JP2000174352A - Piezoelectric-crystal element and its manufacture - Google Patents

Piezoelectric-crystal element and its manufacture

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JP2000174352A
JP2000174352A JP34707498A JP34707498A JP2000174352A JP 2000174352 A JP2000174352 A JP 2000174352A JP 34707498 A JP34707498 A JP 34707498A JP 34707498 A JP34707498 A JP 34707498A JP 2000174352 A JP2000174352 A JP 2000174352A
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JP
Japan
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piezoelectric
piezoelectric element
firing
shaft
cylindrical
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Japanese (ja)
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Naoki Matsui
直樹 松井
Koji Katsuragi
廣治 葛城
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Minolta Co Ltd
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Minolta Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a laminated piezoelectric-crystal element which is easy to manufacture and superior conversion efficiency and a method for the manufacture of the piezoelectric-crystal element. SOLUTION: Electrodes 11a and 12a are formed on the surfaces of two sheet- like piezoelectric elements 11 and 12 respectively, and the elements are laminated. The laminate is wrapped around a shaft 13 and formed into a cylinder and is fired and polarized to form a piezoelectric-crystal element 10. A shaft obtained by bonding together a plurality of plate-like bodies separated in the direction of the displacement of the piezoelectric-crystal element, or a plurality of segments cut off in the direction of displacement with adhesive which is thermally decomposed at a temperature lower than firing temperature into cylindrical shape, or a shaft the surface of which is coated with coating agent is used for the shaft. Thus, the wrapping work is facilitated, and after firing, the adhesive is decomposed by heat to cause the plurality of the plate-like bodies or segments comprising the shaft to come apart, or the coating agent is evaporated so that the shaft can be removed. As a result, the shaft will not interfere with the displacement of the piezoelectric-crystal element 10.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、圧電変換素子及
びその製造方法に関する。
The present invention relates to a piezoelectric transducer and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電変換素子を使用したアクチエ−タ
は、供給される電気エネルギを駆動力に変換する変換効
率が高く、小型軽量でありながら発生する駆動力が大き
く、また、駆動力を容易に制御できるため、カメラ、計
測機器、その他の精密機械の被駆動部材の駆動や位置決
めに利用されるようになつてきた。
2. Description of the Related Art An actuator using a piezoelectric transducer has a high conversion efficiency for converting supplied electric energy into a driving force, is small in size and light in weight, generates a large driving force, and has a high driving force. Therefore, it has been used for driving and positioning of driven members of cameras, measuring instruments, and other precision machines.

【0003】このようなアクチエ−タで使用される駆動
源である圧電変換素子には、単位の圧電素子を複数枚積
層して構成したものがある。これは、単位の圧電素子に
発生する厚み方向の変位をできるだけ大きくして取り出
すためである。
[0003] As a piezoelectric conversion element as a driving source used in such an actuator, there is an element in which a plurality of unit piezoelectric elements are stacked. This is because the displacement in the thickness direction generated in the unit piezoelectric element is taken out as large as possible.

【0004】単位の圧電素子を複数枚積層して構成した
圧電変換素子は、単位素子それぞれの表面に電極を設け
る工程、積層して接着する工程、各層の電極を結線する
工程という繁雑な作業を経て製造されるので、コストの
高いものであつた。
[0004] Piezoelectric transducers composed of a plurality of unitary piezoelectric elements laminated require the complicated steps of providing electrodes on the surface of each unit element, laminating and bonding, and connecting the electrodes of each layer. It is expensive because it is manufactured after passing through.

【0005】その他の形状の圧電変換素子としては、単
層の中空円筒状に形成した圧電変換素子がある。
As another type of piezoelectric transducer, there is a single-layer hollow cylindrical piezoelectric transducer.

【0006】中空円筒状の圧電変換素子は、比較的機械
的強度が高いという特徴があるにしても、発生する変位
を大きくするには電界強度を高める必要がある。従つ
て、圧電変換素子に印加する電圧に制約がある場合に
は、圧電変換素子の厚みを薄くして電界強度を高めなけ
ればならない。即ち、発生する変位を大きくしようとす
ると圧電変換素子の機械的強度が低下するという不都合
があつた。
[0006] Even though the hollow cylindrical piezoelectric conversion element is characterized by relatively high mechanical strength, it is necessary to increase the electric field strength in order to increase the generated displacement. Therefore, when there is a restriction on the voltage applied to the piezoelectric conversion element, the thickness of the piezoelectric conversion element must be reduced to increase the electric field strength. That is, there is an inconvenience that the mechanical strength of the piezoelectric conversion element is reduced when the displacement to be generated is increased.

【0007】この対策として、電極が形成された薄板状
の第1の圧電素子と電極が形成された薄板状の第2の圧
電素子とを積層して構成した積層体を、筒状に巻き取る
ことにより形成された圧電変換素子が、本出願人により
提案されている(特願平10−119901号、特願平
10−254642号参照)。
As a countermeasure against this, a laminated body formed by laminating a thin plate-shaped first piezoelectric element having electrodes formed thereon and a thin plate-shaped second piezoelectric element having electrodes formed thereon is wound into a cylindrical shape. The piezoelectric conversion element thus formed has been proposed by the present applicant (see Japanese Patent Application Nos. 10-199001 and 10-254462).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極が
形成された2枚の薄板状の圧電素子を積層した積層体を
中空筒状に巻いた圧電変換素子は、熱処理の際に圧電変
換素子が変形するなどの不都合がある。この対策とし
て、前記した2枚の薄板状の圧電素子積層体を中軸の回
りに巻き付けた構成が提案されているが、この中軸のあ
る構成では、圧電変換素子に発生する変位が中軸により
阻害され、十分な変位を発生させることができないとい
う不都合があることが明らかになつた。この発明は、上
記課題を解決することを目的とするものである。
However, in a piezoelectric transducer in which a laminated body in which two thin plate-like piezoelectric elements on which electrodes are formed is wound in a hollow cylindrical shape, the piezoelectric transducer is deformed during heat treatment. There are inconveniences such as doing. As a countermeasure, a configuration in which the two thin plate-like piezoelectric element laminates described above are wound around a central axis has been proposed. In the configuration with the central axis, displacement generated in the piezoelectric transducer is hindered by the central axis. It has become clear that there is a disadvantage that sufficient displacement cannot be generated. An object of the present invention is to solve the above problems.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するもので、請求項1の発明は、表面に電極が形成さ
れたPZT(PbZrO3 ・PbTiO3 )を主成分と
する圧電セラミックスからなる薄板状の圧電素子を、複
数の部材を圧電素子の焼成温度以下で熱分解する接着剤
で接着して構成した中軸の回りに巻き付けて筒状に構成
したことを特徴とする圧電変換素子である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and the invention of claim 1 is based on a piezoelectric ceramic mainly composed of PZT (PbZrO 3 .PbTiO 3 ) having electrodes formed on the surface. A piezoelectric conversion element characterized in that a thin plate-shaped piezoelectric element is wound around a central axis formed by bonding a plurality of members with an adhesive that is thermally decomposed at a temperature not higher than the firing temperature of the piezoelectric element, thereby forming a cylindrical shape. is there.

【0010】そして、前記薄板状の圧電素子は、表面に
電極が形成された第1及び第2の圧電素子を積層した積
層体とする。
[0010] The thin plate-shaped piezoelectric element is a laminated body in which first and second piezoelectric elements having electrodes formed on the surface are laminated.

【0011】また、前記中軸を構成する複数の部材は高
融点材料からなる圧電変換素子の変位方向に対して分離
した複数個の円盤状の板体であり、前記中軸は該複数個
の円盤状の板体を軸方向に積層して圧電素子の焼成温度
以下で熱分解する接着剤で接着して構成した円筒状又は
円柱状の中軸とするとよい。
Further, the plurality of members constituting the center shaft are a plurality of disk-shaped plate members separated in the direction of displacement of the piezoelectric transducer made of a high melting point material, and the center shaft is formed of the plurality of disk-shaped members. It is preferable to form a cylindrical or column-shaped central shaft by laminating the plate members in the axial direction and bonding them with an adhesive that decomposes at a temperature lower than the firing temperature of the piezoelectric element.

