DE102005053465A1

DE102005053465A1 - Verfahren zur Herstellung piezoelektrischer Schichtelemente und Vorrichtung zur Aufbringung eines Aussenelektrodenmaterials

Info

Publication number: DE102005053465A1
Application number: DE200510053465
Authority: DE
Inventors: Kazuhide Kariya Sato; Hiroaki Kariya Asano; Takeshi Kariya Kaji
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2006-06-08
Also published as: JP2006140215A

Abstract

Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements, bei dem aus einem Außenelektrodenmaterial gebildete Außenelektrodenschichten eine hohe Leitfähigkeit, einen niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten und eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit und Zuverlässigkeit besitzen, und eine Vorrichtung zum Aufbringen des Außenelektrodenmaterials vorgeschlagen. Die Aufbringungsvorrichtung (5) umfasst einen Halteabschnitt (53) zum Halten eines Keramikschichtkörpers; eine Materialzuführungseinrichtung (6) mit einer Düse (63), die sich relativ entlang der Richtung bewegt, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, und das Außenelektrodenmaterial durch die Düse (63) abgibt; und ein Spatelbauteil (64), das dazu in der Lage ist, sich in Kontakt mit einer ein Durchgangsloch (541) aufweisenden Maskierplatte (54) relativ zu der Maskierplatte (54) zu bewegen. Das Spatelbauteil (64) bewegt sich in Kontakt mit der Maskierplatte (54) nur in der einen Richtung, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, um das von der Düse (63) abgegebene Außenelektrodenmaterial nur in dieser einen Richtung auszubreiten, damit es über das Durchgangsloch (541) auf die Seitenflächen des Keramikschichtkörpers aufgebracht wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung piezoelektrischer Schichtelemente, die beispielsweise in piezoelektrischen Aktuatoren verwendet werden können, und auf eine Vorrichtung zur Aufbringung eines Außenelektrodenmaterials, die für das obige Herstellungsverfahren genutzt wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Ein piezoelektrisches Schichtelement hat üblicherweise einen Keramikschichtkörper, der durch abwechselndes Aufeinanderschichten von piezoelektrischen Schichten aus einem piezoelektrischen Material und Innenelektrodenschichten mit elektrischer Leitfähigkeit erzielt wird. Auf den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers befinden sich zwei damit elektrisch verbundene Seitenelektroden, mit denen jeweils über ein Außenelektrodenmaterial zwei Entnahmeelektroden verbunden sind. Durch eine Ansteuerungsspannung, die an die beiden mit der jeweiligen Seitenelektrode elektrisch verbundenen Entnahmeelektroden angelegt wird, wird eine piezoelektrische Verschiebung erzeugt.

Als Außenelektrodenmaterial wird gewöhnlich ein Gemisch aus einem Isolierharz und einem elektrisch leitenden Füllstoff in Form von Flocken verwendet. Für die elektrische Leitfähigkeit ist zwischen den auf den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers befindlichen Seitenelektroden und den Entnahmeelektroden gesorgt.

Wenn beim Aufbringen des Außenelektrodenmaterials der darin enthaltene elektrisch leitende Füllstoff in der Richtung orientiert werden kann, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, kann die elektrische Leitung in dieser Richtung verbessert werden. Abgesehen davon hat der elektrisch leitende Füllstoff einen kleineren linearen Ausdehnungskoeffizienten als das Isolierharz, weswegen der lineare Ausdehnungskoeffizient des Außenelektrodenmaterials in der angesprochenen Richtung verringert werden kann. Daher wird auch dann, wenn das piezoelektrische Schichtelement unter zyklischen Abkühl-/Aufheizbedingungen verwendet wird, eine bessere Zuverlässigkeit erreicht, indem das Ablösen des Außenelektrodenmaterials und das Auftreten von Rissen abgestellt werden.

Wenn aber zum Beispiel ein Siebdruckverfahren (siehe JP 10-242538 A ) eingesetzt wird, wird das Außenelektrodenmaterial aufgebracht, indem es unter Verwendung einer Presse oder eines Schabers mit Kräften aus einer Vielzahl von Richtungen ausgebreitet wird, was dazu führt, dass sich der elektrisch leitende Füllstoff zufällig orientiert. Bei einem herkömmlichen Spenderverfahren ist der elektrisch leitende Füllstoff zwar verhältnismäßig günstig ausgerichtet, wenn sich das Außenelektrodenmaterial in einer Düse befindet, doch ist der elektrisch leitende Füllstoff nicht mehr ausgerichtet, nachdem das Außenelektrodenmaterial von der Düse abgegeben wurde.

Derzeit gibt es also noch immer keine Vorrichtung zur Aufbringung eines Außenelektrodenmaterials, die dazu in der Lage wäre, den in dem Außenelektrodenmaterial enthaltenen elektrisch leitenden Füllstoff in einer Richtung zu orientieren.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung erfolgte angesichts der dem obigen Stand der Technik eigenen Probleme und sorgt für ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements, in dem aus einem Außenelektrodenmaterial gebildete Außenelektrodenschichten eine hohe Leitfähigkeit, einen niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten und eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit und Zuverlässigkeit besitzen, sowie eine Vorrichtung zur Aufbringung des Außenelektrodenmaterials.

Eine erste Ausgestaltung der Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements, das einen Keramikschichtkörper, der durch abwechselndes Aufeinanderschichten von piezoelektrischen Schichten aus einem piezoelektrischen Material und elektrisch leitenden Innenelektrodenschichten gebildet ist, und Außenelektrodenschichten umfasst, die so auf den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers angeordnet sind, dass die Innenelektrodenschichten der gleichen Polarität miteinander eine leitende Verbindung eingehen, wobei das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Schichtelements Folgendes beinhaltet:
den Schritt Bilden des Keramikschichtkörpers durch abwechselndes Aufeinanderschichten der piezoelektrischen Schichten und der Innenelektrodenschichten; und
den Schritt Bilden der Außenelektrodenschichten durch Aufbringen eines Außenelektrodenmaterials auf die Seitenflächen des Keramikschichtkörpers, das einen elektrisch leitenden Füllstoff enthält, wobei
den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers im Schritt Bilden der Außenelektrodenschichten eine Maskierplatte gegenübergesetzt wird, die ein der Form der zu erzielenden Außenelektrodenschichten entsprechendes Durchgangsloch hat; und
das Außenelektrodenmaterial unter Verwendung eines Spatelbauteils, das sich relativ zu und in Kontakt mit der Maskierplatte bewegt, nur in der einen Richtung, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, flach ausgebreitet wird, um es so über das Durchgangsloch auf die Seitenflächen des Keramikschichtkörpers aufzubringen (Anspruch 1).

