JPH0364979A - 電歪効果素子 - Google Patents
電歪効果素子Info
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- JPH0364979A JPH0364979A JP1201642A JP20164289A JPH0364979A JP H0364979 A JPH0364979 A JP H0364979A JP 1201642 A JP1201642 A JP 1201642A JP 20164289 A JP20164289 A JP 20164289A JP H0364979 A JPH0364979 A JP H0364979A
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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〕
本発明は電歪縦効果を利用した電歪効果素子に関する。
従来、この種の電歪効果素子は、第７図に示すように、
電歪セラミック材料からなる電歪効果層２と銀パラジウ
ム合金または白金を用いた内部電極導体１とを交互に重
ね合せ両端に電歪セラミック材料の厚いシートよりなる
保護層３ａ、３ｂを設けた積層焼結体と、内部電極導体
ｌを交互に一層おきに絶縁するためのガラス等の絶縁物
４と、内部電極導体１を交互に一層おきに電気的に接続
するために被着された一対の外部電極導体５ａ。
電歪セラミック材料からなる電歪効果層２と銀パラジウ
ム合金または白金を用いた内部電極導体１とを交互に重
ね合せ両端に電歪セラミック材料の厚いシートよりなる
保護層３ａ、３ｂを設けた積層焼結体と、内部電極導体
ｌを交互に一層おきに絶縁するためのガラス等の絶縁物
４と、内部電極導体１を交互に一層おきに電気的に接続
するために被着された一対の外部電極導体５ａ。
５ｂと、外部電極導体５ａ、５ｂに電気的に接続された
リード線６ａ、６ｂとで構成されていた。
リード線６ａ、６ｂとで構成されていた。
上述した従来の電歪効果素子は、電界が印加され電歪縦
効果により長手方向に変位を生じる電歪効果層２と、電
界が印加されず電歪不活性な保護層３ａ、３ｂとが内部
電極導体１１＋Ｉｎ＋１をはさんで直接接触している。
効果により長手方向に変位を生じる電歪効果層２と、電
界が印加されず電歪不活性な保護層３ａ、３ｂとが内部
電極導体１１＋Ｉｎ＋１をはさんで直接接触している。
このような電歪効果素子に電圧を印加した場合、電歪効
果層２の部分は電歪横効果により断面積が縮小するのに
対し、保護層３ａ、３ｂの部分の断面積は縮小しないた
めに、第８図のように保護層３ａ、３ｂの電歪効果層２
に接する面が扇状にすぼめられる変形をおこし、電歪効
果層２と保護層３ａ、３ｂの界面に剪断及び引張り応力
を生じる。
果層２の部分は電歪横効果により断面積が縮小するのに
対し、保護層３ａ、３ｂの部分の断面積は縮小しないた
めに、第８図のように保護層３ａ、３ｂの電歪効果層２
に接する面が扇状にすぼめられる変形をおこし、電歪効
果層２と保護層３ａ、３ｂの界面に剪断及び引張り応力
を生じる。
特に実用面で、接着剤を介して素子を使用機器の取り付
は金具等に固定した場合、第５図の電歪効果素子の両端
の自由変形を拘束してしまうので、保護層−電歪効果層
間の応力はさら１ら増大する。
は金具等に固定した場合、第５図の電歪効果素子の両端
の自由変形を拘束してしまうので、保護層−電歪効果層
間の応力はさら１ら増大する。
また、電歪効果層２．，２．．と保護層３ａ、３ｂとは
内部電極導体１１＋Ｌ＋１を全面に介して接着されてい
るが、この界面の機械的強度は、同一断面積のセラミッ
ク母材の機械的強度と比較して著しく低い。
内部電極導体１１＋Ｌ＋１を全面に介して接着されてい
るが、この界面の機械的強度は、同一断面積のセラミッ
ク母材の機械的強度と比較して著しく低い。
この結果、１ｋＶ／＋ｍｎを越える電界で本電歪効果素
子を駆動した場合、電歪効果層２．，２ｆｉと保護Ｍ１