【0012】また、前記中軸を構成する複数の部材は高
融点材料からなる円筒又は円柱を圧電変換素子の変位方
向に沿つて切断した複数個のセグメントであり、前記中
軸は該複数個のセグメントを圧電素子の焼成温度以下で
熱分解する接着剤で接着して構成した円筒状又は円柱状
の中軸としてもよい。
The plurality of members constituting the center shaft are a plurality of segments obtained by cutting a cylinder or a column made of a high melting point material along the direction of displacement of the piezoelectric transducer, and the center shaft is formed by cutting the plurality of segments. It is also possible to use a cylindrical or cylindrical central shaft that is formed by bonding with an adhesive that is thermally decomposed below the firing temperature of the piezoelectric element.

【0013】前記中軸は、前記薄板状の圧電素子と同一
材料で形成された焼成済みの中軸とすることができる。
[0013] The center shaft may be a fired center shaft formed of the same material as the thin plate-shaped piezoelectric element.

【0014】請求項5の発明は、表面に電極が形成され
たPZT(PbZrO3 ・PbTiO3 )を主成分とす
る圧電セラミックスからなる薄板状の圧電素子を、表面
を圧電素子の焼成温度以下で熱分解するコ−ト剤で被覆
した高融点材料からなる中軸の回りに巻き付けて筒状に
構成したことを特徴とする圧電変換素子である。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a thin plate-shaped piezoelectric element made of a piezoelectric ceramic mainly composed of PZT (PbZrO 3 .PbTiO 3 ) having electrodes formed on the surface, and the surface is heated at a temperature lower than the firing temperature of the piezoelectric element. A piezoelectric conversion element characterized in that it is wound around a central axis made of a high melting point material coated with a thermally decomposable coating agent to form a cylindrical shape.

【0015】前記中軸は、前記薄板状の圧電素子と同一
材料で形成された焼成済みの中軸とすることができる。
[0015] The center shaft may be a fired center shaft formed of the same material as the thin plate-shaped piezoelectric element.

【0016】請求項7の発明は、薄板状に形成されたP
ZT(PbZrO3 ・PbTiO3)を主成分とする圧
電セラミックスからなる第1及び第2の圧電素子の表面
に電極を形成する工程と、該第1の圧電素子の電極形成
面と第2の圧電素子の電極非形成面が対向するように積
層し、複数の部材を圧電素子の焼成温度以下で熱分解す
る接着剤で接着して構成した中軸の回りに巻き付けて筒
状体に形成する工程と、形成した筒状体を所定の温度で
焼成する工程と、焼成した筒状体の電極間に所定の電圧
を印加して分極させる工程とを含むことを特徴とする圧
電変換素子の製造方法である。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a thin plate-shaped P
Forming electrodes on the surfaces of first and second piezoelectric elements made of piezoelectric ceramics containing ZT (PbZrO 3 .PbTiO 3 ) as a main component, and forming an electrode forming surface of the first piezoelectric element and a second piezoelectric element. Laminating such that the electrode non-forming surfaces of the element are opposed to each other, winding a plurality of members around a central axis configured by bonding with an adhesive that is thermally decomposed below the firing temperature of the piezoelectric element, and forming a cylindrical body. A step of firing the formed cylindrical body at a predetermined temperature, and a step of applying a predetermined voltage between the electrodes of the fired cylindrical body to polarize the formed cylindrical body. is there.

【0017】そして、前記圧電変換素子の製造方法は、
更に、複数の部材として高融点材料からなる圧電変換素
子の変位方向に対して分離している複数個の円盤状の板
体を形成し、該円盤状の板体を軸方向に積層して圧電素
子の焼成温度以下で熱分解する接着剤で接着して円筒状
又は円柱状に構成する中軸形成工程を含むことができ
る。
[0017] The method of manufacturing the piezoelectric transducer is as follows.
Further, a plurality of disk-shaped plates are formed as a plurality of members that are separated from each other in the direction of displacement of the piezoelectric transducer made of a high melting point material, and the disk-shaped plates are laminated in the axial direction to form a piezoelectric element. A center axis forming step of forming a cylindrical or columnar shape by bonding with an adhesive that decomposes at a temperature lower than the firing temperature of the element can be included.

【0018】また、前記圧電変換素子の製造方法は、更
に、所定の温度で焼成した後、中軸を取り除く工程を含
むことができる。
Further, the method for manufacturing a piezoelectric transducer may further include a step of removing the center axis after firing at a predetermined temperature.

【0019】さらに、前記圧電変換素子の製造方法は、
更に、複数の部材として高融点材料からなる円筒又は円
柱を圧電変換素子の変位方向に沿つて切断して複数個の
セグメントを形成し、該セグメントを圧電素子の焼成温
度以下で熱分解する接着剤で接着して円筒状又は円柱状
に構成する中軸形成工程を含むことができる。
Further, the method for manufacturing the piezoelectric transducer is as follows.
Further, an adhesive that cuts a cylinder or a cylinder made of a high melting point material along the direction of displacement of the piezoelectric conversion element as a plurality of members to form a plurality of segments, and thermally decomposes the segments at a firing temperature of the piezoelectric element or lower. And a center shaft forming step of forming a cylindrical or columnar shape by adhering.

【0020】また、前記圧電変換素子の製造方法は、更
に、所定の温度で焼成した後、中軸を取り除く工程を含
むことができる。
Further, the method for manufacturing a piezoelectric transducer may further include a step of removing the center axis after firing at a predetermined temperature.

【0021】請求項12の発明は、薄板状に形成された
PZT(PbZrO3 ・PbTiO 3 )を主成分とする
圧電セラミックスからなる第1及び第2の圧電素子の表
面に電極を形成する工程と、第1の圧電素子の電極形成
面と第2の圧電素子の電極非形成面が対向するように積
層し、表面を圧電素子の焼成温度以下で熱分解するコ−
ト剤で被覆した中軸の回りに巻き付けて筒状体に形成す
る工程と、形成した筒状体を所定の温度で焼成する工程
と、焼成した筒状体の電極間に所定の電圧を印加して分
極させる工程とを含むことを特徴とする圧電変換素子の
製造方法である。
According to a twelfth aspect of the present invention, a thin plate is formed.
PZT (PbZrOThree・ PbTiO Three) As the main component
Table of first and second piezoelectric elements made of piezoelectric ceramics
Forming electrodes on the surface and forming electrodes of the first piezoelectric element
Product so that the surface and the electrode-free surface of the second piezoelectric element face each other.
A layer that is thermally decomposed below the firing temperature of the piezoelectric element.
Wrapped around a central shaft covered with
And firing the formed tubular body at a predetermined temperature.
And applying a predetermined voltage between the electrodes of the fired tubular body for separation.
And a step of polarizing the piezoelectric element.
It is a manufacturing method.

【0022】そして、前記圧電変換素子の製造方法は、
更に、所定の温度で焼成した後、中軸を取り除く工程を
含むことができる。
The method for manufacturing the piezoelectric transducer is as follows:
Further, after firing at a predetermined temperature, a step of removing the center shaft can be included.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0024】[第1の実施の形態]図1乃至図3は、こ
の発明の第1の実施の形態の圧電変換素子の構成及び製
造過程を説明する図で、図1は圧電変換素子の外観を示
す斜視図、図2は図1に示す圧電変換素子の断面図、図
3はその製造過程にある圧電変換素子の斜視図である。
[First Embodiment] FIGS. 1 to 3 are views for explaining the structure and manufacturing process of a piezoelectric transducer according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows the appearance of the piezoelectric transducer. 2 is a cross-sectional view of the piezoelectric transducer shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view of the piezoelectric transducer in a manufacturing process.

【0025】図1及び図2に示すように、圧電変換素子
10は、表面にそれぞれ電極11a及び12aが形成さ
れた薄板状の第1の圧電素子11と第2の圧電素子12
を、第1の圧電素子11の電極形成面に第2の圧電素子
12の電極非形成面を対向して積層し、この積層体を中
軸13の回りに巻き付けて円筒状に構成したものであ
る。
As shown in FIGS. 1 and 2, the piezoelectric transducer 10 has a thin plate-like first piezoelectric element 11 and a second piezoelectric element 12 having electrodes 11a and 12a formed on the surface thereof, respectively.
Are laminated on the electrode forming surface of the first piezoelectric element 11 with the non-electrode forming surface of the second piezoelectric element 12 opposed thereto, and the laminated body is wound around the central shaft 13 to form a cylindrical shape. .

