JPH04268775A

JPH04268775A - 電歪効果素子

Info

Publication number: JPH04268775A
Application number: JP3029736A
Authority: JP
Inventors: Tomoji Arai; 智次荒井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-02-25
Filing date: 1991-02-25
Publication date: 1992-09-24
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: JP2692397B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電歪効果素子に関し、
特に、積層型の電歪効果素子に関する。

【０００２】

【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
ランスジューサである。具体的には、電歪効果の大きな
固体の対向する二つの面に金属などで電極を形成し、こ
の電極間に電位差を与えた時に発生する固体の歪みを利
用する。

【０００３】上記の電歪効果においては、通常、電界と
平行方向に発生する歪み（縦効果歪み）の方が、電界と
垂直方向に生じる歪み（横効果歪み）に比べて大きいの
で、前者を利用する方が有利であり、且つ、電気・機械
エネルギー変換効率も高い。

【０００４】この縦効果歪みを利用した電歪効果素子（
以下素子と記す）においては、素子の単位長さ当りの変
化量は、印加される電界強度にほぼ比例する。

【０００５】このため、実際の素子としては、大きな歪
みを得るために、電歪材料の厚さを薄くして電極間間隔
を狭くすることによって電界強度を強くし、更にこれを
複数積層した構造の、いわゆる積層型の素子が考えられ
ている。

【０００６】図２は、上述の積層型の素子の構造を示す
斜視図である。この素子では、図に示すように、電歪材
料１の内部に内部電極２ａ及び２ｂが一定の間隔をもっ
て形成されている。内部電極２ａ及び２ｂの端は素子の
４つの側面に露出するが、この４つの側面のうち、対向
する一対の側面では、この側面に露出した内部電極の露
出部が、一層おきに、しかも左右互い違いに絶縁物４ａ
及び４ｂによって絶縁されている。絶縁物としては、通
常、粉末ガラスを付着・溶融させたガラスが用いられる
。

【０００７】そして、この一対の側面には、更に外部電
極３ａ及び３ｂが設けられている。従ってこの積層型の
素子は、外部電極３ａ及び３ｂに駆動電圧を与えると、
電歪材料１を狭んで隣り合う内部電極同志が互いに対向
電極として動作する構造となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたような従来
の積層型の素子は、以下に説明するように、絶縁物４ａ
，４ｂの部分で外部電極３ａ，３ｂと内部電極２ａ，２
ｂとがショートしやすい状態になっている。

【０００９】先ず、この素子の製造工程では、絶縁物４
ａ，４ｂを形成する際に、素子の側面に付着させた粉末
ガラスを溶融させるために６００〜７００℃程度の温度
で熱処理を行う。又、この後外部電極を形成する工程で
５５０〜６５０℃程度の温度で熱処理を行う。ところが
、この素子を構成する材料（電歪材料１，内部電極２ａ
，２ｂ及び絶縁物４ａ，４ｂ）の間には熱膨張率の違い
があるため、この熱処理時の熱履歴によって絶縁物４ａ
，４ｂには積層方向に応力が加わっている。

【００１０】応力という面から考えると、絶縁物４ａ，
４ｂには、この素子の動作時にも積層方向の応力が加わ
る。即ち、この素子が動作する時には、電歪材料１が電
界方向（素子の積層方向）に伸縮するのに対して、絶縁
物４ａ，４ｂの方はこのような伸縮をすることがなくも
との形を保とうとする。このため絶縁物４ａ，４ｂにス
トレスが加わるのである。

【００１１】以上のように、絶縁物４ａ，４ｂには製造
工程で受ける熱的応力や、動作時に発生する機械的スト
レスが加わっており、わずかな製造条件の変動や使用条
件の変動によって、この部分にマイクロクラックなどの
損傷が起りやすい状態となっている。

