JPH0353573A

JPH0353573A - 電歪効果素子

Info

Publication number: JPH0353573A
Application number: JP1189425A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Inoue; 芳樹井上; Tomoji Arai; 智次荒井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-07-21
Filing date: 1989-07-21
Publication date: 1991-03-07

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に関し、特に電歪効果素子の内部
電極の形状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）より一般には大きいので、前者を利用する方がエネ
ルギー変換効率は高い。このエネルギー変換効率の高い
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１の内部に
内部電極２ａ，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と接続している。内部電極
２ａ，２ｂの間隔は通常のチ，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投影図第４図（ｂ）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（中夫
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）を形成する構造がある。（特開昭５８−１９
８０７７）．この構造を第５図に示す。すなわち、前記
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、繰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〕

上述した従来の電歪効果素子では、素子の積層方向と垂
直の面に投影した場合の、対向する内部電極の重なる部
分を矩形にしていた。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），第６図（ｃ）はそれぞれ、スリット形
状５と内部電極２ａ，２ｂとを、素子の積層方向と垂直
な面に投影した図である。

本構造の電歪効果素子に電圧を印加すると、内部電極２
ａ，２ｂの重なった部分には電圧がかかって変形しよう
とするのに対して、周辺部分は変形しようとしないため
に、内部電極２ａ，２ｂの重なった部分の四隅（第６図
中Ｏ印の部分）では応力が集中しやすくなり、機械的破
壊が生じやすくなる。さらにこの部分では電界も集中し
やすい。

電界が集中すると変形しようとする力が大きくなり、さ
らに機械的破壊を助長する。上述の通り従来の構造では
、スリットを形或した電歪効果素子の特徴の一つである
、電圧の繰り返しパルス印加に対する機械的．寿命が長
い、という特徴を妨げる欠点がある。

本発明の目的は、電歪効果素子の積層方向と垂直な面に
投影した場合の対向する内部電極の重なる部分を矩形と
した場合に比べて繰り返し電圧印加時の機械的破壊を防
止した構造を有す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、該電歪効
果素子の積層方向と平行な側面上に、前記内部電極に平
行に所定の間隔て溝が一箇所以上形成されている電歪効
果素子において、該電歪効果素子の積層方向と垂直な面
に、対向する上記内部電極を投影した場合に、２つの投
影形状の重なる部分が，角部の鈍角な図形あるいは曲線
で囲まれた図形であることを特徴として構威される。

〔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一トを作製した
。このグリーンシ一トを乾燥したのち、その上に銀一パ
ラジウム合金粉末を主或分とする内部電極用ペーストと
、カーボンを主戒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。そ
の昇温の際に空孔形戊材が飛散することにより、スリッ
トが形成される。

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例の構造を示す
図であり、第１図（ａ）は電歪効果素子の縦断面図であ
る。第１図（ｂ），　（ｃ）．　（ｄ）はそれぞれスリ
ットの形状と、内部電極２ａ，２ｂとを、素子の積層方
向と垂直な面に投影した図である。第１図（ｂ）におい
て、斜線で示した５の部分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４閤Ｘ４ｍであるのに対して、内部電極２ａ
，２ｂの重なる部分、すなわち電界の加わる部分（以降
、有効電極部分と称す）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。また外形は４ｘ４Ｘｌ
Ｏｍｍ，スリット間隔は約０．４閣、内部電極２ａ，２
ｂの配置間隔はスリットをはさまなし・部分は約１００
μｍ１スリットをはさむ部分は約２００μｍとした。さ
らに外部電極３ａ，３ｂとリード線４とを形或した後に
、最高電圧１５０Ｖ、パルス幅１ｍｓの正弦波電圧パル
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、４
．０＋０・３×ＩＯ８回で破壊したのに対し、本発明に
よ−０．４る電歪効果素子２０個を駆動した場合には、し・ずれも
８．ＯＸ１０’回まででは破壊は生じなかった。

第２の実施例について図面を参照して説明する。

第３図（ａ），　（ｂ），　（ｃ），　（ｄ）は素子の
積層方向と垂直な面に投影した、スリットの形状と、内
部電極２ａ，２ｂの形状、及び内部電極２ａ，２ｂの重
なった形状を示した投影図である。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。従って必ずしも第ｌ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。この場合、素子の断面積に対する有効電
極の面積を減少させずに、かつ尖った部分を作らないた
めｔこは、長円形とするのが適当である。第２の実施例
でＴＩマ、第３図（ａ）に示すように、３Ｘ５ｍｍの横
断面を持つ素子について効果を調査した。有効電極部分
の形状は、第３図（ｄ）に示すように長軸３．６−、短
軸２．　１　ｍｍの長円形とし、第１の実施例と同様の
積層構造を持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８Ｘ１０’回までの駆動では破壊しなかった。

なお、内部電極形状は、第１図（ｃ），　（ｄ）もしく
は、第３図（ｂ），　（ｃ）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（ｅ），　（ｆ）のように角部が曲線のもの
あるいは第３図（ｇ），　（ｈ）のように角部が鈍角で
あるようなものも第１図（ｃ），　（ｄ）、第３図（ｂ
），　（ｃ）で示した第ｌの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、電歪効果素子の積層方向
と垂直な面に投影した場合の、対向する内部電極の重な
る部分を各部の鈍角な図形あるいは曲線で囲まれた図形
にしたことにより、従来の矩形とした場合に較べて、繰
り返し電圧印加時の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５と内部電極２ａ，２ｂ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），　（ｄ）は本発明の他の実施例のスリット形状５
と内部電極２ａ，２ｂの投影図、第３図（ｅ）．　（ｆ
）および第３図（ｇ），　（ｈ）は第１の実施例，第２
の実施例２以外の本発明の実施例の内部電極の投影図、
第４図（ａ）は従来の積層チップコンデンサ構造の素子
の縦断面図、第４図（ｂ）は内部電極２ａ，２ｂの投影
図、第５図は従来構造の素子の外観図、第６図（ａ）は
従来構造の電歪効果素子の一例の縦断面図、第６図（ｂ
），　（ｃ）はスリット形状と内部電極２ａ，２ｂの投
影図である。 ■・・・・・・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

【特許請求の範囲】

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極
効果素子であって、該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一箇
所以上形成されている電歪効果素子において、前記電歪
効果素子の積層方向と垂直な面に、対向する前記内部電
極を投影した場合に、２つの投影形状の重なる部分が、
角部の鈍角な図形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。