JPH0256830B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、縦効果を利用した電歪効果素子、及
びその製造方法に関する。

（従来技術とその問題点） 電歪効果の大きな材料を用いて第１図に示すよ
うな積層チツプコンデンサ構造の素子を構成する
と、低電圧で大きな歪の発生する電歪効果素子が
得られる。すなわち、第１図ａに示すように、電
歪材料からなる膜または薄板１の間に正の内部電
極板２、負の内部電極板２′を交互に挾んで積層
し、内部電極板２，２′をそれぞれ外部電極３，
３′に接続した構造である。しかし、上述の従来
の電歪効果素子は、同図ｂの平面図から理解され
るように、内部電極板２と２′との重なり部分が
素子面の全面積より小となり、周辺部分では両電
極は重なつていない。従つて、外部電極３，３′
間に電圧を印加すると上記電極の重なり部分のみ
電界強度が強くなり、周辺部分の電界強度は弱
い。このため素子周辺部分は変形しないばかりで
なく、素子全体の変形を阻害し材料固有の歪量を
得ることができないという欠点がある。さらに、
変形する部分と、変形しない部分との境界に応力
集中が起こり、高電圧印加、くり返し印加または
長時間印加等により機械的に素子が破壊するとい
う欠点もある。

上述の欠点を改良するため、第２図ａ，ｂに示
すような構造にすることが考えられる。すなわち
同図ａに示すように、内部電極板２，２′を電歪
材料の膜（または薄板）１の全面に交互に形成し
て積層し、複数の内部電極板２の端部を相互に接
続して外部端子Ａに接続し、複数の内部電極板
２′は外部端子Ｂに接続した構造である。従つて
同図ｂに示すように内部電極板２および２′は素
子全面に形成されているので、電極端子Ａ，Ｂ間
に電圧を印加すると、電歪材料の膜１内の電界分
布が一様となり、素子は均一に変形し、応力集中
も起らない。すなわち、素子はほぼ材料固有の変
形量を示しかつ破壊しにくくなる。しかし、内部
電極板２，２′が接近しているので、内部電極板
２相互間および内部電極板２′相互間を電気的に
接続することが非常に難しい。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述の事情に鑑み、素子全面
に形成された内部電極板の表面とその近傍の電歪
材料上のみに絶縁層を形成した電歪効果素子及び
その製造方法を提案することにある。

（本発明の構成） 本発明によれば、電歪材料の膜または薄板と内
部電極とが交互に積層されている電歪効果素子で
あつて、該素子の表面に露出している導体部分の
表面とその近傍の電歪材料又は無機絶縁体上のみ
に有機絶縁層が露出導体の周囲を含む範囲に形成
されている構造およびこの有機絶縁層を電着法に
よつて形成し、これを焼付けることにより製造す
る有機絶縁層が露出導体および電歪材料、無機絶
縁材料と一体化している電歪効果素子が得られ
る。

（構成の詳細な説明） 電極を有機材料で絶縁する場合には、デイツプ
法、スクリーン印刷法などが一般的に行われてい
る。しかしながら、これらの方法では、絶縁層が
露出電極の周囲だけでなく、素子の全面を覆うよ
うな絶縁層の構造になり、本発明のように電歪効
果による素子の伸縮が生ずると、有機絶縁層にク
ラツクを生じたり、セラミツク層との剥離を生じ
たりして絶縁性を失つたり、有機絶縁層が吸湿し
たり、電界によつて変質することによつて、絶縁
性が劣化してしまうことが多くあつた。

さらに素子全面を覆う構造のため、有機絶縁層
によつて電歪効果が小さくなつたり、有機絶縁層
によつて寸法精度が出なくなるなどの不具合が生
じ、実用化が困難であつた。

これは電歪効果素子が電圧を印加することによ
つて伸縮するが、有機絶縁層は伸縮しないため、
絶縁層と電歪効果素子の界面に歪を生じるためと
考えられる。

しかもここで生じる歪は素子の寸法が大きくな
ると伸びの差も大きくなるため、100％クラツク
又は剥離を生じる結果となる。

これを解決する方法として、伸縮可能なやわら
かい有機材料による絶縁層形成が考えられるが、
やわらかい有機材料は分子構造上耐湿性、透湿性
が悪く特に高電圧が加わるような電歪素子の絶縁
としては実用化が困難である。そこで普通の素子
外装用樹脂のように無機フイラーなどを入れるこ
とも考えられるが、フイラーを入れることによつ
て、樹脂が硬くなるため、先に述べたクラツク、
剥離の発生や電歪素子の電歪効果を小さくするな
どの問題を生じることになる。

本発明はこのような問題点を全て解決し、電歪
効果素子を伸縮しても、クラツクが生じることな
く、電歪効果素子の伸縮率を阻害することなく、
絶縁性、信頼性の高い有機絶縁層を形成した電歪
効果素子である。

次に本発明について実施例を示す図面を参照し
て詳細に説明する。

第３図、第４図はそれぞれ本発明の一実施例を
示す斜視図と断面図である。すなわち本発明の電
歪素子では、外部に露出した内部電極２，２′の
素子側面における露出部および電歪材料膜１の素
子側面における内部電極に近い部分のみを有機絶
縁層３，３′でコートした構造であるため、電歪
材料の伸縮に対する歪発生が非常に小さくなるた
め、絶縁層のクラツク発生が全くなくなる構造と
なつている。

一例として、長さ10mmのPb（Mg1/3Nb2/3）O₃
を主成分とする電歪材料を積層電歪効果素子を試
作し、電圧1KV／mmを印加すると伸びて長さが
10.01mmになる。

