JPH042184A - 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テ゛ユーサ
である。具体的には電歪効果の大きな固体の対向する表
面に金属膜などの電極を形成し、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）は垂直方向に生じる歪（横効
果歪）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。この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電界強度が大きく
なるほど発生する歪が大きくなるため、大きな変位量を
得るには電界強度が低下しないように印加電圧を大きく
することが必要である。しがし、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。

以上の欠点を改善するために積層チップコンデンサ型の
構造が提案されている。この構造を第３図（ａ）、　（
ｂ）に示す。

第３図（ａ）において電歪材料８の内部に内部電極９ａ
。

９ｂが一定の間隔で形成されており、一つおきに外部電
極１２ａ、　１２ｂと接続している。内部電極９ａ、　
９ｂの間隔は通常のチップコンデンサの技術で数１０ｐ
ｍ程度まで薄くすることができる。この構造を採用する
と電極間距離が狭くなる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できる。

ところで積層方向からみた投影図第３図（ｂ）から明ら
かなように、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。従って
基本的には内部電極の重なっ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。

二のような従来素子の欠点を改善するために積層チップ
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（以降スリッ
トと称す）形成する構造がある。（特開昭５８−１９６
０７７）。この構造の素子の外観図を第４図に示す。図
中、番号１０がスリットである。

また本素子の縦断面図第５図（ａ）に、スリット形状１
４と内部電極９ａ、　９ｂの投影図をそれぞれ第５図（
ｂ）、　（ｃ）に示す。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て、電圧の
繰り返しパネル印加に対して機械的破壊に至るまでの寿
命を延ばし、さらに素子の変位も増大させることができ
る。

上述の構造の電歪効果素子を製造する方法として、特開
昭６１−１１５６０６がある。この従来の製造方法は電
歪材料粉末に有機系のバインダと有機系の用材を加えて
混練して泥漿とし、テープ・キャスティングによってグ
リーンシートを得る。このグリーンシート上に内部電極
ペースト及び電歪を示す材料が焼成するまでに加熱によ
って飛散または消失する材料（空孔形成ペースト）を所
定の形状にスクリーン印刷したのちに、所定の形状に切
断する。

上記の加工を施したグリーンシートを一軸加圧プレス機
の金型に所定の順序で所定枚数積み重ねた後バインダの
軟化する温度まで印加した後、−軸加圧プレスで熱圧着
してプレス体とする。このプレス体を加熱して、バイン
ダ及び空孔形成材を熱分解させて除去した後に、内部電
極及び電歪材料を焼結させて焼結体とする。本焼結体の
上下面の平行度を出すために、研磨を施した後に、素子
の形状に切断し、外部電極形成、リード線付をして電歪
効果素子としていた。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の製造方法により作成したスリット構造素
子の問題点について図面を用いて説明する。

第６図は従来の製造方法で作成したスリット構造素子の
途中工程で内部電極ペーストおよびスリット形成材のパ
ターンを印刷したグリーンシートを積層したものの断面
図である。図面番号１５の部分は内部電極がなく５層お
きのスリット形成材１０だけが積層されている。それに
対し１６の部分は内部電極９ｃ、　９ｄが多数積層され
ている。第７図はこれを熱プレスで圧着一体化したもの
の断面図である。図面番号１５の部分は内部電極ペース
ト印刷部がないため１６部分に較べて、プレス時に圧力
のかかり方が弱い。そのため焼結時に不均一な収縮が起
こり素子が変形しやすいという問題点がある。従って、
研磨等により形状を修正する必要がでてくる場合もある
。

（発明の従来技術に対する相違点） 従来の電歪効果素子の製造方法に対して、本発明の電歪
効果素子の製造方法は電歪効果を示す材料からなるグリ
ーンシートと内部電極からなるグリーンシートと空孔形
成材を所定形状に印刷したグリーンシートをそれぞれ所
定の順序で重ねた後上部および下部にラバーを入れ熱圧
着し、バインダー除去、空孔形成材除去、焼成を行うと
いう相違点を有する。

（問題を解決するだめの手段） 本発明によれば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って該素子の積層方向を平
行な側面上に、各内部電極に沿って、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からなるグリーンシートと内部
電極を印刷したグリーンシートと、電歪効果を示す材料
が焼成するまでに加熱によって飛散または消失する材料
を所定形状に印刷したグリーンシートをそれぞれ所定の
順序で重ねた後上部および下部にラバーを入れ熱圧着す
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
が得られる。

（実施例） 次に本発明について図面を参照して説明する。

本発明の効果を、チタン酸ジルコン酸鉛系の電歪効果を
示す材料を用いて調べた。本材料粉末に有機系のバイン
ダと有機系の溶剤を加えて混練して泥漿を製造した。バ
インダとしては、ポリビニルブチラールを用いた。この
泥漿をドクターブレード法でフィルム上に約１３０ｐｍ
の厚みにテープ・キャスティングしてグリーンシートを
作製した。このグリーンシート上に銀パラジウム合金を
主成分とする内部電極ペーストをスクリーン印刷した。

