JPH04306889A - 電歪素子の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電歪縦効果を利用したセ
ラミックスアクチュエ−タ−特に一体型積層電歪素子の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一体型積層電歪素子としては、日本電気
（　株）のＰｂ（Ｍｇ１／３　Ｎｂ２／３）　０３　−
ＰｂＴｉ０３　系が従来からよく知られている。この素
子に１０Ｋｖ／ｃｍ　の電界を印加した時の伸び率は、
８＊１０−２％と小さく、誘電率は５４４０と大きい（
日本電気株式会社　　電子コンポ−ネント技術資料　　
ＡＥＡ−５０２　　特開昭６０−２２９３８）。これは
磁器の化学組成に起因している。

【０００３】そこで、本発明者らは伸びが大きく誘電率
が小さい一体型積層電歪素子を得るために、化学組成式
（Ｉ）で表される磁器組成物を用いることを提案した（
特開平１−２００６８１）。この化学組成式（Ｉ）で表
される磁器は伸び率は大きいがその性能を得るために１
３００℃程度の焼結温度を必要とした。このため積層型
素子の内部電極には白金電極を用いなければならなかっ
た。

【０００４】一方、これまで内部電極として銀−パラジ
ウムを用いた圧電もしくは電歪セラミックス素子は数多
く存在する。しかしながら、化学組成式（Ｉ）のように
ＰｂサイトにＢａを置換した組成の場合、銀−パラジウ
ムを内部電極として用いていなかった（特開昭６０−１
４４９８４）。また、この化学組成式（Ｉ）で表される
磁器組成物は誘電率が大きいために大容量の電源が必要
になるという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】化学組成式（Ｉ）で表
される磁器組成物を用いた一体型積層電歪素子（以下Ｐ
ＢＺＴ素子と略す。）の製造コストを低減させるために
は、内部電極として白金に代わって銀−パラジウム合金
が使用することが考えられる。そこで従来得られていた
伸び率を確保しつつ、銀−パラジウム合金を内部電極に
用いたＰＢＺＴ素子の製造方法を提供することを目的と
する。さらに、従来の白金電極ＰＢＺＴ素子よりも低い
誘電率を持つＰＢＺＴを製造する方法を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討し
た結果、磁器組成物の粉末を１１７５℃以下の温度で焼
結して得られた銀−パラジウム電極ＰＢＺＴ素子は、伸
び率が大きく、誘電率が低いという特性を見いだし本発
明を完成した。即ち、本発明は、圧電もしくは電歪セラ
ミックスの薄膜又は薄板と銀−パラジウム内部電極が積
層された一体型積層電歪素子の製造方法において、その
セラミックスの化学組成が組成式（Ｉ）　　　　　　（
Ｐｂｘ　Ｂａ１−ｘ　）ａＭｅｂ（Ｚｒｙ　Ｔｉ１−ｙ
　）ｃＯｄ　　　　　（Ｉ）（ここで、ｘ，ｙ，ａ，ｂ
，ｃ，ｄ　の範囲が０．７０≦ｘ　≦０．８０ ０．４５≦ｙ　≦０．６５ ０．８５≦ａ　≦１．１５ ０．００１≦ｂ　≦０．２ ０．８５≦ｃ　≦１．１５ であり、ｄ　は各元素の酸化状態により定まる数値であ
りＭｅはＢｉ，Ｔａ，Ｗ，　Ｎｄ，Ｔｈ，Ｙ，　Ｌａ　
からなる群から選ばれた少なくとも１種類の元素である
。）で示されるもので、その比表面積が３．５ｍ２／ｇ
以上でありかつ１１７５℃以下の温度で焼結することを
特徴とする一体型積層電歪素子の製造方法である。

【０００７】本発明の磁器組成物を製造するための出発
原料としては、Ｐｂ、Ｂａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｅ（Ｂｉ、
Ｔａ、Ｗ、Ｎｄ、Ｔｈ、Ｙ、Ｌａからなる群から選ばれ
る少なくとも１種の金属）の化合物のうち加熱により各
々の酸化物になるものであれば良く、酸化物も含まれる
。そのような化合物としては各々の金属元素の酸化物、
水酸化物、塩化物、硫酸塩、炭酸塩、蓚酸塩、酢酸塩、
硝酸塩、リン酸塩、クエン酸塩等が例示される。

