JPS62276887A - 圧電セラミツクス体の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔技術分野〕 この発明は、セラミックス層と電極層が交互に積層され
ている圧電セラミックス体の製法に関するものである。

〔背景技術］ セラミックス層と電極層が交互に積層されている圧電セ
ラミックス体は、従来、つぎのような方法で製造されて
いた。

所望の組成を有するセラミックスの仮焼物粉末にバイン
ダーなどを添加して共に混合粉砕・脱泡することにより
得られたスラリーを、ドクターブレード法あるいは押し
出し成形法でグリーンシートにする。このグリーンシー
トを切断した後、導電性ペーストを用いてグリーンシー
ト表面に電極パターンを印刷したものを複数枚重ねてお
いて、６０〜１５　Ｇ　’Ｃの温度で、熱圧着し積層す
る。その後、積層体を焼結すると、圧電セラミックス層
と導電性ペーストによる電極層が交互に積層された圧電
セラミックス体が得られることとなる。バインダーは焼
結工程で除かれる。外部電極は焼結したあとに取り付け
る。

この従来の製法は、量産性に優れ、一層あたりのセラミ
ックス層の厚みを薄くして駆動電圧を低くできるという
長所を有する。しかしながら、電極層とセラミックス層
を約１３００℃の高温下で同時に焼かれるので、電極形
成用材料が高い焼結温度に耐えるものでなければならな
い。そのため、Ｐｄの含有量が多いＡｇ−Ｐｄ系の高価
な材料を用いている。それで、多層化するとコストが非
常に高くなってしまう。そればかりか、得られた圧電セ
ラミックス体におけるセラミックス層と電極層の熱膨張
履歴の違いに基づ（歪みが残留し、圧電セラミックス体
の強度が劣化する。また、電極層とセラミックス層の密
着強度も強くないので、圧電素子のようにダイナミック
な動きを伴う機能素子に用いるには、いまひとつ信頼性
が十分ではない。

このような短所を解消するため、電極形成用材料にセラ
ミックス粉末を混入したり、電極パターンに小孔を設け
て密着強度を増すようなこともなされているが、みるべ
き効果は得られていない。

また、セラミックス電極層を用いる方法も提案されてい
る。ＢａＴｉ０ｚ（チタン酸バリウム）組成の材料と半
導電性Ｂ　ａ　Ｔ　ｉＯ３組成の材料をの組み合わせて
焼結する方法では、一定の効果も見られるが、圧電特性
に優れた、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）組
成の材料に半導電性ＢａＴｉ０．組成の材料を組み合わ
せたものでは、ｐｂがす早く半導電性ｌ３ａＴｉＯｚ組
成の材料へ拡散するため、電極層である導電性セラミッ
クス層がなくなってしまう　（導電性を有しなくなる）
という問題がある。

〔発明の目的〕

この発明は、上記の事情に鑑み、高価な電極形成用材料
を必要とせず、セラミックス層と電極層の密着強度や電
極層形成に伴う歪みも解消することができ、しかも、低
電圧駆動に適した多層構造を有する圧電セラミック、ス
体の製法を提供することを目的とする。

〔発明の開示〕

前記目的を達成するため、この発明は、セラミックス層
と電極層が交互に積層されている圧電セラミックス体を
得る方法において、前記セラミックス層と前記電極層と
なる多孔質層が交互に積層されてなる積層体を準備して
おいて、前記多孔質層に導電性を付与することを特徴と
する圧電セラミックス体の製法を要旨とする。

以下、この発明にかかる圧電セラミックス体の製法を、
その一実施例にもとすいて詳しく説明する。

所望の組成の圧電セラミックス仮焼物粉体に、必要に応
じてバインダー、可塑剤、溶剤を加えたものを、混合・
粉砕しスラリー化する。得られたスラリーをドクターブ
レード法、または、押出法を用いて、グリーンシートに
し、このグリーンシートを所望の大きさに切断する。

次に、このグリーンシート上に、電極層となる多孔質層
形成用の材料をスクリーン印刷法で付ける。多孔質層形
成用の材料には、圧電セラミックス仮焼物粉末に、バイ
ンダー、可塑剤、溶剤、および、空隙を作るためのグラ
ファイト粉末を加えてペースト状にしたものを用いる。

