JPS6086884A - 電歪効果素子の製造方法 - 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】 本発明は縦効果を利用した電歪効果素子の製造方法に関
するものである。

縦効果を利用した電歪効果素子の構造においては電歪材
料全体に電界を発生させることにより歪発生時の応力集
中を防ぐため素子の断面全体と同じ大きさの内部電極を
持つことが必要である。また低電圧で高い電界を発生さ
せ大きな歪を得るためには内部電極相互の間隔を１００
ミクロン程度にすることが必要である。以上２つの理由
で素子断面と同じ面積の内部電極を有する電歪効果素子
を電気的に接続するには大きな困難が伴う。

そこで本発明者等は先に電気泳動法により、電歪材料積
層体の端面に露出した内部電極層とその近傍のセラミッ
ク上に一層おきに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図はその方法により接続した電歪効果素子の外観図
である。端面に露出した内部電極層およびその近傍のセ
ラミック上に電気泳動法により一層おきに絶縁物７が形
成されている。裏側の端面には一層だけずらした内部電
極上に同じく絶縁物８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１１を形成する。裏側にも同様に内部電極３に対して
外部電極を形成することにより多数の内部電極は一層お
きにプラス側端子１３又はマイナス側端子１２にそれぞ
れ接続される。これらの外部端子間に直流電圧を印加す
ることにより保護膜部１を除く電歪材料２全体に均一な
電界が発生し、積層方向と平行に素子が伸長する。応力
集中がないため繰り返し電圧を印加しても素子は破壊せ
ず、また内部電極間距離が１００ミクロン程度と短かい
ため１００ｖ以下の低電圧で駆動することができる。

この素子の製造方法について簡単に説明する。

まず、第２図に示すような内部電極３．４と電歪材料１
．２とを交互に積層した積層体を積層セラミックコンデ
ンサの製造技術を応用して作製する。

多数の内部電極３，４は表側と裏側の端面に露出してお
り、また側面に形成した２つの仮設外部電極５．６に一
層おきに交互に接続している。懸濁液中にこの積層体と
対向電極用金属板とを設置し。

直流電圧をこの対向電極板から、前記仮設外部電極５に
向けて印加すると懸濁液中のプラスに帯電したガラス粉
末は電気泳動によって内部電極３とその近傍の電歪材料
上に付着する。

第３図は表側の端面にガラス粉末を付着させた積層体の
外観図である。図中番号１は保護膜の働きをする電歪材
料、２は電界が発生して歪を生ずる部分の電歪材料を示
す。４は露出している内部電極を示し、それらの間に存
在する内部電極は帯状のガラス粉末付着７によって被わ
れている。該ガラス粉末を焼成固着させた後、裏側の端
面についても同様な方法でガラス粉末を付着し、焼成固
着させガラス被膜を形成させる。ガラス被膜を形成した
積層体は第４図に破線で示すような位置で切断され、両
端の小片９を除いた数個の小片１ｏに外部電極１１を形
成すると第１図（ａ）に示す電歪効果素子が得られる。

この方法の問題点としては時々付着性の非常に悪い懸濁
液が得られることおよび最初付着性の良好であった懸濁
液が使用開始後、短時間で付着性が急化し、はとんど付
着しなくなるか又は切れやくびれの非常に多い付着しか
得られなくなることである。原因としては空気中の酸素
が懸濁液に溶解してガラス粉末の帯電状態を変化させて
しまうからと考えられる。懸濁液は高速ホモミキサーに
よる混合、分散によって作製されるので空気中の酸素が
とりこまれて溶解しやすい。また、電気泳動付着作業中
には外気にさらされた状態で試料や治具の出し入れを行
なうため空気中の酸素が収り込まれやすい。

本発明の目的は上記欠点を解決した電歪効果素子の製造
方法を提供するものである。

本発明は帯電したガラス粉末を含む懸濁液中において、
電歪材料と内部電極との積層体の内部電極層の全部又は
一部を一方の電極とし、対向電極板を他方の電極として
両電極間に直流電圧を印加し、′−気気泳動法よって前
記の帯電したガラス粉末を前記積層体表面の内部電極層
の露出部の全部又は一部およびその周辺の電歪材料上に
付着させる工程を有する電歪効果素子の製造方法におい
て、前記工程中直流屯圧印加の前文は／および印加中に
窒素等の不活性ガスを前記懸濁液に通気させる電歪効果
素子の製造方法である。これにより充分な巾と厚みを持
ち、切れやくびれのない良好な帯状付着を得ることがで
きる。

