JPH03241782A - 電歪効果素子 - Google Patents
電歪効果素子Info
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- JPH03241782A JPH03241782A JP2038933A JP3893390A JPH03241782A JP H03241782 A JPH03241782 A JP H03241782A JP 2038933 A JP2038933 A JP 2038933A JP 3893390 A JP3893390 A JP 3893390A JP H03241782 A JPH03241782 A JP H03241782A
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
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〕
本発明は電歪効果素子の構造に関する。
電歪効果素子とは、固体の電歪効果を利用して、電気エ
ネルギを機械エネルギに変換するトランスデユーサであ
る。具体的には電歪効果の大きな固体の対向する表面に
金属膜などの電極を形成し、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している。電界と平行方向
に発生する歪（縦効果歪）は垂直方向に生じる歪（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
ネルギ変換効率が高い。このエネルギ変換効率の高い縦
効果を利用した電歪効果素子では、電界強度が大きくな
るほど発生する歪が大きくなるため、大きな変位量を得
るには電界強度が低下しないよう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、取扱いに対する
危険度も増す。
ネルギを機械エネルギに変換するトランスデユーサであ
る。具体的には電歪効果の大きな固体の対向する表面に
金属膜などの電極を形成し、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している。電界と平行方向
に発生する歪（縦効果歪）は垂直方向に生じる歪（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
ネルギ変換効率が高い。このエネルギ変換効率の高い縦
効果を利用した電歪効果素子では、電界強度が大きくな
るほど発生する歪が大きくなるため、大きな変位量を得
るには電界強度が低下しないよう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、取扱いに対する
危険度も増す。
このような欠点を改善するために、第４図（ａ）、（ｂ
）に示すような積層チップコンデンサ型の構造が提案さ
れている。図において、電歪材料１の内部に内部電極２
ａ、２ｂが一定の間隔で形成されており、一つおきに外
部電極３ａ、３ｂと相互接続している。内部電極２ａ、
２ｂの間隔は通常の積層チップコンデンサの技術で数１
０μｍ程度にすることができる。この構造を採用すると
電極間距離が狭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できる。
）に示すような積層チップコンデンサ型の構造が提案さ
れている。図において、電歪材料１の内部に内部電極２
ａ、２ｂが一定の間隔で形成されており、一つおきに外
部電極３ａ、３ｂと相互接続している。内部電極２ａ、
２ｂの間隔は通常の積層チップコンデンサの技術で数１
０μｍ程度にすることができる。この構造を採用すると
電極間距離が狭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できる。
ところで、積層方向からみた第４図（ｂ）の投影図から
明らかなように、この構造では内部電極の重なる面積（
中央の矩形部分）が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。
明らかなように、この構造では内部電極の重なる面積（
中央の矩形部分）が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、第５図に
示すように、その積層方向に平行な側面上に各内部電極
に平行に溝（以下スリットという）６を形成する構造が
ある（特開昭５８−１９６０７７）。すなわち、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
て、電圧の繰返しパルス印加に対して機械的破壊に至る
までの寿命を伸ばし、さらに素子の変位も増大させるこ
とができる。
プコンデンサ型構造の電歪効果素子について、第５図に
示すように、その積層方向に平行な側面上に各内部電極
に平行に溝（以下スリットという）６を形成する構造が
ある（特開昭５８−１９６０７７）。すなわち、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
