JP2007158055A - Piezoelectric element, piezoelectric transducer, and electronic equipment using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は圧電素子を用いたアクチュエータ、センサ等の圧電トランスデューサ並びにそれを用いた電子機器に関する。 The present invention relates to a piezoelectric transducer such as an actuator or a sensor using a piezoelectric element, and an electronic device using the piezoelectric transducer.
近年、電子機器の小型・薄型化、高機能化、低消費電力化が進むにつれ、電子機器に搭載されるセンサ、トランス、アクチュエータ等のトランスデューサには圧電素子を用いたものが増えている。 In recent years, as electronic devices have been reduced in size, thickness, functionality, and power consumption, transducers such as sensors, transformers, and actuators mounted on electronic devices have increased in number.
圧電素子はPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)やチタン酸バリウム等を原料とした焼結体を分極処理したものであり、要求されるトランスデューサの仕様によって分極方向に電界を印加した際の分極方向の歪(圧電縦効果)を利用するか、あるいは分極方向に電界を印加した際の分極方向と直交する方向の歪(圧電横効果)を利用するかが選択される。また、圧電素子の低電圧駆動や低インピーダンス化を図るため、圧電素子を複数枚積層した積層圧電素子の形態をとる場合も増えている。 The piezoelectric element is a sintered body made of PZT (lead zirconate titanate) or barium titanate as a raw material, and the polarization direction when an electric field is applied to the polarization direction according to the required transducer specifications. It is selected whether to use strain (piezoelectric longitudinal effect) or to use strain (piezoelectric lateral effect) in a direction orthogonal to the polarization direction when an electric field is applied in the polarization direction. In addition, in order to drive the piezoelectric element at a low voltage and reduce the impedance, there is an increasing number of cases in the form of a laminated piezoelectric element in which a plurality of piezoelectric elements are laminated.
しかしながらこのように圧電素子(圧電効果)の利用方法は限られており圧電トランスデューサの設計の自由度は低かった。また圧電縦効果を用いた積層圧電素子は長手方向に積層しなければならないため一体構造での製造は難しく、単板素子を接着剤で接着するかボルトとナット等の締結手段を用いるしかなかった。そこで、一方の面に電極を設けた圧電材シートを複数枚積層した後に一体的に焼結する製法(圧電横効果を用いた積層圧電素子の製造プロセス)を用いながらも圧電縦効果利用できる電極構造並びにそれを用いた積層圧電素子が考案されている(特許文献1)。
しかしながら特許文献1に示したように圧電素子の一つの面内に設けた電極間に電界を印加する方式では電極近辺の圧電素子は動作に寄与しないという欠点があった。そしてこの事柄は、この圧電素子をセンサに使用した場合には感度が低くなるということにもつながった。
However, as shown in
本発明の目的は、圧電縦効果を利用できる圧電素子、特に積層圧電素子において、駆動に有効となる部分の比率を高めることにより圧電素子の利用効率を改善することにある。 An object of the present invention is to improve the use efficiency of a piezoelectric element by increasing the ratio of a portion that is effective for driving in a piezoelectric element that can utilize the piezoelectric longitudinal effect, particularly a laminated piezoelectric element.
そこで、上記課題を解決する為に本発明の圧電素子は第一の面に平行に配置された複数の電極からなる第一の電極群と、第一の電極群を構成する隣り合う電極の間に配置された複数の電極からなる第二の電極群と、圧電素子の第二の面に平行に配列された複数の電極からなる第三の電極群と、第三の電極群を構成する隣り合う電極の間に配置された複数の電極からなる第四の電極群と、を有する圧電素子であって、第一の面に配置された第一の電極群、第二の電極群と、第二の面に配置された第三の電極群、第四の電極群とは厚み方向に重ならない位置に配置されていることを特徴とするものである。 Therefore, in order to solve the above-described problem, the piezoelectric element of the present invention is provided between a first electrode group composed of a plurality of electrodes arranged in parallel to the first surface and an adjacent electrode constituting the first electrode group. A second electrode group composed of a plurality of electrodes arranged on the substrate, a third electrode group composed of a plurality of electrodes arranged in parallel with the second surface of the piezoelectric element, and a neighbor constituting the third electrode group A fourth electrode group comprising a plurality of electrodes disposed between the matching electrodes, the first electrode group disposed on the first surface, the second electrode group, The third electrode group and the fourth electrode group arranged on the second surface are arranged at positions that do not overlap in the thickness direction.
