(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセラミック層と複数の内部電極とを積層してなり、該セラミック層はチタン酸バリウムを主成分とするセラミック粒子からなり、該内部電極に対して垂直な面に存在するセラミック粒子の平均粒径が３．５μｍ以上であり、該誘電体層一層中に一のセラミック粒子で形成されている一層一粒子の部分を備え、該内部電極に対して垂直な面において該平均粒径の間隔で該内部電極に対して垂直な線を引いたときの全部の線の数に対する該一層一粒子の部分にかかっている線の数の割合が３０％以上であることを特徴とする電歪により変位する積層変位素子。
【請求項２】
前記内部電極がＮｉ粉末を主成分とする導電性ペーストを焼結させたものからなることを特徴とする請求項１に記載の積層変位素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内部電極間の電界強度を変化させて該内部電極間のセラミック層を積層方向に伸縮させ、この伸縮を微小位置決め装置の駆動手段として利用できるようにした電歪により変位する積層変位素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は積層変位素子の説明図である。積層変位素子は、同図に示すように、チップ状の素体１０と、素体１０の両端部に形成された一対の外部電極１２，１２とを備え、素体１０はセラミック層１４と内部電極１６とが交互に多数層、一体的に積層したものからなる。内部電極１６のうち、隣り合う内部電極１６はセラミック層１４を介して対向し、別々の外部電極１２，１２と電気的に接続されている。
【０００３】
セラミック層１４は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛のような電歪特性の大きいセラミック材料を主成分とするものからなり、内部電極１６は例えばＡｇ−Ｐｄ粉末のような貴金属材料を主成分とする導電性ペーストを焼結させたものからなる。
【０００４】
この積層変位素子は例えば次のようにして製造される。まず、チタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とするセラミック粉末に、有機バインダー及び有機溶媒を混ぜてスラリーを作り、このスラリーをドクターブレード法で膜状に成形してセラミックグリーンシートを作る。
【０００５】
次に、このセラミックグリーンシートの片面に、Ａｇ−Ｐｄ粉末を主成分とする導電性ペーストで内部電極パターンを印刷する。そして、このセラミックグリーンシートを複数枚、積層・圧着させて積層体を形成し、この積層体を内部電極パターン毎に格子状に裁断し、チップ状の積層体を得る。そして、このチップ状の積層体を加熱して脱バインダーした後、１２００〜１３００℃程度の高温で焼成し、最後に外部電極を焼き付ける。
【０００６】
積層変位素子は、電界誘起歪みが大きく、且つ高速応答性を有するという優れた特性から、プリンターヘッド、ポジショナー、リレー、ハードディスク、半導体露光装置、流体制御弁等の微小位置決め装置ないし駆動源として利用されつつある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の積層変位素子では、セラミック層の材料としてチタン酸ジルコン酸鉛というＰｂを多く含む化合物が使われているので、製造現場における労働環境を悪化させたり、積層変位素子を有する電子機器を廃棄したときに自然環境をＰｂで汚染する虞があるという問題があった。
【０００８】
この発明は、環境を汚染する虞のあるＰｂを含まず、変位量ができるだけ大きい化合物をセラミック層に用いた積層変位素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る積層変位素子は、複数のセラミック層と複数の内部電極とを積層してなり、該セラミック層はチタン酸バリウムを主成分とするセラミック粒子からなるものである。
【００１０】
ここで、前記セラミック粒子は３．５μｍ以上の平均粒径を有しているのが好ましい。セラミック粒子の平均粒径が３．５μｍ未満では所望の変位量が得られないからである。
【００１１】
また、前記セラミック層一層中に一のセラミック粒子で形成されている一層一粒子の部分の割合は二次元的に断面で観察したときに１０％以上、より好ましくは３０％以上有るのが良い。１０％未満では所望の変位量が得られないからである。
【００１２】
一層一粒子の部分の割合は次のようにして求める。すなわち、積層変位素子を内部電極に直角な面で切断し、この面について、セラミック層を形成しているセラミック粒子の粒径を測定し、その平均粒径を算出し、内部電極に対して垂直な線を平均粒径の間隔で引き、一粒子がかかっている線の数を全部の線に対する割合で求める。
【００１３】
また、前記セラミック層はＢ特性の誘電体材料、Ｆ特性の誘電体材料のいずれで形成してもよい。また、前記内部電極はＮｉ粉末を主成分とする導電性ペーストを焼成したものとすることができるが、Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｄその他、内部電極に普通に使用されている金属材料を使用してもよい。
【００１４】
また、この発明に係る積層変位素子の製造方法は、チタン酸バリウムを主成分とする電歪特性を有するセラミック粉末からなるセラミックグリーンシートと、導電性ペーストからなる内部電極パターンを積層して積層体を形成する積層体形成工程と、該積層体形成工程で得られた積層体を焼成する焼成工程とを備え、該焼成工程の焼成温度が１０００〜１４００℃、焼成時間が０．５〜２０時間であるものである。
