JP2001148522A - Anisotropic piezoelectric plate and piezoelectric application device using the same - Google Patents
Anisotropic piezoelectric plate and piezoelectric application device using the sameInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路、携帯用
電話、コンピュータ等の発音源あるいはプリンタ用イン
クの噴射器あるいは圧力・加速度等の力学量・電気信号
変換機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sound source such as an electronic circuit, a portable telephone or a computer, an ink ejector for a printer, or a mechanical quantity / electric signal converter such as pressure / acceleration.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、圧電材料を用いた圧電スピーカ、
圧電レシーバあるいは圧電マイクは、携帯電話やコンピ
ュータの音声入出力装置として見直されてきている。特
にモバイル機器用の発音体として高音圧の要望が強くな
っている。2. Description of the Related Art In recent years, piezoelectric speakers using piezoelectric materials,
Piezoelectric receivers or piezoelectric microphones have been reviewed as voice input / output devices for mobile phones and computers. In particular, there is a growing demand for high sound pressure as a sounding body for mobile devices.
【０００３】また、インクジェット式プリンタ用のイン
ク噴射器に圧電素子が用いられている。さらに光ディス
クやハードディスクの高密度化が進む中で記録部分の読
み取り・書き込み部分の検出部の微小変位制御に圧電材
料をアクチュエータとして利用しているし、衝撃を検知
してその誤動作を制御する機構においても圧電材料はそ
の衝撃を検出する重要な役割を担っている。このとき問
題となるのが、１）薄型、２）高出力、３）省電力、
４）高電気機械変換効率、５）高速応答、６）大変位と
いったことである。Further, a piezoelectric element is used in an ink ejector for an ink jet printer. In addition, as the density of optical disks and hard disks is increasing, piezoelectric materials are used as actuators to control the small displacement of the detector for reading and writing parts in the recording part, and the mechanism that detects shock and controls its malfunction Piezoelectric materials also play an important role in detecting the impact. The problems at this time are 1) thin, 2) high output, 3) power saving,
4) High electromechanical conversion efficiency, 5) High-speed response, 6) Large displacement.
【０００４】そのため、ペロブスカイト構造を有する酸
化物強誘電体のセラミックスに着眼した新材料の探索と
添加物による改善が多数行われている。ところが圧電特
性を向上しようとすると、キュリー点（強誘電相と常誘
電相の転移温度）が摂氏１６０℃近傍となり、耐熱性が
悪く取り出し電極の電気接続工程において特性が変化す
るという課題があった。[0004] Therefore, search for new materials focusing on ceramics of oxide ferroelectrics having a perovskite structure and many improvements by additives have been made. However, when trying to improve the piezoelectric characteristics, the Curie point (transition temperature between the ferroelectric phase and the paraelectric phase) becomes close to 160 ° C., and there is a problem that the heat resistance is poor and the characteristics change in the electrical connection process of the extraction electrode. .
【０００５】また一方、強誘電相での圧電特性を用いる
場合分極処理を行うがセラミックスの場合自発分極を完
全に揃えることができないので部分的に圧電材料の性能
を利用するに留まっている。On the other hand, when a piezoelectric property in a ferroelectric phase is used, a polarization treatment is performed. However, in the case of ceramics, the spontaneous polarization cannot be completely aligned, so that the performance of the piezoelectric material is only partially used.
【０００６】一方、ペロブスカイト型強誘電体酸化物Pb
(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3系単結晶において縦方向振動姿
態が通常のセラミックス圧電材料に比べて５倍以上の性
能を有することが１９８２年に明らかとなった。特に、
菱面体晶相において分極処理を自発分極軸である＜111
＞軸とは異なる＜001＞方向で行うと縦振動の圧電定数
が、１５００ｐC/Nを超える値になることが桑田らによ
ってジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フ
ィジックス、21巻、1298頁1982年(Jpn. J. Appl.Phys.
Vol.21, (1982)1298〜1302）において報告されている。On the other hand, a perovskite ferroelectric oxide Pb
In 1982, it was revealed that the (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 single crystal has a longitudinal vibration mode that is five times or more the performance of a normal ceramic piezoelectric material. In particular,
In the rhombohedral phase, the polarization process is the spontaneous polarization axis <111
Kuwata et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 21, pp. 1298 (1982), finds that the piezoelectric constant of longitudinal vibration exceeds 1500 pC / N when performed in the <001> direction different from the> axis. Jpn. J. Appl.Phys.
Vol. 21, (1982) 1298-1302).
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】近年、圧電材料を応用
した製品における圧電特性および耐熱性の向上の要望は
強く正方晶系と菱面体晶系の相境界領域の性能を十分引
き出さなければならなくなってきている。In recent years, there has been a strong demand for improved piezoelectric characteristics and heat resistance in products to which piezoelectric materials are applied, in which the performance of the phase boundary region between tetragonal and rhombohedral must be fully exploited. Is coming.
【０００８】この発明の第１の目的は、横方向変位姿態
あるいは厚みすべり方向変位姿態の圧電特性が良好な圧
電板を得ようとすることである。A first object of the present invention is to obtain a piezoelectric plate having good piezoelectric characteristics in a laterally displaced state or a thickness-shearing displaced state.
