JPH01147880A - 電歪効果素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数の電極が電歪材料層を介して厚み方向に
重なり合うように配置された電歪材料体、たとえば、電
歪材料焼結体を用いた電歪効果素子の改良に関する。

〔従来の技術〕

第２図は、本発明をなす契機となった従来の電歪効果素
子を示す略図的断面図である。電歪効果素子１では、電
歪材料よりなる焼結体内において、複数の電極２〜６が
電歪材料層を間に介して厚み方向に重なり合うように配
置されている。電極２〜６は、交互に焼結体の対向する
側面に引き出されており、焼結体側面に形成された外部
電極７゜８に電気的に接続されている。電極２〜６で挟
まれた電歪材料層は、それぞれ、所定の方向に、たとえ
ば図示の矢印の方向に分極処理されている。

電歪効果素子１では、複数の電歪材料層が積層されてい
るため、比較的低電圧で大きな電気歪効果を発揮するこ
とが可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第２図の電歪効果素子１において、電歪効果の得られる
部分は、電極の相互に重なり合っている部分に位置する
電歪材料層である。従って、たとえば第２図に矢印Ａで
示す領域のように、両側に電極が重なるように位置して
いない部分は電気歪効果を発揮しない、すなわち、この
構造では厚み方向において隣合う電極の重なり面積は、
素子主面の面積より小さくなっている。よって、電歪材
料体面をの歪量を得ることができないという問題があっ
た。

また、同一の電歪材料体中に、電気歪効果により変形す
る部分と変形しない部分とが存在することになる。その
結果、変形しない部分が変形を拘束するので、変形する
部分と変形しない部分との境界部に応力集中が生じ、は
なはだしき場合には素子が物理的に破壊することもあっ
た。

よって、本発明の目的は破壊等が生じ難く機械的信頼性
に優れ、かつ変位量のより大きな積層型の電歪効果素子
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の電歪効果素子は、複数の電極が電歪材料層を介
して厚み方向に重なり合うように配置された電歪材料体
を用いたものであって、下記の特徴的構成を有する。

電極は、電歪材料体の側面に至るように形成されている
。そして、電極がその内面に露出しかつ電極と平行に延
びる溝が、電歪材料体の側面の周方向において異なる第
１および第２の領域に、厚み方向において交互に振り分
けられて形成されており、それによって第１および第２
の溝群が構成されている。

谷溝には絶縁性部材が充填されており、第１および第２
の溝群が形成された第１および第２の領域に一対の外部
電極が付与されている。一対の外部電極は、絶縁性部材
で被われていない電極と電気的に接続されている。

〔作用〕

本発明では、電歪材料体の側面に至るように電極を形成
しておき、電歪材料体の側面において、電極の露出して
いる部分に溝を形成し、該溝中に絶縁性部材を充填する
ことにより、電極と該電極に接続されない外部電極とを
電気的に絶縁する。

すなわち、従来例のように予め接続してはならない側の
外部電極の形成されている側面に至らないように電極を
形成するのではなく、溝を微細加工し得ることを考慮し
て、溝に充填された絶縁性部材により、接続してはなら
ない外部電極との絶縁を果たすものである。

従って、溝の深さをかなり小さくするように加工し得る
ので、電極と該電極に接続してはならない外部電極との
間の距離を効果的に縮めることができ、電歪材料層を挟
む電極の重なり面積を効果的に拡大することが可能とさ
れている。

〔実施例の説明〕

第１図は、本発明の一実施例の略図的断面圀である。

この実施例の電歪効果素子１１では、電歪材料体１２内
に電極１３〜２０が電歪材料層２１〜２日を介して厚み
方向において互いに重なり合うように配置されている。

第１図では明瞭ではないが電歪材料体１２は直方体状を
なしており、各電極１３〜２０は、後述する絶縁性部材
が充填されている部分を除いて電歪材料体１２の全側面
に到るように形成されている。

そして、電歪材料体１２の側面の周方向において異なる
第１および第２の領域、この実施例では直方体の対向す
る一対の側面において、電極１３〜２０と平行に角溝３
１〜３日が形成されている。

