JPH0519995B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電歪効果素子の製造方法に関するもの
である。

（従来の技術） 電歪効果素子とは固体の電歪効果を利用して、
電気エネルギーを機械エネルギーに変換するトラ
ンスデユサである。具体的には電歪効果の大きな
固体の対向する表面に金属膜等の電極を形成し、
電極間に電位差を与えたときに発生する固体の歪
を利用する。電界と平行方向に発生する歪（縦効
果歪）は垂方向に生じる歪（横効果歪）により一
般には大きいので、前者を利用する方がエネルギ
ー変換効率は高い。また、歪の大きさは電界強度
に関係し、電界強度が大きい程発生する歪も大き
い。

横効果を利用した電歪効果素子では一定の印加
電圧でも電界と垂直方向の寸法に比例した変位量
を得る事が可能である。しかしエネルギー変換効
率の高い縦効果を利用した電歪効果素子では外部
から印加する電圧を一定にして歪の発生する方向
の寸法を増すと、電界強度が低下するので変位量
は大きくならない。

従つて、この場合に大きな変位量を得るには電
界強度が低下しない様に印加電圧を大きくするこ
とが必要である。しかし、電圧を大きくするため
には大型でかつ高価な電源が必要になり、取り扱
いに対する危険度も増す。またこの電歪効果素子
を駆動するための制御回路も、使用されるICの
耐圧の制限のためあまり高い電圧を使用すること
は出来ない。

以上の欠点を改善するために積層チツプコンデ
ンサ型の構造が提案されている。この構造を第１
図ａ，ｂに示す。

第１図ａにおいて電歪材料１の内部に内部電極
２が一定の間隔で形成されており、一つおきに外
部電極３と接続している。内部電極の間隔は通常
のチツプコンデンサの技術で数10ミクロン程度に
することが出来る。この構造を採用すると電極間
距離がせまくなるため低電圧で駆動可能な縦効果
利用の電歪効果素子が実現出来る。

ところで積層方向から見た透視図第１図ｂから
明らかな様に、この構造では内部電極の重なる面
積（中央の矩形部分）は素子の断面積と比較して
小さい。従つて基本的には内部電極の重なつた部
分は電界に応じて変形するが、他の部分は変形せ
ず、このため高い電圧を印加して大きな歪を発生
させると変形する部分と変形しにくい部分との境
界に大きな応力の集中が起こり、素子が機械的に
破壊する欠点がある。

このような従来素子の欠点を改善するために積
層チツプコンデンサ型構造の電歪効果素子につい
て、その積層方向に平行な側面上に各内部電極に
平行に溝を形成する構造がある（特開昭58−
196077）。

すなわち該素子の積層方向に垂直な断面におい
て素子の変形に関与しない周辺部の一部を取り除
くことにより応力集中を緩和させることによりく
り返しパルス印加に対して機械的破壊に至るまで
の寿命を延ばし、さらに素子の変位量も増大させ
ることができる。

（発明が解決しようとする問題点） このような構造の素子を形成する製造方法とし
て焼結した素子にダイヤモンドカツターなどを用
いて溝を形成することが行われている。しかしな
がらこの方法では焼結体に機械加工によつて溝を
形成するため、加工条件によつてセラミツク素子
内部にマイクロラツクが生じ易く、これによる素
子劣化が認められるものが多く、素子歩留の低下
の原因となつていた。さらにこの方法では個別の
素子になつてから機械加工をするため量産性に乏
しく、素子のコストアツプの原因ともなつてい
た。

また機械加工によつて溝を形成するため、溝の
寸法にも限界があり、現在の技術では0.1mmの幅
が限界であるため、微細な溝を必要とする超小型
素子には従来技術を用いて溝の付いた素子を形成
することは不可能であつた。

（問題点を解決するための手段） この発明の要旨とするところは電歪効果を示す
材料と内部電極とが交互に積層され各内部電極が
一層おきに同一の外部電極に接続している電歪効
果素子であつて、該素子の積層方向と平行な側面
上に、各内部電極に沿つて所定の間隔で溝が１個
以上形成されている電歪効果素子の製造方法にお
いて、電歪効果を示す材料が焼結する温度までに
加熱によつて飛散または消失する材料を所定形状
に形成した空孔パターンを積層する工程を含むこ
とによつて焼結後の機械加工なしに素子に溝を形
成するものである。