【０００９】さらに、第２の目的は、この振動姿態を縦
方向変位に変換し実用的に有用な圧電デバイスを提供す
ることである。A second object of the present invention is to provide a practically useful piezoelectric device which converts this vibration state into a longitudinal displacement.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、強誘電性を有する配向したペロブスカイト
型酸化物圧電板において板面の対向する両側に導電性膜
を有しかつ薄板の自発分極方向と外部電界印加方向が同
一ではないことを特徴とする異方性圧電板を利用する。
また本発明により、横方向変位姿態あるいは厚みすべり
方向変位姿態の圧電特性が極めて大きい圧電板として利
用可能となる。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve this problem, the present invention relates to an oriented perovskite-type oxide piezoelectric plate having ferroelectricity, which has a conductive film on opposite sides of a plate surface and has a thin plate. An anisotropic piezoelectric plate is used, in which the spontaneous polarization direction and the external electric field application direction are not the same.
Further, according to the present invention, it can be used as a piezoelectric plate having extremely large piezoelectric characteristics in a laterally displaced state or a thickness-shearing direction displaced state.
【００１１】この発明によれば、比誘電率が２０００〜
４０００で電気機械結合係数が７５％以上の圧電特性を
有する圧電板を実現できる。また、別の弾性体との積層
材料の実現により、縦方向変位姿態に変換した圧電素子
装置ができる。また、応用装置として衝撃センサ、加速
度センサ、圧電ジャイロ、液体噴射ポンプ及びセンサ、
圧電音響素子、バイブレータ、微小変位アクチュエータ
まで広げることができる。According to the present invention, the relative dielectric constant is from 2000 to 2000.
At 4000, a piezoelectric plate having piezoelectric characteristics with an electromechanical coupling coefficient of 75% or more can be realized. Also, by realizing a laminated material with another elastic body, a piezoelectric element device converted into a longitudinal displacement state can be obtained. In addition, as applied devices, impact sensors, acceleration sensors, piezoelectric gyros, liquid injection pumps and sensors,
It can be extended to piezoelectric acoustic elements, vibrators and small displacement actuators.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、強誘電性を有する配向したペロブスカイト型酸化物
圧電板と、前記ペロブスカイト型酸化物圧電板の両表面
に設けられた導電性膜を有し、前記ペロブスカイト型酸
化物圧電板の自発分極の方向が前記ペロブスカイト型酸
化物圧電板表面と垂直方向以外の方向であることを特徴
とする異方性圧電板である。この構成により、圧電特性
が良好な圧電板を得ることができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention according to claim 1 of the present invention is directed to an oriented perovskite oxide piezoelectric plate having ferroelectricity, and a conductive material provided on both surfaces of the perovskite oxide piezoelectric plate. An anisotropic piezoelectric plate having a film, wherein the direction of spontaneous polarization of the perovskite oxide piezoelectric plate is a direction other than the direction perpendicular to the surface of the perovskite oxide piezoelectric plate. With this configuration, a piezoelectric plate having good piezoelectric characteristics can be obtained.
【００１３】請求項２に記載の発明は自発分極が立方晶
を基準とした＜111＞軸方向を向いていることを特徴と
する請求項１記載の異方性圧電板である。この構成によ
り、圧電特性が良好な圧電板を得ることができる。According to a second aspect of the present invention, there is provided the anisotropic piezoelectric plate according to the first aspect, wherein the spontaneous polarization is oriented in the <111> axis direction with reference to a cubic crystal. With this configuration, a piezoelectric plate having good piezoelectric characteristics can be obtained.
【００１４】請求項３に記載の発明は自発分極が立方晶
を基準とした＜110＞軸方向を向いていることを特徴と
する請求項１記載の異方性圧電板である。この構成によ
り、圧電特性が良好な圧電板を得ることができる。According to a third aspect of the present invention, there is provided the anisotropic piezoelectric plate according to the first aspect, wherein the spontaneous polarization is oriented in the <110> axis direction with reference to a cubic crystal. With this configuration, a piezoelectric plate having good piezoelectric characteristics can be obtained.
【００１５】請求項４に記載の発明は、ペロブスカイト
型酸化物圧電板の常誘電相の結晶構造が立方晶であり、
分極処理方向が[100]、[010]又は[001]方向であること
を特徴とした請求項１、２又は３記載の異方性圧電板で
ある。この構成により、圧電特性が良好な圧電板を得る
ことができる。According to a fourth aspect of the present invention, the crystal structure of the paraelectric phase of the perovskite oxide piezoelectric plate is cubic,
4. The anisotropic piezoelectric plate according to claim 1, wherein the polarization direction is [100], [010] or [001]. With this configuration, a piezoelectric plate having good piezoelectric characteristics can be obtained.