印刷パターンは第２図（ｂ）、　（Ｃ）である。同様に
、グラファイトを主成分とする空孔形成ペーストを印刷
した（印刷パターン：第２図（ｄ））。さらに、焼成後
切断するため、最上層に配置する切断線１１として、銀
パラジウム合金を主成分とするペーストを印刷した（印
刷パターン：第２図（ａ））。それぞれのグリーンシー
トを１０１００ｍｍＸ７０に切断した。次に第１図のプ
レス機金型１〜３の下パンチ２に１０１００ｍｍＸ７０
．厚さ０．８ｍｍのシリコンゴム（硬度５０）を乗せ、
その上に上述の加工を施したグリーンシートを所定の順
序で所定枚数重ねた後に更に１００ｍｍ　Ｘ　７０ｍｍ
、厚さ０．８ｍｍ（硬度５０）のシリコンゴムを重ね上
部金型１乗せ、上部金型１と下部金型２に３１０ｋｇｆ
／ｃｍの圧力を加え、更にヒーター６によりプレス機金
型１〜３が１００°Ｃになるように温度調節器７で制御
し４０分後圧力をゼロに戻し、プレス機金型１〜３より
該シートのプレス体を取り出す。得られたプレス体を空
気中６００°Ｃで処理し、グリーンシート中の有機バイ
ンダおよびスリット形成材を熱分解除去する。これを１
１００°Ｃで焼成し内部に空孔が形成された積層セラミ
ック焼結体を得た。所定の位置で切断し得られた素子の
側面に外部電極ペーストを塗布焼き付けし電圧印加用端
子としてリード線を接続した。

本発明の製造方法によって得られた積層をセラミック焼
結体は前記グリーンシートのプレス体を作製する際に、
ラバーを用い熱圧着し一体化することにより内部電極９
ｃ、　９ｄの重なりのある部分とスリット形成材の形成
されている部分でも均一な圧力が印加されるため積層体
内部に密度ムラがなくなり、焼結時に素子変形が発生せ
ず、良好な焼結体が得られた。

本発明による電歪効果素子について１５０ＶＤＣで１分
間分極処理を行なったのち１５０■で変位を測定した結
果、７．５ｐｍの変位が得られた。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、内部の密度ムラの
無いグリーンシート積層体が得られこれを焼成すること
により内部にクラックを含まない良好な積層セラミック
焼結体が得られ低電圧で大きな変位量を取出すことの出
来るスリット構造電歪効果素子が得られるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する図で１はプレス機金型
の上部金型、２はプレス機金型の下部金型、３はプレス
機金型、４はラバー、５はグリーンシートを積層したも
のであり、６はヒータ、７はコントローラである。 第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例に用いた印刷
パターンで（ｅ）〜（ｈ）は（ａ）〜（ｄ）をそれぞれ
素子−個分について表示した斜視図である。 第３図は積層セラミックコンデンサ型構造の電歪効果素
子の断面図（第３図（ａ））および積層方向への投影図
（第３図（ｂ））。 第４図はスリットを形成した構造の素子の外観図、第５
図（ａ）はスリットを形成した構造素子の断面図、（ｂ
）〜（Ｃ）はスリット形状１７と内部電極９ａ、　９ｂ
の投影図、第６図は従来のスリット構造電歪効果素子製
造工程においてグリーンシートを積層した状態の１新面
図を示す。 第７図は従来のスリット構造電歪効果素子製造工程にお
いて熱プレスにより圧着一体化されたグリーンシートの
積層体を示す図。 １・・・プレス機金型の上部金型、２・・・プレス機金
型の下部金型、３９０．プレス機金型、４・・・ラバー
、５・・・グリーンシートの積層体、６・・・ヒータ、
７・・・コントローラ、８・・・電歪材料、９ａ、　９
ｂ、　９ｃ、　９ｄ・・・内部電極、１０・・・スリッ
ト、１１・・・切断線、１２ａ、　１２ｂ・・・外部電
極、１３・・・リード線、１４・・・スリット形状、１
５・・・スリット形成材の形成されている部分、１６・
・・内部電極の重なりがある部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   歪効果素子であって該素子の積層方向を平行な側面上に
   、各内部電極に沿って、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
   を示す材料からなるグリーンシートと内部電極を印刷し
   たグリーンシートと、電歪効果を示す材料が焼成するま
   でに加熱によって飛散または消失する材料を所定形状に
   印刷したグリーンシートをそれぞれ所定の順序で重ねた
   後上部および下部にラバーを入れ熱圧着する工程を含む
   ことを特徴とする電歪効果素子の製造方法。