JP2014127603A - 誘電体素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】誘電体素子1は、誘電体10と、誘電体10における一方の面に設けられた第1の電極20と、誘電体10における第1の電極20側とは反対側の面に設けられた第2の電極30と、第1の電極20における当該第1の電極20に通電を行う第1の線路21との第1の接合部分22から、誘電体10における第2の電極30側の面のうち当該第1の接合部分22に対応する部分にかけて発生するマイグレーションによる電流リークを抑制する空間部40と、を備えている。
【選択図】図2
Description
また、温度変化に伴う誘電体素子の誘電率変化を利用して熱感知素子としたものも提案されている(例えば、特許文献2参照)。この場合も同様にベース電極及びアウター電極(電極12、12)を備えている。なお、誘電体の誘電率変化を利用して熱感知素子とする場合には、誘電体素子の圧電性を除去して使用するのが好ましいとされる。
まず、実施の形態1について説明する。この形態は、抑制手段を空間部とした形態である。
図1は、実施の形態1に係る誘電体素子の概要を示す斜視図である。図2は、実施の形態1に係る誘電体素子を示す図であり、(a)は正面図、(b)は底面図である。なお、以下の説明においては、図1のX方向を左右方向(又は幅方向)、図1のY方向を前後方向、図1のZ方向を上下方向(又は高さ方向)とする。これら各図に示すように、誘電体素子1は、誘電体10と、第1の電極20と、第2の電極30と、空間部40と、接着層50と、保護板60とを備えている。
誘電体10は、外部から電圧が加わると、電気分極する物体である。図1、図2(a)、(b)に示すように、誘電体10は、略円板状体として形成されており、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、又は亜鉛ニオブ酸鉛(PZN)とチタンジルコン酸鉛とを組み合わせたものを含むセラミック等の比較的高い誘電率(例えば比誘電率が2000程度)を有する材料にて形成されている。この誘電体10の形状については、例えば、熱応答性を高めるために、誘電体10は薄板状に形成されている(具体的には、誘電体10の直径=30mmとした場合に、誘電体10の厚さ=50μm程度に設定される)。
第1の電極20は、誘電体10と図示しない基板上の回路とを電気的に接続することにより、誘電体10の温度変化に応じた誘電率変化を電気信号として外部へと取り出すための電極である(なお、第2の電極30についても同様とする)。図1、図2(a)、(b)に示すように、第1の電極20は、例えば銀、白金、銅等の導電性材料にて形成された略円板状体であり、誘電体10における面の一方(図2(a)では誘電体10の上面)に設けられている。ここで、この第1の電極20の形成方法は任意であるが、例えば誘電体10の側面に対してスクリーン印刷することによって形成される方法が該当する(なお、第2の電極30の形成方法についても同様とする)。また、この第1の電極20の平面形状については、例えば第1の電極20の平面形状の大きさを、誘電体10の平面形状よりも小さくし、又は誘電体10の平面形状と略同一としている(なお、第2の電極30、及び接着層50の平面形状についても同様とする)。
第2の電極30は、図1、図2(a)、(b)に示すように、例えば銀、白金、銅等の導電性材料にて形成された略板状体であり、誘電体10における第1の電極20側とは反対側の面(図2(a)では誘電体10の下面)に設けられている。
空間部40は、マイグレーションによる電流リークを抑制する抑制手段である。図1、図2(a)、(b)に示すように、空間部40は、貫通穴31の周縁と、誘電体10と、接着層50とによって囲繞された空間である。
接着層50は、第2の電極30と保護板60とを接続する接続手段であり、例えば、図1、図2(a)、(b)に示すように、第2の電極30における誘電体10側とは反対側の面(図2(a)では第2の電極30の下面)に配置されている。ここで、接着層50の材質については、例えば、ウレタン系接着剤等の比較的低い誘電率(例えば、誘電体10の比誘電率が2000程度の場合に、接着層50の比誘電率は5程度)を有する非導電性接着剤にて、この接着層50が形成されている。
