JP2003209304A - 積層型圧電セラミック素子の製造方法 - Google Patents

積層型圧電セラミック素子の製造方法

Info

Publication number
JP2003209304A
JP2003209304A JP2002007674A JP2002007674A JP2003209304A JP 2003209304 A JP2003209304 A JP 2003209304A JP 2002007674 A JP2002007674 A JP 2002007674A JP 2002007674 A JP2002007674 A JP 2002007674A JP 2003209304 A JP2003209304 A JP 2003209304A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
oxygen concentration
volume
ceramic
piezoelectric ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002007674A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3982267B2 (ja
Inventor
Toshiaki Kachi
敏晃 加地
Toshio Imanishi
敏雄 今西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2002007674A priority Critical patent/JP3982267B2/ja
Priority to KR10-2003-0002048A priority patent/KR100492813B1/ko
Priority to CNB031027520A priority patent/CN100365842C/zh
Priority to US10/346,603 priority patent/US6758927B2/en
Publication of JP2003209304A publication Critical patent/JP2003209304A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3982267B2 publication Critical patent/JP3982267B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/49Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/05Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • H10N30/053Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes by integrally sintering piezoelectric or electrostrictive bodies and electrodes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/09Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • H10N30/093Forming inorganic materials
    • H10N30/097Forming inorganic materials by sintering
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/40Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and electrical output, e.g. functioning as transformers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853Ceramic compositions
    • H10N30/8548Lead-based oxides
    • H10N30/8554Lead-zirconium titanate [PZT] based
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/42Piezoelectric device making