【００１２】第２に、素子が動作する時には、外部電極
３ａ，３ｂと内部電極２ａ，２ｂとの間に、絶縁物４ａ
，４ｂを狭んで数ｋＶ／ｍｍにもおよぶ高い電界が掛か
る。このような高い電界の存在のもとでは、使用環境か
らの湿気も加わって、絶縁物４ａ，４ｂの材料が変質を
起し、絶縁抵抗が劣化することがある。又、外部電極３
ａ，３ｂや内部電極２ｂ，２ａに用いられている材料の
金属成分がイオン化して前述のマイクロクラックに沿っ
てマイグレーションを起し、隣り合う内部電極２ａと２
ｂとがショートしたり、内部電極２ａ（２ｂ）と外部電
極３ｂ（３ａ）とがショートしたりしやすくなる。

【００１３】実際に、この型の素子が動作している時に
発生する不良のうちでは、絶縁物４ａ，４ｂの絶縁不良
によるショート不良が最も多い。しかも、このモードの
不良は、通電開始後比較的早期に発生するのが特徴であ
ることから、この型の素子の信頼性を支配する重要な要
素の一つである。

【００１４】以上のように、従来の素子では、絶縁物４
ａ，４ｂの絶縁破壊の問題を解決し素子全体として十分
な信頼性を確保することが大きな課題となっている。

【００１５】

【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の層と内部電極の層とが交互に積
み重ねられた積層体と、この積層体の、積層方向に平行
な対向する一対の側面上にあって、前記内部電極の露出
部を一層おきに絶縁する絶縁体と、この絶縁体を含む前
記側面上にあって、前記内部電極のうち前記側面への露
出部が絶縁されていない層を電気的に接続する外部電極
とを含む電歪効果素子であって、前記外部電極は、この
外部電極と前記絶縁体によって絶縁された内部電極とが
短絡した時に、局部が溶断する構造であることを特徴と
する。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の最適な実施例について、図面
を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例の素子
の斜視図である。

【００１７】この素子を作るには、チタン酸ジルコン酸
鉛系の電歪材料１の内部に、一定の間隔で配置された内
部電極２ａ，２ｂを、グリーンシート法により形成する
。そして、この内部電極２ａ，２ｂが露出している一対
の側面上に、電気泳動法により、粉末ガラスを、内部電
極に関して一層おきに吸着させ、これを焼成して絶縁物
４ａ，４ｂを形成する。

【００１８】次に、外部電極３ａ，３ｂを形成する。外
部電極３ａ，３ｂには、絶縁物４ａ，４ｂが絶縁破壊し
た時のショート電流による発熱によって完全に溶断する
ように、融点の低い金粉末を含有する熱硬化性のエポキ
シ樹脂などを用いる。そしてこのエポキシ樹脂をスクリ
ーン印刷によって素子の側面に印刷し、乾燥，硬化させ
て外部電極３ａ，３ｂとする。この外部電極３ａ，３ｂ
の形状は、図１に示すように、複数の細線状の配線を間
隔を置いて配置し、これらの配線を上下の部分で接続し
たものである。即ち、細線状の配線を並列接続したもの
である。

【００１９】図１に示す素子の寸法は、積層方向に垂直
な断面が５ｍｍ×５ｍｍ，長さが２０ｍｍである。また
、外部電極３ａ，３ｂは、厚みが約３０μｍであり、細
線１本の幅が０．５ｍｍである。そしてこの細線を４ｍ
ｍ間隔で５本ならべ、並列に接続している。

【００２０】つぎに、本実施例による素子５０個に、温
度４０℃，湿度９０％ＲＨの条件で定格直流電圧１５０
Ｖを印加して耐湿負荷寿命試験を実施した結果について
述べる。この試験の結果では、従来５００時間で絶縁物
の絶縁破壊によるショート不良が約１０％発生していた
のに対し、本実施例の素子では、１０００時間でも不良
は発生しなかった。

