JPH02163983A - 積層セラミック圧電素子用積層体の分極処理方法 - 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】 産業上の利用分野 この光明は多結晶セラミックを用いた積層セラミンク圧
電素子の製造方法に関し、特にその製造工程中にＪ３い
て積層体に対して分極処理を施す方法に開りるものであ
る。

従来の技術 周知のようにジルコンチタン酸鉛系、すなわち、Ｐｂ　
（Ｔｉ、Ｚｒ）０３系のセラミックやチタン酸バリウム
（ＢａＴｉＯ３）系のセラミックの如く、多結晶セラミ
ックからなる圧電材料においては、中結晶の集合体であ
るため、焼成したままの状態で（、！各結晶の５ｆ極方
向が無秩序であって見掛は上分慟がなく、圧電特性を示
さない。そこで圧電材料として使用するためには、焼成
後に一定方向に直流高電圧を加えて分極させる分極処理
が必要どなる。

ところでこのような多結晶セラミックを用いた積層セラ
ミック圧電束子の製造方法としては、従来は次のＪζう
な方法が一般的であつ１ζ。すなわち先７Ｆ第４図に示
１ように、セラミックグリーンシート１の表面に、その
一方の端縁１Ａから所定路＃ｉＷだけ離れた位置から他
方の端縁１Ｂまで連続一体に内部電極２となる導体膀２
Ａを印刷する。

したがってグリーンシート１における一方の端縁１Ａか
ら幅Ｗの部分は電極非形成部分３となり、その他の部分
は電極形成部分４となる。そして電極印刷演みの複数枚
のグリーンシート１を第５図〜第６図に示す如く、電極
形成部分４と電極非形成部分３とが交々、に重なり合う
ように上下に隣り合うグリーンシート１の左右を交互に
逆にして積層して積層体５とプる。但し積層時にはａｔ
部のグリーンシート１′としては電極を全く形成してい
ないものを用いる。次いでこの積層体５をざらに圧管し
てから焼成する。そして第７図に示すように焼成済みの
積層体５の左右側面５Ａ、５Ｂに外部電極６，７を焼つ
け等により形成し、第８図に示１ように外１ｇ電極６，
７間に例えば直流１０００Ｖ程度の電圧Ｖｐを印加する
ことによって１４層の上下の内部電極２間に電圧Ｖｐを
印加し、分極させる。

上述のような従来の一般的な方法における積層体５は、
一方の側面５Ａの近傍の部分およびその側面５Ａと平行
な他の側面５Ｂの近傍の部分くいずれも幅Ｗの部分）で
は内部電極２を形成していない電極非形成部分３と内部
電４４ｉ２を形成した電極形成部５）４とが上下に交Ｉ
ｉに（Ｏｖ！！づることになり、したがって上下−層置
きに内部電極２が側面５△、５Ｂに露出し、それらの露
出部分で外部電極６．７が一層置きに内部電極２に接続
されることになる。このような積層体５の内部電極構造
は、通常の積層セラミックコンデンυと同じであるため
、一般に積層」ンデン→）＠造と称されている。

方、最近では全市電＋４！僧造と称される積層体を用い
た積層セラミック圧電素子が例えば特開昭５８−１９６
０７４号、特開昭５８−１９６０６８号、特開昭５８−
１９６０７１号、特開昭５８１９６０７２号等によって
提案されている。この全面電極＋１ｉｌ造の積層体は、
第１０図に示すようにグリーンシート１の表面の全面に
内部電極２となる導体膜２Ａを形成し、これを複数枚積
層して圧管、焼成したものであり、第１１図に示すよう
にｇｉ層鉢体５ノ「右の側面５Ａ、５Ｂに全ての内部Ｎ
極２の端部が露出している。そして第１２図に示すよう
に＋Ｉ４＃１体５の側面の内部電極露出部分に対して一
層置きに外部電極リード端子６Ａ、７Ａを取（・Ｊけて
それらを並列接続するか、または第１３図に承りように
ＭＰＭＰｂＯ２面の内部電極露出部分に対して一層置き
に絶縁層８を形成し、その上から外部電極６，７を形成
づることにより、各層の内部電極間で分極電圧を印加し
得るように構成している。

