JPH0451992B2 - - Google Patents
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- JPH0451992B2 JPH0451992B2 JP57079035A JP7903582A JPH0451992B2 JP H0451992 B2 JPH0451992 B2 JP H0451992B2 JP 57079035 A JP57079035 A JP 57079035A JP 7903582 A JP7903582 A JP 7903582A JP H0451992 B2 JPH0451992 B2 JP H0451992B2
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- electrostrictive
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- internal electrode
- internal
- electrode
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電歪効果素子の構造に関するものであ
る。電歪効果素子とは固体の電歪効果を利用して
電気エネルギを機械エネルギに変換するトランス
デユサである。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等の電極を形成し、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変
換効果は高い。また、歪の大きさに電界強度に関
係し、電界強度が大きい程発生する歪も大きい。
る。電歪効果素子とは固体の電歪効果を利用して
電気エネルギを機械エネルギに変換するトランス
デユサである。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等の電極を形成し、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変
換効果は高い。また、歪の大きさに電界強度に関
係し、電界強度が大きい程発生する歪も大きい。
横効果を利用した電歪効果素子では一定の印加
電圧でも電界と垂直方向の寸法に比例した変位量
を得る事が可能であるが、しかしエネルギ変換効
率の高い縦効果を利用した電歪効果素子では外部
から印加する電圧を一定にして歪の発生する方向
の寸法を増すと、電界強度が低下するので変位量
は大きくならない。従つてこの場合に大きな変位
量を得るには電界強度が低下しない様に印加電圧
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。またト
ランスデユサを駆動するための制御回路も使用さ
れるICの耐圧が低いためあまり高い電圧を使用
することは出来ない。
電圧でも電界と垂直方向の寸法に比例した変位量
を得る事が可能であるが、しかしエネルギ変換効
率の高い縦効果を利用した電歪効果素子では外部
から印加する電圧を一定にして歪の発生する方向
の寸法を増すと、電界強度が低下するので変位量
は大きくならない。従つてこの場合に大きな変位
量を得るには電界強度が低下しない様に印加電圧
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。またト
ランスデユサを駆動するための制御回路も使用さ
れるICの耐圧が低いためあまり高い電圧を使用
することは出来ない。
このような欠点を改善するために積層チツプコ
ンデンサ型の構造が提案されている。この構造を
第１図ａ，ｂに示す。第１図ａにおいて電歪材料
１の内部に内部電極２が一定の間隔で形成されて
おり、一つおきに外部電極３と接続している。内
部電極の間隔は通常のチツプコンデンサの技術で
数10ミクロン程度にすることが出来る。この構造
を採用すると電極間距離がせまくなるため低電圧
で駆動可能な縦効果利用の電歪効果素子が実現出
来る。
ンデンサ型の構造が提案されている。この構造を
第１図ａ，ｂに示す。第１図ａにおいて電歪材料
１の内部に内部電極２が一定の間隔で形成されて
おり、一つおきに外部電極３と接続している。内
部電極の間隔は通常のチツプコンデンサの技術で
数10ミクロン程度にすることが出来る。この構造
を採用すると電極間距離がせまくなるため低電圧
で駆動可能な縦効果利用の電歪効果素子が実現出
来る。
ところで積層方向から見た透視図第１図ｂから
明らかな様に、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。従つて基本的には内部電極の重なつた部
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、素子全体としての変位量はその材
料が持つ固有の歪量より小さくなる欠点がある。
また、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ない部分との境界に応力
集中が起こり素子が機械的に破壊する欠点があ
る。
明らかな様に、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。従つて基本的には内部電極の重なつた部
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、素子全体としての変位量はその材
料が持つ固有の歪量より小さくなる欠点がある。
