專利名稱：疊層型陶瓷元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有電致伸縮效應(yīng)的疊層型陶瓷元件及其制造方法，更詳細(xì)地說，是涉及一種可防止因電場(chǎng)感應(yīng)伸縮的不一致造成的應(yīng)力集中，特別適用于傳動(dòng)裝置的有良好耐久性的疊層型陶瓷元件及其制造方法。
有電致伸縮效應(yīng)的疊層型陶瓷元件適用于，例如傳動(dòng)裝置中。圖7示出傳動(dòng)裝置中使用的疊層型陶瓷元件的一個(gè)例子。
在圖7所示的疊層型陶瓷元件2中，使有電致伸縮效應(yīng)的陶瓷片，通過膜狀內(nèi)部電極6a、6b而成疊層型。由縱斷面圖(圖7A)可見，內(nèi)部電極6a，6b交錯(cuò)配置，每隔一層，其內(nèi)部電極6a，6b分別與外部電極8a，8b相連接。這樣配置內(nèi)部電極6a，6b和外部電極8a，8b，給外部電極8a，8b加電后，沿陶瓷片的疊層方向就產(chǎn)生電場(chǎng)，使陶瓷元件2沿箭頭A所示的方向位移，從而具有了用作傳動(dòng)裝置的功能。
在這樣的疊層型陶瓷元件2中，疊層化了的陶瓷片4相互間，在內(nèi)部電極6a，6b未插到的部分10形成整體的結(jié)構(gòu)。
然而，以往這樣的疊層型陶瓷元件2，在其上下的內(nèi)部電極6a，6b的插入部分12，所加的電場(chǎng)較強(qiáng)，而在其它部分10，電場(chǎng)強(qiáng)度較弱，因?yàn)樵摬糠?0的位移重疊，且與部分12的位移相比很少，在部分12和部分10的邊界部分引起應(yīng)力集中，使元件2的壽命可能縮短。
為克服這樣的缺陷，如日本專利公開昭58-196068、昭59-175176以及圖8a，圖8b所示，把膜狀內(nèi)部電極6伸長到陶瓷片4中間的整個(gè)寬度，每隔一層在每個(gè)內(nèi)部電極6的端部設(shè)置有絕緣層14，在其上形成外部電極8a，8b從而研制出疊層型陶瓷元件2a。借助這樣的陶瓷元件2a，因?yàn)槠鋬?nèi)部電極6設(shè)置得充滿陶瓷片4之間的整個(gè)寬度，使在陶瓷片4的疊層方向上加有均勻的電場(chǎng)，因而能防止圖7所示的發(fā)生在陶瓷元件2上的那種應(yīng)力集中，這就能延長元件的壽命。
但是，圖8所示這樣的疊層型陶瓷元件2a，每隔一層在其每個(gè)內(nèi)部電極6的端部形成絕緣層14的操作太繁雜，因而存在不僅生產(chǎn)率低，而且制造成本高的問題。一旦絕緣層14形成的不完備，兩外部電極8a，8b還會(huì)短路而產(chǎn)生廢品。
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種疊層型陶瓷元件，這種疊層型陶瓷元件能防止發(fā)生因電場(chǎng)感應(yīng)伸縮不均導(dǎo)致的應(yīng)力集中，特別適用傳動(dòng)裝置，而且壽命長，易于生產(chǎn)。
為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明的疊層型陶瓷元件主要配備有有電致伸縮效應(yīng)的多個(gè)陶瓷片;疊置在此陶瓷片之間且相鄰兩層互不相同的膜狀第1和第2內(nèi)部電極;沿上述多個(gè)陶瓷片的疊層方向延伸且與上述第1內(nèi)部電極群的端部連接的第1外部電極;與上述第2內(nèi)部電極群的端部連接的第2外部電極;在陶瓷片的上述第1外部電極和第2內(nèi)部電極之間以及上述第2外部和第1內(nèi)部電極之間相對(duì)應(yīng)處形成空位。
