JP2002305331A - 積層セラミック素子及びそれを用いた圧電ファン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部電極が形成されることによる活性部分の
可動規制が排除でき、個々の圧電素子に使用される電極
材料を少なくできる積層セラミック素子及びそれを用い
た圧電ファンを提供し、積層セラミック素子の可動性能
を最大限に引き出し、且つ材料コストを低減する。 【解決手段】 複数枚の圧電素子３３を積層してなり、
一端部３５が固定され他端部３７が自由端とされ、奇数
層の圧電素子３３の内部電極３９ａと、偶数層の圧電素
子３３の内部電極３９ｂとの間に電圧が印加されて他端
部３７が可動される積層セラミック素子３１において、
奇数層の圧電素子３３の内部電極３９ａに接続される外
部電極４１ａ、及び偶数層の圧電素子３３の内部電極３
９ｂに接続される外部電極４１ｂを、一端部３５のみに
配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数枚の圧電素子
を積層してなる積層セラミック素子及びそれを用いた圧
電ファンに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、パーソナルコンピューター等の
電子機器の内部で、部分的に配置されているＬＳＩやＣ
ＰＵなどは、局所的な発熱源となっている。このような
局所的な発熱源を冷却する装置として、例えば、図１０
に示す圧電バイモルフ１を用いたファン装置３が提案さ
れている。

【０００３】同図に示すように、圧電バイモルフ１は、
例えば、ＰＺＴなどの圧電セラミック素子からなる、板
状の上側圧電体５と下側圧電体７を、弾性金属板９の上
下面に接着したものである。このようなファン装置３の
圧電バイモルフ１は、図１１に示すように直流電源が接
続されたときは、上側圧電体５が伸びると共に下側圧電
体７が縮むような性質を有している。

【０００４】このため、直流電源の代わりに図１０のよ
うに交流電源を用いて、その上側圧電体５と下側圧電体
７の電極に交流電圧を印加することにより、上側圧電体
５が伸びるときは下側圧電体７が縮み、上側圧電体５が
縮むときは下側圧電体７が伸びることによって、交流電
圧の＋、−極の変化に応じて圧電バイモルフ１が全体と
して正逆方向に交互に屈曲運動を行うようになってい
る。

【０００５】このため、圧電バイモルフ１の一端を固定
支持部１１により固定して、上側圧電体５と下側圧電体
７の電極に交流電圧を印加することによりその共振周波
数の正弦波を加えると、弾性金属板９の先端部がうちわ
（団扇）状に振動することになる。そして、この圧電バ
イモルフ１の弾性金属板９の先端部にプラスチックフィ
ルムなどの振動板１３を接合させると、弾性金属板９の
先端部の振動が共振により大きく拡大されて、圧電バイ
モルフ１を何かを扇ぐためのファン装置３として用いる
ことができる。

【０００６】ところが、圧電バイモルフ１を用いたファ
ン装置３は、低電圧ではファン装置３を確実に駆動する
ことができないという大きな問題を有していた。即ち圧
電セラミック素子は容量性の素子であるため、低消費電
流ではあるが、高電圧を供給しないとファン装置を確実
に駆動することができない。

【０００７】具体的、従来の圧電バイモルフの圧電セラ
ミック圧電体には、通常厚さ０．１〜０．２ｍｍ位の板
状の圧電セラミック素子が使用されていたが、この場合
の圧電バイモルフの駆動電圧は、５０〜１００Ｖｐｐ位
となり、確実に駆動するために必要な駆動電圧が著しく
高くなると共に、そのための駆動回路が大型化するとい
う問題があった。

【０００８】そこで、薄厚化した複数枚の圧電素子を積
層し、その駆動電圧が低電圧でも上記ファン装置を確実
に駆動できるようにした図１２に示す積層セラミック素
子１５が提案された。この積層セラミック素子１５は、
セラミックグリーンシート１７と、内部電極１９とが多
数積層された構造となっている。

