JPH04253382A - 電歪効果素子 - Google Patents
電歪効果素子Info
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- JPH04253382A JPH04253382A JP3009497A JP949791A JPH04253382A JP H04253382 A JPH04253382 A JP H04253382A JP 3009497 A JP3009497 A JP 3009497A JP 949791 A JP949791 A JP 949791A JP H04253382 A JPH04253382 A JP H04253382A
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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
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
- H10N30/506—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a cylindrical shape and having stacking in the radial direction, e.g. coaxial or spiral type rolls
-
- 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
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/05—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
- H10N30/053—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes by integrally sintering piezoelectric or electrostrictive bodies and electrodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電歪効果素子に関し、
特に、メカトロニクスなどの分野におけるアクチュエー
タとしての電歪効果素子に関する。
特に、メカトロニクスなどの分野におけるアクチュエー
タとしての電歪効果素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】電歪効果素子とは、電歪効果により電気
的エネルギーを機械的エネルギーに変換し、微小で精密
な機械的変位を発生するものであって、例えばセラミッ
クスなどの電歪効果を示す材料に対向電極を設け、この
対向電極間に電圧を印加する構造のものが一般的である
。
的エネルギーを機械的エネルギーに変換し、微小で精密
な機械的変位を発生するものであって、例えばセラミッ
クスなどの電歪効果を示す材料に対向電極を設け、この
対向電極間に電圧を印加する構造のものが一般的である
。
【０００３】この場合メカトロニクスの分野などで用い
られる電歪効果素子としては、小型で、低い電圧で大き
な変位を発生するのが好ましい。
られる電歪効果素子としては、小型で、低い電圧で大き
な変位を発生するのが好ましい。
【０００４】従来、このような性能を達成するための手
段として、同じ電圧でも強い電界が得られるように、対
向電極間間隔、すなわち、電歪材料の厚さを薄くする薄
膜化技術や、更にこのようにして得た薄膜化電歪効果素
子を複数積層する積層技術が開発され、これらの技術を
用いたいろいろな型の電歪効果素子が実用化されている
。
段として、同じ電圧でも強い電界が得られるように、対
向電極間間隔、すなわち、電歪材料の厚さを薄くする薄
膜化技術や、更にこのようにして得た薄膜化電歪効果素
子を複数積層する積層技術が開発され、これらの技術を
用いたいろいろな型の電歪効果素子が実用化されている
。
【０００５】従来のこの種の電歪効果素子の一例を図６
に示す。図６は、積層型の電歪効果素子の断面構造を示
す縦断面図である。
に示す。図６は、積層型の電歪効果素子の断面構造を示
す縦断面図である。
【０００６】この電歪効果素子は、図６に示すように、
シート状の電歪セラミック部材１と内部電極２とを交互
に積層し、焼成したものからなる。この電歪効果素子で
は、対向する一対の側面に内部電極２が露出し、この露
