JPH0457374A - 電歪効果素子 - Google Patents
電歪効果素子Info
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- JPH0457374A JPH0457374A JP2169136A JP16913690A JPH0457374A JP H0457374 A JPH0457374 A JP H0457374A JP 2169136 A JP2169136 A JP 2169136A JP 16913690 A JP16913690 A JP 16913690A JP H0457374 A JPH0457374 A JP H0457374A
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Impact Printers (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
【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に関し、特にその構造に関するも
のである。
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
ルギーを機械エネルギーに変換するトランスデユーサで
あり、固体に電界をかけた際に生じる歪を利用する。一
般に電界と平行方向に発生する歪（縦効果歪）は垂直方
向に発生する歪（横効果歪）よりも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。この縦効果を利
用した電歪効果素子では電界強度が大きい程発生する歪
も大きくなるため、大きな変位量を得るには印加電界を
高くする必要があるが、電圧を高くするに大型で高価な
電源か必要となり、また取り扱いに対する危険も増す。
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
あり、固体に電界をかけた際に生じる歪を利用する。一
般に電界と平行方向に発生する歪（縦効果歪）は垂直方
向に発生する歪（横効果歪）よりも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。この縦効果を利
用した電歪効果素子では電界強度が大きい程発生する歪
も大きくなるため、大きな変位量を得るには印加電界を
高くする必要があるが、電圧を高くするに大型で高価な
電源か必要となり、また取り扱いに対する危険も増す。
以上の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４図（ａ
＞に示す。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の開隔は通常
のチップコンデンサの技術で数１０μｍ程度にすること
ができるために電界強度を小さくせずに駆動電圧を低く
することができる。
造が提案されている。この構造の縦断面図を第４図（ａ
＞に示す。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の開隔は通常
のチップコンデンサの技術で数１０μｍ程度にすること
ができるために電界強度を小さくせずに駆動電圧を低く
することができる。
ところで、積層方向からみた投影図、第４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
央のクロス斜線部分）は素子の断面積よりも小さい。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、このため電圧を印加
すると変形する部分と変形しない部分との境界に応力が
集中し、素子か機械的に破壊しやすい欠点がある。
明らかなようにこの構造では内部電極の重なる面積（中
央のクロス斜線部分）は素子の断面積よりも小さい。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、このため電圧を印加
すると変形する部分と変形しない部分との境界に応力が
集中し、素子か機械的に破壊しやすい欠点がある。
このような欠点を改善するために積層チップコンテンサ
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する構造が提案さ
れている（特開昭５８１、９６０７７ ）。第５図にこ
の構造の素子の縦断面図を示す。すなわち素子の積層方
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
圧の繰り返しパルス印加に対して機械的破壊に至るまで
の寿命を延ばし、さらに素子の変位も増大させることが
できる。
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する構造が提案さ
れている（特開昭５８１、９６０７７ ）。第５図にこ
の構造の素子の縦断面図を示す。すなわち素子の積層方
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
圧の繰り返しパルス印加に対して機械的破壊に至るまで
の寿命を延ばし、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〕
第５図に示した従来の構造の電歪効果素子において、素
子の変位を伝達する対象への接続部である、積層方向に
垂直な二つの端面では、素子に電圧を印加した際端面内
の各部で−様な変位が生じるのではなく基本的に内部電
極の重なった部分は変形し、その他の部分は変形しない
ため、積層チップコンデンサ型の電歪効果素子の場合よ
りは軽度であるが、やはり端面の中央付近で変位が大き
く端面の周辺部で変位が小さい湾曲した変形になる。と
ころで一般に電歪効果素子は端面を変位を伝達する対象
に接着して行われるがこの場合端面ば平坦な状態に拘束
されることになる。従って第５図の構造の電歪効果素子
が端面が拘束された状態で使用されると本来フリーであ
れば発生する湾曲した変形が強制的に平坦な状態におさ
えられることになり、それによって素子の内部に応力が
発生して素子が機械的に破壊してしまい、渭を形成した
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負荷外曲が長いという特徴を妨げる
