JPH0256829B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明の方法は圧電又は電歪材料の電気・機械
エネルギー変換能力を利用した駆動素子や微小変
位素子等のエレクトロメカニカルデバイスの製造
方法に関するものである。

（従来技術とその問題点） 縦効果を利用した電歪効果素子の構造において
素子断面積と同じ大きさの内部電極を有すること
が必要である。これは電圧印加時に電歪材料又は
圧電材料全体に均一な電界を発生させるためであ
る。内部電極面積が素子断面より小さいと電歪又
は圧電材料内部の内部電極端部付近に必ず電界の
不均一な部分が生まれそれに伴つて強い応力集中
が起こる。

また低電圧で大きな電界を発生させ大きな歪を
得るためには、内部電極相互の間隔を100ミクロ
ン程度にして多数の内部電極を電歪又は圧電材料
内部に形成することが必要である。

以上２つの理由で縦効果を利用した電歪効果素
子を電気的に接続するのは従来の方法では非常に
困難である。つまり前者の制約より積層セラミツ
クコンデンサで行なわれるように素子端面全体を
被うような外部電極による接続方法は用いること
ができない。また後者の制約により厚膜プロセス
等で用いられている絶縁膜と導体の印刷による形
成法は精度上から適用が困難である。

そこで本発明者等は先に電気泳動法により電歪
又は圧電材料積層体の端面に露出した内部電極層
とその近傍のセラミツク上に一層おきに無機絶縁
物を形成することを特徴とする電気的接続方法を
提案した。第１図はこの方法により電気的接続を
行なつた電歪効果素子の外観図である。電歪材料
１，２と内部電極とが積層されて構成される素子
の端面に露出した内部電極層およびその周辺のセ
ラミツク上に一層おきに無機絶縁物５が形成され
ている。裏側の端面には一層ずらした内部電極上
に同じく、無機絶縁物６が形成されている。この
絶縁物および露出したままの内部電極４を横断し
て帯状の外部電極７が形成されている。図中番号
３と４で示される多数の内部電極は一層おきにプ
ラス側外部接続端子１０およびマイナス側外部接
続端子８にそれぞれ接続している。

この構造の素子の問題点は形成した絶縁物の巾
が狭いことである。第２図はこの構造の素子に直
流電圧を印加した時の構造図を示す。矢印は電気
力線を示す。外部電極７，９の形成面の近傍につ
いてみると、絶縁物５，６の巾が狭いため外部電
極７，９と内部電極３，４との間に他の部分より
強い電界が発生するのがわかる。その方向も他の
大部分の場所と異なつて内部電極面に平行な成分
を持つている。その結果この部分に不均一な歪の
発生に奇因する応力集中が発生し1.5kV／mm以上
の強電界を素子に印加すると素子が破壊する。ま
た電気泳動法により内部電極露出層とその周辺の
セラミツク上を広く被うと厚みも比例して増加し
形成された絶縁物の体積が大きくなり素子の変位
を抑圧する。また電気泳動法により絶縁を行なう
場合、工程上の不良が発生するとシヨート状態と
なり素子は全く使用不能となる。故障モードはオ
ープン状態の方が望ましい。

（発明の目的） 本発明は絶縁の信頼度を向上させ、同時に電歪
材料内部の電界の均一化により高電界駆動と大き
な歪の発生を得ることができ、絶縁耐圧の向上が
可能となる電歪効果素子の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

（発明の構成） 本発明は電歪材料と内部電極とを交互に積層
し、該積層体において内部電極端部が露出した相
対向する二側面に該内部電極端部と一層おきに接
続する外部電極を形成する電歪効果素子の製造方
法において、内部電極端部が露出した積層体側面
の一層おきの内部電極上に電着法により有機材料
を折出させ加熱、固着させる工程、該積層体側面
の他の部分にガラス粉末を堆積させる工程、該積
層体を熱処理し、有機材料を分解させガラス粉末
を焼付ける工程、該積層体側面に一層おきに露出
した内部電極端部を接続する外部電極を当該側面
上に形成する工程とを備えたことを特徴とする電
歪効果素子の製造方法。

