JPS6214483A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は縦効果を利用した積層コンデンサ構造を有する
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〕

積層コンデンサ構造を有する電歪効果素子は低電圧で大
きな歪を発生する優れたアクチーエータ−である。この
素子は、第１２図ａ）及びｂ）Ｋ示すように、電歪材料
２１と、該電歪材料２１を間に挾むように積層された内
部電極２２゜２３とからなり、該内部電極２２．２３が
、向い合う側面に設けられた二つの外部電極２４．２５
に内部電極２２．２３の一端部で一層ごと交互に電気的
に接続された構造を有している。そのため、一方の外部
電極２４に接続された内部電極２２ともう一方の外部電
極２５に接続された内部電極２６とは中央では重なって
いるが内外部電極２４，２５の近くでは重なっていない
。

このような電歪効果素子の外部電極２４．２５間に電圧
を印加すると基本的にはプラス側内部電極とマイナス側
内部電極の重なった部分２６だけが電界強度が高くなり
、その部分の電歪材料の変形が生じる。外部電極近傍の
内部電極の重なっていない部分２７．２８は電界強度が
弱いため、変形しないばかりか、該素子全体の変形を阻
害する働きをする。

したがって、このような構造の素子では電歪材料固有の
歪量を得ることができない。また、？ｔＪｔ圧を印加し
たり、長時間電圧を印加したりする場合、変形する部分
としない部分の境界に応力集中が起ることにより素子が
破壊される恐れがあるといり問題がある。

上記の問題を改善するために１第１３図ａ）及びｂ）に
示すように内部電極５１の全ての端部が電歪材料３２表
面に露出し、−ｍおきにワイヤー５５で電気的に接続さ
れ、そのワイヤー３３に電極端子３４．３５が取り付け
られる構造とすることが謁見られる。このような構造と
すると内部電極３１が重な９ている部分３６のみとなる
ため、電圧印加時には電歪材料３２に均一な電界がかか
り、応力集中は発生しない。したがって材料固有の大き
な歪が得られ、変形による素子の破壊が生じにくい。

ところが、電歪材料に高電界をかけるためには内部電極
の間隔を２００μｍ程度とする必要があるので、ワイヤ
ーを用いて内部電極を一層おきに接続することは工業的
には極めて困難である０ そこで、側面に露出した内部電極の端部を一層おきに絶
縁し、その後膣側面に全面的に外部電極を形成すること
により内部電極を一層おきに外部電極に接続することが
考えられる。このような方法としては、例えば特開昭５
９−１７５１７６号に配賦されており、電歪材料と内部
電極とが交互に積層され、内部電極を一層おきにそれぞ
れ接続する二つの外部電極が側面く形成された積層コン
デンサ構造の積層体を作製する。次に、積層体の一方の
外部電極と、該積層体とは別に設置する電極板との間に
直流電圧を印加し、電気泳動法によって前記内部電極露
出面の一方の面の内部電極の端部とその近傍に一層おき
に絶縁層を形成する。次にもう一方の外部電極と、該積
層体とは別に設置する電極板との間に直流電圧を印加し
、電気泳動法によって、もう一方の内部電極露出面のま
だ絶縁層で被覆されていない内部電極の端部とその近傍
に絶縁材料を形成する。次に、積層体を外部電極近傍で
切断し、一層おきに内部電極の端部に？３縁材料を形成
し丸面に外部電極を形成する方法がおる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記したような、積層体の一方の外部電
極と、積層体とは別に設置した電極板との間に直流電圧
を印加する電気泳動法では、電圧を印加した外部電極に
接続された内部電極の端部以外の内部電極の端部にも絶
縁材料が薄く付着することがあり、そのため、このよう
に製作された電歪効果素子に内部電極と外部電極との電
気的導通不良が発生することがあるという問題がある。

本発明は上記問題点を解決するだめのもので、絶縁性が
良好で、内部電極と外部電極との電気的導通不良がなく
、信頼性の高い電歪効果素子の製造方法を提供すること
を目的とするものである。

内部電極とが交互に積層され、該内部電極が積層体の側
面に設けられた二つの外部電極に該内部電極の一端で一
層ごと交互に接続され、そして該内部電極の端部が外部
電極の設けられていない二つの側面に露出している積層
コンデンサ構造を有する積層体を製作する工程と、前記
積層体の二つの外部電極間に直流電圧を印加する電気泳
動法によって前記二つの内部電極露出面のうちの一方の
面の内部電極の端部とその近傍に一層おきに絶縁層を形
成する工程と、部電極の端部とその近傍に一層おきに絶
縁層を形成する工程と、 絶縁層が形成された積層体を筒外部成極近傍で切断する
工程と、 切断された積層体の絶縁層が形成された面に内部電極を
接続するように外部Ｘ極を形成する工程とを有すことを
特徴とする。