本發(fā)明疊層型陶瓷元件的制造方法主要是在以有電致伸縮效應(yīng)的材料為主要成分的燒結(jié)前的陶瓷片的一面上形成端部有切口的內(nèi)部電極及由此切口形成的予定空位部分，上述燒結(jié)前陶瓷片，在疊層方向上，每兩片相鄰的陶瓷片，其有予定空位部分端和無予定空位部分端是交錯(cuò)疊置的，每隔一層陶瓷片其位置相同，就這樣多片疊層，通過對(duì)上述多片疊層的陶瓷片進(jìn)行燒結(jié)和內(nèi)部電極燒結(jié)，將所形成的予定空位部分作為空位，把每隔一層的互不相同的內(nèi)部電極的無空位側(cè)的端部用外部電極相連接。
在上述燒結(jié)前的陶瓷片的一面上形成端部有切口的電極時(shí)，可以把區(qū)段層(ブロツク層)設(shè)置在切口部內(nèi)，把上述予定空位部設(shè)置在內(nèi)部電極端部和區(qū)段層之間，通過陶瓷片的燒結(jié)和內(nèi)部電極的燒接，在內(nèi)部電極的端部和區(qū)段層之間形成空位。
而且也可以把內(nèi)部電極和區(qū)段層設(shè)置在燒結(jié)前的陶瓷片的一面上，把予定空位設(shè)置在內(nèi)部電極的一端和區(qū)段層之間。
還可以把內(nèi)部電極和區(qū)段層兩者按一定距離設(shè)置在燒結(jié)前的陶瓷片的一面上，在內(nèi)部電極和區(qū)段層之間設(shè)置予定空位部，通過進(jìn)行陶瓷片的燒成和內(nèi)部電極的燒接，在內(nèi)部電極的端部和區(qū)段層之間形成空位。
在本發(fā)明中，所謂電致伸縮效應(yīng)，指的是電場(chǎng)引起伸縮的效應(yīng)，更具體地說，是指產(chǎn)生與所加電場(chǎng)成比例伸縮的反壓電效應(yīng)和/或產(chǎn)生與所加電場(chǎng)的平方成比例伸縮的狹義的電致伸縮效應(yīng)。
本發(fā)明這樣的疊層型陶瓷元件及其制造方法，在裝在陶瓷片間的內(nèi)部電極的端部形成空位，由于此部分不存在內(nèi)部電極，所以每隔一層內(nèi)部電極設(shè)置空位，為沿此空位在陶瓷片的疊層方向上進(jìn)行連結(jié)，最好設(shè)置外部電極，以便把每隔一層的內(nèi)部電極的端部都能容易地連接起來。而且此空位能防止因電場(chǎng)感應(yīng)伸縮不均而造成的應(yīng)力集中，使壽命提高，能很好地用于傳動(dòng)裝置中。
本發(fā)明不但可用于利用電致伸縮效應(yīng)的疊層型傳動(dòng)裝置，而且對(duì)電致伸縮效應(yīng)以外的，例如，對(duì)以電光效應(yīng)為主要目的，也有電致伸縮效應(yīng)的陶瓷疊層型元件，在防止因電場(chǎng)感應(yīng)伸縮不均導(dǎo)致的應(yīng)力集中方面也是有益的。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的疊層型陶瓷元件的縱剖面圖，圖2為疊層型陶瓷元件所用的陶瓷片的透視圖，圖3是其變形例的陶瓷片的透視圖，圖4是另一實(shí)施例的陶瓷元件的縱剖面圖，圖5是該實(shí)施例的陶瓷元件所用的陶瓷片的透視圖，圖6是其變形例的陶瓷片的透視圖，圖7、8是現(xiàn)有技術(shù)中疊層型陶瓷元件示例的剖面圖，(A)為縱剖面圖，(B)為橫剖面圖。
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的適用的具體例子進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1所示的疊層型陶瓷元件20是，例如，作為打印機(jī)磁頭以及x-y工作臺(tái)等傳動(dòng)裝置使用的元件。此陶瓷件20包括有電致伸縮效應(yīng)的陶瓷片22和內(nèi)部電極24(24a，24b)，這些部件有相互交錯(cuò)疊層的結(jié)構(gòu)。
