JPH04264784A - 電歪効果素子およびその製造方法 - Google Patents
電歪効果素子およびその製造方法Info
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- JPH04264784A JPH04264784A JP3025908A JP2590891A JPH04264784A JP H04264784 A JPH04264784 A JP H04264784A JP 3025908 A JP3025908 A JP 3025908A JP 2590891 A JP2590891 A JP 2590891A JP H04264784 A JPH04264784 A JP H04264784A
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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
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
-
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
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- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
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Landscapes
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Ceramic Capacitors (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およびその
製造方法に関する。
製造方法に関する。
【０００２】
【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素子
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みを利用するものである。電
界と平行に発生する歪み、すなわち縦効果歪みは垂直方
向に生じる歪み、すなわち横効果歪みより一般には大き
いので、前者を利用するほう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み
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、取扱いに対する危険度も増す。
して、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する素子
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みを利用するものである。電
界と平行に発生する歪み、すなわち縦効果歪みは垂直方
向に生じる歪み、すなわち横効果歪みより一般には大き
いので、前者を利用するほう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み
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、取扱いに対する危険度も増す。
【０００３】以上の欠点を改善するために一体型の積層
セラミックコンデンサ型の構造が提案されている。この
構造を図６に示す。
セラミックコンデンサ型の構造が提案されている。この
構造を図６に示す。
【０００４】図６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、交互に外部
電極３ａ，３ｂと電気的に接続している。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１０
μｍ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。
２ａ，２ｂが一定の間隔で形成されており、交互に外部
電極３ａ，３ｂと電気的に接続している。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１０
μｍ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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電歪効
果素子は積層方向からみた投影図図６（ｂ）から明らか
なように、内部電極の重なる部分（中央の矩形部分）４
は素子の断面積と比較して小さくなっている。従ってこ
の相対向する電極に電圧を印加した時、内部電極の重な
った部分は電界に応じて変形するが、電極が重なってい
ない部分および電極のない部分では変形はしないため、
その境界部に応力集中が起こる。特に大きな変位量を取
り出すために高い電圧を印加した場合または内部電極を
多層にした場合には、大きな応力集中が発生し機械的に
破壊が生じやすくなるという欠点があった。
果素子は積層方向からみた投影図図６（ｂ）から明らか
なように、内部電極の重なる部分（中央の矩形部分）４
は素子の断面積と比較して小さくなっている。従ってこ
の相対向する電極に電圧を印加した時、内部電極の重な
った部分は電界に応じて変形するが、電極が重なってい
ない部分および電極のない部分では変形はしないため、
その境界部に応力集中が起こる。特に大きな変位量を取
り出すために高い電圧を印加した場合または内部電極を