【0026】なお、図2では、中軸と巻き付けた圧電素
子の端部との間に空間があるが、これは説明のために圧
電素子の厚みを拡大して示してあるからであり、実際に
は圧電素子は後述するように厚みの極めて薄い薄板状で
あるから、中軸と巻き付けた圧電素子の端部との間には
殆ど空間はない。
In FIG. 2, there is a space between the center shaft and the end of the wound piezoelectric element. This is because the thickness of the piezoelectric element is enlarged for the sake of explanation, and actually, Since the piezoelectric element has an extremely thin plate shape as described later, there is almost no space between the center shaft and the end of the wound piezoelectric element.

【0027】図1に示すように、第1の圧電素子11と
第2の圧電素子12を積層するとき、下側に位置する第
1の圧電素子11の素子の電極11aの端部を露出させ
るため、上側に位置する第2の圧電素子12の端部には
切り欠き部12bが形成されており、下側の圧電素子1
1の電極11aにリ−ド線を接続することができるよう
に構成されている。
As shown in FIG. 1, when the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 12 are stacked, the end of the electrode 11a of the element of the first piezoelectric element 11 located below is exposed. Therefore, a notch 12b is formed at the end of the second piezoelectric element 12 located on the upper side, and the lower piezoelectric element 1
It is configured so that a lead wire can be connected to one electrode 11a.

【0028】次に、その製造工程を説明する。まず、圧
電素子11及び12の材料としては、PZT(PbZr
3 ・PbTiO3 )を主成分とする圧電セラミックス
を使用する。このセラミックス粉体を溶剤、分散剤、バ
インダ、可塑剤等と混合し、ブレ−ド等を使用して均一
な平面に作成して一定の厚さ、例えば20〜100μm
の厚さに引き伸ばす。溶剤を蒸発させて乾燥すると、グ
リ−ンシ−トと呼ばれる柔軟性のあるシ−トを得ること
ができる。
Next, the manufacturing process will be described. First, as a material of the piezoelectric elements 11 and 12, PZT (PbZr
Piezoelectric ceramics whose main component is O 3 .PbTiO 3 ) are used. This ceramic powder is mixed with a solvent, a dispersant, a binder, a plasticizer, and the like, and is formed into a uniform plane using a blade or the like to have a constant thickness, for example, 20 to 100 μm.
Stretch to thickness. When the solvent is evaporated and dried, a flexible sheet called green sheet can be obtained.

【0029】なお、PZTには、Sr、Sn、Sb、M
n等の改質用の元素を少量添加することができる。
The PZT includes Sr, Sn, Sb, M
A small amount of a modifying element such as n can be added.

【0030】次に、このグリ−ンシ−トの表面に、スク
リ−ン印刷等の手段で、ペ−スト状の電極材料、例えば
Pt系、Ag−Pd系の電極材料を1〜数μmの厚さに
印刷し、電極11a及び12aを形成する。
Next, a paste-like electrode material, for example, a Pt-based electrode material or an Ag-Pd-based electrode material is coated on the surface of the green sheet by 1 to several μm by means such as screen printing. Printing is performed to a thickness to form the electrodes 11a and 12a.

【0031】電極が印刷形成された圧電素子を所定の大
きさに切断し、電極11aが形成された第1の圧電素子
11の上に電極12aが形成された第2の圧電素子12
を積層して貼り合わせる。このとき、第1の圧電素子1
1の電極形成面の上に第2の圧電素子12の電極非形成
面を対向して積層する。また、第2の圧電素子12の隅
には切り欠き部12bを形成しておく。
The piezoelectric element on which the electrodes are formed by printing is cut into a predetermined size, and the second piezoelectric element 12 on which the electrode 12a is formed on the first piezoelectric element 11 on which the electrode 11a is formed.
Are laminated and laminated. At this time, the first piezoelectric element 1
The electrode-free surface of the second piezoelectric element 12 is laminated on the first electrode-forming surface so as to face each other. In addition, a notch 12b is formed at a corner of the second piezoelectric element 12.

【0032】次に、この積層したシ−ト状の圧電素子1
1及び12を中軸13に巻き付けて筒状体に形成するの
であるが、ここで、中軸13について説明する。
Next, the laminated sheet-like piezoelectric element 1
1 and 12 are wound around the center shaft 13 to form a cylindrical body. Here, the center shaft 13 will be described.

【0033】中軸13は、例えば、PZTを主成分とす
る圧電セラミックスの円筒を焼成し、これを、図4に示
すように、厚さt(例えば1mm程度)の薄板にダイシ
ングソ−などで輪切りにして中央に穴のある円盤状の板
体13Pを形成する。さらに、この円盤状の板体13P
を、その中央の内径に略等しい外径の作業軸15に差し
込み、積層する。図5はこの状態を示す。
The center shaft 13 is formed, for example, by firing a piezoelectric ceramic cylinder mainly composed of PZT, and cutting this into a thin plate having a thickness t (for example, about 1 mm) with a dicing saw as shown in FIG. To form a disc-shaped plate 13P having a hole in the center. Furthermore, this disk-shaped plate 13P
Is inserted into a working shaft 15 having an outer diameter substantially equal to the inner diameter at the center thereof, and laminated. FIG. 5 shows this state.

【0034】次に、積層された円盤状の板体の外側をテ
−プなどで巻いて仮止めして作業軸15を抜き取り、そ
の内面に例えばシアノアクリレ−ト系の接着剤を流し込
んで、円盤状の板体13P相互を接着して円筒に形成
し、先の仮止めテ−プを取り除くと、中軸13が完成す
る。
Next, the outside of the laminated disk-shaped plate body is wound around with a tape or the like and temporarily fixed, the work shaft 15 is pulled out, and for example, a cyanoacrylate adhesive is poured into the inner surface of the work shaft 15, and the disk is poured. The plates 13P are adhered to each other to form a cylinder, and the temporary fixing tape is removed to complete the center shaft 13.

【0035】前記した中軸13に、先に積層したシ−ト
状の圧電素子11及び12を巻き付けて筒状体に形成
し、これを所定の温度条件で焼成し、電極11a及び1
2aにリ−ド線を接続して所定の直流高電圧を印加して
分極させると、圧電変換素子10が完成する。この後、
所望の長さ、例えば5mm程度の長さに切断し、アクチ
エ−タの駆動素子として使用する。
The sheet-like piezoelectric elements 11 and 12 previously laminated are wound around the center shaft 13 to form a cylindrical body, which is fired under a predetermined temperature condition to form the electrodes 11a and 1a.
When a lead wire is connected to 2a and a predetermined DC high voltage is applied for polarization, the piezoelectric conversion element 10 is completed. After this,
It is cut into a desired length, for example, about 5 mm, and used as a drive element of an actuator.

【0036】焼成する温度条件は、例えば、図6に示す
ように、5時間程度かけて500℃まで序々に温度を高
め、500℃で一定時間焼成した後、最初から9時間後
に1200℃まで序々に温度を高める。さらに、120
0℃で約0.3時間焼成した後、6時間程度かけて常温
まで冷却する。
As shown in FIG. 6, for example, as shown in FIG. 6, the temperature is gradually raised to 500 ° C. over about 5 hours, and after baking at 500 ° C. for a certain time, the temperature is gradually increased to 1200 ° C. 9 hours after the beginning. To increase the temperature. In addition, 120
After baking at 0 ° C. for about 0.3 hours, it is cooled to room temperature over about 6 hours.

【0037】分極の方向はシ−ト状の圧電素子の厚み方
向とし、例えば、60℃の環境において、電極11a及
び12aの間に1.5kV/mmの電圧を20分間印加
して分極させる。圧電素子を分極させることで、圧電素
子11及び12に円筒軸の方向に変位を発生させること
ができる。
The direction of polarization is the thickness direction of the sheet-shaped piezoelectric element. For example, in a 60 ° C. environment, a voltage of 1.5 kV / mm is applied between the electrodes 11a and 12a for 20 minutes for polarization. By polarizing the piezoelectric element, displacement can be generated in the piezoelectric elements 11 and 12 in the direction of the cylindrical axis.

