JP2007158056A - Piezoelectric element 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し、特にはせん断変形する圧電素子の構造に関する。 The present invention relates to an actuator using a piezoelectric element, a piezoelectric transducer such as a sensor, and an electronic apparatus using the same, and more particularly to a structure of a piezoelectric element that undergoes shear deformation.
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を利用するか、あるいは分極方向と直交する方向に電界を印加した際の分極方向に滑る様な変形形態を取るせん断歪を利用するかが選択される。 Piezoelectric elements are sintered products made of PZT (lead zirconate titanate) or barium titanate as a raw material. Polarization direction when an electric field is applied to the polarization direction according to the required transducer specifications. Or strain in a direction perpendicular to the polarization direction when an electric field is applied in the polarization direction, or slips in the polarization direction when an electric field is applied in a direction perpendicular to the polarization direction. It is selected whether to use a shear strain that takes a deformed form.
これらの中でもせん断歪を利用すると大きな圧電効果が得られることからアクチュエータに用いられることが増えている。また更には、高い共振周波数を有することを合わせてセンサやトランスへの応用も研究されている。 Among these, use of shear strain increases the use of actuators because a large piezoelectric effect can be obtained. Furthermore, application to sensors and transformers is being studied together with having a high resonance frequency.
但し、圧電素子のせん断歪を利用する場合、大きな変位、力を得るためには大きな厚み、幅を確保しなければならず極めて大きな駆動電圧が必要となってしまった。また同様の理由から圧電素子のインピーダンスは大きなものとなりセンサやトランス等への設計の自由度を狭めてしまっていた。そして、この圧電素子を搭載する電子機器に搭載される駆動回路の大型化、コスト高を招き応用分野を制限してしまった。 However, when the shear strain of the piezoelectric element is used, in order to obtain a large displacement and force, a large thickness and width must be ensured, and a very large driving voltage is required. For the same reason, the impedance of the piezoelectric element has become large, and the degree of freedom in designing sensors and transformers has been narrowed. And the drive circuit mounted in the electronic device which mounts this piezoelectric element caused the enlargement of the drive circuit and the cost increase, and the application field was restrict | limited.
これに対して圧電素子の駆動電圧の低下、並びに低インピーダンス化を図る手段として圧電素子の積層化が行われている(特許文献1)。この場合、圧電素子と平面電極を交互に積層する方法が採られ、これら各部材は接着剤で接合されることが一般的となっている。
しかしながら従来のせん断歪を利用した積層圧電素子の場合には製造工程上、圧電素子一枚あたりの厚みは薄くすることが難しく、大きな駆動電圧が必要となってしまった。また同様の理由から圧電素子のインピーダンスを下げるには限界があった。そして製造において接着剤を使用しているために高温や高湿度環境下での性能劣化による信頼性低下や製品個々の性能ばらつきが大きいといった課題があった。またコストも高く応用分野を制限してしまった。 However, in the case of a conventional multilayer piezoelectric element using shear strain, it is difficult to reduce the thickness per piezoelectric element in the manufacturing process, and a large driving voltage is required. For the same reason, there is a limit to reducing the impedance of the piezoelectric element. In addition, since an adhesive is used in production, there are problems such as a decrease in reliability due to performance deterioration under high temperature and high humidity environments and a large variation in performance of individual products. In addition, the cost is high and the application field is limited.
本発明の目的は、製造方法が簡単で低電圧で駆動可能でき、せん断歪を利用した積層圧電素子を得ることにある。 An object of the present invention is to obtain a laminated piezoelectric element using a shearing strain that can be driven at a low voltage with a simple manufacturing method.
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互いに間隔を置いて配列された第一の電極と第二の電極と第三の電極とを有し、第二の面に互いに間隔を置いて配列された第四の電極と第五の電極と第六の電極とを有する圧電素子であって、第三の電極と第四の電極の間に分極処理を施し、少なくとも第二の電極と第五の電極の間に電圧を印加することでせん断変形することを特徴とする圧電素子とする。 Therefore, in order to solve the above-described problem, the piezoelectric element of the present invention has a first electrode, a second electrode, and a third electrode arranged on the first surface at a distance from each other. A piezoelectric element having a fourth electrode, a fifth electrode, and a sixth electrode arranged on the surface at a distance from each other, and performing polarization treatment between the third electrode and the fourth electrode, A piezoelectric element is characterized by shear deformation by applying a voltage between at least the second electrode and the fifth electrode.