また、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ない部分との境界に応力
集中が起こり素子が機械的に破壊する欠点があ
る。
本発明は上記従来構造素子の欠点を改善した電
歪効果素子の構造に関するものである。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
を交互に積層してなる電歪効果素子において、各
内部電極の形状が該電歪効果素子の積層方向に垂
直な断面形状のうち、その外周部を含む一部分が
除去された形状であり、また各内部電極は前記除
去された部分が積層方向に対して、互いに隣合う
内部電極の間では重ならず、一層おきの内部電極
の間では重なるように積層され、当該電歪効果素
子側面上の前記除去された部分に対応する位置に
各内部電極を一層おきに接続する外部電極が形成
されていることを特徴とする。
歪効果素子の構造に関するものである。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
を交互に積層してなる電歪効果素子において、各
内部電極の形状が該電歪効果素子の積層方向に垂
直な断面形状のうち、その外周部を含む一部分が
除去された形状であり、また各内部電極は前記除
去された部分が積層方向に対して、互いに隣合う
内部電極の間では重ならず、一層おきの内部電極
の間では重なるように積層され、当該電歪効果素
子側面上の前記除去された部分に対応する位置に
各内部電極を一層おきに接続する外部電極が形成
されていることを特徴とする。
本発明の電歪効果素子は従来の積層チツプコン
デンサ構造の素子に比べ変形しない部分の面積を
小さくすることができるので変位量が従来構造素
子の２〜３倍あり、かつ電圧パルスを繰り返し印
加したときの素子寿命が著しく向上する。
デンサ構造の素子に比べ変形しない部分の面積を
小さくすることができるので変位量が従来構造素
子の２〜３倍あり、かつ電圧パルスを繰り返し印
加したときの素子寿命が著しく向上する。
次に実施例に従つて本発明素子の構造とその性
能について説明する。
能について説明する。
実施例 １
マグネシウムニオブ酸鉛Pb（Mg1/3Nb2/3）O3と
チタン酸鉛PbTiO3をモル比で９対１の割合で固
溶させたセラミツク材料を用いて本発明の電歪効
果素子効果を調べた。この材料は大きな電歪効果
を示すことがよく知られている。
チタン酸鉛PbTiO3をモル比で９対１の割合で固
溶させたセラミツク材料を用いて本発明の電歪効
果素子効果を調べた。この材料は大きな電歪効果
を示すことがよく知られている。
まず、この材料の予焼粉末と有機バインダー、
有機溶媒とを混合し、泥漿を作製した。この泥漿
をドクターブレード法でフイルム上に数100ミク
ロンの厚さにキヤステイングし、グリーンシート
を作製した。次に該シートを乾燥しマイラーフイ
ルムから剥離し、所定の形状に切断した後、白金
ペースを片面に印刷した。これらのシートを数10
枚積層、圧着し、所望の寸法に切断し、約1200℃
の温度で焼結した。
有機溶媒とを混合し、泥漿を作製した。この泥漿
をドクターブレード法でフイルム上に数100ミク
ロンの厚さにキヤステイングし、グリーンシート
を作製した。次に該シートを乾燥しマイラーフイ
ルムから剥離し、所定の形状に切断した後、白金
ペースを片面に印刷した。これらのシートを数10
枚積層、圧着し、所望の寸法に切断し、約1200℃
の温度で焼結した。
第２図は実施例の電歪効果素子の電極構造と積
層方法を示す図である。第２図に示すように矩形
の当該電歪効果素子の断面形状（積層方向に垂直
な面）に対し内部電極２２はこの素子断面形状の
外周部を含む一部分が除去された形状をしてい
る。さらにこの除去された部分が隣合う内部電極
の間では互い積層方向に重ならず、一層おきの内
部電極では積層方向に重なるように各内部電極と
グリーンシートを積層し、焼成した。なお２１は
電歪材料を示す。次に第３図ａ，ｂに実施例の電
歪効果素子の積層方向に平行な側面図（第３図
ａ）と積層方向からの透視図（第３図ｂ）を示
す。
層方法を示す図である。第２図に示すように矩形
の当該電歪効果素子の断面形状（積層方向に垂直
な面）に対し内部電極２２はこの素子断面形状の
外周部を含む一部分が除去された形状をしてい
る。さらにこの除去された部分が隣合う内部電極
の間では互い積層方向に重ならず、一層おきの内
部電極では積層方向に重なるように各内部電極と
グリーンシートを積層し、焼成した。なお２１は
電歪材料を示す。次に第３図ａ，ｂに実施例の電
歪効果素子の積層方向に平行な側面図（第３図
ａ）と積層方向からの透視図（第３図ｂ）を示
す。
第３図に示すように各内部電極３２における前
記素子断面形状の外周部を含む一部分が除去され
た位置に対応する当該電歪効果素子側面に銀ペー
ストの塗布、焼付により外部電極３３を形成し
た。この外部電極３３は各内部電極３２を一層お
きに接続している。外部電極３３からはそれぞれ
電極端子Ａ，Ｂを取り出した。この実施例の電歪
効果電子の寸法は３mm×３mm×10mmで内部電極間
の距離は250ミクロンである。また内部電極の重
なり面積は約92％である。
記素子断面形状の外周部を含む一部分が除去され
た位置に対応する当該電歪効果素子側面に銀ペー
ストの塗布、焼付により外部電極３３を形成し
た。この外部電極３３は各内部電極３２を一層お
きに接続している。外部電極３３からはそれぞれ
電極端子Ａ，Ｂを取り出した。この実施例の電歪
効果電子の寸法は３mm×３mm×10mmで内部電極間
の距離は250ミクロンである。また内部電極の重
なり面積は約92％である。