【0038】中軸13にシ−ト状の圧電素子11及び1
2を巻き付けて焼成すると、中軸13を構成する円盤状
の板体13Pを相互に接着していた接着剤は焼成過程で
熱分解し、円盤状の板体13Pは圧電変換素子10の変
位方向に対してばらばらに分離した状態になつているか
ら、圧電変換素子10の内部に中軸13があつても圧電
変換素子10に発生する変位を阻害することがない。
The sheet-like piezoelectric elements 11 and 1 are mounted on the center shaft 13.
2 and wound and fired, the adhesive that has bonded the disc-shaped plates 13P constituting the central shaft 13 to each other is thermally decomposed during the firing process, and the disc-shaped plates 13P are displaced in the displacement direction of the piezoelectric transducer 10. On the other hand, since they are separated from each other, even if the center shaft 13 is provided inside the piezoelectric conversion element 10, the displacement generated in the piezoelectric conversion element 10 is not hindered.

【0039】なお、上記した中軸13は、圧電セラミッ
クスの円筒に限られるものではなく、他のセラミックス
の円筒でもよく、また、炭素やモリブデン、タングステ
ンなどその他の高融点材料の円筒を使用することもでき
る。また、形状も円筒に限られるものではなく、円柱状
その他適宜の筒状或いは柱状であつてもよい。
The above-mentioned center shaft 13 is not limited to a cylinder made of piezoelectric ceramics, but may be made of other ceramics. Alternatively, a cylinder made of other high melting point material such as carbon, molybdenum, and tungsten may be used. it can. Also, the shape is not limited to a cylinder, and may be a cylindrical shape or any other appropriate cylindrical or columnar shape.

【0040】図7は、先に説明した圧電変換素子の変位
方向に対して分離している中軸を有する圧電変換素子
(a)、中軸の無い圧電変換素子(b)、及び通常の中
軸(変位方向に対して分離していない中軸)を有する圧
電変換素子(c)について、印加する電圧と変位の関係
を示す図である。
FIG. 7 shows a piezoelectric transducer (a) having a center axis separated from the displacement direction of the piezoelectric transducer described above, a piezoelectric transducer element (b) without a center axis, and a normal center axis (displacement). It is a figure which shows the relationship between the applied voltage and the displacement about the piezoelectric conversion element (c) which has a center axis | shaft (separate to a direction).

【0041】図から明らかなように、第1の実施の形態
の圧電変換素子である変位方向に対して分離している中
軸を有する圧電変換素子(a)は、中軸の無い圧電変換
素子(b)に極めて近い印加電圧と変位の関係を示し、
中軸の無い圧電変換素子(b)と比較して最大でも11
%の変位損失に抑えられている。これに対し、通常の中
軸を有する圧電変換素子(c)は中軸の無い圧電変換素
子(b)と比較して最大で34%もの変位損失があるこ
とが示されている。
As is apparent from the figure, the piezoelectric transducer (a) having the central axis separated from the displacement direction, which is the piezoelectric transducer of the first embodiment, is the piezoelectric transducer (b) having no central axis. ) Shows the relationship between applied voltage and displacement very close to
11 at most compared to the piezoelectric transducer (b) without the central shaft
% Displacement loss. On the other hand, it is shown that the piezoelectric transducer (c) having a normal center axis has a displacement loss of up to 34% as compared with the piezoelectric transducer (b) without the center axis.

【0042】そのほか、中軸の無い圧電変換素子は焼成
時の変形が大きく、また積層したシ−ト状の圧電素子の
層間剥離が生じる可能性が大きいが、変位方向に対して
分離している中軸を有する圧電変換素子及び通常の中軸
を有する圧電変換素子は焼成時の変形が小さく、積層し
た圧電素子の層間剥離の生じる可能性が小さい。
In addition, a piezoelectric conversion element having no center axis has a large deformation during firing and a large possibility of delamination of a laminated sheet-like piezoelectric element. And the ordinary piezoelectric element having a center axis have a small deformation at the time of firing, and the possibility of delamination of the laminated piezoelectric elements is small.

【0043】さらに、円筒状に構成した圧電変換素子の
半径方向の強度(割れやすさ)は、変位方向に対して分
離している中軸を有する圧電変換素子及び通常の中軸を
有する圧電変換素子は、中軸の無い圧電変換素子に比較
して割れにくい。また、積層した圧電素子を円筒状に巻
き上げる製造時の作業の容易さは中軸のある方が遥かに
容易であることは言うまでもない。
Further, the strength (easiness of cracking) in the radial direction of a cylindrical piezoelectric element is determined by the piezoelectric element having a central axis separated from the displacement direction and the piezoelectric element having a normal central axis. , And is less likely to break as compared to a piezoelectric conversion element without a central shaft. Needless to say, the ease with which the stacked piezoelectric elements are rolled into a cylindrical shape is much easier with the central shaft.

【0044】なお、上記した第1の実施の形態の圧電変
換素子において、焼成後は、中軸はばらばらに分離して
いるから、分離した中軸を取り除くこともできる。
In the above-described piezoelectric transducer of the first embodiment, after firing, the center axis is separated separately, so that the separated center axis can be removed.

【0045】[第2の実施の形態]第2の実施の形態
は、先に説明した第1の実施の形態の圧電変換素子と同
じく、表面にそれぞれ電極11a及び12aが形成され
た薄板状の第1の圧電素子11と第2の圧電素子12
を、第1の圧電素子11の電極形成面に第2の圧電素子
12の電極非形成面を対向して積層し(図1〜図3参
照)、この積層体を第2の実施の形態の中軸の回りに巻
き付けて円筒状に構成し、焼成した後、中軸を取り除い
たものである。中軸の構成が異なり、その他は変わらな
いので、中軸の構成についてのみ説明し、その他の構成
部分の説明は省略する。
[Second Embodiment] A second embodiment is a thin plate-like structure having electrodes 11a and 12a formed on the surface, similarly to the above-described piezoelectric transducer of the first embodiment. First piezoelectric element 11 and second piezoelectric element 12
Are laminated on the electrode forming surface of the first piezoelectric element 11 with the electrode non-forming surface of the second piezoelectric element 12 facing the electrode (see FIGS. 1 to 3). After winding around the central shaft to form a cylindrical shape, firing, and then removing the central shaft. Since the configuration of the central shaft is different and the other components remain the same, only the configuration of the central shaft will be described, and description of the other components will be omitted.

【0046】図8及び図9は、第2の実施の形態の圧電
変換素子の中軸の構成を説明する図で、図8は中軸21
の構成を示す斜視図、図9は中軸21に薄板状の第1の
圧電素子11及び第2の圧電素子12を巻き付けて構成
した圧電変換素子筒状体から、中軸21を取り外す様子
を説明する断面図である。
FIGS. 8 and 9 are views for explaining the configuration of the center axis of the piezoelectric transducer according to the second embodiment. FIG.
FIG. 9 is a perspective view showing the configuration of FIG. 9. FIG. 9 illustrates a state in which the central shaft 21 is removed from a piezoelectric conversion element tubular body formed by winding the thin plate-shaped first piezoelectric element 11 and second piezoelectric element 12 around the central shaft 21. It is sectional drawing.

【0047】中軸21は、例えば、PZTを主成分とす
る圧電セラミックスの円筒を焼成し、これを、図8に示
すように軸方向に平行に、即ち圧電変換素子の変位方向
に沿つて、複数個(この例では8個)のセグメント21
a、21b、21c、21d、21e、21f、21
g、21hにダイシングソ−などで切断する。次に、こ
れ等のセグメント21a〜21hを、例えばシアノアク
リレ−ト系の接着剤で接着して再び円筒状に形成する。
The center shaft 21 is formed, for example, by firing a cylinder of piezoelectric ceramics containing PZT as a main component, and sintering the cylinder in parallel with the axial direction as shown in FIG. 8, that is, along the displacement direction of the piezoelectric transducer. (In this example, eight) segments 21
a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f, 21
g and 21h are cut with a dicing saw or the like. Next, these segments 21a to 21h are adhered with, for example, a cyanoacrylate-based adhesive to form a cylindrical shape again.