方法は簡単で窒素等の不活性ガスを懸濁液内に設置した
パイプより噴出させるだけである。電圧印加前は２００
リットル毎時で１時間バブリングすることにより付着性
の良好な懸濁液が得られる。

また電圧印加中は１５０　！Ｊットル毎時程度の不活性
ガスを流すことにより、６時程度度連続して不着を行な
っても常に良好な結果が得られる。電圧印加時には懸濁
液中で電気化学反応に伴う物質移動により定常的な流れ
が生じて電界の弱い部分ができ部分的に付着しなくなる
ことがある。これを防ぎ、積層体端面全体に良好な付着
を得るには懸濁液をカクハンしなければならないが、カ
クハンによる酸素の溶解で付着性が悪化する問題がある
。

本発明の方法を適用して電圧印加時に、カクハンと同時
に窒素ガスをバブリングさせることにより、懸濁液の疲
労がなくなり、長時間の作業中宮に良好な付着が得られ
る。

以下、実施例に従って本発明の詳細な説明を行なう。

まず第２図に示すような構造の多数の内部電極と１組の
仮設外部電極とを有する電歪材料積層体をして以下の方
法により作製する。

マグネシウムニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ％ＮｂＸ　）Ｏｓ
　）およびチタン酸鉛（ＰｂＴｉ０．　）　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ーを添加し
。

これを有機溶媒中に分散させたスラリーを準備した。通
常の積層セラミックコンデンサの製造に使用されるキャ
スティング製膜装置によりこのスラリーをマイラーフィ
ルム上に百ミクロンの厚さに塗布し乾燥させた。これを
フィルムから剥離し、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更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１０枚重ね、熱プレスにより圧着一体化した後、１２
５０℃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で切断し仮設
外部電極を塗布焼付けし更に側面を切断して第２図に示
すような内部電極が露出している積層体を得た。このよ
うにして得られた電歪材料積層体に電気泳動法を適用す
る。第２図において１は保護膜部分の電歪材料、２は歪
を生じる電歪材料をそれぞれ示す。内部電極３，４はそ
れぞれ５と６で示す仮設外部電極に接続しており、他の
内部電極は一層おきに交互に２つの仮設外部電極に接続
されている。

次に付着物であるガラス粉末を含む懸濁液を以下の方法
で作製する。ホウケイ酸亜鉛系結晶化ガラス粉末３０ｇ
、エタノール２９０ｍＡ！　、　５４　Ｅｌつ素エタノ
ール溶液１０　ｍｌを高速ホモジナイザーで混合する。

ヨウ素が電解質の役割を果たし、ガラス粉末はプラスに
帯電している。３０分間超音波をかけた後、（資）分間
静置して沈殿物を除去もした。このような懸濁液を６つ
準備し、以下に述べる実験に用いた。

比較のために３つの懸濁液は前処理として窒素ガスによ
るバブリングを毎時２００７で１時間行なった。そして
、無処理のもの、前処理を行なったもの、それぞれにつ
いて、懸濁液を■静止状態、■カクハン、■カクハンし
ながら窒素ガスを毎時１５０１バブリング、の３通りの
状態で２０　Ｖ　ａｏｏ秒の直流電圧を印加し付着を行
なった。

第５図〜第８図はカクハンおよび窒素ガスをバブリング
した場合の電気泳動装置の組立て方および接続方法を示
す外観図である。第５図は電歪材料積層体２２の配置を
示しており、円筒型容器２１内に付着すべき端面を外側
に向けて配置する。付着させない端面ば粘着テープで被
って保護する。付着させる内部電極をまとめた仮設外部
電極に導線部を取りつける。第６図は電気的接続方法を
示す。