外形寸法が全くこれと等しく、内部電極の面積
のみが異なる第１図に示す様な従来の積層チツプ
コンデンサ型電歪効果素子も同時に試作した。こ
の素子の電極の重なり面積は素子断面積の84％で
ある。
のみが異なる第１図に示す様な従来の積層チツプ
コンデンサ型電歪効果素子も同時に試作した。こ
の素子の電極の重なり面積は素子断面積の84％で
ある。
素子の外部電極から取り出した電極端子Ａ，Ｂ
間に直流電圧を印加して、電歪の縦効果により発
生する変位量の測定を上記２種類の素子に関して
行なつた。結果を第４図に示す。この図から明ら
かな様に同一電圧に対して、本発明構造の素子は
従来の素子と比較して変位量が２〜３倍大きい。
間に直流電圧を印加して、電歪の縦効果により発
生する変位量の測定を上記２種類の素子に関して
行なつた。結果を第４図に示す。この図から明ら
かな様に同一電圧に対して、本発明構造の素子は
従来の素子と比較して変位量が２〜３倍大きい。
実施例 ２
実施例１で用いた２種類の素子に最高電圧
250Vパルス巾1msの正弦波電圧パルスを繰返し
連続的に印加して素子の寿命試験を行なつた。第
５図にその結果を示す。従来構造の素子は最大変
位量が1.3ミクロンでかつ25000回程度の印加パル
ス数に対して破壊した。これに対して本発明構造
の素子は変位が４ミクロンで、約１億回の繰り返
し電圧パルスの印加に対しても破壊しなかつた。
250Vパルス巾1msの正弦波電圧パルスを繰返し
連続的に印加して素子の寿命試験を行なつた。第
５図にその結果を示す。従来構造の素子は最大変
位量が1.3ミクロンでかつ25000回程度の印加パル
ス数に対して破壊した。これに対して本発明構造
の素子は変位が４ミクロンで、約１億回の繰り返
し電圧パルスの印加に対しても破壊しなかつた。
なお本発明の電歪効果素子はその内部電極構造
が第２図、第３図に示したものに限られず、第６
図、第７図ａ，ｂに示した内部電極の構造におい
てもその効果が失われることはない。
が第２図、第３図に示したものに限られず、第６
図、第７図ａ，ｂに示した内部電極の構造におい
てもその効果が失われることはない。
以上の実施例から明らかなとおり本発明の電歪
効果素子は従来の素子に比べ変位量が大きく、繰
り返し電圧パルス印加に対する寿命が著しく長い
優れた特徴を有している。
効果素子は従来の素子に比べ変位量が大きく、繰
り返し電圧パルス印加に対する寿命が著しく長い
優れた特徴を有している。
第１図は従来の積層チツプコンデンサ型構造の
電歪効果素子を示す図。第２図は本発明による電
歪効果素子の電極形状を示す図。第３図は本発明
の電歪効果素子の構造を示す図。第４図は本発明
電歪効果素子と従来素子の電圧と変位の関係を示
す図。第５図は本発明電歪効果素子と従来素子の
繰り返し電圧パルス印加による寿命を示す図。第
６図、第７図は本発明の電歪効果素子の電極形状
に関する他の実施例を示す図。 各図において１，２１，３１，は電歪材料。
２，２２，３２は内部電極。３，２３，３３は外
部電極である。
電歪効果素子を示す図。第２図は本発明による電
歪効果素子の電極形状を示す図。第３図は本発明
の電歪効果素子の構造を示す図。第４図は本発明
電歪効果素子と従来素子の電圧と変位の関係を示
す図。第５図は本発明電歪効果素子と従来素子の
繰り返し電圧パルス印加による寿命を示す図。第
６図、第７図は本発明の電歪効果素子の電極形状
に関する他の実施例を示す図。 各図において１，２１，３１，は電歪材料。
２，２２，３２は内部電極。３，２３，３３は外
部電極である。
Claims (1)
- １ 電歪効果を示す材料と内部電極とが交互に積
層され一体に焼成された積層焼結体からなる電歪
効果素子において、各内部電極の形状が該電歪効
果素子の積層方向に垂直な断面形状のうちその外
周部を含む一部分が除去された形状であり、また
各内部電極はその除去された部分が積層方向に対
して、互いに隣合う内部電極の間では重ならず、
一層おきの内部電極の間では重なるように積層さ
れ、当該電歪効果素子側面上の前記除去された部
分に対応する位置に各内部電極を一層おきに接続
する外部電極が形成されていることを特徴とする
電歪効果素子。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57079035A JPS58196075A (ja) | 1982-05-11 | 1982-05-11 | 電歪効果素子 |
| DE8383104556T DE3378393D1 (en) | 1982-05-11 | 1983-05-09 | Multilayer electrostrictive element which withstands repeated application of pulses |
| EP83104556A EP0094078B1 (en) | 1982-05-11 | 1983-05-09 | Multilayer electrostrictive element which withstands repeated application of pulses |
| AU14422/83A AU553391B2 (en) | 1982-05-11 | 1983-05-10 | Multilayer electrostrictive element |
| CA000427828A CA1206193A (en) | 1982-05-11 | 1983-05-10 | Multilayer electrostrictive element which withstands repeated application of pulses |