多層にした場合には、大きな応力集中が発生し機械的に
破壊が生じやすくなるという欠点があった。
【０００６】本発明の目的はかかる従来の欠点を解決す
るために、大きな変位を取出そうとして内部電極を多層
にした場合にも、基準積層体間の接触部で応力集中を分
散させ機械的破壊を防止する機能を有する構造にした電
歪効果素子を提供する事にある。
るために、大きな変位を取出そうとして内部電極を多層
にした場合にも、基準積層体間の接触部で応力集中を分
散させ機械的破壊を防止する機能を有する構造にした電
歪効果素子を提供する事にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明の電
歪効果素子は、電歪材料と内部電極とが交互に積層され
、かつそれぞれ内部電極が一層おきに相対向する二つの
外部電極に、それぞれ電気的に接続している電歪効果素
子において、内部電極をそれぞれの外部電極と接続させ
るための相対向する二つの面にのみ露出させ、電歪材料
と内部電極を積層し一体化したのち内部電極の露出した
面に相対向する二つの外部電極を形成した基準積層体と
、相対向する二つの外部電極に対応する位置に窓を設け
た絶縁性樹脂からなる筒状のケースに、基準積層体を複
数個、外部電極が窓から露出するように揃えて重ね、基
準積層体のそれぞれの外部電極を露出部で電気的に接続
したブロック構造素子と、そのブロック構造素子の周囲
を取り巻くように設置した螺旋状のバネと、そのバネの
両端に接続した金属板でブロック構造素子の両側を圧縮
の力を加えて挟み込んだ構造としたことを特徴として構
成される。
歪効果素子は、電歪材料と内部電極とが交互に積層され
、かつそれぞれ内部電極が一層おきに相対向する二つの
外部電極に、それぞれ電気的に接続している電歪効果素
子において、内部電極をそれぞれの外部電極と接続させ
るための相対向する二つの面にのみ露出させ、電歪材料
と内部電極を積層し一体化したのち内部電極の露出した
面に相対向する二つの外部電極を形成した基準積層体と
、相対向する二つの外部電極に対応する位置に窓を設け
た絶縁性樹脂からなる筒状のケースに、基準積層体を複
数個、外部電極が窓から露出するように揃えて重ね、基
準積層体のそれぞれの外部電極を露出部で電気的に接続
したブロック構造素子と、そのブロック構造素子の周囲
を取り巻くように設置した螺旋状のバネと、そのバネの
両端に接続した金属板でブロック構造素子の両側を圧縮
の力を加えて挟み込んだ構造としたことを特徴として構
成される。
【０００８】また、本発明の第２の発明の電歪効果素子
の製造方法は、内部電極を相対向する二つの面にのみ交
互に露出させ、その露出面に外部電極を形成した基準積
層体を作る工程と、相対向する二つの外部電極に対応す
る位置に窓を設けた絶縁性樹脂からなる筒状のケースに
基準積層体を複数個、外部電極が窓から露出するように
揃えて重ねる工程と、基準積層体のそれぞれの外部電極
を露出部で電気的に接続しブロック構造を形成する工程
と、螺旋状のバネをブロック構造の周囲を取り巻くよう
に設置する工程と、バネの両端に金属板をブロック構造
を挟み込むように接続する工程とを含んで構成される。
の製造方法は、内部電極を相対向する二つの面にのみ交
互に露出させ、その露出面に外部電極を形成した基準積
層体を作る工程と、相対向する二つの外部電極に対応す
る位置に窓を設けた絶縁性樹脂からなる筒状のケースに
基準積層体を複数個、外部電極が窓から露出するように
揃えて重ねる工程と、基準積層体のそれぞれの外部電極
を露出部で電気的に接続しブロック構造を形成する工程
と、螺旋状のバネをブロック構造の周囲を取り巻くよう
に設置する工程と、バネの両端に金属板をブロック構造
を挟み込むように接続する工程とを含んで構成される。
【０００９】
【実施例】次に本発明について図面を参照にして説明す
る。
る。
【００１０】図１は本発明の一実施例の斜視図および断
面図、図２〜図４は本発明の一実施例の製造方法を説明
するために工程順に示した断面図と斜視図である。
面図、図２〜図４は本発明の一実施例の製造方法を説明
するために工程順に示した断面図と斜視図である。
【００１１】まず、電歪効果素子の製造方法としては、
チタン酸ジルコン酸鉛系等の電歪効果を示すセラミック
材料を微細粉末化し、有機バインダ、溶剤、可塑材を添
加、混練した後ドクターブレード法によって約１３０μ
ｍの厚さの生シートを作成する。次にこの生シートの表
面にスクリーン印刷により内部電極２を作成した後、３
〜４枚を積み重ね、熱圧着することにより図２（ａ）に
示すような内部電極２を交互にずらした状態の積層体５
を形成する。
チタン酸ジルコン酸鉛系等の電歪効果を示すセラミック
材料を微細粉末化し、有機バインダ、溶剤、可塑材を添
加、混練した後ドクターブレード法によって約１３０μ
ｍの厚さの生シートを作成する。次にこの生シートの表
面にスクリーン印刷により内部電極２を作成した後、３
〜４枚を積み重ね、熱圧着することにより図２（ａ）に
示すような内部電極２を交互にずらした状態の積層体５
を形成する。
【００１２】次に、図２（ｂ）に示すように積層体５を
水平移動させながら上下移動する回転切断刃２１にて切
断位置２２を順次切断した後、焼成することにより図３
（ａ）に示すような基準積層体６が得られる。ここで銀
を主成分とする金属粉末とガラスフリットおよびセラミ
ックとの結合を良くするための物質からなるペーストを
この基準積層体６の両端面に付設し焼付けることにより
図３（ｂ）に示すような、いわゆる積層セラミックコン
デンサ素子構造を有する基準積層体６が得られる。
水平移動させながら上下移動する回転切断刃２１にて切