【００１５】
また、前記セラミックグリーンシートの厚さは９μｍ以下とするのが好ましい。また、焼成工程の焼成温度を１０００〜１４００℃、焼成時間を０．５〜２０時間としたのは、１４００℃−０．５時間又は１０００℃−２０時間未満では所望の粒径が得られず、１４００℃−２０時間を超えても生成される粒径がセラミック層の厚さ以上には大きくならないからである。
【００１６】
また、前記セラミック層はＢ特性の誘電体材料、Ｆ特性の誘電体材料のいずれで形成してもよい。前記内部電極パターンはＮｉ粉末を主成分とする導電性ペーストにより形成することができるが、Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｄその他、内部電極に普通に使用されている金属材料を使用してもよい。
【００１７】
【実施例】
まず、チタン酸バリウムを主成分とするセラミック粉末を秤量し、これに有機バインダ及び水を加え、ボールミルで充分に湿式混合し、スラリーを得た。ここで、チタン酸バリウムを主成分とするセラミック粉末としては、Ｆ特性の誘電体磁器組成物及びＢ特性の誘電体磁器組成物の原料を使用した。
【００１８】
そして、このスラリーを脱泡した後、ドクターブレード法で厚さ９μｍのセラミックグリーンシートを形成した。そして、このセラミックグリーンシートにＮｉ粉末を主成分とする導電性ペーストを用いて内部電極パターンを印刷した。
【００１９】
次に、内部電極パターンを印刷したこのセラミックグリーンシートを１０枚、積層し、更にその上下に内部電極パターンを印刷してないセラミックグリーンシートを積層し、積層方向に圧力を加えて全体を圧着させて積層体を得た。そして、この積層体を導電パターン毎に格子状に裁断し、チップ状の積層体を得た。
【００２０】
次に、このチップ状の積層体を、まず、空気中において６００℃まで昇温させ、含有されている有機バインダを燃焼除去させ、続いて、２．０体積％のＨ２を含む窒素ガスからなる非酸化性雰囲気に変え、１２００〜１３００℃まで昇温させ、その温度で１〜５時間保持した。
【００２１】
その後、６００℃まで降温させ、２００ｐｐｍの酸素を含む窒素ガス雰囲気に変え、この温度で１時間熱処理し、セラミック層を再酸化させ、その後、常温まで冷却した。なお、セラミック層を形成しているセラミック粒子の粒径は焼成温度と保持時間とにより調節した。
【００２２】
次に、上記焼成を経たチップ状の積層体の両端部に外部電極を焼き付け、積層変位素子を形成した。そして、恒温槽で２０℃に保ち、ＤＣ１００Ｖを印加して積層方向の変位量を測定した。結果は表１に示す通りであった。
【００２３】
また、得られた積層変位素子を内部電極と直交する面で研削し、研削面を鏡面研磨した後、熱エッチングし、このエッチング面をＳＥＭにより２０００倍で撮影したところ、試料Ｎｏ．３のセラミック粒子の粒径状態は図２に示す通りであり、試料Ｎｏ．１のセラミック粒子の粒径状態は図３に示す通りであった。
【００２４】
なお、図２はこの発明に係る積層変位素子のセラミック層を形成しているセラミック粒子の粒径状態を示す説明図、図３は比較例に係る積層変位素子のセラミック層を形成しているセラミック粒子の粒径状態を示す説明図である。これらの図において、内部電極１６に挟まれたセラミック層１４は多数のセラミック粒子１８により形成されている。
【００２５】
そして、試料Ｎｏ．１〜５について、内部電極に対し平行に直径法を用いて、２００個の粒子の粒径を測定し、その平均値を求めた。結果は表１に示す通りであった。
【００２６】
次に、上記顕微鏡写真に線を、内部電極に直角に、上記で求めた粒径（平均値）の間隔で１００本描き、その線上に１個の粒子しかないところ（一層一粒子）の数を数え、全ての線、すなわち１００本の線に対するこの数の割合を、一層一粒子の占める割合として求めた。結果は表１に示す通りであった。
【００２７】
【表１】
0003833864.tif 000002
【００２８】
表１に示す結果から、セラミック層を形成しているセラミック粒子について、一層一粒子になっている部分の割合を多くすることにより、電歪による変位量を大きくすることができ、積層変位素子の変位量を大きくすることができることがわかる。また、セラミック層を形成しているセラミック粒子の成分組成を問わないことが分かる。
【００２９】
【発明の効果】
この発明は、積層変位素子のセラミック層の材料として、Ｐｂを多く含むものを使用せず、チタン酸バリウムを主成分とするものを使用しているので、積層変位素子の製造現場における労働環境を悪化させたり、自然環境をＰｂで汚染させる虞がないという効果がある。
【００３０】
また、この発明は、セラミック層一層中に一のセラミック粒子で形成されている一層一粒子の部分の割合を二次元的に断面で観察したときに１０％以上としたので、所望の変位量を有する小型の積層変位素子を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】積層変位素子の説明図である。
【図２】この発明に係る積層変位素子のセラミック層を形成しているセラミック粒子の粒径状態を示す説明図である。
【図３】比較例に係る積層変位素子のセラミック層を形成しているセラミック粒子の粒径状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  素体
１２  外部電極
１４  セラミック層
１６  内部電極
１８  セラミック粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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