【０００９】内部電極１９は、奇数層の圧電素子が、積
層セラミック素子１５の右側端面に引き出され、この右
側端面に形成された外部電極２１によって接続され、偶
数層の圧電素子が、積層セラミック素子１５の左側端面
に引き出され、この左側端面に形成された外部電極２３
によって接続されている。そして、積層セラミック素子
１５は、一対の外部電極２１、２３に電圧が印加される
ことで、一側端面（図１０の紙面奥方の端面）２５と、
他側端面（図１２の紙面手前の端面）２７とに垂直な軸
線２９方向に伸縮して、上記ファン装置に駆動力を付与
した。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の積層セラミック
素子は、外部電極と接続するために、左右の側端面に引
き出される内部電極のパターン幅が、この側端面に臨む
それぞれの圧電素子の一辺部（即ちパターンの有効電極
部分）の長さＬと同一に形成されていた。このため、材
料コストにおいて大きな比重を占める内部電極材料を必
要以上に使用するという欠点を有していた。また、この
積層セラミック素子を、上記ファン装置のアクチュエー
ターとして駆動させた場合、電圧の印加により変位する
活性部分である側端面に、外部電極２１、２３が接着さ
れているため、外部電極が可動を規制することになり、
積層セラミック素子の自由な可動が拘束されて、積層セ
ラミック素子の可動性能を最大限に引き出すことができ
なかった。さらに、活性部分に外部電極が配設されれ
ば、その分、可動部の質量が増え、これによっても駆動
損失を増大させた。本発明は上記状況に鑑みてなされた
もので、外部電極が形成されることによる活性部分の可
動規制が排除でき、しかも、個々の圧電素子に使用され
る電極材料を少なくできる積層セラミック素子及びそれ
を用いた圧電ファンを提供し、積層セラミック素子の可
動性能を最大限に引き出し、且つ材料コストの低減を図
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る請求項１記載の積層セラミック素子は、
複数枚の圧電素子を積層してなり、一端部が固定され他
端部が自由端とされ、奇数層の前記圧電素子の内部電極
と、偶数層の前記圧電素子の内部電極との間に電圧が印
加されて前記他端部が可動される積層セラミック素子に
おいて、前記奇数層の圧電素子の内部電極に接続される
外部電極、及び前記偶数層の圧電素子の内部電極に接続
される外部電極が、前記一端部のみに配設されたことを
特徴とする。

【００１２】この積層セラミック素子では、圧電素子の
内部電極に接続される外部電極が、固定状態になる一端
部のみに配設され、外部電極が形成されることによる積
層セラミック素子の活性部分、即ち、可動部分の可動規
制が極力小さくなる。つまり、外部電極が可動部分に形
成されることにより生じていた駆動損失が排除され、積
層セラミック素子の可動性能が最大限に引き出されるよ
うになる。また、外部電極が一端部のみに配設されるこ
とで、この一端部に臨んで引き出される個々の内部電極
の幅が短くて済むようになり、その分、個々の圧電素子
に使用される高価な電極材料が少なくなって、材料コス
トの低減が可能になる。

【００１３】請求項２記載の積層セラミック素子は、前
記圧電素子が四角形に形成され、該圧電素子が積層され
ることによって、相対する面が平行な六面体の圧電素子
積層体が形成され、前記一端部が該圧電素子積層体の一
側端面とされ、該一側端面に、一対の前記外部電極が配
設されたことを特徴とする。

【００１４】この積層セラミック素子では、圧電素子が
積層されて六面体の圧電素子積層体が形成され、一端部
が、この圧電素子積層体の一側端面とされる。つまり、
固定側となる圧電素子積層体の一側端面のみに外部電極
が配設され、他の三方の側端面が他部材（外部電極）に
よって可動規制されることのない自由活性面となる。こ
れにより、圧電素子積層体が六面体で形成される積層セ
ラミック素子において、固定支持、電源の供給、活性部
分の確保が同時に最適化されることになる。

【００１５】請求項３記載の積層セラミック素子は、前
記一側端面に臨む前記圧電素子の一辺部に引き出される
前記内部電極の辺方向の長さが、該一辺部の長さの半分
より短いことを特徴とする。

【００１６】この積層セラミック素子では、複数枚の圧
電素子が積層される圧電素子積層体において、それぞれ
の圧電素子に形成される内部電極が、一側端面に臨む圧
電素子の一辺部の長さの半分より短く形成され、個々の
圧電素子に使用される電極材料が少なくなる。また、積
層方向で隣接する上下の内部電極がオーバーラップしな
くなり、対向電極が短絡し難い構造となる。