也就是說疊層型陶瓷元件20配備有具有電致伸縮效應(yīng)的陶瓷片22;疊放在此陶瓷片之間的，相鄰層互不相同疊層的膜狀第1和第2內(nèi)部電極24a、24b，沿上述多個(gè)陶瓷片22的疊層方向延伸的與上述內(nèi)部電極24中的第1內(nèi)部電極群24a的端部相連接的第1外部電極32a;與上述第2內(nèi)部電極群24b的端部相連接的第2外部電極32b;而且在陶瓷片22的上述第1外部電極32a和第2內(nèi)部電極24b之間以及上述第2外部電極32b和第1內(nèi)部電極24a之間相對(duì)應(yīng)處形成空位30。
在此具體例中，空位30是這樣形成的，即在第1和第2內(nèi)部電極24a、24b的各端設(shè)置切口部28，由于存在此切口部28，在陶瓷片22間就形成空位30。
此外，膜狀的內(nèi)部電極24(24a，24b)，如圖2所示，是通過在疊層前的陶瓷片22的表面上涂復(fù)金屬糊劑而形成的，作為構(gòu)成內(nèi)部電極24(24a，24b)的金屬，可用白金，鈀，銀-鈀合金和銀等，由于陶瓷片22是在疊層狀態(tài)下燒成，所以選擇在陶瓷的燒結(jié)溫度下能夠燒成的金屬糊劑作為構(gòu)成內(nèi)部電極24(24a，24b)的金屬糊劑，將得到滿意的結(jié)果。為提高燒結(jié)后陶瓷片22和內(nèi)部電極24(24a，24b)的附著強(qiáng)度，也可以在金屬糊劑中混合進(jìn)氧化鋯粉末，玻璃粉末，主要為電致伸縮的陶瓷成分的焙燒粉末等。
將金屬糊劑涂復(fù)到陶瓷片22的表面上時(shí)，如圖2所示，在內(nèi)部電極24(24a，24b)周邊的一端形成，例如，未涂復(fù)金屬糊劑的半圓形予定空位部分26，即切口28。切口28的形狀及位置沒有特別限定，例如，也可以如圖3所示那樣，形成在陶瓷片22的一個(gè)角部。
像這樣的內(nèi)部電極24(24a，24b)的膜厚沒有特別限定，燒結(jié)后的膜厚可以在0.5-20μm，最好是1-10μm。金屬糊劑的涂復(fù)可以采用絲網(wǎng)印刷法，滾筒印刷法等方法進(jìn)行。
陶瓷片22是用以PbTiO3為主要成分的，還可以PbZrO3、Pb(Ng1/3Nb2/3)O3、Pb(Ni1/3，Nb2/3)O3等為主要成份的，燒成后有電致伸縮效應(yīng)的材料構(gòu)成。下面將敘述疊層燒結(jié)前的陶瓷片22的制造。
首先，用水作為溶劑，把羥基乙基纖維素，甲基纖維素、聚乙烯醇、石臘等潤滑劑，羧甲基纖維素等結(jié)合劑和丙三醇、多烷基乙二醇、山梨糖醇酐脂肪酸酯類、三乙二醇、季戊醇(ペトリオ-ル)、聚醇(ポリオ-ル)等可塑劑加進(jìn)以陶瓷為主要成分的焙燒粉末(僅粉末)然后使其混合，制成成形前胚體?；蛘哂靡掖?，丁酮、苯，甲苯等有機(jī)溶劑，把聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、纖維素醋酸鹽等結(jié)合劑和磷苯二甲酸二丁酯，聚乙二醇、丙三醇等可塑劑加進(jìn)上述陶瓷焙燒粉末，然后進(jìn)行混合制成成形前胚體。
通過刮板法，擠壓成形法等將這樣的成形前胚體做成所要求的厚度，干燥后切成規(guī)定的形狀，這就制成了燒結(jié)前的陶瓷片22。燒結(jié)前陶瓷片22的膜厚雖沒有特別限定，但理想的范圍是0.02-2mm，最好是0.05-0.5mm。然后，在燒結(jié)前陶磁片22的表面上，如圖2所示涂復(fù)形成內(nèi)部電極24(24a，24b)。
在本發(fā)明中對(duì)燒結(jié)前陶瓷片的成形方法也沒有做特別限定，最理想的成形方法是用水做溶劑，通過擠壓成形法做成胚片的成形方法。如果用這樣的成形方法，就容易減少結(jié)合劑和/或可塑劑的配合量，干燥后所得到的胚片的相互被粘著性提高，將它們疊合燒結(jié)時(shí)，借助切口28，在所形成的予定空位部分26中，能防止上、下胚片22的粘著，在此部分形成空位30就變得容易了。而且即使通過使用有機(jī)溶劑的擠壓成形法，或者使用有機(jī)溶劑或水的刮板法，借助調(diào)節(jié)結(jié)合劑和可塑劑的種類和配合量，也能夠得到用以形成空位30的有不被粘著性的陶瓷片22。