これによれば、圧電素子の側面(駆動電圧を印加する面と直交する面)に分極用の電極を設け、さらに分極後にこの電極を取り外すという工程が削減できるため圧電素子のコストを低くできる。 According to this, the cost of providing the electrode for polarization on the side surface (the surface orthogonal to the surface to which the drive voltage is applied) of the piezoelectric element and removing this electrode after polarization can be reduced, so that the cost of the piezoelectric element can be reduced.
更には、第一の面に互いに間隔を置いて配列された第一の電極と第二の電極と第三の電極とを有し、第二の面に互いに間隔を置いて配列された第四の電極と第五の電極と第六の電極とを有する圧電素子であって、第三の電極と第四の電極の間と、第一の電極と第六の電極の間に分極処理を施し、少なくとも第二の電極と第五の電極の間に電圧を印加することでせん断変形することを特徴とする圧電素子とする。 Furthermore, the first electrode has a first electrode, a second electrode, and a third electrode arranged on the first surface at a distance from each other, and a fourth electrode arranged on the second surface at a distance from each other. A piezoelectric element having a first electrode, a fifth electrode, and a sixth electrode, wherein a polarization treatment is applied between the third electrode and the fourth electrode, and between the first electrode and the sixth electrode. The piezoelectric element is characterized in that it undergoes shear deformation by applying a voltage between at least the second electrode and the fifth electrode.
これによれば、圧電素子の全体に渡って均等に分極処理が施されるため圧電素子の変位並びに発生力は大きくなる。 According to this, since the polarization process is performed uniformly over the entire piezoelectric element, the displacement and generated force of the piezoelectric element are increased.
そして、第一の面に互いに間隔を置いて配列された第一の電極と第二の電極と第三の電極とを有する第一の圧電素子と、第一の面に互いに間隔をおいて配列された第四の電極と第五の電極と第六の電極とを有する第二の圧電素子と、を交互に積層した構造とし、第三の電極と第四の電極の間に分極処理を施し、少なくとも第二の電極と第五の電極の間に電圧を印加することでせん断変形を得ることを特徴とする圧電素子とする。 A first piezoelectric element having a first electrode, a second electrode, and a third electrode arranged on the first surface at a distance from each other; and arranged on the first surface at a distance from each other. The fourth electrode, the fifth electrode, and the second piezoelectric element having the sixth electrode are laminated alternately, and a polarization treatment is applied between the third electrode and the fourth electrode. The piezoelectric element is characterized in that shear deformation is obtained by applying a voltage between at least the second electrode and the fifth electrode.
もしくは第一の面に互いに間隔を置いて配列された第一の電極と第二の電極と第三の電極とを有する第一の圧電素子と、第一の面に互いに間隔をおいて配列された第四の電極と第五の電極と第六の電極とを有する第二の圧電素子と、を交互に積層した構造とし、第三の電極と第四の電極の間、並びに第六の電極と第一の電極の間に分極処理を施し、少なくとも第二の電極と第五の電極の間に電圧を印加することでせん断変形することを特徴とする圧電素子とする。 Alternatively, a first piezoelectric element having a first electrode, a second electrode, and a third electrode arranged on the first surface at a distance from each other, and arranged on the first surface at a distance from each other. In addition, a second piezoelectric element having a fourth electrode, a fifth electrode, and a sixth electrode is alternately stacked, and the third electrode is interposed between the fourth electrode and the sixth electrode. The piezoelectric element is characterized in that a polarization process is performed between the first electrode and the first electrode, and shear deformation is performed by applying a voltage between at least the second electrode and the fifth electrode.
これらによれば、低電圧で大きな出力が得られる。 According to these, a large output can be obtained at a low voltage.