【００１７】請求項４記載の圧電ファンは、複数枚の圧
電素子を積層してなり、一端部が固定され他端部が自由
端とされ、奇数層の前記圧電素子の内部電極と、偶数層
の前記圧電素子の内部電極との間に電圧が印加されて前
記他端部が可動され、前記奇数層の圧電素子の内部電極
に接続される外部電極、及び前記偶数層の圧電素子の内
部電極に接続される外部電極が、前記一端部のみに形成
された積層セラミック素子を用いた圧電ファンであっ
て、先端部が自由端となる弾性金属板の基端部を、表裏
面から一対の前記積層セラミック素子で挟着し、前記弾
性金属板の基端部を、前記積層セラミック素子の一端部
を介して支持固定し、一対の前記外部電極に交流電圧を
印加して前記弾性金属板の先端部を振動させるようにし
たことを特徴とする。

【００１８】この圧電ファンでは、先端部が自由端とな
る弾性金属板の基端部が、表裏面から一対の積層セラミ
ック素子で挟着され、この弾性金属板の基端部が、積層
セラミック素子の一端部を介して支持固定される。した
がって、活性部分を可動規制することなく積層セラミッ
ク素子に電圧が印加され、可動規制による駆動損失が排
除され、積層セラミック素子の可動性能が最大限に引き
出される。これにより、弾性金属板を印加電圧に対し高
効率で振動させることが可能になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る積層セラミッ
ク素子及びそれを用いた圧電ファンの好適な実施の形態
を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る
積層セラミック素子の斜視図である。積層セラミック素
子３１は、複数枚の圧電素子３３を積層してなる。積層
セラミック素子３１は、一端部（図１の紙面手前側の端
部）３５が固定され、他端部（図１の紙面奥方の端部）
３７が自由端とされる。

【００２０】積層セラミック素子３１は、奇数層の圧電
素子３３の内部電極３９（３９ａ）と、偶数層の圧電素
子３３の内部電極３９（３９ｂ）との間に電圧が印加さ
れて他端部３７が可動されることになる。積層セラミッ
ク素子３１では、奇数層の圧電素子３３の内部電極３９
ａに接続される外部電極４１ａ、及び偶数層の圧電素子
３３の内部電極３９ｂに接続される外部電極４１ｂが、
一端部３５のみに配設されている。

【００２１】この実施の形態において、圧電素子３３
は、四角形に形成されている。この圧電素子３３が積層
されることで、相対する面が平行な六面体の圧電素子積
層体４３が形成されている。従って、この実施の形態に
おいて、積層セラミック素子３１の一端部３５は、圧電
素子積層体４３の一側端面４５とされる。つまり、一側
端面４５に、一対の外部電極４１ａ、４１ｂが配設され
ている。

【００２２】圧電素子積層体４３の一側端面４５に臨む
圧電素子３３の一辺部には、上記内部電極３９ａ、３９
ｂが引き出されている。それぞれの内部電極３９ａ、３
９ｂは、辺方向の長さｓが、一辺部の長さＷの半分より
短く形成されている。内部電極３９は、引き出し部が後
述の凸状パターン部６９となって、３９ａと３９ｂごと
に図１の左右に振り分けられて配設されている。これに
より、内部電極３９ａ、３９ｂは、一辺部の中央部でオ
ーバーラップしないようになっている。

【００２３】また、内部電極３９ａ、３９ｂのそれぞれ
を接続する外部電極４１ａ、４１ｂの幅ｕは、内部電極
３９ａ、３９ｂの辺方向の長さｓよりさらに短く形成さ
れている。これにより、電極材料の使用量が節約される
とともに、外部電極４１同士の絶縁性が高められてい
る。

【００２４】この積層セラミック素子３１を例えば圧電
ファンに適用するには、図示は省略するが、先端部が自
由端となる弾性金属板の基端部を、表裏面から一対の積
層セラミック素子３１、３１で挟着する。弾性金属板の
基端部は、積層セラミック素子３１、３１の一端部３５
を介して支持固定される。そして、一対の積層セラミッ
ク素子３１、３１の外部電極４１ａ同士と、外部電極４
１ｂ同士との間に、交流電圧を印加する。