光明が解決覆べき問題点 積層セラミック圧電素子の製造工程にＪｊける積層体に
対づる分極処理においては、直流高電圧が印加された部
分ではセラミック内に分極が生じると同時に、その分極
に伴なって急激に歪、内部応力がＲ１づる。ところで前
述の第６図〜第８図に示ブ従来の積層コンデンサ構造の
積層体５においては、その中央部分では各層の上下の内
部電極２間で高電圧Ｖｐが印加されてその８１１分で分
極が生じるため大きな歪、内部応力がＲ１するが、左右
の側面ｂＡ、５１３付近の幅Ｗの部分は電極形成部分４
と電極非形成部分３とが上下に交互に位置していてその
部分には高電圧が印加されず、分極が生じないから、歪
、内δ１１応力がほとんどＲ１しない。したがって積層
体内でＲ１づる歪、内部応力が不均一どなるから、その
急激かつ不均一な歪、内部応力に起因して内部にクラッ
クがｌｌ生して内部破壊をＩＧきヤリい問題があった。

−力筒１１図〜第１３図に示ｊ全面電（′４ｉ栖ｊ４の
積層体５では一方の側面５Ａから他方の側面５Ｂの位置
まで各層とも全面に内部電極２が形成されているから、
全体に分極電圧が加わり、したがって分極による歪、内
部応力も均一となり、前述の従来のＭＡ層コンデンザ４
ＩＩＩ造のような問題は生じない。しかしながら通常の
積用圧電素子に３３いては上下の内部電極２間の間隔は
５０〜１０００趨程度に過ぎず、このような小さい間隔
の内部電極２の露出部分に対して一層置きに外部電極リ
ード端子６Ａ。

７Ａを取付け（第１２図）たりあるいは絶縁層８を形成
（第１３図）することは工業的に極めて困難であり、し
たがって積層コンデンサ構造を採用した場合と比較して
著しく高コスト化を１Ｇかざるを得ないのが実情であっ
た。

このメで明は以上の事情を背禁としてなされたもので、
王ｘ的なΦ産現模での低コストの！！！Ｊ造が容易な積
層コンｆン］ノ壱造を採用しながらし、分極９５Ｊ’ｌ
！蜀の急激かつ不均一な歪、内部応力を緩和して、内部
破壊の防止と低コスト化を同時に図るようにした積層セ
ラミック圧電素子用積層体の分極処理方法を提供ブるこ
とを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この弁明の積層セラミック圧電素子用積層体の分極処理
方法は、上下各層間に内部電極を有する積層セラミック
圧電素子用積層体であってかつ一方の側面の近傍の部分
およびその一方の側面と平行な伯の側面の近傍の部分で
は内部電極を形成した電極形成部分と内部電極を形成し
ていない電極非形成部分とが上下に交互に位置するよう
になされた積層セラミック圧電素子用８％層体に対して
分極９！ＩＦ！！を施すにあたり、積層体の上面と下面
との間に５０〜１０００ｋｌ　／　ｃＩＩの範囲内の一
定の荷重を加えながら内部電極間に所定の分極電圧を印
加することを特徴とりるものである。

作　　　用 この発明の分４Ｉ処理方法においては、分極処理時１な
りも内部電極間に分極電圧を印加する際に、積層体の上
面と下面との間に積層方向に（したがってｆ）欅電斤印
加方向と平行な方向に）５０〜１０００に！！ｆ／ＣＩ
！の範囲内の一定の荷重を均一に加えてＪプく。

このように荷重を加えた状態で分極を行なうことにＪ、
って、分極に伴なう急激かつ不均一な歪、内部応力を瑳
和することが′Ｃ″き、したがって梢苦体の内部破壊の
Ｒ生を防止することができる。