【００１６】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
４のいずれか記載の異方性圧電板を用いた圧電素子装置
であって、前記異方性圧電板の一部を導電性基体より切
り離し、たわみ運動構造にすることを特徴とする圧電素
子装置である。この構成により、高感度の圧電素子装置
が実現できる。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric element device using the anisotropic piezoelectric plate according to any one of the first to fourth aspects, wherein a part of the anisotropic piezoelectric plate is formed of a conductive substrate. A piezoelectric element device characterized in that the piezoelectric element device is further separated and has a bending motion structure. With this configuration, a highly sensitive piezoelectric element device can be realized.
【００１７】請求項６に記載の発明は、請求項１ないし
４のいずれか記載の異方性圧電板を用いたことを特徴と
する衝撃センサであり、高感度の装置が得られる。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an impact sensor using the anisotropic piezoelectric plate according to any one of the first to fourth aspects, and a highly sensitive device can be obtained.
【００１８】請求項７に記載の発明は、請求項１ないし
４のいずれか記載の異方性圧電板を用いたことを特徴と
する加速度センサであり、高感度の装置が得られる。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an acceleration sensor using the anisotropic piezoelectric plate according to any one of the first to fourth aspects, and a highly sensitive device can be obtained.
【００１９】請求項８に記載の発明は、請求項１ないし
４のいずれか記載の異方性圧電板を用いたことを特徴と
する圧電ジャイロであり、高感度の装置が得られる。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric gyro using the anisotropic piezoelectric plate according to any one of the first to fourth aspects, and a highly sensitive device can be obtained.
【００２０】請求項９に記載の発明は、請求項１ないし
４のいずれか記載の異方性圧電板を用いたことを特徴と
する液体噴射ポンプであり、高感度の装置が得られる。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a liquid jet pump using the anisotropic piezoelectric plate according to any one of the first to fourth aspects, and a highly sensitive apparatus can be obtained.
【００２１】請求項１０に記載の発明は、請求項１ない
し４のいずれか記載の異方性圧電板を用いたことを特徴
とする圧電音響素子であり、高感度の装置が得られる。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric acoustic device using the anisotropic piezoelectric plate according to any one of the first to fourth aspects, and a high-sensitivity device can be obtained.
【００２２】請求項１１に記載の発明は、請求項１ない
し４のいずれか記載の異方性圧電板を用いたことを特徴
とするバイブレータであり、高感度の装置が得られる。According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a vibrator using the anisotropic piezoelectric plate according to any one of the first to fourth aspects, and a high-sensitivity apparatus can be obtained.
【００２３】請求項１２に記載の発明は、請求項１ない
し４のいずれか記載の異方性圧電板を用いたことを特徴
とする微小変位アクチュエータであり、高感度の装置が
得られる。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a micro-displacement actuator using the anisotropic piezoelectric plate according to any one of the first to fourth aspects, and a highly sensitive device can be obtained.
【００２４】[0024]
【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２５】図１はこの発明の一実施例における異方性
圧電板素子の概念図である。この素子は自発分極方向７
が外部印加電界方向８と異なる異方性圧電板１と外部電
界を異方性圧電板１に印加するために設けられた電極２
および電極３とで構成されている。図中に示した直交座
標系の＜100＞軸、＜010＞軸、＜001＞軸方向に対して
本発明にかかる異方性圧電板の自発分極軸が＜111＞軸
を向いているとする。ここで、＜111＞軸とは、結晶学
記述であり、下記に示す８方向を示す。FIG. 1 is a conceptual view of an anisotropic piezoelectric plate element according to an embodiment of the present invention. This element has a spontaneous polarization direction of 7
Anisotropic piezoelectric plate 1 different from the externally applied electric field direction 8 and an electrode 2 provided for applying an external electric field to the anisotropic piezoelectric plate 1
And the electrode 3. It is assumed that the spontaneous polarization axis of the anisotropic piezoelectric plate according to the present invention is directed to the <111> axis with respect to the <100> axis, <010> axis, and <001> axis directions of the orthogonal coordinate system shown in the figure. I do. Here, the <111> axis is a crystallographic description, and indicates the following eight directions.
【００２６】[0026]
【数１】 この異方性圧電板１に外部電界を＜001＞軸すなわち[00
1]方向に印加してキュリー温度から室温まで分極処理を
行うと図２(a)に示すように自発分極は、４方向に再配
向し、本発明にかかる異方性圧電板は印加電界強度に基
づき＜100＞軸と＜010＞軸方向に伸縮すると同時に自発
分極軸が電界印加方向と異なるために異方性圧電板１は
横ずれ変形・すべり変形も生じる。この変形により従来
の圧電定数より２倍ないし１０倍程度大きな変位が発生
する。(Equation 1) An external electric field is applied to the anisotropic piezoelectric plate 1 in the <001> axis, ie, [00
When the polarization treatment is performed from the Curie temperature to room temperature by applying in the [1] direction, the spontaneous polarization reorients in four directions as shown in FIG. 2 (a). At the same time, the anisotropic piezoelectric plate 1 expands and contracts in the <100> axis and the <010> axis, and the spontaneous polarization axis is different from the direction in which the electric field is applied. Due to this deformation, a displacement about two to ten times larger than the conventional piezoelectric constant occurs.