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Schichtelements wird das Außenelektrodenmaterial im Schritt Bilden der Außenelektrodenschichten unter Verwendung des Spatelbauteils nur in der einen Richtung flach ausgebreitet, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, um es so durch das Durchgangsloch hindurch auf die Seitenflächen des Keramikschichtkörpers aufzubringen. Es ist daher möglich, ein piezoelektrisches Schichtelement mit hervorragender Leitfähigkeit und Zuverlässigkeit herzustellen.

Und zwar wird der in dem Außenelektrodenmaterial enthaltene elektrisch leitende Füllstoff beim Aufbringen des Außenelektrodenmaterials, während es nur in der einen Richtung flach ausgebreitet wird, in der Richtung orientiert, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist. Daher zeigen die durch das Außenelektrodenmaterial gebildeten Außenelektrodenschichten in der angegebenen Richtung eine hohe Leitfähigkeit.

Das Außenelektrodenmaterial wird gewöhnlich dadurch erzielt, dass in einem Isolierharz ein elektrisch leitender Füllstoff verteilt wird, der einen geringeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als das Isolierharz hat. Wenn der elektrisch leitende Füllstoff nur in der Richtung orientiert wird, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, zeigen die unter Verwendung des Außenelektrodenmaterials gebildeten Außenelektrodenschichten in der angegebenen Richtung einen geringeren linearen Ausdehnungskoeffizienten und werden daran gehindert, sich durch die Wärmespannung, etwa bei Abkühl-/Aufheizzyklen, abzulösen und Risse zu entwickeln.

Daher lässt sich ein piezoelektrisches Schichtelement mit hervorragender elektrischer Leitfähigkeit und Zuverlässigkeit herstellen.

Der orientierte, elektrisch leitende Füllstoff steht für elektrisch leitende Füllstoffflocken, die so orientiert sind, dass ihre Axialrichtungen beinahe in der gleichen Richtung angeordnet sind. Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, dass der leitende Füllstoff orientiert ist, wenn unter den Winkeln, die von der Richtung, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, und den Axialrichtungen des leitenden Füllstoffs gebildet werden, nicht weniger als 50% des leitenden Füllstoffs einen Winkel von nicht mehr als 30° hat. Im Folgenden wird das Wort "orientiert" so verwendet, dass es dieser Bedeutung entspricht.

Das durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erzielte piezoelektrische Schichtelement hat aus einem Außenelektrodenmaterial gebildete Außenelektrodenschichten, die eine hohe Leitfähigkeit, einen niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten und eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit und Zuverlässigkeit besitzen.

Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung zur Aufbringung eines einen elektrisch leitenden Füllstoff enthaltenden Außenelektrodenmaterials auf die Seitenflächen eines Keramikschichtkörpers, der durch abwechselndes Aufeinanderschichten von piezoelektrischen Schichten aus einem piezoelektrischen Material und elektrisch leitenden Innenelektrodenschichten gebildet ist, wobei die Vorrichtung zur Aufbringung des Außenelektrodenmaterials Folgendes umfasst:
einen Halteabschnitt zum Halten des Keramikschichtkörpers;
eine Materialzuführungseinrichtung, die eine Düse hat, die sich relativ entlang der Richtung bewegt, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, während der Körper von dem Halteabschnitt gehalten wird, und das Außenelektrodenmaterial durch die Düse abgibt;
und
ein Spatelbauteil, das dazu in der Lage ist, sich relativ zu und in Kontakt mit einer Maskierplatte zu bewegen, die ein Durchgangsloch hat und so angeordnet ist, dass sie den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers zugewandt ist,
wobei sich das Spatelbauteil im Kontakt mit der Maskierplatte nur in der einen Richtung bewegt, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, um das von der Düse abgegebene Außenelektrodenmaterial nur in dieser einen Richtung auszubreiten, damit es über das Durchgangsloch auf die Seitenflächen des Keramikschichtkörpers aufgebracht wird (Anspruch 6).

Wie oben beschrieben wurde, umfasst die Vorrichtung zum Aufbringen des Außenelektrodenmaterials den Halteabschnitt, die Materialzuführungseinrichtung mit der Düse und das Spatelbauteil. Das Spatelbauteil ist so aufgebaut, dass es das von der Düse abgegebene Außenelektrodenmaterial nur in der einen Richtung flach ausbreitet, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, damit es auf die Seitenflächen des Keramikschichtkörpers aufgebracht wird. Es ist daher möglich, eine Außenelektrodenschicht zu bilden, die eine hohe Leitfähigkeit und in der Richtung, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat.