欠点がある。
子の変位を伝達する対象への接続部である、積層方向に
垂直な二つの端面では、素子に電圧を印加した際端面内
の各部で−様な変位が生じるのではなく基本的に内部電
極の重なった部分は変形し、その他の部分は変形しない
ため、積層チップコンデンサ型の電歪効果素子の場合よ
りは軽度であるが、やはり端面の中央付近で変位が大き
く端面の周辺部で変位が小さい湾曲した変形になる。と
ころで一般に電歪効果素子は端面を変位を伝達する対象
に接着して行われるがこの場合端面ば平坦な状態に拘束
されることになる。従って第５図の構造の電歪効果素子
が端面が拘束された状態で使用されると本来フリーであ
れば発生する湾曲した変形が強制的に平坦な状態におさ
えられることになり、それによって素子の内部に応力が
発生して素子が機械的に破壊してしまい、渭を形成した
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負荷外曲が長いという特徴を妨げる
欠点がある。
本発明の目的は、端面が拘束された状態で使用されたと
き、素子内に発生する内部応力を減少させて素子の機械
的な寿命を延ばすことを可能にした電歪効果素子を提供
することにある。
き、素子内に発生する内部応力を減少させて素子の機械
的な寿命を延ばすことを可能にした電歪効果素子を提供
することにある。
本発明の電歪効果素子は、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！極に接続している電歪効果素子であって、その電歪
効果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、前述の電歪効果素子の積層方向に垂直
な二つの端の形状が、その端面内の周辺部分よりも面内
の中央部分が凸型であることを特徴として構成されてい
る。
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！極に接続している電歪効果素子であって、その電歪
効果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、前述の電歪効果素子の積層方向に垂直
な二つの端の形状が、その端面内の周辺部分よりも面内
の中央部分が凸型であることを特徴として構成されてい
る。
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１
３０μｍの厚さのグリーンシートを作製した。このグリ
ーンシートを乾燥した後、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ペーストとカーボンを主成
分とする空孔形成材ペーストとを所定枚数スクリーン印
刷し、所定の形状に切断して積層、熱圧着して、これを
１１００℃で焼成した。その昇温の際に空孔形成材が飛
散することにより溝が形成される。
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１
３０μｍの厚さのグリーンシートを作製した。このグリ
ーンシートを乾燥した後、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ペーストとカーボンを主成
分とする空孔形成材ペーストとを所定枚数スクリーン印
刷し、所定の形状に切断して積層、熱圧着して、これを
１１００℃で焼成した。その昇温の際に空孔形成材が飛
散することにより溝が形成される。
第２図に本実施例の積層パターンを示す。端面の凸部の
形成には、溝の形成に用いる第２図中８の空孔形成パタ
ーンを積層の際、最上層と最下層にそれぞれ１枚ずつ印
刷面を外側に向けて余分に積層し、平坦な金型を使って
熱圧着することにより上下面を平坦にし、これによって
印刷した部分を内部にめりこませる。印刷部分は焼成の
際に飛散し端面の周辺部分がくぼんで端面の凸部が形成
できる。
形成には、溝の形成に用いる第２図中８の空孔形成パタ
ーンを積層の際、最上層と最下層にそれぞれ１枚ずつ印
刷面を外側に向けて余分に積層し、平坦な金型を使って
熱圧着することにより上下面を平坦にし、これによって
印刷した部分を内部にめりこませる。印刷部分は焼成の
際に飛散し端面の周辺部分がくぼんで端面の凸部が形成
できる。
第１図（ａ）に本実施例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、３ａ、
３ｂは外部電極、４はリード線である。素子の寸法は６
ｍｍＸ６ｍｍＸ１０ｍｍで５の溝は素子の積層方向に０
．４ｍｍおきに形成した。端面の凸部は周辺部分より５
０μｍ高く、第１図（ｂ）の素子を上から見た図に示す
ように端面中央部部に４ｍｍＸ４ｍｍの正方形に形成し
た。
を示す。１は電歪材料、２ａ、２ｂは内部電極、３ａ、
３ｂは外部電極、４はリード線である。素子の寸法は６
ｍｍＸ６ｍｍＸ１０ｍｍで５の溝は素子の積層方向に０
．４ｍｍおきに形成した。端面の凸部は周辺部分より５
０μｍ高く、第１図（ｂ）の素子を上から見た図に示す
ように端面中央部部に４ｍｍＸ４ｍｍの正方形に形成し
た。
次に、本構造の素子５０個について端面の凸部に接着剤
をつけて直径１０ｍｍ厚さ５ｍｍの円柱状のステンレス
製の金具を取り付けて端面を拘束した後、最高電圧１５
０■、周波数５００Ｈｚの正弦波電圧パルスを繰り返し
連続的に印加した。
をつけて直径１０ｍｍ厚さ５ｍｍの円柱状のステンレス
製の金具を取り付けて端面を拘束した後、最高電圧１５
０■、周波数５００Ｈｚ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に同様の金具をつけて
同じ条件で試験した場合Ｉ Ｘ １０８回の駆動で機械
的に破墳するものが３０％程度発生するのに対し、本発
明の電歪効果素子は５×１０８回でも不良は発生しなか
った。
同じ条件で試験した場合Ｉ Ｘ １０８回の駆動で機械
的に破墳するものが３０％程度発生するのに対し、本発
明の電歪効果素子は５×１０８回でも不良は発生しなか
った。
第３図（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例２の縦断面図お
よび上面図である。第３図（ａ＞（ｂ）に示すように、
第５図に示す従来構造の素子の端面に厚さ０．０１ｍｍ
