JPH01164080A - 電歪効果素子 - 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） 本発明は、縦効果を利用した電歪効果素子に関する。

（従来の技術と本発明が解決しようとする課題）電歪効
果の大きな材料を用いて第３図に示すような積層チップ
コンデンサ構造の素子を構成すると、低電圧で大きな歪
の発生する電歪効果素子が得られる。すなわち、第３図
（ａ）に示すように、電歪材料からなる膜または薄板１
の間に正の内部電極板２、負の内部電極板２゛を交互に
挾んで積層し、内部電極板２，２”をそれぞれ外部電極
３，３′に接続した構造である。しかし、上述の従来の
電歪効果素子は、同図（ｂ）の平面図から理解されるよ
うに、内部電極板２，２′との重なり部分が素子間の全
面積より小となり、周辺部分では画電極は重なっていな
い。従って、外部電極４，４′間に電圧を印加すると上
記電極の重なり部分のみ電界強度は弱くなり、周辺部分
の電界強度は弱い。このため素子周辺部分は変形しない
ばかりでなく、素子全体の変形を阻害し材料固有の歪量
を得ることができないという欠点がある。さらに、変形
する部分と、変形しない部分との境界に応力集中が起き
、高電圧印加、くり返し印加または長時間印加等により
磯波的に素子が破壊するという欠点もある。

上述の欠点を改良するため、第４図（ａ）、（ｂ）に示
すような構造にすることが考えられる。すなわち同図（
ａ）に示すように、内部電極板２，２”を電歪材料め膜
（または薄板）１の全面に交互に形成して積層し、複数
の内部電極板２の端部を相互に接続して外部端子Ａに接
続し、複数の内部電極板２′は外部端子Ｂに接続した構
造である。従って同図（Ｂ）に示すように内部電極板２
および２′は素子全面に形成されているので、電極端子
Ａ、Ｂ間に電圧を印加すると、電歪材料の膜１内の電界
分布が一様となり、素子は均一に変形し、応力集中も起
らない。すなわち、素子はほぼ材料固有の変形量を示し
かつ破壊しにくくなる。しかし、内部電極板２，２′が
接近しているので、内部電極板２相互間および内部電極
板２゛相互間を電気的に接続することが非常に難しい。

本発明の目的は、上述の事情に鑑み、素子全面に形成さ
れた内部電極板の表面との近傍の電歪材料上のみに絶縁
層を形成した電歪効果素子を提案することにある。

（課題を解決するための手段） すなわち本発明は、電歪材料の膜または薄板と内部電極
とが交互に積層され、一体となって焼結された電歪効果
素子であって該素子の前記内部電極板の端面が露出して
おり、この側端面上に露出した電極に対し、その全面又
は−層おきに無機絶縁層が露出電極の周囲を含む範囲に
形成されている構造である。

電極を無機材料で絶縁する場合には、デイツプ法、スク
リーン法などが一般的に行なわれている。しかしながら
、これらの方法では、絶縁層が露出電極の周囲だけでな
く、素子の全面を覆うような絶縁層の構造になり、本発
明にように電歪効果による素子の伸縮が生じると、無機
絶縁層にクラックが生じて、絶縁性を失ったり、無機絶
縁層によって電歪効果が小さくなるなどの不具合が生じ
、実用化が困難であった。

これは電歪効果素子が電圧を印加することによって伸縮
するが、無機絶縁層は伸縮しないため、無機絶縁層と電
歪効果素子の界面に歪を生じるためと考えられる。

しかもここで生ずる歪は素子の寸法が大きくなると伸び
の差も大きくなるため、１００％クラックを生ずる結果
となる。

これを解決する方法として伸縮可能な軟かい有機材料に
よる絶縁層形成が考えられるが、有機物による絶縁では
セラミック、金属などの接着性が少なく、有機材料自身
の耐湿性などの無機材料に比べ悪いため、特に高電圧が
加わるような電歪素子の絶縁としては実用化が困難であ
る。特に積層型の電歪効果素子では、内部電極の間隔が
数十ミクロン−１ミリ程度と非常に狭く、この間に数十
Ｖ〜数百Ｖと高い電圧を加えるため、有機物を含むよう
な絶縁層では実用化は困難である。

本発明はこのような問題点を全て解決し、電歪効果素子
を伸縮してもクラックが生じることなく、電歪効果素子
の伸縮率を阻害することなく、絶縁性、信頼性の高い無
機絶縁層を形成した電歪効果素子である。

（実施例） 次に本発明について実施例を示す図面を参照して詳細に
説明する。

第１図、第２図はそれぞれ本発明の一実施例を示す斜視
図と断面図である。すなわち本発明の電歪効果素子では
、外部に露出した内部電極板２，２′の素子側面におけ
る露出部および電歪材料膜１の素子側面における内部電
極に近い部分のみを外部電極３．３′でコートした構造
であるため、電歪材料の伸縮に対する歪発生が非常に小
さくなるため、絶縁層のクラック発生が全くなくなる構
造となっている。

一例として、長さ１０ｍｍのＰｂ（Ｍｇｌ／３Ｎｂ２／
３）０３を主成分とする電歪材料を用いて積層型電歪効
果素子を試作し、電圧ＩＫＶ／ｍｍを印加すると伸びて
長さが１０．０１ｍｍになる。