Und zwar wird der in dem Außenelektrodenmaterial enthaltene elektrisch leitende Füllstoff beim Aufbringen des Außenelektrodenmaterials, während es nur in der einen Richtung flach ausgebreitet wird, in der Richtung orientiert, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist. Daher zeigen die unter Verwendung des Außenelektrodenmaterials gebildeten Außenelektrodenschichten in der angesprochenen Richtung eine hohe Leitfähigkeit. Da der lineare Ausdehnungskoeffizient in der angesprochenen Richtung gering ist, werden die Außenelektrodenschichten außerdem daran gehindert, sich durch die Wärmespannung, etwa bei Abkühl-/Aufheizzyklen, abzulösen und Risse zu entwickeln.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufbringung des Außenelektrodenmaterials ist daher in der Lage, Außenelektrodenschichten mit einer hohen Leitfähigkeit und einem niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten zu bilden. Das mit den obigen Außenelektrodenschichten versehene piezoelektrische Schichtelement zeigt eine hervorragende Leitfähigkeit und Zuverlässigkeit.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die einen Ablauf zur Fertigung einer piezoelektrischen Einheit gemäß Beispiel 1 darstellt.
2 ist eine Ansicht, die einen Ablauf zur Fertigung eines Keramikschichtkörpers gemäß Beispiel 1 darstellt.
3 ist eine Ansicht, die den Aufbau des Keramikschichtkörpers gemäß Beispiel 1 darstellt.
4 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer Vorrichtung (Maskierplatte ist nicht gezeigt) zum Aufbringen eines Außenelektrodenmaterials gemäß Beispiel 1 darstellt.
5 ist eine Ansicht, die den Aufbau der Vorrichtung zur Aufbringung des Außenelektrodenmaterials gemäß Beispiel 1 darstellt.
6 ist eine Ansicht, die den Rufbau einer Maskierplatte gemäß Beispiel 1 darstellt.
7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 6.
8 ist eine Schnittansicht entlang der B-B in 6.
9 ist eine Ansicht, die den Aufbau der Vorderfläche der Materialzuführungseinrichtung gemäß Beispiel 1 darstellt.
10 ist eine Ansicht, die den Aufbau der Seitenfläche der Materialzuführungseinrichtung gemäß Beispiel 1 darstellt.
11 ist eine Ansicht, die einen Zustand vor dem Aufbringen des Außenelektrodenmaterials gemäß Beispiel 1 darstellt.
12 ist eine Ansicht, die einen Zustand während des Aufbringens des Außenelektrodenmaterials gemäß Beispiel 1 darstellt.
13 ist eine Ansicht, die einen Ablauf zum Aufbringen des Außenelektrodenmaterials, zum Bilden der Außenelektrodenschichten und zum Verbinden der Entnahmeelektroden gemäß Beispiel 1 darstellt.
14 ist eine Ansicht, die den Gesamtaufbau eines piezoelektrischen Schichtelements gemäß Beispiel 1 darstellt.
15 ist eine Ansicht, die den Aufbau der Seitenfläche des piezoelektrischen Schichtelements gemäß Beispiel 1 darstellt.
16 ist eine Ansicht, die den Gesamtaufbau des piezoelektrischen Schichtelements gemäß Beispiel 2 darstellt.
17 ist eine Ansicht, die den Aufbau der Seitenfläche des piezoelektrischen Schichtelements gemäß Beispiel 2 darstellt.
13 ist ein Diagramm, dass die Orientierung des elektrisch leitenden Füllstoffs gemäß Beispiel 3 darstellt.
19 ist ein Diagramm, das die gemäß Beispiel 3 gemessenen elektrischen Widerstände darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bei der ersten Ausgestaltung der Erfindung ist es wünschenswert, dass das Spatelbauteil aus einem elastischen Material besteht, etwa einem Stahlbauteil für Federn. In diesem Fall kann das Außenelektrodenmaterial von dem Spatelbauteil glatt aufgebracht werden und kann überschüssiges Außenelektrodenmaterial wirksam abgeschabt werden.
Es ist außerdem wünschenswert, dass das Außenelektrodenmaterial unter Verwendung einer Materialzuführungseinrichtung zugeführt wird, die eine Düse hat, die sich relativ entlang der Richtung bewegt, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, und das Außenelektrodenmaterial durch die Düse abgibt (Anspruch 2). In diesem Fall kann das Außenelektrodenmaterial einem Abschnitt, an dem die Aufbringung erfolgen soll, mit der beabsichtigen Menge zugeführt werden. Auf diese Weise können die Beschichtungsdicke und -breite des Außenelektrodenmaterials genau eingestellt werden.
Es ist außerdem wünschenswert, dass die Düse der Materialzuführungseinrichtung mit dem Spatelbauteil eine Einheit bildet (Anspruch 3). In diesem Fall wird das Außenelektrodenmaterial von der Düse zugeführt und gleichzeitig durch das Spatelbauteil auf die Seitenfläche des Keramikschichtkörpers aufgebracht. Aufgrund einer Verkürzung der Herstellungszeit kann daher die Produktivität verbessert werden.
Es ist außerdem wünschenswert, dass das von der Düse der Materialzuführungseinrichtung abgegebene Außenelektrodenmaterial zunächst der Oberfläche des Spatelbauteils und dann von dem Spatelbauteil aus der Maskierplatte zugeführt und darauf flach ausgebreitet wird (Anspruch 4). In diesem Fall kann eine Schwankung der Aufbringungsmenge des Außenelektrodenmaterials verringert und eine Oberfläche realisiert werden, auf der das Außenelektrodenmaterial unter Beibehaltung einer gleichmäßigen Dicke flach aufgebracht ist.
Es ist außerdem wünschenswert, dass das Außenelektrodenmaterial mit einer Dicke von nicht weniger als 50 μm aufgebracht wird (Anspruch 5). In diesem Fall kann das Außenelektrodenmaterial, beinahe ohne durch die Rauheit der Aufbringungsoberfläche beeinträchtigt zu werden, zuverlässig mit der erforderlichen Menge aufgebracht werden.
Wenn die aufgebrachte Dicke des Außenelektrodenmaterials keine 50 μm beträgt, entstehen Abschnitte, in denen aufgrund der Rauheit der Aufbringungsoberfläche keine Aufbringung unter Beibehaltung einer gewünschten Dicke erreicht wird.
Auch bei der zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist es wünschenswert, dass das Spatelbauteil aus einem elastischen Material besteht, etwa einem Stahlbauteil für Federn.
Es ist außerdem wünschenswert, dass die Düse der Materialzuführungsvorrichtung mit dem Spatelbauteil eine Einheit bildet (Anspruch 7).