（構成の詳細な説明） 本発明は上述の方法をとることにより、従来の
電気泳動法による電歪効果素子の製造方法の問題
点を解決した。

まず、絶縁物の形成を堆積により行なうことと
したため絶縁の信頼性が大きく向上した。また不
良のモードが接続不良となりオープン状態となつ
た結果不良素子の歪の発生は数十分の一程度減少
するものの素子としては充分に使用できることに
なつた。一方電着による有機材料の形成によつて
絶縁パターン作製を行なうことにより絶縁膜の開
口部を狭くすることができるようになつた。第３
図は以下に示す実施例の方法により電気的接続を
行なつた電歪効果素子の概略図である。誘電率の
低いガラス被膜３１，３３が素子の端面を広く被
つているため素子側面の外部電極の影響を受ける
ことなくセラミツク内部に均一な電界が発生し応
力の集中が起こらなくなつた。ここで２１，２２
は電歪材料、２３，２４は内部電極、３２，３４
は外部電極、３５，３６は外部接続端子である。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳
細に説明する。マグネシウムニオブ酸鉛およびチ
タン酸鉛を主成分とする電歪材料予焼粉末に微量
の有機バインダを添加しこれを有機溶媒中に分散
させたスラリーを準備した。通常の積層セラミツ
クコンデンサの製造に使用されるキヤステイング
製膜装置によりこのスラリーをマイラーフイルム
上に約100ミクロンの厚さに塗布し乾燥させた。
これをフイルムから剥離し電歪材料グリーンシー
トを得た。一部のグリーンシートにはさらに内部
電極として白金ペーストをスクリーン印刷した。
これらのグリーンシートを数百枚重ね、熱プレス
により圧着一体化した後1240℃で焼成し電歪材料
積層体を得た。これを内部電極が一層おきに表面
に露出するような位置２ケ所で切断し、あらわれ
た面に仮設外部電極を塗布焼き付けし、さらに前
記仮設外部電極形成面と異なる側面２ケ所を切断
し、内部電極全層を露出させた。

第４図は以上のようにして作製した仮設外部電
極付電歪材料積層体と以下に説明する方法で形成
する有機物質膜２７の形成位置を示す外観図であ
る。図中番号２１および２２は電歪材料、２３は
内部電極で一層おきにそれぞれ仮設外部電極２５
と２６に接続している。

次にこのような積層体に電着法により有機物質
を形成する。電着法に用いる懸濁液は、カチオン
系電着塗装用エマルジヨンと樹脂硬化剤および水
とからなる。この懸濁液を容器に満たし前記積層
体および金メツチ処理済のステンレス製対向電極
板を沈め、前記仮設外部電極の一方を直流電源の
マイナス側端子に、前記対向電極板をプラス側端
子に接続し直流電圧を約５分間印加するとマイナ
ス側端子に接続している内部電極露出部の上に前
記エマルジヨン粒子が付着する。これを200℃30
分間加熱して固着させ有機物質の帯状膜２７を形
成する。次にこの積層体を有機物質膜形成面を上
にしてホウケイ酸亜鉛系結晶化ガラス粉末とエタ
ノールとからなる懸濁液中に15分間静置する。

第５図は帯状有機物質膜を形成した端面にガラ
ス粉末を堆積した電歪材料積層体の外観図を示
す。図中番号２８は積層体端面上に堆積したガラ
ス粉末、２９は有機物質膜上に堆積したガラス粉
末によるうね状の盛りあがりをそれぞれ示す。第
６図はこの積層体の断面を示す。図中番号２１と
２２は電歪材料、２３と２４は内部電極、２７は
有機物質膜、２８と２９は堆積したガラス粉末を
それぞれ示す。

次に有機物質膜上に堆積したガラス粉末２８の
みをスクレツパー等で削り取る。その後500℃30
分間加熱して有機物質膜２７を熱分解によるガス
化によつて取り除く。次に700℃で10分間焼成し
ガラス被膜３１を形成する。

第７図は有機物質膜上のガラス粉を取り除いた
積層体の断面を示す。第８図は有機物質膜を熱分
解により除去した積層体の断面図である。図中番
号３０は有機物質膜の消失した空間、２９は堆積
したガラス粉を示す。第９図および第１０図はガ
ラスを焼き付けた積層体の断面図と外観図であ
る。ガラスは溶解の過程で表面張力により角がと
れやや広がつて積層体表面に固着する。図中番号
３１は形成されたガラス被膜、２４は露出してい
る内部電極端部をそれぞれ示す。ガラス被膜の開
口部は第２図に示す電気泳動法によりガラス被膜
を形成した場合にくらべて狭くなつている。本発
明によればガラス軟化温度での保持時間を変える
ことによりガラスの流れ具合をコントロールして
開口部の広さを決めることができる。