て、電圧の繰返しパルス印加に対して機械的破壊に至る
までの寿命を伸ばし、さらに素子の変位も増大させるこ
とができる。
上述した従来の電歪効果素子の問題点について、図面を
用いて説明する。
用いて説明する。
第６図（ａ）は、従来の電歪効果素子の縦断面図、第６
図（ｂ）、（ｃ）はそれぞれスリット形状５と、内部電
極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとを、素子の積層方向と垂直
な面に投影した図である。
図（ｂ）、（ｃ）はそれぞれスリット形状５と、内部電
極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとを、素子の積層方向と垂直
な面に投影した図である。
スリット６をはさんだ位置にある二枚の内部電極２ｃ、
２ｄはそれぞれ異なる外部電極３ａ、３ｂに接続してい
る。従って、外部型ｆｔｌ１！３ ａと３ｂ間に電圧を
印加すると、内部電極２Ｃと２ｄ間には電界が生ずる。
２ｄはそれぞれ異なる外部電極３ａ、３ｂに接続してい
る。従って、外部型ｆｔｌ１！３ ａと３ｂ間に電圧を
印加すると、内部電極２Ｃと２ｄ間には電界が生ずる。
このときの電気力線の分布は、第７図のように示される
。電歪効果素子では、変位量は電界強度の増大に伴って
大きくなるが、第７図のように、この構造の電歪効果素
子はスリット６の先端に電界が集中するために、大きい
変位量を取り出す目的で高い電圧を印加すると、その部
分で絶縁破壊が起りやすい。このように従来の構造では
、絶縁破壊を生じさせないように印加電圧を低く抑える
必要があるため、大きな変位量を取り出せないという欠
点がある。
。電歪効果素子では、変位量は電界強度の増大に伴って
大きくなるが、第７図のように、この構造の電歪効果素
子はスリット６の先端に電界が集中するために、大きい
変位量を取り出す目的で高い電圧を印加すると、その部
分で絶縁破壊が起りやすい。このように従来の構造では
、絶縁破壊を生じさせないように印加電圧を低く抑える
必要があるため、大きな変位量を取り出せないという欠
点がある。
本発明の目的は、このような欠点を除きスリットをはさ
む２枚の内部電極を同一の外部電極に接続することによ
り、スリット先端への電界集中をさけ、絶縁破壊を起り
に＜＜シて大きな変位量を取出せるようにした電歪効果
素子を提供することにある。
む２枚の内部電極を同一の外部電極に接続することによ
り、スリット先端への電界集中をさけ、絶縁破壊を起り
に＜＜シて大きな変位量を取出せるようにした電歪効果
素子を提供することにある。
本発明の槽底は、電歪効果を示す材料と内部電極とが交
互に積層されこれら内部電極が二つの外部電極のどちら
かに接続されると共に、これら素子の積層方向と平行な
側面上に、前記内部電極の電極面と平行に所定の間隔で
溝が一箇所以上に形成されて構成される電歪効果素子に
おいて、前記の多溝を挟む２枚の内部電極が、同一の外
部電極に接続されていることを特徴とする。
互に積層されこれら内部電極が二つの外部電極のどちら
かに接続されると共に、これら素子の積層方向と平行な
側面上に、前記内部電極の電極面と平行に所定の間隔で
溝が一箇所以上に形成されて構成される電歪効果素子に
おいて、前記の多溝を挟む２枚の内部電極が、同一の外
部電極に接続されていることを特徴とする。
また、本発明において．各溝を挟む２枚の内部電極の間
の間隔が、他の内部電極の間の間隔よりも狭くしたもの
とすることもできる。
の間隔が、他の内部電極の間の間隔よりも狭くしたもの
とすることもできる。
次に本発明について図面を参照にして説明する。
第１図（ａ＞、（ｂ）、（ｃ）は本発明の一実施例の構
造を示す電歪効果素子の縦断面図、およびそのスリット
形状５および内部電極２ａ〜２ｈを素子の積層方向と垂
直な面に投影した図である。スリット６をはさんだ位置
にある内部電極２ｅと２ｆはどちらも外部電極３ａに接
続し、同様に内部電極２ｇと２ｈはどちらも外部電極３
ｂに接続している。従って、外部電極３ａ、３ｂに電圧
を印加しても、スリット６のある層には電界が５− ６− 生じない。
造を示す電歪効果素子の縦断面図、およびそのスリット
形状５および内部電極２ａ〜２ｈを素子の積層方向と垂
直な面に投影した図である。スリット６をはさんだ位置
にある内部電極２ｅと２ｆはどちらも外部電極３ａに接
続し、同様に内部電極２ｇと２ｈはどちらも外部電極３
ｂに接続している。従って、外部電極３ａ、３ｂに電圧
を印加しても、スリット６のある層には電界が５− ６− 生じない。
本実施例では、電歪効果素子の横断面を４×４ＩｌｌＩ
ｌｌ、内部電極２ａ、２ｅ、２ｆと２ｂ、２ｇ。
ｌｌ、内部電極２ａ、２ｅ、２ｆと２ｂ、２ｇ。
２ｈとの重なる部分を３×３印、スリット形状５は３×
３■とした。また、素子高さは１０ｍｍ、スリット６の
配置間隔は約０．５＋＋＋＋ｎ、電圧のかかる内部電極
間の配置間隔は約１００μｍ、内部電極２ｅと２ｆ問お
よび２ｇと２ｈ間の間隔、すなわちスリット６のある層
の厚みは約２００μｍとした。内部電極２ａ、２ｂ、２
ｅ〜２ｈは総数で８０枚形形成た。本実施例の素子は、