Auch ist es wünschenswert, dass eine Öffnung an der Spitze der Düse an einer Stelle ausgebildet ist, die von dem dem Keramikschichtkörper zugewandten Ende des Spatelbauteils zurückweicht (Anspruch 8). In diesem Fall wird das von der Öffnung an der Spitze der Düse abgegebene Außenelektrodenmaterial zunächst der Oberfläche des Spatelbauteils zugeführt und dann von dem Spatelbauteil aus der Maskierplatte zugeführt und auf die Seitenflächen des Keramikschichtkörpers aufgebracht, während es flach ausgebreitet wird. Daher kann eine Schwankung der Aufbringungsmenge des Außenelektrodenmaterials verringert und eine Oberfläche realisiert werden, auf der das Außenelektrodenmaterial unter Beibehaltung einer gleichmäßigen Dicke flach ausgebreitet ist.
Es ist außerdem wünschenswert, dass die Maskierplatte eine Dicke von nicht weniger als 50 μm hat (Anspruch 9). Dies realisiert wie oben beschrieben zuverlässig die Aufbringung des angesprochenen Elektrodenmaterials mit einer Dicke von nicht weniger als 50 μm.
BEISPIELE
(Beispiel 1)
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 und die 11 bis 15 wird nun anhand eines Beispiels der Erfindung das Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements beschrieben.
Wie in den 1 bis 3 und den 11 bis 15 gezeigt ist, beinhaltet das Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements 1 bei diesem Beispiel den Schritt Bilden eines Keramikschichtkörpers 10 durch abwechselndes Aufeinanderschichten von piezoelektrischen Schichten 11 und Innenelektrodenschichten 21, 22 und den Schritt Bilden von Außenelektrodenschichten 32 (13(b)) durch Aufbringen eines einen elektrisch leitenden Füllstoff enthaltenden Elektrodenmaterials 320 auf Seitenflächen 101, 102 des Keramikschichtkörpers 10.
Des Weiteren werden den Seitenflächen 101, 102 des Keramikschichtkörpers 10 in dem in den 11 und 12 gezeigten Schritt Bilden der Außenelektrodenschichten Maskierplatten 54 mit Durchgangslöchern 541 gegenübergesetzt, die der Form der Außenelektrodenschichten 32 entsprechen. Als nächstes wird das Außenelektrodenmaterial 320 unter Verwendung eines Spatelbauteils 64, das dazu in der Lage ist, sich relativ zu und in Kontakt mit der Maskierplatte 54 zu bewegen, flach in nur der einen Richtung ausgebreitet, in der der Keramikschichtkörper 10 geschichtet ist, damit es über die Durchgangslöcher 541 auf die Seitenflächen 101, 102 des Keramikschichtkörpers 10 aufgebracht wird.
Dies wird nun ausführlich beschrieben.
<Schritte Bilden eines Schichtkörpers>
Zunächst wird ein Blei-Zirkonat-Titanat-Pulver (PZT-Pulver), das zu einem piezoelektrischen Material wird, angefertigt und bei 800 bis 950°C kalziniert. Als nächstes werden zu dem kalzinierten Pulver reines Wasser und ein Dispergiermittel hinzugegeben, um daraus eine Schlämme bilden, die unter Verwendung einer Perlenmühle nass gemahlen wird. Das gemahlene Produkt wird getrocknet, mit einem Pulver entwachst und dann unter Verwendung einer Kugelmühle mit einem Lösungsmittel, einem Bindemittel, einem Weichmacher und einem Dispergiermittel gemischt. Die erzielte Schlämme wird in einer Vakuumvorrichtung mit einem Rührer gerührt und im Vakuum entschäumt und bezüglich seiner Viskosität eingestellt.
Als nächstes wird die Schlämme durch ein Rakelverfahren zu einer (nicht gezeigten) Grünlage mit einer vorbestimmten Dicke geformt. Als Verfahren zum Formen der Grünlage kann abgesehen von dem in diesem Beispiel eingesetzten Rakelverfahren ein Extrusionsformverfahren oder ein beliebiges anderes Verfahren eingesetzt werden.
Dann wird die wie oben gebildete Grünlage auf eine vorbestimmte Größe zugeschnitten, um Lagenstücke 100 zu erzielen, wie sie in 1(a) gezeigt sind.
Als nächstes werden auf die Oberflächen der Lagenstücke 100, wie in 1(b) gezeigt ist, durch Siebdruck elektrisch leitende Pasten 210 und 220 aufgedruckt. Die elektrisch leitendenden Pasten 210 und 220 werden dabei an Stellen aufgedruckt, an denen zwischen den Stanzabschnitten 200, an denen die Lagenstücke gestanzt werden, Innenelektrodenschichten auszubilden sind, um dadurch zwei Arten an Lagenstücken 110 und 120 anzufertigen. Des Weiteren werden in den Stanzabschnitten 200, indem kein Druckvorgang erfolgt, leere Abschnitte 209 gebildet.
Die elektrisch leitenden Pasten 210 und 220 werden in diesem Beispiel durch Vermischen einer Ag/Pd-Legierung, die ein leitendes Material darstellt, mit einer geringen Menge eines piezoelektrischen Materials (PZT) erzielt, um zum Zeitpunkt des Brennens den Schrumpfungsunterschied bezüglich der Lage zu verringern. Als elektrisch leitendes Material kann außer dem oben genannten Leiter auch ein einfaches Material wie Ag, Pd, Cu oder Ni oder eine Legierung wie Ag/Pd oder Cu/Ni verwendet werden.
Wie aus 1(c) hervorgeht, werden die bedruckten Lagenstücke 110, 120 als nächstes abwechselnd mehrfach aufeinandergeschichtet und wird auf den obersten Abschnitt ein unbedrucktes Lagenstück 100 gesetzt und mit diesem durch Heißpressen verbunden. Die Lagenstücke werden dabei aufeinandergeschichtet, indem die Stanzabschnitte 200 so in der Aufschichtungsrichtung angeordnet werden, dass sich die leeren Abschnitte 209 abwechselnd rechts und links befinden. Danach werden die Stanzabschnitte 200 der beschichteten Lagenstücke in der Aufschichtungsrichtung gestanzt, um eine wie in 1(d) gezeigte Voreinheit 20 anzufertigen. Die Voreinheit 20 wird gebrannt, um eine piezoelektrische Einheit 2 zu erzielen, in der die piezo elektrischen Schichten 11 und die Innenelektrodenschichten 21, 22 abwechselnd aufeinandergeschichtet sind.
Wie aus 2(a) hervorgeht, werden die Oberflächen der piezoelektrischen Einheit 2 als nächstes poliert und wird danach auf die Seitenflächen 101, 102 durch Siebdruck eine elektrisch leitende Paste 310 zum Bilden von Seitenelektroden aufgedruckt. Danach wird die aufgedruckte elektrisch leitende Paste 310 erhitzt, gefolgt von einem Abkühlen, um auf den Seitenflächen 101, 102 Seitenelektroden 31 zu bilden. Die elektrisch leitende Paste 310 enthält in diesem Beispiel als Leiter Ag und als Schmelzverbindungsmaterial Glas.
Die Seitenelektroden 31 dienen in diesem Zusammenhang zur Verbesserung der elektrischen Leitung zwischen den Innenelektrodenschichten 21, 22 und den Außenelektrodenschichten 32. Die Seitenelektroden 31 können auch weggelassen werden. Auch in diesem Fall arbeitet die Erfindung effektiv.
Wie aus 2(b) hervorgeht, wird als nächstes eine Vielzahl der mit Seitenelektroden 31 versehenen piezoelektrischen Einheiten 2 mit Hilfe eines Klebstoffs 29 verklebt und aufeinandergeschichtet, um aus den piezoelektrischen Einheiten 2 eine Einheit zu bilden. Auf diese Weise wird, wie in 3 gezeigt ist, ein Keramikschichtkörper 10 mit Seitenelektroden 31 erzielt.