【００２５】これにより、一方の積層セラミック素子３
１が伸びるときは他方の積層セラミック素子３１が縮
み、一方の積層セラミック素子３１が縮むときは他方の
積層セラミック素子３１が伸びることによって、交流電
圧の＋、−極の変化に応じて一対の積層セラミック素子
３１、３１が全体として正逆方向に交互に屈曲運動を行
う。従って、弾性金属板の先端部がうちわ状に振動す
る。弾性金属板の先端部にプラスチックフィルムなどの
振動板を接合させると、弾性金属板の先端部の振動が共
振により大きく拡大されて、電子機器内部の熱を外部へ
放出するなどの圧電ファンとして機能することになる。

【００２６】つぎに、この積層セラミック素子３１の製
造方法について説明する。図２はセラミックグリーンシ
ートの平面図、図３はセラミックグリーンシートの積層
状態を示す斜視図、図４はセラミックグリーンシート上
に形成された内部電極を示す平面図、図５は第１の剛体
キャリア板上に積層グリーン体を形成した上に第２の剛
体キャリア板を載せた状態を示す断面図、図６は第１の
剛体キャリア板と第２の剛体キャリア板とで挟持された
積層グリーン体を、可撓性を有するシートによって真空
包装した状態を示す断面図、図７は第１の剛体キャリア
板と第２の剛体キャリア板とで挟持された積層グリーン
体に対して静水圧プレスを施している状態を示す断面
図、図８は静水圧プレスが施された後の積層グリーン体
と、その切断位置を示す断面図、図９は積層セラミック
素子の分解斜視図である。

【００２７】積層セラミック素子３１を製作するには、
先ず、図２に示すようなセラミックグリーンシート５１
を作製する。最初にチタン酸ジルコン酸鉛と、ポリビニ
ルアセタール又はアクリル系のバインダと、可塑剤及び
消泡剤などを混合し、圧電特性を有するスラリーとす
る。なお、本実施の形態においては、チタン酸ジルコン
酸鉛を含有するものを使用したが、チタン酸バリウム系
の材料などを含有するものを使用しても良い。

【００２８】そして、このスラリーをドクターブレード
法によって成膜し、乾燥して、定形に打ち抜く。そし
て、セラミックグリーンシート５１の角部にそれぞれ穴
部５１ａを形成する。

【００２９】セラミックグリーンシート５１の角部にそ
れぞれ穴部５１ａを形成することによって、セラミック
グリーンシート５１を積層するときのずれが少なくな
る。即ち、セラミックグリーンシート５１を積層すると
きに、穴部５１ａと後述する第１の剛体キャリア上に形
成された凸部とを嵌合させて積層することにより、積層
している最中や積層後にセラミックグリーンシート５１
同士の間に生じるずれを少なくすることができる。

【００３０】次に、積層工程として、図３に示すよう
に、第１の剛体キャリア板５３ａ上に、ポリエチレンテ
レフタレートなどのプラスチック材料によって作製され
た第１のベースフィルム５５ａを介して所定の枚数のセ
ラミックグリーンシート５１を積層する。第１の剛体キ
ャリア板５３ａの角部には凸部５７が形成され、この凸
部５７に穴部５１ａを嵌合させながらセラミックグリー
ンシート５１を積層する。所定の枚数のセラミックグリ
ーンシート５１を積層した後、図４に示すように、その
表面に、ＡｇとＰｄの混合物、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕなどの
導電性材料によって形成された導電性ペーストを印刷
し、乾燥することによって上記の内部電極３９が形成さ
れる。

【００３１】そして、所定の枚数のセラミックグリーン
シート５１の積層と内部電極３９の形成とを繰り返し
て、図５に示すように、積層グリーン体５９が形成され
る。なお、同図の積層グリーン体５９においては、セラ
ミックグリーンシート５１の積層によって生じている層
構造を省略している。

【００３２】セラミックグリーンシート５１上に形成さ
れる内部電極３９は、最初に図４中の６１で示されるよ
うに、一方の端部６３に近接して形成され、次に図４中
の６５で示されるように、他方の端部６７に近接して形
成される。この凸状パターン部６９が、内部電極３９の
引き出し部となる。そして、一方の端部６３に近接して
内部電極３９を形成することと、他方の端部６７に近接
して内部電極３９を形成することとが交互に行われる。

【００３３】１枚のセラミックグリーンシート５１に形
成される各々の内部電極３９は、所定の間隔を隔ててパ
タニングされる。そして、このようにして得られた積層
グリーン体５９を切り出すことにより、最終的に積層セ
ラミック素子３１としたときに、図１に示すように、内
部電極３９ａと、内部電極３９ｂとが交互に形成された
状態となる。