ここで、分極時に積層体に加える荷重が５０−／ｄより
小さければ、荷重を加えることによりＭ１体の内部破壊
を防止する効果が充分に得られず、一方１０００ｋｌ？
／ｃｉを越えれば、外部から加える荷重が大き過ぎてそ
の荷重によって逆に内部破壊が生じてしまうおそれがあ
る。したがって荷重は５０〜１０００暉／ｃＩｉの範囲
内とすることが必要である。

実施例 次にこの発明の分極処理方法を適用した積層セラミック
圧電素子の製造方法の実施例を、従来の通常の分極処理
方法を適用した比較例と対比して説明づる。

［比較例１ 先？／′第７図に承りように多数の内部電極２と一対の
外部型４４７６．７を有する圧電積層体５を次のように
してｆｌ製した。

すなわらチクン酸ジルコン耐鉛 Ｐｂ　（Ｔ　ｉｘ　Ｚ　ｒ’＋−ｘ）　０３　　（但し
ｘ＝０．４〜０．６でモル比を示す）を主成分とする圧
電セラミックＩ料仮焼粉末に、微量の布振バインダを添
加し、これを有１１溶媒中に分散させたスラリーを準備
した。このスラリーを、通常のセラミックコンデンサ製
造に使用されるキャスティング簿税装置によってマイラ
フィルム上に６００趨の厚さに塗布し、乾燥させた。こ
れをマイラフィルムから剥離し、圧電用セラミックグリ
ーンシートを得た。このグリーンシートを３０ｇ　ｘ　
３０闇の寸法に切断し、さらに第４図に示すようにその
グリーンシート１の表面に内部電４４ｉ２として白金ペ
ーストを３０ｍｍ　Ｘ　２７ｍｍの大きさでスクリーン
印や１し、３０ｔｍ　Ｘ　２７１１１の電極形成部分４
と３０＃ＩＸ　３ｍｍの′ｆｉ極非形成部分３とを有す
るグリーンシート１を得た。次いで第５図、第６図に示
すようにｒ＠極を印刷したクリーンシート１を電極形成
部分４ど電極非形成部分３とが１層ごとに左右交互に位
置するように２０枚積層し、かつその上に電極を全く印
刷していないグリーンシート１′を１積層層し、熱ｌレ
スにより圧着−体化さｔｉｔζ後、５００　’Ｃでバイ
ンダを飛散させてから表面研磨を施し、内部電極間距離
５００４　、積層数２１の積層体５を得た。その後第７
図に示すように、Ａｃｔ−Ｐｄ系の外部電極６．７を積
層体５の両側面５Ａ、５Ｂに印刷してｓｏｏ’ｃで焼付
けた。

以上のようにして得られた積層体５について、シリコン
オイル中において１００℃で外部型＃Ａ６゜７間に直流
１０００　Ｖの分子！電圧Ｖρを印加し、３０分間分極
処理を行なった（第８図）。

分極ｌｌ！Ｌ理後の積層体５の上下面の形状を表面粗度
形にて測定したところ、分極処理前の形状が第９図の破
線で示す形状であったのに対し、分極処理後には第９図
の実線で示す形状となっていることが判明しｌζ。ブな
わち、ｊべての層にａｔいて電極形成部分４が積層され
ている中央部分では歪が大さいのに対し、側面５Ａ、５
Ｂの３！ｉ傍て１．！歪が小さいことが判明した。そし
て内部応力が中央部付近と側面近傍部分とで大幅に異な
るため、第９図中に示したようにクランク１０Ｓｌｌ生
していること、１なわら内部破壊が生じていることが確
認された。

［実施例１ 比較例と同様にして第７図に承りような１１電積層休５
を作製した。この圧電積層体５について、第１図に示４
ように上面、下面を加圧プレート１１．１２によって挟
み、図示しない油圧シリンダにより所定の荷重を加えた
状態でシリコンオイル中において外部電極６．７間に直
流１ｏｏｏｖの分極電圧Ｖｐを印加し、３０分間分１１
１５Ｉ！１浬を行なった。