Dann wird mit einer Endfläche des Keramikschichtkörpers 10 in der Aufschichtungsrichtung ein Verschiebungsübertragungsbauteil 17 und mit seiner anderen Endfläche ein Blockbauteil 18 verbunden. Darüber hinaus wird an dem anderen Ende des Blockbauteils 18 eine Grundplatte 19 angebracht (siehe 11 und 12). In den 13 bis 15 sind das Verschiebungsübertragungsbauteil 17, das Blockbauteil 18 und die Grundplatte 19 nicht gezeigt.
<Schritt Bilden von Außenelektrodenschichten>
Unter Bezugnahme auf die 4–10 wird nun eine Vorrichtung 5 zum Aufbringen des Außenelektrodenmaterials 320 beschrieben, die in dem Schritt Bilden der Außenelektrodenschichten verwendet wird.
Wie in den 4 bis 10 gezeigt ist, dient die Aufbringungsvorrichtung 5 dazu, das den elektrisch leitenden Füllstoff enthaltende Außenelektrodenmaterial 320 auf die Seitenflächen 101, 102 des Keramikschichtkörpers 10 aufzubringen, der durch abwechselndes Aufeinanderschichten der piezoelektrischen Schichten 11 aus piezoelektrischem Material und der Innenelektrodenschichten 21, 22 mit elektrischer Leitfähigkeit gebildet wurde.
Die Aufbringungsvorrichtung 5 umfasst einen Halteabschnitt 53 zum Halten des Keramikschichtkörpers 10; eine Materialzuführungseinrichtung 6 mit einer Düse 63, die sich relativ entlang der Richtung bewegt, in der der Keramikschichtkörper 10 geschichtet ist, während der Körper von dem Halteabschnitt 53 gehalten wird, und das Außenelektrodenmaterial 320 durch die Düse 63 abgibt; und ein Spatelbauteil 64, das dazu in der Lage ist, sich relativ zu und in Kontakt mit einer Maskierplatte 54 zu bewegen, die ein Durchgangsloch 541 hat und so angeordnet ist, dass sie den Seitenflächen 101, 102 des Keramikschichtkörpers 10 zugewandt ist.
Das Spatelbauteil 64 bewegt sich in Kontakt mit der Maskierplatte 54 nur in der einen Richtung, in der der Keramikschichtkörper 10 geschichtet ist, um das von der Düse 63 abgegebene Außenelektrodenmaterial 320 nur in dieser einen Richtung auszubreiten, damit es über das Durchgangsloch 541 auf die Seitenflächen 101, 102 des Keramikschichtkörpers 10 aufgebracht wird.
Dies wird nun genauer beschrieben.
Wie aus 4 hervorgeht, ist die Aufbringungsvorrichtung 5 mit einem Podest 51 versehen. Auf dem Podest 51 befindet sich ein Tisch 52, der so aufgebaut ist, dass er sich auf Schienen 511, die auf dem Podest 51 vorgesehen sind, in der Y-Achsenrichtung bewegt. Auf dem Tisch 52 befindet sich der Halteabschnitt 53 zum Halten des Keramikschichtkörpers 10.
Wie des Weiteren aus 5 hervorgeht, ist der Tisch 52 mit der ein Durchgangsloch 541 aufweisenden Maskierplatte 54 versehen, die so angeordnet ist, dass sie den Seitenflächen 101, 102 des Keramikschichtkörpers 10 zugewandt ist.
4 zeigt die Maskierplatte 54 nicht, um den Zustand darzustellen, in dem der Keramikschichtkörper 10 von dem Halteabschnitt 53 gehalten wird.
Wie aus den 6 bis 8 hervorgeht, ist die Maskierplatte 54 mit einem Durchgangsloch 541 versehen, das auf die gleiche Form zugeschnitten ist wie das Muster zum Aufbringen des Außenelektrodenmaterials 320. Der Rand des Durchgangslochs 541 ist eingebuchtet, um relativ zum Außenrandabschnitt 543 der Maskierplatte 54 einen vertieften Abschnitt 542 zu bilden. Die Seitenflächen 101, 102 des Keramikschichtkörpers 10 können ohne Weiteres der Maskierplatte 54 zugewandt sein.
Die Dicke der Maskierplatte 54 ist so gewählt, dass sie 1,1- bis 1,2-mal so groß wie die aufzubringende Dicke des Außenelektrodenmaterials 320 ist, und die Größe des Durchgangslochs 541 wird abhängig von der Aufbringungsbreite und der Aufbringungslänge festgelegt. Die Maskierplatte 54 dieses Beispiels hatte eine Dicke von 150 μm, und das Durchgangsloch 541 hat eine Breite von 4 mm und eine Länge von 42 mm.
In diesem Beispiel wird als Maskierplatte 54 eine sogenannte Metallmaske mit einem vollständigen Durchgangsloch 541 im Aufbringungsabschnitt verwendet. Es ist jedoch auch zulässig, eine sogenannte Siebmaske mit maschenförmigen Durchgangslöchern zu verwenden.
Wenn die Siebmaske verwendet wird, ist es wünschenswert, dass das Durchgangsloch eine Maschengröße hat, die größer als der in dem Außenelektrodenmaterial 320 enthaltene elektrisch leitende Füllstoff ist. Wenn die Maschengröße des Durchgangslochs kleiner als der elektrisch leitende Füllstoff ist, fällt es schwer, das Außenelektrodenmaterial 320, das später beschrieben wird, aufzubringen und den elektrisch leitenden Füllstoff zu orientieren.
Wie aus 5 hervorgeht, ist an dem Podest 51 außerdem ein Trägerabschnitt 55 angebracht. An dem Trägerabschnitt 55 befindet sich ein Bewegungsabschnitt 56, der so aufgebaut ist, dass er sich auf Schienen 551 bewegt, die in der X-Achsenrichtung des Trägerabschnitts 55 vorgesehen sind. An dem Bewegungsabschnitt 56 befindet sich ferner ein weiterer Bewegungsabschnitt 57, der so aufgebaut ist, dass er sich auf einer Schiene 561 bewegt, die in der Z-Achsenrichtung des Bewegungsabschnitts 56 vorgesehen ist, wobei der Bewegungsabschnitt 57 über einen Arm 571 mit der Materialzuführeinrichtung 6 verbunden ist.
Wie aus den 9 und 10 hervorgeht, umfasst die Materialzuführungseinrichtung 6 eine Injektionsspritze 61 zum Speichern des Außenelektrodenmaterials 320, eine Düse 63 zum Abgeben des Außenelektrodenmaterials 320 und einen Kopfabschnitt 62, um diese miteinander zu verbinden. Die Düse 63 und der Kopfabschnitt 62 bilden miteinander eine Einheit, wobei die Düse 63 von der Unterseite des Kopfabschnitts 62 vorragt. Des Weiteren ist die Spitze der Düse 63 mit einer Spitzenöffnung 631 versehen, die als Abgabeöffnung für das Außenelektrodenmaterial 320 dient.
Des Weiteren ist das Spatelbauteil 64 wie gezeigt neben der Düse 63 an der Bodenfläche des Kopfabschnitts 62 angeordnet. Die Spitzenöffnung 631 der Düse 63 befindet sich an einer Stelle, die von dem Ende des Spatelbauteils 64 zurückweicht. Das Spatelbauteil 64 ist mit Schrauben 651 an einem Strebenbauteil 65 befestigt, das mit Schrauben 652 an der Bodenfläche des Kopfabschnitts 62 befestigt ist. Das heißt, dass die Düse 63 und das Spatelbauteil 64 mit Hilfe des Strebenbauteils 65 eine Einheit bilden.