従って、この表面全面に絶縁層を形成すると、絶縁層に
対しても全体が１０．０１ｍｍになるような力が加わる
ことになる。さらに積層電歪効果素子の表面全面に絶縁
層を形成し、電歪効果素子を伸縮させると、絶縁層は伸
縮しないため、素子に曲げ応力が加わることになりこれ
も絶縁層および素子のクラック、ハクリの原因となる。

しかしながら、絶縁層を本発明のように分割することに
よって、絶縁層に加わる伸びはほとんどなく、さらに曲
げ応力も加わらなくなる。従って、電歪効果素子を伸縮
させた場合でも、絶縁層にクラック、ハクリなどの問題
を生ずることを全くなくすことが可能となった。

本発明の構造について実施例に基づいて説明する。まず
、マグネシウム・ニオブ酸塩 Ｐｂ（Ｍｇｌ／３Ｎｂ２／３）０３を主成分とする電歪
材料の粉末を有機バインダーとともに溶媒中に分散しス
ラリー状とする。これをドクターブレードを用いた、キ
ャスティング法によって、厚さ ３０μｍ〜２００ｐｍの均一な厚さのセラミック生シー
トとする。このセラミック生シートを ６０ｍｍＸ４０ｍｍの矩形に打ち抜き、表面に白金ペー
ストをスクリーン印刷法によって内部電極材料として印
刷する。

このセラミック生シートを含むＩＩ　ｉ　枚のセラミッ
ク生シートを積層圧着し、一体の積層体となす。この積
層体を９００°Ｃ〜１２００°Ｃの温度で焼結し、焼結
した積層体とする。

この焼結体を５ｍｍＸ５ｍｍの矩形状にダイヤモンドカ
ッターを用いて小片に切断する。切断した小片素子の内
部電極層の露出した４つのうち相対向する２つの面の内
部電極層上に一層おきにたとえば電極ペーストを塗布ま
たは印刷により形成し電気泳動用の電極として焼付ける
。所定のマスクにより電極を蒸着してもよい。この際前
記２つの面において同じ内部電極層の画側に電極を付け
ないように、該２つの電極を形成する内部電極層が一層
ずれるようにする。このようにして形成した電極にリー
ド線を接続し、これらを−本にまとめる。この素子を電
気泳動槽の中に入れ、前記リード線と対向電極の間に直
流電圧を５０Ｖ、３０秒間印加し、露出した内部電極表
面とその近傍に絶縁層を形成する。この際絶縁層を形成
したくない内部電極露出部には有機材料を形成しておく
、また均一な厚さで絶縁層を形成するために直流電界印
加中ば対向電極が素子周囲を移動するようにするか、対
向電極を素子周面に配置することが望ましい。所定の時
間直流電界を加え、絶縁層形成の終わった素子を９００
℃−１０分条件で熱処理を行なうと絶縁層が素子表面に
焼付けられる。

第５図は電気泳動法によって、電歪効果素子の露出内部
電極に絶縁層を形成する装置の一例を示す。ここで５は
電歪効果素子、６は対向電極、７，７′はリード線、８
は絶縁粉末のスラリー、９は直流電源、１０はガラス容
器を示している。

なお本実施例では無機絶縁材料の電気泳動法用スラリー
としては次の組成を用いた。

ホウケイ酸鉛素ガラス　　　　１０ｗｔ％エタノール　
　　　　　　　　８５ｗｔ％ポリビニルブチラール　　
　　５ｗｔ％この様にして外部絶縁層を形成した、電歪
効果素子に３００ｖの５０Ｈｚの交流電圧を印加し、伸
縮振動を１００時間連続で行わせても、絶縁不良その他
電気特性上の問題はなく、絶縁層のクラック、ハクリな
とも発生せず、電歪素子として実用化が可能であること
が認められた。

（発明の効果） 以上実施例から明らかなように、本発明の構造によると
、内部電極各層毎に、絶縁層が独立しているため、電歪
効果素子に電圧を印加し電歪効果による伸縮を起こさせ
ても伸縮に伴う絶縁層のクラック発生が全くなく、絶縁
層を形成したことによる無電界部による伸縮の妨害作用
も全くない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は同じ
く本発明の一実施例を示す断面図、第１図、第２図にお
いて１は電歪材料、２は内部電極、３，３′は無機絶縁
層である。第３図（ａ）、および（ｂ）は従来の積層チ
ップコンデンサ型の電歪効果素子の一例を示す断面図お
よび平面図、第４図（ａ）、（ｂ）は内部電極板を素子
全面に形成した構造の積層型電歪効果素子を示す断面図
および平面図、第３図および第４図において１は電歪材
料、２，２′は内部電極、４，４′は外部電極である。 第５図は電気泳動法によって絶縁層を形成する装置の断
面図、第５図において５は電歪効果素子、６は対向電極
、７，７′はリード線、８は絶縁粉末ノスラリー、９は
直流電源、１０はガラス容器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．電歪材料の膜または薄板と内部電極とが交互に積層
   され、一体となって焼結された電歪効果素子であって、
   該素子の側端面上の前記内部電極板露出部とその近傍の
   電歪材料上のみに無機絶縁層が直接形成されていること
   を特徴とする電歪効果素子。