角溝３１〜３日は、電歪材料体１２の対向する側面に、
厚み方向順に交互に振り分けられて形成されている。そ
して、一方の側面に形成された角溝３１．３３，３５．
３７が本発明の第１の溝群を、他方の側面に形成された
角溝３２．３４，３６゜３８が第２の溝群を構成してい
る。

角溝３１〜３８には、シリコン樹脂やブチルゴム等の絶
縁性部材４１〜４８が充填されている。

さらに、絶縁性部材４１〜４８の充填されている側面に
は、それぞれ、外部電極４９．５０が付与されており、
各外部電極４９．５０は、それぞれ、電極１４，１６，
１８．２０および電極１３゜１５．１７．１９に電気的
に接続されている。

第１図中、矢印は各電歪材料層２１〜２８の分極方向を
示すものである。

上記の構造から明らかなように、第１図実施例の電歪効
果素子１１は、外部電極４９．５０から電位を与えるこ
とにより、第２図に示した従来の電歪効果素子１と同様
に駆動し得ることがわかる。

もっとも、上記した溝３１〜３８は、微細加工により極
めて深さの浅いものに形成することができる。従って、
電極１３〜２０の接続してはならない外部電極との間の
距離、すなわち谷溝３１〜３８の深さは、第２図におけ
る電極２〜６の接続してはならない側の外部電極との間
の距離よりもはるかに小さくすることができる。この点
は、第３図〜第６図を参照して次に説明する第１図実施
例の製造工程からより一層明らかとなる。

まず、ＰＺＴ系セラミック粉末を主成分とするセラミッ
クグリーンシートを用意し、該セラミックグリーンシー
トの一方主面にＡｇのような導電性粉末を含む電極ペー
ストを印刷し、積層・圧着して第３図に示す成形体６１
を得、次に焼成して電歪材料よりなる焼結体を得る。こ
の焼結体は、直方体状であり、試作例では２０＋ｍＸ３
０ｍｍＸ５圓の大きさであり、１００μｍの厚みのセラ
ミックグリーンシートが５０層積層されている。

上記のようにして得た焼結体を、第４図の一点鎖線Ｂに
沿って切断する。切断幅は、試作例では、２ｆｆ１１で
ある。切断することにより得た焼結体ユニットを第５図
に示す、試作例では、この焼結体ユニット６２は３０ｆ
ｆｉｆｆｌ×２１１ＩＩ１１×５ｍｌの大きさとされて
いる。

第５図において、以下の説明を容易とするために、便宜
上、焼結体ユニット６２の各面を、ａ。

ｂ、ｃと定義する。ａおよび５面において、露出してい
る電極近傍を一つ置きに溝切りする。溝切りにあたって
は、溝がａ面側とｂ面側とで厚み方向において互い違い
に形成されるように溝切りを行う。

このようにして得られた電歪効果素子を第５図のＣ面側
からみると、第６図に示す通りとなる。

上記のようにして形成された複数の溝が、それぞれ、第
１図に示した角溝３１〜３８に相当する。

溝３１〜３８の加工は、機械加工により正確にかつ非常
に微細に加工し得る。従って、溝３１〜３８の深さは第
２図の従来例における電極２〜６の先端と他方側の外部
電極との間の距離よりもはるかに浅くすることができる
。よって、第１図実施例では、前述したとおり、各電極
１３〜２０の重なり合う面積を飛躍的に拡大することが
できる。

次に、溝３１〜３８に絶縁性部材４１〜４８（第１図）
を充填し、さらに外部電極４９．５０から−および十の
電位を印加して分極処理を行うことにより第１図の電歪
効果素子１１を得る。

なお、外部電極４９．５０の付与については、絶縁性部
材３１〜３日の充填後に電極ペーストを印刷し焼き付け
てもよく、あるいはメツキ法等により付与してもよい。

第６図から明らかなように、溝３１〜３８は角溝状に形
成されていたが、電極を内面に露出することができ、絶
縁性部材を充填することにより溝内に露出している電極
を電気的に絶縁し得る限り、その断面形状は問わない、
たとえば、第７図（ａ）、（ｂ）および（Ｃ）に示すよ
うな種々の断面形状に溝７１〜７３を形成することがで
きる。