本発明に用いることができる電歪材料は特に限定されな
いが、例えばｐ　ｂ　Ｉｌ＋　＝０３−１’ｂＺｒＵ、
やこれに第三成分としてＰｂ（Ｍｒ１１５　Ｎｂ２／３
）　（Ｊ、、Ｐｂ（Ｙ　’Ｉ／Ｓ　Ｎｂ２１５　）　０
３、Ｐｂ　（Ｍｎ　１１５　Ｓｂ２／３　）　０３又は
ｐｂ（Ｃｏ１１５　Ｎｂ２／３　）　０３　　が加わっ
たものなどが挙げられる。この電歪材料を用いてドクタ
ーブレード法やドローイング法などによりグリーンシー
トを作成する。このグリーンシート上に内部電極材をス
クリーン印刷等により形成し、積層したのち焼結するが
、この内部電極材には白金やパラジウムなどを用いるこ
とができる。

電気泳動法により、積層体の側面に露出した内部電極の
端部に絶縁層を形成するが、この絶縁層の絶縁材料とし
てはホウケイ酸亜鉛系結晶ガラス粉末やホウケイ酸鉛系
結晶ガラス粉末などが挙げられる。形成する絶縁層の厚
さは、必要とする耐電圧と絶縁材料の絶縁性により決定
される。例えば電気泳動法で絶縁層としてホウケイ酸亜
鉛系結晶ガラス粉末を析出させ、焼き付けて絶縁する場
合、積層電歪材料の厚みが１００μｍ　程度のときには
分極電圧は５００■程度が必要であるので、絶縁材料の
耐電圧は分極電圧の２倍の１０００Ｖ程度が必要であり
、この耐電圧を満たす上記絶縁ガラス粉末の析出層の厚
さは５０μｍ程度である。

〔作　　用〕

電歪材料と内部電極とが交互に積層され、該内部電極が
積層体の側面に設けられた二つの外部電極に接続され、
そして該内部電極の端部が外部電極の設けられていない
二つの側面に露出している積層コンデンサ構造を有する
積層体を製作し、該積層体の二つの外部電極間に直流電
圧を印加して、一方の内部電極露出面に絶縁材料を電気
泳動させるので、絶縁材料の荷電粒子は、上記二つの外
部電極に接続された内部電極のつち、該粒子と逆の極性
を有する一方の内部電極の１部に引き寄せられ、該端部
とその近傍に析出する。もう一方の、該粒子と同じ極性
を有する内部電極の端部には該粒子は同極性のため反発
するので全く析出しない。このようにすると内部電極は
二つの外部電極に一層ごと交互に接続されているため、
一方の内部電極露出面に一層おきに内部電極の端部とそ
の近傍に絶縁層が形成される。

史に、絶縁層を形成する面を変え、二つの外部電極に印
加する直流電圧の極性を逆にして電気泳動を行うと絶縁
層が形成されていない内部電極の端部とその近傍に絶縁
層を形成することができる。

一層おきに内部電極の端部に絶縁層を形成した積層体を
両外部電極近傍で切断し、内部電極が重ならない部分を
取り除くことＫよって内部電極が重ならない部分のない
積層体を得ることができる。

この積層体の絶縁層を形成した二つの側面に全体的に外
部電極を形成することによって、前記二つの側面の内部
電極の端部に一層ごと交互に絶縁層が形成されているの
で内部電極を一層ごと交互に二つの外部電極に接続する
ことができる０ 〔実　施　例〕 本発明を一実施例により図面を参照して説明する。

実施例 まず、第１図に示すような電歪材料１と内部を極２，３
を積層し、二つの側面に仮設外部電極４．５を形成した
積層コンデンサ構造の逼歪材料積層体乙の製造方法につ
いて説明する〇ｆｆ１７酸ジル：ｆｆ　７　＆鉛Ｐｂ（
１’ｉｘ　Ｚｒ１−　ｘ　）　（Ｊ３（ただし、！　＝
＝　０．４０〜０．６０）を主成分とする電歪材料力焼
粉末に微量のポリビニルブチラール等の有機バインダー
を添加し、これをエタノール等の有機溶媒中に分散させ
たスラリーを用意した。次に１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ポリエステルフィルム上に数百マイ
クロメータの厚さに塗布し、乾燥した。