選擇結(jié)合劑和可塑劑的種類和量以及陶瓷片22的干燥條件，以使燒結(jié)前陶瓷片22彼此在150℃以下和200Kg/cm2以下的條件下進(jìn)行加壓時(shí)，其抗拉抗剪粘著強(qiáng)度在燒結(jié)前陶瓷片22自身抗拉強(qiáng)度的10%以下，最好在5%以下。
在用水做溶劑，借助擠壓成形法來成形燒結(jié)前陶瓷片22時(shí)，結(jié)合劑的添加量應(yīng)是焙燒粉末重量的1-10%，最好是2-5%，可塑劑的添加量也應(yīng)是1-10%，最好是2-5%。
如上所述，為形成予定空位部分26，在經(jīng)過這樣成形，干燥后并切成規(guī)定形狀的燒結(jié)前陶瓷片的一面上，形成端部有切口部28的內(nèi)部電極24(24a，24b)，進(jìn)而把已這樣形成內(nèi)部電極24(24a、24b)的陶瓷片22，如圖2的透視圖所示，使予定空位部分26呈左右位置互相交錯(cuò)地多個(gè)疊放在一起，接著用熱壓機(jī)進(jìn)行加壓后，在把陶瓷片22用規(guī)定溫度脫脂和燒結(jié)的同時(shí)，也燒結(jié)了內(nèi)部電極24(24a，24b)從而把陶瓷片22和內(nèi)部電極24(24a、24b)粘著在一起。即可以在脫脂前把疊層體切成規(guī)定的大小，也可以燒結(jié)后再切。而且予定空位部分26不一定必須左右交錯(cuò)配置，只要在疊層方向相鄰的陶瓷片的位置錯(cuò)開，每隔一層陶瓷片的位置同樣配置就可以了，特別是如圖3所示疊層時(shí)，予定空位部分26在疊層方向上，每相鄰陶瓷片間也可以錯(cuò)位90°。
結(jié)果，在陶瓷片間，每隔互不相同的一層分別形成第1內(nèi)部電極24a和第2內(nèi)部電極24b。
對(duì)象這樣燒結(jié)成的疊層體，在由切口部28形成的予定空位部26，其上下陶瓷片22互不粘接，在此部分即形成空位30。
然后，沿上述陶瓷片的疊層方向，把上述第1內(nèi)部電極群的各電極24a，第2內(nèi)部電極群的各電極24b分別相互連接起來，形成第1外部電極32a和第2外部電極32b，換言之，把每隔一層的每個(gè)空位30在疊層方向上連接，把位于每隔一層的空位間的內(nèi)部電極24的端部，每隔一層連接起來，形成一對(duì)外部電極32a，32b，從而得到本發(fā)明的疊層型陶瓷元件20。至于外部電極32a、32b，沒有特別限定。例如，可使用銀、軟釬料等。外部電極32a、32b的形成方法也沒有特別限定，例如，只要在沿著疊層方向涂復(fù)上銀糊劑，然后燒接上就可以。外部電極32a，32b的寬度最好小于切口部28的寬度，一大于切口部28的寬度，外部電極32a，32b就有與內(nèi)部電極24a、24b短路的危險(xiǎn)。
其次，上述空位30除如以上圖1-圖3所示可形成在內(nèi)部電極24(24a、24b)的端部外，如圖4-圖6所示，在陶瓷片22中，還可以形成在內(nèi)部電極24(24a、24b)和區(qū)段層29之間。下面特根據(jù)圖4-圖6進(jìn)行說明。
在圖5所示的例子中，把金屬糊劑涂復(fù)到陶瓷片22的表面上時(shí)，在靠近內(nèi)部電極24(24a，24b)周邊一端部處設(shè)置不涂復(fù)金屬糊劑的予定空位部分26，借助此予定空位部分26，只在陶瓷片22的離開規(guī)定距離1的一端部表面上形成區(qū)段層29。區(qū)段層29用和內(nèi)部電極24(24a，24b)同樣的金屬糊劑涂復(fù)形成比較經(jīng)濟(jì)，但也不限于此，也可以用其它材料，例如絕緣材料。當(dāng)區(qū)段層29用和內(nèi)部電極24(24a、24b)同樣的金屬糊劑涂復(fù)形成時(shí)，如以前所說的內(nèi)部電極24的形成方法同樣形成。區(qū)段層29的膜厚最好也和內(nèi)部電極24(24a、24b)的膜厚大體相同。
