(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリーンシートに設けられた貫通孔に層間配線を、該グリーンシートの板面に電極を形成し、該電極及び層間配線が形成された複数枚のグリーンシートを積層し、該積層体を焼成して一体化させた後、得られた焼結体を多角形からなる板形状の状態でその内部に存在する上記電極及び層間配線と導通する最上部の層間配線である表面電極を利用して分極し、その後製品形状である円板状に加工することを特徴とする、セラミックス積層圧電体素子の製造方法。
【請求項２】
少なくとも上記表面電極を利用して分極する工程が、１個或いは複数個のセラミックス積層圧電体素子が含まれる四角板形状に加工された状態で成されることを特徴とする、請求項１記載のセラミックス積層圧電体素子の製造方法。
【請求項３】
上記加工が、焼成前のグリーンシートの積層体の状態で先ずセラミックス積層圧電体素子とセラミックス積層圧電体素子の間に溝入れ加工を行い、該溝入れ加工後、この溝部に沿って積層体を分割することにより、１個或いは複数個のセラミックス積層圧電体素子が含まれる四角板形状に加工するものであることを特徴とする、請求項２記載のセラミックス積層圧電体素子の製造方法。
【請求項４】
上記加工が、複数個のセラミックス積層圧電体素子が含まれる四角板形状に分割されたグリーンシートの積層体を、四角板形状のまま焼成し、その後上記溝部に沿って更に焼結体を分割することにより、１個或いは複数個のセラミックス積層圧電体素子が含まれる四角板形状に加工するものであることを特徴とする、請求項３記載のセラミックス積層圧電体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、セラミックス積層圧電体素子の製造方法に関し、特に分極工程の際の位置合わせが容易で、しかも平面度の高い素子を製造することが可能な、セラミックス積層圧電体素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば超音波モータ用素子として使用されるセラミックス積層圧電体素子を製造するにあたっては、先ず圧電体粉末にバインダー等を混合して得られたスラリーを、押出し成形或いはドクターブレード法等により薄肉のグリーンシートに成形し、該グリーンシートに貫通孔を穿設して導電ペーストを充填することにより層間配線を形成すると共に、そのグリーンシートの板面に二分割、或いは四分割電極を導電ペーストを用いてスクリーン印刷法等により形成する。
【０００３】
次に、電極及び層間配線が形成された上記グリーンシートを、必要枚数、所定の順番で積み上げ、グリーンシート中のバインダーによって積み上げた複数枚のグリーンシートが一体化するように適当な温度と圧力を加えた後、焼成収縮を見込んだ寸法で、例えば打抜きプレス等の手段による剪断加工で製品形状である例えば円板状に複数枚が一体化した上記グリーンシートを加工する。
【０００４】
続いて、製品形状に加工された上記グリーンシートの積層体を、気密性のさや内において焼成し、その後、該円板状のセラミックス焼結体１０１を、図４に示したように分極装置１０２のステージ１０３上に形成された円形凹部１０４に搭載し、セラミックス焼結体１０１の内部に存在する上記電極及び層間配線と導通する表面電極１０５と、分極装置１０２の分極用端子ピン１０６とを位置合わせし、実験により求めた適正な分極条件（温度、電圧、時間）でセラミックスを分極させ、セラミックス積層圧電体素子を製造していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらここで、上記従来の製造方法においては、分極工程中においてその製品形状が円板状のもので有る場合には、図４に示したように円板状の素子材料１０１を、分極装置１０２の円形凹部１０４内において位置合わせすることとなり、その位置合わせは、円板状の素子材料１０１が円形凹部１０４内において容易に回転することから、困難な作業となり、分極処理作業に多くの時間を要していた。
【０００６】
また、従来の製造方法は、焼成前のグリーンシート積層体の段階で素子材料を剪断加工により製品形状に加工するものであるため、その剪断加工時の応力やひずみが加工製品の外周辺部に残り、この残留応力とひずみが原因で焼成後のセラミックス焼結体に反りが発生し、またその後の分極処理によって生じるひずみも前記セラミックス焼結体の反りに加わり、出来上がったセラミックス積層圧電体素子の平面度は悪いものとなっていた。