【０００８】これらの原料は計量され所定の割合で混合
されるが、均一に混合される様に混合の前に解砕を行い
塊のない粉末状にする。混合物が不均一だと焼結体の組
成が不均一となって積層型素子としての性能を充分発揮
しなくなる。

【０００９】混合にはホモミキサ−、アトライタ−等の
粉末の混合に常用されている装置を利用することも可能
であるが、解砕機能を併せ持つ装置、例えばボ−ルミル
などを用いることが好ましい。

【００１０】次にこの原料粉末を仮焼する。仮焼によっ
てある程度密度を大きくするために２０ｍｍ¢の金型成
形器を用い１０〜２０ｋｇ／ｃｍ２　の圧力で成形する
。 これは圧粉体密度を２．５〜４．０ｇ／ｃｍ３　にする
ためである。圧粉体密度がこの範囲にあると焼結時に焼
き締まりが大きい。仮焼温度は６００〜１０００℃好ま
しくは８００〜９００℃で大気中で１時間〜１０時間程
度仮焼することが望ましい。仮焼温度が６００℃未満で
は密度が上がらず逆に１０００℃を越えると密度が上が
り過ぎ焼結前の解砕が困難となり解砕しても比表面積が
上がらず１１７５℃以下の温度で焼結させることが出来
なくなる。またこの仮焼は大気中の他、窒素中、アルゴ
ンガス中等でも行うことができる。

【００１１】仮焼した粉末の比表面積（以下ＳＢＥＴと
略す）が３．５ｍ２／ｇ以上であれば、そのまま用いて
次工程へ移行することができる。ＳＢＥＴが３．５ｍ２
／ｇ以下であればさらに解砕する。解砕機器にはボ−ル
ミル、ＣＦミル、振動ミル、アトライタ−等を用いるこ
とができる。ここで述べたＳＢＥＴとは窒素吸着法によ
るＢＥＴ式比表面積測定法によって測定される値である
。

【００１２】本発明のポイントの一つであるＳＢＥＴの
範囲は３．５ｍ２／ｇ以上であり、好ましいＳＢＥＴの
範囲は３．５ｍ２／ｇ〜１０ｍ２／ｇである。ＳＢＥＴ
が３．５ｍ２／ｇ未満では１１７５℃以下で焼結させる
ことができない。 また１０ｍ２／ｇを越えると粉が小さくなりすぎて通常
の取扱が難しくなり、所定の性能を安定して得ることが
難しくなる。

【００１３】次に解砕によってＳＢＥＴが３．５ｍ２／
ｇ以上にされた粉を溶剤、分散剤などと共に混練する。 用いる溶剤としてパラキシレン、ノルマルブタノ−ルが
あげられる。用いる分散剤としてブチルフタレ−トグリ
コ−ル、ポリビニルブチラ−ルが挙げられる。これらの
中から、粉１００ｇに対しパラキシレン１０〜８０ｇ、
ノルマルブタノ−ル５〜４０ｇ、ブチルフタレ−トグリ
コ−ル０．５　〜５．０ｇ、ポリビニルブチラ−ル１〜
３０ｇの混合比でそれぞれ適当に混練する。更にドクタ
−ブレ−ド法によって、例えば３０〜３００μｍ　の厚
みに成膜していわゆるグリ−ンシ−トと言われるものを
作成する。

【００１４】これらのグリ−ンシ−トに電極用の銀−パ
ラジウムペ−ストをスクリ−ン印刷機で所定の形状に電
極を印刷塗布する。この電極付きグリ−ンシ−トを風乾
し、所定の枚数積層する。その後仮焼き温度よりも低い
温度、室温〜９００℃、より好ましくは３００〜５５０
℃で１０〜１００時間で脱脂処理する。脱脂された後焼
結する。焼結温度は１２００℃以下好ましくは１１７５
℃以下１１００℃を越える温度で行う。こうして得られ
た焼結体が即ちＰＢＺＴ素子（化学組成式（Ｉ）で表さ
れる磁器組成物を用いた一体型積層電歪素子）である。