出部が、交互に一層おきにガラス絶縁物３で絶縁されて
いる。絶縁されていない内部電極の露出部は、一対の外
部電極４ａまたは４ｂに接続されている。外部電極４ａ
及び４ｂにはリード線５ａ及び５ｂがはんだ付けされて
いる。
シート状の電歪セラミック部材１と内部電極２とを交互
に積層し、焼成したものからなる。この電歪効果素子で
は、対向する一対の側面に内部電極２が露出し、この露
出部が、交互に一層おきにガラス絶縁物３で絶縁されて
いる。絶縁されていない内部電極の露出部は、一対の外
部電極４ａまたは４ｂに接続されている。外部電極４ａ
及び４ｂにはリード線５ａ及び５ｂがはんだ付けされて
いる。
【０００７】この電歪効果素子では、図６から分るよう
に、リード線５ａと５ｂとの間に外部から電圧が印加さ
れると、各電歪セラミック部材１を挟んで隣り合う内部
電極同志が互いに対向電極となるように作用し、同図中
に矢印で示す方向に変位が発生する。
に、リード線５ａと５ｂとの間に外部から電圧が印加さ
れると、各電歪セラミック部材１を挟んで隣り合う内部
電極同志が互いに対向電極となるように作用し、同図中
に矢印で示す方向に変位が発生する。
【０００８】従来の電歪効果素子の他の例を図７に示す
。図７は、スタック型の電歪効果素子の分解斜視図であ
る。
。図７は、スタック型の電歪効果素子の分解斜視図であ
る。
【０００９】この電歪効果素子は、電歪効果セラミック
部材を個別に焼成した得た電歪効果セラミック単板６の
両面に内部電極２を形成した後、これらを複数枚接着し
て一体化した構造となっている。
部材を個別に焼成した得た電歪効果セラミック単板６の
両面に内部電極２を形成した後、これらを複数枚接着し
て一体化した構造となっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電歪効
果素子では、以下に述べるように、製造コストが掛かり
すぎる上に、製品としての信頼性に乏しく、又、大きな
変位を望みにくいという欠点があった。以下にその理由
を説明する。
果素子では、以下に述べるように、製造コストが掛かり
すぎる上に、製品としての信頼性に乏しく、又、大きな
変位を望みにくいという欠点があった。以下にその理由
を説明する。
【００１１】先ず、積層型の電歪効果素子の場合、ガラ
ス絶縁物３としては、通常、ガラスを電気泳動法によっ
て披着し、焼成して絶縁物として用いるが、そのための
仮電極の形成や焼成などの工程が必要である。又、２つ
の側面上のガラス絶縁物は同時に形成することができず
、片方ずつ順次形成するので、工程が長くなる。このた
め、製造歩留りを上げることが容易ではない。
ス絶縁物３としては、通常、ガラスを電気泳動法によっ
て披着し、焼成して絶縁物として用いるが、そのための
仮電極の形成や焼成などの工程が必要である。又、２つ
の側面上のガラス絶縁物は同時に形成することができず
、片方ずつ順次形成するので、工程が長くなる。このた
め、製造歩留りを上げることが容易ではない。
【００１２】又、電歪効果素子の変位を大きくするため
には、内部電極間の間隔を小さくすることが有効である
が、積層型電歪効果素子について考えてみると、この間
隔を決めるのは、ガラス絶縁物３の幅である。これは、
現在の技術では、電歪効果セラミック部材１の厚さを１
０μｍ前後のオーダーまで薄くすることができるのに対
して、ガラス絶縁物３を均一に形成できるのは、４０μ
ｍ程度が限度であるからであり、電歪効果セラミック部
材１の厚さに換算して７０μｍ程度である。すなわち、
この構造では、セラミックの薄膜化技術を十分に活用す
ることができない。
には、内部電極間の間隔を小さくすることが有効である
が、積層型電歪効果素子について考えてみると、この間
隔を決めるのは、ガラス絶縁物３の幅である。これは、
現在の技術では、電歪効果セラミック部材１の厚さを１
０μｍ前後のオーダーまで薄くすることができるのに対
して、ガラス絶縁物３を均一に形成できるのは、４０μ
ｍ程度が限度であるからであり、電歪効果セラミック部
材１の厚さに換算して７０μｍ程度である。すなわち、
この構造では、セラミックの薄膜化技術を十分に活用す
ることができない。
【００１３】更に、ガラス絶縁物３においては、外部電
極や内部電極に用いられている金属がイオン化して内部
を移動したり、使用中の変位発生に伴なう応力によって
マイクロクラックが発生，進行したりするため、外部電
極と内部電極との間の絶縁が劣化するなど信頼性が不十
分である。
極や内部電極に用いられている金属がイオン化して内部