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】高い機械的強度を有し、かつ優れた圧電特性、
信頼性を有する積層型圧電セラミック素子の製造方法を
提供する。 【解決手段】Pb元素の化合物を含有している圧電セラ
ミック材料のセラミックグリーンシート上に、Agを主
成分とする導体を含む導電性ペーストを塗布し、該セラ
ミックグリーンシートを積み重ねて積層体とする工程
と、該積層体を焼成時の昇温過程での酸素濃度が90体
積%以上で、かつ保持過程と降温過程での酸素濃度が5
体積%〜15体積%となる雰囲気中で焼成する工程とを
備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、圧電共振子、圧電
アクチュエータ、圧電フィルタ、圧電ブザー、圧電トラ
ンス等に使用される圧電セラミック素子の製造方法に関
する。特に、Agを主成分とする導体を内部電極とする
積層型圧電セラミック素子の製造方法に関する。 【0002】 【従来の技術】従来から、圧電共振子、圧電アクチュエ
ータ、圧電フィルタ、圧電ブザー、圧電トランス等に使
用される圧電セラミック素子において、それぞれの用途
に応じて、構造欠陥がなく、信頼性の高い優れた部品特
性を有するためには、最適な条件で焼成することが必要
不可欠であることはよく知られており、これまでにも種
々の取り組みがなされている。 【0003】たとえば、特開平2−74566号公報で
は、焼成温度までの昇温過程で、炉内雰囲気を酸素濃度
50体積%以上に保ち、かつ焼成温度における保持過程
では、炉内雰囲気を酸素濃度が昇温過程の場合の1/2
ないし10体積%の条件下で焼成するプロセスを示して
いる。これにより、酸素濃度50体積%以上となる高酸
素雰囲気条件下の昇温過程で、この時期に形成されるセ
ラミックの閉気孔内の酸素濃度を高め、次いで焼成温度
における保持過程で、酸素濃度を昇温過程の場合の1/
2ないし10体積%にすると、前述のセラミックの閉気
孔内と外気の酸素濃度差が大きくなり、よって酸素の拡
散速度が大きくなるので、酸化物で構成される圧電セラ
ミックスを量産性よく緻密に焼結させることができると
提案されている。 【0004】また、特開平4−357164号公報や特
開平10−95665号公報では、全焼成プロファイル
において、酸素濃度が80体積%以上となる雰囲気条件
下で焼成するプロセスを示している。これにより、セラ
ミック粒内の空孔や構造欠陥を抑制した緻密で高信頼性
の圧電セラミック素子、特に圧電共振子を得ることがで
きるとされている。 【0005】さらに、内部電極の種類に依らず、全焼成
プロファイルにおいて、大気中、すなわち酸素濃度が約
21体積%の雰囲気中で焼成するプロセスも知られてお
り、種々の圧電セラミック部品において一般的に適用さ
れている。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示したような圧電セラミック素子に用いられてきた従来
の焼成プロセスでは、内部電極となるAgを主成分とす
る導電性ペーストを塗布したセラミックグリーンシート
を積み重ねてできた未焼成の積層体を焼成すると、内部
電極に含まれるAgが圧電セラミック層中のセラミック
粒内に取り込まれて、圧電特性を劣化させるという問題
点があった。 【0007】また、一方、近年において圧電素子の技術
分野では、高周波化への対応として、圧電素子そのもの
の低背化が進んでいる。低背化すると、圧電セラミック
素子の厚みが薄くなるが、このような場合においても、
高周波の機械振動で圧電セラミック素子が破壊されない
ように、十分な機械的強度が必要とされる。 【0008】そこで、本発明の目的は、高い機械的強度
を有し、かつ優れた圧電特性、信頼性を有する積層型圧
電セラミック素子の製造方法を提供することにある。 【0009】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の積層型圧電セラミック素子の製造方法は、
Pb元素の化合物を含有している圧電セラミック材料の
セラミックグリーンシート上に、Agを主成分とする導
体を含む導電性ペーストを塗布し、該セラミックグリー
ンシートを積み重ねて積層体とする工程と、該積層体を
焼成時の昇温過程での酸素濃度が90体積%以上で、か
つ保持過程と降温過程での酸素濃度が5体積%〜15体
積%となる雰囲気中で焼成する工程とを備えることを特
徴としている。 【0010】ここで、焼成時の昇温過程において、酸素
濃度を90体積%以上としたのは、以下の理由による。 【0011】90体積%以上では、圧電セラミック素子
を構成するセラミックの内部に形成される空孔の酸素濃
度を高めて、酸素を拡散させ、空孔を低減させることが
できるため、その結果、緻密な焼結体を得ることができ
るからである。 【0012】しかしながら、90体積%より低い場合で
は、上述とは反対に、圧電セラミック素子を構成するセ
ラミックの内部に形成される空孔において、酸素濃度が
不十分なために、空孔を十分に低減させることができな
いので、その結果、緻密な焼結体が得られず、セラミッ
クの抗折強度が低下するからである。 【0013】また、焼成時の保持過程と降温過程におい
て、酸素濃度を5体積%〜15体積%の範囲にしたの
は、以下の理由による。 【0014】5体積%〜15体積%の範囲では、圧電セ
ラミック素子を構成するセラミックの粒界にあるPb量
を低減させることができ、圧電セラミック素子自体の特
性、すなわち圧電特性、および信頼性を向上させること
ができるからである。 【0015】すなわち、焼成時の昇温過程における、酸
素濃度90体積%以上の高酸素濃度雰囲気下では、Pb
の蒸気圧が高いために、圧電セラミック素子自体からの
Pbの蒸発が低減され、雰囲気中からの再付着もなされ
るので、セラミックの粒界ではPb量が多い状態とな