そして、これら積層された圧電素子は、複数の圧電シートを積層する工程と、積層された圧電シートから個々の圧電素子に分割する工程と、積層された圧電シートもしくは個々の圧電素子を焼結する工程と、を経たことを特徴とする圧電素子とする。 The laminated piezoelectric elements are formed by laminating a plurality of piezoelectric sheets, dividing the laminated piezoelectric sheets into individual piezoelectric elements, and sintering the laminated piezoelectric sheets or individual piezoelectric elements. The piezoelectric element is characterized by undergoing a process.
これによれば、各圧電素子の結合に接着剤を使用していないので信頼性が向上するとともに、積層圧電素子個々の特性のばらつきが小さく抑えることができる。 According to this, since no adhesive is used for coupling the piezoelectric elements, the reliability is improved, and variations in the characteristics of the laminated piezoelectric elements can be suppressed small.
更には以上の構造の圧電素子から前記第二の電極と前記第五の電極が設けられない部分の圧電素子を除去する工程を経た圧電素子に対して、第二の電極と第五の電極の間に電圧を印加することでせん断変形を得ることを特徴とする圧電素子とする。 Furthermore, with respect to the piezoelectric element that has undergone the step of removing the piezoelectric element in the portion where the second electrode and the fifth electrode are not provided from the piezoelectric element having the above structure, the second electrode and the fifth electrode The piezoelectric element is characterized in that shear deformation is obtained by applying a voltage therebetween.
これによれば圧電素子全体に駆動電圧を印加されるため圧電素子の利用効率が上がり、圧電素子の変位、並びに発生力が増大する。 According to this, since the drive voltage is applied to the entire piezoelectric element, the use efficiency of the piezoelectric element is increased, and the displacement and generated force of the piezoelectric element are increased.
そして、これらの圧電素子で圧電デバイスを構成すれば圧電デバイスがアクチュエータの場合には低電圧で駆動でき、小型で高出力が得られる。そして、圧電デバイスがセンサーの場合には小型で高感度が得られる。そしてこの圧電デバイスを電子機器に搭載すれば、小型で低消費電力名電子機器が実現できる。 If a piezoelectric device is constituted by these piezoelectric elements, when the piezoelectric device is an actuator, it can be driven at a low voltage, and a small size and a high output can be obtained. When the piezoelectric device is a sensor, it is small and high sensitivity can be obtained. If this piezoelectric device is mounted on an electronic device, a small electronic device with low power consumption can be realized.
本発明の圧電素子はせん断歪(d15)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。また、インピーダンスを低くできるとともに、積層する圧電素子の厚みや枚数を自由に設定できるため、センサーやトランス等の圧電デバイスを設計する際の自由度が高くなる。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。この様な積層圧電素子とすることにより、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 use shear strain (d15), it is small in size and can provide a high output at a low voltage. In addition, the impedance can be lowered and the thickness and the number of piezoelectric elements to be stacked can be set freely, so that the degree of freedom in designing piezoelectric devices such as sensors and transformers is increased. The cost of the multilayer piezoelectric element is greatly increased by manufacturing a multilayer piezoelectric element having a size capable of obtaining a plurality of target multilayer piezoelectric elements by integrally sintering it and dividing it into individual multilayer piezoelectric elements. Is lowered. By using such a laminated piezoelectric element, a laminated piezoelectric element having 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の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は本発明の積層圧電素子1、20の構造を示した図である。積層圧電素子1は圧電素子1a、1b、1c、1dが積層された構造となっている。実施の形態1で示す積層圧電素子1と後(実施の形態2)に示す積層圧電素子20は圧電素子1a、1b、1c、1dの積層構造は同じで、分極処理のみが異なるため図1に同じ構造図として示した。