３ａ、３ｂとの界面に働く応力は、界面の機械的強度を
越え電歪効果素子が破断してしまうという欠点がある。
子を駆動した場合、電歪効果層２．，２ｆｉと保護Ｍ１
３ａ、３ｂとの界面に働く応力は、界面の機械的強度を
越え電歪効果素子が破断してしまうという欠点がある。
実際に電歪効果層２の厚さｔ＝１１５μｍ、保護層３ａ
、３ｂの厚さｈ＝２ｒｒｒｍの電歪効果素子１０００個
を試作し、１５０Ｖ２００Ｈｚの矩形波を印加したとこ
ろ、第７図の通り１０４回の電圧印加で３８％、１００
回で７６％、１０８回でほぼ全数の電歪効果素子が電歪
効果層２１，２．．と保護層３ａ、３ｂとの界面で破断
し、不良となった。
、３ｂの厚さｈ＝２ｒｒｒｍの電歪効果素子１０００個
を試作し、１５０Ｖ２００Ｈｚの矩形波を印加したとこ
ろ、第７図の通り１０４回の電圧印加で３８％、１００
回で７６％、１０８回でほぼ全数の電歪効果素子が電歪
効果層２１，２．．と保護層３ａ、３ｂとの界面で破断
し、不良となった。
本発明の目的は、素子全体としての発生変位をさほど損
わずに、電圧を印加した場合に生ずる電歪効果層と保護
層の界面に働く応力を低下させ、かつ機械的強度を向」
−・でき、その結果素子の破断を防ぐことができ、くり
返し駆動に対する寿命を延ばし信頼性を向上させること
ができる電歪効果素子を提供することにある。
わずに、電圧を印加した場合に生ずる電歪効果層と保護
層の界面に働く応力を低下させ、かつ機械的強度を向」
−・でき、その結果素子の破断を防ぐことができ、くり
返し駆動に対する寿命を延ばし信頼性を向上させること
ができる電歪効果素子を提供することにある。
本発明の電歪効果素子は、電歪セラミック部材と内部電
極導体とを交互に積層した電歪効果層とその電歪効果層
の両端に電歪セラミック部材よりなる電歪不活性な保護
層とを電歪効果素子において、前記保護層付近の内部電
極導体が導体非形成部を有することを特徴として構成さ
れる。
極導体とを交互に積層した電歪効果層とその電歪効果層
の両端に電歪セラミック部材よりなる電歪不活性な保護
層とを電歪効果素子において、前記保護層付近の内部電
極導体が導体非形成部を有することを特徴として構成さ
れる。
本発明は上述したように、保護層付近の内部電極導体に
導体非形成部が設けられているので一電歪効果素子中に
電歪活性部と電歪不活性部を混在させることにより、こ
の電歪効果層の電歪縦効果および電歪横効果を押えて、
電歪効果層と保護層との界面に働く応力を低下させるこ
とができる。
導体非形成部が設けられているので一電歪効果素子中に
電歪活性部と電歪不活性部を混在させることにより、こ
の電歪効果層の電歪縦効果および電歪横効果を押えて、
電歪効果層と保護層との界面に働く応力を低下させるこ
とができる。
さらに導体非形成部の密度を保護層側から電歪効果素子
中央部に向って漸減させることにより素子全体として発
生変位をさほど損なうことなくすることができる。さら
に電歪効果層と保護層とが一部電歪セラミック母材で直
接接合されているため機械的強度を向上させることがで
き、１その結果素子の破断を防ぎ、くり返し駆動に対す
る寿命を延ばし信頼性を向上させることができる。
中央部に向って漸減させることにより素子全体として発
生変位をさほど損なうことなくすることができる。さら
に電歪効果層と保護層とが一部電歪セラミック母材で直
接接合されているため機械的強度を向上させることがで
き、１その結果素子の破断を防ぎ、くり返し駆動に対す
る寿命を延ばし信頼性を向上させることができる。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第」図は本発明の一実施例の電歪効果素子の縦断面図で
ある。第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の電歪効果素子に
用いる内部電極パターンを示していて、図中の円は内部
電極導体１１〜１ｅ＋Ｌ−ｔ〜１、。＋１にあけた導体
非形成部を示している。