これによれば一方の面内の電極付近は他方の面内に設けた電極間の圧電効果が働くため駆動に有効となる部分を大きく出来る。 According to this, in the vicinity of the electrode in one surface, the piezoelectric effect between the electrodes provided in the other surface works, so that the portion effective for driving can be enlarged.
本発明の圧電素子は圧電縦効果が利用可能な積層圧電素子であるため小型でありながら低電圧で高出力が得られる。特に従来の積層圧電素子に比べて実際の駆動に有効となる部分の比率が高くなるためこの効果は更に高くなる。そして目的の積層圧電素子が複数得られる大きさの積層圧電素子を一体的に焼結して作製し、個々の積層圧電素子に分割する製造プロセスを経ることにより、積層圧電素子のコストを大幅に下げられる。そして個々の特性ばらつきが小さく信頼性に富んだ積層圧電素子が得られる。 Since the piezoelectric element of the present invention is a laminated piezoelectric element that can utilize the piezoelectric longitudinal effect, it is small in size and can provide a high output at a low voltage. In particular, since the ratio of the portion effective for actual driving is higher than that of the conventional multilayer piezoelectric element, this effect is further enhanced. The cost of the multilayer piezoelectric element is greatly increased through a manufacturing process in which the multilayer piezoelectric elements of a size that can provide a plurality of target multilayer piezoelectric elements are integrally sintered and divided into individual multilayer piezoelectric elements. Be lowered. A multilayer piezoelectric element with small individual characteristic variations and high reliability can be obtained.
また、本積層圧電素子をアクチュエータ、センサ等のトランスデューサに応用し、更にはこれを電子機器に搭載すれば小型、低消費電力で信頼性に富んだ電子機器を提供することができる。 In addition, if this multilayered piezoelectric element is applied to a transducer such as an actuator or a sensor and further mounted on an electronic device, a small electronic device with low power consumption and high reliability can be provided.
以下、図面を基にして本発明の実施例について説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の圧電素子1の電極構造を示した図である。圧電素子1は図1(e)に示した様に矩形形状である。圧電素子1を矢印100a、100b、100c、100dの方向から見た図が夫々図1(a)、(b)、(c)、(d)である。圧電素子1の上面(第一の面)の幅(長さの短い辺)に平行な方向には図1(b)に示すように長方形の電極2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2hが平行に設けられている。電極2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2hは第一の電極群を構成している。第一の電極群を構成する隣り合う電極の間には第二の電極群を構成する電極2i、2j、2k、2l、2m、2n、2o、2pが平行に設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing an electrode structure of the
圧電素子1の下面(第二の面)の幅(長さの短い辺)に平行な方向には図1(d)に示すように長方形の電極3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3hが平行に設けられている。電極3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3hは第三の電極群を構成している。第三の電極群を構成する隣り合う電極の間には第四の電極群を構成する電極3i、3j、3k、3l、3m、3n、3o、3pが平行に設けられている。
In the direction parallel to the width (short side) of the lower surface (second surface) of the
そして第一の面に配置された第一の電極群、第二の電極群を構成する電極と、第二の面に配置された第三の電極群、第四の電極群を構成する電極とは厚み(図1(a)、(c)における長さの短い辺)方向に重ならない位置に配置されている。 And the first electrode group disposed on the first surface, the electrodes constituting the second electrode group, the third electrode group disposed on the second surface, the electrodes constituting the fourth electrode group, Are arranged at positions that do not overlap in the direction of the thickness (the shorter side in FIGS. 1A and 1C).
