JPH04274378A - 圧電／電歪効果素子 - Google Patents
圧電／電歪効果素子Info
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- JPH04274378A JPH04274378A JP3034904A JP3490491A JPH04274378A JP H04274378 A JPH04274378 A JP H04274378A JP 3034904 A JP3034904 A JP 3034904A JP 3490491 A JP3490491 A JP 3490491A JP H04274378 A JPH04274378 A JP H04274378A
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧電／電歪効果素子の構
造に関するものである。
造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】圧電／電歪効果素子とは固体の圧電／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。具体的には圧電／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圧
電／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。
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。具体的には圧電／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圧
電／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。
【０００３】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。この構造を図３（
ａ），（ｂ）に示す。縦断面図である図３（ａ）におい
て圧電／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，３
ｂと接続している。内部電極２ａ，２ｂ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圧電／電歪効果素子
が実現できる。
ンデンサ型の構造が提案されている。この構造を図３（
ａ），（ｂ）に示す。縦断面図である図３（ａ）におい
て圧電／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，３
ｂと接続している。内部電極２ａ，２ｂ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圧電／電歪効果素子
が実現できる。
【０００４】ところで積層方向からみた投影図図３（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、他の部分は変形しようとしない。こ
のため、電圧を印加しても周辺部の束縛により、大きな
変位が取り出せない。また大きな変位を取り出そうとし
て高い電圧を印加すると、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、その部分で
機械的破壊が生じる。
）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）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、他の部分は変形しようとしない。こ
のため、電圧を印加しても周辺部の束縛により、大きな
変位が取り出せない。また大きな変位を取り出そうとし
て高い電圧を印加すると、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、その部分で
機械的破壊が生じる。
【０００５】このような従来素子の欠点を改善するため
に、上記の圧電／電歪効果素子の必要な高さの、ｎ分の
１の高さの積層チップコンデンサ構造の焼結体を作り、
その焼結体をｎ個積み上げる構造がある。この構造を図
４に示す。すなわち上記焼結体の中心部のみをガラスを
主成分とする無機物層６で接着することにより、図５に
示すように、電圧印加時には積層チップコンデンサ型焼
結体５単位で変形できるために応力集中が緩和され、電
圧の繰り返しパルス印加に対して機械的破壊に至るまで
の寿命が延び、さらに素子の変位も増大させることがで
きる。積層チップコンデンサ型焼結体５の接着には、有
機系の接着剤が用いられることもあるが、耐熱性につい
ては、無機物層６を用いた方が有利となる。
に、上記の圧電／電歪効果素子の必要な高さの、ｎ分の
１の高さの積層チップコンデンサ構造の焼結体を作り、
その焼結体をｎ個積み上げる構造がある。この構造を図
４に示す。すなわち上記焼結体の中心部のみをガラスを
主成分とする無機物層６で接着することにより、図５に
示すように、電圧印加時には積層チップコンデンサ型焼
結体５単位で変形できるために応力集中が緩和され、電
圧の繰り返しパルス印加に対して機械的破壊に至るまで
の寿命が延び、さらに素子の変位も増大させることがで
きる。積層チップコンデンサ型焼結体５の接着には、有
機系の接着剤が用いられることもあるが、耐熱性につい
ては、無機物層６を用いた方が有利となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の圧電／
電歪効果素子の問題点について、図面を用いて説明する
。
電歪効果素子の問題点について、図面を用いて説明する