図2(a)、図2(b)はそれぞれ積層圧電素子1を矢印2aの方向から見た際の積層圧電素子1の断面を示す図、並びに変形図である。圧電素子1a、1cの上面には長方形状の第一の電極2、8と第二の電極3、9と第三の電極4、10が隙間を空けて配列されている。圧電素子1b、1dの上面には第四の電極5、11と第五の電極6,12と第六の電極7,13が隙間を空けて配列されている。第三の電極4,10と前記第四の電極5,11の間には図中矢印5で示す方向に分極処理が施されている。この状態で、第一の電極2,8と第二の電極3,9と第三の電極4,10とを短絡した端子と、第四の電極5,11と第五の電極6,12と第六の電極7,13と、を短絡した端子の間に電圧を印加すると図2(b)の点線で示した様に、せん断変形する。ちなみに第二の電極3,9と第五の電極6,12の間にのみ電圧を印加しても駆動できるが、電圧が印加されていない部分の拘束を受け変位も発生力も小さくなるから好ましくはない。また、ここでは圧電素子1a、1b、1c、1dを積層した構造を示したが圧電素子1aのみとし、圧電素子1aの裏面に第四の電極5、第五の電極6、第六の電極7を設けた単板素子でも同様の原理で駆動できる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a view showing the structure of laminated
FIGS. 2A and 2B are a diagram showing a cross section of the laminated
次に図3、図4を用いて具体的な積層圧電素子1の構造並びに製法について説明する。図3(a),(b),(c),(d)は夫々圧電素子1a,1b,1c,1dを上面から見た図である。図4(a),(b),(c),(d)、(e)は夫々積層圧電素子1を図1における矢印2b,2d,2c,2f,2aの方向から見た側面図並びに上面図である。
Next, a specific structure and manufacturing method of the multilayer
圧電素子1aの上面には長方形状の第一の電極2、第二の電極3、第三の電極4が隙間を空けて配列されている。第一の電極2の段部2a、第二の電極3の段部3a、第三の電極4の段部4aは圧電素子1aの一つの側面にまで延びている。圧電素子1bの上面には長方形状の第四の電極5、第五の電極6、第六の電極7が隙間を空けて配列されている。第四の電極5の段部5a、第五の電極6の段部6a、第六の電極7の段部7aは圧電素子1bの一つの側面にまで延びている。圧電素子1cの上面には長方形状の第一の電極8、第二の電極9、第三の電極10が隙間を空けて配列されている。第一の電極8の端部8a、第二の電極9の段部9a、第三の電極10の端部10aは圧電素子1cの一つの側面にまで延びている。圧電素子1dの上面には長方形状の第四の電極11、第五の電極12、第六の電極13が隙間を空けて配列されている。第四の電極11の端部11a、第五の電極12の段部12a、第六の電極13の端部13aは圧電素子1dの一つの側面にまで延びている。
A rectangular
圧電素子1aの第一の電極2の段部2aは外部電極18で短絡される。第二の電極3の端部3aは外部電極25で短絡される。圧電素子1bの第三の電極4の段部4aは外部電極20で短絡される。第四の電極5の段部5aは外部電極19で短絡される。第五の電極6の端部6aは外部電極23で短絡される。第六の電極7の段部7aは外部電極21で短絡される。圧電素子1cの第一の電極8の端部8aは外部電極17で短絡される。第二の電極9の端部9aは外部電極16で短絡される。第三の電極10の端部10aは外部電極15で短絡される。圧電素子1dの第四の電極11の端部11aは外部電極22で短絡される。第五の電極12の端部12aは外部電極26で短絡される。第六の電極13の端部13aは外部電極24で短絡される。
The step 2 a of the
次に具体的な製造方法について説明する。圧電素子1aが複数個とれる様に電極2,3,4が印刷された図示しない圧電シートと、圧電素子1bが複数個取れる様に電極5,6,7が印刷された図示しない圧電シートと、圧電素子1cが複数取れる様に電極8,9,10が印刷された図示しない圧電シートと、圧電素子1dが複数個取れる様に電極11,12,13が印刷された図示しない圧電シートを積層し、仮焼成によってバインダーを飛ばす。そして、個々の積層圧電素子1の形状に切断した跡で本焼成を行い、外部電極15,16,17,18,19,20,21,22,23,24を付けた後で分極処理を施し完成となる。
Next, a specific manufacturing method will be described. A piezoelectric sheet (not shown) on which
分極処理は以下の工程によって行われる。(1)外部電極20をGNDとして外部電極19に高電圧を掛ける。(2)外部電極15をGNDとして外部電極22に高電圧を掛ける。(3)外部電極19をGNDとして外部電極15に高電圧を掛ける。(4)外部電極22をGNDとして外部電極20に高電圧を掛ける。これらにより、第三の電極4,10と第四の電極5,11の間(図2(a)の矢印5に示される方向)に分極処理が施される。
The polarization process is performed by the following steps. (1) A high voltage is applied to the
そして、外部電極15,16,17,18,20,25と外部電極19,21,22,23,24,26の間に電圧を印加することにより積層圧電素子1はせん断変形する。
少なくとも前記第二の電極と前記第五の電極の間に電圧を印加することでせん断変形することを特徴とする圧電素子。
The laminated
A piezoelectric element that is shear-deformed by applying a voltage between at least the second electrode and the fifth electrode.
