JPH065794B2 - 電歪効果素子 - Google Patents
電歪効果素子Info
- Publication number
- JPH065794B2 JPH065794B2 JP57079037A JP7903782A JPH065794B2 JP H065794 B2 JPH065794 B2 JP H065794B2 JP 57079037 A JP57079037 A JP 57079037A JP 7903782 A JP7903782 A JP 7903782A JP H065794 B2 JPH065794 B2 JP H065794B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrostrictive effect
- effect element
- electrostrictive
- voltage
- electric field
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 12
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 241000981595 Zoysia japonica Species 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 1
- 239000005041 Mylar™ Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000010338 mechanical breakdown Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- ZBSCCQXBYNSKPV-UHFFFAOYSA-N oxolead;oxomagnesium;2,4,5-trioxa-1$l^{5},3$l^{5}-diniobabicyclo[1.1.1]pentane 1,3-dioxide Chemical compound [Mg]=O.[Pb]=O.[Pb]=O.[Pb]=O.O1[Nb]2(=O)O[Nb]1(=O)O2 ZBSCCQXBYNSKPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
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
- H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
-
- 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
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
- H10N30/508—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure adapted for alleviating internal stress, e.g. cracking control layers
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ュサである。具体
的に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率は
高い。また、歪の大きさは電界強度に関係し、電界強度
が大きい程発生する歪も大きい。
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ュサである。具体
的に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率は
高い。また、歪の大きさは電界強度に関係し、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。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。
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。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。
従って、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。
またこの電歪効果素子を駆動するための制御回路も、使
用されるＩＣの耐圧の制限のためあまり高い電圧を使用
することは出来ない。
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。
またこの電歪効果素子を駆動するための制御回路も、使
用されるＩＣの耐圧の制限のためあまり高い電圧を使用
することは出来ない。
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。この構造を第１図(a)，(b)に示
す。
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ップコンデンサ
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。
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ップコンデンサ
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、他の部分は変形せず、このため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にくい部
分との境界に大きな応力の集中が起こり、素子が機械的
に破壊する欠点がある。
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、他の部分は変形せず、このため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にくい部
分との境界に大きな応力の集中が起こり、素子が機械的
に破壊する欠点がある。
本発明の目的は上記従来素子の欠点を改善した電歪効果
素子を提供することにある。
素子を提供することにある。
本発明は積層チップコンデンサ型構造の電歪効果素子に
ついて、その積層方向に平行な側面上に各内部電極に平
行に溝を形成した構造である。
ついて、その積層方向に平行な側面上に各内部電極に平
行に溝を形成した構造である。
すなわち該素子の積層方向に垂直な断面において素子の
変形に関与しない周辺部の一部を取り除くことにより応