る。しかし、次いで保持過程と降温過程における、酸素
濃度5体積%〜15体積%の低酸素濃度雰囲気下では、
Pbの蒸気圧が低くなるため、圧電素子を構成するセラ
ミックの粒界に存在するPbの蒸発が促進され、粒界の
不純物成分が低減されるので、圧電素子自体の特性が改
善され、向上することによる。 【0016】しかしながら、15体積%を越える場合で
は、上述に示したセラミックの粒界におけるPb量を低
減させる効果がなくなり、圧電特性が低下するためであ
る。 【0017】また、5体積%より低い場合では、圧電素
子自体の還元が起こり、圧電特性が低下するためであ
る。 【0018】昇温過程では、たとえば、チタン酸ジルコ
ン酸鉛(PZT)系の化合物では、酸素濃度が約90体
積%以上の雰囲気条件下で焼成される。保持過程、すな
わち最高温度域の焼成温度は前記雰囲気条件下で、積層
体の焼結が完了する温度、すなわち具体的には積層焼成
体の充填密度が理論密度に対して99%以上となる温度
に設定される。なお、最高温度域での保持時間も前記の
焼成温度の場合と同様な条件で設定される。 【0019】なお、昇温速度および降温速度は、たとえ
ば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系の化合物では、
いずれも、毎分1〜10℃の範囲で設定されており、最
高温度域における保持時間は1〜10時間の範囲で設定
される。 【0020】ただし、焼成条件は、上記の条件に限定さ
れるものではなく、Pb元素の化合物を含有する圧電セ
ラミック材料の種類(組成系)によって、最適な焼成温
度、昇温速度、保持時間、および降温速度を選択すれば
よい。 【0021】なお、前記セラミックグリーンシート中の
圧電セラミック材料としては、上記に示したチタン酸ジ
ルコン酸鉛(PZT)系の化合物のほか、たとえばチタ
ン酸鉛(PbTiO3)系の化合物、メタニオブ酸鉛
(PbNb26)系の化合物、およびメタタンタル酸鉛
(PbTa26)系化合物等を含有しているものからな
る。 【0022】また、内部電極用導電性ペーストに含まれ
る導体は、Agを主成分とするもので構成され、Agが
100重量%、もしくはPdが50重量%以下を含有し
ているものからなる。 【0023】 【発明の実施の形態】以下、本発明の積層型圧電セラミ
ック素子の製造方法について、積層型圧電トランス(実
施例1)の例と積層型圧電アクチュエータ(実施例2)
の例を用いて、実施の形態を詳細に説明する。 【0024】[実施例1]まず、出発原料として、Pb
34、TiO2、ZrO2、SnO2、Sb23、MnC
3を用意した。 【0025】次いで、99.94重量%のPb((Sn
1/3Sb2/30.10Zr0.45Ti0.45)O3からなる主成
分に添加物として0.06重量%のMnOを含有する圧
電セラミックが得られるように、上記原料を秤量し、ボ
ールミルにて湿式混合した。さらに、上述の混合物を脱
水、乾燥して、820℃の温度で2時間仮焼し、粉砕す
ることにより、仮焼粉末を得た。 【0026】次いで、この仮焼粉末に、アクリル系有機
バインダー、有機溶剤、および可塑剤などの添加物を加
えて、ボールミルにて湿式混合して、スラリーを得た。
このスラリーをドクターブレード法にて成形し、約10
0μmの厚さのセラミックグリーンシートを作製した。 【0027】このセラミックグリーンシート上に、Ag
/Pd導体を含有する導電性ペーストを、スクリーン印
刷法により、焼成後の厚みが1.0〜3.0μmとなる
ように塗布し、乾燥させて、内部電極用の層が形成され
たセラミックグリーンシートを得た。その後、このセラ
ミックグリーンシートを積み重ね、熱プレスにより圧着
させて、一体化させた積層体を得た。 【0028】次いで、この積層体を所定の寸法になるよ
うにカットし、あらかじめ、約500℃の温度でバイン
ダー成分を十分に除去させ、表1に示す焼成プロファイ
ルおよび焼成雰囲気を用いて、焼成を行った。 【0029】なお、昇温速度は毎分4℃、最高温度域で
の保持時間は3時間、および降温速度は毎分4℃とし
た。 【0030】また、表1において、*印を付したもの
は、本発明の範囲外のものであり、それ以外はすべて本
発明の範囲内のものである。 【0031】 【表1】【0032】この積層焼成体に、外部電極をスクリーン
印刷法にて塗布し、焼成して入力側外部電極および出力
側外部電極を形成し、積層型圧電トランスを得た。 【0033】次に、60℃の絶縁オイル中で、入力側に
ついては厚み方向に分極処理を施し、出力側については
長さ方向に分極処理を施した。この時の分極条件は、直
流電界が4.0kV/mm、印可時間が60分であっ
た。その後、120〜200℃の空気中で、30〜60
分間、エージングして、図1〜3に示すような目的とす
る積層型圧電トランス10を得た。なお、図1〜3にお
いて、11は圧電セラミック、12は内部電極、13は
入力側(1次側)外部電極、14は出力側(2次側)外
部電極をそれぞれ示す。 【0034】これらの積層型圧電トランスのトランス特
性、具体的には、最大昇圧比と最大効率を以下に示す方
法で求めた。また、積層型圧電トランス自体の抗折強度
とポア占有率も以下に示す方法で求めた。その結果を表
2に示す。 【0035】なお、表2において、*印を付したもの
は、本発明の範囲外のものであり、それ以外はすべて本
発明の範囲内のものである。 【0036】最大昇圧比と最大効率については、図4に
示すような測定系を用いて、測定を行った。入力電圧V
inと入力電流Iin、および出力電圧Voutは、パワーア
ナライザにて測定した。電源は、周波数が可変できる交
流電源を使用した。cosΦは力率を指す。なお、図4
において、21は交流電源、22は積層型圧電トランス
を示す。また、抵抗R1およびR2はそれぞれ1kΩ,