断位置２２を順次切断した後、焼成することにより図３
（ａ）に示すような基準積層体６が得られる。ここで銀
を主成分とする金属粉末とガラスフリットおよびセラミ
ックとの結合を良くするための物質からなるペーストを
この基準積層体６の両端面に付設し焼付けることにより
図３（ｂ）に示すような、いわゆる積層セラミックコン
デンサ素子構造を有する基準積層体６が得られる。
【００１３】さらに図４（ａ）に示す通り、断面形状が
ほぼ基準積層体６の形状と同じで、かつ外部電極に対応
する位置に窓７を設けた絶縁性樹脂からなる筒状のケー
ス８にこの基準積層体６を複数個、外部電極３がケース
８の窓７から露出する位置になるように揃えて重ねる。 次にケース８の窓７に露出した基準積層体６のそれぞれ
の外部電極３間を細い金属にリード線９で相対向する外
部電極３ごとに導電性樹脂または、はんだ付により接続
させることにより図４（ｂ）に示すようなブロック構造
素子１０を作る。
ほぼ基準積層体６の形状と同じで、かつ外部電極に対応
する位置に窓７を設けた絶縁性樹脂からなる筒状のケー
ス８にこの基準積層体６を複数個、外部電極３がケース
８の窓７から露出する位置になるように揃えて重ねる。 次にケース８の窓７に露出した基準積層体６のそれぞれ
の外部電極３間を細い金属にリード線９で相対向する外
部電極３ごとに導電性樹脂または、はんだ付により接続
させることにより図４（ｂ）に示すようなブロック構造
素子１０を作る。
【００１４】このブロック構造素子１０は上下の基準積
層体６同志とただ接触しているだけで、機械的な接続は
されていない。
層体６同志とただ接触しているだけで、機械的な接続は
されていない。
【００１５】そこで、ブロック構造素子１０の周囲を螺
旋状のバネ１１で取り巻きこのバネの両端に接続された
金属板１２でブロック構造素子１０を上下から圧力を加
え、挟み込むことにより図１に示すような本発明の電歪
効果素子が得られる。
旋状のバネ１１で取り巻きこのバネの両端に接続された
金属板１２でブロック構造素子１０を上下から圧力を加
え、挟み込むことにより図１に示すような本発明の電歪
効果素子が得られる。
【００１６】図５は本発明の実施例２の斜視図を示す。
工法は概ね実施例１と同様であるが、ブロック構造素子
１０の周囲を取り巻くバネ１１の断面形状をブロック構
造素子１０の断面形状に合わせほぼ長方形にしたもので
あり、これにより更に体積効率の良い電歪効果素子を得
る事が出来るという利点がある。
１０の周囲を取り巻くバネ１１の断面形状をブロック構
造素子１０の断面形状に合わせほぼ長方形にしたもので
あり、これにより更に体積効率の良い電歪効果素子を得
る事が出来るという利点がある。
【００１７】また、この断面形状は任意に変更してもそ
の機能は変らないことは勿論である。
の機能は変らないことは勿論である。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
歪効果素子は複数個の基準積層体を接続させずに重ねた
だけで全体の両側からおさえた構造になっており、電圧
を印加した時でも内部電極の重なった変形する部分と内
部電極のない変形のしない部分との応力集中も３〜４層
分の変形分のみが各々の基準積層体６で吸収されてしま
い、電歪効果素子全体としては機械的に破壊が生じるこ
となく、大きな変位量を取り出すことが可能な電歪効果
素子が得られるという効果がある。
歪効果素子は複数個の基準積層体を接続させずに重ねた
だけで全体の両側からおさえた構造になっており、電圧
を印加した時でも内部電極の重なった変形する部分と内
部電極のない変形のしない部分との応力集中も３〜４層
分の変形分のみが各々の基準積層体６で吸収されてしま
い、電歪効果素子全体としては機械的に破壊が生じるこ
となく、大きな変位量を取り出すことが可能な電歪効果
素子が得られるという効果がある。
【図１】本発明の一実施例の電歪効果素子の斜視図およ
び断面図である。
び断面図である。
【図２】本発明の一実施例の製造方法を説明するための
図で積層体を切断する工程の断面図および斜視図である
。
図で積層体を切断する工程の断面図および斜視図である
。
【図３】本発明の一実施例の製造方法を説明するための
図２に続く工程の図で、切断後の基準積層体の断面図お
よび焼成後外部電極を形成した後の基準積層体の断面図
である。
図２に続く工程の図で、切断後の基準積層体の断面図お
よび焼成後外部電極を形成した後の基準積層体の断面図
である。
【図４】本発明の一実施例の製造方法を説明するための
図３に続く工程の図で、基準積層体を窓を設けた筒状の
絶縁性樹脂からなるケースに揃えて重ねた時の斜視図お
よびケースの窓から露出する外部電極をリード線で接続
させた後のブロック構造素子の斜視図である。
図３に続く工程の図で、基準積層体を窓を設けた筒状の
絶縁性樹脂からなるケースに揃えて重ねた時の斜視図お
よびケースの窓から露出する外部電極をリード線で接続
させた後のブロック構造素子の斜視図である。
【図５】本発明の他の実施例の電歪効果素子の斜視図で
ある。
ある。
【図６】従来の電歪効果素子の一例の断面図および内部
電極の透視平面図である。
電極の透視平面図である。
１ 電歪材料
２，２ａ，２ｂ 内部電極
３，３ａ，３ｂ 外部電極
４ 内部電極の重なる部分
５ 積層体
６ 基準積層体
７ 窓
８ 筒状ケース
９ リード線
１０ ブロック構造素子
１１ 螺旋状のバネ
１２ 金属板
２１ 切断刃
２２ 切断位置
Claims (2)
- 【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、かつそれぞれの内部電極が一層おきに相