力集中を緩和させることによりく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を延ばし、さらに素子
の変位量も増大させることができた。
変形に関与しない周辺部の一部を取り除くことにより応
力集中を緩和させることによりく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を延ばし、さらに素子
の変位量も増大させることができた。
以下実施例に従って本発明の詳細な説明を行なう。
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
ック材料を用いて本発明の電歪効果素子を作製した。
酸鉛PbTiO3をモル比で９対１の割合で固溶させたセラミ
ック材料を用いて本発明の電歪効果素子を作製した。
本材料は大きな電歪効果を示すことがよく知られてい
る。
る。
本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方で
フィルム上に数100ミクロンの厚さにキャスティングし
グリーンシートを作製した。該シートを乾燥し、マイラ
ーフィルムから剥離し、所定の形状に切断した後、白金
ペーストを片面に印刷した。これらのシート数10枚積
層、圧着し、所定の形状に切断した。これを1200℃の温
度で焼結し、外部電極を形成し、まず図１の構造の積層
チップコンデンサ型電歪効果素子を得た。寸法は３mm×
３mm×10mmで、内部電極間々隔は250ミクロンである。
し、泥漿を作製した。この泥漿をドクターブレード方で
フィルム上に数100ミクロンの厚さにキャスティングし
グリーンシートを作製した。該シートを乾燥し、マイラ
ーフィルムから剥離し、所定の形状に切断した後、白金
ペーストを片面に印刷した。これらのシート数10枚積
層、圧着し、所定の形状に切断した。これを1200℃の温
度で焼結し、外部電極を形成し、まず図１の構造の積層
チップコンデンサ型電歪効果素子を得た。寸法は３mm×
３mm×10mmで、内部電極間々隔は250ミクロンである。
次に第２図に示すように、第１図に示したコンデンサ構
造の電歪効果素子の積層方向と垂直な側面上に幅0.1m
m、深さ0.1mmの溝を素子の周囲全体に2mmの間隔で入れ
た。外部電極は第１図と同様に内部電極間を電気的に並
列接続していることには変わりはない。しかし、溝を入
れることで外部電極は分割されてしまう。そこで溝によ
り分割された外部電極間を図示の様にリード線で電気的
に接続した。電歪効果素子では圧電素子とは異なり、極
性を持たない。従って印加する外部電界の極性が逆転し
ても常に電界方向に伸び変位を生じるため分割された外
部電極間のリード線による電気接続に際しては極性を問
題にする必要はない。
造の電歪効果素子の積層方向と垂直な側面上に幅0.1m
m、深さ0.1mmの溝を素子の周囲全体に2mmの間隔で入れ
た。外部電極は第１図と同様に内部電極間を電気的に並
列接続していることには変わりはない。しかし、溝を入
れることで外部電極は分割されてしまう。そこで溝によ
り分割された外部電極間を図示の様にリード線で電気的
に接続した。電歪効果素子では圧電素子とは異なり、極
性を持たない。従って印加する外部電界の極性が逆転し
ても常に電界方向に伸び変位を生じるため分割された外
部電極間のリード線による電気接続に際しては極性を問
題にする必要はない。
第３図は従来構造の電歪効果素子と本発明の素子に関す
る高さ方向（積層方向）変位量の印加電位依存性を示し
ている。印加電圧が等しい場合には本発明の電歪効果素
子の方が変位量の大きいことがわかる。なお前記溝は外
部電極を分割しないような位置に形成することも可能で
ある。
る高さ方向（積層方向）変位量の印加電位依存性を示し
ている。印加電圧が等しい場合には本発明の電歪効果素
子の方が変位量の大きいことがわかる。なお前記溝は外
部電極を分割しないような位置に形成することも可能で
ある。
実施例２ 実施例１に示した２種類の構造の素子に関して、最高電
圧250Ｖ、パルス巾1msの正弦波電圧パルスを繰り返し連
続的に印加した。その場合の変位量を寿命を第４図に示
す。
圧250Ｖ、パルス巾1msの正弦波電圧パルスを繰り返し連
続的に印加した。その場合の変位量を寿命を第４図に示
す。
従来構造の電歪効果素子は最大変位量が1.3ミクロン
で、かつ約25,000回程度の繰り返し印加パルス数に対し
て機械的に破壊した。一方本発明の電歪効果素子は最大
変位量が1.9ミクロンと大きく、かつ１億回の繰り返し
電圧パルスを連続的に印加しても破壊しなかった。
で、かつ約25,000回程度の繰り返し印加パルス数に対し
て機械的に破壊した。一方本発明の電歪効果素子は最大
変位量が1.9ミクロンと大きく、かつ１億回の繰り返し
電圧パルスを連続的に印加しても破壊しなかった。
以上２つの実施例から明らかな様に本発明による電歪効
果素子は変位量、寿命が共に従来構造の電歪効果素子に
より優れている。
果素子は変位量、寿命が共に従来構造の電歪効果素子に
より優れている。
第１図は従来構造の電歪効果素子の構造図。 第２図は本発明による構造の電歪効果素子の構造図。 第３図は本発明の電歪効果素子と従来の素子の変位量の
印加電圧依存性を示す図。 第４図は本発明の電歪効果素子と従来の素子の繰返しパ
ルス電圧印加と寿命の関係を示す図。 図において１は電歪材料、２は内部電極、３は外部電
極、４はリード線である。
印加電圧依存性を示す図。 第４図は本発明の電歪効果素子と従来の素子の繰返しパ
ルス電圧印加と寿命の関係を示す図。 図において１は電歪材料、２は内部電極、３は外部電
極、４はリード線である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 越智 篤 東京都港区芝五丁目33番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 矢野 健 東京都港区芝五丁目33番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 浜付 武重 東京都港区芝五丁目33番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 福井 泉 東京都港区芝五丁目33番１号 日本電気株 式会社内 (56)参考文献 実開 昭57−24756（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】電歪効果を示す材料と内部電極とが交互に
積層され一体に焼成された積層体であって、各内部電極
を一層おきに同一の外部電極に接続させた電歪効果素子
