JPH02205372A - 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〉 本発明は圧電震動子、圧電変成器、圧電半導体などに利
用されている電歪効果素子に関する。

〈従来の技術〉 電歪効果素子は電界中に置かれたときに一定の変形を生
ずる材料、すなわち電歪効果を示す材料でできた圧電体
と電極とで構成されている。

最近では、低電圧の印加によって大きい歪効果が得られ
るという点で、圧電体と電極とを交互に積層し且つ内部
電極を一層おきに電気的に接続した構造の電歪効果素子
が実用化されつつある。

ところでこの種の電歪効果素子は、電歪効果を示す材料
をシート状に成形し電極材料をコーティングしたものを
多数重ね合わせて焼成することにより得られるが、焼成
時に固化した圧電体と電極との間にデラミネーション（
相間剥＊＞を起こすことが多い。そのため電極材料に、
低温で焼結する磁器材料を添加したり（特開昭５８−１
０９６７９号）５電歪材料の仮焼粉末を添加しく特開昭
５８−１９６０６９）で電極を形成させることが提案さ
れている。また同様の構造を持つものとして、セラミッ
クシートの原料粉末を含有する導体ペーストから内部電
極を形成した積層型セラミックコンデンサが特開昭６１
−１４０１２７号公報に開示されている。

上記のようにして製造された素子は、電極の磁器材料と
圧電体の磁器材料とが相互に密に拡散接合した状態とな
り、これによりデラミネーションが防止されるという利
点を有する。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、かかる構造の電歪効果素子は圧電体が変
位することにより電極に応力が発生するため亀裂を生じ
易いという欠点をを有しており、上記のようなデラミネ
ーション防止手段を採用しても、圧電体の変位による電
極への応力集中及びそれに起因する亀裂の発生に対して
はざほどの効果はな（、破壊を十分に防止出来ないとい
う問題があった。

本発明は上記問題を解決する目的でなされたものであり
、その解決しようとする課題は、圧電体が大きく変位し
ても亀裂発生の起こりに（い電歪効果素子を提供するこ
とである。

く課題を解決するための手段〉 そのための本発明の電歪効果素子は、圧電体と内部電極
とが交互に積層され、内部電極が一層おきに電気的に接
続されている構造の電歪効果素子において、その内部電
極として金属主成分のほかに部分安定化ジルコニアを含
有する電極が使用されていることを特徴とする。

ここでいう部分安定化ジルコニアとは、安定化剤として
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（Ｃａｂ
）、酸化イツトリウム（ｙ、ｏ、）、酸化ランタン（Ｌ
ａｔｅ）、酸化セリウム（ＣｅＯ□）等のジルコニア安
定化能を有する酸化物が少なくとも一種、最適安定化量
に満たない量で添加されたジルコニア（ＺｒＯ２）を意
味する。例えばＭｇＯまたは／及びＣａＯが４〜１１％
固溶したジルコニアが挙げられる。

内部電極は、導電性の高い金属マトリックス。

特には白金（ｐｔ）中に上記の部分安定化ジルコニアが
５〜３０％含有され、不可避不純物が１％以下であるも
のが好ましい。内部電極の形成は、例えば白金ペースト
に部分安定化ジルコニア粉末を混合し、それを上記磁器
材料に塗布した後、焼結することによって形成させるこ
とができる。

その他、電歪効果素子の製造操作自体は常法に従って行
なうことができる。

〈作用〉 ジルコニアには次のような３種の変態がある。

そして転移する際、かなりの体積変化を伴い、結晶は破
壊することがある。ＣａＯ，ＭｇＯ１Ｙ２０．を固溶さ
せた部分安定化ジルコニアでは破壊が起こらず、単斜晶
から正方晶への転移で４〜７％程度の収縮を起こす。

このような部分安定化ジルコニアを含有させた電極で素
子を構成すると、内部電極中の準安定な正方晶ジルコニ
アが破壊エネルギーを吸収して低温安定相の単斜晶へと
マルテンサイト型の相転移を起こし、破壊応力を吸収緩
和する。