同様の方法と手順で反対側の端面の内部電極一
層分だけずらした位置にガラス被膜３３を形成す
る。

次に外部電極をペースト印刷と焼付けにより表
側と裏側の端面に形成する。第１１図は外部電極
３２を形成した積層体の外観図である。図中破線
の位置で切断し最終素子形状となる。第１２図は
得られた電歪効果素子の外観図である。第１３図
は同じく構造図を示す。図中番号２１と２２は電
歪材料、３１と３３はガラス被膜、３２と３４は
外部電極、３５と３６はそれぞれプラス側マイナ
ス側の外部接続端子を示す。本発明による素子は
有機絶縁材料等でさらに外装することにより耐環
境性を向上させることが可能である。

（発明の効果） 本発明の方法は一度端面の全面にガラス粉を堆
積してから不必要部分を除去しているので絶縁す
べき箇所は確実に絶縁されており絶縁不良による
シヨートを主な原因としていた歩留りの低さが50
％から95％へと大きく改善された、絶縁物の巾が
広がりうね状から膜状にと近づき堅固なガラス被
膜が形成されたため、絶縁耐圧が500Vから900V
へと大きく改善された。また絶縁物が広がつた結
果セラミツク内部に発生する電界のうち内部電極
に対して平行な成分が大幅に減少して均一な電界
が発生する。その結果、2kV／mm以上の高電界で
駆動できて変位が大きくとれる、1kV／mm程度の
通常の電界強度での駆動では１億回以上の長期連
続駆動時の不良発生率が大きく減少する等の特性
改善が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気泳動法を用いて作製した電歪効果
素子の斜視図である。第２図は第１図の素子の断
面と直流電圧印加時の電気力線を示す図である。
第３図は本発明の方法により作製した電歪効果素
子の断面と直流電圧印加時の電気力線を示す図で
ある。第４図は端面に露出した内部電極とその周
辺のセラミツク上に一層おきに電着法により有機
物質膜を形成した電歪材料積層体の外観図であ
る。第５図と第６図はそれぞれ端面上にガラス粉
末を堆積させた電歪材料積層体の斜視図と断面図
である。第７図は有機物質膜上に堆積したガラス
粉末のみを削り取つた電歪材料積層体の断面図で
あり、第８図は同積層体を500℃で加熱し有機物
質膜を熱分解して除去せしめたものの断面図を示
す。第９図はこの積層体を700℃で焼成しガラス
被膜を形成したものの断面図であり、第１０図は
同じ積層体のガラス被膜形成面を示す斜視図であ
る。第１１図は前記ガラス被膜形成面に複数の外
部電極を形成させた電歪材料積層体を示す斜視図
である。第１２図は反対側端面にも同様にガラス
被膜と外部電極を形成した後最終形状に切断して
得た電歪効果素子を示す外観図であり、第１３図
は同じく断面図である。 図中番号１，２，２１，２２は電歪材料、３，
４，２３，２４は内部電極、５と６はガラス被
膜、７，８，９，１０はそれぞれ外部接続端子を
示す。２５と２６はそれぞれマイナス側プラス側
の仮設外部電極を示す。２７は有機物質膜を示
す。２８，２９はそれぞれ有機物質膜上、電歪材
料上に堆積したガラス粉末を示す。３０は有機物
質膜の熱分解による消失によつて生まれた空へき
を、３１，３３はガラス被膜を示す。３２と３４
はそれぞれプラス側マイナス側の外部電極を示
す。３５と３６はそれぞれプラス側マイナス側の
外部接続端子を３７は直流電源を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電歪材料と内部電極とを交互に積層し、該積
   層体において内部電極端部が露出した相対向する
   二側面に該内部電極端部と一層おきに接続する外
   部電極を形成する電歪効果素子の製造方法におい
   て、内部電極端部が露出した積層体側面の一層お
   きの内部電極上に電着法により有機材料を折出さ
   せ加熱、固着させる工程、該積層体側面の他の部
   分にガラス粉末を堆積させる工程、該積層体を熱
   処理し、有機材料を分解させガラス粉末を焼付け
   る工程、該積層体側面に一層おきに露出した内部
   電極端部を接続する外部電極を当該側面上に形成
   する工程とを備えたことを特徴とする電歪効果素
   子の製造方法。