JPH0353572A - 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〕 本発明は電歪効果素子の構造に関するものである。

〔従来の技術〕

電歪効果素子とは固体の電歪効果を利用して、電気エネ
ルギーを機械エネルギーに変換するトランスデューサで
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戒し、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する。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）より一般に大きいので、前者を利用する方がエネル
ギー変換効率は高い。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印加が必要になり、取り扱
いに対する危険度も増す。

以上の欠点を改善するために積層チップコンデンサ型の
構造が提案されている。この構造を第４図（ａ），　（
ｂ）に示す。第４図（ａ）において電歪材料の１の内部
に内部電極２ａ，２ｂが一定の間隔で交互に形戒されて
おり、一つおきにそれぞれ外部電極３ａ，３ｂと接続し
ている。内部電極の間隔は通常のチップコンデンサの技
術で数１０μｍ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透視図第４図（ｂ）から明ら
かなように、この構造では有効電極面積すなわち内部電
極２ａと２ｂとの重なる面積（中央の矩形部分）は素子
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、その積層方
向に平行な側面上に各内部電極に平行に溝（以降スリッ
トと称す）を形威する構造がある（特開昭５８−１９６
０７７）。この構造を第５図に示す。すなわち、該素子
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
せることができ、くり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延ばし、さらに素子の変位量も増
大させることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した第５図の構造を有する従来の電歪効果素子は、
切り込んだスリットの形状を矩形にしていた。この構造
を第６図（ａ）．　（ｂ），　（ｃ）に示す。

第６図（ａ）は本構造の縦断面図、第６図（ｂ）はスリ
ットの形状の内部電極２ａ，２ｂに平行な面への投影図
、第６図（ｃ）は内部電極２ａ，２ｂの投影図である。

第７図は第６図（ａ）中から、２個のスリットではさま
れた部分を取り出したものであるが、電圧が印加される
と図中の点線のような形状に変形しようとする。立体的
に考えると第８図のような形状になろうとする。従って
スリット近傍には引張り応力が働くが、第６図（ｂ）の
ようにスリットが矩形であると、その四隅に大きな応力
が働く。その結果、四隅から機械的破壊が生じやすくな
り、本構造の電歪効果素子の特徴の一つである電圧のく
り返えしパルス印加に対する機械的破壊に至るまでの寿
命が長い、という特徴を妨げるという欠点がある。

本発明の目的は、従来の積層方向に平行な側面上に各内
部電極に平行に矩形状にスリットを形威した従来の素子
において電圧印加時に発生するスリット先端にかかる応
力を分散して、機械的破壊を防止できる電歪効果素子を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の電歪効果素子は、電歪効果を示す材料と内部電
極とが交互に積層され各内部電極が一層おきに同一の外
部電極に接続している電歪効果素子であって、前記電歪
効果素子の積層方向と平行な側面上に前記内部電極に平
行に所定の間隔で溝が１箇所以上形或されている電歪効
果素子において、前記の溝の先端形状が、前記電歪効果
素子の積層方向と垂直な面に投影した場合に角部が鈍角
あるいは曲線で囲まれた図形であることを特徴として構
或される。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

本発明の効果をチタン酸ジルコン酸鉛系の電歪効果を示
すセラミック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，可塑剤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．その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
、カーボンを主威分とするスリット用空孔形成剤ペース
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℃で焼結した．そ
の昇温の際に空孔形威剤が飛散することによりスリット
が形或される。