第一の電極群を構成する電極2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2hの一端は圧電素子1の第一の側面まで達しており側面電極4aで短絡される。電極2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2hの他端は圧電素子1の第二の側面までは達していない。
One ends of the electrodes 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, and 2h constituting the first electrode group reach the first side surface of the
第二の電極群を構成する電極2i、2j、2k、2l、2m、2n、2o、2pの一端は圧電素子1の第二の側面まで達しており側面電極5aで短絡される。電極2i、2j、2k、2l、2m、2n、2o、2pの他端は圧電素子1の第一の側面までは達していない。
One ends of the
第三の電極群を構成する電極3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3hの一端は圧電素子1の第二の側面まで達しており、側面電極5bで短絡される。電極3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3hの他端は圧電素子1の第一の側面には達していない。
One ends of the electrodes 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, and 3h constituting the third electrode group reach the second side surface of the
第四の電極群を構成する電極3i、3j、3k、3l、3m、3n、3o、3pの一端は圧電素子1の第一の側面まで達しており側面電極4bで短絡される。電極2i、2j、2k、2l、2m、2n、2o、2pの他端は圧電素子1の第二の側面までは達していない。
One end of the
このような電極構造とすることにより第一の電極群を構成する電極2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2hへの通電は側面電極4aを介して、第二の電極群を構成する電極2i、2j、2k、2l、2m、2n、2o、2pへの通電は側面電極5aを介して、第三の電極群を構成する電極3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3hへの通電は側面電極5bを介して、第四の電極群を構成する電極3i、3j、3k、3l、3m、3n、3o、3pへの通電は側面電極4bを介して行うことが出来る。
With such an electrode structure, the electrodes 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, and 2h constituting the first electrode group are energized through the side electrode 4a to the second electrode group. Energization of the
本構造では各電極の長さは圧電素子1の幅よりも短い(一端は圧電素子1の側面に達していない)ため圧電素子1の一部(両側面付近)に動作に寄与しない部分が発生する。そこで各電極の長さを圧電素子1の幅と同じとし、スルーホール電極を用いる方法を採用するか、圧電素子1の側面で絶縁体と導電体を使うことにより短絡したい電極だけを選択的に短絡する方法を使っても構わない。
In this structure, the length of each electrode is shorter than the width of the piezoelectric element 1 (one end does not reach the side surface of the piezoelectric element 1), so a part of the piezoelectric element 1 (near both side surfaces) does not contribute to the operation. To do. Therefore, the length of each electrode is made the same as the width of the
図2は圧電素子1を側面から見て電極と分極方向の関係を示した図である。図2において図中の矢印200と同じ線で書かれた矢印は分極方向を示す。第二の電極群を構成する電極をGNDとして第一の電極群を構成する電極方向へ分極処理されている。また第四の電極群を構成する電極GNDとして第三の電極群を構成する電極方向へ分極処理されている。従って、第一の電極群と第二の電極群の間、並びに第三の電極群と第四の電極群の間に電圧を印加することで圧電素子1は矢印110の方向(第一の電極群、第二の電極群、第三の電極群、第四の電極群を構成する電極の配列方向)に伸縮する。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the electrodes and the polarization direction when the
例えば第二の電極群、第四の電極群をGNDとして第一の電極群と第三の電極群に+方向の電圧を印加すると圧電素子1は縮み、−方向の電圧を印加すると圧電素子1は延びる。第一の電極群並びに第二の電極群を構成する電極2b、2c、2jが位置する圧電素子の厚み方向には分極がされにくいが、第三の電極群と第四の電極群との間でなされる分極は電極2b、2c、2jが位置する圧電素子の厚み方向へ深部に渡って分極処理される。また第三の電極群並びに第四の電極群を構成する電極3a、3b、3iが位置する圧電素子の厚み方向には分極がされにくいが、第一の電極群と第二の電極群との間でなされる分極は電極3a、3b、3iが位置する圧電素子の厚み方向へ深部に渡って分極処理される。
