JPH0564873B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明の素子は圧電又は電歪材料の電気・機械
エネルギー変換能力を利用した駆動素子や微小変
位素子等のエレクトロメカニカルデバイスに関す
るものである。

（従来技術） 縦効果を利用した電歪効果素子の構造において
素子断面積と同じ大きさの内部電極を有すること
が必要である。これは電圧印加時に電歪材料又は
圧電材料全体に均一な電界を発生させるためであ
る。内部電極面積が素子断面より小さいと電歪又
は、圧電材料内部の内部電極端部付近に必ず電界
の不均一な部分が生まれそれに伴つて強い応力集
中が起こる。

また、低電圧で大きな電界を発生させ大きな歪
を得るためには内部電極相互の間隔を100ミクロ
ン程度にして多数の内部電極を電歪又は圧電材料
内部に形成することが必要である。

以上２つの理由で縦効果を利用した電歪効果素
子を電気的に接続するのは従来の方法では非常に
困難である。つまり前者の制約より積層セラミツ
クコンデンサで行なわれるように素子端面全体を
覆うような外部電極による接続方法は用いること
ができない。また後者の制約により厚膜プロセス
等で用いられている絶縁膜と導体とを印刷により
形成する方法は精度上から適用が困難である。

そこで本発明者等は先に電気泳動法により電歪
又は圧電材料積層体の端面に露出した内部電極層
とその近傍のセラミツク上に一層おきに帯状の無
機絶縁物を形成することを特徴とする電気的接続
方法を提案した。第９図はこの方法により電気的
接続を行なつた電歪効果素子の外観図である。電
歪材料１１，１２と内部電極１３，１４が積層さ
れて構成される素子の側面に露出した内部電極層
およびその周辺のセラミツク上に一層おきに無機
絶縁物１５が形成されている。反対側の側面には
一層ずらした内部電極上に同じく無機絶縁物１６
が形成されている。この絶縁物および露出したま
まの内部電極１４又は１３は横断して帯状の外部
電極１７と１８が形成されている。図中番号１３
と１４で示される多数の内部電極は一層おきにプ
ラス側外部接続端子１９およびマイナス側外部接
続端子２０にそれぞれ接続している。

この方法を用いると内部電極の間隔が60μｍま
での電歪効果素子は電気的に接続することができ
る。一方、電歪材料積層体は層間20μｍ程度のも
のも容易に作製できる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、例えば層間距離30μｍの素子を接続す
ることはきわめて困難である。その理由は第一
に、電気泳動法を用いて30μｍの精度でガラス粉
末を付着させることはむつかしい。その原因とし
てはケンダク液中でガラス粉末が5μｍ程度の大
きさに凝集している等の理由がある。第二に、層
間距離が狭くなるに従つて形成できる帯状絶縁物
の厚みも比例して薄くなり充分な耐電圧が得られ
ないことがある。そのため駆動電圧を50V以下に
することは従来の構造の素子においては困難であ
る。

本発明は内部電極の間隔が30μｍ以下でも容易
に電気的接続ができ、従つて30V程度の極めて低
い電圧で駆動することができ電歪効果素子を提供
することを目的とする。

（問題を解決するための手段） 本発明は電歪材料層の膜または薄板と内部電極
とが交互に積層され、一体となつて焼結された電
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
内部電極板の一層おきの露出部とその近傍の電歪
材料上のみに無機絶縁層が直接形成されており、
該無機絶縁層を横断して同一側端面上の各内部電
極露出部を接続する外部電極が形成され、かつ該
素子の２側面でそれぞれ異なる内部電極が一層お
きに外部電極で接続されている電歪効果素子であ
つて、前記外部電極が形成される２側面は上面又
は底面に対して垂直でないことを特徴とする。

（作用） 本発明の素子は電気的接続を施す側面を底面に
対し傾斜させることにより内部電極間の距離を広
げ電気的接続を容易にしようとするものである。

従来の内部電極型電歪効果素子は第９図に示す
ように直方体である。この構造では駆動電圧を下
げるために内部電極間隔を狭めていくと電気的接
続を行なうためには微細な絶縁物のパターンを形
成することが必要になる。ところが第２図に示す
ように側面を底面に対して傾斜させると、この面
においては実質的に内部電極間の間隔が広がるこ
とになる。傾斜の程度を調整すれば、例えば、内
部電極の間隔が30μｍの素子でも、傾斜面の露出
部において60μｍの間隔にすることができ第３図
に示すように絶縁物パターンの形成が容易にな
る。

このような形状の積層体は通常の方法で焼結体
を作製し、それを単に従来とは異なる位置で切断
することが得られる。また電気泳動法によりガラ
ス粉末を付着させる工程においては対象となる側
面の構造のみが問題となる。よつて製造工程の面
からはこのような傾斜面を有する素子構造の問題
点は特にない。

ここで図中番号１１，１２は電歪材料、１３，
１４は内部電極１５，１６は絶縁物を１７，１８
は外部電極を１９，２０は外部接続端子をそれぞ
れ示す。また図中番号２１，２２は電歪材料、２
３，２４は内部電極、２５，２６は絶縁物を示
す。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳
細に説明する。マグネシウムニオブ酸鉛およびチ
タン酸鉛を主成分とする電歪材料子焼粉末に微量
の有機バインダーを添加しこれを有機溶媒中に分
散させたスラリーを準備した。通常の積層セラミ
ツクコンデンサの製造に使用されるキヤステイン
グ製膜装置にによりこのスラリーをポリエステル
性樹脂（厚さ50〜100μｍ）のキヤリアシート上
に約45ミクロンの厚さに塗布し乾燥させたこれを
フイルムから剥離し電歪材料グリーンシートを得
た。一部のグリーンシートにはさらに内部電極と
して白金ペーストをスクリーン印刷した。これら
のグリーンシートを数百枚重ね、熱プレスにより
圧着一体化した後1240℃で焼成し電歪材料積層体
を得た。これを内部電極が一層おきに表面に露出
するような位置２ケ所で切断し、あらわれた面に
仮設外部電極を塗布焼き付けし、さらに前記仮設
外部電極形成面とは異なる側面２ケ所を底面に対
し傾斜を持つように切断し内部電極を露出させ
る。第４図は以上のようにして作製した仮設外部
電極付電歪材料積層体の斜視図である。図中番号
２１および２２は電歪材料、２３および２４は内
部電極で一層おきにそれぞれ仮設外部電極３４お
よび３５に接続している。