を移動したり、使用中の変位発生に伴なう応力によって
マイクロクラックが発生，進行したりするため、外部電
極と内部電極との間の絶縁が劣化するなど信頼性が不十
分である。
【００１４】一方、図７に示すスタック型の電歪効果素
子では、個別の電歪効果セラミック部材を焼成する際に
、反りやうねりが発生するため、薄い均一な電歪効果セ
ラミック単板６を得ることが難しい。このため、内部電
極間の間隔を２００μｍにするのが限度であり、積層型
電歪効果素子に比べて、同じ電圧を印加しても小さな変
位しか得ることができない。又、積層型電歪効果素子と
同等の変位を得ようとすると、より高い電圧を印加しな
ければならず、電源が高価なものになってしまう。
子では、個別の電歪効果セラミック部材を焼成する際に
、反りやうねりが発生するため、薄い均一な電歪効果セ
ラミック単板６を得ることが難しい。このため、内部電
極間の間隔を２００μｍにするのが限度であり、積層型
電歪効果素子に比べて、同じ電圧を印加しても小さな変
位しか得ることができない。又、積層型電歪効果素子と
同等の変位を得ようとすると、より高い電圧を印加しな
ければならず、電源が高価なものになってしまう。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の電歪効果素子は
、一方の面に内部電極層を形成された少なくとも二枚の
電歪効果セラミックグリーンシートが、前記内部電極層
が形成された面が同一方向に向くように重ねられ、捲回
され、焼成された後外部に露出する前記内部電極層の一
部に一対のリード線が形成されてなることを特徴とする
。
、一方の面に内部電極層を形成された少なくとも二枚の
電歪効果セラミックグリーンシートが、前記内部電極層
が形成された面が同一方向に向くように重ねられ、捲回
され、焼成された後外部に露出する前記内部電極層の一
部に一対のリード線が形成されてなることを特徴とする
。
【００１６】
【実施例】次に、本発明の最適な実施例について、図面
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施例の
捲回時の様子を示す斜視図である。図２は、その焼成後
に切断した様子を示す斜視図である。又、図３は、完成
した電歪効果素子の外観斜視図である。
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施例の
捲回時の様子を示す斜視図である。図２は、その焼成後
に切断した様子を示す斜視図である。又、図３は、完成
した電歪効果素子の外観斜視図である。
【００１７】本実施例の電歪効果素子は以下のようにし
て作成する。始めに、例えば、
て作成する。始めに、例えば、
【００１８】
【００１９】や
【００２０】
【００２１】や
【００２２】
【００２３】などを主成分とする電歪効果材料の泥漿を
準備する。この泥漿は、上記の電歪効果材料の予焼粉末
に、ポリビニルブチラールなどの有機バインダを少量添
加し、これらをエチルセロソルブなどの有機溶媒中に分
散させて作る。
準備する。この泥漿は、上記の電歪効果材料の予焼粉末
に、ポリビニルブチラールなどの有機バインダを少量添
加し、これらをエチルセロソルブなどの有機溶媒中に分
散させて作る。
【００２４】次にこの泥漿を用いて、スリップキャステ
ィング成膜法等により、膜厚約２５μｍの電歪セラミッ
クグリーンシート７を形成する。
ィング成膜法等により、膜厚約２５μｍの電歪セラミッ
クグリーンシート７を形成する。
【００２５】次いで、この電歪セラミックグリーンシー
ト７の片面に、導体ペーストを、スクリーン印刷法等で
、約６μｍの厚さになるように披着させて内部電極２を
形成する。導体ペーストとしては、重量比にして７：３
程度の銀粉末とパラジウム粉末の混合粉末や、或いは、
これらの合金粉末を主成分とするペーストを用いる。
ト７の片面に、導体ペーストを、スクリーン印刷法等で
、約６μｍの厚さになるように披着させて内部電極２を
形成する。導体ペーストとしては、重量比にして７：３
程度の銀粉末とパラジウム粉末の混合粉末や、或いは、
これらの合金粉末を主成分とするペーストを用いる。
【００２６】続いて、図１に示すように、この電歪セラ
ミックグリーンシート７を２枚重ねて、隙間なく捲回す
る。この時、それぞれの電歪セラミックグリーンシート
は、内部電極２の形成面が同一方向になるように重ねる
。
ミックグリーンシート７を２枚重ねて、隙間なく捲回す
る。この時、それぞれの電歪セラミックグリーンシート
は、内部電極２の形成面が同一方向になるように重ねる