また、上記実施例では、電歪材料体として、電歪材料グ
リーンシートを積層・一体焼成してなる焼結体を用いた
が、予め焼結された電歪材料板を電極ペーストあるいは
電極板を介して相互に接合して積層したものを用いても
よい。

また、電歪材料体の形状についても、実施例のように直
方体状に限らず、円柱状のものなど任意のものを用いる
ことができる。

上記のようにして得られた実施例の変位量−電圧特性を
第８図に示す。第８図の特性は、上述のようにして得た
試作例における設計通りの変位特性すなわち試作例の電
歪材料体固有の歪量を示している。なお、駆動に際して
は、分極時と同様に第１図の外部電極４９．５０を利用
し、分極方向と同一方向に電圧を印加した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電歪材料体の側面の異なる領域におい
て、引き出されてはならない電極が、電歪材料体の側面
に形成された溝に充填された絶縁性部材により外部電極
と電気的に絶縁されている。

この溝は機械加工により非常に正確にかつ浅く形成し得
るので、電歪材料層を挟む電極の重なり面積を従来例に
比べて飛躍的に拡大することができる。よって、従来例
に比べて、より大きな電気歪量を得ることが可能となる
。

さらに、溝中には絶縁性部材が充填され、従って該絶縁
性部材としてシリコンゴムやブチルゴムのような弾性部
材を用いれば、電極の重なり合っ　　　　　−ていない
部分の変形抑制効果を緩和することかでき、従って従来
例において生じた変形する部分と変形しない部分との間
の応力集中を緩和することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の略図的断面図であり、第２
図は従来例の略図的断面図であり、第３図は第１図実施
例を得るのに用いた積層電歪材料成形体を示す斜視図で
あり、第４図は電歪材料体ブロックを切断する工程を説
明するための斜視図、第５図は切断して得られた電歪材
料体ユニットを示す斜視図、第６図は角溝の形成された
電歪材料体を示す略図的断面図、第７図（ａ）、（ｂ）
および（Ｃ）は、それぞれ、溝の断面形状の変形例を示
す断面図、第８図は一実施例の変位量−電圧特性を示す
である。 図において、１１は電歪効果素子、１２は電歪材料体、
１３〜２０は電極、２１〜２８は電歪材料層、３１．３
３，３５．３７は第１の溝群を構成する角溝、３２，３
４，３６．３８は第２の溝群を構成する角溝、４１〜４
８は絶縁性部材、４９．５０は外部電極を示す。 第１図 １１：を歪効果素子 １２：電歪材料体 １３〜２０：１！極 ２１〜２日：電歪材料層 ３１．３３，３５，３７　　：第１の溝群を構成する角
溝３２．３４．３６，３８　：第２の溝群を構成する角
溝４１〜４８：絶縁性部材 ４９．５０：外部電極 第３図 第４図 第５図 第６図 第８図 を尺（ｖ） 第７図 （α）　　（イ）（Ｃ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の電極が電歪材料層を介して厚み方向に重な
   り合うように配置された電歪材料体を用いた電歪効果素
   子において、 前記電極は、前記電歪材料体の側面に至るように形成さ
   れており、 前記電極がその内面に露出しており、かつ電極と平行に
   延びる複数の溝が、前記電歪材料体の側面の周方向にお
   いて異なる第１および第２の領域に、厚み方向において
   交互に振り分けられて形成されて、第１および第２の溝
   群が形成されており、前記第１および第２の溝群の各溝
   に充填された絶縁性部材と、 前記第１または第２の溝群の形成された第１または第２
   の領域において厚み方向に延びるように付与されており
   、各領域において絶縁性部材で被われていない電極と電
   気的に接続された一対の外部電極とを備えることを特徴
   とする電歪効果素子。
2. （２）前記電歪材料体が直方体であり、前記第１，第２
   の領域が直方体の対向する側面にある、特許請求の範囲
   第１項記載の電歪効果素子。
3. （３）前記電歪材料体が複数の電歪材料グリーンシート
   を積層して一体焼成してなる焼結体である、特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の電歪効果素子。
4. （４）前記電歪材料体が複数の電歪材料板を接合してな
   る、特許請求の範囲第１項または第２項記載の電歪効果
   素子。