【００３４】次に、第１の剛体キャリア板５３ａ上に積
層グリーン体５９を形成したら、図６に示すように、第
２のベースフィルム５５ｂを介して第２の剛体キャリア
板５３ｂを積層する。即ち、第１のベースフィルム５５
ａ及び第２のベースフィルム５５ｂを介して、第１の剛
体キャリア板５３ａ及び第２の剛体キャリア板５３ｂに
よって積層グリーン体５９を挟持する。なお、第１のベ
ースフィルム５５ａ及び第２のベースフィルム５５ｂと
しては、ステンレススチールや、表面をアルマイト処理
したアルミニウム板などが使用される。

【００３５】次に、真空包装工程として、図６に示すよ
うに、第１の剛体キャリア板５３ａ及び第２の剛体キャ
リア板５３ｂによって挟持された積層グリーン体５９
を、可撓性を有するシート７１によって真空包装する。
なお、積層グリーン体５９中の残存溶剤ガスを除去する
ために、第１の剛体キャリア板５３ａ及び第２の剛体キ
ャリア板５３ｂによって挟持された積層グリーン体５９
を包装したシート７１は、真空中で封止することが望ま
しい。

【００３６】シート７１は、第１の剛体キャリア板５３
ａ及び第２の剛体キャリア板５３ｂによって挟持された
積層グリーン体５９を真空包装できるものであれば、ど
のような材料によって形成されたものでも良い。具体的
には、ナイロン製のものや、プラスチック製のものなど
が使用される。

【００３７】次に、静水圧プレス工程として、図７に示
すように、真空包装された積層グリーン体５９をプレス
機７３に設置する。このとき、最初に、真空包装された
積層グリーン体５９をトレー７５に収容した後に作動流
体７７の中へ入れる。そして、積層グリーン体５９に対
して静水圧プレスが施される。

【００３８】なお、作動流体７７としては、シリコーン
油や水なとが用いられる。また、作動流体７７の温度は
約７０℃とすることが望ましい。作動流体７７の温度を
約７０℃とすることにより、セラミックグリーンシート
５１及び内部電極３９に含有されるバインダが軟化した
状態で加圧される。このことにより、圧力が低い状態で
もセラミックグリーンシート５１と内部電極３９とが圧
着し、十分な密度を有する圧電素子３３が得られる。作
動流体７７の昇温は、図示しない加熱タンクから間欠的
に注入されることによってなされる。

【００３９】積層グリーン体５９を第１の剛体キャリア
板５３ａ及び第２の剛体キャリア板５３ｂによって挟持
した状態で、積層グリーン体５９に対して静水圧プレス
を施すことによって、積層グリーン体５９に対して両主
面側から均一に圧力をかけることができる。

【００４０】次に、切断工程として、図８に示すよう
に、第１の剛体キャリア板５３ａ及び第２の剛体キャリ
ア板５３ｂによって挟持された状態で静水圧プレスが施
された積層グリーン体５９を、シート７１から取り出
す。そして、積層グリーン体５９から第２の剛体キャリ
ア板５３ｂを外し、積層グリーン体５９を切断機によっ
て図４に示す内部電極３９が形成された位置に応じて所
定の間隔で切り出す。即ち、積層グリーン体５９を図４
中のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿って切断してチップ状と
する。切断のときには、第１のベースフィルム５５ａの
内部に達したところで切断機のブレードを止める。

【００４１】次に、剥離工程として、切断されてチップ
状とされた積層グリーン体５９から図９に示すように、
第２のベースフィルム５５ｂ、第１の剛体キャリア板５
３ａ、及び第１のベースフィルム５５ａを剥離する。

【００４２】次に、脱脂工程として、第２のベースフィ
ルム５５ｂ、第１の剛体キャリア板５３ａ、及び第１の
ベースフィルム５５ａを剥離した積層グリーン体５９か
らバインダを除去する。このバインダの除去は、大気雰
囲気中で脱脂炉によって行なう。

【００４３】次に、焼成工程として、バインダを除去し
た積層グリーン体５９に対して焼成が施され、各端面を
加工することによって、図１に示す圧電素子積層体４３
とされる。最後に、外部電極形成工程として、圧電素子
積層体４３の一端部３５に外部電極４１ａ、４１ｂを形
成し、積層セラミック素子３１が完成する。外部電極４
１ａ、４１ｂを形成する方法としては、導電性ペースト
を塗布した後に焼き付ける方法や、導電性材料を蒸着す
る方法、導電性材料をスパッタリングする方法、導電性
材料をメッキする方法などが挙げられる。