スリット６のある層は電圧がかからないために変位は生
じず、従って本実施例では変位の生じる層（以下機能層
という）は６０層である。
３■とした。また、素子高さは１０ｍｍ、スリット６の
配置間隔は約０．５＋＋＋＋ｎ、電圧のかかる内部電極
間の配置間隔は約１００μｍ、内部電極２ｅと２ｆ問お
よび２ｇと２ｈ間の間隔、すなわちスリット６のある層
の厚みは約２００μｍとした。内部電極２ａ、２ｂ、２
ｅ〜２ｈは総数で８０枚形形成た。本実施例の素子は、
スリット６のある層は電圧がかからないために変位は生
じず、従って本実施例では変位の生じる層（以下機能層
という）は６０層である。
本実施例の具体例として、チタン酸ジルコン酸鉛系の電
歪効果を示す材料を用いて調べた。本材料の予焼粉末に
有機系の溶剤、バインダ、可塑材を添加して、ドクター
・ブレード法で約１３０μｍの厚さのグリーンシートを
作製した。このグリーンシートを乾燥したのち、その上
に銀−パラジウム合金粉末を主成分とする内部電極用ペ
ーストと、カーボンを主成分とするスリット用空孔形成
材ペーストとを所定枚数スクリーン印刷し、所定の形状
に切断して積層、熱圧着した。これを１１００℃で焼成
した。この昇温の際に空孔形成材が飛散す・ることによ
り、スリット６が形成される。この焼成後、外部電極用
Ａｇペーストを焼き付けた後、電圧印加用のリード線を
接続した。
歪効果を示す材料を用いて調べた。本材料の予焼粉末に
有機系の溶剤、バインダ、可塑材を添加して、ドクター
・ブレード法で約１３０μｍの厚さのグリーンシートを
作製した。このグリーンシートを乾燥したのち、その上
に銀−パラジウム合金粉末を主成分とする内部電極用ペ
ーストと、カーボンを主成分とするスリット用空孔形成
材ペーストとを所定枚数スクリーン印刷し、所定の形状
に切断して積層、熱圧着した。これを１１００℃で焼成
した。この昇温の際に空孔形成材が飛散す・ることによ
り、スリット６が形成される。この焼成後、外部電極用
Ａｇペーストを焼き付けた後、電圧印加用のリード線を
接続した。
本実施例による電歪効果素子と、内部電極の配置のみ異
なる従来ｉ造の電歪効果素子（機能層は７９層になる）
について、それぞれ２０個ずつ、１５０ＶＤＣで１分間
の分極処理を施した後、１００ＶＤＣ／ｍｉｎ、の昇圧
速度で電圧を印加した場合の変位の変化を調査した。結
果を第２図のグラフに示す。従来構造の素子では、２８
０十４Ｏ−５０Ｖで絶縁破壊を起したのに対し、本発明
による素子では、７００Ｖでも絶縁破壊は生じなかった
。その結果、従来構造の素子に較べて大きな変位量が得
られた。
なる従来ｉ造の電歪効果素子（機能層は７９層になる）
について、それぞれ２０個ずつ、１５０ＶＤＣで１分間
の分極処理を施した後、１００ＶＤＣ／ｍｉｎ、の昇圧
速度で電圧を印加した場合の変位の変化を調査した。結
果を第２図のグラフに示す。従来構造の素子では、２８
０十４Ｏ−５０Ｖで絶縁破壊を起したのに対し、本発明
による素子では、７００Ｖでも絶縁破壊は生じなかった
。その結果、従来構造の素子に較べて大きな変位量が得
られた。
第３図は本発明の第２の実施例の電歪効果素子の縦断面
図である。スリット６をはさんだ位置にある内部電極２
ｅと２ｆ間または内部電極２ｇと２ｈの間には電圧が加
わらないために、この部分の電極間距離を短くしても絶
縁破壊が生じない。
図である。スリット６をはさんだ位置にある内部電極２
ｅと２ｆ間または内部電極２ｇと２ｈの間には電圧が加
わらないために、この部分の電極間距離を短くしても絶
縁破壊が生じない。
本実施例では、内部電極間を５０μｍとした。また、ス
リット６自体の厚みは約５μｍである。素子高さは１０
ＩＩＩａ、電圧のかかる内部電極間の距離は約１００μ
ｍと、いずれも第１の実施例と同じ寸法とした。内部電
極２ａ、 ２ｂ、 ２ｅ〜２ｈは総数で１１枚形形成た
。
リット６自体の厚みは約５μｍである。素子高さは１０
ＩＩＩａ、電圧のかかる内部電極間の距離は約１００μ
ｍと、いずれも第１の実施例と同じ寸法とした。内部電
極２ａ、 ２ｂ、 ２ｅ〜２ｈは総数で１１枚形形成た
。
本実施例の素子の機能層数は８４層となる。他の寸法は
第１の実施例に一致させた。第１の実施例と同条件で電
圧を印加した場合の、変位の変化について調査した結果
を第２図の特性図に示す。
第１の実施例に一致させた。第１の実施例と同条件で電
圧を印加した場合の、変位の変化について調査した結果
を第２図の特性図に示す。
本実施例では、従来構造素子よりも電圧−変位効率の高
い素子が得られ、また、本実施例の２０個の素子につい
て電圧を印加したがいずれも７００■では絶縁破壊が生
じなかった。
い素子が得られ、また、本実施例の２０個の素子につい
て電圧を印加したがいずれも７００■では絶縁破壊が生
じなかった。
以上説明したように本発明によれば、スリットをはさむ
位置にある２枚の内部電極が、同一の外部電極に接続し
ている構造とすることにより、高い電圧を印加したとき
の絶縁破壊を防止することができるために、絶縁破壊電
圧が高く、かつ、より大きな変位量を取り出すことので
きる構造の電歪効果素子が得られる、という効果がある
。