【００１５】

【実施例】実施例１ 出発原料を粉末状試薬にし、ＰｂＯを２６．０６ｇ、Ｂ
ａＣＯ３　を８．５２３ｇ、ＺｒＯ２　を１１．１７８
ｇ、ＴｉＯ２　を５．９３ｇ、Ｂｉ２Ｏ３　を０．７３
６ｇそれぞれ秤量し、さらに、ボ−ルミルで１０時間解
砕混合した。得られた混合物を空気中で８００℃で２時
間仮焼した。その後この仮焼物をボ−ルミルを用いて再
び解砕した。窒素吸着によるＢＥＴ比表面積測定法によ
って解砕後の粉の比表面積を測定したところ３．６ｍ２
／ｇであった。

【００１６】解砕した粉５２．４２ｇをパラキシレン１
０ｇ、ノルマルブタノ−ル５ｇ、ポリビニルブチラ−ル
３ｇとともに混練した後、約１００μｍ　のグリーンシ
ートに成膜した。このグリ−ンシ−トに銀−パラジウム
ペ−スト（Ａｇ／Ｐｄ＝７０／３０）を塗布した後、風
乾した。これらを１００枚積層した。これを５００℃で
脱脂し、つぎに１１７０℃で焼結し積層型電歪素子を得
た。インピ−ダンスメ−タ−によって誘電率を測定した
ところ３２００であった。また１０Ｋｖ／ｃｍ　の電界
を印加した時の伸び率は１０．７＊１０−２％であった
。

【００１７】実施例２〜４ 解砕機器を変えた以外は実施例１と全く同様にして実験
を行った。使用した解砕機器、得られた粉のＳＢＥＴ、
焼結温度、誘電率伸び率を表１に示す。

【００１８】

【表１】 比較例１〜３ 解砕時間を変えた以外は実施例１と同様にして実験をお
こなった。得られた粉のＳＢＥＴ、焼結温度、誘電率、
伸び率を表２に示す。

【００１９】比較例４ 内部電極材料を白金ペ−ストにし、焼結温度を１３２０
℃にした以外は、比較例１と全く同様にして一体型積層
素子を得た。このものの誘電率、伸び率を表２に示す。

【００２０】比較例５ 焼結温度を１２３０℃にした以外は比較例１と全く同様
にして実験を行ったが銀−パラジウム電極部で剥離が生
じ一体型積層素子が得られなかった。

【００２１】実施例５〜７ 解砕時間を変えた以外は実施例１と同様にして実験を行
い、ＳＢＥＴ１．０〜１１ｍ２／ｇの粉を得た。その粉
を原料にして得られた素子の伸び率とＳＢＥＴと焼結温
度を表２に示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】

【発明の効果】上述の実施例からも明かな様に従来、Ｐ
ｂサイトにＢａを置換したＰＢＺＴ系のセラミックスは
内部電極として白金しか用いることができなかったがＳ
ＢＥＴが３．５ｍ２／ｇ以上の粉を用いることによって
焼結温度を低下させ内部電極に銀−パラジウム合金が使
用できる様になった。これによって伸び率の大きく、誘
電率の低い素子を得ることができた。また、素子のコス
トを大幅に低減出来た。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧電もしくは電歪セラミックスの薄膜
   又は薄板と銀−パラジウム内部電極が積層された一体型
   積層電歪素子の製造方法において、そのセラミックスの
   化学組成が組成式（Ｉ） 　　　　　　（Ｐｂｘ　Ｂａ１−ｘ　）ａＭｅｂ（Ｚｒ
   ｙ　Ｔｉ１−ｙ　）ｃＯｄ　　　　　（Ｉ）（ここで、
   ｘ，ｙ，ａ，ｂ，ｃ，ｄ　の範囲が０．７０≦ｘ　≦０
   ．８０ ０．４５≦ｙ　≦０．６５ ０．８５≦ａ　≦１．１５ ０．００１≦ｂ　≦０．２ ０．８５≦ｃ　≦１．１５ であり、ｄ　は各元素の酸化状態により定まる数値であ
   りＭｅはＢｉ，Ｔａ，Ｗ，　Ｎｄ，Ｔｈ，Ｙ，　Ｌａ　
   からなる群から選ばれた少なくとも１種類の元素である
   。）で示されるものであり、比表面積が３．５ｍ２／ｇ
   以上の粉末でありかつ１１７５℃以下の温度で焼結する
   ことを特徴とする一体型積層電歪素子の製造方法。