Des Weiteren wird wie gezeigt abhängig von der Viskosität des abgegebenen Außenelektrodenmaterials 320 ein optimaler Durchmesser a der Düse 63 festgelegt. Außerdem wird die Gesamtbreite b der Düse 63 so eingestellt, dass sie 1- bis 2-mal so breit wie die Breite zum Aufbringen des Außenelektrodenmaterials 320 ist. Die Anzahl der Düsen 63 wird beruhend auf einem Zusammenhang zwischen dem Durchmesser a und der Breite b der Düse 63 festgelegt.
Des Weiteren wird die Breite c des Spatelbauteils 64 so gewählt, dass sie 2- bis 10-mal so groß wie die Aufbringungsbreite ist, wobei die Rückweichlänge d der Spitzenöffnung 631 10- bis 50-mal so groß wie die Aufbringungsdicke ist.
Wie des Weiteren aus 5 hervorgeht, ist die Materialzuführungseinrichtung 6 über ein Rohr 508 mit einem Spender 58 verbunden und ist der Spender 58 über ein Rohr 509 mit einer Luftquelle 59 verbunden. Der Spender 58 ist dazu in der Lage, die durch das Rohr 509 von der Luftquelle 59 zugeführte Luft zu sammeln, und kann die Luft durch das Rohr 508 zur Materialzuführungseinrichtung 6 weiterführen. In dem Spender 58 ist außerdem eine Steuerungseinheit 581 angeordnet, um die Luftmenge und die Zufuhrdauer zu steuern, wenn der Materialzuführungseinrichtung 6 die Luft zugeführt wird.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 11 bis 13 der Schritt Bilden der Außenelektrodenschichten 32 beschrieben, in dem das Außenelektrodenmaterial 320 unter Verwendung der Aufbringungsvorrichtung 5 aufgebracht wird.
Das Außenelektrodenmaterial 320 wird zunächst auf die Seitenfläche 101 des Keramikschichtkörpers 10 aufgebracht.
Wie aus 11 hervorgeht, wird der Keramikschichtkörper 10 von dem Halteabschnitt 53 der Aufbringungsvorrichtung 5 auf eine Weise gehalten, dass die Seitenfläche 101 nach oben weist, um mit dem Außenelektrodenmaterial 320 versehen zu werden. Dabei sind die Positionen des Keramikschichtkörpers 10 und der Maskierplatte 54 so eingestellt, dass sich das Durchgangsloch 541 der Maskierplatte 54 an der gleichen Position wie die Position zum Aufbringen des Außenelektrodenmaterials 320 befindet.
Als nächstes werden der Tisch 52, der Bewegungsabschnitt 56 und der Bewegungsabschnitt 57 relativ zueinander auf eine solche Weise bewegt, dass sich die Spitzenöffnung 631 der Düse 63 der Materialzuführungseinrichtung 6 wie gezeigt an einer Position P1 zum Start der Aufbringung auf den Keramikschichtkörper 10 befindet und das Spatelbauteil 64 die Maskierplatte 54 berührt. Des Weiteren ist die Injektionsspritze 61 der Materialzuführungseinrichtung 6 mit dem Außenelektrodenmaterial 320 gefüllt.
In diesem Beispiel wird als Außenelektrodenmaterial 320 ein Material verwendet, das durch Verteilen von flockenförmigen Ag als elektrisch leitendem Füllstoff in einem als Isolierharz dienenden Epoxidharz erzielt wird. Als Isolierharz können außer dem obigen Harz verschiedene weitere Harze wie Silicon, Urethan oder Polyimid verwendet werden. Als elektrisch leitender Füllstoff kann außer Ag ein einfaches Metall wie Cu oder Ni oder ein Mischmaterial oder eine Legierung verwendet werden, worin diese Elemente enthalten sind.
Als nächstes wird die im Spender 58 gesammelte Luft in die Injektionsspritze 61 der Materialzuführungseinrichtung 6 eingespeist. Das in der Injektionsspritze 61 eingefüllte Außenelektrodenmaterial 320 wird durch den Druck der einspeisten Luft von der Spitzenöffnung 631 der Düse 63 abgegeben, der Oberfläche des Spatelbauteils 64 zugeführt und der Maskierplatte 54 zugeführt. Indem die Luft von dem Spender 58 in die Materialzuführungseinrichtung 6 eingespeist wird, wird das Außenelektrodenmaterial 320 wie gewünscht von der Düse 63 abgegeben.
Dabei wird der Tisch 52 unter gleichzeitiger Zufuhr des Außenelektrodenmaterials 320 auf die Startposition P1 der Aufbringung wie in 12 gezeigt in die Richtung bewegt, in der der Trägerabschnitt 55 angeordnet ist. Die Düse 63 und das Spatelbauteil 64 bilden miteinander eine Einheit und können relativ zu dem Keramikschichtkörper 10 und der der Seitenfläche 101 des Keramikschichtkörpers 10 zugewandten Maskierplatte 54 bewegt werden. Daher wird das Außenelektrodenmaterial 320 von der Düse 63 zugeführt, durch das Spatelbauteil 64 flach ausgebreitet und über das Durchgangsloch 541 der Maskierplatte 54 auf die Seitenfläche 101 des Keramikschichtkörpers 10 aufgebracht.
Wenn die Düse 63 an einer Position P2 ankommt, an der die Aufbringung enden soll, oder bevor die Düse 63 an der Position P2 ankommt, an der die Aufbringung enden soll, wird die Abgabe des Außenelektrodenmaterials 320 aus der Düse 63 beendet. Nachdem die Aufbringung durch das Spatelbauteil 64 an der Position P2 beendet wurde, an der die Aufbringung enden sollte, und nachdem überschüssiges Außenelektrodenmaterial 320 abgeschabt wurde, wird die Bewegung des Tisches 52 beendet. Auf diese Weise wird das Außenelektrodenmaterial 320 auf die Seitenfläche 101 des Keramikschichtkörpers 10 aufgebracht.
Durch das gleiche Verfahren wird das Außenelektrodenmaterial 320 auch auf die Seitenfläche 102 aufgebracht.
Auf diese Weise wird das Außenelektrodenmaterial 320 wie in 13(a) gezeigt auf beide Seitenflächen 101, 102 des Keramikschichtkörpers 10 aufgebracht.
Wie aus 13(b) hervorgeht, werden auf dem auf beide Seitenfläche 101, 102 des Keramikschichtkörpers 10 aufgebrachten Außenelektrodenmaterial 320 als nächstes Entnahmeelektroden 33 aus einem rostfreien Stahl in Form eines Streckmetalls mit viel Maschen in Dickenrichtung angeordnet. Danach wird das Außenelektrodenmaterial 320 erhitzt und ausgehärtet, um die Außenelektrodenschichten 32 zu bilden und damit die Entnahmeelektroden 33 zu verbinden.
Abschließend wird auf die gesamten Seitenflächen des Keramikschichtkörpers 10 ein Formmaterial 34 aufgebracht, erhitzt und ausgehärtet. Auf diese Weise wird, wie in den 14 und 15 gezeigt ist, das als eine Einheit vorliegende piezoelektrische Schichtelement 1 erzielt.
Als nächstes werden die Wirkung und der Effekt des Verfahrens zur Herstellung des piezoelektrischen Schichtelements 1 und der Vorrichtung 5 zum Aufbringen des Außenelektrodenmaterials 320 dieses Beispiels beschrieben.