【0048】この中軸21に、積層したシ−ト状の圧電
素子11及び12(図3参照)を巻き付けて筒状体に形
成し、これを所定の温度条件で焼成し、電極11a及び
12aにリ−ド線を接続して所定の直流高電圧を印加し
て分極させる。
The laminated sheet-like piezoelectric elements 11 and 12 (see FIG. 3) are wound around the center shaft 21 to form a cylindrical body, which is fired under a predetermined temperature condition, and is formed on the electrodes 11a and 12a. A lead wire is connected and a predetermined high DC voltage is applied for polarization.

【0049】中軸21を構成するセグメント21a〜2
1hを接着していた接着剤は焼成過程で熱分解し、セグ
メント21a〜21hはばらばらに分離しているから、
圧電素子11及び12を巻き付けて構成した圧電変換素
子筒状体からセグメント21a〜21hを容易に取り外
すことができ、中軸のない圧電変換素子を構成すること
ができる。
The segments 21a-2 constituting the center shaft 21
Since the adhesive bonding 1h is thermally decomposed in the firing process, and the segments 21a to 21h are separated separately,
The segments 21a to 21h can be easily removed from the piezoelectric element tubular body formed by winding the piezoelectric elements 11 and 12, and a piezoelectric element without a center shaft can be formed.

【0050】なお、上記した中軸21は、圧電セラミッ
クスの円筒に限られるものではなく、他のセラミックス
の円筒でもよく、また、炭素やモリブデン、タングステ
ンなどその他の高融点材料の円筒を使用することもでき
る。また、形状も円筒に限られるものではなく、円柱状
その他適宜の筒状或いは柱状であつてもよい。
The above-mentioned center shaft 21 is not limited to a cylinder made of piezoelectric ceramics, but may be made of other ceramics. Alternatively, a cylinder made of another high melting point material such as carbon, molybdenum, or tungsten may be used. it can. Also, the shape is not limited to a cylinder, and may be a cylindrical shape or any other appropriate cylindrical or columnar shape.

【0051】[第3の実施の形態]第3の実施の形態
は、先に説明した第2の実施の形態の圧電変換素子と同
じく、表面にそれぞれ電極11a及び12aが形成され
た薄板状の第1の圧電素子11と第2の圧電素子12
を、第1の圧電素子11の電極形成面に第2の圧電素子
12の電極非形成面を対向して積層し(図1〜図3参
照)、この積層体を第3の実施の形態の中軸の回りに巻
き付けて円筒状に構成し、焼成した後、中軸を取り除い
たものである。中軸の構成が異なり、その他は変わらな
いので、中軸の構成についてのみ説明し、その他の構成
部分の説明は省略する。
[Third Embodiment] In the third embodiment, like the piezoelectric transducer of the second embodiment described above, a thin plate having electrodes 11a and 12a formed on the surface, respectively. First piezoelectric element 11 and second piezoelectric element 12
Are laminated on the electrode forming surface of the first piezoelectric element 11 with the electrode non-forming surface of the second piezoelectric element 12 facing the electrode (see FIGS. 1 to 3). After winding around the central shaft to form a cylindrical shape, firing, and then removing the central shaft. Since the configuration of the central shaft is different and the other components remain the same, only the configuration of the central shaft will be described, and description of the other components will be omitted.

【0052】図10は、第3の実施の形態の圧電変換素
子の中軸の構成を説明する図で、図10に示すように、
中軸31は芯軸31aの表面に熱分解する材料からなる
コ−ト剤を塗布して被膜32を形成したものである。
FIG. 10 is a view for explaining the configuration of the center axis of the piezoelectric transducer according to the third embodiment. As shown in FIG.
The center shaft 31 is formed by applying a coating agent made of a material that is thermally decomposed on the surface of the core shaft 31a to form a coating 32.

【0053】このコ−ト剤を塗布して被膜32を形成し
た中軸31の上に、積層したシ−ト状の圧電素子11及
び12(図3参照)を巻き付けて筒状体に形成し、これ
を所定の温度条件で焼成し、電極11a及び12aにリ
−ド線を接続して所定の直流高電圧を印加して分極させ
る。
The laminated sheet-like piezoelectric elements 11 and 12 (see FIG. 3) are wound around a central shaft 31 on which a coating 32 is formed by applying the coating agent to form a cylindrical body. This is fired under a predetermined temperature condition, a lead wire is connected to the electrodes 11a and 12a, and a predetermined high DC voltage is applied to polarize the electrode.

【0054】中軸31の表面のコ−ト剤の被膜32は焼
成過程で熱分解して蒸発し、圧電素子11及び12を巻
き付けて構成した圧電変換素子筒状体と芯軸31aとの
間に隙間が形成されるので、芯軸31a、即ちコ−ト剤
の被膜32のなくなつた中軸31を容易に取り外すこと
ができ、中軸のない圧電変換素子を構成することができ
る。コ−ト剤は焼成温度にできるだけ近い直下の温度で
熱分解する材料から選択するものとする。
The coating film 32 of the coating agent on the surface of the central shaft 31 is thermally decomposed and evaporated during the firing process, and is placed between the piezoelectric element tubular body formed by winding the piezoelectric elements 11 and 12 and the core shaft 31a. Since the gap is formed, the core shaft 31a, that is, the center shaft 31 without the coating 32 of the coating agent can be easily removed, and a piezoelectric conversion element having no center shaft can be formed. The coating agent is selected from materials that are thermally decomposed at a temperature as close as possible to the firing temperature.

【0055】なお、上記した中軸の芯軸は、圧電セラミ
ックスの円筒に限られるものではなく、他のセラミック
スの円筒でもよく、また、炭素やモリブデン、タングス
テンなどその他の高融点材料の円筒を使用することもで
きる。また、形状も円筒に限られるものではなく、円柱
状その他適宜の筒状或いは柱状であつてもよい。
The core shaft of the above-mentioned center shaft is not limited to a cylinder made of piezoelectric ceramics, but may be made of other ceramics, or a cylinder made of other high melting point material such as carbon, molybdenum and tungsten. You can also. Also, the shape is not limited to a cylinder, and may be a cylindrical shape or any other appropriate cylindrical or columnar shape.

【0056】次に、上記した圧電変換素子を使用したア
クチエ−タの構成の一例を、図11及び図12を参照し
て説明する。
Next, an example of the configuration of an actuator using the above-described piezoelectric transducer will be described with reference to FIGS.

【0057】図11はアクチエ−タの構成を示す断面図
である。図11において、44は基台、45、46、4
7は支持ブロツク、48は駆動軸で、駆動軸48は、圧
電変換素子40に発生する軸方向の変位により軸方向
(矢印a方向、及びこれと反対方向)に変位可能に支持
ブロツク46と支持ブロツク47により移動自在に支持
されている。
FIG. 11 is a sectional view showing the structure of the actuator. In FIG. 11, 44 is a base, 45, 46, 4
Reference numeral 7 denotes a support block, and 48 denotes a drive shaft. The drive shaft 48 is supported by the support block 46 such that it can be displaced in the axial direction (the direction of the arrow a and the direction opposite thereto) by the axial displacement generated in the piezoelectric transducer 40. It is movably supported by a block 47.

【0058】40は、前記した製造方法により製造され
た筒状の圧電変換素子である。圧電変換素子40の一端
は支持ブロツク45に接着固定され、他端は駆動軸48
の一端に接着固定される。
Reference numeral 40 denotes a cylindrical piezoelectric transducer manufactured by the above-described manufacturing method. One end of the piezoelectric transducer 40 is adhesively fixed to a support block 45, and the other end is a drive shaft 48.
Adhesively fixed to one end.

【0059】なお、符号54は緩やかな立上がり部と急
速な立下がり部、或いは急速な立上がり部と緩やかな立
下がり部を有する鋸歯状波パルスを発生する駆動パルス
発生回路を示し、駆動パルス発生回路54は、圧電変換
素子40の電極41aと42aとの間に駆動パルスを供
給し、圧電変換素子40を駆動するものである。
Reference numeral 54 denotes a drive pulse generating circuit for generating a sawtooth pulse having a gentle rising portion and a rapid falling portion, or a rapid rising portion and a gentle falling portion. Numeral 54 supplies a drive pulse between the electrodes 41 a and 42 a of the piezoelectric conversion element 40 to drive the piezoelectric conversion element 40.