【０００７】
本発明は、上述した従来のセラミックス積層圧電体素子の製造方法が有する課題に鑑み成されたものであって、その目的は、分極工程の際の位置合わせが容易で、しかも平面度の高い素子を製造することが可能な、セラミックス積層圧電体素子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】
本発明は、上記した目的を達成するために、製品形状に加工する工程を、分極する工程の後に行なうこととした。
即ち、本発明は、グリーンシートに設けられた貫通孔に層間配線を、該グリーンシートの板面に電極を形成し、該電極及び層間配線が形成された複数枚のグリーンシートを積層し、該積層体を焼成して一体化させた後、得られた焼結体を多角形からなる板形状の状態でその内部に存在する上記電極及び層間配線と導通する最上部の層間配線である表面電極を利用して分極し、その後製品形状である円板状に加工するセラミックス積層圧電体素子の製造方法とした。
【０００９】
また、本発明は、少なくとも上記表面電極を利用して分極する工程を、１個或いは複数個のセラミックス積層圧電体素子が含まれる四角板形状に加工された状態で行なうセラミックス積層圧電体素子の製造方法とした。
【００１０】
【作用】
上記した本発明にかかるセラミックス積層圧電体素子の製造方法は、製品形状に加工する工程を、分極工程の後に行なうこととしたことに特徴を有するものであり、この方法を採ることによる作用を、以下、説明する。
【００１１】
従来のセラミックス積層圧電体素子の製造方法は、上記「従来の技術」の項において記載したように、焼成及び分極工程前に積層されたグリーンシートを剪断加工により製品形状に加工していた。
【００１２】
この工程順序は、グリーンシートの積層前に各々のグリーンシートに貫通孔に充填された導電ペースト等によって層間配線が形成されていない場合においては、積層されたグリーンシートの側面を利用して内部電極を導電ペースト等により接続する必要が生じることから従わなければならない工程順序となるが、積層前のグリーンシートに電極と共に層間配線が既に形成されている場合においては、この電極及び層間配線に導通する表面電極（最上部の層間配線）を用いて製品形状加工前においてもその分極処理が可能となるため、このような層間配線が積層されたグリーンシートに既に形成されている場合においては、この工程順序に必ずしも従う必要はないものである。
【００１３】
また、焼成後のセラミックス焼結体に反りが生じる最大の原因は、積層されたグリーンシートを製品形状に剪断加工する際、その剪断加工時の応力とひずみが加工製品の外周辺部に残り、この残留応力とひずみが原因で焼成後のセラミックス焼結体に反りが発生するものであった。
【００１４】
さらに、分極時の位置合わせを困難なものとしていた原因は、通常セラミックス積層圧電体素子はその分極時に２ヵ所以上の表面電極と導通を取る必要があり、その素子の分極装置内における位置決めはかなりの精度で成される必要があるが、分極時に製品形状である例えば円板状に既に加工された素子においては、分極装置内に位置決めされた後においても僅かな振動によって回転してしまい、その位置合わせを何度も繰り返さなければならなかったことによる。
【００１５】
そこで、本発明においては、積層前のグリーンシートに電極と共に層間配線を予め形成し、この電極及び層間配線が形成された積層体の製品形状への加工を、焼成及び分極工程の後に行なうこととすることにより、焼成前のグリーンシートに応力やひずみが生じないようにし、焼成後の反りという課題を解決すると共に、製品形状が円板状の素子において、分極はその製品形状加工前の多角形からなる板形状、例えば四角板形状で行なうことにより、分極時の位置合わせを容易なものとすることができた。
【００１６】
また、本発明においては、分極工程の後に製品形状に素子材料を加工するものであるため、その仕上加工作業は、柔らかいグリーンシートの段階で行なっていた従来技術よりも慎重さを必要としない作業となり、しかも圧電体として用いられるセラミックスは、通常、焼成後においても比較的加工のし易い硬さのものであるため、コストアップにならずにその加工ができる。
