JPH05218519A - 電歪効果素子 - Google Patents

電歪効果素子

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JPH05218519A
JPH05218519A JP4017342A JP1734292A JPH05218519A JP H05218519 A JPH05218519 A JP H05218519A JP 4017342 A JP4017342 A JP 4017342A JP 1734292 A JP1734292 A JP 1734292A JP H05218519 A JPH05218519 A JP H05218519A
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JP
Japan
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electrostrictive effect
effect element
electrostrictive
conductive member
external electrodes
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JP4017342A
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English (en)
Inventor
Tomoji Arai
智次 荒井
Kazumasa Oya
和政 大家
Masahiro Kondo
正博 近藤
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】積層セラミックコンデンサ型の電歪効果素子に
ついて、電圧印加時の内部応力による外部電極切れを防
ぐ。 【構成】電歪材料1の内部の内部電極2a,2bがそれ
ぞれ外部電極3a,3bに接続している積層セラミック
型の電歪効果素子が、複数個積み重ねられ接着剤4によ
り接着され、それぞれの外部電極3a間、3b間は金属
板6が熱収縮チューブ7によっておしつけられることに
より電気的に接続した構造を有している。 【効果】構造が単位電歪効果素子の積み重ねになってい
る繰返し駆動に対する素子の破断が起こりにくく、また
電圧印加時の素子側面の変形を拘束しないので、外部電
極間に内部応力が生じないため、外部電極の断線を防ぐ
ことができ、信頼性を向上させる効果がある。