前記導線おはリング２５にまとめた後、直流電源路のマ
イナス端子届に接続される。積層体端面と容器との間に
は円筒型対向電極冴が設置され、前記直流電源のプラス
端子２７に接続されている。第７図はカクハンおよびバ
ブリングの方法を示す。内径５ｍのステンレス管刃を懸
濁液２９内に導き、これを用いて窒素ガスをバブリング
させる。カクハンはステンレス製羽根３１を回転させて
行なう。第８図はこれらを全て組立て、接続した電気泳
動装置を示す。前記ステンレス製羽根はモータ３２によ
って回転し懸濁液をカクハンする。

以上の装置を用い、多数の電歪材料積層体を使って繰り
返し電気泳動付着を行ない、端面内での付着の均一性、
切れやくびれの状態、懸濁液の疲労、ガラス粉末の沈降
の４項目について付着性を総合的に調べた。表はその結
果をまとめたものである。Ｘ印は不良、Δ印は時々状態
が悪化、○印はおおむね良好、◎印は非常に良い、であ
る。

この結果をみると電圧印加中には窒素ガスを常にバブリ
ングしておくことが必要であり、また前処理としても窒
素ガスのバブリングが効果のあることが明らかである。

電歪材料積層体の端面に電気泳動法により帯状のガラス
粉末を精度よく安定に形成するには懸濁液中でのガラス
粉末の帯電状態を良好に保つこと、乱流を生じさせて均
一な付着を端面全体に形成することの２点が重要である
が、窒素ガス等の不活性ガスによる懸濁液のバブリング
が大きな効果をあげる。この方法を用いることにより、
優秀な絶縁被膜が形成でき、絶縁耐圧の高い、良好に電
気的接続をされた電歪効果素子が安定に製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気泳動法を用いた絶縁膜を利用して電気的接
続を行なった電歪効果素子の外観図である。図中番号１
は保護膜部の電歪材料、２は歪を発生する部分の電歪材
料、３．４は内部電極、７゜８は電気泳動法により形成
した絶縁膜をそれぞれ示す。１１は外部電極、１２．１
３はマイナス側およびプラス側の外部接続端子をそれぞ
れ示す。 第２図は電気泳動法を適用するための仮設外部電極付電
歪材料積層体の外観図である。図中番号５．６は内部電
極を一層おきに４ｔｌ互に接続している仮設外部電極を
示す。 第３図は内部電極露出部とその周、１のセラミック上に
一層おきにガラス粉末を付着させた電歪材料積層体を示
す。図中番号７は付着させこガラス粉末を示す。 第４図は両方の端面にガラス谷１．１１俵をノー３成し
た電歪材料積層体と、その切断位置を示す外観図である
。図中番号９は両端の使用できない小片％ｌＯは電歪効
果素子として使用できる部分をそれぞれ示す。 第５図は電歪材料積層体の設置方法を示す外観図である
。図中番号２１は容器、２２は積層体、詔は導線をそれ
ぞれ示す。第６図は電気的接続方法を示す外観図である
。図中番号スは対向電極板、あは接続用リング、２６は
マイナス端子、２７はプラス端子、あは直流電源をそれ
ぞれ示す。第７図はカクハンおよびバブリングの方法を
示す外観図である。図中番号２９は懸濁液％３０はステ
ンレス製管、３１はステンレス製羽根を示す。第８図は
組み立て、接続した電気泳動装置全体を示す外観図であ
る。 図中番号３２はモーターを示す。 第１図 １３ 第２図 ５３図 第Ｌ／−図 第５図 ？？ 第す図 １１１１ 第７図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 帯電したガラス粉末を含む懸濁液中で、電歪材料と内部
   電極との積層体の内部電極層の全部又は一部を一方の電
   極とし、対向電極板を他方の電極として両電極間に直流
   電圧を印加し、電気泳動法によって前記の帯電したガラ
   ス粉末を前記積層体表面の内部電極層の露出部の全部又
   は一部およびその周辺の電歪材料上に付着させる工程を
   有する電歪効果素子の製造方法において前記工程中、直
   流電圧印加の前又は／および印加中に窒素等の不活性ガ
   スを前記懸濁液に通気させることを特徴とする電歪効果
   素子の製造方法。