ここＴ：積層体５としては多数のものを用意し、積層体
５に加える荷重を２０〜２０００に！ｇｆ５’　ｃｍの
範囲内の神々の異なる値として分極処理を行なった。

分極処即後の積層体５の内部破壊の）也生のイｊ無を調
べたところ、釣Φが５０Ｍ／ｃｊｔ木渦の場合には、比
較例の場合よりは内部破壊の程度は小さいものの、第９
図の場合と同様な位置にクラック１０が光／１′ＩＪる
ことがルクめられた。−１ｊ尚Φが５０〜１０００ｋｓ
ｆ　、−□　ｃｍの場合には、第２図に示すように内部
１ｔ４２墳が全く生じないことが判明した。さらに向喚
が１０００ｋａｆ／ｃｊｉを越えた場合には、印加荷重
が大き過ぎるため、第３図に示すように積層体５の中央
部に内部破壊によるクラック１３が生じることが確認さ
れた。

光切の効果 前述の実／７１ｉｉ例からも明らかなように、この発明
のｈンスによれば、分極時に積層体の上面、下面間に荷
重を加えておくという簡単な手段を適用することによつ
Ｃ１分極時に光生する不均一な歪および内部応力を緩和
して、内部破壊の発生を防止することがでる。また口の
光切の方法は、ｌ１ｆ４層体の内部電極構造は従来の一
般的な積層コンデンサ構造と同様であれば良いから、外
部電極の形成も簡単で全面電極構造の場合のような著し
いコスト上昇を（ｔイくこともない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの光切の方法を実施している状況の一例を模
ヱ℃的に承り略解１面図、第２図はこの光切の方法によ
り分極処理を施した後の積層体の状況を示す略解正面図
、第３図は１０００に９ｆＺ　ｃｉ　’ｉ越える荷１を
加えつつ分極処理を行なった比較法による分極処ＪＩ！
！後の積層体の状況を示覆略解正面図である。第４図か
ら第９図までは積層コンＹンリー憫造を適用した従来の
方法を説明ザるた的の図て″、その第４図は電極印刷済
みのセラミックグリーンシートの一例を示す斜視図、第
５図はグリーンシートを積層する状況を示１斜視図、第
６図は積層体の正面図、第７図は外部電極を形成した状
態の積層体の正面図、第８図は分極処理前後の状況を示
す略解図、第９図はＷ４層体の分極処理前後の形状変化
１ｉよびクランク発生状況を示プ略解的な１面図である
。第１０図から第１３図までは全面電極構造を適用した
従来の方法を説明するための図で、第１０図は電極印刷
演みのグリーンシーｉ−を承り斜視図、第１１図はＷＱ
閾体を承り１間図、第１２図ＪｊＪ、ひ第１３図はそれ
ぞれ外部電極を形成した状態の一例を承り正面図である
。 ２・・内部電極、　３・・・電極Ｊ１形成部分、　４・
・・電極形成部分、　５・・・積層体、　５△、５Ｒ・
・・側面、６．７・・・外部電極、　１１．１２・・・
ｈロ圧プレート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 上下各層間に内部電極を有する積層セラミック圧電素子
   用積層体であつてかつ一方の側面の近傍の部分およびそ
   の一方の側面と平行な他の側面の近傍の部分では内部電
   極を形成した電極形成部分と内部電極を形成していない
   電極非形成部分とが上下に交互に位置するようになされ
   た積層セラミック圧電素子用積層体に対して分極処理を
   施すにあたり、 積層体の上面と下面との間に５０〜　１０００ｋｇｆ／
   ｃｍ＾２の範囲内の一定の荷重を均一に加えながら内部
   電極間に所定の分極電圧を印加することを特徴とする積
   層セラミック圧電素子用積層体の分極処理方法。