ある。第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の電歪効果素子に
用いる内部電極パターンを示していて、図中の円は内部
電極導体１１〜１ｅ＋Ｌ−ｔ〜１、。＋１にあけた導体
非形成部を示している。
先ず、例えばニッケル・ニオブ酸鉛Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎ
ｂ２／３）Ｏｓやチタン酸鉛Ｐ ｂ Ｔ ｉ、 ０３等
を主成分とする電歪材料の予焼粉末に、少量の有機バイ
ンダを添加し、この混合物を有機溶媒中に分散させて泥
漿を準備し、この泥漿でスリップキャスティング成膜法
等により層厚約１００μｍの電歪セラミック部材を形成
する。次にこの電歪セラミック部材の片面に重量比７：
３の銀粉末とパラジウム粉末との混合粉末、または白金
粉末を主成分とする導体ペーストをスクリーン印刷等で
約１００ｍ被着させて内部電極導体２を形成する。
ｂ２／３）Ｏｓやチタン酸鉛Ｐ ｂ Ｔ ｉ、 ０３等
を主成分とする電歪材料の予焼粉末に、少量の有機バイ
ンダを添加し、この混合物を有機溶媒中に分散させて泥
漿を準備し、この泥漿でスリップキャスティング成膜法
等により層厚約１００μｍの電歪セラミック部材を形成
する。次にこの電歪セラミック部材の片面に重量比７：
３の銀粉末とパラジウム粉末との混合粉末、または白金
粉末を主成分とする導体ペーストをスクリーン印刷等で
約１００ｍ被着させて内部電極導体２を形成する。
この際、第２図（ａ）〜（Ｃ）のような電極パターンの
ものも印刷する。内部電極導体の導体非形成部は直径ｄ
＝ ０．４ ｍｍで、数はａが４９．ｂが２５゜Ｃが
９であった。
ものも印刷する。内部電極導体の導体非形成部は直径ｄ
＝ ０．４ ｍｍで、数はａが４９．ｂが２５゜Ｃが
９であった。
次に、導体非形成部のない電極を印刷したシートを１５
０枚積層し、さらに両端部に第２図（ａン〜（Ｃ）の内
部電極パターンのシートを（ａ）２（ｂ） 、 （ｃ）
の順に各々２枚づつ第圭図のように積層した後、プレス
、脱バインダを行い、その後約り１００℃、２時間の条
件で焼成した後側面を切断して、内部電極導体１１ ”
１ ｎｉｌの端面が外部に露出した状態の角柱状の積
層焼結体を作成する。
０枚積層し、さらに両端部に第２図（ａン〜（Ｃ）の内
部電極パターンのシートを（ａ）２（ｂ） 、 （ｃ）
の順に各々２枚づつ第圭図のように積層した後、プレス
、脱バインダを行い、その後約り１００℃、２時間の条
件で焼成した後側面を切断して、内部電極導体１１ ”
１ ｎｉｌの端面が外部に露出した状態の角柱状の積
層焼結体を作成する。
次に、この積層焼結体の対向する一対の側面に露出した
内部′Ｉｌ極導体ＩＩ〜１□、の端部に該側面において
交互ンこ電気泳動法等によりガラス粉末の塗布および焼
結を施して絶縁層４．・”” ４ ｓ４４を形成するゆ
続いて内部電極導体１、〜１゜＋１を一層おきに電気的
に接続するために、銀粉末な主成分とする導電ペース！
・を印刷塗布して焼成することにより、一対の外部電極
導体５ａ。５ｂを形成する。さらに、外部電極導体５ｆ
Ｌ、５ｂと電気的に接続されたリード線６ａ、６ｂを設
置し、完成する。
内部′Ｉｌ極導体ＩＩ〜１□、の端部に該側面において
交互ンこ電気泳動法等によりガラス粉末の塗布および焼
結を施して絶縁層４．・”” ４ ｓ４４を形成するゆ
続いて内部電極導体１、〜１゜＋１を一層おきに電気的
に接続するために、銀粉末な主成分とする導電ペース！
・を印刷塗布して焼成することにより、一対の外部電極
導体５ａ。５ｂを形成する。さらに、外部電極導体５ｆ
Ｌ、５ｂと電気的に接続されたリード線６ａ、６ｂを設
置し、完成する。
本電歪効果素子に１５０■の直流電圧を印加した場合、
電歪効果層の両面にある内部電極導体に導体非形成部が
あるために、電歪効果層２１〜２６゜２ａ−３〜２ａで
は同一電歪効果層中に電歪活性部と電歪不活性部が混在
しているために電歪横効果による平面方向の収縮ひずみ
が押えられる。また内部電極導体中の導体非形成部の密
度が保護層３ａ、３ｂから電歪効果素子中央に向って漸
