JPS62271478A - 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】 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デュサであ
る。具体的には電歪効果の大きな固体の対向する表面に
金属膜等の電極を形成し、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）は子方向に生じる歪（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。また、歪の大きさは電界強度に関係し
、電界強度が大きい程発生する歪も大きい。

横効果を利用した電歪効果素子では一定の印加電圧でも
電界と垂直方向の寸法に比例した変位量を得る事が可能
である。しかし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外部から印加する電圧を一定にし
て歪の発生する方向の寸法を増すと、電界強度が低下す
るので変位量は大きくならない。

従って、この場合に大きな変位量を得るには電界強度が
低下しない様に印加電圧を大きくすることが必要である
。しかし、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。ま
たこの電歪効果素子を駆動するための制御回路も、使用
されるＩＣの耐圧の制限のためあまり高い電圧を使用す
ることは出来ない。

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２図（ａ）、（ｂ
）に示す。

第２図（ａ）において電歪材料１の内部に内部電極２が
一定の間隔で形成されており、一つおきに外部電極３と
接続している。内部電極の間隔は通常のチップコンデン
サの技術で数１０ミクロン程度にすることが出来る。こ
の構造を採用すると電極間距離がせまくなるため低電圧
で駆動可能な縦効果利用の電歪効果素子が実現出来る。

ところで積層方向から見た透視図第２図（ｂ）から明ら
かな様に、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。

こ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を形成する構
造がある（特開昭５８−１９６０７７）。

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
力集中を緩和させることによりくり返しパルス印加に対
して機械的破壊に至るまでの寿命を延ばし、さらに素子
の変位量も増大させることができる。

（発明が解決しようとする問題点） このような構造の素子を形成する製造方法として焼結し
た素子にダイヤモンドカッターなどを用いて溝を形成す
ることが行われている。しかしながらこの方法では焼結
体に機械加工によって溝を形成するため、加工条件によ
ってセラミック素子内部にマイクロクラックが生じ易く
、これによる素子劣化が認められるものが多く、素子歩
留の低下の原因となっていた。さらにこの方法では個別
の素子になってから機械加工をするため量産性に乏しく
、素子のコストアップの原因ともなっていた。

また機械加工によって溝を形成するため、溝の寸法にも
限界があり、現在の技術では０．１ｍｍの幅が限界であ
るため、微細な溝を必要とする超小型素子には従来技術
を用いて溝の付いた素子を形成することは不可能であっ
た。

（問題点を解決するための手段） この発明の要旨とするところは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
子の積層方向と平行な側面上に、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が焼結する温度
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
に形成した空孔パターンを積層する工程を含むことによ
って焼結後の機械加工なしに素子に溝を形成するもので
ある。

この電歪効果素子の製造方法はあらかじめ溝となるべき
部分に加熱によって飛散又は消失する材料で空孔パター
ンを形成することが重要な点である。

この空孔パターンは加熱によって飛散又は消失する材料
を印刷法、あるいは膜状のものを積層する方法、など種
々の方法を用いることが可能である。

（作用） 加熱によって飛散又は消失する材料を積層する工程で所
定の部分に空孔形成パターンとして形成することにより
、電歪効果素子を焼結する工程において、電歪効果素子
が焼結を始める前の温度で該当空孔パターンが飛散・消
失することによって電歪効果素子の内部に空孔が形成さ
れ、これを素子の形状に切断するとこの空孔音努が溝と
なり、溝を形成したと同様の効果が得られる。なお積層
後、素子毎の形状に切断した後に焼成してもよいし、積
層後焼成した後に素子毎に積層してもよい。

（実施例） 以下実施例に従って本発明の詳細な説明を行なう。

実施例１ マグネシウム・ニオブ酸鉛Ｐｂ（Ｍｇｌ／３Ｎｂ２／３
）０３とチタン酸鉛ＰｂＴｉＯ３をモル比で９対１の割
合で固溶させるセラミック材料を用いて本発明の電歪効
果素子を作製した。

本材料は大きな電歪効果を示すことがよく知られている
。

本材料の予焼粉末と有機バインダー、有機溶媒とを混合
し、泥漿を作製した。この泥漿をドクターブレード法で
フィルム上に数１００ミクロンの厚さにキャスティング
しグリーンシートを作製した。該シートを乾燥し、マイ
ラーフィルムから剥離し、所定の形状に切断した後、白
金ペーストを片面に印刷した。

また空孔を形成するために、所定の空孔形成パターンを
グリーンシート上にスクリーン印刷法によって１０ｐｍ
の厚さに印刷した。空孔形成パターンはグラファイトの
粉末を有機ビヒクルを混合したペーストを用いて印刷し
た。

これらのシートを所定の組合せに従って数１０枚積層、
圧着し、所定の形状に切断した。これを１２００°Ｃの
温度で焼結し、外部電極を形成し、第１図に示す構造の
溝を形成した積層チップコンデンサ型電歪効果素子を得
た。１は電歪材料、３は外部電極、４はリード線である
。寸法は ３ｍｍＸ３ｍｍＸ１０ｍｍで、内部電極間間隔は２５０
ミクロンである。形成された溝は幅０．００８ｍｍ、深
さ０゜１ｍｍで素子の周囲に２ｍｍ間隔で形成された。