【0060】49はスライダで、スライダ49と駆動軸
48とは適当な摩擦力で摩擦結合している。図12は、
スライダ49と駆動軸48との摩擦結合部の構成を示す
断面図で、スライダ49には駆動軸48が貫通してお
り、スライダ49の駆動軸48が貫通している下部に
は、開口部49aが形成され、駆動軸48の下半分が露
出している。また、この開口部49aには駆動軸48の
下半分に当接するパツド50が嵌挿され、パツド50は
板ばね51により押し上げられていて、駆動軸48とス
ライダ49及びパツド50は板ばね51の付勢力Fによ
り圧接され、適当な摩擦力で摩擦結合している。また、
スライダ49には、図示しないテ−ブル等の被駆動部材
が結合されているものとする。
Numeral 49 denotes a slider, and the slider 49 and the drive shaft 48 are frictionally coupled by an appropriate frictional force. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a frictional coupling portion between the slider 49 and the drive shaft 48. The drive shaft 48 penetrates the slider 49, and an opening 49a is formed in a lower portion of the slider 49 through which the drive shaft 48 passes. Is formed, and the lower half of the drive shaft 48 is exposed. A pad 50 which is in contact with the lower half of the drive shaft 48 is fitted into the opening 49a, and the pad 50 is pushed up by a leaf spring 51. The drive shaft 48, the slider 49 and the pad 50 are They are pressed against each other by the urging force F, and are frictionally coupled by an appropriate frictional force. Also,
It is assumed that a driven member such as a table (not shown) is connected to the slider 49.

【0061】その動作を説明する。圧電変換素子40の
電極41aと42aを駆動パルス発生回路54に接続
し、電極41aと42aの間に数10kHzの鋸歯状波
駆動パルスを印加すると、圧電変換素子40には軸方向
に伸縮変位が生じるので、圧電変換素子40に結合した
駆動軸48には軸方向に速度の異なる往復振動が発生す
る。これにより駆動軸48に摩擦結合したスライダ49
は、駆動軸48上を滑りながら駆動軸の往復振動の非対
称性により速度の遅い振動方向に移動し、スライダに結
合されたテ−ブル等の被駆動部材を移動させることがで
きる。
The operation will be described. When the electrodes 41a and 42a of the piezoelectric transducer 40 are connected to the drive pulse generating circuit 54 and a sawtooth drive pulse of several tens of kHz is applied between the electrodes 41a and 42a, the piezoelectric transducer 40 undergoes an axial expansion and contraction displacement. Therefore, reciprocating vibrations having different speeds are generated in the drive shaft 48 connected to the piezoelectric transducer 40 in the axial direction. Thus, the slider 49 frictionally coupled to the drive shaft 48
Can move in the direction of slow vibration due to the asymmetry of reciprocating vibration of the drive shaft while sliding on the drive shaft 48, and can move a driven member such as a table connected to the slider.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上説明したとおり、請求項1の発明に
係る圧電変換素子は、表面に電極が形成されたPZT
(PbZrO3 ・PbTiO3 )を主成分とする圧電セ
ラミックスからなる薄板状の圧電素子を、複数の部材を
圧電素子の焼成温度以下で熱分解する接着剤で接着して
構成した中軸の回りに巻き付けて筒状に構成したことを
特徴とする圧電変換素子である。
As described above, the piezoelectric transducer according to the first aspect of the present invention has a PZT having electrodes formed on the surface.
A thin plate-like piezoelectric element made of piezoelectric ceramics containing (PbZrO 3 · PbTiO 3 ) as a main component is wound around a central shaft formed by bonding a plurality of members with an adhesive that is thermally decomposed at a temperature lower than the firing temperature of the piezoelectric element. A piezoelectric conversion element characterized by having a cylindrical shape.

【0063】中軸として、複数の部材を圧電素子の焼成
温度以下で熱分解する接着剤で接着して構成した中軸、
具体的には圧電変換素子の変位方向に対して分離してい
る複数個の円盤状の板体で構成された円筒状又は円柱状
の中軸、或いは円筒又は円柱を圧電変換素子の変位方向
に沿つて複数個のセグメントに切断し、これらのセグメ
ントを焼成温度以下で熱分解する接着剤で接着して円筒
状又は円柱状に形成された中軸とすることで、薄板状の
圧電素子を中軸の回りに巻き付けて筒状に構成する巻上
げ作業が容易となり、作業効率が改善されるばかりでな
く、焼成後は接着剤が熱分解して中軸を構成する複数の
部材、即ち複数個の板状体や複数個のセグメントがばら
ばらになり、容易に中軸を取り除くこともできるので、
中軸が圧電変換素子に発生する変位を阻害することがな
く、変換効率の良い圧電変換素子を得ることができる。
As the center shaft, a plurality of members are bonded with an adhesive which is thermally decomposed at a temperature lower than the firing temperature of the piezoelectric element.
More specifically, a cylindrical or cylindrical central shaft, which is composed of a plurality of disk-shaped plates separated from the displacement direction of the piezoelectric transducer, or a cylinder or cylinder, extends along the displacement direction of the piezoelectric transducer. And cut them into a plurality of segments, and glue these segments with an adhesive that decomposes at a temperature lower than the firing temperature to form a cylindrical or cylindrical central shaft. Winding work to form a tubular shape by winding around becomes easy, and not only the working efficiency is improved, but also after firing, the adhesive is thermally decomposed to form a plurality of members constituting the central shaft, that is, a plurality of plate-like members and the like. Since multiple segments are separated and the center axis can be easily removed,
A piezoelectric conversion element with good conversion efficiency can be obtained without the center shaft obstructing displacement generated in the piezoelectric conversion element.

【0064】請求項5の発明に係る圧電変換素子は、表
面に電極が形成されたPZT(PbZrO3 ・PbTi
3 )を主成分とする圧電セラミックスからなる薄板状
の圧電素子を、表面を焼成温度以下で熱分解するコ−ト
剤で被覆した円筒状又は円柱状の中軸の回りに巻き付け
て筒状に構成したことを特徴とする圧電変換素子であ
る。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric transducer comprising a PZT (PbZrO 3 .PbTi
A thin plate-shaped piezoelectric element made of a piezoelectric ceramic containing O 3 ) as a main component is wound around a cylindrical or columnar central axis whose surface is coated with a coating agent that thermally decomposes at a temperature lower than the firing temperature. This is a piezoelectric conversion element characterized in that it is configured.

【0065】中軸として、表面を焼成温度以下で熱分解
するコ−ト剤で被覆した中軸とすることで、薄板状の圧
電素子を中軸の回りに巻き付けて筒状に構成する巻上げ
作業が容易となり、作業効率が改善されるばかりでな
く、焼成後はコ−ト剤が熱分解して蒸発するから、巻き
上げた圧電変換素子と中軸との間に隙間ができ、中軸を
容易に取り除くことができ、中軸が圧電変換素子に発生
する変位を阻害することがなく、変換効率の良い圧電変
換素子を得ることができる。
By making the surface of the piezoelectric element coated with a coating agent that decomposes at a temperature lower than the firing temperature below the firing temperature, it becomes easy to wind a thin plate-shaped piezoelectric element around the central axis to form a tubular shape. In addition to the work efficiency being improved, the coating agent thermally decomposes and evaporates after firing, so that a gap is formed between the rolled-up piezoelectric transducer and the center shaft, and the center shaft can be easily removed. In addition, a piezoelectric conversion element having good conversion efficiency can be obtained without disturbing the displacement generated in the piezoelectric conversion element by the center shaft.

【0066】請求項7の発明に係る圧電変換素子の製造
方法は、薄板状に形成されたPZT(PbZrO3 ・P
bTiO3 )を主成分とする圧電セラミックスからなる
第1及び第2の圧電素子の表面に電極を形成する工程
と、該第1の圧電素子の電極形成面と第2の圧電素子の
電極非形成面が対向するように積層し、複数の部材を圧
電素子の焼成温度以下で熱分解する接着剤で接着して構
成した中軸の回りに巻き付けて筒状体に形成する工程
と、形成した筒状体を所定の温度で焼成する工程と、焼
成した筒状体の電極間に所定の電圧を印加して分極させ
る工程とを含むことを特徴とする圧電変換素子の製造方
法である。
The method for manufacturing a piezoelectric transducer according to the invention of claim 7 is a method for manufacturing PZT (PbZrO 3 .P) formed in a thin plate shape.
forming electrodes on the surfaces of first and second piezoelectric elements made of piezoelectric ceramics containing (bTiO 3 ) as a main component; forming electrodes on the first piezoelectric elements and forming no electrodes on the second piezoelectric elements; Laminating so that the surfaces face each other, bonding a plurality of members with an adhesive that is thermally decomposed at a temperature lower than the firing temperature of the piezoelectric element, winding around a central shaft to form a cylindrical body, and forming the cylindrical body A method for manufacturing a piezoelectric transducer, comprising: firing a body at a predetermined temperature; and applying a predetermined voltage between electrodes of the fired cylindrical body to polarize the body.