。
【０００７】図４において、従来の圧電／電歪効果素子
では、上述の通り積層チップコンデンサ焼結体５の接着
剤としてガラスを主成分とする無機物層６を用いている
が、接着のために無機物ペーストを塗布したのち、５０
０〜８００℃程度の温度で焼成すると、圧電／電歪材料
１と無機物層６が反応して、反応層７ができる。この反
応層７は、空孔が多くち密性が良くない。そのため、無
機物層６および反応層７を内部に含んだ位置にある、対
向する内部電極２ｃ，２ｄに電圧が加わると、反応層７
の付近で絶縁破壊が生じやすくなるという問題点があっ
た。
では、上述の通り積層チップコンデンサ焼結体５の接着
剤としてガラスを主成分とする無機物層６を用いている
が、接着のために無機物ペーストを塗布したのち、５０
０〜８００℃程度の温度で焼成すると、圧電／電歪材料
１と無機物層６が反応して、反応層７ができる。この反
応層７は、空孔が多くち密性が良くない。そのため、無
機物層６および反応層７を内部に含んだ位置にある、対
向する内部電極２ｃ，２ｄに電圧が加わると、反応層７
の付近で絶縁破壊が生じやすくなるという問題点があっ
た。
【０００８】本発明の目的は、圧電／電歪材料と無機物
層が反応してできる反応層の付近で対向する内部電極に
電圧を加えたとき、その部分での絶縁破壊が防止でき、
信頼性の高い圧電／電歪効果素子を提供することにある
。
層が反応してできる反応層の付近で対向する内部電極に
電圧を加えたとき、その部分での絶縁破壊が防止でき、
信頼性の高い圧電／電歪効果素子を提供することにある
。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電／電歪効果
素子は、圧電効果また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二つの外部電極のどち
らかに接続している積層チップコンデンサ構造の焼結体
を、ガラスを主成分とする無機物層を介して２個以上積
み重ねた構造を持つ圧電／電歪効果素子において、ひと
つの無機物層を介する２個の焼結体それぞれの、最も前
記無機物層に近い内部電極が、ともにおなじ極の外部電
極に接続されている構造を有することを特徴として構成
される。
素子は、圧電効果また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二つの外部電極のどち
らかに接続している積層チップコンデンサ構造の焼結体
を、ガラスを主成分とする無機物層を介して２個以上積
み重ねた構造を持つ圧電／電歪効果素子において、ひと
つの無機物層を介する２個の焼結体それぞれの、最も前
記無機物層に近い内部電極が、ともにおなじ極の外部電
極に接続されている構造を有することを特徴として構成
される。
【００１０】
【作用】本発明は、ひとつの無機物層を介する２個の焼
結体それぞれの、最も無機物層に近い内部電極が、とも
におなじ極の外部電極に接続されている構造により、そ
れぞれの内部電極間には電界が生じないために、無機物
と圧電／電歪材料との反応層に電圧がかからない、とい
う作用がある。
結体それぞれの、最も無機物層に近い内部電極が、とも
におなじ極の外部電極に接続されている構造により、そ
れぞれの内部電極間には電界が生じないために、無機物
と圧電／電歪材料との反応層に電圧がかからない、とい
う作用がある。
【００１１】
【実施例】次に本発明について図面を参照にして説明す
る。図１は本発明による圧電／電歪効果素子の一実施例
の縦断面図と投影図である。また図２は本実施例の製造
方法のフローチャートである。
る。図１は本発明による圧電／電歪効果素子の一実施例
の縦断面図と投影図である。また図２は本実施例の製造
方法のフローチャートである。
【００１２】本発明の効果を、ニッケル・ニオブ酸−チ
タン酸−ジルコン酸鉛系の圧電効果を示す材料を用いて
調べた。図２に示すように、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
を印刷し、所定の形状に切断して、所定の枚数を積層、
熱圧着して生積層体を得た。さらに後工程の焼成後に設
計の寸法が得られるように、所定の寸法に切断したのち
、約５００℃で加熱して有機系のバインダを除去して、
約１１００℃で焼成した。冷却後、銀−パラジウム−白
金合金粉末を主成分とする外部電極用ペーストを塗布後
、８５０℃で焼成して外部電極を形成して、図１に示す
積層チップコンデンサ型焼結体５を得た。
タン酸−ジルコン酸鉛系の圧電効果を示す材料を用いて
調べた。図２に示すように、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
を印刷し、所定の形状に切断して、所定の枚数を積層、
熱圧着して生積層体を得た。さらに後工程の焼成後に設
計の寸法が得られるように、所定の寸法に切断したのち
、約５００℃で加熱して有機系のバインダを除去して、
約１１００℃で焼成した。冷却後、銀−パラジウム−白
金合金粉末を主成分とする外部電極用ペーストを塗布後
、８５０℃で焼成して外部電極を形成して、図１に示す
積層チップコンデンサ型焼結体５を得た。
【００１３】この積層チップコンデンサ型焼結体５の寸
法は、外型は５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍ、内部電極２ａ，
２ｂの重なる面積は４．７ｍｍ×４．７ｍｍとした。内
部電極２ａ，２ｂ間の距離は１００μｍである。なお、
内部電極２ｃ〜２ｆは、無機物層６および反応層７をは
さむ位置にある内部電極であり、２ｃと２ｄは２ａと同
じ外部電極３ａに、また２ｅと２ｆは２ｂと同じ外部電
極３ｂに接続している。図１には模式的に内部電極は４