本実施の形態においては積層圧電素子1の側面で内部の電極2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13を短絡する構造を示したが、スルーホールを用いても構わない。また圧電素子1a,1b,1c,1dの順に積層されていれば積層数に制限を与えるものではない。そして勿論、最下部にある圧電素子1aの下面にも電極を設けても構わない。
In the present embodiment, the structure in which the
(実施の形態2)
本発明の積層圧電素子20について説明する。積層圧電素子20の構造は積層圧電素子1と同じであり、分極処理が異なるだけであるからそれを中心に説明する。
(Embodiment 2)
The laminated
図5は積層圧電素子20を矢印2aの方向から見た際の積層圧電素子20の断面を示す図である。圧電素子1a、1cの上面には夫々長方形状の第一の電極2、8と第二の電極3、9と第三の電極4、10が隙間を空けて配列されている。圧電素子1b、1dの上面には夫々第四の電極5、11と第五の電極6,12と第六の電極7,13が隙間を空けて配列されている。
FIG. 5 is a view showing a cross section of the laminated
第一の電極2,8と第六の電極7,13の間と、第三の電極4,10と第四の電極5,11の間に図中矢印14で示す方向に分極処理が施されている。この状態で、第一の電極2,8と第二の電極3,9と第三の電極4,10を短絡した端子と、第四の電極5,11と第五の電極6,12と第六の電極7,13を短絡した端子との間に電圧を印加すると図2(b)の点線で示したようにせん断変形する。ちなみに第二の電極3,9と第五の電極6,12との間にのみ電圧を印加しても駆動できるが、電圧が印加されていない部分の拘束を受け変位も発生力も小さくなるから好ましくはない。
Polarization treatment is performed between the
そして、望ましくは積層圧電素子20から第二の電極と前記第五の電極が設けられない部分の圧電素子を除去(点線27,28で切断)して使用する。これによれば駆動に寄与しない(駆動時の電圧が印加されない各電極間の隙間の)部分の影響や、分極処理がされていない部分(積層圧電素子20の(分極方向に対する)側面部)の影響が出ないため積層圧電素子20の変位並びに発生力は大きくなる。
Desirably, the piezoelectric element in the portion where the second electrode and the fifth electrode are not provided is removed from the laminated piezoelectric element 20 (cut along dotted
実際の分極処理は外部電極を用いて行われ、以下の手順で行われる。(1)外部電極20をGNDとして外部電極19に高電圧を掛ける。(2)外部電極21をGNDとして外部電極18に高電圧を掛ける。(3)外部電極19をGNDとして外部電極15に高電圧を掛ける。(4)外部電極17をGNDとして外部電極15に高電圧を掛ける。(5)外部電極15をGNDとして外部電極22に高電圧を掛ける。(6)外部電極24として外部電極17に高電圧を掛ける。(7)外部電極22をGNDとして外部電極20に高電圧を掛ける。(8)外部電極18をGNDとして外部電極24に高電圧を掛ける。
The actual polarization process is performed using an external electrode, and is performed according to the following procedure. (1) A high voltage is applied to the
そして、外部電極15,16,17,18,20,25と外部電極19,21,22,23,24,26の間に電圧を印加することにより積層圧電素子1はせん断変形する。
The laminated
(実施の形態3)
次に本発明の積層圧電素子1,20の圧電デバイスへの応用として超音波モータへの適用について図6を用いて説明する。
(Embodiment 3)
Next, as an application of the laminated
本発明の超音波モータ100は振動体200と、振動体200を支持する案内部材31,32と、振動体200と接し振動体200の振動により駆動される移動体35と、移動体35の移動を案内するローラー36,37と、振動体200を移動体35に加圧する加圧ばね33とからなる。
The
振動体200は矩形形状の縦振動用圧電素子29と、縦振動用圧電素子29の上面に接合、あるいは一体的に形成され、せん断変形を行う積層圧電素子1,20と、積層圧電素子1,20の上面に固定されたセラミックス等の硬質材料で形成された突起34と、縦振動用圧電素子29の下面に固定された矩形形状の固定板30とで構成される。固定板30の両端部30a,30bは夫々案内部材31,32の溝部31a,32aに係合されて、加圧ばね33の加圧力方向には振動体30は移動自在に案内するとともに、他の方向には移動不能に支持する。ローラー36,37は移動体35を移動体35の移動方向(矢印38で示した方向)に移動自在に案内する。
The vibrating
縦振動用圧電素子29により突起34は矢印40で示す方向に変位する。積層圧電素子1,20により突起29は矢印39で示す方向に変位する。この二つの変位成分に位相差を持たせることで、突起39の運動の奇跡は楕円や四角となり、移動体35を摩擦駆動することができる。二つの変位成分に位相差を持たせるには図示しない駆動回路から出力される二つの信号(縦振動用圧電素子29に供給されるものと積層圧電素子1,20に供給されるもの)の位相差を変えればよい。