100kΩである。 【0037】昇圧比は入力電圧Vinと出力電圧Vout
比で示され、最大昇圧比は式1を用いて求めた値のこと
である。なお、Voutは、交流電源にて一定電圧Vin
印可した時の最大となる値を用いた。最大昇圧比の単位
は、dBである。 【0038】効率は入力電力と出力電力の比で示され、
最大効率は式2を用いて求めた値のことである。なお、
outは、交流電源にて一定電圧Vinを印可した時の最
大となる値を用いた。最大効率の単位は、%である。 式1 最大昇圧比=20×log(Vout÷Vin×101) 式2 最大効率=101×Vout 2×0.001÷(Vin×IincosΦ) 昇圧比は、トランスの基本性能を示し、昇圧比が高いほ
ど、高性能であることを意味する。また、効率は、電気
→機械→電気へのエネルギー伝送の変換効率を示し、効
率が高いほど、入力電力に対する変換ロスが少ないた
め、低消費電力化が図れることを意味する。 【0039】抗折強度は、JIS R1601に規定す
るセラミックスの曲げ強さ試験方法に基づいて測定し
た。また、ポア占有率は、積層型圧電トランスを鏡面研
磨し、画像処理にてセラミック緻密部とポア部の面積比
率を求めて算出した。 【0040】抗折強度が大きいほど、圧電セラミック自
体の機械的強度が高いことを意味し、また、ポア占有率
が小さいほど、圧電セラミック自体の緻密性が大きいこ
とを意味する。 【0041】 【表2】【0042】表1、2から明らかなように、本発明の範
囲内の焼成雰囲気条件下で焼成した圧電素子では、試料
番号2、3、5、6、9、および10のように、ポア占
有率が1%以下と緻密な焼結体であり、抗折強度は、1
20MPa以上と高水準な値を示しており、さらにトラ
ンス特性も、最大昇圧比が31dB以上で、最大効率が
95%以上と良好であることがわかる。 【0043】したがって、本発明の目的である、高い機
械的強度を有し、かつ優れた圧電特性、信頼性を有する
積層型圧電セラミック素子を得ることが可能となる。 【0044】ここで、表2を参照しながら、本発明の焼
成雰囲気条件における限定理由を以下に説明する。 【0045】まず、昇温過程の酸素濃度を90体積%以
上としたのは、酸素濃度が90体積%未満の場合では、
試料番号1のように、ポア占有率が約2%と緻密な焼結
体が得られず、また抗折強度も120MPa未満で低水
準となる。 【0046】保持過程の酸素濃度を5体積%〜15体積
%としたのは、酸素濃度が5体積%未満の場合では、試
料番号4のように、また、酸素濃度が15体積%を越え
る場合では、試料番号7のように、最大昇圧比が30d
B未満で、最大効率も90%未満でトランス特性が低水
準となる。 【0047】降温過程の酸素濃度を5体積%〜15体積
%としたのは、酸素濃度が5体積%未満の場合では、試
料番号8のように、また、酸素濃度が15体積%を越え
る場合では、試料番号11のように、最大昇圧比が30
dB未満で、最大効率も90%未満でトランス特性が低
水準となる。 【0048】なお、従来例として、昇温、保持、降温の
全過程において、酸素濃度を21%にした場合と、酸素
濃度を90%とした場合について、試料番号12ないし
13に示した。 【0049】試料番号12では、ポア占有率が約3%と
緻密な焼結体が得られず、また抗折強度も100MPa
未満で低水準であり、また、試料番号13では、最大昇
圧比が30dB未満で、最大効率も90%未満でトラン
ス特性が低水準であった。 【0050】以上の通り、本発明の範囲内における焼成
雰囲気条件を用いて、積層型圧電トランスを焼成するこ
とにより、高い機械的強度と良好なトランス特性を双方
に実現することが可能となる。 【0051】[実施例2]まず、出発原料として、Pb
34、TiO2、ZrO2、およびSrCO3を用意し
た。次いで、Pb0.98Sr0.02(Zr0.45Ti0.55)O
3の圧電セラミック組成物が得られるように、上記原料
を秤量し、ボールミルにて湿式混合した。 【0052】さらに、上述の混合物を脱水、乾燥して、
800℃の温度で2時間仮焼し、粉砕することにより、
仮焼粉末を得た。 【0053】次いで、この仮焼粉末に、アクリル系有機
バインダー、有機溶剤、および可塑剤などの添加物を加
えて、ボールミルにて湿式混合して、スラリーを得た。 【0054】このスラリーをドクターブレード法にて成
形し、約40μmの厚さのセラミックグリーンシートを
作製した。 【0055】このセラミックグリーンシート上に、Ag
/Pd導体を含有する導電性ペーストを、スクリーン印
刷法により、焼成後の厚みが1.0〜3.0μmとなる
ように塗布し、乾燥させて、内部電極用の層が形成され
たセラミックグリーンシートを得た。その後、このセラ
ミックグリーンシートを積み重ね、熱プレスにより圧着
させて、一体化させた積層体を得た。 【0056】次いで、この積層体をあらかじめ、約50
0℃の温度でバインダー成分を十分に除去させ、表1に
示す焼成プロファイルおよび焼成雰囲気を用いて、焼成
を行った。 【0057】なお、昇温速度は毎分4℃、最高温度域で
の保持時間は3時間、および降温速度は毎分4℃とし
た。 【0058】また、表1において、*印を付したもの
は、本発明の範囲外のものであり、それ以外はすべて本
発明の範囲内のものである。 【0059】この積層焼成体を、所定の大きさにカット
した後、外部電極を塗布、焼成にて形成して、内部電極
と電気的に接続させた、積層型圧電アクチュエータを得
た。 【0060】次に、60℃の絶縁オイル中で、4.0k
V/mmの直流電界を60分間印加して、分極処理を施
した。その後、120〜200℃の空気中で、30〜6
0分間、エージングして、図5、6に示すような目的と
する積層型圧電アクチュエータ30を得た。なお、図
5、6において、31は圧電セラミック、32は内部電
極、33は外部電極をそれぞれ示す。 【0061】これらの積層型圧電アクチュエータの圧電