區(qū)段層的形狀和位置沒有特別限定，例如，可以如圖6所示那樣，在陶瓷片22的一角的表面上形成。在此具體例中，區(qū)段層29為三角形。在此具體例的場(chǎng)合，內(nèi)部電極24(24a、24b)和區(qū)段層29處于非導(dǎo)通狀態(tài)。
然后，把已在其上用和前述同樣工序形成了內(nèi)部電極24(24a、24b)和區(qū)段層29的多個(gè)陶瓷片22，如圖5所示，令其區(qū)段層29的位置左右交錯(cuò)地疊放，接著用熱壓機(jī)加壓后，在規(guī)定溫度使陶瓷片脫脂和燒結(jié)的同時(shí)，也將內(nèi)部電極24(24a、24b)燒接，陶瓷片22就和內(nèi)部電極24(24a、24b)以及區(qū)段層29粘結(jié)在一起了。可以在脫脂之前先把疊層體切成規(guī)定的大小，也可以在燒結(jié)后再切。區(qū)段層29不一定非要左右交錯(cuò)地配置，關(guān)鍵是要使相鄰的陶瓷片在疊層方向上錯(cuò)開位置，每隔一層的陶瓷片處于相同的位置就可以了。特別是如圖6所示那樣疊層時(shí)，予定空位部分26在疊層方向上，各相鄰陶瓷間也可以錯(cuò)位90°。
其后，沿上述陶瓷片的疊層方向把上述第1內(nèi)部電極群24a，第2內(nèi)部電極群24b的各電極互相連接起來，形成第一外部電極32a和第2外部電極32b。這時(shí)也可使外部電極32a，32b與位于內(nèi)部電極24a、24b間的區(qū)段層29相連接。外部電極32的寬度應(yīng)比區(qū)段層29的寬度要小，一旦比區(qū)段層29的寬度大，當(dāng)涂復(fù)形成外部電極32a，32b時(shí)，在區(qū)段層29以外的部分，外部電極32a，32b就要和內(nèi)部電極24(24a，24b)接觸，有發(fā)生短路的危險(xiǎn)。
對(duì)于用上法得到的疊層型陶疊元件20，把引線34接到外部電極32，加上來自電極源36的電壓后，就在陶瓷元件20的疊層方向建立電場(chǎng)，在疊層方向上變位，從而具有了做為傳動(dòng)裝置等功能。
如上所述，借助本發(fā)明，可很容易地將內(nèi)部電極的端部每隔一層連接起來，而且，由于有空位，能夠防止因電場(chǎng)感應(yīng)伸縮不均造成的應(yīng)力集中，提高了使用壽命，使本發(fā)明的疊層型陶瓷元件能很好地適用于傳動(dòng)裝置等用途。而且本發(fā)明不但可用于利用電致伸縮效應(yīng)的疊層型傳動(dòng)裝置等用途中，而且對(duì)于電致伸縮效應(yīng)以外的，如以電光效應(yīng)為主要目的也有電致伸縮效應(yīng)的陶瓷疊層元件防止其因電場(chǎng)感應(yīng)伸縮不均造成的應(yīng)力集中也是有益的。
在本發(fā)明中，由于有區(qū)段層，在元件的一側(cè)涂復(fù)形成外部電極時(shí)，構(gòu)成此外部電極的材料不流向內(nèi)部電極側(cè)，從而能有效地防止兩外部電極通過內(nèi)部電極而短路。