【００４４】以上説明した積層セラミック素子３１の製
造方法においては、内部電極３９の、外部電極４１への
引出し部分（凸状パターン部６９）を、内部電極３９の
有効電極部分より短く形成でき、従来の内部電極に比べ
てパターン面積を小さくし、電気的特性等を変えずに内
部電極材料の使用量を減らすことが可能になる。

【００４５】そして、上記の積層セラミック素子３１に
よれば、内部電極３９に接続される外部電極４１が、固
定状態になる一端部３５のみに配設されるので、外部電
極４１が形成されることによる積層セラミック素子３１
の活性部分、即ち、可動部分の可動規制が極力小さくな
る。つまり、外部電極４１が可動部分に形成されること
により生じていた駆動損失が排除され、積層セラミック
素子３１の可動性能が最大限に引き出されることにな
る。また、外部電極４１が一端部３５のみに配設される
ことで、この一端部３５に臨んで引き出される個々の内
部電極３９の幅ｓが短くて済むようになり、その分、個
々の圧電素子３３に使用される高価な電極材料が少なく
なって、材料コストの低減が可能になる。

【００４６】そして、上記の実施の形態による積層セラ
ミック素子３１では、圧電素子３３が積層されて六面体
の圧電素子積層体４３が形成され、一端部３５が、この
圧電素子積層体４３の一側端面４５とされる。つまり、
固定側となる圧電素子積層体４３の一側端面４５のみに
外部電極４１が配設され、他の三方の側端面が他部材
（外部電極）によって可動規制されることのない自由活
性面となる。これにより、圧電素子積層体４３が六面体
で形成される積層セラミック素子３１において、固定支
持、電源の供給、活性部分の確保が同時に最適化される
ことになる。

【００４７】また、圧電素子積層体４３において、それ
ぞれの圧電素子３３に形成される内部電極３９の引き出
し部が、一側端面４５に臨む圧電素子３３の一辺部の長
さＷの半分より短く形成されるので、個々の圧電素子３
３に使用される電極材料が少なくなる。また、積層方向
で隣接する上下の内部電極３９がオーバーラップしなく
なり、対向電極を短絡し難い構造とすることができる。

【００４８】さらに、積層セラミック素子３１を用いた
圧電ファンでは、先端部が自由端となる弾性金属板の基
端部が、表裏面から一対の積層セラミック素子３１で挟
着され、この弾性金属板の基端部が、積層セラミック素
子３１の一端部を介して支持固定される。したがって、
活性部分を可動規制することなく積層セラミック素子３
１に電圧が印加され、可動規制による駆動損失が排除さ
れ、積層セラミック素子３１の可動性能が最大限に引き
出される。これにより、圧電ファンの弾性金属板を印加
電圧に対し高効率で振動させることが可能になる。

【００４９】なお、上記実施の形態においては、本発明
を積層セラミック素子に適用した場合について説明した
が、本発明は、積層バイリスタ、積層チップインダク
タ、及び積層セラミックコンデンサなどを製造するとき
にも適用することができる。

【００５０】また、上記実施の形態では、圧電素子３３
が四角形である場合を例に説明したが、圧電素子３３
は、例えば図１に二点鎖線で示した五角形等の他の多角
形であってもよい。この場合、積層セラミック素子は、
頂角α側が一端部３５となり、この頂角αを挟む二つの
側端面の一方に外部電極４１ａ、他方に外部電極４１ｂ
を配設することができ、外部電極４１間の間隔を拡げ
て、絶縁性の高い構造とすることができる。

【００５１】

【実施例】つぎに、本発明に係る積層セラミック素子を
製造した具体的な実施例、及び実施例と比較するための
比較例について説明する。

【００５２】〔実施例１〕先ず、チタン酸ジルコン酸
鉛、バインダ、可塑剤及び消泡材を含むスラリーを作製
した。そして、ドクターブレード法によってスラリーを
成膜し、セラミックグリーンシートとした。そして、こ
のセラミックグリーンシートの角部に穴部を形成した。
また、ＡｇとＰｄとを混合した粉末を、エチルセルロー
スを主成分とするビヒクルに混合して調整し、導電性ペ
ーストを作製した。