For example, when the second electrode group and the fourth electrode group are set to GND and a positive voltage is applied to the first electrode group and the third electrode group, the
このような電極構造とすることで圧電素子1の駆動に有効な部分を大きくとることが出来る。特に第三の電極群と第四の電極群を構成する電極を、第一の電極群と第二の電極群を構成する隣り合う電極の中間に配置することでこの効果は最大となる。
By adopting such an electrode structure, a large portion effective for driving the
また第一の電極群を構成する電極と、この電極と隣り合う第二の電極を構成する電極との間隔、並びに第三の電極群を構成する電極と、この電極と隣り合う第四の電極を構成する電極との間隔を圧電素子の厚みよりも大きくすることで基本的に圧電素子1の厚み方向ほぼ全体に渡って分極処理がされるようになる。
The distance between the electrode constituting the first electrode group and the electrode constituting the second electrode adjacent to this electrode, the electrode constituting the third electrode group, and the fourth electrode adjacent to this electrode By making the distance between the electrodes constituting the electrode larger than the thickness of the piezoelectric element, the polarization process is basically performed over almost the entire thickness direction of the
図2(b)は電極を有さない圧電素子101の上下を圧電素子1で挟み込むように重ねて接着した積層圧電素子102を側面から見て電極と分極方向の関係を示した図である。この場合の動作原理も基本的には圧電素子1の動作原理と同じである(矢印111の方向に伸縮)ので詳細は省くが、積層する各圧電素子の厚みを薄くすることで第一の電極群を構成する電極と第二の電極群を構成する電極の間隔、並びに第三の電極群を構成する電極と第四の電極群を構成する電極の間隔を狭くすることができるため駆動電圧を下げることが可能となる。
FIG. 2 (b) is a diagram showing the relationship between the electrodes and the polarization direction when the laminated
そして、このような積層圧電素子を作製する際には複数の圧電素子がとれる大きさの圧電シート上に電極を印刷し、これを複数枚重ねて仮焼成した後で夫々の圧電素子の大きさに切断して本焼成した後、分極処理して個々の圧電素子を得る工程とすることで一度に大量の積層圧電素子を作製することが可能となる。ここで、夫々の圧電素子の大きさへ切断する工程は本焼成の後であっても構わない。 And when manufacturing such a laminated piezoelectric element, electrodes are printed on a piezoelectric sheet having a size capable of taking a plurality of piezoelectric elements, and a plurality of these are stacked and temporarily fired, and then the size of each piezoelectric element is obtained. A large number of laminated piezoelectric elements can be manufactured at a time by performing a polarization process to obtain individual piezoelectric elements after cutting into a main body and firing. Here, the step of cutting to the size of each piezoelectric element may be after the main firing.
次に図3を元にして本発明の圧電素子1、101を用いた圧電アクチュエータについて説明する。圧電素子1、101の一端は支持板7に固定されている。圧電素子1、101の他端にはステージとなる移動体6が固定されており、圧電素子1、101と移動体6とで圧電アクチュエータとして機能する。移動体6の上には稼動部材8が乗せられている。稼動部材8は例えば試料であり、微調整が要求される顕微鏡下での作業において圧電素子1、101を伸縮することで稼動部材8は矢印112の方向へ微動される。
このような構成とすることで精密位置決めが可能なステージが実現できる。
Next, a piezoelectric actuator using the
With such a configuration, a stage capable of precise positioning can be realized.