保護板60は、誘電体10を補強する保護手段である。図1、図2(a)、(b)に示すように、保護板60は、例えば、ニッケルと鉄とを組み合わせた合金や真鍮等の金属材料にて形成された略円板状体であり、保護板60の全体又は一部を覆うように、接着層50における第2の電極30側とは反対側の面(図2(a)では接着層50の下面)に配置されている(実際には、第2の電極30の製造時の誤差等によって、当該第2の電極30における誘電体10側とは反対側の面には突起部分が存在するため、保護板60は、この突起部分と多点接触するように配置されている)。ここで、この保護板60の平面形状については、例えば保護板60の平面形状の大きさを、誘電体10の平面形状よりも大きくしている(あるいは、誘電体10の平面形状と略同一であってもよい)。また、保護板60の厚さについては、その熱膨張係数がセラミックに近いものから材料選択し、強度確保の観点と熱応答の観点からバランスを考慮して決定する(あるいは、誘電体素子1がブザーやスピーカに適用された場合には、強度確保の観点と音響特性の観点からバランスを考慮して決定する)。
このように構成された誘電体素子1の機能は以下の通りである。図3は、図2(b)のA−A矢視断面図であって、第1の電極20と第2の電極30との相互間に電圧が印加された状況を示す図であり、(a)は第1の電極20を陽極とし、第2の電極30を陰極とした状態を示す図であり、(b)は第1の電極20を陰極とし、第2の電極30を陽極とした状態を示す図である。
このように実施の形態1によれば、抑制手段によって、第1の電極20の第1の接合部分22から、誘電体10における第2の電極30側の面のうち当該第1の接合部分22に対応する部分にかけて発生するマイグレーションによる電流リークを抑制することができるので、この電流リークによる動作不良の発生を抑えることができ、誘電体素子1の動作の安定性を向上させることができる。
次に、実施の形態2について説明する。この形態は、抑制手段を絶縁体とした形態である。なお、特に説明なき構造については、実施の形態1の構造と同様であり、実施の形態1と略同様の構成要素、及び動作については、必要に応じて、実施の形態1で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
まず、誘電体素子の構成について説明する。図4は、実施の形態2に係る誘電体素子を示す図であり、(a)は正面図、(b)は底面図である。図4(a)、(b)に示すように、実施の形態2に係る誘電体素子101は、実施の形態1の誘電体素子1の構成要素に対して、空間部40に代えて絶縁体80として構成されている。
絶縁体80は、マイグレーションによる電流リークを抑制する抑制手段である。図4(a)、(b)に示すように、絶縁体80は、誘電体10における第2の電極30側の面のうち第1の接合部分22に対応する部分と当接するように、貫通穴31の周縁と、誘電体10と、接着層50とによって囲繞された空間に充填されている。
このように構成された誘電体素子101の機能は以下の通りである。具体的には、誘電体10における第1の接合部分22に対応する部分にクラック11が生じている場合において、第1の電極20を陽極とし、第2の電極30を陰極として電圧が印加された場合に、第1の電極20の第1の接合部分22において金属イオン70が発生する。これにより、第1の電極20の第1の接合部分22から誘電体10における第2の電極30側の面のうち第1の接合部分22に対応する部分にかけて、マイグレーションが発生する。ここで、誘電体10における第2の電極30側の面のうち第1の接合部分22に対応する部分と当接するように絶縁体80が配置されているので、第1の電極20の第1の接合部分22と第2の電極30における第1の接合部分22に対応する部分とは導通しない。したがって、この絶縁体80によって、このマイグレーションによる電流リークが抑制される。
このように実施の形態2によれば、抑制手段は、誘電体10における第2の電極30側の面のうち接合部分に対応する部分と当接するように配置された絶縁体80であるので、実施の形態1の誘電体素子1に比べて、貫通穴31の内部に水分等が入り込むことを抑制でき、マイグレーションによる電流リークを確実に抑制することができる。よって、誘電体素子101の動作の安定性を向上させることができる。
次に、実施の形態3について説明する。この形態は、第1の接合部分を、第1の電極の誘電体側とは反対側の面の中央位置以外の位置に配置した形態である。なお、特に説明なき構造については、実施の形態1の構造と同様であり、実施の形態1と略同様の構成要素、及び動作については、必要に応じて、実施の形態1で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
まず、誘電体素子の構成について説明する。図5は、実施の形態3に係る誘電体素子を示す図であり、(a)は正面図、(b)は底面図である。図5(a)、(b)に示すように、実施の形態3に係る誘電体素子201は、実施の形態1の誘電体素子1の構成要素に対して、第1の接合部分22の配置内容が異なり、表示部90を加えて構成されている。