この際、溝により分割された外部電極はリード線で接続
した。

第３図は従来構造の電歪効果素子と本発明の素子に関す
る高さ方向（積層方向）変位量の印加電圧依存性を示し
ている。印加電圧が等しい場合には本発明の電歪効果素
子の方が変位量の大きいことがわかる。なお前記溝は外
部電極を分割しないような位置に形成することも可能で
ある。

実施例２ マグネシウム・ニオブ酸鉛Ｐｂ（Ｍｇ１）３Ｎｂ２／３
）０３とチタン酸鉛ＰｂＴｉＯ３をモル比で９対１の割
合で固溶させたセラミック材料を用いて本発明の電歪効
果素子を作製した。

本材料は大きな電歪効果を示すことがよく知られている
。

本材料の予焼粉末と有機バインダー、有機溶媒とを混合
し、泥漿を作製した。この泥漿をドクターブレード法で
フィルム上に数１００ミクロンの厚さにキャスティング
しグリーンシートを作製した。該シートを乾燥し、マイ
ラーフィルムから剥離し、所定の形状に切断した後、白
金ペーストを片面に印刷した。

空孔形成パターンとしてポリアクリル予街脂の１１００
ｐの厚さのシートを所定の形状にパンチング法によって
打抜いたものを用いた。

空孔形成パターンを含むこれらのシートを所定の組合せ
に従って数１０枚積層、圧着し、所定の形状に切断した
。これを１２００°Ｃの温度で焼結し、外部電極を形成
し、第１図に示す構造の溝を形成した積層チップコンデ
ンサ型電歪効果素子を得た。寸法は３ｍｍＸ　３ｍｍＸ
　１０ｍｍで、内部電極間間隔は２５０ミクロンである
。形成された溝は輻０．０８ｍｍ、深さ０．１ｍｍで素
子の周囲に２ｍｍ間隔で形成された。

この際、溝により分割された外部電極はリード線で接続
した。

これらのシートを所定の組合せに従って数１０枚積層、
圧着し、所定の形状に切断した。これを１２００°Ｃの
温度で焼結し、外部電極を形成し、第１図に示す構造の
溝を形成した積層チップコンデンサ型電歪効果素子を得
た。寸法は ３ｍｍＸ３ｍｍＸ１０ｍｍで、内部電極間間隔は２５０
ミクロンである。形成された溝は幅０．０４０ｍｍ、深
さ０゜１ｍｍで素子の周囲に２ｍｍ間隔で形成された。

この際、溝により分割された外部電極はリード線で接続
した。

実施例３ 実施例１，２と同様の材料を用いて電歪効果素子を作製
した。

この材料の予焼粉末と有機バインダー、有機溶媒とを混
合し、泥漿を作製した。この泥漿をドクターブレード法
でフィルム上に数１００ミクロンの厚さにキャスティン
グしグリーンシートを作製した。該シートを乾燥し、マ
イラーフィルムから剥離し、所定の形状に切断した後、
白金ペーストを片面に印刷した。

空孔形成パターンは感光性アクリル樹脂を用いて形成し
た。すなわちポリエステルフィルム上に感光性アクリル
樹脂をコーティングし５０１１ｍの厚さの感光性フィル
ムを形成した。このフィルムに所定の形状のフォトマス
クを用いて紫外線露光を行い、現像によって空孔形成パ
ターンとした。

実施例１〜３に示した構造の素子と従来のコンデンサ型
素子に関して、最高電圧２５０ｖ、パルス巾１ｍｓの正
弦波電圧パルスを繰り返し連続的に印加した。その場合
の変位量と寿命を第４図に示す。

従来構造の電歪効果素子は最大変位量が１．３ミクロン
で、かつ約２５，０００回程度の藤り返し印加パルス数
に対して機械的に破壊した。一方本発明の電歪効果素子
は最大変位量が１６９ミクロンと大きく、かつ１億回の
繰り返し電圧パルスを連続的に印加しても破壊しなかっ
た。

（発明の効果） 以上の実施例から明らかなように本発明の製造方法によ
る電歪効果素子は変位量、寿命が共に従来構造の電歪効
果素子より優れている。さらに、本発明の製造方法によ
って従来の製造方法ではクラック等の発生による歩留の
低下を改善するとともに、製造方法が複雑なため加工精
度が出す、加工が不可能であったように微細な素子に対
しても溝を入れることが可能となった。また本発明の製
造方法によって従来カッターなどを用いて溝を入れてい
たものと比らべ、製造方法工程の飛躍的な減少を可能に
した。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来構造の電歪効果素子の構造図。 第２図は本発明による構造の電歪効果素子の構造図。 第３図は本発明の電歪効果素子と従来の素子の変位量の
印加電圧依存性を示す図。 第４図は本発明の電歪効果素子と従来の素子の繰返しパ
ルス電圧印加と寿命の関係を示す図。 図において１は電歪材料、２は内部電極、３は外部電極
、４はリード線である。 第１図 Ａ　　　　　　　　　　　　　Ｂ 第２図 第３図 第４図

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と平行な側面上に、
   各内部電極に沿って所定の間隔で溝が１個所以上形成さ
   れている電歪効果素子の製造方法において、電歪効果を
   示す材料からなる生シートと内部電極と電歪効果を示す
   材料が焼結する温度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形成した空孔パターンとを積層す
   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
   。