【００２７】また、図２(b)には異方性圧電板として用
いられるペロブスカイト型酸化物圧電材料の原子配置と
図２(a)に示した結晶方位の関係を示した。FIG. 2B shows the relationship between the atomic arrangement of the perovskite-type oxide piezoelectric material used as the anisotropic piezoelectric plate and the crystal orientation shown in FIG. 2A.
【００２８】図３は異方性圧電板１の自発分極方向７と
外部電界印加方向８の関係を模式的に示したものであ
る。同図（ａ）は自発分極の方向が１方向のみの場合で
ある。同図（ｂ）に示すように分域が複数個存在する場
合は分極処理後の自発分極の無機は方向のみとは限らな
い。FIG. 3 schematically shows the relationship between the spontaneous polarization direction 7 of the anisotropic piezoelectric plate 1 and the external electric field application direction 8. FIG. 9A shows a case where the direction of spontaneous polarization is only one direction. As shown in FIG. 4B, when a plurality of domains exist, the spontaneous polarization after the polarization treatment is not limited to the direction alone.
【００２９】さらに特に図４(a)及び(b)に示したような
正方形平板(同図(a))あるいは円板状(同図(b))の場合に
は交流電場を印加することによりその電気機械結合係数
を測定すると径方向振動あるいは横すべり振動姿態（厚
みすべり振動姿態）においてその値が７５％〜９２％に
も達した。More particularly, in the case of a square flat plate (FIG. 4A) or a disk shape (FIG. 4B) as shown in FIGS. 4A and 4B, an AC electric field is applied. When the electromechanical coupling coefficient was measured, the value reached 75% to 92% in the radial vibration mode or the lateral shear vibration mode (thickness shear vibration mode).
【００３０】なお、この効果は、強誘電性ペロブスカイ
ト型酸化物例えば、(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3の
ｘが0.05から0.10の範囲で顕著であった。This effect is remarkable when x of ferroelectric perovskite oxide such as (1-x) Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -xPbTiO 3 is in the range of 0.05 to 0.10. there were.
【００３１】また、異方性圧電板の自発分極軸が＜110
＞軸を向いている場合も同様の効果が得られる。ここ
で、＜110＞軸とは、結晶学記述であり、下記に示す１
２方向を示す。The spontaneous polarization axis of the anisotropic piezoelectric plate is <110.
> The same effect can be obtained when facing the axis. Here, the <110> axis is a crystallographic description, and
Shows two directions.
【００３２】[0032]
【数２】 この異方性圧電板１に外部電界を＜001＞軸すなわち[00
1]方向に印加してキュリー温度から室温まで分極処理を
行うと図５(a)に示すように自発分極は、４方向に再配
向し、本発明にかかる異方性圧電板は印加電界強度に基
づき＜100＞軸と＜010＞軸方向に伸縮すると同時に自発
分極軸が電界印加方向と異なるために異方性圧電板１は
横ずれ変形・すべり変形も生じる。この変形により従来
の圧電定数より２倍ないし１０倍程度大きな変位が発生
する。(Equation 2) An external electric field is applied to the anisotropic piezoelectric plate 1 in the <001> axis, ie, [00
When the polarization is applied from the Curie temperature to room temperature by applying a voltage in the [1] direction, the spontaneous polarization reorients in four directions as shown in FIG. 5 (a). At the same time, the anisotropic piezoelectric plate 1 expands and contracts in the <100> axis and the <010> axis, and the spontaneous polarization axis is different from the direction in which the electric field is applied. Due to this deformation, a displacement about two to ten times larger than the conventional piezoelectric constant occurs.
【００３３】また、図５(b)には異方性圧電板として用
いられるペロブスカイト型酸化物圧電材料の原子配置と
図５(a)に示した結晶方位の関係を示した。FIG. 5B shows the relationship between the atomic arrangement of the perovskite oxide piezoelectric material used as the anisotropic piezoelectric plate and the crystal orientation shown in FIG. 5A.
【００３４】異方性圧電板の自発分極軸が＜110＞軸を
向いている場合も、図４(a)及び(b)に示したような正方
形平板(同図(a))あるいは円板状(同図(b))の場合には交
流電場を印加することによりその電気機械結合係数を測
定すると径方向振動あるいは横すべり振動姿態（厚みす
べり振動姿態）においてその値が８８％にも達した。When the spontaneous polarization axis of the anisotropic piezoelectric plate is oriented along the <110> axis, a square plate (FIG. 4A) or a circular plate as shown in FIGS. In the case of the shape (Fig. (B)), the electromechanical coupling coefficient was measured by applying an AC electric field, and the value reached 88% in the radial vibration or the lateral shear vibration mode (thickness shear vibration mode). .
【００３５】なお、この効果は、強誘電性ペロブスカイ
ト型酸化物例えば、KNbO3で顕著であった。This effect was remarkable for ferroelectric perovskite oxides such as KNbO 3 .
【００３６】次に、本発明にかかる異方性圧電板の応用
例について図を用いて説明する。Next, an application example of the anisotropic piezoelectric plate according to the present invention will be described with reference to the drawings.