次に、底面に対し傾斜している２つの側面の内
部電極露出部とその周辺セラミツク上に、帯電し
たガラス粉末を含むケンダク液を用いた電気泳動
法により帯状にガラス粉末を析出させる。これを
焼成固着させてガラス被膜を形成し、これを用い
て素子の電気的接続を行なう。

まず以下の方法で帯電したバラス粉末を含むケ
ンダク液を作製する。ホウケイ酸亜鉛系結晶化ガ
ラス粉末30ｇ、エタノール290ml、５％ヨウ素エ
タノール溶液10mlを高速ホモジナイザーで混合す
る。ヨウ素が電解質の役割をはたし、ガラス粉末
はプラスに帯電する。30分間超音波をかけた後、
30分間静置して沈殿物を除去し残りのケンダク液
を使用する。

前記仮設外部電極付電歪材料積層体の底面に対
し傾斜している２つの側面のうち一方を粘着テー
プで被いケンダク液にぬれるのを防ぐ。これを前
記ケンダク液を満たした容器に沈め、粘着テープ
で被つていない傾斜側面の前方約１cm手前に側面
よりも大きめのステンレス製対向電極板を沈め
る。次に直流電源を準備しそのプラス端子に対向
電極板を接続しマイナス端子には図中番号３５で
示す仮設外部電極を接続する。また図中番号２３
で示す内部電極上へのガラス粉末の付着を防止す
るために仮設外部電極３４はステンレス製対向電
極板に接地し同電位とする。直流電圧10Vを600
秒間印加しガラス粉末を析出させた後、ケンダク
液から引き上げ乾燥させる。第５図はこのように
処理を行なつた電歪材料積層体を示す斜視図であ
る。図中番号２６は一層おきの内部電極露出部と
その周辺のセラミツク上に析出した帯状のガラス
粉末を示す。

裏面の前記粘着テープを取り除いた後、705℃
で10分間焼成し帯状のガラス被膜を焼きつける。
次に全く同様な方法で裏側の傾斜面の内部電極露
出部の一層おきにガラス被膜を形成する。ただし
その位置は最初にガラス被膜を形成した内部電極
とは一層だけずらせておく。

このようにして得られた２つの傾斜側面に帯状
のガラス被膜を持つ積層体は第５図の被膜で示す
位置で切断し最終素子形状にする。第６図はこの
ようにして得られた電歪効果素子を示す外観図で
ある。図中番号２３，２４は内部電極を、２７，
２８はガラス被膜を示す。次にガラス被膜と内部
電極露出部を横断する形で、一対の外部電極を焼
き付ける。第１図はこのようにして電気的接続を
行なつた電歪効果素子を示す外観図である。図中
番号２９は外部電極を、３０，３１はそれぞれ底
面と上面を３２，３３はそれぞれプラス側および
マイナス側の外部接続端子を示す。外部接続端子
間に直流電圧30Vを印加すると素子は底面および
上面に垂直な方向に7μｍの変位を生じる。

また本構造の採用により角錐台形状の素子を作
製することもできる。第７図はガラス被覆を形成
した電歪材料積層体を示す外観図である。図中破
線で示すような位置で切断し最終の素子形状とす
る。第８図はこのようにして切断し外部電極を形
成した電歪効果素子の外観図である。底面を装置
に取付けて固定し上面方向の変位を利用すれば座
りの良い安定な電歪効果素子となる。図中番号２
９は外部電極を、３０，３１は底面および上面を
それぞれ示す。３２，３３はそれぞれプラス側お
よびマイナス側の外部接続端子を示す。

（発明の効果） 本発明の構造を採用することにより従来電気的
接続が困難であつた内部電極間隔が30μｍ程度の
電歪材料積層体を容易に電気的に接続し30V程度
の極めて低い電圧で駆動できる電歪効果素子が得
られる。また電歪効果素子としての形状の自由度
が広がり、変位拡大機構に素子を組み込んで使用
する場合に変位拡大機構の形状の自由度が増し設
計上都合が良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電歪効果素子の一例を示す外
観図、第２図〜第６図は本発明の電歪効果素子の
製造工程を示す外観図、第７図、第８図は本発明
の他の例を示す外観図、第９図は従来の電歪効果
素子の外観図である。 各図において、１１，１２，２１，２２は電歪
材料、１３，１４，２３，２４は内部電極、１
５，１６，２８，２７はガラス被膜、１７，１
８，２９は外部電極、１９，２０，３２，３３は
外部接続端子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電歪材料層と内部電極とが交互に積層され、
   一体となつて焼結された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一層おき
   の露出部とその近傍の電歪材料上のみに一層おき
   に無機絶縁層が形成されており、該無機絶縁層を
   横断して同一側端面上の各内部電極露出部を接続
   する外部電極が形成され、かつ該素子の２側面で
   それぞれ異なる内部電極が一層おきに外部電極で
   接続されている電歪効果素子であつて、前記外部
   電極が形成される２側面は上面又は底面に対して
   垂直でないことを特徴とする電歪効果素子。