枚しか表示しなかったが、実際には積層チップコンデン
サ型焼結体５の内部には、１０枚の内部電極が形成され
ている。
法は、外型は５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍ、内部電極２ａ，
２ｂの重なる面積は４．７ｍｍ×４．７ｍｍとした。内
部電極２ａ，２ｂ間の距離は１００μｍである。なお、
内部電極２ｃ〜２ｆは、無機物層６および反応層７をは
さむ位置にある内部電極であり、２ｃと２ｄは２ａと同
じ外部電極３ａに、また２ｅと２ｆは２ｂと同じ外部電
極３ｂに接続している。図１には模式的に内部電極は４
枚しか表示しなかったが、実際には積層チップコンデン
サ型焼結体５の内部には、１０枚の内部電極が形成され
ている。
【００１４】本実施例では、この積層チップコンデンサ
型焼結体５を１０個接着した。接着する面に、ホウ硅酸
鉛系ガラスを主成分とし、有機系のバインダ、溶剤、可
塑剤の入った無機物ペーストをディスペンサーで塗布し
た後に、１０個を積み重ねた。この際、内部電極２ｃと
２ｄ，さらに２ｅと２ｆが同じ向きになるようにした。 約１５０℃で乾燥して無機物ペースト中の有機系の溶剤
を除去して、さらに約６８０℃で加熱することによりガ
ラスを焼成した。その結果、無機物と積層チップコンデ
ンサ型焼結体５中の圧電材料１とが接合することにより
、無機物層６を介して積層チップコンデンサ型焼結体５
を１０個重ねた構造で、無機物層６および反応層７をは
さんだ位置にある、内部電極２ｃと２ｄが外部電極３ａ
に接続され、さらに２ｅと２ｆが外部電極３ｂに接続さ
れた圧電効果素子が得られた。なお、無機物層６の接着
面積は約１．５ｍｍφとした。さらに、各積層チップコ
ンデンサ型焼結体５の電気的接続のため、リード線４ａ
，４ｂを高温ハンダでハンダ付けした。
型焼結体５を１０個接着した。接着する面に、ホウ硅酸
鉛系ガラスを主成分とし、有機系のバインダ、溶剤、可
塑剤の入った無機物ペーストをディスペンサーで塗布し
た後に、１０個を積み重ねた。この際、内部電極２ｃと
２ｄ，さらに２ｅと２ｆが同じ向きになるようにした。 約１５０℃で乾燥して無機物ペースト中の有機系の溶剤
を除去して、さらに約６８０℃で加熱することによりガ
ラスを焼成した。その結果、無機物と積層チップコンデ
ンサ型焼結体５中の圧電材料１とが接合することにより
、無機物層６を介して積層チップコンデンサ型焼結体５
を１０個重ねた構造で、無機物層６および反応層７をは
さんだ位置にある、内部電極２ｃと２ｄが外部電極３ａ
に接続され、さらに２ｅと２ｆが外部電極３ｂに接続さ
れた圧電効果素子が得られた。なお、無機物層６の接着
面積は約１．５ｍｍφとした。さらに、各積層チップコ
ンデンサ型焼結体５の電気的接続のため、リード線４ａ
，４ｂを高温ハンダでハンダ付けした。
【００１５】本構造素子５０個と、従来の構造の素子を
５０個とを、それぞれ４０℃、９０〜８５％Ｒ．Ｈ．の
条件下で１５０ＶＤ．Ｃ．を印加した耐湿負荷試験に投
入したところ、３０００ｈ経過後で、従来構造の素子は
３個の絶縁破壊不良が発生したのに対し、本発明による
構造の素子は、不良が発生しなかった。
５０個とを、それぞれ４０℃、９０〜８５％Ｒ．Ｈ．の
条件下で１５０ＶＤ．Ｃ．を印加した耐湿負荷試験に投
入したところ、３０００ｈ経過後で、従来構造の素子は
３個の絶縁破壊不良が発生したのに対し、本発明による
構造の素子は、不良が発生しなかった。
【００１６】また、マグネシウム・ニオブ酸−チタン酸
鉛系の電歪効果を示す材料を用いた電歪効果素子につい
ても同様の調査を試みたが、全く同様の効果が確認され
た。
鉛系の電歪効果を示す材料を用いた電歪効果素子につい
ても同様の調査を試みたが、全く同様の効果が確認され
た。
【００１７】なお、上記のガラスに５，１０，１５重量
％のアルミナを加えた無機物による接着層を設けた場合
も全く同様の効果が得られた。
％のアルミナを加えた無機物による接着層を設けた場合
も全く同様の効果が得られた。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電効果また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二つの外部電極のどちらかに接続
している積層チップコンデンサ構造の焼結体を、無機物
を介して２個以上積み重ねた構造を持つ圧電／電歪効果
素子において、ひとつの無機物層を介する２個の焼結体
それぞれの、全も無機物層に近い内部電極が、ともにお
なじ極の外部電極に接続されている構造を有することを
特徴とする圧電／電歪効果素子が得られるために、上記
それぞれの内部電極間には電界が生じず、無機物層と圧
電／電歪材料との反応層に電圧がかからないので、その
部分での絶縁破壊が防止でき、信頼性の高い圧電／電歪
効果素子が得られる、という効果がある。
電効果また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二つの外部電極のどちらかに接続
している積層チップコンデンサ構造の焼結体を、無機物
を介して２個以上積み重ねた構造を持つ圧電／電歪効果
素子において、ひとつの無機物層を介する２個の焼結体
それぞれの、全も無機物層に近い内部電極が、ともにお
なじ極の外部電極に接続されている構造を有することを
特徴とする圧電／電歪効果素子が得られるために、上記
それぞれの内部電極間には電界が生じず、無機物層と圧
電／電歪材料との反応層に電圧がかからないので、その
部分での絶縁破壊が防止でき、信頼性の高い圧電／電歪
効果素子が得られる、という効果がある。
【図１】本発明の一実施例の圧電／電歪効果素子の縦断
面図、およびその投影図である。
面図、およびその投影図である。