グラファイト粉末は、約７００℃で熱分解を開始しＣＯ
２となって抜は出す。また、無定形の炭素でも、分解温
度は低いが使用できる。　多孔質層形成用のペーストを
印刷したグリーンシートを複数枚積層しておいて、温度
と圧力を加えて接着する（熱圧着する）。このようにし
て得られた積層体（生チップ）を焼結する。空気中で徐
々に脱バインダー化し、ついで約１３００℃の温度で焼
結する。焼結が完了すると、グラファイトが抜けてペー
スト印刷層は多孔質層となる。このように、セラミック
ス層と多孔質層が交互に積層されてなる積層体を準備す
る。

焼結に続いて、多孔質層に導電性を付与する。

この実施例では、導電性物質を多孔質層内に含浸により
入れて導電性を持たせている。導電性物質を樹脂液に含
ませておいて、減圧下、樹脂液ごと導電性′Ｊｊ！ＩＪ
質を多孔質内に含浸する。導電性を付与した多孔質層は
電極層となる。導電性物質は、カーボン（Ｃ）　、Ａｊ
！、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕをはじめとして、なんでもよく、
種類の異なる物質を同時に多孔質層に入れてもよい。通
常、上記の種類の導電性物質は微粒子状態で樹脂液に含
まれている。樹脂液も、接着力のあるエポキシ系樹脂液
であることが望ましいが、これに限らない。ただ、樹脂
液の場合、多孔質層内で硬化して多孔質層の強度を強め
る傾向にある。さらに、樹脂液でなくとも、導電性物質
を分散して含み多孔質層内へ導電性物質を入れることが
できるようなものであればよい。導電性樹脂液を導入し
たあと、硬化のため、さらに１００℃程度の加熱処理を
施すこともある。

以上のようにして、第１図にみるように、セラミックス
層２と電極層３が交互に積層されている圧電セラミック
ス体ｌが得られるのである。この圧電セラミックス体１
のセラミックス層２の厚み、あるいは、電極層３の厚み
は、それぞれ、グリーンシートの厚み、あるは、ペース
ト印刷の厚みに応じて決まることとなり、適当に調節す
ることもができる。ただ、積層構造の圧電セラミックス
が小型で低電圧駆動の機能素子に用いられるものである
ことを考えれば、セラミックス層２は、薄いほど変位し
やすいので５０〜３００μｍ程度とするのがよい。また
、電極層３もできるだけ薄いほうがよいけれど、５〜１
１０Ａｌ程度の厚みにはしておくのが、信頼性確保の点
で望ましい。

以上の説明から明らかなように、焼結のすんだセラミッ
クス層間の多孔質層に導電性物質を入れるので、導電性
材料は何ら高温にさらされない。

そのため、何ら高価な電極用の導電性材料を用いる必要
がない。多孔質層もセラミックス層に類似の材料である
から、熱膨張率の差による歪みや接着強度の弱さの問題
も解消される。したがって、セラミックス層の厚みを薄
くシて低電圧で駆動させるようにしても十分強度が備わ
っている。つまり、安価で十分に信頼性のあるものとす
ることができるのである。

また、セラミックス層と多孔質層とよりなる積層体をＹ
Ｊ、（ＪＮするのに、グリーンシートに多孔質層用パタ
ーンを印刷しておいたものを複数枚重ねておいて、全層
を同時に焼結するようにしていたが、これに限らない。

あらかじめ焼結したセラミックス層のみを、バルクの焼
結体をスライスしたり、グリーンシートのみを焼結する
ことにより得て、これらのセラミックス層に多孔質層が
交互に積層されるように多孔質層を別工程で形成しても
よい。ただ、非常に薄いセラミックス層をバルクの焼結
体から切断することや、薄いセラミックス層を取り扱う
ことは容易なことではないばかりか、工程数も増えるこ
とから、上記の実施例のように両方の層を同時形成する
ことが望ましい。また、導電性付与を含浸以外の方法で
行ってもよい。