【００２１】更に、試験が終了した素子を観察したとこ
ろ、いくつかの素子の絶縁物に放電痕が見つかった。そ
して、その放電に関係した外部電極の細線部は完全に溶
断していた。このことは、絶縁物の放電の際の電流によ
って細線状の配線部が確実に溶断することによって、素
子自体はショート不良にいたらなかったことを示してお
り、細い配線がヒューズとしての役割を十分果している
ことが確認された。また、これらの素子の、放電に関与
していない外部電極の部分は十分に導通していて、素子
の特性は試験前と変わらないことも確認された。以上の
試験結果および観察結果から、本実施例の素子において
は、素子の特性を損うことなくこの素子の信頼性を向上
させることができたと結論することができる。

【００２２】次に、本発明の第２の実施例について述べ
る。本実施例は、第１の実施例とは外部電極の材料およ
び作り方が異なっている。

【００２３】本実施例では、外部電極として、金，すず
又はアルミニウムなどのような高導電性，低融点の純金
属を用いる。そして、これらの金属層を形成する方法と
してスパッタリング法を用いる。

【００２４】本実施例の素子を作るには、図１に示す素
子において、絶縁物４ａ，４ｂを形成する工程までを終
った積層体（すなわち外部電極３ａ，３ｂを形成する前
の積層体）の側面に、予め図１中の外部電極３ａのよう
な細線パターンを作り込んだ金属板をマスクとして配置
し、このマスクの空間部分を通して配線金属（金，すず
又はアルミニウム）をスパッタリング法で被着して外部
電極３ａ，３ｂを形成する。

【００２５】この外部電極は、１本の幅が０．１ｍｍの
細い配線を０．５ｍｍピッチで１０本並列に接続したも
のである。金属層の厚さは、約１μｍである。

【００２６】尚、本実施例における電歪材料の積層体の
形状・寸法は、第１の実施例におけるものと同一である
。

【００２７】次に、上記の第２の実施例の素子５０個に
対して、第１の実施例と同一の条件で耐湿負荷寿命試験
を実施した。その結果、第１の実施例の場合と同様に、
１０００時間でもショート不良は発生しなかった。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電歪効果
素子では、外部電極の構造を、細線状の配線を複数並列
に接続する構造としている。

【００２９】このことにより、本発明の電歪効果素子で
は、たとえ絶縁物で放電が起きた場合でも、この放電部
分に関係した細線状の配線だけが溶断して、素子全体と
してはショート不良にまでならないですますことができ
る。しかも、外部電極としては、細線上の配線が複数並
列に接続されているため、溶断した細線状配線以外のも
ので導通がとれており、電歪効果素子の機能には何ら影
響がない。

【００３０】すなわち、本発明によれば電歪効果素子の
信頼性を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による電歪効果素子の斜視図
である。

【図２】従来の積層型電歪効果素子の斜視図である。

【符号の説明】

１　　　　電歪材料２ａ，２ｂ　　　　内部電極３ａ，３ｂ　　　　外部電極４ａ，４ｂ　　　　絶縁物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　電歪効果を示す材料の層と内部電極の
層とが交互に積み重ねられた積層体と、この積層体の、
積層方向に平行な対向する一対の側面上にあって、前記
内部電極の露出部を一層おきに絶縁する絶縁体と、この
絶縁体を含む前記側面上にあって、前記内部電極のうち
前記側面への露出部が絶縁されていない層を電気的に接
続する外部電極とを含む電歪効果素子であって、前記外
部電極は、この外部電極と前記絶縁体によって絶縁され
た内部電極とが短絡した時に、局部が溶断する構造であ
ることを特徴とする電歪効果素子。
【請求項２】　　請求項１記載の電歪効果素子であって
、前記外部電極は、この外部電極が設けられている側面
の、積層方向に垂直な方向に互いに間隔をおいて配置さ
れた複数の配線を並列に接続した構造であることを特徴
とする電歪効果素子。
【請求項３】　　請求項２記載の電歪効果素子であって
、前記外部電極は、金粉末を含有する熱硬化性エポキシ
樹脂であることを特徴とする電歪効果素子。