(実施の形態2)
本発明の圧電素子を用いた圧電アクチュエータとして超音波モータについて説明する。図4は本発明の圧電素子9を振動体として用いたリニヤ型超音波モータの構成を示した図である。矩形形状の圧電素子9には突起10a、10b並びに突起状の支持部材11が設けられている。加圧部材12の軸部12aは案内板13の案内穴13aによって軸方向にのみ移動可能に案内されている。突起10a、10bの下には案内ローラー16a、16bに案内された移動体15が設けられている。支持部材11は加圧部材12のV溝部12bに係合する。加圧部材12は加圧手段14により加圧され、突起10a、10bと移動体15は接している。
(Embodiment 2)
An ultrasonic motor will be described as a piezoelectric actuator using the piezoelectric element of the present invention. FIG. 4 is a view showing a configuration of a linear ultrasonic motor using the
圧電素子9は縦振動と屈曲振動を励振する。図5は圧電素子9の長辺方向に対する振動振幅の様子を示した図であり、図5(a)は縦振動の様子を、図5(b)は屈曲振動の様子を示したものである。縦振動、屈曲振動ともに圧電素子9の中央部が振動の節となり、この位置に支持部材11が設けられている。また、屈曲振動の腹の位置に突起10a、10bは設けられている。縦振動と屈曲振動を同時に励振することにより突起10a、10bは圧電素子9の長辺方向の変位と、これと直交する方向の変位からなる楕円運動を行い、移動体15を駆動する。ところで、移動体15を固定して振動体(圧電素子9)自体を駆動しても構わない。
The
次に圧電素子9の電極構成を図6を元にして説明する。ここでは実施の形態1に示した圧電素子1との違いのみを示し、圧電素子9の詳細な動作については省略する。
Next, the electrode configuration of the
圧電素子9の二つの辺の中央部を結ぶ線で分割される四つの領域には夫々第一の電極群、第二の電極群、第三の電極群が設けられる。即ち、電極18(18a、18b、18c)、21(21a、21b、21c)、24(24a、24b、24c)、27(27a、27b、27c)は夫々第一の電極群を構成する。電極19(19a,19b,19c)と短絡電極20からなる電極群、電極22(22a,22b,22c)と短絡電極23からなる電極群、電極25(25a,25b,25c)と短絡電極26からなる電極群、電極28(28a,28b,28c)と短絡電極29からなる電極群は夫々第二の電極群を構成する。
A first electrode group, a second electrode group, and a third electrode group are provided in four regions divided by a line connecting the central portions of the two sides of the
電極30(30a,30b,30c)、33(33a,33b,33c)、36(36a,36b,36c)、39(39a,39b,39c)は夫々第三の電極群を構成する。電極31(31a,31b,31c)と短絡電極32からなる電極群、電極34(34a,34b,34c)と短絡電極35からなる電極群、電極37(37a、37b、37c)と短絡電極38からなる電極群、電極40(40a,40b,40c)と短絡電極41からなる電極群は夫々第四の電極群を構成する。対角に位置する二組の第一の電極群と第二の電極群の間と、二組の第三の電極群と第四の電極群の間に交流電圧を印加することで圧電素子9には縦振動と屈曲振動が励振され突起10a、10bが楕円運動をすることにより移動体15は駆動される。他方の対角にある二組の第一の電極群と第二の電極群の間と、二組の第三の電極群と第四の電極群の間に交流電圧を印加すると、圧電素子9に励振される縦振動と屈曲振動の位相は逆転するため移動体15の移動方向は逆転する。
The electrodes 30 (30a, 30b, 30c), 33 (33a, 33b, 33c), 36 (36a, 36b, 36c), 39 (39a, 39b, 39c) constitute a third electrode group. From the electrode group consisting of the electrode 31 (31a, 31b, 31c) and the short-circuit electrode 32, the electrode group consisting of the electrode 34 (34a, 34b, 34c) and the short-
すなわち電極18と電極19の間、電極27と電極28の間、電極36と電極37の間、電極33と電極34の間に交流電圧を印加するか、電極24と電極25の間、電極21と電極22の間、電極30と電極31の間、電極39と電極40の間に交流電圧を印加することで移動体15の駆動が行われる。本実施の形態は本発明の圧電素子の駆動原理に基づいて超音波モータを実現するための電極パターンの一例を示したものであり、本発明の圧電素子の駆動原理に従えばいかなる電極パターンを構成しても構わない。
That is, an alternating voltage is applied between the
(実施の形態3)
本発明の圧電素子を用いた圧電トランスについて説明する。図10は本発明の圧電トランスのブロック図を示したものである。圧電トランスとなる積層圧電素子17は機能的に一次側素子と二次側素子に分けられる。一次側素子には第一の電極群42、第二の電極群43と第三の電極群44、第四の電極群45が設けられている。発振回路59から所定の周波数の交流電圧が第一の電極群42と第二の電極群43との間と、第三の電極群44と第四の電極群45との間に印加されると積層圧電素子17は一次側素子と二次側素子の間、すなわち積層圧電素子17の中間を節とする一次の縦振動を行う。