【００３７】図６は本発明の実施例における圧電素子装
置の一例を示した。異方性圧電板１を用いた圧電素子装
置において、異方性圧電板１の一部を貫通穴４により導
電性基体より切り離し、支持部５とたわみ変形部６を設
け、たわみ運動構造にした。異方性圧電板１の上下に電
極２、３を設け、図中に示したように外部電界方向と異
なる方向に自発分極７が向いている。図６において、同
図（ａ）は圧電素子装置の斜視図、（ｂ）は横から見た
図、（ｃ）は上から見た図を示す。この構成により、た
わみ変形部のたわみを電極２、３間の電圧変化として検
出できる。FIG. 6 shows an example of a piezoelectric element device according to an embodiment of the present invention. In the piezoelectric element device using the anisotropic piezoelectric plate 1, a part of the anisotropic piezoelectric plate 1 is separated from the conductive substrate by the through hole 4, and the supporting portion 5 and the bending deformation portion 6 are provided to form a bending motion structure. . Electrodes 2 and 3 are provided above and below the anisotropic piezoelectric plate 1, and the spontaneous polarization 7 is oriented in a direction different from the direction of the external electric field as shown in the figure. 6A is a perspective view of the piezoelectric element device, FIG. 6B is a view from the side, and FIG. 6C is a view from the top. With this configuration, it is possible to detect the bending of the bending deformation portion as a voltage change between the electrodes 2 and 3.
【００３８】また、図７に示したように周囲の支持部を
設けない構造にすることもできる。本構成により、高感
度の圧電振動子、加速度センサ又は衝撃センサを得るこ
とができた。Further, as shown in FIG. 7, it is also possible to adopt a structure in which no peripheral support is provided. With this configuration, a highly sensitive piezoelectric vibrator, acceleration sensor, or impact sensor could be obtained.
【００３９】図８に本発明の実施例における衝撃センサ
の一例を示した。FIG. 8 shows an example of an impact sensor according to the embodiment of the present invention.
【００４０】加速度によりたわむ金属板９に、本発明に
かかる異方性圧電板１と衝撃により動くおもり１０を設
置し、その金属板９を支持体１１に納めて衝撃センサと
したところ、衝撃を電極２、３間の電圧変化として検出
でき、高感度化が実現できた。An anisotropic piezoelectric plate 1 according to the present invention and a weight 10 moving by impact are installed on a metal plate 9 which bends due to acceleration, and the metal plate 9 is placed in a support 11 to form an impact sensor. A change in voltage between the electrodes 2 and 3 can be detected, and high sensitivity can be realized.
【００４１】図９及び図１０に本発明の実施例における
加速度センサの一例について示した。FIGS. 9 and 10 show an example of the acceleration sensor according to the embodiment of the present invention.
【００４２】図９に示した基本構成は弾性体１２上に電
極２、３を上下に付けた異方性圧電板１を設け、さらに
その一部を図のように支持部１３で固定し弾性体が外部
の加速度で変形するようにしたことにより電極２、３に
生じた電圧により加速度を検出できる構造にしている。
この構成でも圧電材料を本発明にかかる異方性圧電板に
することにより高感度化できた。In the basic configuration shown in FIG. 9, an anisotropic piezoelectric plate 1 having electrodes 2 and 3 attached vertically on an elastic body 12, and a part thereof is fixed by a support 13 as shown in FIG. Since the body is deformed by external acceleration, the acceleration can be detected by the voltage generated on the electrodes 2 and 3.
Even in this configuration, the sensitivity can be increased by using the anisotropic piezoelectric plate according to the present invention as the piezoelectric material.
【００４３】また、図１０に示したバイモルフ構造で
は、異方性圧電板１の自発分極方向７の電圧取り出し方
向が図のようにお互いに逆方向とすることにより変位に
対して２倍の電圧が取り出せるので加速度センサとして
有用であった。また、電極２と電極３の間に電圧を印加
することによりたわみ変形が２倍となり高性能化ができ
た。Further, in the bimorph structure shown in FIG. 10, the voltage taking-out directions of the spontaneous polarization direction 7 of the anisotropic piezoelectric plate 1 are opposite to each other as shown in FIG. Was useful as an acceleration sensor. Further, by applying a voltage between the electrode 2 and the electrode 3, the bending deformation was doubled, and the performance was improved.
【００４４】図１１に本発明の実施例における圧電ジャ
イロの一例について示した。この場合も本発明の異方性
圧電板１を駆動用異方性圧電板１４と検出用異方性圧電
板１５にそれぞれ用いたことにより変換効率が従来に対
して３〜１０倍向上し高感度化が実現できた。FIG. 11 shows an example of a piezoelectric gyro according to the embodiment of the present invention. Also in this case, since the anisotropic piezoelectric plate 1 of the present invention is used for the driving anisotropic piezoelectric plate 14 and the detecting anisotropic piezoelectric plate 15 respectively, the conversion efficiency is improved by 3 to 10 times as compared with the conventional one. Sensitivity was achieved.