第1の接合部分22の配置については、例えば、何らかの理由により、第1の接合部分22を第1の電極20における誘電体10側とは反対側の面の平面中央位置に配置できない場合であっても、状況に応じた第1の電極20と第1の線路21との接続が可能となるように、当該面の平面中央位置以外の位置(図5(a)では、第1の電極20における上面の左端部の位置)に、この第1の接合部分22が配置されている。この場合において、空間部40の配置については、誘電体10における第2の電極30側の面のうち第1の接合部分22に対応する部分(図5(a)に示す誘電体10における下面の左端部)と当接する位置に、この空間部40が配置される。また、貫通穴31の配置については、第2の電極30における第1の接合部分22に対応する部分(図5(a)に示す第2の電極30の左端部)と対応する位置に、この貫通穴31が配置される。
表示部90は、空間部40の位置を示す表示手段である。図5(b)に示すように、表示部90は、空間部40の位置を示す所定の記号(例えば文字や図形)を表示することによって構成されている。ここで、表示部90の配置については、例えば第1の電極20、誘電体10、又は保護板60における空間部40の近傍位置(図5(a)、(b)では保護板60における上面の左端部の位置)に、この表示部90が配置されている。あるいは、これに限られず、第1の電極20における誘電体10側の面のうち空間部40に対応する部分の位置に、この表示部90が配置されてもよい。また、表示部90の形状については、例えば、表示部が第1の電極20、誘電体10、又は保護板60における空間部40の近傍位置に配置されている場合に、ある頂角の二等分線が空間部40の位置方向に略沿うように配置された図形(図5(b)では三角形。あるいは扇形等。)として形成される。また、表示部が第1の電極20における空間部40に対応する部分の位置に配置されている場合に、当該対応する部分の位置を示す図形(例えば、四角形、円形、十字形等)として形成される。また、表示部90の形成方法は任意であるが、例えば、表示部90が着脱自在に貼付可能となるように、合成樹脂フィルム等の薄膜部材として形成される方法が該当する。あるいは、表示部90が手早く形成できるように、公知の塗料を塗布することにより形成される方法であってもよい。
このように実施の形態3によれば、第1の電極20における誘電体10側とは反対側の面の平面中央位置以外の位置に、第1の接合部分22を配置し、誘電体10における第2の電極30側の面のうち第1の接合部分22に対応する部分に、空間部40を配置したので、状況に応じた第1の電極20と第1の線路21との接合ができるので、誘電体素子201の設置の自由度を高めることができる。
次に、実施の形態4について説明する。この形態は、抑制手段を接着層とした形態である。なお、特に説明なき構造については、実施の形態1の構造と同様であり、実施の形態1と略同様の構成要素、及び動作については、必要に応じて、実施の形態1で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
まず、誘電体素子の構成について説明する。図6は、実施の形態4に係る誘電体素子を示す図であり、(a)は正面図、(b)は底面図である。図6(a)、(b)に示すように、実施の形態4に係る誘電体素子301は、実施の形態1の誘電体素子1の構成要素に対して、接着層50の構成内容が異なり、スクリーン印刷によって形成された第2の電極30を省略し、保護板60を第2の電極として構成されている。
接着層50の構成については、例えば、誘電体10と保護板60とを接続すると共に、マイグレーションによる電流リークを抑制可能となる構成が採用されている。
このように構成された誘電体素子301の機能は以下の通りである。具体的には、誘電体10における第1の接合部分22に対応する部分にクラック11が生じている場合において、第1の電極20を陽極とし、保護板60を陰極として電圧が印加された場合に、第1の電極20の第1の接合部分22において金属イオン70が発生する。次いで、この金属イオン70がこの第1の電極20の第1の接合部分22から保護板60に向けてクラック11を介して移動することにより、誘電体10における第1の電極20側の面のうち第1の接合部分22に対応する部分から当該誘電体10における接着層50側の面のうち第1の接合部分22に対応する部分にわたって、この金属分子の架橋が形成される。ここで、誘電体10における接着層50側の面のうち第1の接合部分22に対応する部分に接着層50が当接するように配置されているので、第1の電極20の第1の接合部分22と保護板60の第1の接合部分22と対応する部分とは導通しない。したがって、第1の電極20の第1の接合部分22から誘電体10における接着層50側の面のうち第1の接合部分22に対応する部分にかけてマイグレーションが発生するものの、上述した接着層50によってこのマイグレーションによる電流リークが抑制される。