対向する二つの外部電極に、それぞれ電気的に接続して
いる電歪効果素子において、前記内部電極をそれぞれの
前記外部電極と接続させるための相対向する二つの面に
のみ露出させ、前記電歪効果を示す材料と前記内部電極
を積層し、一体化したのち前記内部電極の露出した面に
相対向する二つの前記外部電極を形成した基準積層体と
、該基準積層体の相対向する二つの前記外部電極に対応
する位置に窓を設けた絶縁性樹脂からなる筒状のケース
とを準備し、前記基準積層体を複数個、外部電極が前記
窓から露出するように揃えて重ね、前記基準積層体のそ
れぞれの外部電極を露出部で電気的に接続してなるブロ
ック構造とし、該ブロック構造の周囲を取り巻くように
設置した螺旋状のバネと、該バネの両端に接続した金属
板とで前記ブロック構造の両側を圧縮の力を加えて挟み
込んだ構造としたことを特徴とする電歪効果素子。 - 【請求項２】 内部電極を相対向する二つの面にのみ
交互に露出させ、その露出面に外部電極を形成した基準
積層体を作る工程と、相対向する二つの外部電極に対応
する位置に窓を設けた絶縁性樹脂からなる筒状のケース
に基準積層体を複数個、外部電極が窓から露出するよう
に揃えて重ねる工程と、基準積層体のそれぞれの外部電
極を露出部で電気的に接続しブロック構造を形成する工
程と、螺旋状のバネをブロック構造の周囲を取り巻くよ
うに設置する工程と、バネの両端に金属板をブロック構
造を挟み込むように接続する工程とを含むことを特徴と
する電歪効果素子の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3025908A JPH04264784A (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 電歪効果素子およびその製造方法 |
| US07/835,383 US5406162A (en) | 1991-02-20 | 1992-02-14 | Electrostrictive effect element and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3025908A JPH04264784A (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 電歪効果素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04264784A true JPH04264784A (ja) | 1992-09-21 |
Family
ID=12178881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3025908A Pending JPH04264784A (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 電歪効果素子およびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5406162A (ja) |
| JP (1) | JPH04264784A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04343281A (ja) * | 1991-05-21 | 1992-11-30 | Nec Corp | 電歪効果素子およびその製造方法 |
| US6260248B1 (en) | 1996-04-19 | 2001-07-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for producing a monolithic multilayer piezo actuator |
| JP2013048149A (ja) * | 2011-08-29 | 2013-03-07 | Taiheiyo Cement Corp | 圧電アクチュエータ |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07335951A (ja) * | 1994-06-14 | 1995-12-22 | Philips Japan Ltd | 圧電アクチュエータ |
| DE19650900A1 (de) * | 1996-12-07 | 1998-06-10 | Bosch Gmbh Robert | Piezoelektrischer Aktuator |
| US7429815B2 (en) * | 2006-06-23 | 2008-09-30 | Caterpillar Inc. | Fuel injector having encased piezo electric actuator |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4438364A (en) * | 1981-07-13 | 1984-03-20 | The Garrett Corporation | Piezoelectric actuator |
| NL8105502A (nl) * | 1981-12-08 | 1983-07-01 | Philips Nv | Werkwijze voor het vervaardigen van een piezo-elektrische inrichting alsmede een inrichting vervaardigd volgens deze werkwijze. |
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