第１図は本発明の一実施例の構造を示す図である。第１
図（ａ）は電歪効果素子の縦断面図、第１図（ｂ）はス
リットの形状の内部電極２ａ，２ｂに斜　　一 平行な面への投影図であり、と線でボした５がスリット
形状であり、斜線以外の部分（中心の円形部分）は電歪
材料１が上下でつながっている部分である。本実施例で
は、電歪効果素子の横断面が４ｍｍＸ４ｍｍであるのに
対して、スリ多トの先端の形状は電歪効果素子の中央を
中心に持つ直径３ｍｍの円形とした。第１図（ｃ）．　
（ｄ）はそれぞれ内部電極２ａ，２ｂの投影図である．
本実施例では外形４Ｘ４Ｘ１０ｍｍ，スリット間隔は０
．４ｍｍ，内部電極２ａ，２ｂの配置間隔はスリットを
はさまない部分は約１０μｍ、スリットをはさむ部分は
約２００μｍとした。第１図（ａ）に示すように、外部
電極３ａ，３ｂとリード線４とを形或したのちに、最高
電圧１５０Ｖ，パルス幅１ｍｓの正弦波電圧にパルスを
繰り返し連続的に印加した。その結果を第２図に示す。

従来構造の電歪効果素子を２０個駆動した結果、１．５
−ｏ．３ＸＩＯ’回で破壊したのに対し、本発明による
電歪効果素子を２０個駆動した場合、いすも３．ＯＸ１
０”まででは破壊しなかった。

第３図（ａ），　（ｂ），　（ｃ）は本発明の他の実施
例のスリット形状と内部電極２ａ，２ｂの形状を示した
図である。電歪効果素子の外形は変位を取り出して使用
する治具または装置の形状によって規定される。よって
必ずしも第１の実施例のように素子の横断面が正方形と
は限らず、長方形が要求される場合もある。第２の実施
例では第３図（ａ）に示すように，３ｍｍＸ５ｍｍの横
断面を持つ素子について効果を調査した。スリットの先
端形状は長軸３．６肋、短軸２．１一の長円形とし、第
１の実施例と同様の積層構造をもつ電歪効果素子とした
。第１の実施例と同様のパルス試験を５個の素子につい
て施した結果、やはり３．ＯＸ１０″回まででは破壊は
生じなかった。

なお、スリット形状は、第１図（ｂ）もしくは第３図（
ａ）のような円形もしくは長円形のものだけが前記の効
果が得られるのではなく、たとえば第３図（ｄ）のよう
にスリットの各部が曲線のもの、あるいは第３図（ｅ）
のようにスリットの各部が鈍角であるようなものも、第
１図（ｂ），第３図（ａ）で示した実施例と同様の効果
を示すことも確認している。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、スリットの形状を各部が
鈍角あるいは曲線で囲まれた図形にすることにより、従
来の矩形とした場合に較べて、電圧印加時に発生するス
リット先端にかかる応力を分散して機械的破壊を防止し
た構造の電歪効果素子が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

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），　（ｄ）はスリット形
状、内部電極の投影図、第２図はパルス駆動の結果を示
したグラフ、第３図（ａ），　（ｂ），　（ｃ）は本発
明の他の実施例のスリット形状と内部電極の投影図、第
３図（ｄ），　（ｅ）は第１の実施例・第２の実施例以
外の本発明の実施例のスリット形状の投影図、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内部電極の投影図、第５図は従来構
造の素子の外観図、第６図（ａ），（ｂ），　（ｃ）は
従来構造の素子の縦断面図、スリット形状および内部電
極の投影図、第７図は第６図（ａ）中のスリット２個に
はさまれた部分の変形の形を表わした縦断面図、第８図
は第７図の変形の形状を立体的に表わした図である。 ｌ・・・・・・電歪材料、２ａ，２ｂ・・・・・・内部
電極、３ａ，３ｂ・・・・・・外部電極、４・・・・・
・リード線、５・・・・・・スリット形状。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電歪効果を示す材料と内部電極とが交互に積層され各内
   部電極が一層おきに同一の外部電極に接続している電歪
   効果素子であって、該電歪効果素子の積層方向に平行な
   側面上に前記内部電極に平行に所定の間隔で溝が１箇所
   以上形成されている電歪効果素子において、前記の溝の
   先端形状が前記電歪効果素子の積層方向と垂直な面に投
   影した場合に角部が鈍角あるいは曲線で囲まれた図形で
   あることを特徴とする電歪効果素子。