(Embodiment 3)
A piezoelectric transformer using the piezoelectric element of the present invention will be described. FIG. 10 shows a block diagram of the piezoelectric transformer of the present invention. The laminated
入力側である一次側素子の電極間、すなわち第一の電極群42と第二の電極群43との間と、第三の電極群44と第四の電極群45との間のインピーダンスと出力側である二次側素子の電極間、すなわちGNDとなる第二の電極群、第四の電極群と第五の電極群との間のインピーダンスの違いによって、入力電圧とは異なる電圧が得られる。一次側素子のインピーダンスを低くし二次側素子のインピーダンスを高くすることで入力電圧に対して高い出力電圧が得られる。
Impedance and output between the electrodes of the primary side element on the input side, that is, between the
次に具体的に積層圧電素子17の構造を説明する。積層圧電素子17は図9に示したように圧電素子17a,17b,17cを積層した構造となっている。図7は圧電素子17a,17b,17cの電極構造を示した図であり、全て上面(図9における矢印100b)から見た図を示している。いずれの圧電素子も下面には電極を有していない。圧電素子17aは上面にも電極を有していない。
Next, the structure of the laminated
圧電素子17b、17cの一次側素子には電極42,43,45,46が設けられている。一次側素子の電極構造は実施の形態1に示したものと同じであるため詳細な説明は省略する。電極42a,42b,42c,42dは第一の電極群を構成し、電極43a,43b,43c,43dは第二の電極群を構成し、電極45a、45b、45c,45dは第三の電極群を構成し、電極46a,46b,46c,46dは第四の電極群を構成する。
二次側素子の端部には長方形の電極44a、44bが設けられている。圧電素子17a,17b,17cは図9に示したように積層された後に各電極を短絡し、入力信号の印加、出力信号の取り出しを容易にするための短絡電極が設けられる。 Rectangular electrodes 44a and 44b are provided at the ends of the secondary elements. The piezoelectric elements 17a, 17b, and 17c are stacked as shown in FIG. 9, and short-circuited electrodes are provided to facilitate application of input signals and extraction of output signals.
図8は積層圧電素子17を側面から見た図である。図8(a)は図9における矢印100cから見た図である。図8(b)は矢印100bから見た図である。図8(c)は矢印100eから見た図である。図8(d)は矢印100aから見た図である。図8(e)は矢印100dから見た図である。第一の電極群を構成する電極42a,42b,42c,42dは短絡電極48a,48b,48c,48dで短絡された後、電極52a,52b,52c,52dを介して端子電極56aで短絡される。
第二の電極群を構成する電極43a,43b,43c,43dは短絡電極50a,50b,50c,50dで短絡された後、電極53a,53b,53c,53dを介して端子電極56bで短絡される。第三の電極群を構成する電極45a,45b,45c,45dは短絡電極49a,49b,49c,49dで短絡された後、電極55a,55b,55c,55dを介して端子電極58bで短絡される。第四の電極群を構成する電極46a,46b,46c,46dは短絡電極51a,51b,51c,51dで短絡された後、電極54a,54b,54c,54dを介して端子電極58aで短絡される。
FIG. 8 is a view of the laminated
The
一次側素子にある第一の電極群と第二の電極群の間、並びに第三の電極群と第四の電極群の間の分極方向は実施の形態1に示したものと同じである。二次側素子においては第二の電極群並びに第四の電極群をGNDとして第五の電極群を構成する電極44a,44bの間で分極処理がなされる。 The polarization directions between the first electrode group and the second electrode group in the primary element and between the third electrode group and the fourth electrode group are the same as those shown in the first embodiment. In the secondary side element, the second electrode group and the fourth electrode group are set to GND, and polarization processing is performed between the electrodes 44a and 44b constituting the fifth electrode group.