【0067】この製造方法によれば、薄板状の圧電素子
を中軸の回りに巻き付けて筒状に構成する巻上げ作業が
容易となり、作業効率が改善されるばかりでなく、焼成
後は接着剤が熱分解して中軸を構成する複数の部材、具
体的には複数個の板状体や複数個のセグメントがばらば
らになり、中軸を取り除くこともできるので、中軸が圧
電変換素子に発生する変位を阻害することがなく、変換
効率の良い圧電変換素子を製造することができる。
According to this manufacturing method, the winding operation of winding the thin plate-shaped piezoelectric element around the central axis to form a cylindrical shape is facilitated, and not only the working efficiency is improved, but also the adhesive becomes hot after firing. A plurality of members, specifically, a plurality of plate-like bodies and a plurality of segments, which disassemble and constitute the center shaft are separated, and the center shaft can be removed, so that the center shaft inhibits displacement generated in the piezoelectric transducer. Therefore, a piezoelectric conversion element having good conversion efficiency can be manufactured.

【0068】請求項12の発明に係る圧電変換素子の製
造方法は、薄板状に形成されたPZT(PbZrO3
PbTiO3 )を主成分とする圧電セラミックスからな
る第1及び第2の圧電素子の表面に電極を形成する工程
と、該第1の圧電素子の電極形成面と第2の圧電素子の
電極非形成面が対向するように積層し、円筒の表面を焼
成温度以下で熱分解するコ−ト剤で被覆した中軸の回り
に巻き付けて筒状体に形成する工程と、形成した筒状体
を所定の温度で焼成する工程と、焼成した筒状体の電極
間に所定の電圧を印加して分極させる工程とを含むこと
を特徴とする圧電変換素子の製造方法である。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a piezoelectric transducer, wherein a PZT (PbZrO 3.
Forming electrodes on the surfaces of first and second piezoelectric elements made of piezoelectric ceramics containing PbTiO 3 ) as a main component, and forming electrodes on the first piezoelectric element and the electrodes on the second piezoelectric element. Laminating so that the surfaces face each other, winding the cylindrical surface around a central shaft coated with a coating agent that is thermally decomposed at a firing temperature or lower to form a cylindrical body, and forming the formed cylindrical body into a predetermined shape. A method for manufacturing a piezoelectric transducer, comprising: firing at a temperature; and applying a predetermined voltage between electrodes of the fired cylindrical body to polarize the electrode.

【0069】この製造方法によれば、薄板状の圧電素子
を中軸の回りに巻き付けて筒状に構成する巻上げ作業が
容易となり、作業効率が改善されるばかりでなく、焼成
後はコ−ト剤の被覆が熱分解して蒸発するから、巻き上
げた圧電変換素子と中軸との間に隙間ができ、中軸を容
易に取り除くことができ、中軸が圧電変換素子に発生す
る変位を阻害することがなく、変換効率の良い圧電変換
素子を製造することができる。
According to this manufacturing method, the winding operation of winding a thin plate-shaped piezoelectric element around a central axis to form a cylindrical shape is facilitated, and not only the working efficiency is improved, but also the coating agent after firing is coated. Since the coating is thermally decomposed and evaporated, a gap is formed between the rolled-up piezoelectric transducer and the center shaft, the center shaft can be easily removed, and the center shaft does not hinder the displacement generated in the piezoelectric transducer. Thus, a piezoelectric conversion element having good conversion efficiency can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施の形態の圧電変換素子の外観を示す
斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a piezoelectric conversion element according to a first embodiment.

【図2】図1に示す圧電変換素子の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of the piezoelectric transducer shown in FIG.

【図3】図1に示す圧電変換素子の製造過程を示す斜視
図。
FIG. 3 is a perspective view showing a manufacturing process of the piezoelectric transducer shown in FIG.

【図4】中軸を構成する円盤状の素子の製造過程を示す
斜視図。
FIG. 4 is a perspective view showing a manufacturing process of a disc-shaped element constituting a center shaft.

【図5】中軸の製造過程を示す斜視図。FIG. 5 is a perspective view showing a manufacturing process of the center shaft.

【図6】圧電変換素子の焼成温度条件の一例を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of firing temperature conditions for a piezoelectric conversion element.

【図7】通常の中軸を有する圧電変換素子、変位方向に
分離した中軸を有する圧電変換素子及び中軸の無い圧電
変換素子の印加電圧と変位の関係を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between applied voltage and displacement of a piezoelectric transducer having a normal center axis, a piezoelectric transducer having a center axis separated in a displacement direction, and a piezoelectric transducer having no center axis.

【図8】第2の実施の形態の圧電変換素子の中軸の構成
を示す斜視図。
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a center axis of a piezoelectric transducer according to a second embodiment.

【図9】第2の実施の形態の圧電変換素子の中軸を取り
外す様子を説明する断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a state where a center shaft of the piezoelectric transducer according to the second embodiment is removed.

【図10】第3の実施の形態の圧電変換素子の中軸の構
成を説明する斜視図。
FIG. 10 is a perspective view illustrating a configuration of a center axis of a piezoelectric transducer according to a third embodiment.

【図11】圧電変換素子を使用したアクチエ−タの構成
の一例を示す断面図。
FIG. 11 is a sectional view showing an example of the configuration of an actuator using a piezoelectric transducer.

【図12】図12に示すアクチエ−タのスライダと駆動
軸との摩擦結合部の構成を示す断面図。
FIG. 12 is a sectional view showing a configuration of a frictional coupling portion between a slider and a drive shaft of the actuator shown in FIG. 12;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 圧電変換素子 11、12 圧電素子 11a、12a 電極 13 中軸 13P 円盤状の板体 15 作業軸 21 中軸 21a、21b、21c、21d、21e、21f、2
1g、21h セグメント 31 中軸 31a 芯軸 32 コ−ト剤の被膜 40 圧電変換素子 44 基台 45、46、47 支持ブロツク 48 駆動軸 49 スライダ 50 パッド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piezoelectric conversion element 11, 12 Piezoelectric element 11a, 12a Electrode 13 Center shaft 13P Disk-shaped plate body 15 Working shaft 21 Center shaft 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f, 2
1g, 21h Segment 31 Center shaft 31a Core shaft 32 Coating agent coating 40 Piezoelectric transducer 44 Base 45, 46, 47 Support block 48 Drive shaft 49 Slider 50 Pad