【００４５】図１２、１３及び１４には本発明にかかる
液体噴射ポンプの一例について示した。FIGS. 12, 13 and 14 show an example of the liquid injection pump according to the present invention.
【００４６】図１２は本発明にかかる異方性圧電板１の
両側にに電極２及び３を設けたものを従来構成に用いる
場合について示した。FIG. 12 shows a case in which electrodes 2 and 3 are provided on both sides of an anisotropic piezoelectric plate 1 according to the present invention in a conventional configuration.
【００４７】図１３、１４はそれぞれ本発明にかかる異
方性圧電板１を正方形の板状あるいは円板状にして用い
た場合の液体噴射ポンプの概要を示している。それぞ
れ、（ａ）が断面図、（ｂ）が斜視図である。電極２、
３に外部電界が印加される方向と異方性圧電板１の自発
分極方向７は異なった方向になっており、これにより、
液体室１６に加わる圧力が大きく出来ることがわかり、
液体噴射効率が向上した。FIGS. 13 and 14 show an outline of a liquid injection pump when the anisotropic piezoelectric plate 1 according to the present invention is used in the form of a square plate or a disk. (A) is a sectional view, and (b) is a perspective view. Electrode 2,
3, the direction in which an external electric field is applied and the spontaneous polarization direction 7 of the anisotropic piezoelectric plate 1 are different directions.
It can be seen that the pressure applied to the liquid chamber 16 can be increased,
The liquid ejection efficiency has improved.
【００４８】ここで、図１３、１４では、図１２に示し
たインク供給口（液体供給口）を省略した。また、導線
は図では省略した。Here, in FIGS. 13 and 14, the ink supply port (liquid supply port) shown in FIG. 12 is omitted. The conductor is omitted in the figure.
【００４９】図１５は本発明の実施例における圧電音響
素子の一例について示した。同図（ａ）が断面図、
（ｂ）が斜視図である。本発明にかかる電極２、３を設
けた異方性圧電板１を振動板１７上に設置し、発音孔１
８とメッシュ状背面孔２０を設けた共鳴筐体１８に取り
付けた。本発明の構成により音圧が同じ大きさのものよ
り１０〜２０デシベル向上した。FIG. 15 shows an example of a piezoelectric acoustic device according to an embodiment of the present invention. FIG.
(B) is a perspective view. The anisotropic piezoelectric plate 1 provided with the electrodes 2 and 3 according to the present invention is placed on the diaphragm 17 and
8 and a resonance housing 18 provided with a mesh-shaped back hole 20. According to the configuration of the present invention, the sound pressure is improved by 10 to 20 dB over that of the same size.
【００５０】図１６は本発明の実施例におけるバイブレ
ータの一例について示した。本発明にかかる電極２、３
付き異方性圧電板１を円板状にし、振動板２１の上に設
け、重り２２を設けて振動することによりバイブレータ
を形成した。FIG. 16 shows an example of the vibrator according to the embodiment of the present invention. Electrodes 2, 3 according to the invention
The attached anisotropic piezoelectric plate 1 was formed into a disk shape, provided on a vibration plate 21, provided with a weight 22, and vibrated to form a vibrator.
【００５１】図１７は本発明の実施例における微小変位
アクチュエータの一例について示した。アーム支持部２
３とアーム２４と検出部２５を有する微小変位アクチュ
エータの駆動部に本発明にかかる異方性圧電板１を同図
（ａ）に示すように２枚用い、それぞれの自発分極方向
をＡからＢに向かったものとＤからＣに向かったものを
図のように配置することにより検出部の変位を効率良
く、精度良く制御するようにした。同図（ｂ）および
（ｃ）はそれぞれ異方性圧電板１の拡大斜視図である。FIG. 17 shows an example of the minute displacement actuator according to the embodiment of the present invention. Arm support 2
2A, two anisotropic piezoelectric plates 1 according to the present invention are used for the drive unit of the micro-displacement actuator having the arm 3, the arm 24, and the detection unit 25, as shown in FIG. The displacement of the detection unit is controlled efficiently and accurately by arranging the components headed in the direction from D to C as shown in the figure. FIGS. 2B and 2C are enlarged perspective views of the anisotropic piezoelectric plate 1, respectively.
【００５２】図１８は本発明の実施例における微小変位
アクチュエータの他の一例について示した。異方性圧電
体１の両側に弾性を有する電極２７、２８を設け、外部
電界を印可した時に両電極が短絡しない様に電気絶縁体
２９で電極２７と２８の異方性圧電体と反対側の端を固
定し、厚みすべり変形をたわみ変形に変換し、絶縁体２
９の先端を変位させてアクチュエータとして応用できる
ことがわかった。FIG. 18 shows another example of the small displacement actuator according to the embodiment of the present invention. Elastic electrodes 27 and 28 are provided on both sides of the anisotropic piezoelectric body 1, and an electric insulator 29 is provided on the opposite side of the electrodes 27 and 28 to the electrodes 27 and 28 so as not to short-circuit when an external electric field is applied. Is fixed, and the thickness-shear deformation is converted into flexure deformation, and the insulator 2
It was found that the tip could be applied as an actuator by displacing the tip of No. 9.