直径４ｍｍのスーパーインバー類の金属板を接着するこ
とにより端面の凸部を形成した。スーパーインバー類の
金属板６を使用したのは、スーパーインバーの熱膨張率
の値が素子の熱膨張率の値に近いので、温度変化によっ
て生じる金属とセラミック材料間に発生する熱応力を防
ぐことができるためである。
よび上面図である。第３図（ａ＞（ｂ）に示すように、
第５図に示す従来構造の素子の端面に厚さ０．０１ｍｍ
直径４ｍｍのスーパーインバー類の金属板を接着するこ
とにより端面の凸部を形成した。スーパーインバー類の
金属板６を使用したのは、スーパーインバーの熱膨張率
の値が素子の熱膨張率の値に近いので、温度変化によっ
て生じる金属とセラミック材料間に発生する熱応力を防
ぐことができるためである。
次に、本実施例の素子５０個について実施例１と同様に
直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円柱状のステンレス製の金
具を取り付は実施例１と同様の正弦波電圧パルスを繰り
返し連続的に印加した結果、実施例１と同様の効果が得
られた。
直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円柱状のステンレス製の金
具を取り付は実施例１と同様の正弦波電圧パルスを繰り
返し連続的に印加した結果、実施例１と同様の効果が得
られた。
以上説明したように本発明は、従来構造の電歪効果素子
の端面に凸部を設けたことにより、端面が拘束された際
に生じる素子内の内部応力を減少させて素子の機械的な
寿命を延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。
の端面に凸部を設けたことにより、端面が拘束された際
に生じる素子内の内部応力を減少させて素子の機械的な
寿命を延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。
第１図（ａ）、（ｂ）は実施例１の電歪効果素子の縦断
面図およびその上面図、第２図は実施例１の積層パター
ンの斜視図、第３図（ａ）（ｂ）は実施例２の電歪効果
素子の縦断面図およびその上面図、第４図（ａ）、（ｂ
）は従来の積層チップコンデンサ構造の電歪効果素子の
縦断面図およびその内部電極２ａ、２ｂの投影図、第５
図は従来構造の電歪効果素子の縦断面図である。
面図およびその上面図、第２図は実施例１の積層パター
ンの斜視図、第３図（ａ）（ｂ）は実施例２の電歪効果
素子の縦断面図およびその上面図、第４図（ａ）、（ｂ
）は従来の積層チップコンデンサ構造の電歪効果素子の
縦断面図およびその内部電極２ａ、２ｂの投影図、第５
図は従来構造の電歪効果素子の縦断面図である。
Claims (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、該電歪効果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、該電歪効果
素子の積層方向に垂直な二つの端の形状が、該端面内の
周辺部分よりも面内の中央部分が凸型であることを特徴
とする電歪効果素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2169136A JPH0457374A (ja) | 1990-06-27 | 1990-06-27 | 電歪効果素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2169136A JPH0457374A (ja) | 1990-06-27 | 1990-06-27 | 電歪効果素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0457374A true JPH0457374A (ja) | 1992-02-25 |
Family
ID=15880954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2169136A Pending JPH0457374A (ja) | 1990-06-27 | 1990-06-27 | 電歪効果素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0457374A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62236829A (ja) * | 1986-04-08 | 1987-10-16 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 高分子ラテツクス粒子の球状密充填体 |
| JP2001267646A (ja) * | 2000-03-17 | 2001-09-28 | Taiheiyo Cement Corp | 積層型圧電アクチュエータ |
| JP5084745B2 (ja) * | 2006-12-15 | 2012-11-28 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子、これを備えた噴射装置及び燃料噴射システム |
-
1990
- 1990-06-27 JP JP2169136A patent/JPH0457374A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62236829A (ja) * | 1986-04-08 | 1987-10-16 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 高分子ラテツクス粒子の球状密充填体 |
| JP2001267646A (ja) * | 2000-03-17 | 2001-09-28 | Taiheiyo Cement Corp | 積層型圧電アクチュエータ |
| JP5084745B2 (ja) * | 2006-12-15 | 2012-11-28 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子、これを備えた噴射装置及び燃料噴射システム |
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