JPS6132835B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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。

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、低電圧で駄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２，２′との重なり部分が
素子間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
電界強度は弱くなり、周辺部分の電界強度は弱い
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
集中が起きり、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。

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もの近傍の電歪
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。

すなわち本発明は、電歪材料の膜または薄板と
内部電極板とを交互に積層されている電歪効果素
子であつて該素子の前記内部電極板の端面が露出
しており、この側端面上に露出した電極に対し、
その全面又は一層おきに無機絶縁層が露出電極の
周囲を含む範囲に形成されている構造、及びこの
無機絶縁層を電気泳動法で形成しこれを焼付ける
ことにより製造する無機絶縁層が内部電極および
電歪材料と一体化している電歪効果素子の製造方
法である。

電極を無機材料で絶縁する場合には、デイツプ
法、スクリーン法などが一般的に行なわれてい
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じると、無機絶縁層にク
ラツクが生じて、絶縁性を失つたり、無機絶縁層
によつて電歪効果が小さ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、無機絶縁層は伸縮しないため、
無機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。

しかもここで生ず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
を生ずる結果となる。

これを解決する方法として伸縮可能な軟かい有
機材料による絶縁層形成が考えられるが、有機物
による絶縁ではセラミツク、金属などの接着性が
少なく、有機材料自身の耐湿性などが無機材料に
比らべ悪いため、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。特に積
層型の電歪効果素子では、内部電極の間隔が数十
ミクロン〜１ミリ程度と非常に狭く、この間に数
十Ｖ〜数百Ｖと高い電圧を加えるため、有機物を
含むような絶縁層では実用化は困難である。

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、信頼性の高い無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板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外部
電極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（Mg1／３ Nb2／
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・ニオブ酸塩Pb
（Mg1/3 Nb2/3）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トを用い
た、キヤステイング法によつて、厚さ30μｍ〜
200μｍの均一な厚さ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
片素子の内部電極層の露出した４つのうち相対向
する２つの面の内部電極層上に一層おきにたとえ
ば電極ペーストを塗布または印刷により形成し電
気泳動用の電極として焼付ける。所定のマスクに
より電極を蒸着してもよい。この際前記２つの面
において同じ内部電極層の両側に電極を付けない
ように、該２つの電極を形成する内部電極層が一
層ずれるようにする。このようにして形成した電
極にリード線を接続し、これらを一本にまとめ
る。この素子を電気泳動槽の中に入れ、前記リー
ド線と対向電極の間に直流電圧を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。この際絶縁層を形成したくない内部
電極露出部には有機材料を形成しておく、また均
一な厚さで絶縁層を形成するために直流電界印加
中は対向電極が素子周囲を移動するようにする
か、対向電極を素子周面に配置することが望まし
い。所定の時間直流電界を加え、絶縁層形成の終
つた素子を900℃−10分条件で熱処理を行なうと
絶縁層が素子表面に焼付けられる。

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は絶縁粉末
のスラリー、５は直流電源、６はガラス容器を示
している。

なお本実施例では無機絶縁材料の電気泳動法用
スラリーとしては次の組成を用いた。

ホウケイ酸鉛素ガラス 10wt％ エタノール 85wt％ ポリビニルブチラール 5wt％ 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
能であることが認められた。

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。

【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′は無機絶縁層である。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着の
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
絶縁粉末のスラリー、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板とが交
   互に積層されている電歪効果素子であつて、該素
   子の側端面に前記内部電極板の端面が露出してお
   り、この側端面上の該内部電極板の露出部とその
   近傍の電歪材料のみに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 絶縁層は無機絶縁材料である特許請求の範囲
   第１項記載の電歪効果素子。 ３ 電歪材料の膜または薄板と内部電極板とを交
   互に積層し、内部電極の端部が側端面に露出した
   構造の積層体を作製する工程と、該積層体側端面
   に露出した内部電極板端部の所定の位置に電極を
   形成する工程と、この電極と対向電極の間に直流
   電圧を加え電気泳動法により前記内部電極板露出
   部とその近傍の電歪材料上のみに絶縁層を形成し
   該絶縁層を積層体に焼付ける工程とを有すること
   を特徴とする電歪効果素子の製造方法。 ４ 絶縁層は無機絶縁材料である特許請求の範囲
   第３項記載の電歪効果素子の製造方法。