において、該素子の積層方向と平行な側面上に、各内部
電極と平行な溝を１個所以上形成する構造を特徴とする
電歪効果素子。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57079037A JPH065794B2 (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 |
| CA000427828A CA1206193A (en) | 1982-05-11 | 1983-05-10 | Multilayer electrostrictive element which withstands repeated application of pulses |
| AU14422/83A AU553391B2 (en) | 1982-05-11 | 1983-05-10 | Multilayer electrostrictive element |
| BR8302536A BR8302536A (pt) | 1982-05-11 | 1983-05-11 | Elemento eletrostritivo de camadas multiplas de alta resistencia |
| US06/493,583 US4523121A (en) | 1982-05-11 | 1983-05-11 | Multilayer electrostrictive element which withstands repeated application of pulses |
| KR1019830002025A KR860000255B1 (ko) | 1982-05-11 | 1983-05-11 | 다층 구조의 전왜소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57079037A JPH065794B2 (ja) | 1982-05-11 | 1982-05-11 | 電歪効果素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58196077A JPS58196077A (ja) | 1983-11-15 |
| JPH065794B2 true JPH065794B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=13678713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57079037A Expired - Lifetime JPH065794B2 (ja) | 1982-05-11 | 1982-05-11 | 電歪効果素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065794B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04214686A (ja) * | 1990-10-05 | 1992-08-05 | Nec Corp | 電歪効果素子 |
| DE102004031402A1 (de) * | 2004-06-29 | 2006-02-09 | Siemens Ag | Piezoelektrisches Bauteil mit Sollbruchstelle, Verfahren zum Herstellen des Bauteils und Verwendung des Bauteils |
| JP4911066B2 (ja) | 2007-02-26 | 2012-04-04 | 株式会社デンソー | 積層型圧電素子 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5930543Y2 (ja) * | 1980-07-16 | 1984-08-31 | 東北金属工業株式会社 | 積層型電歪駆動装置 |
-
1982
- 1982-05-11 JP JP57079037A patent/JPH065794B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58196077A (ja) | 1983-11-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3185226B2 (ja) | 圧電バイモルフ素子の駆動方法及び圧電バイモルフ素子 | |
| US4523121A (en) | Multilayer electrostrictive element which withstands repeated application of pulses | |
| EP0479328B1 (en) | Piezoelectric actuator | |
| US5073740A (en) | Laminate-type displacement element | |
| JPH0256830B2 (ja) | ||
| JPS6334636B2 (ja) | ||
| JPH065794B2 (ja) | 電歪効果素子 | |
| JPH0671102B2 (ja) | 電歪効果素子 | |
| JPH0451992B2 (ja) | ||
| JPH03138987A (ja) | 電歪効果素子 | |
| JP2779182B2 (ja) | 積層型圧電電歪素子 | |
| JPH0658978B2 (ja) | 圧電変位素子 | |
| JPH0519995B2 (ja) | ||
| JPH04337682A (ja) | 圧電効果素子および電歪効果素子 | |
| JPS61239682A (ja) | 積層型圧電バイモルフ素子の製造方法 | |
| JPH0353572A (ja) | 電歪効果素子 | |
| EP1107326A1 (en) | Laminated piezoelectric transducer | |
| JPH05243635A (ja) | 電歪効果素子の製造方法 | |
| JPH04352481A (ja) | 電歪効果素子の製造方法 | |
| JPH0279482A (ja) | 電歪効果素子及びその製造方法 | |
| JPH0353573A (ja) | 電歪効果素子 | |
| JPH04343281A (ja) | 電歪効果素子およびその製造方法 | |
| JPH02162782A (ja) | バイモルフ型変位素子の駆動方法 | |
| JP3116176B2 (ja) | 積層型圧電アクチュエータ | |
| JP2791838B2 (ja) | 積層型圧電アクチュエータおよびその製造方法 |