なお、この製品形状への加工方法としては、研削等の機械加工の他、レーザー加工等によっても行なうことができる。
【００１７】
なお、上記製品形状加工前の少なくとも分極工程は、四角板形状に仮加工された状態で行なわれることが、分極の際の位置決めが確実になされることからも好ましい。
これは、本発明にかかる製造方法においては、焼成及び分極工程の後に製品形状に素子材料を加工するものであるため、分極工程においては位置合わせが容易な形状であればどの様な形状、例えば四角板形状以外の三角板形状、或いは五角板形状で行なっても良いこととなるが、その作り方まで考えた場合には、四角板形状に仮加工することが最良となる。
【００１８】
なお、分極工程前に素子材料を四角板形状に仮加工する方法しては、図２に示すように必要枚数のグリーンシートを熱圧着により一体化したグリーンシート積層体５に、四角板形状にしたい箇所、例えば積層体に存在する複数の縦、横に並ぶ素子６と素子６との間に金属刃等を用いて片面、或いは両面に適当な深さの分割溝７（図中破線で示す）を形成し、焼成前或いは焼成後にその位置で例えば手で折り曲げて分割する。
この場合の溝の深さは、使用する圧電体材料、素子材料の厚み、或いは焼成条件等により異なるため、正確には実験により求めることとなるが、概ね素子材料の厚みの１／１０程度の深さの溝を形成すれば良い。
また、この分割溝を作る溝入れ加工は、積層体に対し刃を垂直に押し当てるか、所謂引き切り、押し切り等により形成する。刃の両側には積層体を押さえるためのストリッパーを取り付け、該ストリッパーは積層体を押す力と、刃の上下駆動とのタイミングを適正な条件にして使用する。
【００１９】
勿論、上記したように金属刃により分割溝を形成しなければならない必要はなく、セラミックス刃、或いはレーザー光線等により溝を形成しても良い。また、溝を入れた積層体をそのまま焼成し、その後に溝に沿って分割するのが最も破面がきれいなものとなり、また焼成前に複数個の素子を同時に一体でハンドリングできるので作業性も良好となる。勿論、焼成前に溝に沿って全て分割してしまっても良い。また、積層体に上記した溝を形成することなく、積層体の焼成後にダイシング、或いはレーザー加工等で素子材料である焼結体を四角板形状に仮加工しても良いが、この方法による場合は、加工性が悪く、また加工コストが高くなる。
【００２０】
なお、万一この四角板形状に仮加工する際に、応力ひずみが加工製品の外周辺部に残り、この残留応力が原因で焼成後のセラミックス焼結体に反りが発生したとしても、この外周辺部反りは、後の製品形状への加工の際に切り落とすことができ、問題とならない。
【００２１】
以上、説明したセラミックス積層圧電体素子の製造方法は、製品形状への加工工程を、焼成及び分極工程の後に行なうこととすることにより、焼成後の素子の反り、分極時の位置合わせの困難性という従来技術の課題を同時に解決することが可能となると共に、仮加工も容易で、焼成作業性も向上できるセラミックス積層圧電体素子の製造方法となる。
【００２２】
【実施例・比較例】
以下、上記した本発明の実施例を、比較例と共に詳細に説明する。
【００２３】
−実施例−
先ず、ＰＺＴ系圧電体粉末に、ポリアクリル系のバインダーを混合して得られたスラリーを、ドクターブレード法により膜厚１５０μｍのグリーンシートに成形した。
【００２４】
次に、成形したグリーンシートの所定の位置に、直径１５０μｍの貫通孔を複数穿設し、該貫通孔にスクリーン印刷法により導電ペーストを充填することにより層間配線を形成すると共に、そのグリーンシートの板面に四分割電極を導電ペーストを用いて同じくスクリーン印刷法により複数形成した。
導電材料には、Ａｇ−Ｐｄを用いた。
【００２５】
次に、電極及び層間配線が印刷された上記グリーンシートを、必要枚数（ここでは２５枚）、所定の順番で積み上げ、９０℃、２５０Kg/cm2、５分間の熱プレスを行い、グリーンシート積層体を得た。
グリーンシート積層体は、縦横１００ｍｍサイズで、その中に直径１３ｍｍの積層圧電体素子となる部分が、縦６列、横６列、合計３６個配置されている（図１参照）。但し図１には、表面電極となる層間配線、及び四分割電極のみを記載し、他の層間配線は省略してある。
【００２６】