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面に電極が形成されたPZT(PbZ
rO3 ・PbTiO 3 )を主成分とする圧電セラミック
スからなる薄板状の圧電素子を、複数の部材を圧電素子
の焼成温度以下で熱分解する接着剤で接着して構成した
中軸の回りに巻き付けて筒状に構成したことを特徴とす
る圧電変換素子。
1. A PZT (PbZ) having an electrode formed on its surface.
rOThree・ PbTiO Three) -Based piezoelectric ceramic
A thin plate-shaped piezoelectric element made of
Composed with an adhesive that decomposes below the firing temperature of
It is characterized by being wound around the central shaft to form a cylindrical shape.
Piezoelectric transducer.
【請求項2】 前記薄板状の圧電素子は、表面に電極が
形成された第1及び第2の圧電素子を積層した積層体で
あることを特徴とする請求項1記載の圧電変換素子。
2. The piezoelectric conversion element according to claim 1, wherein the thin plate-shaped piezoelectric element is a laminate in which first and second piezoelectric elements having electrodes formed on a surface thereof are laminated.
【請求項3】 前記中軸を構成する複数の部材は高融点
材料からなる圧電変換素子の変位方向に対して分離した
複数個の円盤状の板体であり、前記中軸は該複数個の円
盤状の板体を軸方向に積層して圧電素子の焼成温度以下
で熱分解する接着剤で接着して構成した円筒状又は円柱
状の中軸であることを特徴とする請求項1記載の圧電変
換素子。
3. The plurality of members constituting the center shaft are a plurality of disk-shaped plates separated in a direction of displacement of a piezoelectric transducer made of a high melting point material, and the center shaft is formed of a plurality of disk-shaped members. 2. The piezoelectric conversion element according to claim 1, wherein the plate is a cylindrical or cylindrical center shaft formed by laminating the plate members in the axial direction and bonding them with an adhesive that decomposes at a temperature lower than the firing temperature of the piezoelectric element. .
【請求項4】 前記中軸を構成する複数の部材は高融点
材料からなる円筒又は円柱を圧電変換素子の変位方向に
沿つて切断した複数個のセグメントであり、前記中軸は
該複数個のセグメントを圧電素子の焼成温度以下で熱分
解する接着剤で接着して構成した円筒状又は円柱状の中
軸であることを特徴とする請求項1記載の圧電変換素
子。
4. The plurality of members constituting the central shaft are a plurality of segments obtained by cutting a cylinder or a column made of a high melting point material along a displacement direction of a piezoelectric transducer, and the central shaft is formed by cutting the plurality of segments. 2. The piezoelectric transducer according to claim 1, wherein the piezoelectric transducer is a cylindrical or cylindrical center shaft formed by bonding with an adhesive that decomposes at a temperature lower than a firing temperature of the piezoelectric element.
【請求項5】 表面に電極が形成されたPZT(PbZ
rO3 ・PbTiO 3 )を主成分とする圧電セラミック
スからなる薄板状の圧電素子を、表面を圧電素子の焼成
温度以下で熱分解するコ−ト剤で被覆した高融点材料か
らなる中軸の回りに巻き付けて筒状に構成したことを特
徴とする圧電変換素子。
5. A PZT (PbZ) having an electrode formed on its surface.
rOThree・ PbTiO Three) -Based piezoelectric ceramic
A thin plate-shaped piezoelectric element made of silicon
High melting point material coated with coating agent that decomposes below temperature
Around the center shaft made of
Piezoelectric conversion element.
【請求項6】 前記中軸は、前記薄板状の圧電素子と同
一材料で形成された焼成済みの中軸であることを特徴と
する請求項1又は請求項5記載の圧電変換素子。
6. The piezoelectric conversion element according to claim 1, wherein the center shaft is a fired center shaft formed of the same material as the thin plate-shaped piezoelectric element.
【請求項7】 薄板状に形成されたPZT(PbZrO
3 ・PbTiO3 )を主成分とする圧電セラミックスか
らなる第1及び第2の圧電素子の表面に電極を形成する
工程と、 該第1の圧電素子の電極形成面と第2の圧電素子の電極
非形成面が対向するように積層し、複数の部材を圧電素
子の焼成温度以下で熱分解する接着剤で接着して構成し
た中軸の回りに巻き付けて筒状体に形成する工程と、 形成した筒状体を所定の温度で焼成する工程と、 焼成した筒状体の電極間に所定の電圧を印加して分極さ
せる工程とを含むことを特徴とする圧電変換素子の製造
方法。
7. PZT (PbZrO) formed in a thin plate shape
Forming electrodes on the surfaces of first and second piezoelectric elements made of piezoelectric ceramics containing ( 3 · PbTiO 3 ) as a main component; an electrode forming surface of the first piezoelectric element and an electrode of the second piezoelectric element. Laminating such that the non-formed surfaces face each other, winding the plurality of members around a central shaft formed by bonding with an adhesive that decomposes at a temperature lower than the firing temperature of the piezoelectric element, and forming the members into a cylindrical body; A method for manufacturing a piezoelectric transducer, comprising: firing a cylindrical body at a predetermined temperature; and applying a predetermined voltage between electrodes of the fired cylindrical body to polarize the cylindrical body.
【請求項8】 前記圧電変換素子の製造方法は、更に、
複数の部材として高融点材料からなる圧電変換素子の変
位方向に対して分離している複数個の円盤状の板体を形
成し、該円盤状の板体を軸方向に積層して圧電素子の焼
成温度以下で熱分解する接着剤で接着して円筒状又は円
柱状に構成する中軸形成工程を含むことを特徴とする請
求項7記載の圧電変換素子の製造方法。
8. The method for manufacturing a piezoelectric transducer, further comprising:
Forming a plurality of disk-shaped plates separated from the displacement direction of the piezoelectric conversion element made of a high melting point material as a plurality of members, and laminating the disk-shaped plates in the axial direction to form a piezoelectric element 8. The method of manufacturing a piezoelectric transducer according to claim 7, further comprising a center shaft forming step of forming a cylindrical or columnar shape by bonding with an adhesive that is thermally decomposed at a firing temperature or lower.
【請求項9】 前記圧電変換素子の製造方法は、更に、
所定の温度で焼成した後、中軸を取り除く工程を含むこ
とを特徴とする請求項8記載の圧電変換素子の製造方
法。
9. The method for manufacturing a piezoelectric transducer according to claim 9, further comprising:
9. The method according to claim 8, further comprising a step of removing the center axis after firing at a predetermined temperature.
【請求項10】 前記圧電変換素子の製造方法は、更
に、複数の部材として高融点材料からなる円筒又は円柱
を圧電変換素子の変位方向に沿つて切断して複数個のセ
グメントを形成し、該セグメントを圧電素子の焼成温度
以下で熱分解する接着剤で接着して円筒状又は円柱状に
構成する中軸形成工程を含むことを特徴とする請求項7
記載の圧電変換素子の製造方法。
10. The method of manufacturing a piezoelectric transducer, further comprising cutting a cylinder or a cylinder made of a high melting point material as a plurality of members along a displacement direction of the piezoelectric transducer to form a plurality of segments. 8. The method according to claim 7, further comprising the step of forming a center shaft for forming the cylinder into a cylindrical shape or a cylindrical shape by bonding the segments with an adhesive that decomposes at a temperature lower than the firing temperature of the piezoelectric element.
A manufacturing method of the piezoelectric conversion element according to the above.
【請求項11】 前記圧電変換素子の製造方法は、更
に、所定の温度で焼成した後、中軸を取り除く工程を含
むことを特徴とする請求項10記載の圧電変換素子の製
造方法。
11. The method according to claim 10, further comprising the step of removing the center axis after firing at a predetermined temperature.
【請求項12】 薄板状に形成されたPZT(PbZr
3 ・PbTiO3)を主成分とする圧電セラミックス
からなる第1及び第2の圧電素子の表面に電極を形成す
る工程と、 該第1の圧電素子の電極形成面と第2の圧電素子の電極
非形成面が対向するように積層し、表面を圧電素子の焼
成温度以下で熱分解するコ−ト剤で被覆した中軸の回り
に巻き付けて筒状体に形成する工程と、 形成した筒状体を所定の温度で焼成する工程と、 焼成した筒状体の電極間に所定の電圧を印加して分極さ
せる工程とを含むことを特徴とする圧電変換素子の製造
方法。
12. PZT (PbZr) formed in a thin plate shape
Forming electrodes on the surfaces of first and second piezoelectric elements made of piezoelectric ceramics whose main component is O 3 .PbTiO 3 ); and forming an electrode on the first piezoelectric element and an electrode forming surface of the second piezoelectric element. Laminating so that the non-electrode-formed surfaces face each other, winding the surface around a central shaft coated with a coating agent that is thermally decomposed at a temperature lower than the firing temperature of the piezoelectric element to form a cylindrical body, and forming the cylindrical body. A method for manufacturing a piezoelectric transducer, comprising: firing a body at a predetermined temperature; and applying a predetermined voltage between electrodes of the fired cylindrical body to polarize the body.
【請求項13】 前記圧電変換素子の製造方法は、更
に、所定の温度で焼成した後、中軸を取り除く工程を含
むことを特徴とする請求項12記載の圧電変換素子の製
造方法。
13. The method according to claim 12, further comprising the step of removing the center axis after firing at a predetermined temperature.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6545395B2 (en) 2000-02-17 2003-04-08 Minolta Co., Ltd. Piezoelectric conversion element having an electroded surface with a non-electrode surface portion at an end thereof

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