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
その積層の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】電歪効果素子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。この
際、電界と平行方向に発生する歪(縦効果歪)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、電極
間隔を狭くし、これを複数積層して大きな歪を得られる
ようにしたものに積層セラミックコンデンサ型の電歪効
果素子がある。
【0003】この積層セラミックコンデンサ型の電歪効
果素子において、より大きな歪を得るためには積層数を
多くすることが考えられる。しかし、積層数の多いもの
は製造技術的に困難であり、かつ製造コスト等の関係で
限界がある。このため、通常は、積層セラミックコンデ
ンサ型の電歪効果素子を複数個積み重ねた構造が用いら
れている。
【0004】図3は従来の積層セラミックコンデンサ型
の電歪効果素子を複数個積み重ねた構造の電歪効果素子
の縦断面図である。電歪材料1の内部に内部電極2a,
2bを一定の間隔で形成した積層セラミックコンデンサ
型の電歪効果素子が、接着剤4によって接着され複数個
積み重ねられている。また、内部電極2a,2bはそれ
ぞれ側面に形成された外部電極3a,3bに接続されて
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図4(a)は従来の積
層セラミックコンデンサ型の電歪効果素子の縦断面図で
ある。外部電極3a,3b間に電圧を印加した際、図中
Xで示した素子中央部は内部電極2a,2bによって電
界がかかり歪が生じるが、図中Yで示した素子側面部は
電界がかからないため歪が生じない。このため、電圧印
加による素子の変形は図4(b)のように端面において
素子中央が凸の形状となる。
【0006】図4(c)は従来の積層セラミックコンデ
ンサ型の電歪効果素子を複数個積み重ねた構造の電歪効
果素子の縦断面図の一部である。個々の積層セラミック
コンデンサ型の電歪効果素子の端面が接着剤4によって
拘束されているため、この構造の素子に電圧を印加する
と図4(d)の様に素子側面で引張応力が生じる。通常
接着剤4は柔らかい樹脂を用いているので素子側面の応
力に追従して変形するが、外部電極3a,3bは金属粉
を有機溶媒に溶かしてペースト状にしたものを塗布、焼
成してつくる金属薄膜であるためにこの応力によって断
線し易い。このため従来構造の電歪効果素子では電圧印
加によって外部電極が断線し動作不良を起こし易いとい
う問題点があった。
【0007】本発明の目的は、電圧印加時の内部応力に
よる外部電極の切れを防ぎ、信頼性の高い電歪効果素子
を提供することにある。
【0008】
【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なる
積層セラミック型電歪効果素子を一つの単位とし、前記
一単位電歪効果素子のそれぞれの外部電極が、その外側
に位置し外力が加えられた導電性部材により電気的に接
続されていることを特徴として構成される。
【0009】又、導電性部材としては金属板,金属線,
ゴム状の導電性部材を用いることを特徴とする。
【0010】又外力としては熱収縮チューブの収縮力を
用いること特徴として構成される。
【0011】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の第1の実施例による電歪効果素子の
縦断面図である。チタン酸ジルコン酸鉛系の電歪材料1
の予焼粉末に有機溶媒、バインダ、可塑剤を添加してド
クターブレード法によってグリーンシートを作成する。
このグリーンシート上に白金粉末を主成分とする内部電
極2a,2bをスクリーン印刷し、所定形状に切断し、
所定枚数積層して熱圧着した後1100℃で焼成する。
さらに、内部電極2a,2bの端が露出する一対の側面
に銀粉末を主成分とする外部電極ペーストを塗布、焼成
して、外部電極3a,3bを形成して積層セラミックコ
ンデンサ型の電歪効果素子を作成する。
【0012】次に、この積層セラミックコンデンサ型の
電歪効果素子を所定個数エポキシ系の接着剤4により接
着する。次に、外部電極3a,3bが形成されている側
面に、あらかじめリード線5を取り付け、金メッキを施
した銅製などの金属板6をあてがい、熱収縮チューブ7
をかぶせる。これを熱風で収縮させて金属板6を外部電
極3a,3bに密着させる。
【0013】本発明の電歪効果素子に電圧150V、周
波数30Hzのパルス状の電圧を印加して動作を確認し
たところ、従来構造の電歪効果素子が1000時間で約
10%の外部電極断線による動作不良が起こるのに対
し、本発明による電歪効果素子は2000時間でも正常
に動作することを確認した。
【0014】図2は本発明の第2の実施例の縦断面図で
ある。第2の実施例では、第1の実施例と同様の方法で
積層セラミック型の電歪効果素子を作成し、所定個数積
み重ねて接着剤4により接着する。
【0015】次に、一方の端に位置する積層セラミック
型の電歪効果素子の外部電極3a,3bにリード線5を
半田付けする。次に、外部電極3a間,3b間にわたっ
てスチールウール8をあてがい、熱収縮チューブ7をか
ぶせる。これに、熱風で収縮させ、スチールウール8を
外部電極3a,3bに密着させる。
【0016】外部電極間の接続にスチールウールを用い
たことにより、第1の実施例の金属板を用いた場合に比
べ、外部電極との密着性が良くなり、電気的な接続の信
頼性が増す。
【0017】図3は本発明の第3の実施例の縦断面図で
ある。チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミ
ック粉末と有機バインダと溶剤とを混合した泥漿をスリ
ップキャスティングにより成膜,乾燥した80μm厚さ
のグリーンシート上にパラジウムを30%混合した銀・
パラジウム粉末をビヒクルに分散させたペーストをスク
リーン印刷により印刷・成形した。
【0018】このシートを30枚積層し、最後にペース
トを印刷していないグリーンシートを重ね、120℃で
200Kgf/cmの圧力を加え、熱圧着し、一体化し
た後、所定の大きさに切断する。これを1000℃で2
時間焼成しグリーンシートを電歪材料1に、銀・パラジ
ウム粉末を内部電極2とした。内部電極2が露出してい
る部分に銀粉末とガラスフリット粉末を5%含むペース
トを塗布し、800℃で一時間焼成し、外部電極3と
し、縦,横5mm,厚さ2mmの単位の電歪効果素子と
した。
【0019】次に、この単位電歪効果素子を外部電極3
a,3bを同一方向にそろえて5個積み重ね、カーボン
を分散した導電性ゴム9を外部電極3a,3bの上に重
ね、その上からフッ素樹脂性の熱収縮チューブ7を被せ
て200℃で15分間加熱し、収縮させ全体を保持す
る。
【0020】リード線5は導電性ゴム9と熱収縮性チュ
ーブ7の間にはさみ込むことにより固定し、電気的に接
続する。
【0021】図4に本実施例の電歪効果素子に電圧を印
加した様子を示す縦断面図を示す。図より明らかなよう
に本実施例では、全体が複数個の単位電歪効果素子に分
割されているので、個々の電歪効果素子の端面の凸面状
になる程度は、従来の電歪効果素子に比べ小さくなって
いる。さらに圧電活性部X,圧電不活性部Yとの境界の
応力も小さくなっている。
【0022】図5は本発明の第4の実施例の斜視図であ
る。図5に示すように単位電歪効果素子は実施例3と同
様の製造方法、および構造である。単位電歪効果素子を
外部電極を同一方向にそろえて5個積み重ね、金,銀,
白金,ニッケルを分散した導電性ゴム9を外部電極の上
に重ねた後、断面がコの字のポリカーボネート製のホル
ダー10で導電性ゴム9の上からはさみ込み、全体を支
えている。
【0023】なお、第3,第4の実施例では導電性ゴム
を導電性部材として使用しているので、電圧印加時に単
位の電歪効果素子の端面が凸面になって、すきまがあい
ても、ゴムの弾性によって接続が切断させることはな
く、また第4の実施例の如くホルダーで容易に電気的接
続をとることができる。
【0024】次に、従来の電歪効果素子と本発明の第3
の実施例について電圧を印加し、繰り返し駆動回数と不
良率の関係を図6に示した。外形は両方とも断面5mm
×5mm,長さ20mmで、0〜150Vのサイン波を
30Hzの周期で印加したもので、上幅に改善されたこ
とを示している。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明は電歪効果素
子を複数個の素子に分割し、それらの個々の外部電極を
金属板、スチールウール,導電性ゴムなどの導電性部材
で接続し、これを熱収縮チューブなどによって密着させ
る構造としたので、まず単位電歪効果素子の高さが低く
なっているため、圧電活性部と圧電不活性部の境界に発
生する内部応力が小さくなり繰り返し駆動による素子の
破断が生じにくくなる。
【0026】また、上記構造は電圧印加時の素子側面の
変形を拘束しないようにすることができるので、外部電
極間に内部応力が生じないため、外部電極の断線を防ぐ
ことができ、信頼性を向上させるという効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の電歪効果素子の縦断面
図である。
【図2】本発明の第2の実施例の電歪効果素子の縦断面
図である。
【図3】本発明の第3の実施例の電歪効果素子の縦断面
図である。
【図4】本発明の第3の実施例に電圧を印加したときの
変形を示す縦断面図である。
【図5】本発明の第4の実施例の電歪効果素子の斜視図
である。
【図6】本発明の第3の実施例と従来の電歪効果素子の
繰り返し駆動による不良率を示すグラフである。
【図7】従来構造の電歪効果素子の縦断面図である。
【図8】従来の積層セラミック型電歪効果素子の縦断面
図,電圧を印加したときの変形を示す縦断面図,積層し
た電歪効果素子の一部縦断面図,おび電圧を印加した際
の様子を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 電歪材料 2a,2b 内部電極 3a,3b 外部電極 4 接着剤 5 リード線 6 金属板 7 熱収縮チューブ 8 スチールウール 9 導電性ゴム 10 ホルダー