続いてより具体的な実施例と比較例を示す。

（実施例１） Ｐ　ｂ　Ｚ　ｒ　ｏ、ｓｓＴ　ｊ　ｏ、ａｔｏ３なる組
成となるように特級試薬のＰ　ｂＯ１，Ｚ　ｒ　Ｏ２、
Ｔ　ＩＯ２を秤量し、湿式混合粉砕後、濾過し、さらに
アルミナルツボ中、８５０°Ｃの温度下で焼成し、仮焼
物とする。この仮焼物を湿式粉砕後、濾過・乾燥して仮
焼物粉末を得る。

つぎにこの仮焼物粉末１００重量部に対し、バインダー
としてポリビニルブチラール樹脂８重量部、可塑剤とし
てフタル酸エステル４重量部、溶剤としてブタノール２
０重量部、トリクロルエチレン５０重量部を添加したも
のを、ディスペンサーで混合しスラリー状にした。この
スラリーをドクターブレード法を用いて厚み３００μｍ
のグリーンシートを作成した。このグリーンシートを３
ＱＢ角に切断した。

多孔質形成用の材料をつぎのようにして作成した。Ｐ　
ｂ　Ｚ　ｒ　、、５３Ｔ　ｉ　、、７Ｑ、なる組成の仮
焼物粉末を３０重量部、グラファイト粉末を７０重量部
の合計１００重量部に対し、バインダーとしてポリビニ
ルブチラール樹脂８重量部、可塑剤としてフタル酸エス
テル４重量部、溶剤としてブタノール２５重量部および
トリクロルエチレン５５重量部を添加したものを、ディ
スペンサーで混合し、スラリー状とした。

このスラリー（多孔質層形成用材料）を、前述のグリー
ンシートの両方の面それぞれにスクリーン印刷法で塗布
した。厚みは２０μｍとした。印刷済のグリーンシート
５０枚を重ねて、１００°Ｃの温度下、５００ｋｇ／ｃ
１１の圧力で熱圧着した。

この後、積層したグリーンシートの焼結をつぎのように
しておこなった。１００℃／時間の速度で、３００℃ま
で昇温し、３００℃の状態を２４時間保持して脱脂（バ
インダー等の除去）をしたあと、２００°Ｃ／時間の速
度で１２６０℃まで昇温し、この温度を１時間保持し、
つぎに３００℃／時間の速度で降温する。この場合、積
層したグリーンシートはＭｇＯ製の匣鉢中に置かれるが
、ＰｂＯの蒸発を防ぐため同じ圧電セラミックスのダミ
ー材で囲んでおく。また、脱脂を行う時には、匣鉢のフ
タを開けておいて、空気の出入りを良くしておく。この
ようにして、セラミックス層と多孔質層が交互に積層さ
れてなる積層体が得られる。多孔質層の厚みは、１５μ
ｍであった。

この積層体の多孔質層に導電性を付与する。導電性物質
としてＡｇ含むエポキシ樹脂（昭栄化学工業■製　導電
性エポキシ樹脂Ｎ２７６２ＡＢ）をブチルグリシジルエ
ーテルで希釈して２００ｃｐｓ（Ｂ型粘度計で６０ｒｐ
ｍ）の粘度に調整し、この中に上記の焼結した積層体を
沈め、１Ｏ−３ｔｏｒｒの減圧状態とし、多孔質層内へ
Ａｇを含むエポキシ樹脂を含浸した。樹脂含浸のあと、
１００℃の温度で硬化させた。樹脂硬化後、研摩処理で
、必要な個所以外に付着した樹脂を除去し、圧電セラミ
ックス体を完成した。

（実施例２） 実施例１において、導電性物質としてＡｇを含むエポキ
シ樹脂の代わりに、導電性物質としてＣ（カーボン）を
含むエポキシ樹脂（藤倉化成■製導電性エポキシ樹脂ド
ータイト５Ｈ３Ａ）を用いて、同樹脂の希釈シンナＳＨ
で希釈して２００ｃｐｓ（Ｂ型粘度計で６Ｏｒｐｍ）の
粘度に調整する以外は、実施例１と全く同様にして、圧
電セラミックス体を完成した。