続いて、グリーンシート積層体の各々の素子となる部分の間に、厚さ０．２ｍｍの金属刃を用いて溝入れ加工を行い、分割溝を積層体の片面に深さ０．３ｍｍで形成した（図２参照）。
分割溝は、金属刃を積層体の板面に垂直に押し当てることにより形成した。
【００２７】
次に、焼成前の積層体を上記分割溝に沿って４分割し、得られた縦横５０ｍｍの積層体を気密性のさや内において焼成した。焼成条件は、温度1200℃、時間２ｈｒ程度で行なった。
【００２８】
焼成後に、上記分割溝に沿って焼結体を各素子部分に全て分割し、得られた３６個の四角板形状の焼結体の１個づつの素子６を、各々図３に示したように分極装置８のステージ９上に形成された凹部１０に搭載し、素子６の内部に存在する電極及び層間配線と導通する表面電極１と、分極装置８の分極用端子ピン１１とを位置合わせし、１４０℃の空気雰囲気中において直流電圧５００Ｖを３０分間印加し、分極処理を行なった。
【００２９】
分極処理の終了後、本実施例の積層圧電体素子は円板状で使用するため、角部を削り落とすための外径加工を円筒研削盤を用いて行ない、３６個の円板状のセラミックス積層圧電体素子を得た。
【００３０】
得られた円板状のセラミックス積層圧電体素子は、３６個の全てが分極されており、また、素子の反りを測定したところ、その全てが１０μｍ以下で、良好な平面度を有する素子であった。
【００３１】
また別に、上記実施例において９個の素子部分を含む縦横５０ｍｍの焼結体４枚を、分割することなくそのままの状態で分極処理を９個同時分極が可能な分極装置を用いて各々分極処理を行い、その後各素子部分毎に分割し、上記実施例と同様に各々の素子について外形加工を行って得られた３６個の円板状セラミックス積層圧電体素子について、その反りを測定したところ、全て２０μｍ以下で、良好な平面度を有する素子であった。
【００３２】
−比較例−
比較例として、外径を焼成工程前に製品形状である円板状に剪断加工により形成し、その後に焼成及び分極を行ない、円板状のセラミックス積層圧電体素子を製造した。
実施例と異なる点は以上の点のみで、使用材料、その他各工程条件等は、実施例と同様にして行なった。
【００３３】
得られた円板状のセラミックス積層圧電体素子は、分極処理時の分極用端子ピンの位置合わせ不良により、３６個中３個の分極不良が発生し、しかも分極時の位置合わせは困難なものであった。また、素子の反りを測定したところ、その全ての素子において１００μｍ〜１３０μｍの大きな反りが発生していた。
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明した本発明にかかるセラミックス積層圧電体素子の製造方法は、最終的な製品形状である円板状に加工する工程を、焼成及び分極工程の後に行なうこととしたことに特徴を有するものであり、この方法を採ることにより、分極工程の際の位置合わせが容易で、しかも平面度の高い素子を製造することが可能となると共に、簡単に仮加工が行え、さらに焼成及び分極時に１個毎に焼成或いは分極することなく、多数個一体の状態で焼成及び分極することも可能となるため、焼成及び分極作業が容易となる効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるセラミックス積層圧電体素子の製造工程中、グリーンシートの積層工程を示した概念的な斜視図である。
【図２】本発明にかかるセラミックス積層圧電体素子の製造工程中、グリーンシートの積層体に溝を形成した状態を示した概念的な平面図と側面図である。
【図３】本発明にかかるセラミックス積層圧電体素子の製造工程中、分極工程を示した概念的な斜視図である。
【図４】従来のセラミックス積層圧電体素子の製造工程中、分極工程を示した概念的な斜視図である。
【符号の説明】
１    表面電極及び層間配線
２    グリーンシート
３    四分割電極及び層間配線
４    グリーンシート
５    グリーンシート積層体
６    素子
７    分割溝
８    分極装置
９    分極装置のステージ
１０  ステージ上に形成された四角凹部
１１  分極装置の分極用端子ピン
【図１】
0003731916.tif 000002
【図２】
0003731916.tif 000003
【図３】
0003731916.tif 000004
【図４】
0003731916.tif 000005