従つて、この表面全面に絶縁層を形成すると、
絶縁層に対しても全体が10.01mmになるような力
が加わることになる。さらに積層電歪効果素子の
表面全面に絶縁層を形成し、電歪効果素子を伸縮
させると、絶縁層は伸縮しないため、素子に曲げ
応力が加わることになりこれも絶縁層および素子
のクラツク、ハクリの原因となる。

しかしながら、絶縁層を本発明のように分割す
ることによつて、絶縁層に加わる伸びはほとんど
なく、さらに曲げ応力も加わらなくなる。従つて
電歪効果素子を伸縮させた場合でも、絶縁層にク
ラツク、ハクリなどの問題を生ずることを全くな
くすことが可能となつた。

本発明の製造方法について実施例に基づいて説
明する。まず、マグネシウム・ニオブ酸鉛Pb
（Mg1/3Nb2/3）O₃を主成分とする電歪材料の粉
末を有機バインダーとともに溶媒中に分散しスラ
リー状とする。これをドクターブレードを用い
た、キヤステイング法によつて、厚さ30μｍ〜
200μｍの均一な厚のセラミツク生シートとする。
このセラミツク生シートを60mm×40mmの矩形に打
ち抜き、表面に白金ペーストをスクリーン印刷法
によつて内部電極を印刷する。

このセラミツク生シートを含む複数枚のセラミ
ツク生シートを積層圧着し、一体の積層体とな
す。この積層体を900℃〜1200℃の温度で焼結し、
焼結した積層体とする。

この焼結体を５mm×５mmの矩形状にダイヤモン
ドカツターを用いて小片に切断する。切断した小
片素子の露出した各内部電極の所定の位置に外部
取出し用の電極を焼付ける。この外部電極にリー
ドを接続し、電気泳動槽の中にこの小片を入れ
る。対向電極とリード線の間に直流電圧を50V、
30秒間印加し、露出した内部電極表面とその近傍
に絶縁層を形成する。形成の終つた素子を170℃
30分の条件で熱処理を行い絶縁層を素子表面に焼
付ける。

第５図には本発明による電気泳動法によつて、
電歪効果素子の露出内部電極に絶縁層を形成する
装置の一例を示す。ここで１は電歪効果素子、２
は対向電極、３，３′はリード線、４は電着塗料
溶液、５は直流電源、６はガラス容器を示してい
る。

なお本実施例では有機絶縁材料の電気泳動法用
電着塗料としてはビスフエニル系エポキシカチオ
ン電着塗料の20wt％水溶液を用いた。

この様にして外部絶縁層を形成した、電歪効果
素子に300Vの50Hzの交流電圧を印加し、伸縮振
動を100時間連続で行わせても、絶縁不良その他
電気特性上の問題はなく、絶縁層のクラツク、ハ
クリなども発生せず、電歪素子として実用化が可
能であることが確められた。

さらに本発明による有機絶縁層は内部電極の層
間の絶縁の外にも、電歪効果型素子の外装用絶縁
層としても同様に有効なことを確認した。

（発明の効果） 以上実施例から明らかなように、本発明の構造
および製造方法によると、電歪材料の膜または薄
板の全面に内部電極を形成して積層し、該積層体
の側面に露出した前記内部電極の端面を電気泳動
法によつて、内部電極上およびその近傍のみに絶
縁層を形成し、焼付けた構成を実現できるため、
電歪効果による伸縮に伴う絶縁層のクラツク発生
が全くなく、内部電極各層毎に、絶縁層が独立し
ているため、絶縁層を形成したことによる無電界
部による伸縮の妨害作用は全くない。

さらに有機樹脂を用いることによつて心配され
る、有機物の透湿性、吸湿性による、絶縁生の劣
化も絶縁層が独立することによつて、防止できる
ため、耐湿性、耐湿負荷性の著しい向上認められ
る。

本発明ではエポキシエステル系カチオン塗料を
用いたが、この他にもアニオン電着塗料、あるい
は変性マレイン化油型、変性アルキツド形電着塗
料でも同様の効果が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよびｂは従来の積層チツプコンデン
サ型の電歪効果素子の一例を示す断面図および平
面図、第２図ａ，ｂは内部電極板を素子全面に形
成した構造の積層型電歪効果素子を示す断面図お
よび平面図、第１図及び第２図において１は電歪
材料、２，２′は内部電極、３，３′は外部電極で
ある。第３図は本発明の一実施例を示す斜視図、
第４図は同じく本発明の一実施例を示す断面図、
第３図、第４図において１は電歪材料、２は内部
電極、３，３′は有機絶縁層である。第５図は本
発明の電気泳動法によつて絶縁層を形成する装置
の一実施例の断面図、第５図において１は電歪効
果素子、２は対向電極、３，３′はリード線、４
は電着塗料水溶液、５は直流電源、６はガラス容
器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電歪材料の膜または薄板と内部電極とが交互
   に積層されている電歪効果素子であつて、該素子
   の表面に露出している導体部分の表面とその近傍
   の電歪又は無機絶縁体上のみに有機絶縁層又はフ
   イラーを含む有機絶縁層が形成されていることを
   特徴とする電歪効果素子。 ２ 電極材料の膜又は薄板と内部電極板とが交互
   に積層された電歪効果素子の該素子の表面に露出
   している導体部分とその近傍の電歪又は無機絶縁
   体上にのみ電着法により有機絶縁層又はフイラー
   を含む有機絶縁層を形成し、その後該絶縁層を素
   子に焼付ける工程を有することを特徴とする電歪
   効果素子の製造方法。