次減少しているために、電歪効果層の水平方向の収縮ひ
ずみが、全くひずまない保護層から素子中央部に向って
徐々に大きくなっていき、保護層３ａ、３ｂと電歪効果
層２１，２イとの界面へ・の応力集中を緩和している。
電歪効果層の両面にある内部電極導体に導体非形成部が
あるために、電歪効果層２１〜２６゜２ａ−３〜２ａで
は同一電歪効果層中に電歪活性部と電歪不活性部が混在
しているために電歪横効果による平面方向の収縮ひずみ
が押えられる。また内部電極導体中の導体非形成部の密
度が保護層３ａ、３ｂから電歪効果素子中央に向って漸
次減少しているために、電歪効果層の水平方向の収縮ひ
ずみが、全くひずまない保護層から素子中央部に向って
徐々に大きくなっていき、保護層３ａ、３ｂと電歪効果
層２１，２イとの界面へ・の応力集中を緩和している。
さらに電歪効果層と保護層とが一部電歪セラミック母材
で直接接合されているために、界面の機械的強度が向上
している。本実施例の場合、内部電極導体中の導体非形
成部のパターンが細かいため、混在した電歪活性部と電
歪不活性部との境界に働く応力が比較的小さく、不均一
で、導体非形成部のある内部電極導体にはさまれた電歪
効果層を変形量を均一に、しかも微妙にコントロールで
きるという利点をもつ。
で直接接合されているために、界面の機械的強度が向上
している。本実施例の場合、内部電極導体中の導体非形
成部のパターンが細かいため、混在した電歪活性部と電
歪不活性部との境界に働く応力が比較的小さく、不均一
で、導体非形成部のある内部電極導体にはさまれた電歪
効果層を変形量を均一に、しかも微妙にコントロールで
きるという利点をもつ。
第３図は本発明の他の実施例の縦断面図である。
第４図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３図に示す第２の実
施例に用いる内部電極パターンを示していて、図中の円
は内部電極導体１．〜１＠＊Ｌ−４〜１ ａｌｌにあけ
た導体非形成部を示している。
施例に用いる内部電極パターンを示していて、図中の円
は内部電極導体１．〜１＠＊Ｌ−４〜１ ａｌｌにあけ
た導体非形成部を示している。
先ず、第１の実施例と同様の方法を用いて厚さ約１００
μｍの電歪セラミック部材を形成する。
μｍの電歪セラミック部材を形成する。
次に第１の実施例と同様に導体ペーストをスクリーン印
刷等で約１００ｍ被着させて内部電極導体２を形成する
。この際、第４図（ａ）〜（ｃ）のような電極パターン
のものも印刷する。内部電極導体の導体非形成部数は全
て９個で、直径は（ａ）。
刷等で約１００ｍ被着させて内部電極導体２を形成する
。この際、第４図（ａ）〜（ｃ）のような電極パターン
のものも印刷する。内部電極導体の導体非形成部数は全
て９個で、直径は（ａ）。
（ｂ）、（ｃ）それぞれ１ ｍｍ 、 ０．７ ｉｎ
、 ０．３ ｍｍであった。
、 ０．３ ｍｍであった。
次に、空孔のない電極を印刷したシートを１５０枚積層
し、さらに両端部に第４図（ａ）〜（ｃ）の内部電極パ
ターンのシートを（ａ） 、 （ｂ） 、 （ｃ）の順
に各々２枚づつ第３図のように積層した後、第１図の実
施例と全く同様の工程を経て完成する。
し、さらに両端部に第４図（ａ）〜（ｃ）の内部電極パ
ターンのシートを（ａ） 、 （ｂ） 、 （ｃ）の順
に各々２枚づつ第３図のように積層した後、第１図の実
施例と全く同様の工程を経て完成する。
本第２の実施例の電歪効果素子の場合も第１の実施例と
同様に、電圧を印加し、た場合、電歪効果層２１〜２
ａ ｒ ２ ｔｒ−５〜２ｆｉでは電歪横効果による平
面方向のひずみが押えられる。
同様に、電圧を印加し、た場合、電歪効果層２１〜２
ａ ｒ ２ ｔｒ−５〜２ｆｉでは電歪横効果による平
面方向のひずみが押えられる。
また、内部電極導体中の面積が保護層３ａ、３ｂから電
歪効果素子中央に向って漸次減少しているために、導体
非形成都電歪効果層の水平方向の収縮ひずみが、全くひ
ずまない保護層から素子中央部に向って徐々に大きくな