【００５３】次に、第１の剛体キャリア板に、厚さが１
００μｍでありポリエチレンテレフタレート製である第
１のベースフィルムを介して３０μｍの厚みのセラミッ
クグリーンシートを１枚積層した後、積層したセラミッ
クグリーンシートの表面に３μｍの厚みのＡｇ／Ｐｄ合
金ペーストを内部電極パターンに沿って外部電極への引
出し部のパターン幅を５ｍｍ、長さを３ｍｍとし、有効
電極部分のパターン幅を１３ｍｍ、長さを１０ｍｍとし
た内部電極パターンをセラミックグリーンシートに印刷
し形成した。この積層セラミックグリーンシートの積層
と内部電極の形成とを繰り返し、内部電極の積層数を１
０とした。そして、積層グリーン体の上に、第２のベー
スフィルムを介して更に第２の剛体キャリア板を載せ
た。

【００５４】次に、一対の剛体キヤリア板によって挟持
された積層グリーン体をナイロン製のシートによって真
空包装し、トレーに収容した状態でプレス機の作動流体
中へ入れた。このとき、作動流体の温度を７０℃とし
た。そして、５００ｋｇ／ｃｍ ² の圧力を加え、一対の
キャリア板によって挟持された積層グリーン体に対して
静水圧プレスを施した。

【００５５】次に、真空包装を開封して積層グリーン体
を取り出し、第２の剛体キャリア板を外した。そして、
第２の剛体キャリア板が外された積層グリーン体を切断
機へセットして切断した。切断した積層グリーン体から
第２のベースフィルムを剥がした後、第１の剛体キャリ
ア板を外し、更に第１のベースフィルムを剥がした。

【００５６】そして、チップ状とされた積層グリーン体
に対して、脱脂炉を利用して大気雰囲気中でバインダを
除去した後、酸素雰囲気中、１２５０℃で３時間の焼成
を施した後で各端部の外形加工を行ない、外形寸法が１
０ｍｍ×１０ｍｍである積層セラミック素子を作製し
た。

【００５７】〔比較例１〕セラミックグリーシートの表
面に３μｍ厚みのＡｇ／Ｐｄ合金ペーストを内部電極パ
ターンに沿って有効電極部分のパターン幅を１３ｍｍ、
長さを１３ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして積
層セラミック素子を作製した。

【００５８】実施例１、比較例１で作製された各積層セ
ラミック素子について、素子の固定位置を３ｍｍとし
て、５Ｖｐ−ｐでの印加電圧を加えたことによる積層セ
ラミック素子の先端最大変位量を測定した。また、内部
電極面積の比較を行なった。その結果を表１に示す。

【００５９】

【表１】

【００６０】表１に示された結果から、実施例１の最大
先端変位量は５７μｍであり、比較例１の最大先端変位
量は４３μｍであった。

【００６１】一方、表１に示された別の結果から、比較
例１の使用された内部電極面積は積層セラミック素子１
個あたり１６．９ｃｍ² であり、実施例１の使用された
内部電極面積は積層セラミック素子１個あたり１４．５
ｃｍ² であった。

【００６２】実施例１、比較例１の結果から、内部電極
を形成する工程において、内部電極パターンの外部電極
への引出し部分のパターン幅を、有効電極部分のパター
ン幅と比較して狭くし面積を小さくすることにより、内
部電極材料の使用量を減らすことが可能であり、加えて
外部電極の引出し部分を同一方向に合わせることで、変
位の発生しない箇所を一箇所に設けることによりアクチ
ュエーターとして使用した場合、圧電素子としての変位
量を有効に活用することができることが判明した。

【００６３】また、本発明を適用した積層セラミック電
子部品の製造方法においては、内部電極の引出し方向が
同一方向になるために、片側固定端のアクチュエーター
として使用する場合に部品に組み込み使用する際の製造
効率が倍増することが判明した。

【００６４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る積層セラミック素子によれば、圧電素子の内部電極に
接続される外部電極を、固定状態になる一端部のみに配
設したので、外部電極が形成されることによる積層セラ
ミック素子の活性部分、即ち、可動部分の可動規制を極
力小さくすることができ、可動性能を最大限に引き出す
ことができるようになる。また、外部電極を一端部のみ
に配設することで、一端部に臨み引き出される内部電極
の幅が短くなり、その分、個々の圧電素子に使用される
高価な電極材料が少なくなり、材料コストを低減するこ
とができる。

