JPH03191583A - 電歪効果素子 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電歪効果素子の構造に関するものである。

〔従来の技術〕

電歪効果素子とは固体の電歪効果を利用して、電気エネ
ルギーを機械エネルギーに変換するトランスデユーサで
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。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。

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。この構造の縦断面図を第３図（
ａ）、内部電極の投影図を第３図（ｂ）に示す。

第３図（ａ＞において電歪材料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、３ｂ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
な縦効果利用の電歪効果素子が実現できる。

ところで積層方向からみた投影図第３図（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。

このような従来素子の欠点を改善するために積層チップ
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な側面上に各内部
電極に平行に溝（以降スリットと称す）を形成する構造
がある（特開昭５８−１９６０７７）、第４図にこの構
造の素子の縦断面図を示す、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て、電
圧を繰り返しパルス印加に対して機械的破壊に至るまで
の寿命を伸ばし、さらに素子の変位も増大させることが
できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来、スリットは焼成後にダイヤモンドカッター等を用
いて機械加工によって形成していた。この場合スリット
の幅を狭く形成することは技術的に困難であるために、
約０．１ｍｍ程度の比較的幅の広いスリットを形成して
いたが、スリットの幅が広いために素子の側面に銀ペー
ストなどを塗布して外部電極を形成しようとすると銀ペ
ーストの焼成時の収縮によってスリット上で外部電極が
途切れてしまい、外部電極を連続して形成することがで
きなかった。このため、従来の電歪効果素子では第３図
のように、スリット上では外部電極を形成せずにスリッ
トによって分割される部分ごとに外部電極３ａ、３ｂを
形成して、それぞれ内部電極２ａ、２ｂと接続し、各外
部電極３ａ間及び３ｂ間はリード線４で接続する構造と
なっている。

しかし、従来構造の素子においてスリット間隔は通常１
ｍｍ以下と非常に狭く、外部電極３ａ間、３ｂ間を接続
するリード線４も同様の間隔で接続するため、一つの素
子についてリード線４と外部電極３ａ、３ｂとの接続箇
所は数十カ所以上となる。また、接続に用いるリード線
４は非常に細いものを用いなければならない、このため
従来の構造では製造時においてリード線４を外部電極３
ａ、３ｂに接続する工程が長時間を要するため生産性に
乏しく、さらに接続には細いリード線４を用いているた
めに素子の使用時において素子の変形による引張り力に
よってリード線４の断線による不良が多く発生し、スリ
ットを形成した電歪効果素子の特徴の一つである、電圧
の繰り返しパルス印加に対する機械的寿命が長い、とい
う特徴を妨げる欠点がある。

本発明の目的は、従来のリード線による外部電極間の接
続をなくし、電圧の繰り返しパルス印加時のリード線切
れによる不良を無くして素子の機械的寿命を伸ばし、か
つ生産性の優れた電歪効果素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、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
接続している電歪効果素子であって、その素子の積層方
向と平行な側面上に、前記内部電極に平行に所定の間隔
で溝が一箇所以上形成されている電歪効果素子において
、前記内部電極の端部が露出している前記素子の側面上
に、内部電極と接続し、側面の溝によって分割すること
なしに連続して形成された外部電極を有することを特徴
として構成される。

〔実施例〕 次に、本発明について図面を参照して説明する。

本発明の効果を、チタン酸ジルコン酸鉛系の電歪効果を
示す材料を用いて調べた。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成した
。このグリーンシー１−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
と、カーボンを主成分とするスリット用空孔形成材ペー
ストを各々所定枚数スクリーン印刷し、所定の形状に切
断して積層、熱圧着した。第２図に各々の印刷パターン
を示す。次にこれを１１００℃で焼成した。その昇温の
際に空孔形成材が飛散することにより、スリットが形成
される。

第１図に本発明による電歪効果素子の縦断面図を示す、
１は電歪材料、２ａ、２ｂは内部電極、５はスリットで
ある。素子の寸法は６ｍｍＸ６ｍｍＸ１０ｍｍで内部電
極間隔は約１００μｍとした。スリットは厚みが約８μ
ｍ、深さ約１ｍｍで素子の積層方向に０．４ｍｍおきに
形成した。

外部電極の材料には銀粉末、ガラスフリット、有機系バ
インダとが溶媒中に分散している銀ペーストを用いた。

銀ペーストは粘度が高いと塗りむらができて焼成時には
がれ易く、粘度が低いと厚みが薄くなりスリットの部分
で切れてしまうため粘度を２００　、０００ｃｐｓ程度
に調整した。この銀ペーストを素子の内部電極が露出し
ている面に塗布し、１５０℃で１時間乾燥して銀ペース
ト中の溶媒を蒸発させた後、最高温度５９０℃で約１時
間のプロファイルで焼成し外部電極３ａ、３ｂとした。

次に、本構造の素子５０個に最高電圧１５０Ｖ、パルス
幅１ｍｓの正弦波電圧パルスを繰り返し連続的に印加し
た。その結果、従来構造の電歪効果素子が４Ｘ１０８回
の駆動でリード線切れによる不良が１０％程度発生した
のに対し、本発明による電歪効果素子は、８Ｘ１０８回
でも不良は発生しなかった。

第２の実施例では第１の実施例と異なる外部電極材料で
本発明の検討を行った０本実施例では外部電極材料の柔
軟性を増してスリット部でより切れにくくするために導
電体フィラーのはいった熱硬化性のエポキシ樹脂を用い
た。この材料を第１の実施例と同様に塗布した後、１５
０℃で１時間乾燥硬化して外部電極とした。この電歪効
果素子５０個について、第１の実施例と同様の電圧の繰
り返しパルス印加を行った結果、Ｉ×１０９回でも不良
は発生しなかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、電歪効果素子の外部電極
が、スリットによって分割されることなしに、素子の内
部電極の露出した側面上に連続して形成された構造にす
ることにより、従来のリード線による外部電極間の接続
を無くし、電圧の繰り返しパルス印加時のリード線切れ
による不良を無くして素子の機械的寿命を伸ばした構造
の電歪効果素子が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電歪効果素子の縦断面図、第２図は本
発明の一実施例を構成するグリーンシートの印刷パター
ンを示す斜視図、第３図（ａ）は従来の積層チップコン
デンサ構造の素子の縦断面図、第３図（ｂ）は内部型ｉ
２ａ、２ｂの投影図、第４図は従来構造の素子の縦断面
図である。 １・・・電歪材料、２ａ、２ｂ・・・内部電極、３ａ。 ３ｂ・・・外部電極、４・・・リード線、５・・・スリ
ット、６・・・グリーンシート、７・・・内部電極用ペ
ースト、８・・・空孔形成材ペースト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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いる電
   歪効果素子であって、該素子の積層方向と平行な側面上
   に、前記内部電極に平行に所定の間隔で溝が一箇所以上
   形成されている電歪効果素子において、前記内部電極の
   端部が露出している該素子の側面上に内部電極と接続し
   、側面の溝によって分割することなしに連続して形成さ
   れた外部電極を有することを特徴とする電歪効果素子。