本発明の積層圧電素子17からなる圧電トランスは一次側素子も二次側素子も分極方向が同じ方向を向いているため圧電トランスを大出力で駆動しても破壊が起こりにくく信頼性に富んでいるとともに、高出力が得られる。
ところで、本実施の形態では昇圧型の圧電トランスを例に説明したが、降圧型の圧電トランスに本発明の電極構造を適用しても構わない。
The piezoelectric transformer composed of the laminated
In the present embodiment, the step-up type piezoelectric transformer has been described as an example. However, the electrode structure of the present invention may be applied to a step-down type piezoelectric transformer.
以上示したように、本発明の圧電素子は電圧を印加することにより駆動力を発生する。そして外部の力で変位が生じた際には電圧を発生する。従って、加速度センサ、ジャイロセンサ等の一般的な圧電センサの構造に本発明の圧電素子の電極を容易に適用できる。これにより設計の自由度が増すとともに圧電縦効果を用いた積層圧電素子の製造も容易となるため感度が高く、信頼性に富んだ圧電センサが実現できる。 As described above, the piezoelectric element of the present invention generates a driving force by applying a voltage. When displacement occurs due to external force, a voltage is generated. Therefore, the electrode of the piezoelectric element of the present invention can be easily applied to the structure of a general piezoelectric sensor such as an acceleration sensor or a gyro sensor. As a result, the degree of freedom in design increases and the manufacture of the laminated piezoelectric element using the piezoelectric longitudinal effect is facilitated, so that a piezoelectric sensor with high sensitivity and high reliability can be realized.
(実施の形態4)
本発明の圧電アクチュエータ、圧電センサ、圧電トランスのうち少なくとも一つを搭載した電子機器について説明する。
(Embodiment 4)
An electronic device equipped with at least one of the piezoelectric actuator, piezoelectric sensor, and piezoelectric transformer of the present invention will be described.
図11は本発明の圧電アクチュエータを搭載した電子機器のブロック図である。圧電素子63と移動体64とで圧電アクチュエータを構成する。電子機器におけるCPU等の制御回路61の指令がドライバ62に伝達されるとドライバ62は圧電素子63に駆動信号を出力する。移動体64は圧電素子63の駆動力を受け移動する。その際、移動体64の力を受け稼動部65移動する。例えば電子機器がカメラの場合にはズームを開始する指令が制御回路61から伝達されるとドライバ62は圧電素子63に駆動信号を印加し、移動体64を回転させる。ここで圧電アクチュエータの形態は超音波モータである。移動体64の力を受け、図示しないカムを介して稼動部65であるレンズを動かす。
FIG. 11 is a block diagram of an electronic device equipped with the piezoelectric actuator of the present invention. The piezoelectric element 63 and the moving
図12は本発明の圧電センサを搭載した電子機器のブロック図である。圧電センサ66が曝された環境に応じて信号を信号処理回路67へ出力する。信号処理回路67で処理された信号は電子機器におけるCPU等の制御回路68へ入力され、制御部69を外部の環境に応じて制御する。例えば電子機器がHDDの場合、加速度センサとなる圧電センサ66が、HDDの落下を検知すると、信号処理回路67は圧電センサ66の出力信号を増幅するとともにデジタル信号に変換し制御回路68に伝達する、制御回路68はヘッドが媒体に接触しないようにヘッドを回避させるように制御部69であるアクチュエータを動かす。
FIG. 12 is a block diagram of an electronic device equipped with the piezoelectric sensor of the present invention. A signal is output to the signal processing circuit 67 according to the environment to which the piezoelectric sensor 66 is exposed. The signal processed by the signal processing circuit 67 is input to a control circuit 68 such as a CPU in the electronic device, and controls the
図13は本発明の圧電トランスを搭載した電子機器のブロック図である。電子機器は表示部77を有するパソコン等である。発振回路70からの信号を受けた圧電トランス71は共振し、入力電圧に対して極めて高い電圧の交流電圧を信号処理回路72に出力する。信号処理回路72は整流等の処理を行い液晶等の表示部77を明るくするためのバックライト73を点灯させる。メモリー74とCPU等の制御回路75からなる情報処理部の情報はドライバ76で表示部77で表示されるように信号処理される。バックライト73は圧電トランス71によって駆動される駆動部の一例であり、本発明の圧電トランス73は電子機器におけるいかなる駆動部の駆動にも適用できる。
FIG. 13 is a block diagram of an electronic device equipped with the piezoelectric transformer of the present invention. The electronic device is a personal computer or the like having a