下面將進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行說明實(shí)施例一此實(shí)例1的疊層型陶瓷元件20包括有電致伸縮效應(yīng)的多個(gè)陶瓷片22;在此陶瓷片22間相鄰層互不相同的疊層的膜狀第1和第2內(nèi)部電極24a、24b;沿上述多個(gè)陶瓷片22的疊層方向延伸，并與上述內(nèi)部電極24中的第1內(nèi)部電極群24a的端部連接的第1外部電極32a;與上述第2內(nèi)部電極群24b的端部連接的第2外部電極32b。在陶瓷片22的上述第1外部電極32a和上述第2內(nèi)部電極24b之間以及與上述第2外部電極32b和上述第1內(nèi)部電極24a之間的相對(duì)應(yīng)處形成空位30，此空位30是這樣形成的，即在第1和第2內(nèi)部電極24a，24b的各端部設(shè)置圓弧形的切口部28，由于此圓弧形切口部28的存在，在陶瓷片22間形成空位30。
切口部28的形狀也可以不是圓弧形，只要能在陶瓷片22的上述第1外部電極32a和第2內(nèi)部電極24b之間以及上述第2外部電極32b和第1內(nèi)部電極24a之間的相對(duì)應(yīng)處形成空位30就可以。由于切口部28的存在，不僅在陶瓷片22間形成空位30，同時(shí)還使上述第1外部電極32a和第2內(nèi)部電極24b之間以及上述第2外部電極32b和第1內(nèi)部電極24a之間分別隔離絕緣。
制造此實(shí)施例1的疊層型陶瓷元件20時(shí)，首先用水做溶劑，把結(jié)合劑甲基纖維素和可塑劑丙三醇加進(jìn)以PbTiO3PbZrO3、Pb(Mg 1/3 Nb 2/3)O3為主要成分的電致伸縮陶瓷材料的焙燒粉末中，再很好地進(jìn)行混合，以便制作成形前胚體。用擠壓成形法將此成形前胚體成形為厚120μm的未燒結(jié)薄片，并使之干燥。
將其切成規(guī)定的形狀，用絲網(wǎng)印刷法在其一面上涂復(fù)上銀-鈀糊劑，如圖2所示，在半園形的未涂復(fù)金屬糊劑的予定空位部分26以外的區(qū)域成形內(nèi)部電極24(24a、24b)。將100片已印刷涂復(fù)的未燒結(jié)薄片疊放在一起，用熱壓機(jī)熱壓。疊放時(shí)，在疊層方向上將各相鄰未燒結(jié)薄片的半圓形予定空位部分26左右交錯(cuò)疊置，每隔一層其位置相同。所得到的疊層體在500℃脫脂后，再在1000℃下燒結(jié)，然后切斷成一個(gè)個(gè)的元件。
將如此獲得的疊層型燒結(jié)體的斷面用掃描顯微鏡觀察時(shí)，證實(shí)內(nèi)部電極24(24a、24b)的膜厚為2-3μm，在予定空位部分26處形成2-3μm的空位30。
接著，如圖2所示那樣，通過涂復(fù)燒接銀糊劑以形成外部電極32a、32b，將位于每隔一層的空位間的內(nèi)部電極24(24a、24b)的端部沿疊層方向進(jìn)行電連接。隨后將引線用軟釬焊法接到外部電極，通過此引線加上規(guī)定的直流電壓進(jìn)行極化處理，制成圖1所示的疊層型陶瓷元件20。
此疊層型陶瓷元件的尺寸為長×寬×高＝5mm×5mm×10mm，給它加上100伏直流電壓時(shí)顯示有11μm的位移。把頻率為1000赫最高幅度為100V的正弦波脈沖電壓連續(xù)加至此元件進(jìn)行壽命試驗(yàn)，電壓脈沖約1億次后，其位移也不降低元件也未損壞。
實(shí)施例2此實(shí)施例2的疊層型陶瓷元件20也和實(shí)施例1一樣，包括有電致伸縮效應(yīng)的多個(gè)陶瓷片22;在此陶瓷片22間相鄰層互不相同的疊層的膜狀第1和第2內(nèi)部電極24a，24b;沿上述多個(gè)陶瓷片22的疊層方向沿伸，并與上述內(nèi)部電極24中的第1內(nèi)部電極群24a的端部相連接的第1外部電極32a;與上述第2內(nèi)部電極群24b的端部相連接的第2外部電極32b。
在陶瓷片22的與上述第1外部電極32a和第2內(nèi)部電極24b之間以及與上述第2外部電極32b和第1內(nèi)部電極24a之間相對(duì)應(yīng)處與介于其間的區(qū)段層29一起形成空位30。