。
【００２７】そして、上記の捲回後、摂氏１１００度の
温度で２時間焼成して、図３に示す焼結体８を得る。こ
の時、捲回後、これを一たん金型に入れ、熱プレス機な
どで加熱，圧縮させると所望の形状にしかも形良く成形
することができる。尚、図３には後の説明のために、切
断された焼結体を示してあるが、この段階では、焼結体
はまだ一体の状態である。
温度で２時間焼成して、図３に示す焼結体８を得る。こ
の時、捲回後、これを一たん金型に入れ、熱プレス機な
どで加熱，圧縮させると所望の形状にしかも形良く成形
することができる。尚、図３には後の説明のために、切
断された焼結体を示してあるが、この段階では、焼結体
はまだ一体の状態である。
【００２８】次に、上記のようにして得た焼結体８をワ
イヤーソーなどで所望の長さに切断し、更に、この切断
された焼結体上の連続した２つの内部電極２の露出部に
、それぞれリード線５ａ及び５ｂをはんだ付けして図３
に示す電歪効果素子を完成する。
イヤーソーなどで所望の長さに切断し、更に、この切断
された焼結体上の連続した２つの内部電極２の露出部に
、それぞれリード線５ａ及び５ｂをはんだ付けして図３
に示す電歪効果素子を完成する。
【００２９】本発明による電歪効果素子の、捲回の中心
軸に垂直な断面の形状は、上記の説明からも明らかなよ
うに、正方形や長方形に限られるものではない。図４及
び図５には、他の形状の例として、円柱状および円筒状
の電歪効果素子の外観斜視図を示す。
軸に垂直な断面の形状は、上記の説明からも明らかなよ
うに、正方形や長方形に限られるものではない。図４及
び図５には、他の形状の例として、円柱状および円筒状
の電歪効果素子の外観斜視図を示す。
【００３０】以上説明したいろいろな形状の電歪効果素
子では、リード線を直接内部電極に接続することができ
る。このため、従来の積層型電歪効果素子で必要とされ
た、内部電極とリード線とを仲介する外部電極を必要と
せず、従って、外部電極と内部電極とを絶縁するための
ガラス絶縁物が不用である。
子では、リード線を直接内部電極に接続することができ
る。このため、従来の積層型電歪効果素子で必要とされ
た、内部電極とリード線とを仲介する外部電極を必要と
せず、従って、外部電極と内部電極とを絶縁するための
ガラス絶縁物が不用である。
【００３１】また、リード線５ａと５ｂとの間に、外部
から電圧を印加すると、それぞれ図中に矢印で示すよう
に、捲回の中心軸に対して放射状に素子が変位する。こ
の点も、従来の電歪効果素子では一方向にしか変位しな
かったのに対して、本発明による電歪効果素子の大きな
特長の１つである。
から電圧を印加すると、それぞれ図中に矢印で示すよう
に、捲回の中心軸に対して放射状に素子が変位する。こ
の点も、従来の電歪効果素子では一方向にしか変位しな
かったのに対して、本発明による電歪効果素子の大きな
特長の１つである。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による電歪
効果素子では、電歪セラミックグリーンシートと内部電
極とを捲回して焼成してあるので、従来の電歪効果素子
では必要であった、外部電極と内部電極との間のガラス
絶縁物が不用であり、構造および製造工程が非常に単純
になる。
効果素子では、電歪セラミックグリーンシートと内部電
極とを捲回して焼成してあるので、従来の電歪効果素子
では必要であった、外部電極と内部電極との間のガラス
絶縁物が不用であり、構造および製造工程が非常に単純
になる。
【００３３】すなわち、本発明による電歪効果素子では
、内部電極間の間隔が、ガラス絶縁物の製造技術に影響
されず、電歪セラミックグリーンシートの厚さで決る。 従って、電歪セラミックグリーンシートの厚さを、従来
のセラミックの薄膜化技術を活用して薄くすることによ
って、内部電極間間隔を従来の電歪効果素子よりも狭く
することができる。しかもこの時、一体焼成することが
できるので、電歪セラミックグリーンシートの厚さを、
従来の積層セラミックコンデンサ並に薄くすることがで
きる。
、内部電極間の間隔が、ガラス絶縁物の製造技術に影響
されず、電歪セラミックグリーンシートの厚さで決る。 従って、電歪セラミックグリーンシートの厚さを、従来
のセラミックの薄膜化技術を活用して薄くすることによ
って、内部電極間間隔を従来の電歪効果素子よりも狭く
することができる。しかもこの時、一体焼成することが
できるので、電歪セラミックグリーンシートの厚さを、
従来の積層セラミックコンデンサ並に薄くすることがで