| US06/493,583 US4523121A (en) | 1982-05-11 | 1983-05-11 | Multilayer electrostrictive element which withstands repeated application of pulses |
| BR8302536A BR8302536A (pt) | 1982-05-11 | 1983-05-11 | Elemento eletrostritivo de camadas multiplas de alta resistencia |
| KR1019830002025A KR860000255B1 (ko) | 1982-05-11 | 1983-05-11 | 다층 구조의 전왜소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57079035A JPS58196075A (ja) | 1982-05-11 | 1982-05-11 | 電歪効果素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58196075A JPS58196075A (ja) | 1983-11-15 |
| JPH0451992B2 true JPH0451992B2 (ja) | 1992-08-20 |
Family
ID=13678659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57079035A Granted JPS58196075A (ja) | 1982-05-11 | 1982-05-11 | 電歪効果素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58196075A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0831631B2 (ja) * | 1987-12-02 | 1996-03-27 | 日本電気株式会社 | 電歪効果素子 |
| JP2707586B2 (ja) * | 1988-04-15 | 1998-01-28 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 一体型ピエゾスタック |
| JP4376943B2 (ja) * | 1997-05-16 | 2009-12-02 | セイコーインスツル株式会社 | 超音波モータ及び超音波モータ付電子機器 |
| WO2000038252A1 (fr) * | 1998-12-18 | 2000-06-29 | Denso Corporation | Corps multicouche piezoelectrique |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4986816A (ja) * | 1972-12-26 | 1974-08-20 | ||
| JPS50119269A (ja) * | 1974-03-06 | 1975-09-18 | ||
| JPS5379488A (en) * | 1976-12-24 | 1978-07-13 | Ngk Spark Plug Co | Piezooelectric element |
| JPS5669999A (en) * | 1979-11-09 | 1981-06-11 | Seiko Epson Corp | Laminated piezoelectric element |
| JPS56124224A (en) * | 1980-03-05 | 1981-09-29 | Tdk Electronics Co Ltd | Laminated condenser and condenser assembly |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5166756U (ja) * | 1974-11-21 | 1976-05-26 | ||
| JPS603589Y2 (ja) * | 1978-11-15 | 1985-01-31 | 日本特殊陶業株式会社 | 圧電磁器積層体又は誘電磁器積層体用配線部材 |
-
1982
- 1982-05-11 JP JP57079035A patent/JPS58196075A/ja active Granted
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4986816A (ja) * | 1972-12-26 | 1974-08-20 | ||
| JPS50119269A (ja) * | 1974-03-06 | 1975-09-18 | ||
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| JPS56124224A (en) * | 1980-03-05 | 1981-09-29 | Tdk Electronics Co Ltd | Laminated condenser and condenser assembly |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58196075A (ja) | 1983-11-15 |
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