っていき、保護層３ａ、３ｂと電歪効果層２＋、２ｆｉ
との界面への応力集中を緩和している。また、電歪セラ
ミック母材同士の接合による界面の機械的強度の向上も
第１の実施例と同様である。
歪効果素子中央に向って漸次減少しているために、導体
非形成都電歪効果層の水平方向の収縮ひずみが、全くひ
ずまない保護層から素子中央部に向って徐々に大きくな
っていき、保護層３ａ、３ｂと電歪効果層２＋、２ｆｉ
との界面への応力集中を緩和している。また、電歪セラ
ミック母材同士の接合による界面の機械的強度の向上も
第１の実施例と同様である。
さらに、第１の実施例と比較して内部電極導体中の導体
非形成部のパターンが簡単であるため工業的大量生産に
適用し易いという利点をもつ。
非形成部のパターンが簡単であるため工業的大量生産に
適用し易いという利点をもつ。
第５図は断面５ｍｍＸ５ｍｍの第１の実施例の電歪効果
素子の保護層と電歪効果層との界面の引張り強度を１０
０個のサンプルについて試験した結果であり、界面強度
が従来品の３倍近くに向上している。
素子の保護層と電歪効果層との界面の引張り強度を１０
０個のサンプルについて試験した結果であり、界面強度
が従来品の３倍近くに向上している。
また、第６図は断面５ｍｍＸ５拍、高さ２０．積層数１
６０層の第１の実施例の電歪効果素子１００個に関する
、１５０Ｖ２００Ｈｚの矩形波をかける繰り返し寿命試
験の結果である。このように本電歪効果素子は１億回の
パルス印加後も不良は１つも発生していない。
６０層の第１の実施例の電歪効果素子１００個に関する
、１５０Ｖ２００Ｈｚの矩形波をかける繰り返し寿命試
験の結果である。このように本電歪効果素子は１億回の
パルス印加後も不良は１つも発生していない。
６ｂ・・・・・・リード線。
Claims (2)
- （１）電歪セラミック部材と内部電極導体とを交互に積
層した電歪効果層と該電歪効果層の両端に電歪セラミッ
ク部材よりなる電歪不活性な保護層とを有する電歪効果
素子において、前記保護層付近の内部電極導体が導体非
形成部を有することを特徴とする電歪効果素子。 - （２）導体非形成部を有する内部電極導体を複数有し、
かつ該複数の内部電極導体の導体非形成部の密度が保護
層側から電歪効果素子中央部に向って漸減していること
を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の電歪効果
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1201642A JP2893741B2 (ja) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | 電歪効果素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1201642A JP2893741B2 (ja) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | 電歪効果素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0364979A true JPH0364979A (ja) | 1991-03-20 |
| JP2893741B2 JP2893741B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=16444472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1201642A Expired - Lifetime JP2893741B2 (ja) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | 電歪効果素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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