The
本実施の形態では特許文献1に示した従来の超音波モータの圧電素子として本発明の積層圧電素子1,20を適用した例を示したが他のアクチュエータやセンサ、トランスといった従来の圧電デバイスにおいてせん断変形が使用されている部分へは容易に適用可能である。
(実施の形態4)
本発明の圧電素子を用いた圧電アクチュエータ、圧電センサ、圧電トランス等の圧電デバイスを搭載した電子機器について説明する。
In the present embodiment, an example in which the laminated
(Embodiment 4)
Electronic devices equipped with piezoelectric devices such as piezoelectric actuators, piezoelectric sensors, and piezoelectric transformers using the piezoelectric element of the present invention will be described.
図7は本発明の圧電素子を応用した圧電アクチュエータ200を搭載した電子機器のブロック図である。圧電素子42と移動体43とで圧電アクチュエータ200を構成する。電子機器におけるCPU等の制御回路40の指令がドライバ41に伝達されるとドライバ41は圧電素子42に駆動信号を出力する。移動体43は圧電素子42の駆動力を受け移動する。その際、移動体43の力を受け稼動部44は移動する。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40から伝達されるとドライバ41は圧電素子42に駆動信号を印加し、移動体43を回転させる。ここで圧電アクチュエータ200の形態は超音波モータである。移動体43の力を受け、図示しないカムを介して稼動部44であるレンズを動かす。
FIG. 7 is a block diagram of an electronic apparatus equipped with a
図8は本発明の圧電素子を応用した圧電センサ45を搭載した電子機器のブロック図である。圧電センサ45が曝された環境に応じて信号を信号処理回路46へ出力する。信号処理回路46で処理された信号は電子機器におけるCPU等の制御回路47へ入力され、制御部48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45が、HDDの落下を検知すると、信号処理回路46は圧電センサ45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47に伝達する、制御回路47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48であるアクチュエータを動かす。
FIG. 8 is a block diagram of an electronic device equipped with a piezoelectric sensor 45 to which the piezoelectric element of the present invention is applied. A signal is output to the
図9は本発明の圧電素子を応用した圧電トランス50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56を有するパソコン等である。発振回路49からの信号を受けた圧電トランス50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51に出力する。信号処理回路51は整流等の処理を行い液晶等の表示部56を明るくするためのバックライト52を点灯させる。メモリー53とCPU等の制御回路54からなる情報処理部の情報はドライバ55で表示部56で表示されるように信号処理される。バックライト52は圧電トランス50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50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. 9 is a block diagram of an electronic apparatus equipped with a
本発明の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。 The actuator, sensor, and other transducers using the multilayer piezoelectric element of the present invention are compact and can be driven at a low voltage, have high reliability, have characteristics of high output or high sensitivity, and are low in cost. It can be applied to small electronic devices such as clocks, personal computers, mobile phones, information recording devices such as HDDs and optical discs, as well as to manufacturing equipment such as precision stages and robots, and precision measurement in the industrial and aerospace fields. Applicable to equipment.
