JPS6086880A - 電歪効果素子 - Google Patents

電歪効果素子

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JPS6086880A
JPS6086880A JP58195739A JP19573983A JPS6086880A JP S6086880 A JPS6086880 A JP S6086880A JP 58195739 A JP58195739 A JP 58195739A JP 19573983 A JP19573983 A JP 19573983A JP S6086880 A JPS6086880 A JP S6086880A
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electrostrictive
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栄一 佐藤
Izumi Fukui
福井　泉
Osamu Inui
乾　治
Takeshi Yano
健 矢野
Sadayuki Takahashi
高橋　貞行
Atsushi Ochi
篤 越智
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04—Constructional details
    • H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
    • 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

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】 本発明は縦効果を利用した電歪効果素子に関する。
第１図（ａ）は従来の電歪効果素子を示すものである。
この電歪効果素子は母材としてジルコンチタン酸鉛、マ
グネシウムニオブ酸鉛等電歪材料より成りておシ、内部
に金属膜より成り、電歪効果素子の断面と同面積で端面
が電歪効果素子の側面に露出している複数個の内部電極
２及び２′を有している。内部電極２及び２′社、１つ
おきに各々外部電極端子Ａ及びＢに接続されている。外
部電極Ａ。
３間に正負の電圧が印加されると、前記内部電極２及び
τにはさまれる前記電歪材料内（以後内部電極２及びτ
にはさまれる電歪材料の部分を電歪効果層１０と呼ぶ）
に電界３及び３′を生じる。電界３及び３’によシ、そ
れぞれの電歪効果層１０唸電歪材料の縦効果による電歪
効果素子の長手方向に伸び歪を発生する。ここに、電界
３及び３′の方向は１８０度異なるが電歪材料の縦効果
による伸び歪は相加されて全体として素子の長手方向に
伸び歪６１を発生する。一方、電界３及び３′による電
歪材料の横効果によ如縮み歪ε２も同時に発生する。こ
の電歪効果素子の構造的特徴はこの素子の上部及び下部
に各々厚さｂ６１ｐｈ６２’に有する。電界のかからな
い保護層（以後、ダミ一層２ｏと呼ぶ）を有し、ダミ一
層２０を除いて実質的に同一の電極間隔ｈ１を有するこ
とである。このダミ一層２゜は電歪効果素子を歪提供物
として有効である。即ち、電歪効果素子と外部との絶縁
をはかることが可能であると共に、接着等、他の物体へ
の取υ付部として利用することができる。
第１図（ｂ）には同図（ａｌの構成を有する電歪効果素
子に取り付けられている外部電極端子Ａ、Ｂ間に直流電
圧を印加した場合のこの電歪効果素子の歪変形を破線で
表わす。ここに前記電歪材料の横効果による縮み変位ε
２は電歪効果素子の長手方向中央部の縮み歪に比べ、そ
の上端及び下端部に近いほど小さくなっており、前記電
歪材料の縦効果による伸び歪Ｃ１は、中央で最大とな電
歪ε□の分布がｔ’！Ｅｉ円弧状となるたわみ変形とな
る。とれは電歪効果素子が上端部及び下端部に電界の印
加されないダミ一層２（ｌ有することによるもので、ダ
ミ一層がなければ縦効果による伸び歪ｔ１及び横効果に
よる縮み歪ε２は一様の値となるものである。即ち、ダ
ミ一層２０に隣接している電歪効果層１０においては電
界が印加されると矢印Ｓ□力方向電歪材料の横効果によ
る力が発生し矢印Ｓ１方向に縮もうとするが、ダミ一層
２０においては電界が印加されないため前記電歪材料の
縦効果及び横効果による伸び歪及び縮み歪を発生しない
。
このためダミ一層２０に隣接している電歪効果層１０に
発生する前記横効果による縮み変位ε２を抑制すること
となυ、その結果、電歪効果層１０とダミ一層２０との
界面に矢印Ｓ２方向にせん断心力集中が発生し、割れ等
の機械的破壊が生ずる要因全盲するという欠点がある。
本発明の目的は、機械的破壊の要因となるせん断応力の
集中を緩和し、寿命信頼性の高い電歪効果素子を提供す
ることにある。
本発明は、電歪効果層とこれとほぼ同じ接触面積を有す
る内部電極とを交互に積層し、その両端の内部電極にこ
れとほぼ同じ接触面積の電歪材料から成る保護層を接触
させ、前記内部電極によりて前記電歪効果層に電界を印
加する電歪効果素子において、前記電歪効果層の厚さの
最小値の１．１倍以上の層厚を有する電歪効果層を一層
以上有することｔ−特徴とするものである。
第２図（ａ）は本発明の第一の実施例を示すもので。
この素子は前記電歪材料よ構成）内部に金属膜よ構成）
素子の断面と同面積で端面がこの素子の側面に露出して
いる内部電極２及びグを有している。
内部電極２及び２は１つおきに各々外部電極端子Ａ及び
ＢＩ／ｃ接続されておル、外部電極端子Ａ、Ｂ間に正負
の電圧が印加されると内部電極２及び２′にはさまれる
電歪材料内、即ち電歪効果層１ｏ及び１１に、電界３及
び３′ヲ生じる。この電歪効果素子は、上端部及び下端
部にそれぞれ電界のかがらないダミ一層２０を有してお
