため、切断時にセラミック板２０が振動することを抑制でき、セラミック板２０の破損を防止することができる。
【００２９】
（ト）続いて、図５および図８に示すように、一点鎖線ｂに沿って、第２次部品中間体１９を所定の厚みに切断して、図６に示すような第３次部品中間体２６を作製する。このとき、第３次部品中間体２６は、上記した圧電／電歪デバイス１のセラミック部品としてのフレーム２と、セパレータ部２５から切り出されたセパレータ部２５Ａとが、接着剤層２４で接着された構造となっている。
【００３０】
（チ）次に、図８に示すように、上記工程で切断された第３次部品中間体２６を溶剤に浸し、接着剤層２４を解離させて除去し、セパレータ部２５Ａを取り外すことにより、図７に示すようなフレーム２を得ることができる。その後、フレーム２を洗浄して、セラミック部品であるフレーム２の製造が完了する。
【００３１】
上記した製造方法におけるグリーンシートの打ち抜き工程では、セラミックグリーンシートＳ１にスリット１５を形成する位置を調整することにより、セラミック部品としてのフレーム２の可動板部４の長さを設定することができる。このスリット１５は、焼成後に接着剤を浸入させる開口部としての機能を有する。
【００３２】
また、セラミックグリーンシートＳ２、Ｓ３に形成する開口部１６、１７の形状および大きさを設定することにより、セパレータ部２５がフレーム２内に対してどの程度入り込んで配置されるかを設定することができる。具体的には、セパレータ部２５とフレーム２の可動板部４との重ね合わせ面積が大きければ、空隙２３は狭くなるが、切断工程において可動板部４となるセラミック板２０の振動発生が抑制される反面、接着剤層２４の形成面積が広くなる。
【００３３】
一方、開口１６、１７の長さを長く設定すると、セパレータ部２５とフレーム２の可動板部４との重ね合わせ面積が小さくなり、空隙２３の長さが長くなり、セラミック板２０が振動し易くなる傾向がある。このため、セラミック板２０の厚さや、作製するフレーム２の可動板部４の幅寸法などを勘案して、開口部１６、１７の大きさを設定することが好ましい。
【００３４】
さらに、上記したセラミックグリーンシートＳ２には、テオブロミン層１４が形成され、図４に示すような積層体を形成したときに、内部の空隙２３は密閉されてしまうが、焼成時にテオブロミンが気化することにより、排気孔が形成され、空隙２３内での発生ガスを排気することが可能である。また、これにより、薄板であるセラミックグリーンシートＳ１の平板形状を保つ作用がある。また、テオブロミンは、ペースト化した状態で塗布するため、薄板であるセラミックグリーンシートＳ１の裏面が平面でない場合でも、任意の膜厚にすることでセラミックグリーンシートＳ１、Ｓ２間の隙間を埋めることができる。
【００３５】
（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記の実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００３６】
例えば、図１のセラミック部品を製造する場合においては、第２次部品中間体１９を得た後で切断工程の前に、可動板部４となるセラミック板２０の上面の所定位置へ圧電／電歪素子３を印刷により膜形成後その印刷の際に薄板であるセラミック板２０に加えられる応力に対し、セパレータ部２５は薄板の割れを防ぐ効果がある。
【００３７】
更に、上記した実施の形態では、テオブロミン層１４が焼成によって消失した後に、セラミック板２０のスリット１５から接着剤を注入させて接着剤層２４で、セラミック板２０と、セパレータ部２５を構成するセラミック板２１とを固着したが、切断に際してセラミック板２０をセラミック板２１に押圧しておけば、セラミック板２０の振動発生を抑制できるため、接着剤層２４を形成する工程を省略してよい。
【００３８】
また、上記した実施の形態では、製造されるフレーム２の可動板部４が平板状であったが、図９若しくは図１０に示すように、フレーム２の一対の可動板部４の対向内側面に突起４Ａが形成された形態としても勿論よい。この場合、突起４Ａの周辺に隙間が形成されるがテオブロミン層１４を厚く塗布することにより空隙を埋めることができる。
【００３９】
なお、図９は、フレーム２となる１つの積層体と、セパレータ部２５となる１つの積層体とが組み合わされた積層タイプを示す要部斜視図である。また、図１０は、フレーム２となる２つの積層体を向き合わせ、その間に２つのセパレータ部２５を一体に積層して形成したものが配置されるようにした積層タイプを示す要部斜視図である。
【００４０】
さらに、上記した実施の形態では、最小単位の積層体を形成するに必要な領域に着目して説明したが、各種のセラミックグリーンシートＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、それぞれセラミックグリーンシート生地に多くの最小単位を配列して、スリット１５や開口１６、１７を形成したものを用いてもよい。
【００４１】
また、上記した実施の形態では、本発明に係るセラミック部品の製造方法を、圧電／電歪デバイス１のフレーム２の製造に適用して説明したが、フレーム２の可動板部４の基部に圧電／電歪素子３を印刷により形成したものの切断に適用して勿論よい。
【００４２】
さらに、本発明は、圧電／電歪デバイスのフレームなどの製造の他、切断に伴って振動が発生しやすい、空隙を挟んだ一対のセラミック薄板を含む構成を有するセラミック部品の製造に適用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、セラミック薄板の振動を抑えるセパレータ部を、セラミック部品を形成する積層体で同時に形成できるため、工程数を増加させることなく、切削加工を簡単且つ確実に行える。この結果、セラミック薄板に破損が発生することを抑制して歩留まりのよいセラミック部品の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセラミック部品の製造方法を適用して製造されたフレームを備える圧電／電歪デバイスの斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係るセラミック部品の製造方法の実施の形態におけるセラミックグリーンシートの作製工程を示す説明図である。
【図３】本発明に係るセラミック部品の製造方法の実施の形態におけるセラミックグリーンシートの積層工程を示す分解斜視図である。
【図４】本発明に係るセラミック部品の製造方法の実施の形態における積層体若しくはその焼成体の要部斜視図である。
【図５】本発明に係るセラミック部品の製造方法の実施の形態における切断工程を示す要部断面図である。
【図６】本実施の形態で切断された第３次部品中間体の斜視図である。
【図７】本実施の形態で作製されたフレームを示す斜視図である。
【図８】本実施の形態の製造工程を示すフローチャートである。
【図９】本発明に係る他の実施の形態を示す要部斜視図である。
【図１０】本発明に係る他の実施の形態を示す要部斜視図である。
【図１１】従来の圧電／電歪デバイスのフレームを示す側面図である。
【符号の説明】
２　フレーム
４　可動板部
１０、１１、１２、１３、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３　セラミックグリーンシート
１４　テオブロミン層（焼成抑制剤層）
１５　スリット
１６、１７　開口部
１８　第１次部品中間体
１９　第２次部品中間体
２０、２１、２２　セラミック板
２３　空隙
２４　接着剤層
２５、２５Ａ　セパレータ部
１　第３次部品中間体
【図１】
2004014872.tif 000003
【図２】
2004014872.tif 000004
【図３】
2004014872.tif 000005
【図４】
2004014872.tif 000006
【図５】
2004014872.tif 000007
【図６】
2004014872.tif 000008
【図７】
2004014872.tif 000009
【図８】
2004014872.tif 000010
【図９】
2004014872.tif 000011
【図１０】
2004014872.tif 000012
【図１１】
2004014872.tif 000013