此空位30在陶瓷片上，而且是形成在第1和第2內(nèi)部電極24a，24b的各端部和區(qū)段層29之間。第1，第2外部電極32a、32b分別與每隔一層的區(qū)段層29相連接。因有區(qū)段層，上述第1外部電極32a和第2內(nèi)部電極24b之間以及上述第2外部電極32b和第1內(nèi)部電極24a之間分別隔離絕緣，通過實(shí)施例1的疊層型陶瓷元件20來看，該實(shí)施例2的產(chǎn)品，具有聯(lián)系的是在前述切口部28內(nèi)設(shè)置區(qū)段層29，在內(nèi)部電極24(24a，24b)和區(qū)段層29之間形成空位30。
制造此實(shí)施例2的疊層陶瓷元件20時(shí)，首先，用水做溶劑，把結(jié)合劑甲基纖維素和可塑劑丙三醇加進(jìn)以PbTiO3、PbZrO3、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3為主要成份的電致伸縮陶瓷材料的焙燒粉末中，然后很好地混合以制作成形前胚體。用擠壓成形法將此成形前胚體成形為厚120μm的未燒結(jié)薄片，并使之干燥。
將其切成規(guī)定的形狀，用絲網(wǎng)印刷法將銀鈀糊劑涂復(fù)在其一面，為圖5所示，同時(shí)形成內(nèi)部電極24(24a、24b)和用寬0.5mm的未涂復(fù)金屬糊劑的予定空位部分26隔離的區(qū)段層29。將已印刷涂復(fù)的100片未燒結(jié)薄片疊放在一起，用熱壓機(jī)熱壓。疊放時(shí)在疊方向上，相鄰兩層的區(qū)段層29左右交錯(cuò)放置。每隔一層的未燒結(jié)薄片位置相同。將所得到的疊層體在500℃下脫脂并在1100℃下燒結(jié)后，切成一個(gè)個(gè)的元件。
將如此制得的疊層型燒結(jié)體的斷面用掃描電子顯微鏡觀察時(shí)，證實(shí)其內(nèi)部電極24(24a，24b)和區(qū)段層29的膜厚為2-3μm，在內(nèi)部電極24(24a，24b)和區(qū)段層29的間隙處形成的空位30高為2-3μm。
其后，為圖5所示，通過涂復(fù)燒接銀糊劑形成外部電極32a、32b，將位于區(qū)段層間的每隔一層的內(nèi)部電極24(24a、24b)的端部在疊層方向電連接起來。進(jìn)而把引線用軟釬焊法接到外部電極通過此引線加上規(guī)定的直流電壓進(jìn)行極化處理，獲得如圖4所示這樣的疊層型陶瓷元件20。
此疊層型陶瓷元件的尺寸是長×寬×高＝5mm×5mm×10mm，把100伏的直流電壓加至其上時(shí)。顯示有10μm的位移。而且將頻率1千赫最高幅度為100伏的正弦波脈沖電壓連續(xù)加至此元件進(jìn)行元件的壽命試驗(yàn)時(shí)，加電壓脈沖約一億次后，其位移不降低，元件也未損壞。
比較例與上述實(shí)施例比較，圖7所示的現(xiàn)有類型的疊層型陶瓷元件在同樣條件下進(jìn)行壽命試驗(yàn)，加一萬次左右的電壓脈沖，元件就壞了。
按本發(fā)明制成的疊層型陶瓷元件與圖7所示這種疊層型陶瓷元件相比，因?yàn)榻柚趦?nèi)部電極的端部形成的空位能防止因電場(chǎng)感應(yīng)伸縮不均造成的應(yīng)力集中，使其壽命大大提高。
而和圖8所示的疊層型陶瓷元件比較，本發(fā)明的疊層型陶瓷元件完全不需要每隔一層在其內(nèi)部電極的端部形成絕緣層。也就避免了因絕緣層形成不良而產(chǎn)生的廢品，所以制造簡便、成品率高、易于生產(chǎn)。
并且因?yàn)樵O(shè)置有區(qū)段層，在涂復(fù)銀等金屬糊劑形成外部電極時(shí)，避免了因銀等金屬漿料滲入空位造成的廢品。
權(quán)利要求