次いでこの乾燥したスラリーを該フィルムからはく離し
、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十枚重ね、熱プ
レスにより圧着一体化したのち、１２５０℃で焼成した
。これを内部電極が一層ごと交互に二つの相対する側面
に露出するように切断し、仮設外部電極を塗布焼き付け
し、更に、上記両側面とは異なる側面近傍で切断して、
第１図に示すような内部電極２．５が露出した積層体６
を得た。第１図において、７は保護膜部分の電歪材料を
示し、１は歪を生じる電歪材料を示す。内部電極２゜５
はそれぞれ仮設外部電極４，５に接続されている。

次に、このようにして得られた電歪材料積層体６に電気
泳動法により絶縁層を形成する。

まず、付着させる絶縁材料であるホウケイ酸亜鉛系結晶
ガラス粉末１０ｔ１エタノール５００ｍ１及びヨウ素０
．５２をスターテで１時間混合した。

混合したのち、３分間静置し、沈殿物を除去して懸濁液
を調製した。この懸濁液では、ヨウ素が電解質の役割を
果たし、ガラス粉末粒子はプラスに帯電している。

前記電歪材料積層体６の内部電極２，３が露出している
片面を懸濁液にぬらさないように粘着テープで覆い、仮
設電極４をマイナス端子８に、他方の仮設電極５をプラ
ス端子９に接続した。そして、マイナス端子８及びプラ
ス端子９を直流電源１０に接続し、前記懸濁液１１を満
した容器１２に前記積層体６を沈めた。懸濁液１１をス
ターテ１３でかくはんしなから２０Ｖの電圧を該積層体
６の外ｉｔ極４及び５に印加した。電圧を印加する時間
を１０秒から１００秒までの間で変えて上記操作を繰り
返えした。

このようにして絶縁層を形成した積層体を得た。得られ
た積層体の要部断面図を第３図に示す。ガラス粉末から
なる絶縁層１４はマイナス端子８に電気的に接続された
内部電極４の露出した端部とその近傍の電歪材料表面の
みに形成された。

第４図Ｋｍ気泳動時間と析出絶縁層厚さの関係を表わす
グラフを示す。電気泳動法で絶縁ガラス粉末層を析出さ
せ、焼き付けして絶縁する場合、積層電歪材料の厚さが
１００８℃程度のときＫは分極電圧は５ｏｏｖ程度が必
要であるので、絶縁層の耐電圧は２倍の１０００Ｖは必
要であり、この耐電圧を満たすのに必要とする絶縁ガラ
スの電気泳動析出層の厚さは５０μｍである。したがり
て、第４図のグラフかられかるように、絶縁層を形成す
る電気泳動時間は約５０秒以上であればよい。本実施例
では１００秒まで電気泳動を行ったが、導通をとるべき
内部電極の露出した端部には、該内部１！極がプラス端
子に接続されたので絶縁層は形成されず、０．１Ω以上
の抵抗値も計測されなかった。

次に、５０秒間電気泳動して絶縁層を形成した積層体に
、絶縁層を形成する面を変え、印加する直流電圧の極性
を逆にして再度電気泳動により絶縁層を形成した。

このようにして絶縁層を形成した積層体を、第５図に示
すように仮設外部電極４．５の近傍及びそれらの間の切
断線１５に沿って切断し、第６図及びその要部拡大図で
ある第７図に示すような仮設外部電極のないａ増体を得
た。

次に、第８図に示すように１積層体の絶縁層を形成した
面に内部電極の露出端部が接続されるように外部電極１
５を塗布焼き付は罠より形成した。

上記のようにして製作し九電歪効果素子は、所定の電圧
を損失なく印加することが可能であった。

比較例 実施例と同様にして得た仮設外部電極４，５を有する電
歪材料積層体６の内部電極が露出した面に粘着テープを
貼り、一方の仮設外部電極４に、直流電源１０に接続し
たマイナス端子を接続した。次いで実施例１と同様に調
製した懸濁液１１を容器１２に満たし、上記積層体６１
にその中に入れ、直流電源１０に接続されたステンレス
板の陽極１７を該積層体の内部電極の露出面の前方１ｃ
ｒｎのところに配置した。スター２１５で懸濁液１１を
かくはんしながら仮設外部電極４と陽極１７の間に２０
Ｖの電圧を印加して電気泳動を行った。？ａ圧を印加す
る時間を１０秒から１００秒まで変えてＥ記操作を繰り
返えした。５０秒間電気泳動を行った積層体の要部断面
図を第１０図に示す。マイナス端子８に電気的に接続さ
れた内部１を極４の露出した端部に約６０μｍの厚さの
絶縁層１４が形成された。