この電歪効果素子の製造方法はあらかじめ溝と
なるべき部分に加熱によつて飛散又は消失する材
料で空孔パターンを形成することが重要な点であ
る。

この空孔パターンは加熱によつて飛散又は消失
する材料を印刷法、あるいは膜状のものを積層す
る方法、など種々の方法を用いることが可能であ
る。

（作用） 加熱によつて飛散又は消失する材料を積層する
工程で所定の部分に空孔形成パターンとして形成
することにより、電歪効果素子を焼結する工程に
おいて、電歪効果素子が焼結を始める前の温度で
該当空孔パターンが飛散・消失することによつて
電歪効果素子の内部に空孔が形成され、これを素
子の形状に切断するとこの空孔部分が溝となり、
溝を形成したと同様の効果が得られる。なお積層
後、素子毎の形状に切断した後に焼成してもよい
し、積層後焼成した後に素子毎に積層してもよ
い。

（実施例） 以下実施例に従つて本発明の詳細な説明を行な
う。

実施例 １ マグネシウム・ニオブ酸鉛Pb（Mg1/3Nb2/3）
O₃とチタン酸鉛PbTiO₃をモル比で９対１の割合
で固溶させるセラミツク材料を用いて本発明の電
歪効果素子を作製した。

本材料は大きな電歪効果を示すことがよく知ら
れている。

本材料の予焼粉末と有機バインダー、有機溶媒
とを混合し、泥漿を作製した。この泥漿をドクタ
ーブレード法でフイルム上に数100ミクロンの厚
さにキヤステイングしグリーンシートを作製し
た。該シートを乾燥し、マイラーフイルムから剥
離し、所定の形状に切断した後、白金ペーストを
片面に印刷した。

また空孔を形成するために、所定の空孔形成パ
ターンをグリーンシート上にスクリーン印刷法に
よつて10μmの厚さに印刷した。空孔形成パター
ンはグラフアイトの粉末を有機ビヒクルを混合し
たペーストを用いて印刷した。

これらのシートを所定の組合せに従つて数10枚
積層、圧着し、所定の形状に切断した。これを
1200℃の温度で焼結し、外部電極を形成し、第２
図に示す構造の溝を形成した積層チツプコンデン
サ型電歪効果素子を得た。１は電歪材料、３は外
部電極、４はリード線である。寸法は３mm×３mm
×10mmで、内部電極間間隔は250ミクロンである。
形成された溝は幅0.008mm、深さ0.1mmで素子の周
囲に２mm間隔で形成された。この際、溝により分
割された外部電極はリード線で接続した。

第３図は従来構造の電歪効果素子と本発明の素
子に関する高さ方向（積層方向）変位量の印加電
圧依存性を示している。印加電圧が等しい場合に
は本発明の電歪効果素子の方が変位量の大きいこ
とがわかる。なお前記溝は外部電極を分割しない
ような位置に形成することも可能である。

実施例 ２ マグネシウム・ニオブ酸鉛Pb（Mg1/3Nb2/3）
O₃とチタン酸鉛PbTiO₃をモル比で９対１の割合
で固溶させたセラミツク材料を用いて本発明の電
歪効果素子を作製した。

本材料は大きな電歪効果を示すことがよく知ら
れている。

本材料の予焼粉末と有機バインダー、有機溶媒
とを混合し、泥漿を作製した。この泥漿をドクタ
ーブレード法でフイルム上に数100ミクロンの厚
さにキヤステイングしグリーンシートを作製し
た。該シートを乾燥し、マイラーフイルムから剥
離し、所定の形状に切断した後、白金ペーストを
片面に印刷した。