歪定数|d31|、および圧電セラミックの電気抵抗率ρ
を求めた。その結果を表3に示した。 【0062】|d31|はレーザードップラー振動計にて
歪み量を測定し、31方向の圧電歪定数を算出して求め
た。また、ρはセラミック層を介した内部電極間にDC
50Vの電圧を30秒間印加した時の絶縁抵抗を測定
し、その絶縁抵抗に電極面積を乗じ、この値を内部電極
間のセラミック層厚みで割って求めた。 【0063】なお、表3において、*印を付したもの
は、本発明の範囲外のものであり、それ以外はすべて本
発明の範囲内のものである。 【0064】 【表3】 【0065】表1、3から明らかなように、本発明の範
囲内の焼成雰囲気条件下で焼成した圧電素子では、試料
番号15、16、18、19、22、および23のよう
に、ポア占有率が1%以下と緻密な焼結体であり、抗折
強度は、110MPa以上と高水準な値を示しており、
さらに圧電特性、および信頼性も、圧電歪定数|d31
が2×10-10C/Nで、電気抵抗率ρが5×1012Ω
・mで良好であることがわかる。 【0066】したがって、本発明の目的である、高い機
械的強度を有し、かつ優れた圧電特性、信頼性を有する
積層型圧電セラミック素子を得ることが可能となる。 【0067】ここで、表3を参照しながら、本発明の焼
成雰囲気条件における限定理由を以下に説明する。 【0068】まず、昇温過程の酸素濃度を90体積%以
上としたのは、酸素濃度が90体積%未満の場合では、
試料番号14のように、ポア占有率が約2%と緻密な焼
結体が得られず、また抗折強度も110MPa未満で低
水準となる。 【0069】保持過程の酸素濃度を5体積%〜15体積
%としたのは、酸素濃度が5体積%未満の場合では、試
料番号17のように、また、酸素濃度が15体積%を越
える場合では、試料番号20のように、|d31|が2×
10-10C/N未満、もしくはρが5×1012Ω・m未
満で圧電特性、および信頼性が低水準となる。 【0070】降温過程の酸素濃度を5体積%〜15体積
%としたのは、酸素濃度が5体積%未満の場合では、試
料番号21のように、また、酸素濃度が15体積%を越
える場合では、試料番号24のように、|d31|が2×
10-10C/N未満、もしくはρが5×1012Ω・mで
圧電特性、および信頼性が低水準となる。 【0071】なお、従来例として、昇温、保持、降温の
全過程において、酸素濃度を21%にした場合と、酸素
濃度を90%とした場合について、試料番号25ないし
26に示した。 【0072】試料番号25では、ポア占有率が約3%と
緻密な焼結体が得られず、また抗折強度も100MPa
未満で低水準であり、また、試料番号26では、|d31
|が2×10-10C/N未満、もしくはρが5×1012
Ω・mで圧電特性、および信頼性が低水準であった。 【0073】以上の通り、本発明の範囲内における焼成
雰囲気条件を用いて、積層型圧電アクチュエータを焼成
することにより、高い機械的強度と良好な圧電特性、お
よび信頼性を双方に実現することが可能となる。 【0074】なお、前記実施例には積層型圧電トランス
およびアクチュエータの場合について示したが、勿論こ
の場合に限定されることはなく、圧電効果を利用した圧
電共振子、圧電フィルタ、および圧電ブザー等の積層型
圧電セラミック素子全般について適用できることは言う
までもないことである。図7に本発明が適用され得るイ
ンクジェット用の積層型圧電素子50の斜視図を示す。
51は圧電セラミック、52は内部電極、53は外部電
極を示す。 【0075】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
積層型圧電セラミック素子の製造方法において、Agを
主成分とする導体を含む内部電極とセラミック層を、焼
成時の昇温過程での酸素濃度が90体積%以上で、かつ
保持過程と降温過程での酸素濃度が5体積%〜15体積
%となる雰囲気中で同時焼成することにより、昇温過程
での高濃度酸素雰囲気下で、セラミック内部の空孔の酸
素濃度を高めて、セラミック粒内の空孔や構造欠陥が抑
制され、圧電セラミック素子自体の緻密化がなされ、か
つ、保持過程と降温過程での低酸素濃度雰囲気下では、
圧電素子を構成する圧電セラミックの粒界にあるPb量
を低減させることができ、圧電素子自体の特性、すなわ
ち圧電特性、および信頼性を向上させることができる。 【0076】したがって、高い機械的強度を有し、かつ
優れた圧電特性、信頼性を有する積層型圧電セラミック
素子を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係る一実施例の積層型圧電トランスを
示す斜視図である。 【図2】図1に示す積層型圧電トランスのa−bから見
た断面図である。 【図3】図1に示す積層型圧電トランスのc−dから見
た断面図である。 【図4】本発明に係る一実施例の積層型圧電トランスに
おけるトランス特性を測定するためのシステムを示す図
である。 【図5】本発明に係る一実施例の積層型圧電アクチュエ
ータを示す斜視図である。 【図6】図3に示す積層型圧電アクチュエータのa−b
から見た断面図である。 【図7】本発明が適用され得るインクジェット用の積層
型圧電素子の一例を示す斜視図である。 【符号の説明】 10.積層型圧電トランス 11.圧電セラミック 12.内部電極 13.入力側(1次側)外部電極 14.出力部(2次側)外部電極 20.トランス特性測定システム 21.交流電源 22.積層型圧電トランス 30.積層型圧電アクチュエータ 31.圧電セラミック 32.内部電極 33.外部電極 50.インクジェット用積層型圧電素子 51.圧電セラミック 52.内部電極 53.外部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 41/22 A