位置にある２枚の内部電極が、同一の外部電極に接続し
ている構造とすることにより、高い電圧を印加したとき
の絶縁破壊を防止することができるために、絶縁破壊電
圧が高く、かつ、より大きな変位量を取り出すことので
きる構造の電歪効果素子が得られる、という効果がある
。
第１図（ａ）は本発明の一実施例の電歪効果素子の縦断
面図、第１図（ｂ）、（Ｃ）は第１図のスリット形状５
と、内部電極２を素子の積層方向と垂直な面に投影した
図、第２図は電圧を印加した場合の変位の変化を示した
特性図、第３図は本発明の第２の実施例の縦断面図、第
４図（ａ）。 （ｂ）は従来の積層チップコンデンサ構造の素子の縦断
面図、およびその内部電極２の投影図、第５図は従来例
の素子の断面図、第６図（ａ〉。 （ｂ）、（Ｃ）は従来構造の素子の縦断面図およびその
スリット形状５と内部電極２ａ、２ｂの投影図、第７図
は従来例の素子の電気力線の分布を９− １０− 示した模式図である。 １・・・電歪材料、２ａ〜２ｈ・・・内部電極、３ａ。 ３ｂ・・・外部電極、４・・・リード線、５・・・スリ
ット形状、６・・・スリット。
面図、第１図（ｂ）、（Ｃ）は第１図のスリット形状５
と、内部電極２を素子の積層方向と垂直な面に投影した
図、第２図は電圧を印加した場合の変位の変化を示した
特性図、第３図は本発明の第２の実施例の縦断面図、第
４図（ａ）。 （ｂ）は従来の積層チップコンデンサ構造の素子の縦断
面図、およびその内部電極２の投影図、第５図は従来例
の素子の断面図、第６図（ａ〉。 （ｂ）、（Ｃ）は従来構造の素子の縦断面図およびその
スリット形状５と内部電極２ａ、２ｂの投影図、第７図
は従来例の素子の電気力線の分布を９− １０− 示した模式図である。 １・・・電歪材料、２ａ〜２ｈ・・・内部電極、３ａ。 ３ｂ・・・外部電極、４・・・リード線、５・・・スリ
ット形状、６・・・スリット。
Claims (2)
- １．電歪効果を示す材料と内部電極とが交互に積層され
これら内部電極が二つの外部電極のどちらかに接続され
ると共に、これら素子の積層方向と平行な側面上に、前
記内部電極の電極面と平行に所定の間隔で溝が一箇所以
上に形成されて構成される電歪効果素子において、前記
の各溝を挟む２枚の内部電極が、同一の外部電極に接続
されていることを特徴とする電歪効果素子。 - ２．各溝を挟む２枚の内部電極の間の間隔が、他の内部
電極の間の間隔よりも狭くしたものである請求項１記載
の電歪効果素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2038933A JPH03241782A (ja) | 1990-02-19 | 1990-02-19 | 電歪効果素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2038933A JPH03241782A (ja) | 1990-02-19 | 1990-02-19 | 電歪効果素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03241782A true JPH03241782A (ja) | 1991-10-28 |
Family
ID=12539031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2038933A Pending JPH03241782A (ja) | 1990-02-19 | 1990-02-19 | 電歪効果素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03241782A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006216850A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Tdk Corp | 積層型圧電素子 |
| US8240582B2 (en) | 2007-02-26 | 2012-08-14 | Denso Corporation | Stacked piezoelectric device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61174681A (ja) * | 1985-01-28 | 1986-08-06 | Sony Corp | 積層圧電体の製造方法 |
| JPS63102384A (ja) * | 1986-10-20 | 1988-05-07 | Fuji Electric Co Ltd | 積層圧電アクチュエ−タ素子 |
| JPH0258385A (ja) * | 1988-08-24 | 1990-02-27 | Murata Mfg Co Ltd | 電歪アクチュエータ |
-
1990
- 1990-02-19 JP JP2038933A patent/JPH03241782A/ja active Pending
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