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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
    接続してなる積層セラミック型電歪効果素子を一つの単
    位とし、前記一単位の電歪効果素子を複数個積み重ねて
    積層体とし、該積層体の単位電歪効果素子のそれぞれの
    外部電極が、その外側に位置し外力が加えられた導電性
    部材により電気的に接続されていることを特徴とする電
    歪効果素子。
  2. 【請求項2】 前記導電性部材が金属板又は金属線又は
    ゴム状の導電性部材であることを特徴とする請求項1記
    載の電歪効果素子。
  3. 【請求項3】 前記導電性部材の金属線がスチールウー
    ムであること特徴とする請求項2記載の電歪効果素子。
  4. 【請求項4】 前記導電性部材のゴム状の導電性部材が
    導電性材料としてカーボンを含むことを特徴とする請求
    項2記載の電歪効果素子。
  5. 【請求項5】 前記導電性部材のゴム状の導電性部材が
    導電性材料として金,銀,ニッケル,白金のうちのいず
    れか、又はこれらの合金を含むことを特徴とする請求項
    2記載の電歪効果素子。
  6. 【請求項6】 前記外力が熱収縮チューブの収縮力であ
    ることを特徴とする請求項1記載の電歪効果素子。
  7. 【請求項7】 前記外力がコの字型のホルダーであるこ
    とを特徴とする請求項1記載の電歪効果素子。
JP4017342A 1992-02-03 1992-02-03 電歪効果素子 Pending JPH05218519A (ja)

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