1,20 積層圧電素子
1a,1b,1c,1d 圧電素子
2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 電極
15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26 外部電極
200 振動体
35,43 移動体
33 加圧ばね
31,32 案内部材
1,20 Multilayer
200 Vibrating bodies 35, 43 Moving
Claims (8)
前記第三の電極と前記第四の電極の間に分極処理が施され、少なくとも前記第二の電極と前記第五の電極の間に電圧を印加することでせん断変形することを特徴とする圧電素子。 A first electrode, a second electrode, and a third electrode arranged on the first surface at a distance from each other, and a fourth electrode and a second electrode arranged adjacent to each other in order on the second surface A piezoelectric element having five electrodes and a sixth electrode,
A piezoelectric treatment characterized in that a polarization treatment is performed between the third electrode and the fourth electrode, and shear deformation is caused by applying a voltage between at least the second electrode and the fifth electrode. element.
前記第三の電極と前記第四の電極の間と前記第一の電極と前記第六の電極の間に分極処理が施され、少なくとも前記第二の電極と前記第五の電極の間に電圧を印加することでせん断変形することを特徴とする圧電素子。 A first electrode, a second electrode, and a third electrode arranged on the first surface at a distance from each other, and a fourth electrode and a second electrode arranged adjacent to each other in order on the second surface A piezoelectric element having five electrodes and a sixth electrode,
Polarization treatment is performed between the third electrode and the fourth electrode and between the first electrode and the sixth electrode, and a voltage is applied at least between the second electrode and the fifth electrode. A piezoelectric element characterized by being subjected to shear deformation by applying.
第一の面に互いに間隔を置いて配列された第四の電極と第五の電極と第六の電極とを有する第二の圧電素子と、を交互に積層し、
前記第三の電極と前記第四の電極の間に分極処理が施され、少なくとも前記第二の電極と前記第五の電極の間に電圧を印加することでせん断変形することを特徴とする圧電素子。 A first piezoelectric element having a first electrode, a second electrode, and a third electrode arranged spaced apart from each other on a first surface;
Second piezoelectric elements having fourth electrodes, fifth electrodes, and sixth electrodes arranged on the first surface at intervals from each other, and alternately stacked,
A piezoelectric treatment characterized in that a polarization treatment is performed between the third electrode and the fourth electrode, and shear deformation is caused by applying a voltage between at least the second electrode and the fifth electrode. element.
第一の面に互いに間隔を置いて配列された第四の電極と第五の電極と第六の電極とを有する第二の圧電素子と、を交互に積層し、
前記第三の電極と前記第四の電極の間、並びに前記第六の電極と前記第一の電極の間に分極処理が施され、少なくとも前記第二の電極と前記第五の電極の間に電圧を印加することでせん断変形することを特徴とする圧電素子。 A first piezoelectric element having a first electrode, a second electrode, and a third electrode arranged spaced apart from each other on a first surface;
Second piezoelectric elements having fourth electrodes, fifth electrodes, and sixth electrodes arranged on the first surface at intervals from each other, and alternately stacked,
Polarization treatment is performed between the third electrode and the fourth electrode, and between the sixth electrode and the first electrode, and at least between the second electrode and the fifth electrode. A piezoelectric element that undergoes shear deformation by applying a voltage.
前記積層された圧電シートから個々の圧電素子に分割する工程と、
前記積層された圧電シートもしくは前記個々の圧電素子を焼結する工程と、
を経たことを特徴とする請求項3または4のいずれかに記載の圧電素子。 Laminating a plurality of piezoelectric sheets;
Dividing the laminated piezoelectric sheet into individual piezoelectric elements;
Sintering the laminated piezoelectric sheets or the individual piezoelectric elements;
The piezoelectric element according to claim 3 or 4, wherein
前記第二の電極と前記第五の電極の間に電圧を印加することでせん断変形することを特徴とする圧電素子。 A piezoelectric element that has undergone a step of removing a portion of the piezoelectric element that is not provided with the second electrode and the fifth electrode from the piezoelectric element according to claim 1,
A piezoelectric element that is shear-deformed by applying a voltage between the second electrode and the fifth electrode.
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