しかし、導通を必要とするもう一方の内部電極５の端部
にも約６μ馬の厚さの絶縁層１４が形成した。第１１図
に電気泳動時間と析出絶縁層の厚さの関係を表わすグラ
フを示す。このグラフかられかるように電気泳動時間が
２０秒以上では導通を必要とする内部電極５にも絶縁層
が形成された。

次に、絶縁層を形成する面を変え、マイナス端子に接続
した仮設外部電極４をもう一方の仮設電極５と変えて前
記操作を繰り返えした。

このようＫして得られた積層体を実施例と同様に切断し
て仮設外部電極を取り除き、実施例と同様にして外部電
極を形成した。

上記のようにして得られた電歪効果素子は導通が必要な
内部電極端部に絶縁層が形成されているので導通をとる
場合数にΩの抵抗が生じた。

また、場合によっては該素子に電圧が印加されない恐れ
もある。

〔発明の効果〕

本発明の方法は、上記したように、絶縁層の形成が必要
な内部電極をマイナス極とし、絶縁層の形成が不要な内
部電極をプラス極として電気泳動法により絶縁層を形成
するので、絶縁層の形成が不要な内部電極には絶縁層を
全く形成させないで、絶縁層の形成が必要な内部電極の
みに絶縁層を形成することができ、その結果、絶縁性が
良好で、内部電極と外部電極との電気的導通不要がなく
、信頼性の高い電歪効果素子を製造することができる。

更に、積層体の内部電極自体を電気泳動法の両極として
用いるため、通常の電気泳動法に必要な対向電極が不要
であり装置が簡略化される０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電歪材料積層体の斜視図、 第２図は本発明の一実施例の電気泳動装置の断面図、 第６図は本発明の一実施例の絶縁層を形成した電歪材料
積層体の要部断面図、 第４図は本発明の一実施例の電気泳動時間と析出絶縁層
の厚さの関係を示すグラフ、第５図は本発明の一実施例
の絶縁層を形成した電歪材料積層体の斜視図、 第６図は第５図の積層体から切り出した積層体の斜視図
、 第７図は第６図の要部拡大図、 第８図は本発明の一実施例の電歪効果素子の斜視図、 第９図は比較例の電気泳動装置゛の断面図、第１０図は
比較例の絶縁層を形成した電歪材料積層体の要部断面図
、 第１１図は比較例の電気泳動時間と析出絶縁層の厚さの
関係を示すグラフ、 ＠１２図ａ〕は従来の積層コンデンサ型電歪素子の側面
図、第１２図ｂ）は第１２図ｑ）の上面図、第１６図ａ
）は従来の積層電歪効果素子の側面図、第１３図ｂ）は
第１３図ａ）の上面図を表わす。 図中、 １．７，２１．３２・・・電歪材料 ２．５，２２，２５．５’Ｉ・・・内部電極４．５・・
・仮設外部電極　　６・・・積層体８・・・マイナス端
子　　９・・・プラス端子１０・・・直流ｉｔ源　　　
１１・・・懸濁液１２　、、、容器　　　　　１５川ス
ターラ１４・・・絶縁層 １６．２４．２５・・・外部電極 １７・・・陽極　　　　　３３・・・ワイヤー特許　出
　願　人　　トヨタ自動車株式会社（ほか１名） 第８図 第９図 第１０図 □ Ｃ） Ｃ） Ω −ｑフ 折土絶縁層厚二　μｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　電歪材料と内部電極とが交互に積層され、該内部電極
   が積層体の側面に設けられた二つの外部電極に該内部電
   極の一端で一層ごと交互に接続され、そして該内部電極
   の端部が外部電極の設けられていない二つの側面に露出
   している積層コンデンサ構造を有する積層体を製作する
   工程と、 前記積層体の二つの外部電極間に直流電圧を印加して電
   気泳動法によつて前記二つの内部電極露出面のうちの一
   方の面の内部電極の端部とその近傍に一層おきに絶縁層
   を形成する工程と、印加する直流電圧の極性を逆にし、
   絶縁層を形成する内部電極露出面を他方の面に変えて前
   記と同様に内部電極の端部とその近傍に一層おきに絶縁
   層を形成する工程と、 絶縁層が形成された積層体を両外部電極近傍で切断する
   工程と、 切断された積層体の、絶縁層が形成された面に外部電極
   を内部電極に接続するように形成する工程とからなるこ
   とを特徴とする電歪効果素子の製造方法。