【００５３】この時、それぞれに印加する電界強度と方
向は同じで良い。At this time, the intensity and direction of the electric field applied to each may be the same.
【００５４】また、この発明の効果は実施例に記述した
圧電素子装置、衝撃センサ、加速度センサ、発音体、ア
クチュエータ、液体噴射ポンプに限定されることはな
い。例えば、音声検出器、走査型トンネル顕微鏡や原子
間力顕微鏡の微小変位制御用の圧電材料に用いることが
できることはいうまでもない。The effects of the present invention are not limited to the piezoelectric device, the impact sensor, the acceleration sensor, the sound generator, the actuator, and the liquid injection pump described in the embodiments. For example, it goes without saying that the present invention can be used for a piezoelectric material for controlling a small displacement of a voice detector, a scanning tunneling microscope or an atomic force microscope.
【００５５】[0055]
【発明の効果】この発明によれば、電気機械結合係数の
大きい強誘電性ペロブスカイト型酸化物の圧電材料を効
率よく圧電素子として用いることができ、従来の応用製
品の性能を飛躍的に向上する。According to the present invention, a ferroelectric perovskite-type oxide piezoelectric material having a large electromechanical coupling coefficient can be efficiently used as a piezoelectric element, and the performance of conventional applied products can be greatly improved. .
【００５６】したがって、本発明にかかる異方性圧電板
を用いることによりさらなる小型、軽量、高感度化がで
きる。Therefore, by using the anisotropic piezoelectric plate according to the present invention, it is possible to further reduce the size, weight and sensitivity.
【図１】本発明一実施例における異方性圧電板の基本概
念図FIG. 1 is a basic conceptual diagram of an anisotropic piezoelectric plate according to an embodiment of the present invention.
【図２】同一実施例におけるペロブスカイト型複合酸化
物圧電材料の結晶構造を示す図FIG. 2 is a view showing a crystal structure of a perovskite-type composite oxide piezoelectric material in the same example.
【図３】同一実施例におけるペロブスカイト型複合酸化
物圧電材料の自発分極方向を示す図FIG. 3 is a diagram showing a spontaneous polarization direction of a perovskite-type composite oxide piezoelectric material in the same example.
【図４】同一実施例における異方性圧電板を用いた振動
子を示す図FIG. 4 is a diagram showing a vibrator using an anisotropic piezoelectric plate in the same embodiment.
【図５】同一実施例におけるペロブスカイト型複合酸化
物圧電材料の結晶構造を示す図FIG. 5 is a view showing a crystal structure of a perovskite-type composite oxide piezoelectric material in the same example.
【図６】同一実施例におけるたわみ変形を用いた圧電素
子装置を示す図FIG. 6 is a diagram showing a piezoelectric element device using flexure deformation in the same embodiment.
【図７】同一実施例におけるたわみ変形を用いた圧電素
子装置を示す図FIG. 7 is a diagram showing a piezoelectric element device using flexure deformation in the same embodiment.
【図８】同一実施例における衝撃センサの構成図FIG. 8 is a configuration diagram of an impact sensor in the same embodiment.
【図９】同一実施例における加速度センサの構成図FIG. 9 is a configuration diagram of an acceleration sensor in the same embodiment.
【図１０】同一実施例における加速度センサの構成図FIG. 10 is a configuration diagram of an acceleration sensor in the same embodiment.
【図１１】同一実施例における圧電ジャイロの構成図FIG. 11 is a configuration diagram of a piezoelectric gyro in the same embodiment.
【図１２】同一実施例における液体噴射ポンプの断面概
念図FIG. 12 is a conceptual sectional view of a liquid injection pump in the same embodiment.
【図１３】同一実施例における液体噴射ポンプの断面概
念図FIG. 13 is a conceptual sectional view of a liquid injection pump in the same embodiment.
【図１４】同一実施例における液体噴射ポンプの断面概
念図FIG. 14 is a conceptual sectional view of a liquid injection pump in the same embodiment.
【図１５】同一実施例における圧電音響素子の概念図FIG. 15 is a conceptual diagram of a piezoelectric acoustic device in the same embodiment.
【図１６】同一実施例におけるバイブレータの概念図FIG. 16 is a conceptual diagram of a vibrator in the same embodiment.
【図１７】同一実施例における微小変位アクチュエータ
の概念図FIG. 17 is a conceptual diagram of a minute displacement actuator in the same embodiment.
【図１８】同一実施例における厚みすべり姿態を用いた
アクチュエータの概念図FIG. 18 is a conceptual diagram of an actuator using a thickness-slip appearance in the same embodiment.