きる。
【００３４】このため本発明によれば、低電圧駆動が可
能な、小型で信頼性の高い電歪効果素子を得ることがで
きる。
能な、小型で信頼性の高い電歪効果素子を得ることがで
きる。
【００３５】又、本発明によれば電歪効果素子の製造が
非常に容易になり、製造コストを大きく低減することが
できる。
非常に容易になり、製造コストを大きく低減することが
できる。
【００３６】更に、本発明による電歪効果素子は、捲回
の中心軸に対して放射状に伸縮するので、従来にない新
しい用途に利用することができる。
の中心軸に対して放射状に伸縮するので、従来にない新
しい用途に利用することができる。
【図１】本発明の第１の実施例の捲回時の様子を示す斜
視図である。
視図である。
【図２】本発明の第１の実施例の製造工程中、捲回後に
切断した様子を示す斜視図である。
切断した様子を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例の完成後の外観斜視図で
ある。
ある。
【図４】本発明の第２の実施例の外観斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施例の外観斜視図である。
【図６】従来の積層型の電歪効果素子の断面図である。
【図７】従来のスタック型の電歪効果素子の分解斜視図
である。
である。
【符号の説明】
１ 電歪セラミック部材
２ 内部電極
３ ガラス絶縁物
４ａ，４ｂ 外部電極
５ａ，５ｂ リード線
６ 電歪効果セラミック単板
７ 電歪セラミックグリーンシート８ 焼
結体
結体
Claims (1)
- 【請求項１】 一方の面に内部電極導体層を形成され
た少なくとも二枚の電歪効果セラミックグリーンシート
が、前記内部電極導体層が形成された面が同一方向に向
くように重ねられ、捲回され、焼成された後外部に露出
する前記内部電極導体層の一部に一対のリード線が形成
されてなることを特徴とする電歪効果素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3009497A JPH04253382A (ja) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | 電歪効果素子 |
| US07/828,161 US5255972A (en) | 1991-01-30 | 1992-01-30 | Electrostrictive effect element and the process of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3009497A JPH04253382A (ja) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | 電歪効果素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04253382A true JPH04253382A (ja) | 1992-09-09 |
Family
ID=11721877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3009497A Pending JPH04253382A (ja) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | 電歪効果素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5255972A (ja) |
| JP (1) | JPH04253382A (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19644161C2 (de) * | 1995-11-07 | 1998-11-12 | Daimler Benz Aerospace Ag | Piezoelektrischer Aktuator |
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| DE10054247C2 (de) * | 2000-11-02 | 2002-10-24 | Danfoss As | Betätigungselement und Verfahren zu seiner Herstellung |
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