本発明の圧電素子、積層圧電素子を用いたアクチュエータ、センサ等のトランスデューサは小型で低電圧駆動が可能で、高信頼性を有し、高出力もしくは高感度という特性を有しコストも低く抑えられることからカメラ、時計、パソコン、携帯電話、HDDや光ディスクに代表される情報記録機器等の小型電子機器へ適用できるとともに、精密ステージやロボット等の製造装置への適用や、産業用や航空宇宙分野における精密計測機器への適用が可能である。 Transducers such as actuators and sensors using piezoelectric elements, laminated piezoelectric elements of the present invention are small and can be driven at low voltage, have high reliability, have high output or high sensitivity, and can be kept low in cost. Therefore, it can be applied to small electronic devices such as cameras, watches, personal computers, mobile phones, HDDs and optical discs, as well as to information recording devices such as precision stages and robots, industrial and aerospace fields. It can be applied to precision measuring equipment.
1,9,63,101 圧電素子
2,3,18,19,21,22,25,27,28,30,33,34,36,37,38,39,40,42,43,44,45 電極
4 側面電極
20,23,26,29,32,35,38,41 短絡電極
17,102 積層圧電素子
6,15,64 移動体
8 稼動部材
10 突起
11 支持部材
13 案内板
14 加圧手段
1, 9, 63, 101
Claims (10)
前記第一の電極群を構成する隣り合う電極の間に配置された複数の電極からなる第二の電極群と、
第二の面に平行に配列された複数の電極からなる第三の電極群と、
前記第三の電極群を構成する隣り合う電極の間に配置された複数の電極からなる第四の電極群と、を有する圧電素子であって、
前記第一の面に配置された前記第一の電極群、前記第二の電極群を構成する電極と、前記第二の面に配置された前記第三の電極群、前記第四の電極群を構成する電極とは厚み方向に重ならない位置に配置されていることを特徴とする圧電素子。 A first electrode group comprising a plurality of electrodes arranged in parallel to the first surface;
A second electrode group comprising a plurality of electrodes disposed between adjacent electrodes constituting the first electrode group;
A third electrode group consisting of a plurality of electrodes arranged parallel to the second surface;
A fourth electrode group composed of a plurality of electrodes arranged between adjacent electrodes constituting the third electrode group, and a piezoelectric element comprising:
The first electrode group disposed on the first surface, the electrodes constituting the second electrode group, the third electrode group disposed on the second surface, and the fourth electrode group A piezoelectric element, characterized in that the piezoelectric element is disposed at a position that does not overlap with the electrode in the thickness direction.
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JPH10233538A (en) * | 1997-02-21 | 1998-09-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Laminated piezoelectric element |
JP2001345492A (en) * | 2000-03-28 | 2001-12-14 | Taiheiyo Cement Corp | Piezoelectric element and method for using the same |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6414981A (en) * | 1987-07-09 | 1989-01-19 | Ube Industries | Vertical effect type monomorph element and method of driving same |
JPH10233538A (en) * | 1997-02-21 | 1998-09-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Laminated piezoelectric element |
JP2001345492A (en) * | 2000-03-28 | 2001-12-14 | Taiheiyo Cement Corp | Piezoelectric element and method for using the same |
JP2005006495A (en) * | 2003-05-19 | 2005-01-06 | Seiko Instruments Inc | Ultrasonic motor, laminated piezoelectric element, and electronic equipment |
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