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 Pb元素の化合物を含有している圧電セ
    ラミック材料のセラミックグリーンシート上に、Agを
    主成分とする導体を含む導電性ペーストを塗布し、該セ
    ラミックグリーンシートを積み重ねて積層体とする工程
    と、該積層体を焼成時の昇温過程での酸素濃度が90体
    積%以上で、かつ保持過程と降温過程での酸素濃度が5
    体積%〜15体積%となる雰囲気中で焼成する工程とを
    備えることを特徴とする、積層型圧電セラミック素子の
    製造方法。
JP2002007674A 2002-01-16 2002-01-16 積層型圧電セラミック素子の製造方法 Expired - Lifetime JP3982267B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002007674A JP3982267B2 (ja) 2002-01-16 2002-01-16 積層型圧電セラミック素子の製造方法
KR10-2003-0002048A KR100492813B1 (ko) 2002-01-16 2003-01-13 적층형 압전 세라믹 소자의 제조방법
CNB031027520A CN100365842C (zh) 2002-01-16 2003-01-16 叠层型压电陶瓷元件的制造方法
US10/346,603 US6758927B2 (en) 2002-01-16 2003-01-16 Method for making monolithic piezoelectric ceramic element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002007674A JP3982267B2 (ja) 2002-01-16 2002-01-16 積層型圧電セラミック素子の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003209304A true JP2003209304A (ja) 2003-07-25
JP3982267B2 JP3982267B2 (ja) 2007-09-26