シ、ダミ一層２゜に隣接している電歪効果層１０にそれ
ぞれ前記電界を印加するための内部電極２及び２′の間
隔ａｔは他の電歪効果層１１にそれぞれ前記電界を印加
するための内部電極２及びグの間隔ｔのａ倍（ａ〉１）
である。
電界３及び３′が印加されると、電歪効果層１０及び１
１は電歪材料の縦効果によりとの電歪効果素子の長手方
向にそれぞれ伸び歪を発生しこの伸び歪は相加されて全
体として伸び歪６．１−発生すると同時に電歪材料の横
効果によシ矢印Ｓ工方向に縮み歪ε２ｔ−発生するが、
ダミ一層２０は電界が印加されないため電歪材料の縦効
果及び横効果による伸び歪及び縮み歪を発生しない。こ
のため、電歪効果層１０に発生する前記横効果による縮
み歪ε２ｔ−抑制し、電歪効果層１０とダミ一層２０と
の界面にせん断心力集中が発生するが、ダミ一層２０に
隣接する電歪効果層１０の層厚を他の電歪効果層１１の
層厚のａ倍（ａ　）　１　）としていることＫより、電
歪効果層１０の印加電界は他の電歪効果層１１の印加電
界の’／ａの大きさとなシ、前記電歪材料の横効果によ
る縮み歪ε２を小さくすることによシミ歪効果層１０と
ダミ一層２０との界面に発生するせん断心力集中を緩和
することが可能となる。
第２図（ｂｌは同図偉）の電歪効果素子の斜線部即ち１
／４区間を示すもので、電歪効果層１ｏとダミ一層２０
との界面に発生するせん断応力をめるための解析モデル
である。電歪効果層１１の厚さｔ＝　２３０４ｍ％ダξ
一層２０の層厚ｈｏ１　（＝ｈｏ２）　＝０．５■、電
歪効果層１ｏの厚さを電歪効果層１１の層厚のａ倍とし
、外部電極端子Ａ、Ｂ間に直流電圧２００ボルト印加し
た時の、電歪効果層１ｏとダミ一層２０との界面（断面
積＝６−９幅２ｍ＝３雪、奥行ｎ−＝２＝）に発生する
せん断応カの値を第２図（Ｃ）Ｋ示す。第２図（Ｃ）に
於いてａ＝１の場合が従来の電歪効果素子、即ち内部電
極２及び２′の間隔が全て等しい場合に相当し、この場
合の電歪効果層１０とダミ一層２０との界面に発生する
せん断応力の最大値は８４η程度である。ここに、電歪
効果層１ｏの層厚を電歪効果層１１の層厚の２倍及び３
倍とした場合（ａ＝２及びａ＝３）前記せん断応力の最
大値はそれぞれ３８％汲び１９１庭なり、内部電極２及
びτの間隔が食上等しい従来の電歪効果素子の場合と比
べ（ａ＝１）約１／！及び１／４に軽減されていること
が明らかである。
以上の解析例からも明らか左様に第２図（ａｌＫ示す構
成を有する電歪効果素子は、前記せん断応力を軽減する
ことが可能で、信頼性向上の効果があると共に、ダミ一
層２０に隣接しているそれぞれの電歪効果層１０に電界
を印加するための内部電極２及び２′の間隔だけを他の
内部電極２及びτの間隔と変えているので、電歪効果素
子の製作にかかる工数の点からも、従来と殆んど変わら
ない。
第３図は本発明の電歪効果素子の第二の実施例を示すも
のである。この素子は前記電歪材料よシ成シ、内部に内
部電極２及び２′ヲ有している。内部電極２及びτの間
隔は、この素子の両端部に近いほど大きくなっておシ内
部電極２及び２′は１つおきに各々外部電極端子Ａ″！
したはＢに接続されてると電歪効果層１０及び１１はそ
れぞれ電歪材料の縦効果及び横効果によシ伸び歪及び縮
み歪を発生するが、ダミ一層２０には電界が印加されな
いため前記電歪材料の効果による歪を発生せず、電歪効
果層の特に前記縮み変位を抑制し、その結果、この素子
の内部（各層の界面）Ｋせん断応力が発生するが、各々
のダミ一層２０に近いｎど、電歪効果層１０及び１１の
層厚が大きい構成となっていることがら印加電界は小さ
く、前記電歪材料の横効果による縮み歪も各々のダミ一
層２０に近いほど小さくなる。このため前記せん断応力
を軽減できるという効果がある。
本発明によれば、機械的破壊の要因となるせん断応力の
集中を緩和し、寿命信頼性の高い電歪効果素子が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
示す斜視図、説明図９％性図、第３図は本発明の第二の
実施例を示す構成図である。 ４２′・・・・・・内部電極、３．３’・・・・・・電
界、１０，１１・・・・・・電歪効果層、２０・・・・
・・保護層。 ε１ （０−） （トノ を２＠ｃ夙） ＣＣ）

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　電歪効果層とこれと１１．は同じ接触面積を有
    する内部電極とを交互に積層し、その両端の内部電極に
    これとほぼ同じ接触面積の電歪材料から成る保護層を接
    触させ、前記内部電極によって前記電歪効果層に電界を
    印加する電歪効果素子において、前記電歪効果層の厚さ
    の最小値の１．１倍以上の層厚を有する電歪効果層を一
    層以上有することをｑ＃徴とする電歪効果素子。 （２、特許請求の範囲第（１）項記載の電歪効果素子に
    おいて、中央部の前記電歪効果層の厚さが最小であル前
    記保護層に近い電歪材料層はど層厚が大きいことを！Ｆ
    ｉ、ｇＬとする電歪効果素子。
JP58195739A 1983-10-19 1983-10-19 電歪効果素子 Granted JPS6086880A (ja)

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DE8484112592T DE3468789D1 (en) 1983-10-19 1984-10-18 Electrostriction transducer comprising electrostriction layers of axially varied thicknesses
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