１ 異方性圧電板 ２ 電極 ３ 電極 ４ 貫通穴 ５ 支持部 ６ たわみ変形部 ７ 自発分極方向 ８ 外部電界印加方向 ９ 金属板 １０ おもり １１ 支持体 １２ 弾性板 １３ 支持部 １４ 駆動用異方性圧電板 １５ 検出用異方性圧電板 １６ 液体室 １７ 振動板 １８ 発音孔 １９ 共鳴筐体 ２０ メッシュ状背面孔 ２１ 振動板 ２２ 重り ２３ アーム支持部 ２４ アーム ２５ 検出部 ２６ 電気絶縁体 ２７ 弾性を有する電極 ２８ 弾性を有する電極 ２９ 絶縁体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Anisotropic piezoelectric plate 2 Electrode 3 Electrode 4 Through-hole 5 Support part 6 Deflection part 7 Spontaneous polarization direction 8 External electric field application direction 9 Metal plate 10 Weight 11 Support body 12 Elastic plate 13 Support part 14 Anisotropic piezoelectric for drive Plate 15 Anisotropic piezoelectric plate for detection 16 Liquid chamber 17 Vibration plate 18 Sounding hole 19 Resonance housing 20 Mesh-shaped back hole 21 Vibration plate 22 Weight 23 Arm support 24 Arm 25 Detector 26 Electrical insulator 27 Elastic electrode 28 Elastic electrode 29 Insulator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｚ (72)発明者 山口 朋一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F105 BB02 BB14 CC02 CC06 CD02 CD06 4G030 BA10 CA01 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 41/08 H01L 41/08 Z (72) Inventor Tomoichi Yamaguchi 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric F term in Sangyo Co., Ltd. (reference) 2F105 BB02 BB14 CC02 CC06 CD02 CD06 4G030 BA10 CA01
Claims (12)
ト型酸化物圧電板と、前記ペロブスカイト型酸化物圧電
板の両表面に設けられた導電性膜を有し、前記ペロブス
カイト型酸化物圧電板の自発分極の方向が前記ペロブス
カイト型酸化物圧電板表面と垂直方向以外の方向である
ことを特徴とする異方性圧電板。The present invention relates to an oriented perovskite oxide piezoelectric plate having ferroelectricity, and conductive films provided on both surfaces of the perovskite oxide piezoelectric plate. An anisotropic piezoelectric plate, wherein the direction of polarization is a direction other than the direction perpendicular to the surface of the perovskite oxide piezoelectric plate.
軸方向を向いていることを特徴とする請求項１記載の異
方性圧電板。2. Spontaneous polarization is based on a cubic crystal <111>
2. The anisotropic piezoelectric plate according to claim 1, wherein the plate is oriented in the axial direction.
軸方向を向いていることを特徴とする請求項１記載の異
方性圧電板。3. Spontaneous polarization is <110> based on cubic system
2. The anisotropic piezoelectric plate according to claim 1, wherein the plate is oriented in the axial direction.
相の結晶構造が立方晶であり、分極処理方向が[100]、
[010]又は[001]方向であることを特徴とした請求項１、
２又は３記載の異方性圧電板。4. The crystal structure of a paraelectric phase of a perovskite oxide piezoelectric plate is cubic, and the polarization direction is [100].
The method according to claim 1, wherein the direction is [010] or [001].
4. The anisotropic piezoelectric plate according to 2 or 3.
性圧電板を用いた圧電素子装置であって、前記異方性圧
電板の一部を導電性基体より切り離し、たわみ運動構造
にすることを特徴とする圧電素子装置。5. A piezoelectric element device using the anisotropic piezoelectric plate according to claim 1, wherein a part of the anisotropic piezoelectric plate is separated from a conductive substrate to form a flexure motion structure. A piezoelectric element device.
性圧電板を用いたことを特徴とする衝撃センサ。6. An impact sensor using the anisotropic piezoelectric plate according to claim 1.
性圧電板を用いたことを特徴とする加速度センサ。7. An acceleration sensor using the anisotropic piezoelectric plate according to claim 1. Description:
性圧電板を用いたことを特徴とする圧電ジャイロ。8. A piezoelectric gyro using the anisotropic piezoelectric plate according to claim 1. Description:
性圧電板を用いたことを特徴とする液体噴射ポンプ。9. A liquid injection pump using the anisotropic piezoelectric plate according to claim 1. Description:
方性圧電板を用いたことを特徴とする圧電音響素子。10. A piezoelectric acoustic device using the anisotropic piezoelectric plate according to claim 1. Description:
方性圧電板を用いたことを特徴とするバイブレータ。11. A vibrator using the anisotropic piezoelectric plate according to claim 1.
方性圧電板を用いたことを特徴とする微小変位アクチュ
エータ。12. A micro-displacement actuator using the anisotropic piezoelectric plate according to claim 1. Description:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29633599A JP2001148522A (en) | 1999-09-07 | 1999-10-19 | Anisotropic piezoelectric plate and piezoelectric application device using the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| JP11-252425 | 1999-09-07 | ||
| JP29633599A JP2001148522A (en) | 1999-09-07 | 1999-10-19 | Anisotropic piezoelectric plate and piezoelectric application device using the same |
Publications (1)
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Family
ID=26540712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP29633599A Pending JP2001148522A (en) | 1999-09-07 | 1999-10-19 | Anisotropic piezoelectric plate and piezoelectric application device using the same |
Country Status (1)
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1999
- 1999-10-19 JP JP29633599A patent/JP2001148522A/en active Pending
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