空孔形成パターンとしてポリアクリル予樹脂の
100μmの厚さのシートを所定の形状にパンチング
法によつて打抜いたものを用いた。

空孔形状パターンを含むこれらのシートを所定
の組合せに従つて数10枚積層、圧着し、所定の形
状に切断した。これを1200℃の温度で焼結し、外
部電極を形成し、第２図に示す構造の溝を形成し
た積層チツプコンデンサ型電歪効果素子を得た。
寸法は３mm×３mm×10mmで、内部電極間間隔は
250ミクロンである。形成された溝は幅0.08mm、
深さ0.1mmで素子の周囲に２mm間隔で形成された。

この際、溝により分割された外部電極はリード
線で接続した。

これらのシートを所定の組合せに従つて数10枚
積層、圧着し、所定の形状に切断した。これを
1200℃の温度で焼結し、外部電極を形成し、第２
図に示す構造の溝を形成した積層チツプコンデン
サ型電歪効果素子を得た。寸法は３mm×３mm×10
mmで、内部電極間間隔は250ミクロンである。形
成された溝は幅0.040mm、深さ0.1mmで素子の周囲
に２mm間隔で形成された。

この際、溝により分割された外部電極はリード
線で接続した。

実施例 ３ 実施例１，２と同様の材料を用いて電歪効果素
子を作製した。

この材料の予焼粉末と有機バインダー、有機溶
媒とを混合し、泥漿を作製した。この泥漿をドク
ターブレード法でフイルム上に数100ミクロンの
厚さにキヤステイングしグリーンシートを作製し
た。該シートを乾燥し、マイラーフイルムから剥
離し、所定の形状に切断した後、白金ペーストを
片面に印刷した。

空孔形成バターンは感光性アクリル樹脂を用い
て形成した。すなわちポリエステルフイルム上に
感光性アクリル樹脂をコーテイングし50μmの厚
さの感光性フイルムを形成した。このフイルムに
所定の形状のフオトマスクを用いて紫外線露光を
行い、現像によつて空孔形成バターンとした。

実施例１〜３に示した構造の素子と従来のコン
デンサ型素子に関して、最高電圧250V、パルス
巾1msの正弦波電圧パルスを繰り返し連続的に印
加した。その場合の変位量と寿命を第４図に示
す。

従来構造の電歪効果素子は最大変位量が1.3ミ
クロンで、かつ約25000回程度の繰り返し印加パ
ルス数に対して機械的に破壊した。一方本発明の
電歪効果素子は最大変位量が1.9ミクロンと大き
く、かつ１億回の繰り返し電圧パルスを連続的に
印加しても破壊しなかつた。

（発明の効果） 以上の実施例から明らかなように本発明の製造
方法による電歪効果素子は変位量、寿命が共に従
来構造の電歪効果素子より優れている。さらに、
本発明の製造方法によつて従来の製造方法ではク
ラツク等の発生による歩留の低下を改善するとと
もに、製造方法が複雑なため加工精度が出ず、加
工が不可能であつたように微細な素子に対しても
溝を入れることが可能となつた。また本発明の製
造方法によつて従来カツターなどを用いて溝を入
れていたものと比らべ、製造方法工程の飛躍的な
減少を可能にした。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来構造の電歪効果素子の構造図。第
２図は本発明による構造の電歪効果素子の構造
図。第３図は本発明の電歪効果素子と従来の素子
の変位量の印加電圧依存性を示す図。第４図は本
発明の電歪効果素子と従来の素子の繰り返しパル
ス電圧印加と寿命の関係を示す図。 図において１は電歪材料、２は内部電極、３は
外部電極、４はリード線である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電歪効果を示す材料と内部電極とが交互に積
   層され各内部電極が一層おきに同一の外部電極に
   接続している電歪効果素子であつて該素子の積層
   方向と平行な側面上に、各内部電極に沿つて所定
   の間隔で溝が１個所以上形成されている電歪効果
   素子の製造方法において、電歪効果を示す材料か
   らなる生シートと内部電極と電歪効果を示す材料
   が焼結する温度までに加熱によつて飛散または消
   失する材料を所定形状に形成した空孔パターンと
   を積層する工程を含むことを特徴とする電歪効果
   素子の製造方法。