〈実施例〉 一酸化鉛ＰｂＯ１酸化チタンＴｉ０ｚ、酸化ジルコニウ
ムＺ　ｒ　Ｏｔを、Ｐ　ｂ　（Ｚ　ｒ　ｏ、　ｓｚＴ　
Ｌ　ｏ、　４１１）０．なる組成に配合し、ボールミル
で２４時間混合した。得られたスラリーを１５０”Ｃで
乾燥し、８５０℃で２時間仮焼した。この仮焼粉末に適
量の有機バインダを混合し、有機溶媒中に分散させて泥
漿を得た。泥漿をドクターブレード法により、マイラー
フィルム上に数百ミクロンの厚みになるように塗布した
後、乾燥させた。

こうして得られたグリーンシートをマイラーフィルムか
ら剥離した後、所定の大きさに切断し、内部電極となる
ペーストをスクリーン印刷法で塗布した。なお内部電極
の材料としては、白金ペーストに部分安定化ジルコニア
粉末を５〜３０重量％混合したものを用いた。この部分
安定化ジルコニア粉末は、安定化剤としてＭｇＯを添加
した立方晶ジルコニアであり、第３図に示す相平衡状態
図にもとずき、ＺｒＯｓ　　：　Ｍｇ０＝９０　：　ｌ
　Ｏ（ｍｏ１％）の配合比となるように立方晶Ｚ　ｒ　
ＯｚにＭｇＯを添加し、大気中１７００℃で２時間焼成
することにより製造したものである。

上記のスクリーン印刷法による塗布は、この部分安定化
ジルコニア粉末を数μｍに微粉砕し、白金ペーストに適
量混合したものをグリーンシート上に１００μｍの厚さ
で印刷することにより行なった。このように電極材料を
塗布したものを５０枚重ねて熱プレスにより一体成型し
た後、１４００℃で１時間焼成した。これにより、電極
中のジルコニアは立方晶から準安定な正方品になる。次
いで第１図に示すように内部電極３．３・・・間を一層
おきにリード線４ａ、　４ｂで接続することにより、圧
電体２と内部電極３が交互に積層した構造の電歪効果素
子が得られる。大きさはψ１５ｆｆＩＤ１．ｆ２３０Ｉ
ＩＩＩＩ＋で各内部電極３．３・・・間の距離は５０μ
ｍである。

該素子から取り出された電極端子Ａ、Ｈに、最高電圧４
００ｖ、周波数ｌＯ℃Ｈｚの半波整流した正弦波パルス
を印加して素子の寿命試験を行なった・ これらの電歪効果素子が機械的破壊に至るまでに印加し
たパルス数と内部電極中に混入させたジルコニア粉末の
量との関係を第２図に示す。その結果、添加量５ｗｔ％
でもかなり寿命が伸びるが、好ましい添加量は１０ｗｔ
％以上であることが分かる。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように、本発明の電歪効果素子
は、その内部電極として金属主成分のほかに、正方品か
ら単斜晶へとマルテンサイト型の相転移を起こすことに
よって破壊応力を吸収緩和する部分安定化ジルコニアを
含有させた電極を使用しているため、亀裂の発生成長が
阻止され、素子の破壊が起こらな（なる。

また、部分安定化ジルコニアを含有させた電極と電歪効
果を示す磁気材料とが交互に積層した構造であるため、
大きな歪効果を示すとともに、その製造過程において部
分安定化ジルコニアと磁器材料とが相互に拡散接合する
ため、デラミネーションも起こりにく（なる。

すなわち本発明の電歪効果素子は高性能と長寿命を発揮
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電歪効果素子の構造を示す
概略図、 第２図は一実施例に係る素子の破壊に至る印加パルス数
と内部電極の部分安定化ジルコニア含有量との関係を示
す図、 第３図はＭｇＯで安定化したジルコニアの相平衡状態図
である。 図中： ■・・・電歪効果素子 ３・・・内部電極 ２・・・圧電体 第１図 特許出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　弁理士　　萼　　優美（外２名）第２図 １ｒ０２添カロ量　Ｇすしシ・）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧電体と内部電極とが交互に積層され、内部電極が一
   層おきに電気的に接続されている構造の電歪素子におい
   て、その内部電極として金属主成分のほかに部分安定化
   ジルコニアを含有する電極が使用されていることを特徴
   とする電歪効果素子。