1.一種疊層型陶瓷元件，其特征是配備有有電效伸縮效應(yīng)的多個(gè)陶瓷片；在此陶瓷片間的每隔一層疊放的膜狀第1和第2內(nèi)部電極；沿上述多個(gè)陶瓷片的疊層方向延伸并與上述第1內(nèi)部電極群的端部相連的第1外部電極；與上述第2內(nèi)部電極群的端部相連接的第2外部電極；在陶瓷元件的與上述第1外部電極和第2內(nèi)部電極之間以及與上述第2外部電極和第1內(nèi)部電極之間相對(duì)應(yīng)處形成空位。
2.按照權(quán)利要求1所說的疊層型陶瓷元件，其特征是上述空位借助上述第1、第2內(nèi)部電極端部的切口部，形成在上述陶瓷片間。
3.按照權(quán)利要求1所說的疊層型陶瓷元件，其特征是上述空位形成在陶瓷片上的內(nèi)部電極和相距規(guī)定距離設(shè)置的區(qū)段層之間。
4.按照權(quán)利要求2所說的疊層型陶瓷元件，其特征是區(qū)段層設(shè)置在上述切口部內(nèi)，上述空位形成在此區(qū)段層和上述內(nèi)部電極之間。
5.按照權(quán)利要求3或4所說的疊層型陶瓷元件，其特征在于上述第1第2外部電極分別與每隔一層的區(qū)段層相連接。
6.一種疊層型陶瓷元件的制造方法，其特征是在以有電致伸縮效應(yīng)的材料為主要成分的燒成前陶瓷片的一面上形成端部有切口部的內(nèi)部電極和借助上述切口部形成的予定空位部分;把許多上述燒成前陶瓷片，這樣疊放使在疊層方向上相鄰陶瓷片的上述予定空位部分錯(cuò)開位置，每隔一層陶瓷片的位置相同;通過對(duì)上述多片疊層的陶瓷片進(jìn)行燒結(jié)和內(nèi)部電極的燒接，把予定空位部形成為空位，把每隔互不相同的一層的內(nèi)部電極的無空位側(cè)的端部用外部電極相連接起來。
7.按照權(quán)利要求6所說的疊層型陶瓷元件的制造方法，其特征是，在上述燒成前陶瓷片的一面上，當(dāng)形成端部有切口的內(nèi)部電極時(shí)，在切口內(nèi)設(shè)置區(qū)段層，在內(nèi)部電極端部和區(qū)段層之間設(shè)置上述予定空位部，通過進(jìn)行陶瓷片的燒結(jié)和內(nèi)部電極的燒接，在內(nèi)部電極的端部和區(qū)段層之間形成空位。
8.按照權(quán)利要求7所說的疊層型陶瓷元件的制造方法，其特征是包括把外部電極每隔一層連接到區(qū)段層的工序。
9.一種疊層型陶瓷元件的制造方法，它包括如下步驟在以電致伸縮材料做為主要成分的許多給定的未燒結(jié)的陶瓷片的每一片上形成內(nèi)部電極和區(qū)段層，從而在上述區(qū)段層和上述內(nèi)部電極的一端部之間形成的所謂的予定空位，把上述未燒結(jié)的許多片陶瓷片這樣疊放起來，以使上述予定空位交替地位于疊層的不同的兩邊，然后通過燒結(jié)上述已裝配的許多陶瓷片和燒接內(nèi)部電極，由所謂予定空位形成空位，并且用沿各相應(yīng)空位相對(duì)的側(cè)邊放置的兩個(gè)外部電極分別連接每隔一層一組的內(nèi)部電極。
全文摘要
本發(fā)明的疊層陶瓷元件包括有電致伸縮效應(yīng)的多片陶瓷片、相鄰陶瓷片的單面上分別有膜狀第一和第二內(nèi)部電極、第一和第二內(nèi)部電極群的端部分別連接第一和第二外部電極。其特征是在陶瓷片的第一外部電極和第二內(nèi)部電極之間以及第二外部電極和第一內(nèi)部電極之間各自形成空位。而且相鄰兩陶瓷片的空位錯(cuò)開疊放，即每隔一層陶瓷片的配置相同。此空位可防止因電場(chǎng)感應(yīng)伸縮不均造成的應(yīng)力集中，故可提高耐久性。本發(fā)明還提供疊層陶瓷元件的制法。
文檔編號(hào)H01L41/273GK1046638SQ9010267
公開日1990年10月31日 申請(qǐng)日期1990年4月7日 優(yōu)先權(quán)日1989年4月7日
發(fā)明者永山博之, 牛田善久 申請(qǐng)人:三井石油化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社