Family

ID=27646132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002007674A Expired - Lifetime JP3982267B2 (ja) 2002-01-16 2002-01-16 積層型圧電セラミック素子の製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6758927B2 (ja)
JP (1) JP3982267B2 (ja)
KR (1) KR100492813B1 (ja)
CN (1) CN100365842C (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100533578B1 (ko) * 2001-12-26 2005-12-06 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 적층형 압전 세라믹 소자의 제조방법
JP2005174974A (ja) * 2003-12-08 2005-06-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層圧電体部品の製造方法
US9379308B2 (en) * 2010-11-15 2016-06-28 Epcos Ag Piezoelectric component
US8899115B2 (en) * 2011-04-20 2014-12-02 United Technologies Corporation Method and system for locating a laser vibrometer during non-contact scanning
CN103992529A (zh) * 2014-04-29 2014-08-20 天长永泰密封材料有限公司 一种丁晴橡胶密封胶
DE102015202725A1 (de) * 2015-02-16 2016-08-18 Robert Bosch Gmbh Kraftstoffinjektor und Verfahren zur Herstellung eines Piezoelements für einen Kraftstoffinjektor
JP7491713B2 (ja) * 2020-03-27 2024-05-28 Tdk株式会社 圧電素子、圧電アクチュエータ、および圧電トランス