Das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Schichtelements 1 dieses Beispiels beinhaltet zumindest den Schritt Bilden eines Schichtkörpers und den Schritt Bilden der Außenelektrodenschichten. In dem Schritt Bilden der Außenelektrodenschichten werden die Außenelektrodenschichten 32 gebildet, indem das den elektrisch leitenden Füllstoff enthaltende Außenelektrodenmaterial 320 unter Verwendung der Aufbringungsvorrichtung 5 auf die Seitenflächen 101, 102 des Keramikschichtkörpers 10 aufgebracht wird.
Die Vorrichtung 5 zum Aufbringen des Außenelektrodenmaterials 320 dieses Beispiels umfasst den Halteabschnitt 53, die Materialzuführungseinrichtung 6 mit der Düse 63 und das Spatelbauteil 64. Das Spatelbauteil 64 ist so aufgebaut, dass es das von der Düse 63 abgegebene Außenelektrodenmaterial 320 nur in der einen Richtung flach ausbreitet, in der der Keramikschichtkörper 10 geschichtet ist, um es so auf die Seitenflächen 101, 102 des Keramikschichtkörpers 10 aufzubringen.
Und zwar wird der in dem Außenelektrodenmaterial 320 enthaltene elektrisch leitende Füllstoff bei der Aufbringung des Außenelektrodenmaterials 320, während es nur in der einen Richtung flach ausgebreitet wird, in der Richtung orientiert, in der der Keramikschichtkörper 10 geschichtet ist. Daher zeigen die unter Verwendung des Außenelektrodenmaterials 320 gebildeten Außenelektrodenschichten 32 in der obigen Richtung eine hohe Leitfähigkeit. Da auch der lineare Ausdehnungskoeffizient in der obigen Richtung gering ist, werden die Außenelektrodenschichten 32 daran gehindert, sich aufgrund der von Ab kühl-/Aufheizzyklen stammenden Wärmespannung abzulösen oder zu reißen.
Wie oben beschrieben wurde, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 5 zum Aufbringen des Außenelektrodenmaterials 320 dazu in der Lage, Außenelektrodenschichten 32 mit hoher Leitfähigkeit und einem geringen linearen Ausdehnungskoeffizienten zu bilden. Das piezoelektrische Schichtelement 1 mit den obigen Außenelektrodenschichten 32 zeigt eine hervorragende Leitfähigkeit und Zuverlässigkeit.
Bei der Aufbringungsvorrichtung 5 dieses Beispiels bildet die Düse 63 der Materialzuführungseinrichtung 6 mit dem Spatelbauteil 64 eine Einheit. Daher kann das Außenelektrodenmaterial 320 effizient zugeführt und aufgebracht werden.
Abgesehen davon befindet sich die Spitzenöffnung 631 der Düse 63 an einer Stelle, die von dem Ende des Spatelbauteils 64 zurückweicht, was es ermöglicht, eine Schwankung der Aufbringungsmenge des Außenelektrodenmaterials 320 zu verringern.
Des Weiteren wird das Außenelektrodenmaterial 320 mit einer Dicke von nicht weniger als 50 μm aufgebracht, weswegen es zuverlässig mit der erforderlichen Menge aufgebracht wird.
(Beispiel 2)
Wie aus den 16 und 17 hervorgeht, befasst sich dieses Beispiel mit dem Fall, dass die Außenelektrodenschichten 32 in dem piezoelektrischen Schichtelement 1 von Beispiel 1 mit freiliegenden Durchgangsabschnitten 321 versehen sind.
Auf dem auf die Seitenflächen 101, 102 des Keramikschichtkörpers 10 aufgebrachtem Außenelektrodenmaterial 320 werden in diesem Beispiel maschenförmige Entnahmeelektroden 33 angeordnet und danach durch nicht gezeigte Schiebebauteile fixiert. Die Schiebebauteile sind mit einer Vielzahl von Stiften versehen, die durch die Maschen der Entnahmeelektroden 33 hindurchtreten, um in das Außenelektrodenmaterial 320 einzudringen und es zu halten, wodurch die Entnahmeelektroden 33 fixiert werden. Das Außenelektrodenmaterial 320 wird erhitzt und ausgehärtet, und danach werden die Stifte der Schiebebauteile entfernt. Ansonsten entspricht dieses Beispiel dem Beispiel 1.
Bei dem piezoelektrischen Schichtelement 1, das gemäß dem Herstellungsverfahren dieses Beispiels hergestellt wurde, sind die Außenelektrodenschichten 32, wie in den 16 und 17 gezeigt ist, mit freiliegenden Durchgangsabschnitten 321 versehen. Dies steigert die Verbindungsfestigkeit zwischen den Außenelektrodenschichten 32 und den Entnahmeelektroden 33. Daher verhindern nicht nur die Außenelektrodenschichten 32, sondern auch die Entnahmeelektroden 33 ein Ablösen oder Reißen durch die von den Abkühl-/Aufheizzyklen stammende Wärmespannung.
Ansonsten sind Wirkung und Effekt die gleichen wie bei Beispiel 1.
(Beispiel 3)
In diesem Beispiel wurde das piezoelektrische Schichtelement 1, das gemäß dem Herstellungsverfahren von Beispiel 1 hergestellt wurde, den Abkühl-/Aufheizzyklen unterzogen, um die Außenelektrodenschichten 32 im Hinblick auf ihren elektrischen Widerstand zu beurteilen.
Zum Vergleich wurden außerdem, um sie dann auf die gleiche Weise zu beurteilen, mit Hilfe eines herkömmlichen Siebdruckverfahrens piezoelektrische Schichtelemente angefertigt, bei denen das Außenelektrodenmaterial 320 aufgebracht wurde, indem es anders als beim piezoelektrischen Schichtelement 1 unter Verwendung einer Presse oder eines Schabers aus einer Vielzahl von Richtungen mehrmals ausgebreitet wurde.
Als erstes wurden die Musterbauteile gewählt, die den Abkühl-/Aufheizzyklen unterzogen werden sollten. Die Musterbauteile, d.h. die piezoelektrischen Schichtelemente der Erfindung und der Vergleichsprodukte, wurden jeweils mehrmals angefertigt, wobei die ausgebildeten Außenelektrodenschichen 32 jeweils hinsichtlich ihrer Orientierungsfaktoren gemessen wurden. Die Musterbauteile wurden dann abhängig von ihren Orientierungsfaktoren ausgewählt.
Wie aus 18 hervorgeht, stellt der Orientierungsfaktor des elektrisch leitenden Füllstoffs 4 das Verhältnis des elektrisch leitenden Füllstoffs mit einem Winkel α ≤ 30° dar, wobei unter den Winkeln, die von der Richtung (L), in der der Keramikschichtkörper 10 geschichtet ist, und den Axialrichtungen der elektrisch leitenden Füllstoffe 4 gebildet wird, der Winkel auf der kleineren Seite mit α bezeichnet wird. Der Orientierungsfaktor wird ermittelt, indem die gebildeten Außenelektrodenschichten 32 durchschnitten und der auf den Schnittflächen vorhandene elektrisch leitende Füllstoff 4 unter Verwendung einer visuellen Vorrichtung gemessen wird.
Als erfindungsgemäße Produkte wurden ein Musterbauteil E1 mit einem Orientierungsfaktor von 50% und ein Musterbauteil E2 mit einem Orientierungsfaktor von 60% gewählt. Als Vergleichsprodukte wurden des Weiteren ein Musterbauteil C1 mit einem Orientierungsfaktor von 30% und ein Musterbauteil C2 mit einem Orientierungsfaktor von 40% gewählt.