（実施例３） 導電性物質としてＡｇを含むエポキシ樹脂の代わりに、
導電性物質としてＮｉ粒子（粒子径２μｍ以下）とする
とともに、エポキシ樹脂にアラルダイトＡＺ１５　（Ｃ
ＩＢＡ−ＧＥＩＧＹ社製）の主剤と硬化剤を混合したも
のとし、樹脂分とＮｉ粒子分の重量比が約ｌ：２となる
ように混合したものを用い、この混合物を、アセトンで
希釈して２００ｃｐｓ（Ｂ型粘度計で６０ｒｐｍ）の粘
度に調整した。そして、多孔質層内へＮ１を含むエポキ
シ樹脂を含浸しのあと、１８０℃の温度で硬化させた。

それ以外は、実施例１と全く同様にして、圧電セラミッ
クス体を完成した。

（比較例１） 実施例１で得られた３Ｑｉｉ角のグリーンシートの両面
にｐｔペースト（エンゲルハルｌ製Ａ−３４４４）をス
クリーン印刷で塗布した。厚みは、１０μｍであった。

印刷済のグリーンシート５０枚を重ね、１００°Ｃの温
度下、５００ｋｇ／ｃｒＡのプレス圧で熱圧着し、実施
例１と同じ条件で焼結し、圧電セラミックス体を完成し
た。

実施例１〜３および比較例１の電極の抵抗値は、比抵抗
で１０’　Ω・０ｆｆｌ以下と十分に低かった。

電極層とセラミックス層の密着強度は、つぎのようにし
て測定した。完成した圧電セラミックス体は、２５ｍ冒
Ｘ２５ｍｍＸ１５ｍｍの大きさとなった。これから２．
５酊Ｘ　２．５＊ｎＸ　ｌ　５ｍｍの大きさのものをダ
イヤモンドカッターで切り出し、電極層と平行方向の抗
折強度と破壊個所を測定した。

結果は次のとおりである。

実施例１　破壊強度　８３０ｋｇ／ｃｕｔ破壊個所　セ
ラミックス層間 実施例２　破壊強度　７５０ｋｇ／ｃａｔ破壊個所　セ
ラミックス層間 実施例３　破壊強度　９５０ｋｇ／ｃｎｌ破壊個所　セ
ラミックス層間 比較例１　破壊強度　３６０に、、／ａｎｔ破壊個所　
電極−セラミックス層界面 上記の測定結果から明らかなように、実施例１〜３の圧
電セラミックス体は、電極−セラミックス層界面では剥
離が生じないので、電極層とセラミックス層の密着強度
は十分強いものであることがわかる。また、破壊がおき
るときの強さも、比較例１と比べて、格段に大きいこと
から歪みが生じているようなものではないことがわかる
。

〔発明の効果〕

以上に詳しくのべたように、この発明にかかる圧電セラ
ミックス体を得る方法は、セラミックス層と電極層とな
る多孔質層が交互に積層されてなる積層体を準備してお
いて、多孔質層に導電性を付与する構成となっている。

そのため、高価な電極形成用導電性材料を用いる必要が
ないく低いコストで、低電圧駆動できる圧電セラミック
ス体を製造できる。さらに、導電性材料を用いる前の工
程で電極層となる多孔質層を形成することとなるため、
導電性材料と無関係にセラミックス層と多孔質層を好ま
しい状態に積層させることができるので、得られた圧電
セラミックス体が信頼性の高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかる圧電セラミックス体の製法
の一実施例によって製造された圧電セラミックス体の部
分断面図である。 １・・・圧電セラミックス体　　２・・・セラミックス
層　　３・・・電極層 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス層と電極層が交互に積層されている
   圧電セラミックス体を得る方法において、前記セラミッ
   クス層と前記電極層となる多孔質層が交互に積層されて
   なる積層体を準備しておいて、前記多孔質層に導電性を
   付与することを特徴とする圧電セラミックス体の製法。
2. （２）導電性の付与を、多孔質層内へ導電性物質を含浸
   により導入することによっておこなう特許請求の範囲第
   １項記載の圧電セラミックス体の製法。