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6022835B2 (ja) * 1978-08-17 1985-06-04 株式会社村田製作所 圧電性磁器の製造方法
JPS6356971A (ja) * 1986-08-28 1988-03-11 Nippon Soken Inc 積層形圧電体
JP2652425B2 (ja) * 1988-09-10 1997-09-10 松下電器産業株式会社 圧電セラミツクスの製造方法
JPH04357164A (ja) * 1991-05-31 1992-12-10 Kyocera Corp 圧電磁器の製造方法
JPH06140279A (ja) * 1992-09-11 1994-05-20 Murata Mfg Co Ltd 積層セラミック電子部品の焼成方法
JP3577175B2 (ja) * 1996-09-20 2004-10-13 Tdk株式会社 圧電磁器組成物及びその製造方法
JPH11163433A (ja) * 1997-11-27 1999-06-18 Hitachi Metals Ltd 積層型圧電セラミックス振動子および製造方法
JPH11171645A (ja) * 1997-12-09 1999-06-29 Hitachi Metals Ltd 電子部品
JPH11274595A (ja) * 1998-03-23 1999-10-08 Hitachi Metals Ltd 圧電セラミックス、積層型圧電セラミックス振動子およびその製造方法
US6964718B2 (en) * 2000-11-16 2005-11-15 The Penn State Research Foundation Method of preparing multilayered piezoelectric ceramic material
KR100533578B1 (ko) * 2001-12-26 2005-12-06 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 적층형 압전 세라믹 소자의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
US6758927B2 (en) 2004-07-06
JP3982267B2 (ja) 2007-09-26
CN100365842C (zh) 2008-01-30
KR20030062262A (ko) 2003-07-23
CN1433092A (zh) 2003-07-30
US20030163908A1 (en) 2003-09-04
KR100492813B1 (ko) 2005-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7227690B2 (ja) 積層セラミックコンデンサおよびその製造方法
JP5151990B2 (ja) 誘電体セラミックおよびそれを用いた積層セラミックコンデンサ
JP3391268B2 (ja) 誘電体セラミックおよびその製造方法、ならびに、積層セラミック電子部品およびその製造方法
JP4345071B2 (ja) 積層セラミックコンデンサ、及び該積層セラミックコンデンサの製造方法
JP4587924B2 (ja) 積層セラミックコンデンサ
JP5804064B2 (ja) 積層セラミックコンデンサの製造方法
JP4727458B2 (ja) 圧電セラミックス用焼結助剤、bnt−bt系圧電セラミックス、積層型圧電デバイスおよびbnt−bt系圧電セラミックスの製造方法
JP2010010157A (ja) 積層セラミックコンデンサ及び、その製造方法
JP4403967B2 (ja) 圧電デバイスの製造方法
JP5233763B2 (ja) チタン酸バリウム系誘電体原料粉末、その製造方法、セラミックグリーンシートの製造方法、および積層セラミックコンデンサの製造方法
JPWO2017094882A1 (ja) 誘電体磁器組成物、積層セラミックコンデンサ、及び積層セラミックコンデンサの製造方法
JP2004345927A (ja) 非還元性誘電体セラミックの製造方法、非還元性誘電体セラミックおよび積層セラミックコンデンサ
JPWO2009041160A1 (ja) 誘電体セラミック及び積層セラミックコンデンサ
JP2005174974A (ja) 積層圧電体部品の製造方法
US6489257B1 (en) Dielectric ceramic material and monolithic ceramic electronic element
JP7197985B2 (ja) セラミックコンデンサおよびその製造方法
JP3982267B2 (ja) 積層型圧電セラミック素子の製造方法
JP2005154238A (ja) 圧電磁器組成物の製造方法
JP2011042529A (ja) 誘電体磁器組成物の製造方法
JP2007169088A (ja) 焼結体及びセラミックコンデンサ並びにこれらの製造方法
JP4513388B2 (ja) 積層セラミック電子部品の製造方法
JP5000088B2 (ja) 誘電体磁器組成物の製造方法と磁器コンデンサの製造方法
JPH11228223A (ja) 磁器組成物及びそれよりなる圧電トランス
JPH06267785A (ja) 積層セラミック電子部品の製造方法
JP5354834B2 (ja) 誘電体磁器組成物及び磁器コンデンサとそれらの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050104

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070306

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070612

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070625

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3982267

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110713

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110713

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120713

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130713

Year of fee payment: 6

EXPY Cancellation because of completion of term