【図２】本発明の一実施例の圧電／電歪効果素子の製造
方法を示したフローチャートである。
方法を示したフローチャートである。
【図３】従来の積層チップコンデンサ構造の圧電／電歪
効果素子の縦断面図、およびその投影図である。
効果素子の縦断面図、およびその投影図である。
【図４】従来構造の圧電／電歪効果素子の一例の縦断面
図、およびその投影図である。
図、およびその投影図である。
【図５】図４の構造の素子の、電圧印加時の変形を示し
た縦断面図である。
た縦断面図である。
１ 圧電／電歪材料
２ａ〜２ｆ 内部電極
３ａ〜３ｂ 外部電極
４ａ，４ｂ リード線
５ 積層チップコンデンサ型焼結体６ 無
機物層 ７ 反応層。
機物層 ７ 反応層。
Claims (2)
- 【請求項１】 圧電効果また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二つの外部電
極のどちらかに接続している積層チップコンデンサ構造
の焼結体を、ガラスを主成分とする無機物層を介して２
個以上積み重ねた構造を持つ圧電／電歪効果素子におい
て、ひとつの無機物層を介する２個の焼結体それぞれの
、最も前記無機物層に近い内部電極が、ともにおなじ極
の外部電極に接続されている構造を有することを特徴と
する圧電／電歪効果素子。 - 【請求項２】 同一構造の焼結体の外部電極の向きが
交互になるよう積層されていることを特徴とする請求項
１記載の圧電／電歪効果素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3034904A JPH04274378A (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 圧電／電歪効果素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3034904A JPH04274378A (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 圧電／電歪効果素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04274378A true JPH04274378A (ja) | 1992-09-30 |
Family
ID=12427177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3034904A Pending JPH04274378A (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 圧電／電歪効果素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04274378A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006518934A (ja) * | 2003-02-24 | 2006-08-17 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | 電気的な多層構成部材及び層スタック |
| US7567020B2 (en) | 2007-03-07 | 2009-07-28 | Denso Corporation | Laminated piezoelectric element including adhesive layers having small thickness and high adhesive strength |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6428443A (en) * | 1987-07-24 | 1989-01-31 | Mitsubishi Electric Corp | Control device for air conditioner |
| JPH0271035A (ja) * | 1988-09-07 | 1990-03-09 | Hitachi Ltd | 空調機の毎日運転予約方法 |
| JPH0387544A (ja) * | 1989-08-31 | 1991-04-12 | Matsushita Refrig Co Ltd | 空気調和機の準備運転制御方法及び装置 |
-
1991
- 1991-03-01 JP JP3034904A patent/JPH04274378A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6428443A (en) * | 1987-07-24 | 1989-01-31 | Mitsubishi Electric Corp | Control device for air conditioner |
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| JP2012216874A (ja) * | 2003-02-24 | 2012-11-08 | Epcos Ag | 電気的な多層構成部材及び層スタック |
| US7567020B2 (en) | 2007-03-07 | 2009-07-28 | Denso Corporation | Laminated piezoelectric element including adhesive layers having small thickness and high adhesive strength |
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