In dem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Schichtelement 1 waren die Orientierungsfaktoren der elektrisch leitenden Füllstoffe 4 stets nicht kleiner als 50%.
Als Nächstes wurden alle vier Musterbauteile E1, E2, C1 und C2 der Erfindung und der Vergleichsprodukte den Abkühl-/Aufheizzyklen unterzogen, um die elektrischen Widerstände der Außenelektrodenschichten 32 zu messen. Der Abkühl-/Aufheizzyklus bestand aus einem einstündigen Halten des piezoelektrischen Schichtelements jedes Musterbauteils bei –40°C in Luft und danach einem einstündigen Halten bei 160°C in Luft.
Die Messergebnisse sind in 19 gezeigt, wobei die Ordinate den Widerstand und die Abszisse die Abkühl-/Aufheizzyklen (Anzahl) wiedergibt. Der Widerstand der Ordinate entspricht dem Widerstand entlang der beiden Anschlüsse der Außenelektrodenschicht 32 in der Richtung, in der der Keramikschichtkörper 10 geschichtet ist. In diesem Beispiel ist der Anfangswiderstand auf 1 gesetzt.
Wie sich aus 19 ergibt, zeigen die Musterbauteile C1 und C2 der Vergleichsprodukte Widerstände, die während der Abkühl-/Aufheizzyklen stark anstiegen. Das heißt, dass die Leitfähigkeit abnahm. Bei den erfindungsgemäßen Musterbauteilen E1, E2 änderten sich die Widerstände dagegen während der Abkühl-/Aufheizzyklen kaum und blieben die elektrischen Anfangswiderstände erhalten.
Bei den erfindungsgemäßen piezoelektrischen Schichtelementen 1 betragen die Orientierungsfaktoren der elektrisch leitenden Füllstoffe 4 stets mindestens 50%. Im Außerdem ist die Leitfähigkeit der Außenelektrodenschichten 32 umso höher, je höher der Orientierungsfaktor des elektrisch leitenden Füllstoffs 4 ist.
Es ist daher ersichtlich, dass die erfindungsgemäßen piezoelektrischen Schichtelemente 1 eine hervorragende Leitfähigkeit und Zuverlässigkeit zeigen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements, das einen Keramikschichtkörper, der durch abwechselndes Aufeinanderschichten von piezoelektrischen Schichten aus einem piezoelektrischen Material und elektrisch leitenden Innenelektrodenschichten gebildet ist, und Außenelektrodenschichten umfasst, die so auf den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers angeordnet sind, dass die Innenelektrodenschichten der gleichen Polarität miteinander eine leitende Verbindung eingehen, wobei das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Schichtelements Folgendes beinhaltet: den Schritt Bilden des Keramikschichtkörpers durch abwechselndes Aufeinanderschichten der piezoelektrischen Schichten und der Innenelektrodenschichten; und den Schritt Bilden der Außenelektrodenschichten durch Aufbringen eines Außenelektrodenmaterials auf die Seitenflächen des Keramikschichtkörpers, das einen elektrisch leitenden Füllstoff enthält, wobei den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers im Schritt Bilden der Außenelektrodenschichten eine Maskierplatte gegenübergesetzt wird, die ein der Form der zu erzielenden Außenelektrodenschichten entsprechendes Durchgangsloch hat; und das Außenelektrodenmaterial unter Verwendung eines Spatelbauteils, das sich relativ zu und in Kontakt mit der Maskierplatte bewegt, nur in der einen Richtung, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, flach ausgebreitet wird, um es so über das Durchgangsloch auf die Seitenflächen des Keramikschichtkörpers aufzubringen.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements nach Anspruch 1, bei dem das Außen elektrodenmaterial unter Verwendung einer Materialzuführungseinrichtung zugeführt wird, die eine Düse hat, die sich relativ entlang der Richtung bewegt, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, und das Außenelektrodenmaterial durch die Düse abgibt.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements nach Anspruch 2, bei dem die Düse der Materialzuführungseinrichtung mit dem Spatelbauteil eine Einheit bildet.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements nach Anspruch 3, bei der das von der Düse der Materialzuführungseinrichtung abgegebene Außenelektrodenmaterial zunächst der Oberfläche des Spatelbauteils und dann von dem Spatelbauteil aus der Maskierplatte zugeführt und darauf flach ausgebreitet wird.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements nach einen der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Außenelektrodenmaterial mit einer Dicke von nicht weniger als 50 μm aufgebracht wird.
Vorrichtung zur Aufbringung eines einen elektrisch leitenden Füllstoff enthaltenden Außenelektrodenmaterials auf die Seitenflächen eines Keramikschichtkörpers, der durch abwechselndes Aufeinanderschichten von piezoelektrischen Schichten aus einem piezoelektrischen Material und elektrisch leitenden Innenelektrodenschichten gebildet ist, wobei die Vorrichtung zur Aufbringung des Außenelektrodenmaterials Folgendes umfasst: einen Halteabschnitt zum Halten des Keramikschichtkörpers; eine Materialzuführungseinrichtung, die eine Düse hat, die sich relativ entlang der Richtung bewegt, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, während der Körper von dem Halteabschnitt gehalten wird, und das Außenelektrodenmaterial durch die Düse abgibt; und ein Spatelbauteil, das dazu in der Lage ist, sich relativ zu und in Kontakt mit einer Maskierplatte zu bewegen, die ein Durchgangsloch hat und so angeordnet ist, dass sie den Seitenflächen des Keramikschichtkörpers zugewandt ist, wobei sich das Spatelbauteil im Kontakt mit der Maskierplatte nur in der einen Richtung bewegt, in der der Keramikschichtkörper geschichtet ist, um das von der Düse abgegebene Außenelektrodenmaterial nur in dieser einen Richtung auszubreiten, damit es über das Durchgangsloch auf die Seitenflächen des Keramikschichtkörpers aufgebracht wird.
Vorrichtung zum Aufbringen eines Außenelektrodenmaterials nach Anspruch 6, bei der die Düse der Materialzuführungseinrichtung mit dem Spatelbauteil eine Einheit bildet.
Vorrichtung zum Aufbringen eines Außenelektrodenmaterials nach Anspruch 6 oder 7, bei der eine Öffnung an der Spitze der Düse an einer Stelle ausgebildet ist, die von dem dem Keramikschichtkörper zugewandten Ende des Spatelbauteils zurückweicht.
Vorrichtung zum Aufbringen eines Außenelektrodenmaterials nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Maskierplatte eine Dicke von nicht weniger als 50 μm hat.