このように実施の形態4によれば、抑制手段は、誘電体10と第2の電極30とを接続する接着層50であるので、実施の形態1の誘電体素子1に比べて部材数を減らして、シンプルな構成にすることができ、製造性を一層向上させることができる。
以上、本発明に係る各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。例えば、抑制手段がマイグレーションによる電流リークを抑制しにくい場合であっても、この抑制手段の抑制を、従来とは異なる技術により従来と同様に達成できている場合には、本願発明の課題が解決されている。
上記実施の形態1から4に示した構成は、相互に組み合わせることができる。例えば、実施の形態3に係る誘電体素子201と、実施の形態2に係る誘電体素子101の絶縁体80とを組み合わせても良い。
上記実施の形態1から4では、誘電体10の形状は略円板状体として形成されていると説明したが、これに限られず、例えば方形状体(例えば三角形状体、四角形状体、五角形状体等)、扇状体、円弧状体等として形成されてもよい。この場合において、第1の電極20、第2の電極30、又は保護板60の形状についても、誘電体10の形状に応じた形状で形成されてもよい。
上記実施の形態1から3では、第2の電極30は、誘電体10の側面に対してスクリーン印刷することによって形成されていると説明したが、例えば、導電性部材(例えば、銀、銅等)を誘電体10の側面に対して導電性接着剤によって接合することにより形成されてもよい。
上記実施の形態2では、絶縁体80は、誘電体10における第2の電極30側の面のうち第1の接合部分22に対応する部分と当接するように配置されていると説明したが、これに限られない。例えば、貫通穴31の平面形状の大きさが第1の接合部分22の平面形状よりも大きい場合において、第1の接合部分22と同一の大きさの平面形状を有し、且つ貫通穴31の厚さよりも厚さが薄い導電性部材が、誘電体10における第2の電極30側の面のうち第1の接合部分22に対応する部分と当接した状態で貫通穴31の内部に収容されるように、当該導電性部材と貫通穴31の周縁との相互間に、絶縁体80が配置されてもよい。
10 誘電体
11 クラック
20 第1の電極
21 第1の線路
22 第1の接合部分
30 第2の電極
31 貫通穴
40 空間部
50 接着層
60 保護板
61 第2の線路
62 第2の接合部分
70 金属イオン
80 絶縁体
90 表示部
Claims (7)
- 誘電体と、
前記誘電体の一方の面に設けられた第1の電極と、
前記誘電体の前記第1の電極側とは反対側の面に設けられた第2の電極と、
前記第1の電極における当該第1の電極に通電を行う線路との接合部分から、前記誘電体の前記第2の電極側の面のうち当該接合部分に対応する部分にかけて発生するマイグレーションによる電流リークを抑制する抑制手段と、
を備えた誘電体素子。 - 前記抑制手段は、
前記誘電体の前記第2の電極側の面のうち前記接合部分に対応する部分と当接するように配置された空間部である、
請求項1に記載の誘電体素子。 - 前記抑制手段は、
前記誘電体の前記第2の電極側の面のうち前記接合部分に対応する部分と当接するように配置された絶縁体である、
請求項1に記載の誘電体素子。 - 前記第1の電極の前記誘電体側とは反対側の面の中央位置に、前記接合部分を配置し、
前記誘電体の前記第2の電極側の面のうち前記接合部分に対応する部分に、前記抑制手段を配置した、
請求項1から3のいずれか一項に記載の誘電体素子。 - 前記第1の電極の前記誘電体側とは反対側の面の中央位置以外の位置に、前記接合部分を配置し、
前記誘電体の前記第2の電極側の面のうち前記接合部分に対応する部分に、前記抑制手段を配置した、
請求項1から3のいずれか一項に記載の誘電体素子。 - 前記抑制手段の位置を示す表示手段を、さらに備えた、
請求項5に記載の誘電体素子。 - 前記抑制手段は、
前記誘電体と前記第2の電極とを接続する接着層である、
請求項1に記載の誘電体素子。
Priority Applications (1)
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