【００６５】本発明に係る圧電ファンによれば、先端部
が自由端となる弾性金属板の基端部を、表裏面から一対
の積層セラミック素子で挟着し、この弾性金属板の基端
部を、積層セラミック素子の一端部を介して支持固定す
るので、活性部分を可動規制することなく積層セラミッ
ク素子に電圧が印加でき、可動規制による駆動損失を排
除し、積層セラミック素子の可動性能を最大限に引き出
し、弾性金属板を印加電圧に対し高効率で振動させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る積層セラミック素子の斜視図であ
る。

【図２】セラミックグリーンシートの平面図である。

【図３】セラミックグリーンシートの積層状態を示す斜
視図である。

【図４】セラミックグリーンシート上に形成された内部
電極を示す平面図である。

【図５】第１の剛体キャリア板上に積層グリーン体を形
成した上に第２の剛体キャリア板を載せた状態を示す断
面図である。

【図６】第１の剛体キャリア板と第２の剛体キャリア板
とで挟持された積層グリーン体を、可撓性を有するシー
トによって真空包装した状態を示す断面図である。

【図７】第１の剛体キャリア板と第２の剛体キャリア板
とで挟持された積層グリーン体に対して静水圧プレスを
施している状態を示す断面図である。

【図８】静水圧プレスが施された後の積層グリーン体
と、その切断位置を示す断面図である。

【図９】積層セラミック素子の分解斜視図である。

【図１０】従来のファン装置を示す側面図である。

【図１１】図１０の圧電バイモルフの動作を説明する側
面図である。

【図１２】従来の積層セラミック素子の斜視図である。

【符号の説明】

３１…積層セラミック素子、３３…圧電素子、３５…一
端部、３７…他端部、３９ａ…奇数層の圧電素子の内部
電極、３９ｂ…偶数層の圧電素子の内部電極、４１ａ、
４１ｂ…外部電極、４３…圧電素子積層体、４５…一側
端面、ｓ…辺方向の長さ、Ｗ…一辺部の長さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H022 AA07 BA03 CA48 CA50 CA51 CA53 CA56 DA07 DA12 DA19 DA20 5D107 AA00 BB20 CC01 CC05 CC12 CD01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚の圧電素子を積層してなり、一端
   部が固定され他端部が自由端とされ、奇数層の前記圧電
   素子の内部電極と、偶数層の前記圧電素子の内部電極と
   の間に電圧が印加されて前記他端部が可動される積層セ
   ラミック素子において、 前記奇数層の圧電素子の内部電極に接続される外部電
   極、及び前記偶数層の圧電素子の内部電極に接続される
   外部電極が、前記一端部のみに配設されたことを特徴と
   する積層セラミック素子。
2. 【請求項２】 前記圧電素子が四角形に形成され、 該圧電素子が積層されることによって、相対する面が平
   行な六面体の圧電素子積層体が形成され、 前記一端部が該圧電素子積層体の一側端面とされ、 該一側端面に、一対の前記外部電極が配設されたことを
   特徴とする請求項１記載の積層セラミック素子。
3. 【請求項３】 前記一側端面に臨む前記圧電素子の一辺
   部に引き出される前記内部電極の辺方向の長さが、該一
   辺部の長さの半分より短いことを特徴とする請求項２記
   載の積層セラミック素子。
4. 【請求項４】 複数枚の圧電素子を積層してなり、一端
   部が固定され他端部が自由端とされ、奇数層の前記圧電
   素子の内部電極と、偶数層の前記圧電素子の内部電極と
   の間に電圧が印加されて前記他端部が可動され、 前記奇数層の圧電素子の内部電極に接続される外部電
   極、及び前記偶数層の圧電素子の内部電極に接続される
   外部電極が、前記一端部のみに形成された積層セラミッ
   ク素子を用いた圧電ファンであって、 先端部が自由端となる弾性金属板の基端部を、表裏面か
   ら一対の前記積層セラミック素子で挟着し、 前記弾性金属板の基端部を、前記積層セラミック素子の
   一端部を介して支持固定し、 一対の前記外部電極に交流電圧を印加して前記弾性金属
   板の先端部を振動させるようにしたことを特徴とする圧
   電ファン。